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第一章 運動仿真基礎 運動仿真是NX數(shù)字仿真中的一個模塊，它能對任何二維或三維機構進行復雜的運動學分析、靜力分析，使用運動仿真的功能賦予模型的各個部件一定的運動學特性，再在各個部件之間設立一定的連接關系即可建立一個運動仿真模型。 1.1.1什么是運動分析 NX運動仿真模塊用于建立運動機構模型，分析模型的運動規(guī)律。通過運動仿真能完成以下內(nèi)容： 創(chuàng)建各種運動副、傳動機構、施加載荷等。 進行機構的干涉分析、距離、角度測量等。 追蹤部件的運動軌跡。 輸出部件的速度、加速度、位移和力等圖表。 1.1.2運動仿真的實現(xiàn) 實現(xiàn)運動仿真的5個基本步驟如下： 建立一個運動仿真文件（motion，后綴為sim）。 進行運動模型的構建，設置每個零件的連桿特性。 設置兩個連桿間的運動副和添加載荷、傳動副等。 進行運動參數(shù)的設置，提交運動仿真模型數(shù)據(jù)，解算運動仿真。 運動分析結果的數(shù)據(jù)輸出。 1.2.2執(zhí)行運動分析 仿真運動機構有3種解算方案：常規(guī)驅(qū)動、關節(jié)運動和電子表格驅(qū)動，具體含義如下： 常規(guī)驅(qū)動：是基于時間的一種運動形式。機構在指定的時間和步數(shù)進行運動仿真，它是最常用的一種驅(qū)動。 關節(jié)運動：是基于位移的一種運動形式。機構在指定的步長和步數(shù)時行運動仿真。 電子表格驅(qū)動：其的功能和關節(jié)運動、常規(guī)驅(qū)動一樣，使用電子表格作為某個運動副的驅(qū)動，例模型的運動按照指定的時間和動作完成。 完成解算后運動仿真模型，分析結果能以5種形式輸出。 動畫輸出：以時間和步長的形式使模型運動起來。 圖表輸出：對機構仿真的結果生成直觀的電子表格數(shù)據(jù)，比如：位移、速度、加速度。 填充電子表格：記錄運動仿真驅(qū)動運動副時間、步數(shù)到電子表格 創(chuàng)建序列：控制一個裝配運動仿真文件的裝配和拆卸順序。 載荷傳遞：以電子表格的形式分析零件在運動仿真過程中的受力情況。 名稱含義： 連桿：是連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。 運動副：作用是將機構中的連桿連接在一起，并定義規(guī)定的動作，常用的運動副 如下：旋轉(zhuǎn)副、滑動副、圓柱副、固定的、球面副、平面的。 傳動副：作用是改變機構扭矩的大小、轉(zhuǎn)速等。它包含齒輪、齒輪齒條副和線纜副3種。 約束：約束命令可以指定兩對象的連接關系，它包含點在曲線上、線在線上副、點在曲面上3種類型。 連接器：連接器可以對兩個零件之間進行彈性連接、阻尼連接、定義接觸。 載荷：對物體施加的力，包含標量力、矢量力、標量扭矩和矢量扭矩4種類型。 運動分析：對運動仿真進行分析如:動畫輸出、圖表輸出等。 第二章 連桿、質(zhì)量及材料 2.1連桿的定義 連桿（Link）是連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。 2.1.2質(zhì)量特性 2.2.1調(diào)用材料 2.2.2定義材料 第三章 運動副 運動副的作用就是將機構中的連桿連接在一起，作為一個有機整體進行運動。為了讓機構做規(guī)定的動作，必須使用運動副連接協(xié)調(diào)運動。 NX運動仿真模塊提供了15種類型的運動副，根據(jù)是否存在驅(qū)動和使用頻率分類如下： 包含驅(qū)動：旋轉(zhuǎn)副、滑動副、圓柱副。 不包含驅(qū)動：固定副、螺旋副、球面副、平面副、萬向節(jié)副。 不包含驅(qū)動不常用：恒定速度、點重合、共線、共面、方位、平行、垂直。 3.2.2創(chuàng)建咬合連桿 連桿指定運動付后，不僅自身可以運動，有時還能伴隨其他的連桿運動。此種情況稱為咬合連桿。 咬合連桿注意事項如下： 不創(chuàng)建咬合連桿時，運動副相對地面約束運動（固定在指定點運動，不會隨重力掉下)。 如果桿之間裝配好，需要相對于第二個連桿運動。第二個連桿可以不指定原點和方位。 如果連桿之間沒有裝配好，可以勾選【咬合連桿】復選框，指定第二個連桿的原點和方位。在運動仿真動畫播放時會裝配在一起。 3.2.3固定副 3.2.4旋轉(zhuǎn)副 3.2.5滑動副 3.2.6柱面副,可以定義兩個驅(qū)動一個旋轉(zhuǎn)一個平移。 3.2.7球面副 3.2.8萬向節(jié)副 3.2.9平面副 3.2.10螺旋副 第四章 傳動副 4.1創(chuàng)建傳動副 傳動副的作用是改變扭矩的大小、控制輸出力類型等。齒輪副、齒輪齒條副、線纜副是建立在基礎運動副之上的運動類型，因此傳動副沒有驅(qū)動可以加載。組成傳動副的基礎運動副分別如下： 齒輪副：由兩個旋轉(zhuǎn)副組成 齒輪齒條副：由一個旋轉(zhuǎn)副和一個滑動副組成。 線纜副：由兩個滑動副組成。 4.1.1齒輪副 齒輪副的特點如下： 齒輪副不能定義驅(qū)動，如果需要驅(qū)動可以在其他運動副上定義。 齒輪副除去了兩個旋轉(zhuǎn)副的一個自由度，其中一個旋轉(zhuǎn)副要跟隨另一個旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動，因此需要定義嚙合點，以確定它們的傳動比。 兩旋轉(zhuǎn)副的軸心可以不平行，即能創(chuàng)建錐齒輪。 