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UG NX 4.0 Motion模块在《理论力学》刚体运动学中的应用(图文)

时间:2011-04-22  作者:秩名

论文导读:在目前大学机械类系列课程教学中,各种制造业信息化软件的学习越来越多,如Catia,Pro/E,UGNX等软件。机构中任意构件或点的相对速度和加速度及位移。对于运动驱动比较复杂或结构比较复杂的机构来说,做理论上的计算和分析往往比较困难,有时候要使用近似的方式求得结果,而且在解析过程中有些连杆的质量会被忽略以方便计算,由于UGNX4.0是一个CAD/CAE/CAM一体化软件,因此可以从建模到仿真无缝连接,可以通过UGNXCAD模块建立复杂的机构,对于三维实体模型,在UGNXMotion模块中可以对该实体添加材料并能自动找到该实体的质心及惯性矩,还可以为运动副添加复杂的运动驱动,最后通过动画仿真及图表功能生成想要的速度、加速度、位移和力的曲线。(2)进入运动仿真(Animation)对话框,设置时间为0.1秒,步数为50步。在《理论力学》的教学中引入NXMotion模块后,学生对运动学的知识更感兴趣,体会更加深刻。
关键词:UG,NX4.0,《理论力学》,刚体运动学,运动仿真,速度,加速度

  1.前言
  在目前大学机械类系列课程教学中,各种制造业信息化软件的学习越来越多,如Catia,Pro/E,UG NX等软件。通常这些软件只是作为一门独立的课程来讲授。我系不但开设有UG NX课程,而且在大学四年中将UG NX CAD/CAE/CAM/PLM模块贯穿其中,不管是教学还是课程设计都是以UG NX为主要辅助工具,将理论知识与应用软件相结合。论文格式。论文格式。
  使用UG NX 4.0 Motion模块可以对机构进行运动学分析、动力学分析、干涉分析、轨迹跟踪、及生成速度、加速度、位移和力的图表曲线,使用UG NX 4.0 Motion可以轻松解决以下理论力学问题:
  运动学:点的运动和刚体的基本运动;机构中任意构件或点的相对速度和加速度及位移;有复杂运动驱动的机构的运动分析。
  动力学:刚体的平动和定轴转动;质点的振动;碰撞;连杆之间的作用力与反作用力。
  对于运动驱动比较复杂或结构比较复杂的机构来说,做理论上的计算和分析往往比较困难,有时候要使用近似的方式求得结果,而且在解析过程中有些连杆的质量会被忽略以方便计算,由于UG NX 4.0 是一个CAD/CAE/CAM一体化软件,因此可以从建模到仿真无缝连接,可以通过UG NX CAD模块建立复杂的机构,对于三维实体模型,在UG NX Motion模块中可以对该实体添加材料并能自动找到该实体的质心及惯性矩,还可以为运动副添加复杂的运动驱动,最后通过动画仿真及图表功能生成想要的速度、加速度、位移和力的曲线。大大提高了分析精度和效率。论文格式。
  2. 使用理论知识解析四杆机构的平面运动
  在理论力学解决刚体平面运动的速度问题中一般使用以下三种方法:1.基点法;2.速度投影法;3.速度瞬心法。以机械工业出版社2007年1月出版的《理论力学解题和应试指南》(蔡泰信 编著)第143页6-6为例:
  在图1所示的四连杆机构中,当曲柄OA铅垂向上时,摇杆BC也铅垂向上,且B和O点在同一水平线上;曲柄OA具有顺时针的角速度=10rad/s和角加速度=5rad/。已知OA=r=0.3m,BC==1m,AB=l=1.2m,试求该瞬时杆AB的角速度和角加速度,以及点B的速度和加速度大小。
  
  图1
  鉴于本文篇幅有限,中间过程省略,最后书中例题的结果为:
  杆AB的角速度=0;杆AB的角加速度=18.1 rad/
  点B的速度=3m/s;点B的加速度=m/=11.35 m/
  3. 在UG NX 4.0 Motion模块中分析
  该例题在UG NX中的解决流程如图2所示。
  
  图2
  3.1建模
  该例题属于运动学仿真,因此不必建立实体模型。从起始菜单进入UG NX建模(Modeling)模块,使用草图(Sketch)命令画出必要的线段,并按照例题中所给的尺寸完全约束即可。
  3.2 运动仿真
  (1),从起始菜单进入UG NX运动分析(Motion)模块,将分析环境设置为运动学,定义OA为连杆L001,AB为连杆L002 ,BC为连杆L003 ,OA与地之间为旋转副J001,运动驱动为10+5t,单位:rad/s。OA与AB之间为旋转副J002,AB与BC之间为旋转副J003,BC与地之间为旋转副J004。在B点处添加标记点A001。如图3所示。
  
  图3
  (2)进入运动仿真(Animation)对话框,设置时间为0.1秒,步数为50步。动画仿真完毕,点击“生成图表”(Graphing)进入定义图表对话框,将运动副J003的绝对角速度和角加速度的幅值作为“定义的曲线”,将来图表中这两条曲线就是AB的角速度和角加速度曲线,将标记点A001的速度和加速度的幅值作为“定义的曲线”,将来图表中这两条曲线就是B点的速度和加速度曲线,如图4所示。确定后生成图表如图5所示。
  
  图4
  
  图5
  在图5所示图表中Time为0时标记出四条曲线的值,它们自上而下分别为B点的速度、AB杆的角加速度、B点的加速度、AB的角速度。因此:
  杆AB的角速度=0;杆AB的角加速度=18.07 rad/
    点B的速度=3000mm/s=3m/s;点B的加速度=11350m m/=11.35m/s
  与书中例题的计算结果一致。
  4 结束语
  在《理论力学》的教学中引入NX Motion 模块后,学生对运动学的知识更感兴趣,体会更加深刻。使用NX Motion可以解决更精确的解决复杂结构的运动学及动力学仿真问题,使学生能在以后的机构设计中得到广泛的应用。

参考文献
[1] 蔡泰信 理论力学解题和应试指南[M]. 机械工业出版社 2007年1月
 

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