天使笔记：机构仿真之运动分析

电动机的模:SCCA
此函数只能用于加速度伺服电机，不能用于执行电机。它用来模拟凸轮轮廓输出。它称做“正弦-常数-余弦-加速度”运动，缩写为SCCA。它一共有五个参数：
A = 渐增加速度归一化时间部分
B = 恒定加速度归一化时间部分
C = 递减加速度的归一化时间部分
H = 幅值
T = 周期
其中A + B + C = 1，用户必须提供 A 和 B 的值、幅值和周期。
SCCA 设置的值按下表计算：
y = H * sin [(t*pi)/(2*A)]                                     0 <= t < A 时
y = H                                                                     A <= t < (A + B) 时
y = H * cos [(t - A - B)*pi/(2*C)]                          (A+B) <= t < (A + B + 2C) 时
y = - H                                                                   (A+B+2C) <= t < (A + 2B + 2C) 时
y = - H * cos [(t - A - 2B - 2C)*pi/(2*A)]               (A+2B+2C) <= t <= 2*(A + B + C) 时
上式中的t 是归一化时间，按下式进行计算:
t=ta*2/T   (ta:实际时间；T：SCCA轮廓周期)
如果ta大于T，轮廓将重复自身。

电动机的模:七种函数图例
下图给出了七种函数的模所代表的电机轮廓。各函数的参数值：
常数：A=8。
斜坡（线性）：A=18，B=-1.2。
余弦：A=6,B=40,C=3,T=5。
摆线：L=12,T=8
抛物线：A=4,B=-0.6
多项式：A=7,B=-1.5,C=1,D=-0.1
SCCA：A=0.4,B=0.3,H=5,T=10
图例：(yd11)

电动机的模：表
电动机的模类型选择为“表”，也就是指定N个点，以这些点为节点，按线性或样条插值的方式构建一条通过所有点的曲线，这条曲线就是电动机的轮廓。如电动机的模是指定给“位置”或“速度”的（即“规范”为位置或速度），插值方式可选“线性拟合”或“样条拟合”之一，如是指定给“加速度”并用于伺服电机（即“规范”为加速度），则插值方式只能是“线性拟合”。样条拟合构建的曲线比线性拟合构建的曲线平滑一点。
类型选为“表”后，在“模”类型的下方会出现一个列表框，可用框右侧的“增加行”/“删除行”来向列表中加增加或删除行。这个表由N行两列构成，第一列是时间（即电机轮廓的横轴，如是执行电机或力，也可能是别的测量变量而不是时间），第二列是模（即电机轮廓的纵轴）。每一行有一个时间值和一个模值，这两个数代表电机轮廓上的一个点。输入时要注意的时，时间列只能是递增或递减的。
下图示例的取值为：
第一列：1,2,3,4,5；第二列:5,8,11,15,22；线性拟合。
(yd12)


以上讲了电动机的九种模中的八种，还有一种，即“用户定义的”，这个是自行构建一条或多条规则去确定电机的轮廓。定义比较复杂，当属高级应用。这里不再讲了，有空的朋友去研究研究，并请发表心得。

创建并执行运动分析
“机构”----“分析”----“新建”。
类型里选择“运动学”或“重复的组件”。然后设置“优先选项”页和“电动机”页。对于运动分析和重复组件分析，“外部负荷”页是不可用的。
“优先选项”页里设置运动的起止时间及定义动画时域，并可设定主体锁定、连接锁定及初始位置。主体锁定使两个主体在运动分析（或重复组件分析）期间不做相对运动，由接头连接设定的自由度在分析期间不起作用。连接锁定使选定的连接在分析期间保持当前配置。设置主体锁定需选择一个先导主体，如果选择先导主体时用了中键，则用基体作为先导主体。连接锁定可以用于接头连接、凸轮连接、槽连接，不能用于齿轮连接，对于齿轮副，只能锁定产生齿轮轴的接头连接。初始位置选取当前位置作为分析起点，或用一先前保存的快照作分析起点。
“电动机”页里设置用于分析的电动机。对于运动分析和重复组件分析，只能用连接轴伺服电动机，几何伺服电动机及执行电动机都不可用。可以设定各个电动机的作用时间，以实现多个电动机分时段起作用。
定义结束后点“运行”，将执行分析，并产生一个结果集。
分析定义窗口：(yd13)