成功創(chuàng)建齒輪副的條件是：兩個旋轉(zhuǎn)副或圓柱副全部為固定的或自由的，且不在同軸的情況下才能創(chuàng)建齒輪。 4.1.4齒輪齒條副 齒輪齒條副的特點如下： 齒輪齒條副不能定義驅(qū)動，如果需要驅(qū)動需要在旋轉(zhuǎn)副或滑動副內(nèi)定義。 齒輪齒條副除去了兩個運動副的一個自由度，其中一個運動副要跟隨另一個運動副傳動，因此需要定義嚙合點，以確定它們的傳動比。 4.1.6線纜副 線纜副的特點如下： 線纜副不能定義驅(qū)動，如果需要驅(qū)動需要在其中一個滑動副內(nèi)定義 線纜副除去了兩個自由度。 線纜副比值默認為1：1，如果為正值則兩滑動副的方向一致，如果為負值則兩滑動副的方向相反。 線纜副的速度和比值有關，如果比值大于1，則第一個滑動副比第二個滑動副速度快；如查比值小于1，則第二個滑動副比第一個滑動副速度快。 第5章 約束 約束命令可以指定兩對象的連接關系，它包含點在曲線上、線在線上、點在曲面上3種類型。 5.1創(chuàng)建約束 5.1.1點在曲線上 點在曲線上特點如下： 點在曲線上不能定義驅(qū)動 點在曲線上去掉了對象的2個自由度，物體可以沿曲線移動或旋轉(zhuǎn)。 點在曲線上運動必須接觸，不可以脫離。 點在曲線上類型可以將不在線上的點裝配在一起運動。根據(jù)對象是否為連桿一共有3種類型，具體含義如下： 固定點：點自由移動，線固定。 固定線：線自由移動，點固定。 無約束：點自由移動，線自由移動。 5.1.3線在線上 線在線上特點如下： 線在線上不能定義驅(qū)動。 線在線上去掉了對象的2個自由度，物體可以沿曲線移動或旋轉(zhuǎn)。 線在線上不能定義方向，兩對象之間的公線線是運動副的X軸。 線在線上運動必須接觸，線與線之間的運動時始終為相切關系。 5.1.5點在曲面上 點在曲面上的特點如下： 點在曲面上不能定義驅(qū)動。 點在曲面上去掉了對象的3個自由度，物體可以沿曲面移動或旋轉(zhuǎn)。 點在曲面上運動必須接觸，點與曲面之間的運動時始終保持相切。 點在曲面上解算需要的時間要比其他的類型慢很多。 第6章 力的創(chuàng)建 6.1載荷 NX7.0的載荷包含了標量力、矢量力、標量扭矩、矢量扭矩4個命令。 6.1.1標量力 標量力是有一定大小并通過空間直線方向作用的力。 一般情況下定義標量力（或其他力）分為三個步驟： （1）選擇要施加力的連桿，非連桿對象不能被選中。 （2）定義力的原點，力的方向為第二點到第一點的方向。 （3）定義力的大小，可以使用恒定或者XY函數(shù)編輯器輸入值。 創(chuàng)建標量力的注間要點如下： 標量力的方向通過它的起點和終點推動。 如果需要使用反作用力，需要在“基本”選項卡選擇第二個連桿。 標量力的方向只是代表了初始的方向，在整個運動過程中方向是不斷變化的。 所有標量力、矢量力在整個分析過程中都會影響機構的運動。 6.1.3矢量力 矢量力是有一定大小和方向作用的力。與標量力一樣，矢量力可以改變物體的運動狀態(tài)，它和標量力的區(qū)別在于施加力的方向相對物體始終不變。矢量力一共有兩種類型： 組件：不需要指定方位。以絕對坐標系為參照分別在X、Y、Z上輸入力的大小，力的大小和方向通過各軸上的分力合成。 幅值和方向：需要指定方位，以確定力在對象上的方位，因此力的大小只有一項。 創(chuàng)建矢量力注意要點如下： 矢量力和標量力的創(chuàng)建在操作步驟上略有不同，不需要指出不動的原點，只需要指出施加力的點就可以了。 如果要明確力的方向請不要使用組件類型，而是使用幅值和方向。 矢量力的原點是力的作用點，需要明確的定義。 如果需要使用反作用力，需要在“基本”選項卡選擇第二個連桿。 6.1.6矢量扭矩 矢量扭矩同標量扭矩一樣使物體旋轉(zhuǎn)運動。標量扭矩只能施加在旋轉(zhuǎn)副上，而矢量扭矩則是施加在連桿上，并可以定義反作用連桿。矢量扭矩一共有兩種類型： 組件：可以在一個或多個軸上定義扭矩。 幅值和方向：用戶自定義一個軸上的扭矩。 6.2重力與摩擦力 在NX7.0中重力始終存在，而摩擦力則可忽略，也可開啟。 6.2.1重力 6.2.2摩擦力 在NX7.0能夠定義滑動摩擦力和靜摩擦力。 1.滑動摩擦力 當一個物體在另一個上作相對滑動時，受到阻礙相對滑動的力為滑動摩擦力。 2.靜摩擦力 滑動摩擦力是物體滑動的時候發(fā)生的，如果有力在作用于物體時，但是物體保持靜止狀態(tài)，此時摩擦力的大小和推力相等、方向相反，稱為靜摩擦力。 3.創(chuàng)建摩擦力 摩擦力沒有專門的對話框可以執(zhí)行，創(chuàng)建摩擦力可以在運動副、接觸器等進行。 在NX7.0內(nèi)摩擦力除靜摩擦、動摩擦參數(shù)外還有靜摩擦過渡速度、最大靜摩擦變形、靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)等。它們的含義如下： 靜摩擦過渡速度：當物體從靜摩擦完全過渡到動摩擦時，物體的切向速度。靜摩擦過渡速度默認為0.1 最大靜摩擦變形：達到最大靜摩擦時物體的變形量，最大靜摩擦變形默認為0.01. 靜摩擦系數(shù)：當物體由靜止到滑動時的摩擦系數(shù)。 動摩擦系數(shù)：當物體滑動時的摩擦系數(shù)。 第7章 連接器 連接器可對零件進行彈性連接、阻尼連接、定義接觸。它包含彈簧、襯套、阻尼、2D接觸、3D接觸。 7.1 彈性連接 彈性連接主要包含彈簧和襯套，它們都可以對作用力進行緩沖，使速度、動量等逐漸變小，在現(xiàn)實中可以減少對物體的變形。 