白皮書了解運(yùn)動模擬

有限元分析(FEA)就成了最先被廣泛采用的模擬工具。多年來，該工具幫助設(shè)計(jì)工程師研究新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能，并讓他們使用在CAD模型上運(yùn)行的FEA的局限范圍。除了使用FEA模擬結(jié)構(gòu)性能外，工程師還需要在構(gòu)建物理原型之前確定新產(chǎn)品的運(yùn)動學(xué)

學(xué)性能（包括位置、速度和加速度和動力學(xué)性能（圖1：使用CAD動畫制作器模擬的、處于不同位置的橢圓CADCAD裝配體配合條FEA研究的靈活結(jié)構(gòu)不同，機(jī)構(gòu)被表示為由剛性零部件組成的裝配體，功率的完整信息（2）。圖2

運(yùn)動模擬程序使用CAD零件的材料特性定義機(jī)構(gòu)零部件的慣性特性，并將CAD裝配體配圖3中所示的翻轉(zhuǎn)滑桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬是機(jī)械運(yùn)動學(xué)中常見的一種示例。圖3：用于計(jì)算搖臂角速度的翻轉(zhuǎn)滑桿機(jī)構(gòu)模 ，此過程與使用CAD裝配體動畫進(jìn)行檢查有 件可在幾秒之內(nèi)更新所有結(jié)果，如圖4中的急回機(jī)構(gòu)所示。每個與運(yùn)動有關(guān)的運(yùn)動模擬對檢查進(jìn)行實(shí)時管理，并提供的體積。圖4：用戶圖4：用戶可以輕松地檢測和更正滑桿和

之間的工程師可以將簡單機(jī)構(gòu)（如上述的橢圓規(guī)或翻轉(zhuǎn)滑桿）表示為2D機(jī)構(gòu)。雖然3D機(jī)構(gòu)（5所示）迄今還未建立分析結(jié)果的方法。運(yùn)動何復(fù)雜程度的機(jī)構(gòu)（無論是2D還是3D）而設(shè)計(jì)的。機(jī)構(gòu)可能包含大量的剛性例如，雪地車前懸架（圖6）、器（圖7）或CD驅(qū)動器（圖8）等的運(yùn)動圖5：手動”分析簡單3D機(jī)構(gòu)非常，但使用運(yùn)動模擬卻易如反掌 圖6：雪地車的前懸架由大量包含彈簧和阻尼器的連接裝置組成圖7：器設(shè)計(jì)受益于運(yùn)動模擬，它在該設(shè)計(jì)中用于優(yōu)化各步的運(yùn)動軌跡以及計(jì)算用戶生成的功率。圖8：CD驅(qū)動器是一種復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，但仍可以使用運(yùn)動模擬輕松地進(jìn)行分析

機(jī)構(gòu)合成。9顯示了一個問題范例。此設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的是一個圖9：應(yīng)用了一個位移函數(shù) 10：滑桿沿旋轉(zhuǎn)圓盤移動，繪制出凸輪輪廓，圖中顯示為圓盤上的切槽

圖11物理測試。（其零部件可能只經(jīng)歷過臨時接觸）的精確結(jié)果，如圖12所示 12：舉例來說，使用運(yùn)動模擬可以模擬碰撞和接觸，以研究閥提升機(jī)構(gòu)中凸輪和曲線（搖桿）之間可能形成的縫FEAFEA是一種用于結(jié)構(gòu)分析的數(shù)字技術(shù)，已經(jīng)成為研究結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)CAE方法。變化。如果應(yīng)用動態(tài)載荷，拖架會圍繞平衡位置振動。FEA可以研究應(yīng)用靜態(tài)

