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CAXA实体设计在动画仿真中的应用
欧阳兆升
  
　　引言：随着现代计算机辅助设计技术的发展，企业对三维CAD的要求已经不再是简单的设计出模型以进行加工，而是让设计参与到产品的全生命周期，包括前期的方案设计，标书制作；中期的结构设计；后期的产品维护等等。这时候软件的动画、渲染制作对表达产品的工作情况、机构运动分析就非常重要。CAXA实体设计在动画、渲染设计方面有很强大的功能，而且简单易学，在同类的CAD软件中有很大优势。下面通过三个例子说明CAXA实体设计在动画设计中的应用。
1、 压缩机运动模拟  
图1
　　对此运动的分析：中间滑块与两边半圆滑块上有标号为起点标记，中间滑块有自身转动也有公转动，同时还有移动的合成运动，而两半圆块是在中间滑块的带动下只作转动运动。图1为初始状态。图2，当中间滑块转过90度时，它的中心也移动到半圆块的中心上，两半圆块也转过90度；图3，此时标记号已到下方，中间滑块转过了180，同时移动行程达到了最大值了，半圆块也转过了180度。
　　首先进入CAXA实体设计，按图建立三维模型（建模比较简单，不做介绍）。注意到半圆滑块和中间滑块是共同旋转的，将此两零件装配在一起，起名为“装配体”。选中装配体，将其定位锚用三维球移动到外壳圆心点（CAXA实体设计中，对象的运动都是以定位锚为基准的）；对装配体添加旋转动画，时间为4秒，角度为360，即可得到两者一起旋转的动画。
　　另一方面，注意到中间滑块相对半圆滑块有往复运动。单独选中中间滑块，添加上下往复运动，时间同样为4秒。
　　两运动（即装配体的旋转运动及中间滑块的往复运动）自动叠加，即可得到复合模拟动作效果。
这是压缩机机构运动的仿真效果，对表达机构的运动很有帮助。
2、 杆滑块机构运动  
图2
　　上图是比较典型的连杆滑块机构，通过转盘的转动带动连杆和滑块运动，零件间有着严格的相互约束关系。此动画比较复杂，要像上面例子一样通过单独模拟各零件动作然后协调集成整体动画是非常困难的。这时候可以通过几何约束关系的控制达到动作传递、协调的功能。CAXA实体设计在做约束动画方面很方便，只要注意零件间约束的主从关系以及零件约束添加的合理性，就可以准确完成动作的传递。  
首先分析此运动。
　　转盘：主动零件，作定轴运动。不必对其添加约束，只要添加一个绕中心定轴转动的动作作为主运动；
　　连杆：被转盘带动，同时受滑块约束，它作较复杂的平面运动。要添加约束使其一端和转盘柄共轴，另一端作沿导轨方向的直线运动；
　　滑块：被连杆带动，又受导轨约束，作直线往复运动。要对其添加与连杆的约束以及与导轨的约束。
　　然后对各零件添加约束以及动画。
a、 连杆：
图3
b、 滑块：  
图4
c、 转盘：
　　将定位锚移动到旋转轴中心，对转盘添加绕轴的旋转运动。
　　转盘的定轴转动作为主运动通过约束关系就可以自动传递给连杆和滑块，完成复杂运动的模拟。
  
3、 窗户运动模拟
图5
　　上图是窗户的运动机构的简略模型。这是一个四连杆一滑块机构，是更为复杂的运动机构。首先分析此机构。红色杆可作为主动杆作定轴转动；其余三个杆受约束作平面运动；滑块受杆推动及导轨约束做直线运动。
　　添加约束如下图所示。
图6
  
　　添加红色主动杆作定轴转动，即可完成此动画模拟。
  
　　通过上面三个例子可以看到，CAXA实体设计在运动叠加、约束传递方面都很方便。这使得我们只要通过简单的操作就可以完成很复杂的机构运动仿真，使得产品的表达方式更多样，更直观。