7.1.1彈簧 彈簧在NX7.0中變形有兩種情況：彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。 7.1.2彈簧力 在NX中彈簧用于施加力和扭矩，在動動仿真內(nèi)能對連桿、滑動副、旋轉(zhuǎn)副施加彈簧力。彈簧力是位移和剛度的函數(shù)。 1.位移 彈簧在自由狀態(tài)下沒有任何形變時，彈簧的作用力為零。當拉長或縮短時發(fā)生形變時，產(chǎn)生和位移正比的力，彈簧的形變單位如下： 拉伸彈簧：毫米（mm）或英寸（in ）。 扭轉(zhuǎn)彈簧：度（degerr）或弧度（radians） 創(chuàng)建彈簧力并不需要創(chuàng)建彈簧模型，而是以符號的形式標記，它和矢量力、標量力一樣只是力的一種。 2.剛度 在相同的形變下，彈簧越粗、材料性能越好它所產(chǎn)生的彈力就越大。彈簧粗細、材料性能可以定義彈簧的剛度，剛度越大則彈簧力越大。彈簧剛度的單位如下： 拉伸彈簧：牛頓每毫米（N/mm）或磅每英寸（lbf/in）。 扭轉(zhuǎn)彈簧：牛頓毫米每弧度（N*mm/radian）或英寸磅力每度（lbf*in/radians）。 7.1.6 襯套 襯套是定義兩個連桿之間的彈性關系機構對象，襯套類似于骨骼的骨關節(jié)。骨關節(jié)之間有一定的彈性和韌性，可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動、拉伸和縮短。在仿真運動中襯套用于建立柔性的運動副，或給機構加一些約束、補償自由度。 1.襯套的自由度 2.襯套的類型 襯套分為兩個類型：柱坐標和常規(guī)，具體的含義如下： 柱坐標襯套：需要定義4種運動類型和剛度、阻尼系數(shù)，一共8個參數(shù)。 常規(guī)襯套：需要定義X、Y、Z的平移和旋轉(zhuǎn)和剛度、阻尼、載荷系數(shù)，一共18個參數(shù)。 7.2阻尼連接 阻尼類似于摩擦力 7.2.1 阻尼 阻尼是運動機構的命令，它和一般的滑動摩擦力不同的是阻力不是恒定的。阻尼力對物體的運動起反作用力。作用務和物體運動的速度有關，方向和物體運動方向相反。 7.3 接觸單元 7.3.1 2D接觸 2D接觸是二維平面中的接觸命令，它的約束與線在線上副命令一樣，比線在線上副更能精確地描述機構的運動，能定義摩擦、阻尼等，甚至還允許分離。2D接觸的參數(shù)比較多，具體含義如下： 剛度：物體穿透材料所需要的力，剛度越大材料硬度越大。 力指數(shù)：用于計算法向力，ADAMS解算器會使用力指數(shù)計算材料的剛度對瞬間法向力的作用。力指數(shù)必須大于1，對于鋼一般給定在1.1～1.3. 材料阻尼：代表碰撞中負影響的量。材料阻尼必須大于等于零，值越大物體跳得越小。 穿透深度：用于計算法向力。定義解算器達到完全阻尼系數(shù)時的接觸穿透深度。此值必須大于零，但是值很小，0.001左右。 接觸曲線屬性：系統(tǒng)在每個迭代中檢查的點數(shù)，軟件會在下方顯示曲線劃分的點數(shù)，設置時一般不要大于顯示的值。 7.3.3 3D接觸原理 3D接觸是運動仿真中的一個特征，它可以創(chuàng)建實體與實體之間的接觸。一個物體和多個物體碰撞或接觸生成的接觸力和運動響應，由5個因素決定： 接觸物體的剛度。 力指數(shù) 穿透深度 阻尼 摩擦 1.接觸力原理 阻尼：它對接觸運動的響應起負作用。阻尼由用戶定義，它作為穿透的函數(shù)逐漸起作用。當穿透深度為零時，阻尼也為零。當穿透深度為最大時，阻尼也為最大。 摩擦：摩擦對接觸表面之間的滑動或滑動趨勢起阻礙作用。在接觸的瞬間，靜摩擦作用在接觸表面，物體運動后為動摩擦。 2.接觸參數(shù) 剛度：可以簡單認為是抗變形的能力。鋼和鋼接觸為10的7次方。 穿透深度：穿透深度是接觸力F(contact)=k*xe的重要參數(shù)，它是允許物體進入接觸面的深度。通常設為0.01. 力指數(shù)：力指數(shù)E是接觸力的其中一個參數(shù)，使接觸力的響應為非線性變化。指數(shù)小于1，降低接觸力和運動響應；指數(shù)大于1，增加接觸力和運動響應。 阻尼：阻尼力對接觸運動響應為負作用，軟件不默認分配阻尼系數(shù)。常設為剛度的0.1%。 第8章 仿真結果輸出 本章將介紹仿真模型的運動分析結果輸出。比如：運動的速度、受力等，輸出的形式有：直觀的模型動畫、參數(shù)的曲線變化圖表等。 8.1動畫分析 仿真運動機構有3種解算方案：常規(guī)驅(qū)動、關節(jié)運動和電子表格驅(qū)動。 8.1.1常規(guī)驅(qū)動 常規(guī)驅(qū)動是基于時間的一種運動形式。機構在指定的時間和步數(shù)進行運動仿真，它是最常用的一種驅(qū)動。要執(zhí)行常規(guī)驅(qū)動，必須在運動副內(nèi)選擇以下4種運動類型： 無：沒有外加任何驅(qū)動到運動副，也是軟件默認的選項。 恒定：運動副的運動（旋轉(zhuǎn)或移動）參數(shù)為恒定狀態(tài)，比如位移、速度、加速度。 簡諧：簡諧運動產(chǎn)生的周期性正弦運動。 函數(shù)：使用XY函數(shù)編輯器定義的復雜驅(qū)動方程。 8.1.2關節(jié)運動 關節(jié)運動是基于位移的一種運動形式。機構在指定的步長（旋轉(zhuǎn)角度或直線距離）和步數(shù)進行動畫分析。要執(zhí)行關節(jié)運動，必須在運動副驅(qū)動內(nèi)選擇關節(jié)運動類型。 