回放：干涉与动画
“回放”用来查看机构中零件的干涉情况、将分析的不同部分组合成一段影片、显示力和扭矩对机构的影响，以及在分析期间跟踪测量的值。可以将运动分析结果捕捉为MPEG动画文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。可以创建运动包络。“机构”----“回放”，启动“回放”窗口。在“结果集”里，选择将用于回放的运动分析（或重复组件分析）结果集。
“干涉”页面设置干涉检查选项。检查模式有四种：无干涉、快速检查、两个零件、全局干涉。“无干涉”即不检查干涉；“快速检查”是进行较低层次的检查，选用此模式将自动选中“停止回放”选项；“两个零件”是只检查所选定的两个零件之间的干涉情况；“全局干涉”是检查所有零件的所有类型的干涉。检查选项有两个：包括面组、停止回放。“包括面组”是曲面也将参与干涉检查；“停止回放”是一旦检查到干涉，回放就停止。
“影片进度表”页设置回放的结果片段。“显示时间”，如选中，则在回放时会在屏幕左上角显示回放已进行的时间。“缺省进度表”选中则回放整个结果集，如取消此项，则在其下方的时间段列表启动，可自已输入要播放的时间段，如果输入多个时间段，则按从上到下的次序依次播放，同一时间段可多次输入，以实现此小段的重复播放，如某时间段的“开始”时间大于“结束”时间，则此小段将反向播放。要修改某一时间段的起止时间，先在列表中选中此时间段，再输入新的开始、结束时间，点“更新”按钮确认修改。默认情况下，“显示时间”和“缺省进度表”都是选中的。
回放分析结果时，可显示代表与分析相关的测量、力、扭矩、重力和执行电动机的大小和方向的三维箭头。使用显示箭头可查看负荷对机构的相对影响。对于力、线性速度和线性加速度矢量，显示单头箭头，对于力矩、角速度和角加速度矢量显示双头箭头。箭头的颜色取决于测量或负荷的类型。回放分析结果时，箭头的大小将改变，以反映测量值、力或扭矩的计算值。箭头方向随计算矢量方向而改变。“显示箭头”页里的“测量”列表中，列出所选结果集中所有可用箭头显示的测量，“输入负荷”列表中，列出所选结果集中所有可用箭头显示的负荷。
设置好以上各参数后，点“回放”窗口左上角的“播放”按钮，则进入“动画”窗口。在此窗口可按前面的设置对回放结果进行动画演示。“捕捉”按钮，可将动画结果保存为MPEG动画文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。选中“照片级渲染帧”，输出结果的图片质量较高。
回放窗口：(yd14)

动画捕捉：(yd15)

回放：可用箭头显示的测量与负荷
不是所有的测量与负荷都可以用箭头显示。
可用箭头显示的测量有：
连接反作用(接头):青色箭头。顶端位于指定连接轴、指向接头的 DOF 方向。
连接反作用(凸轮):青色箭头。法向反作用力，顶端位于两个凸轮的接触点处，指向凸轮的法线方向。切向反作用力，顶端位于两个凸轮的接触点处，并指向凸轮的切线方向。
连接反作用(槽):青色箭头。顶端指向从动点和槽之间的接触点处。
连接反作用(齿轮副):青色箭头。顶端指向在上面施加了力或扭矩的齿轮体。
净负荷:洋红色箭头。在用于定义图元的点之间延伸，对于电动机它指向连接轴，对于力它指向点，对于扭矩、点对点弹簧和阻尼器它指向主体的质心。箭头指向所施加的力的方向。
测力计反作用: 深绿色箭头。指向力的作用点且与力同向。
速度: 黄色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。
加速度: 红色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。
重量: 棕色箭头。指向重力加速度方向。
距离间隔:顶端位于指定点，指向彼此相背离的两个共线的洋红色箭头。
速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的黄色箭头。当点作相互远离而运动时，速度值为负，并且显示箭头的指向彼此相对。当点彼此相对运动时，速度值为正，并且显示箭头的指向彼此远离。
加速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的红色箭头，对于负值其指向彼此相对，对于正值其指向彼此远离。
只有计算方法为“每一时间步距”的以上各种测量才会出现在“回放”窗口的“显示箭头”页面的“测量”列表中。
可用箭头显示的负荷有：
重力:棕色箭头。顶端位于各主体的质量中心、指向重力加速度方向。
执行电动机:绿色箭头。顶端位于指定连接轴、指向接头的 DOF 方向。
力: 橙色箭头。顶端位于作用点。
扭矩: 双头橙色箭头。指向主体质量中心。
点对点力:顶端位于指定点或顶点的两个共线的洋红色箭头，对于负值力箭头指向彼此相对，对于正值力箭头指向彼此远离。