图2

图3

图4

图5

图6A

图6B

CAXA实体设计在动画仿真中的应用（2）
严海军
  
　　CAD设计的目的之一就是将设计结果以电子化的方式与他人共享，CAXA实体设计本身不仅有实用高效的造型装配功能，而且还集成了完美的渲染和动画功能，非常适合做新产品的设计、模拟演示。CAXA实体设计的动态机构仿真功能，可以对装配结构做机构运动模拟，用最直接的动态效果演示，从而消除于客户沟通上的障碍。
　　实体设计的机构仿真功能是相当强大的，我们通过各类常用的机构仿真如等臂四连杆、不等臂四连杆、摆杆、活塞运动、滑杆机构、滑块机构、刨床机构、摇杆滑块、液压翻转机构（翻斗）、X型机构（电动门）等做一个详尽的介绍，让大家更全面的了解CAXA实体的机构动画仿真功能。为了看起来清楚一点，零件造型全部采用简化方法，相关轴销大家可以自己添加。
1、等臂四连杆：
　　样例如图1所示，大家在进入下一步前须先将造型做好（造型请参照CAXA实体设计用户手册零件设计部分）。我们先看一下我们所想要的运动方式，这一点在做仿真前必须考虑清楚，我们这样来设定，杆1为定杆，杆2为主动杆，杆3与杆4均为从动杆，在确定了运动方式之后，接下去通过约束装配确定各零件间的关系。
  
图1 等臂四连杆造型
  
　　杆2是主动杆，所以他本身不存在约束，只有一个运动；杆3是从动杆，要保证其随杆2运动，给定其右边一个孔与杆1上方孔的共轴约束，由于等臂四连杆的运动特性，给定杆3一条长边与杆1的一条长边平行约束，这样就确定了杆3的运动；杆4将给定上下两孔与对应的杆1杆3孔的共轴约束，到此约束添加完毕，如图2所示。
  
图2 等臂四连杆约束方式
  
　　再选中杆2，将其定位锚移至下方孔中心，添加一个回转运动，根据需要调整回转角度、时间等相关参数，至此第一个机构就完工了，其运动的各个状态如图3。
  
图3 等臂四连杆的运动状态
  
　　通过这个例子我们还可以派生出很多类同结构，比如杆1改为两个固定支架、主从杆改为其他弯曲等形状，这些就由大家去发挥了，也可以用下面不等臂连杆的方法实现，不过没这个便捷。
2、不等臂四连杆：
　　样例如图4所示，运动方式和等臂四连杆一样，杆1为定杆，杆2为主动杆，杆3与杆4均为从动杆，接下去依旧通过约束装配确定各零件间的关系，不过这个过程要复杂一点。
  
图4 不等臂四连杆造型
  
　　杆2是主动杆，所以他本身不存在约束，只有一个运动；杆3是从动杆，要保证其随杆2运动，给定其右边一个孔与杆2上方孔的共轴约束，然后再将杆3与2加一个面贴合的约束；（注意：这一约束必不可少，而且先后顺序不能改变，因为接下去要加一个点到点的尺寸约束，在三维空间里符合点到点的尺寸是一个球面，所以加一个贴合过滤其他可能性，只在产生当前面的结果。）由于不等臂四连杆的运动特性，给定杆3左边一个孔通过智能标注至杆1左边孔一个距离，注意是点到点的距离，也就是同一平面内的两孔圆心距离，这样就确定了杆3的运动；杆4将给定上下两孔与对应的杆1杆3孔的共轴约束，到此约束添加完毕，如图5所示。
  
图5 不等臂四连杆约束方式
  
　　再选中杆2，将其定位锚移至下方孔中心，添加一个回转运动，根据需要调整回转角度、时间等相关参数，至此第二个机构就完工了，其运动的各个状态如图6，同样也可以派生出很多类同结构。
  
图6 不等臂四连杆运动状态

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