8.1.3電子表格驅(qū)動 當機構使用常規(guī)驅(qū)動或關節(jié)驅(qū)動解算后，NX內(nèi)部記錄每個時間對應的驅(qū)動（角度或位移）的變化數(shù)據(jù)。如果需要可以把驅(qū)動的數(shù)據(jù)輸出為電子表格，進行分析或修改等。這此數(shù)據(jù)在解算時可以直接利用電子表格驅(qū)動模型。 8.1.4靜力平衡 靜力學是研究物體靜止狀態(tài)的學科。靜力學研究的對象是物體上的作用力和為零，物體可以是永久不動或有運動趨勢，具體包含以下物體的運動狀態(tài)： 永久靜止的物體。 處于靜止狀態(tài)，但是有運動趨勢的物體。 勻速運動的物體中某一結構的瞬間分析。 8.1.5求解器參數(shù) NX內(nèi)置了兩種求解器，ADAMS求解器和RccurDyn求解器。其中RccurDyn求解器為NX默認，使用不同的求解器對應的參數(shù)也就有所不同。 常見的求解器參數(shù)含義如下： 最大步長：用于控制積分和微分方程的dx因子，步長越小精度越高。 最大求解誤差：用于控制求解結果和微分方程的誤差，誤差越小精度越高。 最大迭代次數(shù):用于控制求解器的最大迭代次數(shù)。初始步長：用于控制RccurDyn求解器積分的初始步長大小。 N-R：用于控制Newton-Raphson積分器的屬性。 魯棒N-R：用于提高Newton-Raphson的屬性。 8.2電子表格 電子表格驅(qū)動的功能和關節(jié)運動、常規(guī)驅(qū)動一樣可以作為某個運動副的驅(qū)動，使仿真模型的運動按照指定的時間和動作完成。電子表格不僅提供驅(qū)動信息，還是交換式的，可以根據(jù)需要修改電子表格，更新模型的運動。 8.2.1電子表格和系統(tǒng)平臺 使用電子表格驅(qū)動模型后，觀察電子表格有以下幾種方式： 打開電子表格所在位置 在電子表格驅(qū)動對話框，單擊圖標。 8.2.2創(chuàng)建和編輯電子表格 1.創(chuàng)建電子表格 2.編輯電子表格 8.2.3電子表格驅(qū)動模型 8.3圖表輸出 8.3.1 NX圖表輸出 1.創(chuàng)建位移圖表 2.創(chuàng)建速度圖表 3.創(chuàng)建加速度圖表 4.創(chuàng)建力圖表 8.3.2電子表格輸出 8.4創(chuàng)建照片與視頻 第9章 機構檢查 進行運動仿真的目的，不僅是讓機構運動起來，還要保證運動機構的合理性，比如是否有干涉、運動幅度夠不夠等。 理解機構檢查對運動機構是否合理的重要性。 熟練使用封裝選項的三大命令。 學會使用標記、智能點，并輸出它們的圖表。 9.1封裝選項 封裝選項包含三大檢查工具：干涉檢查、測量和機構跟蹤。 9.1.1干涉檢查 干涉命令可以檢查運動機構中選定對象每一步存在的碰撞，可幫助排除運動機構存在的缺陷，干涉以3種類型顯示存在碰撞的結果： 高亮顯示：發(fā)生干涉時對象高亮顯示，顯示的顏色默認為紅色，在UG NX里面兩物體面接觸也算為干涉，請注意區(qū)分。 創(chuàng)建干涉實體 顯示相交曲線。 9.1.2 測量 測量命令可以測量兩對象之間的距離和角度，并實時顯示尺寸。測量命令甚至可以創(chuàng)建安全尺寸，當物體運動到安全尺寸時發(fā)生報警、暫停。測量相關參數(shù)含義如下： 最小距離 角度 大于：當物體運動的測量值大于安全尺寸時，測量事件發(fā)生。 小于：當物體運動的測量值小于安全尺寸時，測量事件發(fā)生。 目標：當物體運動的測量值等于安全尺寸時，測量事件發(fā)生。 事件發(fā)生時停止：當測量事件發(fā)生時，運動仿真機構停止。 9.1.3 追蹤 追蹤命令可以復制模型在某個位置的備份，通過追蹤可以記錄機構重要的動作或?qū)Ρ饶Ｐ椭g的區(qū)別。追蹤命令不僅可以手動追蹤在某一時刻的模型備份，還可以自動追蹤在每一步時模型備份。具體的含義如下： 追蹤：復制指定物體在每一步的模型 追蹤當前位置：復制指定物體在某一時刻的模型。 追蹤整個機構：復制整個機構在某一時刻的模型。 9.2標記 標記功能通常和追蹤、測量一起使用，它有3個命令：標記、智能點和傳感器。通過標記可以創(chuàng)建某一點的位移、速度和加速度圖表，甚至可以構成運動軌跡的點集。 9.2.1 標記 標記是定義在連桿上的某個點，標記和智能點相比有明確的方向定義。標記的方向特性在復雜的動力學分析中特別有用，比如分析連桿的速度、位移等。 9.2.2 智能點 智能點是沒有方向的點，實質(zhì)上和普通的點功能幾乎一樣。它能依附連桿，也不能和標記一樣輸出圖表，使用時和普通點的用法一樣。把智能點加入到連桿，然后追蹤智能點，生成軌跡。 9.2.3 傳感器 傳感器是圖表輸出的一種快速標記，傳感器可以檢查物體的速度、位移、加速度和力。它的優(yōu)點在于可以參照任何物體檢查數(shù)據(jù)，輸出圖表時不需要在設置圖表參數(shù)。要先建立要測量的標記，然后傳感器里面選相對，兩個標記的位移與速度。 9.2.4 剪式千斤頂 第10章 XY函數(shù)編輯器 運動仿真應用模塊中，通過XY函數(shù)編輯器可以定義復雜的函數(shù)控制位移、速度、加速度和力。XY函數(shù)編輯器分為：數(shù)學函數(shù)、AFU格式的表兩大類。 10.1 運動函數(shù) 運動函數(shù)是基于時間的復雜數(shù)學函數(shù)，通過XY函數(shù)管理器調(diào)用。運動函數(shù)可以定義運動驅(qū)動、施加力、扭矩等所需函數(shù)。常用的運動函數(shù)包含：簡諧運動函數(shù)、階梯函數(shù)、多項式函數(shù)。