要想懂得運(yùn)動模擬和A在機(jī)構(gòu)模擬中如何圖13相反，局部支撐的物體，如拖架上鉸接的調(diào)速輪（14），可以旋轉(zhuǎn)而無須算應(yīng)變和應(yīng)力（詳細(xì)信息請參閱附錄1）圖14：調(diào)速輪作為剛性實(shí)體圍繞將其連接到基體的鉸鏈旋轉(zhuǎn)（上圖）。由于存在剛性實(shí)運(yùn)動（下圖），因此將此設(shè)備歸類為機(jī)構(gòu)15所示的兩個設(shè)備。圖15何移動時都會使彈簧變形，這表示它屬于結(jié)構(gòu)。FEA可以分析擺動桿振動，并且必要，還可以計(jì)算彈簧和其他視為彈性實(shí)體的零部件的應(yīng)變和應(yīng)力（2FEA之間差異力分析，則需要將所選零部件提供給FEA來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。FEAFEA，運(yùn)動模擬肯FEA，則可確保得到最佳結(jié)果。以此方式使用時，運(yùn)動模擬FEAFEA載荷，

“耦合”模擬具有可自動定義A載荷的可能發(fā)生的錯誤。 16：使用運(yùn)動模擬可計(jì)算連桿兩端的反作用力。也可計(jì)算作用于連桿的慣性力裝置都被視為剛性實(shí)體。圖16中的曲線圖顯示了曲柄完整轉(zhuǎn)動一周的過最大應(yīng)力。但是，必要，可以選擇任意多個位置（見圖17）進(jìn)行分析。

最大應(yīng)力。 17：可以根據(jù)任意多個曲柄軸機(jī)構(gòu)位置來確定作用于連桿的力（兩端的反作用力和慣性力將這些反作用力載荷以及慣性載荷從CADCAD零件模型圖18：根據(jù)d’Alambert原理，接點(diǎn)反作用力和慣性力是相互平衡的態(tài)分析。FEA將執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析以計(jì)算變形、應(yīng)變和應(yīng)力（圖19）。圖19：連桿被作為結(jié)構(gòu)提交給FEA，以計(jì)算應(yīng)力圖20：將控制臂運(yùn)動的測試數(shù)據(jù)用作輸入來移動運(yùn)動模擬中的懸架模型例如，在汽車懸架的案例中（如圖20所示），運(yùn)動模擬可以解決一些常見集成運(yùn)動模擬和FEA都將CAD裝配體模型用作分析的前提條件。適用于所有這三種工具的通用集成環(huán)境可以簡化CAD、運(yùn)動模擬和FEA之間的數(shù)據(jù)交換。CADCAD相配合。運(yùn)動模擬所產(chǎn)生的結(jié)果，即運(yùn)動軌跡，可以轉(zhuǎn)換成CAD幾何體。但是，CAD相集成可以將模擬的模型數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果與CAD裝配體模型在一起，從而不需要專門一個運(yùn)動模擬模型數(shù)據(jù)庫。最后一點(diǎn)（但并不是最無關(guān)緊要的一點(diǎn)）CAD更改都與運(yùn)動模擬和FEA緊密關(guān)聯(lián)。帶有SolidWorksSimulation(FEA)和SolidWorksMotion（運(yùn)動模擬）插件的SolidWorks?CAD程序是最先進(jìn)的集成模擬工具。由于SolidWorks、SolidWorksSimulationSolidWorksMotionWindows?的應(yīng)用程序，因此現(xiàn)在它們Windows中運(yùn)行的其他應(yīng)用程序兼容。FEASolidWorksSimulationCAD緊SolidWorksMotion，從而可以進(jìn)行更完整的新產(chǎn)品模擬，并有助于減少產(chǎn)品開發(fā)過所需物理原型的數(shù)量（圖22）。