回放：运动包络
“机构”----“回放”，启动“回放”窗口，在“回放”窗口工具栏里，使用“保存”（左起第三个按钮）可将当前的分析结果集（含所作的设置）保存为.pbk文件（机构回放文件），使用“另存为”（左起第五个按钮）可将当前分析结果集保存为.fra文件(框架文件、帧文件)，使用“打开”（左起第二个按钮）一个.pbk文件用于回放。
当“结果集”中列表为非空时，工具栏会增加第六个按钮，即“创建运动包络”。点此按钮进入“创建运动包络”窗口。在此窗口可设置包络质量级别、包络所包含的元件、特殊处理、输出文件类型。
包络质量级别，等级为1到10共10级，级别数字越小，运算越快，所创建的包络三角形数也越少，质量每提升一级，创建的包络三角形数约增加一倍，相应的，运算所需时间也越多，同一模型的同一设定下，等级10所创建的三角形数约为等级1的512倍。因此，创建时应先选较低的质量级别，如所选质量级别创建的包络不能满足要求，再调整为上一级别。
默认情况下，创建运动包络包含运动分析的全部元件，也可点“选取元件”下方的箭头后，自行选取创建包络需要的元件。
如不希望软件忽略模型的骨架或面组，可清除“特殊处理”下方的“忽略骨架”或“忽略面组”的复选框。
输出格式有四种：零件、轻重量零件、STL、VRML。零件，即输出为普通零件；轻重量零件，即输出为具有轻重量的多面体零件；STL即输出为STL文件（后缀：.stl）；VRML文件即输出为VRML文件(后缀：wrl)。选择输出为“零件”或“轻重量零件”，系统将默认选中“使用缺省模板”。
设置好以上项目后，点“预览”，将会在主窗口中计算并显示出当前设置下创建的运动包络效果。如对包络效果的局部细节不满意，可点“颠倒三角对”前面的箭头，然后自已对某些细节处的三角形进行调整。调整完后点“创建”，生成输出文件。
如果保存了.pbk文件，则在标准环境下，点“分析”----“运动分析”，进入“运动分析”窗口，可在此窗口重放运动分析及设置和预览运动包络。如果保存了.fra文件，则在标准环境下点“文件”----“保存副本”，在文件类型里选择“运动包络”，确定后将调出“创建运动包络”窗口，并要求打开一个.fra文件。余下的操作同前。
创建运动包络：(yd16)



另存为运动包络：(yd19)

回放：测量
可以创建测量，用来分析系统在整个运动过程中的各种具体参数，如位置、速度、力等，为改进设计提供资料。创建分析之后即可创建测量，但查看测量的结果则必须有一个分析的结果集，与动态分析相关的测量，一般应在运行分析之前创建。
运动分析通常提供以下测量：
位置、速度、加速度、间隔、Pro/ENGINEER特征、自由度、冗余、时间、主体方向、主体角速度、主体角加速度等。
重复组件分析通常提供以下测量：
位置、间隔（距离）、自由度、冗余、时间、主体方向、主体角速度、主体角加速度、Pro/ENGINEER 特征等。
“机构”----“测量”，进入“测量结果”窗口，在此可新建、编辑、删除、复制测量。载入一个结果集后，选择此结果集，可查看所创建的测量在此结果集的结果。点击窗口左上角的“绘制图形”按钮，将以曲线图表示所选测量在当前结果集中的结果。
示例：创建一个计算系统自由度的测量，步骤如下：
“机构”----“测量”----点击“测量”下方的第一个图标----在“测量定义”窗口的“类型”下选择“系统”----“属性”里选择“自由度”----确定。
测量包括各种类型的测量，每一个测量也有多种计算方法，因此测量是一个内容较多较广的话题，本文只略作介绍，进一步的内容，请兄弟们自己研究或偶下一步再做专讲此内容的教程。
测量：(yd17)