XY函數(shù)編輯器的用途如下： 一般：創(chuàng)建一個用于一般用途的函數(shù)。 運動：創(chuàng)建一個用于運動仿真應用模塊的函數(shù)。 響應仿真：創(chuàng)建一個用于響應仿真應用模塊的激勵函數(shù)。 10.1.1多項式函數(shù) 多項式函數(shù)PLOY(x, x0, a0, a1, ..., a30),可以創(chuàng)建光順變化的函數(shù)值，主要用于遞增或遞減的速度或加速度上。它的方程定義如下： 其方程各參數(shù)含義如下： X是自變量，一般是時間（time），可默認不設置。 X0是多項式的偏移量，可定義為任何常數(shù)。 a1, ..., a30是多項式的系數(shù)，系數(shù)越大函數(shù)值越大。 如：POLY( x, 0, 0, 1, 30) 10.1.2 簡諧運動函數(shù) 簡諧運動函數(shù)SHF(x, x0, a, w, phi, b),它的波形為正弦波，主要用于搖擺機構上。簡諧運動函數(shù)的方程定義如下： SHF=a*sin(w*(x-x0)-phi)+b 其方程各參數(shù)含義如下： X是自變量，一般是時間（time)，可默認不定義。 X0是自變量的相伴位偏移。 a為振幅，振幅越大值越大。 w為頻率。 phi為正弦函數(shù)的相位偏差。(第一次的偏移） b為平均位移。（中心線的偏移） 如：SHF(x, 0, 45, 10, 0, 0) 10.1.3 間歇函數(shù) 間歇函數(shù)STEP(x, x0, h0,x1, h1),主要用于復雜時間控制運動機構上。間歇函數(shù)的方程定義如下： 其方程各參數(shù)含義如下： X是自變量，可以是time或time的任一函數(shù)。 x0是自變量的STEP函數(shù)開始值，可以是常數(shù)或函數(shù)表達式或設計變量。 x1是自變量的STEP函數(shù)結束值，可以是常數(shù)、函數(shù)表達式或設計變量。 h0是STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設計變量或其他函數(shù)表達式。 h1是STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設計變量或其他函數(shù)表達式。 如：STEP(x, 0, 0, 1,75),意思是在0秒運動0mm,在1秒運動75mm。 10.2 AFU格式表 軟件將表XY函數(shù)存儲為函數(shù)的輔助數(shù)據(jù)文件（AFU)格式，可以將有關表函數(shù)存儲到一個或多個AFU文件。AFU格式表能生成比運動函數(shù)更加復雜的函數(shù)，創(chuàng)建AFU格式表的類型如下： 在文本編輯器中手工輸入數(shù)據(jù)點。 在電子表格中手工輸入數(shù)據(jù)點。 在圖表柵格上選擇數(shù)據(jù)點。 從另一個選定函數(shù)選擇數(shù)據(jù)點。 從當前繪出在圖表窗口的另一個函數(shù)選擇數(shù)據(jù)點。 隨機生成數(shù)據(jù)點（基于用戶輸入的參數(shù)）。 使用波形掃掠來生成數(shù)據(jù)點。 使用現(xiàn)有數(shù)學函數(shù)來生成數(shù)據(jù)點。 10.2.1 對話框選項 XY函數(shù)編輯器能定義特定函數(shù)的屬性，可以輸入某些數(shù)據(jù)將填充到編輯器，XY函數(shù)編輯器，創(chuàng)建AFU格式表有3個步驟： 1.ID ID的含義是輸入函數(shù)的標識符信息，它在運動仿真一般默認不動。其選項卡含義如下： 對于節(jié)點響應函數(shù)，響應值顯示了節(jié)點ID及請求該響應的方向。對于模態(tài)響應函數(shù)，這些值顯示了模態(tài)類型（柔性體模態(tài)的MFLX）和模態(tài)ID。 指出函數(shù)的載荷工況。 坐標系：指出函數(shù)坐標系，使用代表坐標系的數(shù)字。 ID行第1行允許你輸入或修改函數(shù)的標題。 2.坐標系 坐標系選頂卡是定義與X軸相關聯(lián)的屬性，其中橫坐標的間距下拉列表框使用最為頻繁，具體含義如下： 等距：橫坐標以恒定增量增加。 非等距：指定軟件認為每個橫坐標值都是聽唯一的。 序列：按順序顯示X軸數(shù)據(jù)并按順序標記X軸值，不論實際X值如何。軟件以遞增方式將每個值放置在圖表的X軸上，而不用X值替代X軸的位置。 3.XY數(shù)據(jù) 輸入或生成函數(shù)的XY數(shù)據(jù)，也就是所講解的創(chuàng)建AFU格式表方法。根據(jù)坐標系間距的定義不同，創(chuàng)建的方法也有所不同。使用等距可以創(chuàng)建AFU格式表的類型有： 在文本編輯器中手工輸入數(shù)據(jù)點。 在電子表格中手工輸入數(shù)據(jù)點。 在圖表柵格上選擇數(shù)據(jù)點。 從另一個選定的函數(shù)選擇數(shù)據(jù)點。 隨機生成數(shù)據(jù)點（基于用戶輸入的參數(shù)） 使用波形掃掠來生成數(shù)據(jù)點。 使用現(xiàn)有數(shù)學函數(shù)來生成數(shù)據(jù)點。 10.2.2 使用隨機數(shù)字 使用AFU格式表的隨機數(shù)字類型能產(chǎn)生毫無規(guī)律的波形。 10.2.3 執(zhí)行波形掃掠 使用AFU格式表的波形掃掠能提供常見波形，波形的頻率不僅可以設置，而且在同一個波形內(nèi)頻率可以變化。