帶有SolidWorksSimulation(FEA)和SolidWorksMotion（運(yùn)動模擬）插件的SolidWorksCAD程序是最先進(jìn)的集成21：此設(shè)計(jì)過程將CADFEA用作了設(shè)計(jì)工具運(yùn)運(yùn)動模圖22：此設(shè)計(jì)過程得益于將運(yùn)動模擬與CAD、FEA結(jié)合使用Tigercat )是生產(chǎn)集材機(jī)、自動集材機(jī)和伐木集材機(jī)的領(lǐng)先SolidWorks（23所示）。當(dāng)時，SolidWorksMotionSolidWorksSimulation模擬了這種伐木集材機(jī)頭的功能。Tigercat表示，對此復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動、動力和應(yīng)力的圖23：位于安大略湖畔福特(Brandford)市的Tigercat所制造的伐木-集材機(jī)的伐木頭是使用SolidWorks設(shè)計(jì)的，并且使用SolidWorksMotionSolidWorksSimulation進(jìn)行了模擬

FANUCRoboticsAmericaFANUCRobotics( om)發(fā)明了一種廣泛應(yīng)用的自動生產(chǎn)線，制造了多種尺寸的自動工具（如圖24所示），客戶需要根據(jù)自己的具體運(yùn)用SolidWorksMotion進(jìn)行模擬可以大大簡化此類分析和選擇過程。圖24：這種工業(yè)機(jī)器人是由位于密歇根州山的FANUC公司研制的WardMachineWardMachineTool( )負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造用于鋁制輪轂、旋轉(zhuǎn)傳25所示）的過未進(jìn)行任何物理原型測試。Ward稱，通過使用和SolidWorksMotion，公司大約節(jié)約了45,000的成本，并且測試時間 25：位于密歇根州FowlervilleWardMachineTool設(shè)計(jì)并模擬了車床卡盤

通過使用SolidWorksSolidWorksMotion，公司大約節(jié)約了45,000的成本，并且測試時間縮短到僅為原來設(shè)計(jì)與測試過程的10%Syncroness )是一家產(chǎn)品開發(fā)機(jī)構(gòu)，它與客戶緊密合作開發(fā)了從器材到激光系統(tǒng)等多種不同的產(chǎn)品。Synchroness同時使用了SolidWorksMotion和SolidWorksSimulation來優(yōu)化剪刀式升降機(jī)的四連桿系統(tǒng)（26所示）Syncroness的經(jīng)驗(yàn)來看，幾乎不必進(jìn)行培訓(xùn)，工程圖26：該升降平臺是由位于科羅拉多州的Syncroness設(shè)計(jì)的，所用設(shè)計(jì)工具是SolidWorks、SolidWorksMotion和SolidWorksSimulation。附錄1：剛性實(shí)體運(yùn)動 27顯示了一個球形接頭?；w不可移動。這種接頭具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動，圖2728描述的是一個在不可移動底盤上滑動的板盤。此機(jī)構(gòu)也具有三種剛性實(shí)

具有剛性實(shí)體運(yùn)動的物體歸類為機(jī)構(gòu)圖28：此滑動板盤機(jī)構(gòu)具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動29所示的四連桿具有一種剛性實(shí)體運(yùn)動。只需使用一個獨(dú)立的變量（如任

圖實(shí)體運(yùn)動。運(yùn)動。振動模式需要利用FEA進(jìn)行分析，而非運(yùn)動模擬。2：運(yùn)動模擬和FEA是否否是是否是否否是是否是是***如果模型包含彈簧等彈性零部件，可以使用運(yùn)動模擬軟件來分析振動。此類振動分析僅限于因彈性零部件發(fā)生變形而引起的除了使用FEA模擬結(jié)構(gòu)性能，工程師還需要在構(gòu)建物理原型之前確定新產(chǎn)品的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能。大家還著使模擬超出FEA的局限范圍的壓力。運(yùn)動模擬提供了解決這些問題的模擬方法。幾乎不用耗費(fèi)的時間就可以獲得運(yùn)CAD裝配體模型中定義則需要將所選零部件提供給FEA來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。運(yùn)動分析結(jié)果為使用FEA盡管工程師可以手動將數(shù)據(jù)從運(yùn)動模擬傳輸?shù)紽EA，但是如果運(yùn)動模擬軟件可以將結(jié)果自動導(dǎo)出到FEA，則可確保得到最佳結(jié)果。SolidWorks軟件正是以SolidWorksSimulati