回放：轨迹曲线
轨迹曲线用来表示机构中某一元素相对于另一零件的运动。它分为“轨迹曲线”与“凸轮合成曲线”两种。“轨迹曲线”表示机构中某一点或顶点相对于另一零件的运动。“凸轮合成曲线”表示机构中某曲线或边相对于另一零件的运动。
“机构”----“轨迹曲线”进入“轨迹曲线”窗口。首先要选取一个参照零件，即“纸零件”（Paper Part）,如选择基础，则按中键即可。然后选取曲线类型，即“轨迹曲线”还是“凸轮合成曲线”，对“轨迹曲线”，要求选取一个点（基准点、顶点、曲线端点），对“凸轮合成曲线”，要求选取一条（组）曲线或边。然后指定曲线类型，选取一个结果集，点“预览”查看将生成的轨迹曲线，点“确定”创建轨迹曲线并保存入参照零件中。
“曲线类型”分2D和3D两种，“轨迹曲线”可选2D或3D，“凸轮合成曲线”则只能是2D。
“轨迹曲线”，2D，系统创建一条由一系列点组成的描述选定点运动的样条曲线，即轨迹曲线，并将它与一个坐标系三个基准平面合并到一个组里，这个组保存入参照零件（纸零件）。
“轨迹曲线”，3D，系统将创建一系列的基准点，这些点的位置由参照零件的初始坐标系确定，再创建一条通过所有基准点的空间样条曲线，基准点与样条曲线合并为一个组，保存在参照零件（纸零件）中。
“凸轮合成曲线”，2D，系统创建两条由一系列点组成的描述选点边（曲线）组的首尾两个端点的运动的样条曲线，即轨迹曲线，并将它们各与一个坐标系三个基准平面合并到一个组里，所创建的两个组保存在参照零件（纸零件）中。
创建轨迹曲线：(yd18)

实例：创建模型
前面把运动分析的基本知识都讲过了。下面再来一个实例。各位请用实例part来动手做一做，认真理解前面的内容。
下面是这个实例的大致步骤。
创建模型：即创建用于运动分析的装配体。
1.装配基体，以普通装配将“Engine”装入装配体中，为第一个元件。
2.装入左轴承，bearing_L，装于Engine的左侧轴承座，刚性连接。
3.装入右轴承，bearing_R，装于Engine的右侧轴承座，刚性连接。
4.装入曲轴，Rotate_rod，销钉连接。
5.装入曲柄，Link，装于曲轴上，销钉连接。
6.装入气缸，Piston，与Engine圆柱连接，与Link销钉连接。
7.装入大齿轮，Gear_out，销钉连接。
8.装入连杆，Rod_in_long，装于Engine的两根轴线之一上，滑动杆连接。
9.装入转动杆，Rod_in_short，装于Engine顶部的独立杆上，销钉连接。
10.装入活塞杆，Valve_in，装于Engine后侧的两根轴之一上，滑动杆连接。
11.重复8-10步，装入另一组连杆、转动杆、活塞杆。
以上，在标准环境下进行组装。在为接头连接选取对象时要注意，同一个接头连接里可能有几个约束（如销钉有两个），这些约束所选取的对象应属于相同的两个主体，比如，销钉连接不能：轴对齐约束用了A和B主体的轴，而平移约束用A和C主体的点或面。在以上的操作中需要移动某主体时，可用“元件放置”页面里的“移动”。