波形掃掠一共有4種類型： 正弦波掃掠 余弦波掃掠 正方形波掃掠 已過濾正方形波掃掠 10.2.4 從柵格數(shù)字化 10.2.5 從數(shù)據(jù)（繪圖）數(shù)字化 從數(shù)據(jù)（繪圖）數(shù)字化類型能編輯原AFU格式表，創(chuàng)建新的波形，因此它可以很容易繼承原波形，具體含義如下： 從數(shù)據(jù)數(shù)字化：在原AFU記錄表上選擇某個表，進入圖表創(chuàng)建新的波形。 從繪圖數(shù)字化：如果繪圖區(qū)存在圖表，則以原圖表創(chuàng)建新的波形。如果沒有圖表，則不可以創(chuàng)建。從繪圖數(shù)字化和從數(shù)據(jù)數(shù)字化相比少一個選擇表的步驟。 使用從數(shù)據(jù)數(shù)字化類型創(chuàng)建AFU格式表的步驟如下： （1）單擊【新建】工具按鈕，打開“XY函數(shù)編輯器”對話框 （2）單擊坐標系圖標，打開【XY數(shù)據(jù)創(chuàng)建】選項卡。 （3）單擊【間距】下拉列表框，選擇非等距類型。 （4）單擊XY數(shù)據(jù)圖標，打開【XY數(shù)據(jù)創(chuàng)建】選項卡 （5）單擊從數(shù)據(jù)數(shù)字化圖標 （6）選擇某個AFU格式的表 （7）單擊“AFU記錄選擇”對話框【確定】工具按鈕，打開“拾取值”對話框。 （8）在NX繪圖區(qū)，可以在原正弦線上創(chuàng)建控制點繪制新的曲線 （9）單擊“拾取值”對話框按鈕，完成柵格數(shù)字化波形的創(chuàng)建。 （10）單擊“XY函數(shù)編輯器”對話框的【確定】工具按鈕，選擇柵格數(shù)字化波形。 10.2.6 從文本（電子表格）編輯器鍵入 10.3 實例------料斗運動 第11章 模型優(yōu)化 模型優(yōu)化是設計產(chǎn)品最關鍵的一步。當運動仿真分析結果不滿足預期結果時，對模型進行優(yōu)化，達到用戶的要求。 11.1實例------起重機模型優(yōu)化 11.1.1定義載荷 第12章 動力學分析綜合實例 12.1 實例------注塑模 12.2 實例------落地扇 第2篇 有限元分析篇 本篇主要介紹ug nx7.0有限元分析的一些基礎知識和操作實例，包括模型分析準備，建立有限元模型，有限元模型的編輯，分析和查看結果，球擺分析綜合實例等知識。 第13章 有限元分析準備 本章主要介紹建立有限元分析模型前的相關準備工作，具體包括：分析模塊的選擇，分析模型的建立，分析環(huán)境的設置和模型的預處理。 13.1分析模塊的介紹 在UG NX系統(tǒng)的高級分析模塊中，首先將幾何模型轉(zhuǎn)換為有限元模型，然后進行前置處理包括賦予質(zhì)量屬性，施加約束和載荷等，接著提交解算器進行分析求解，最后進入后置處理，采用直接顯示資料或采用圖形顯示等方法來表達求解結果。 該模塊是專門針對設計工程師和對幾何模型進行專業(yè)分析的人員開發(fā)的，功能強大，采用圖形應用接口，使用方便。具有以下4種特點： 圖形接口，交互操作簡便。 前置處理功能強大：在UG系統(tǒng)中建立模型，在高級分板模塊中可以直接轉(zhuǎn)化成有限元模型并可以對模型進行簡化，忽略一些不重要的特征；可以添加多種類型載荷，指定多種邊界條件，采用網(wǎng)格生成器自動生成網(wǎng)格。 支持多種分板求解器，NX.NASTRAN,NX熱流，NX空間系統(tǒng)熱，MSC.NASTRAN,ANSYS和ABAQUS等，及多種分析解算類型包括結構分析、穩(wěn)態(tài)分析、模態(tài)分析、熱和熱-結構分析等。 后置處理功能強大：后置處理器在一個獨立窗口中運行，可以讓分析人員同時檢查有限元模型和后置處理結果，結果可以以圖形的方式直觀地顯示出來方便分析人員的判斷，分析人員也可以采用動畫形式反映分析過程中對象的變化過程。 13.2 有限元模型和仿真模型的建立 13.3求解器和分析類型 13.3.1求解器 UG NX有限元模塊支持多種類型鐵解算器這里簡要說明主要的3種： “NX.Nastran和MSC.Nastran”：Nastran是美國航空航天局推出的大型應用有限元程序，其卓越的功能在世界有限元方面受到重視。使用該求解器，求解對象的自由度幾乎不受數(shù)量的限制，在求解各方面都有相當高的精度。其中包括UGS公司開發(fā)的NX.NASTRAN和MSC公司開發(fā)的MSC.NASTRAN。 “ANSYS":ANSYS求解器是由世界上最大的有限元分析軟件公司之一ANSYS公司開發(fā)的，ANSYS廣泛應用于機械制造，石油化工，航空，航天等領域，是集結構，熱，流體，電磁和聲學與一體的通用型求解器。 "ABAQUS":ABAQUS求解器在非線性求解方面有很高的求解精度，其求解對象也很廣泛。 13.3.2 分析類型 UG NX 的分析模塊主要包括以下分析類型： “結構”（線性靜態(tài)分析）：在進行結構線性靜態(tài)分析時，可以計算結構的應力，應變，位移等參數(shù)：施加的載荷包括力、力矩、溫度等，其中溫度主要計算熱應力；可以進行線性靜態(tài)軸對稱分析（在環(huán)境選中軸對稱選項）。結構線性靜態(tài)分析是使用最為廣泛的分析之一，UG NX根據(jù)模型的不同和用戶的需求提供極為豐富的單元類型。 “熱”（穩(wěn)態(tài)熱傳遞分析）：穩(wěn)態(tài)熱傳遞分析主要是分析穩(wěn)定熱載荷對系統(tǒng)的影響，可以計算溫度、溫度梯度和熱流量等參數(shù)，可以進行軸對稱分析。 “軸對稱分析”表示如果分析模型是一個旋轉(zhuǎn)體，且施加的載荷和邊界約束條件僅作用在旋轉(zhuǎn)半徑或軸線方向，則在分析時，可采用一半或四分之一的模型進行有限元分析，這樣可以大大減少單元數(shù)量，提高求解速度，而且對計算精度沒有影響。 13.4模型準備 13.4.1理想化幾何體 13.4.2 移除幾何特征 13.4.3 分割模型 13.4.4 中面 UG NX系統(tǒng)提供3種產(chǎn)生中面的方法 面對：通過指定實體的內(nèi)表面和外表面，產(chǎn)生中面。 偏置：通過指定實體表面，設置中面離指定面的距離比值，生成中面。 自定義主法：根據(jù)需要為實體指定一個中面。 13.4.5 縫合 縫合操作有兩種縫合類型： “片體”：將兩個或多個片體縫合成一個片體。 “實體”：將兩個或多個實體縫合成一個實體。 13.4.6 分割面 第14章 建立有限元模型 本章主要介紹如何為模型指定材料屬性，添加載荷，約束和劃分網(wǎng)格等操作。通過對本章的學習基本掌握有限元分析的前置處理部分。 熟悉材料屬性和載荷，邊界條件的生成。 掌握實體模型的網(wǎng)格劃分。 14.1 材料屬性 材料的物理性能分為4種：各向同性，各向異性，正交各向異性和流體。 各項同性材料：在材料的各個方向具有相同的物理特性，大多數(shù)金屬都是各項同性的。 常用物理參數(shù)分別有密度，楊氏模量，泊松比等， 正交各項異性材料：該材料是用于殼單元的特殊各向異性材料，在模型中包含3個正交的材料對稱平面，在UG NX中列出正交各項異性材料常用物理參數(shù)表格。 正交各向異性材料主要常用的物理參數(shù)和各項同性材料相同，但是由于正交各向異性材料在各正交方向的物理參數(shù)不同，為方便計算列出了材料在3個正交方向（X，Y，Z）的物理參數(shù)值，同時也可根據(jù)溫度不同給出各參數(shù)的溫度表值，建立方式同上。 各項異性材料：材料各個方向的物理特性都不同，在UX NX中列出各項異性材料物理參數(shù)表格。 流體：在做熱或流體分析中，會用到材料的流體特性，系統(tǒng)給出了液態(tài)水和氣態(tài)空氣的常用物體特性參數(shù)， 在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中有多種材料類別這里介紹3種： 金屬：系統(tǒng)給出的金屬材料都是各項相同性材料，共有31種。 塑料：系統(tǒng)給出的塑料材料都是各項相同的材料，共有13種。 其他：系統(tǒng)給出的其他材料中包括一種各項相同性材料和兩種流體材料特性。 材料屬性定義操作步驟如下 注意：在有限元模型中才能添加材料屬性，有限元模型系統(tǒng)默認名稱：model1_fem1.fem. 14.2 添加載荷 在UG NX高級分析模塊中載荷包括力，力矩，重力，壓力，邊界剪切，軸承載荷，離心力等，可以將載荷直接添加到幾何模型上，載荷與作用的實體模型關聯(lián)，當修改模型參數(shù)時，載荷可自動更新，而不必重新添加，在生成有限元模型時，系統(tǒng)通過映射關系作用到有限元模型的節(jié)點上。 14.2.1 載荷類型 載荷類型一般根據(jù)分析類型的不同包含不同的形式，在結構分析中常包括以下形式： 力：力載荷可以施加到點，曲線，邊和面上，符號采用單箭頭表示 法向壓力：法向壓力載荷是垂直施加在作用對象上的，施加對象包括邊界和面兩種，符號采用單箭頭表示。 重力：重力載荷作用在整個模型上，不需用戶指定，符號采用單箭頭在坐標原點表示。 壓力：壓力載荷可以作用在面，邊界和曲線上，和正壓力相區(qū)別，壓力可以在作用對象上指定作用方向，而不一定垂直于作用對象的，符號采用單箭頭表示。 力矩：力矩載荷可以施加在邊界，曲線和點上，符號采用雙箭頭表示。 邊緣剪切：邊緣剪切只能施加在邊界上，沿邊的切向作用壓力載荷，符號采用單箭頭表示。 軸承載荷：軸承載荷是指作用在一段圓弧面或圓弧邊界上的載荷，且在作用對象上分布不均勻，是一種變化的載荷，變化規(guī)律可以按正弦規(guī)律變化也可以按拋物線規(guī)律變化。在為對象添加該載荷時，需指定最大載荷的作用點和作用范圍的角度。符號采用單箭頭表示。 離心力：離心力作用在繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的模型上，系統(tǒng)默認坐標系的Z軸為回轉(zhuǎn)中心，在添加離心力載荷時用戶需指定回轉(zhuǎn)中心與坐標的Z軸重合。符號用雙箭頭表示。 溫度載荷：溫度載荷可以施加在面，邊界，點，曲線和體上，符號采用單箭頭表示。 熱膨脹：熱膨脹載荷主要用于熱分析和熱結構分析中，施加對象包括面和邊界，符號采用單箭頭表示。 14.2.2 載荷添加矢量 在多數(shù)載荷添加過程中，都會同時定義載荷添加方向，UG NX系統(tǒng)提供5種載荷方向定義方式： XYZ分量：按XYZ直角坐標系定義各方向載荷分量大小。 RTZ分量：按RTZ圓柱坐標系定義各分量載荷大小。 RTP分量：按RTP球坐標系定義各分量載荷大小。 垂直于：添加的載荷垂直于作用對象上。 沿邊界：添加的載荷分別沿邊界3個分量Ft、 Fn、 Fs，分別表示沿邊界的切線方向，邊界所在面的法線方向和與前述兩方向垂直并指向模型內(nèi)部方向。 14.2.3載荷添加方案 在建立一個加載方案過程中，所有添加的載荷都包含在這個加載方案中。當需在不同加載狀況下對模型進行求解分析時，系統(tǒng)允許提供建立多個加載方案，并為每個加載方案提供一個名稱，也可以自定義加載方案名稱。也可以對加載方案進行復制，刪除操作。添加載荷操作步驟如下： 14.3邊界條件的加載 邊界條件是用來限制自由度的， 14.3.1邊界條件類型 常用邊界類型有5種：移動/旋轉(zhuǎn)、移動、旋轉(zhuǎn)、固定溫度邊界、自由傳導。后兩者主要用于溫度場的分析。 14.3.2 約束類型 在為約束對象選擇了邊界條件類型后，UG NX系統(tǒng)提供了標準的約束類型。共有以下幾類： 用戶定義的約束：根據(jù)用戶自身要求設置所選對象的移動和轉(zhuǎn)動自由度，各自由度可以設置成為固定，自由或限定幅值的運動。 強迫位移約束：可以為6個自由度分別設置一個運動幅值。 固定約束：選擇對象的6個自由度都被約束。 固定移動約束：3個移動自由度被約束，而轉(zhuǎn)動副都是自由的。 固定轉(zhuǎn)動約束：3個轉(zhuǎn)動自由度被約束，而移動副都是自由的。 簡單支撐約束：在選擇面的法向自由度被約束，其他自由度處于自由狀態(tài)。 銷釘約束：在一個圓柱坐標系中，旋轉(zhuǎn)自由度是自由的，其他自由度被約束。 圓柱約束：在一個圓柱坐標系中，根據(jù)需要設置徑向長度，旋轉(zhuǎn)角度和軸向高度3個值，各值可以分別設置為固定，自由和限定幅值的運動。 滑塊約束：在選擇平面的一個方向上的自由度是自由的，其他各自由度被約束。 滾子約束：對于滾子軸的移動和旋轉(zhuǎn)方向是自由的，其他自由度被約束。 對稱約束和反對稱約束：在關于軸或平面對稱的實體中，用戶可以提取實體模型的一半，或四分之一部分進行分析，在實體模型的分割處施加對稱約束或反對稱約束。 14.4 劃分網(wǎng)格 劃分網(wǎng)格是有限元分析的關鍵一步，網(wǎng)格劃分的優(yōu)劣直接影響最后的結果，甚至會影響求解是否能完成， 14.4.1 網(wǎng)格類型 在UG NX高級分析模塊包括零維網(wǎng)格，一維網(wǎng)格，二維網(wǎng)格，三維網(wǎng)格和連接網(wǎng)格五種類型，每種類型都適用于一定的對象。 零維網(wǎng)格：用于指定產(chǎn)生集中質(zhì)量單元，這種類型適合在節(jié)點處產(chǎn)生質(zhì)量單元。 一維網(wǎng)格：一維網(wǎng)格單元由兩個節(jié)點組成，用于對曲線，邊的網(wǎng)格劃分。 二維網(wǎng)格：二維網(wǎng)格包括三角形單元，四邊形單元，適用于對片體，殼體實體進行劃分網(wǎng)格。注意在使用二維網(wǎng)格劃分網(wǎng)格時盡量采用正方形，這樣分析結果比較精確；如果無法使用正方形網(wǎng)格，則要保證四邊形的長寬比小于10；如果是不規(guī)則四邊形，則就保持四邊形的各角度在45o～135o之間；在關鍵區(qū)域應避免使用有尖角的單元，且避免產(chǎn)生扭曲單元，因為對于嚴重的扭曲單元，UG NX的各解算器可能無法完成求解。在使用三角形單元劃分網(wǎng)格時，應盡量使用等邊三角形單元。還應盡量避免混合使用三角形和四邊形單元對模型劃分網(wǎng)格。 三維網(wǎng)格：三維網(wǎng)格包括四面體單元,六面體單元。10節(jié)點四面體單元是應力單元，4節(jié)點四面體單元是應變單元，后者剛性較高，在對模型進行三維網(wǎng)格劃分時，使用四面體單元就優(yōu)先采用10節(jié)點四面體單元。 連接網(wǎng)格：連接單元在兩條接觸邊或接觸面上產(chǎn)生點到點的接觸單元，適用于有裝配關系的模型的有限元分析。UG NX系統(tǒng)提供焊接，邊接觸，曲面接觸和邊面接觸四類接觸單元。 14.4.2 零維網(wǎng)格 零維網(wǎng)格用于產(chǎn)生集中質(zhì)量點，適用于為點，線，面，實體或網(wǎng)格的節(jié)點處產(chǎn)生質(zhì)量單元，可以在“單元屬性”欄下選擇單元的屬性，可以通過設置單元大小或數(shù)量，將質(zhì)量集中到指定的位置。 14.4.3一維網(wǎng)格 一維網(wǎng)格定義兩個節(jié)點的單元，是沿直線或曲線定義的網(wǎng)格。 14.4.4 一維單元截面 對于采用一維網(wǎng)格劃分的梁，桿等，在有限元模型的建立過程中可以通過定義實常數(shù)的方式描敘梁，桿的截面，或通過一維單元截面操作定義截面。 14.4.5 二維網(wǎng)格 對于片體或殼體常采用二維網(wǎng)格劃分單元， 14.4.6 3D四面體網(wǎng)格 3D四面體網(wǎng)格常用來劃分三維實體模型。 14.4.7 3D掃描網(wǎng)格 在UG NX高級分析模塊中，若實體模型在某個截面在一個方向保持不變或按固定規(guī)律變化，則可采用3D掃描網(wǎng)格為實體模型劃分網(wǎng)格。 14.4.8 接觸網(wǎng)格 接觸網(wǎng)格是在兩條邊上或兩條邊的一部分上產(chǎn)生點到點的接觸。 14.4.9 曲面接觸網(wǎng)格 曲面接觸網(wǎng)格常用于裝配模型間各零件裝配面的網(wǎng)格劃分。 14.5 創(chuàng)建解法 創(chuàng)建解法包括解法，耐久解法方案和步驟-子工況3部分。 14.5.1 解算方案 根據(jù)用戶需要和第13章介紹，選擇解法的名稱，解算器，分析類型和解法類型等。一般根據(jù)不同的解算器和分析類型，解算方案類型有4類：一般采用自動由系統(tǒng)選擇最優(yōu)算法。 14.5.2 耐久性解算方案