耀唐解讀
在產品設計過程中，如果涉及到一些運動件的設計開發(fā)，并且涉及到多個零件的運動，那么對運動機構進行運動仿真，在產品設計中就顯得尤為重要。
在很多人看來，讓設計的產品“動”起來，這樣的操作很專業(yè)，門檻也很高，所以在一些的實際工程經驗中，都是運用草圖，或者用單一的曲線、曲面來模擬產品的運動路徑，來代替產品整個3D 的運動，但是此方法并不能很完整、準確的描述3D 零件在空間中完整的運動關系。
其實，讓我們設計的產品“動”起來，在3DE CATIA中，并不復雜，通過一些工程連接定義和運動參數賦予，就可以讓我們的產品進行運動仿真，并輸出運動過程中的空間路徑，零件之前的空間距離，甚至零件的運動速度等參數。有了這些輸出結果后，我們就可以校核設計方案的準確性，從而反應到設計中，提高產品研發(fā)質量。
機械裝置是一個產品，其中部件可根據某些預定義約束相對于彼此移動。通常這些約束相互鏈接，因此移動一個零部件將影響其他零部件內的受控運動。飛機上的起落架即為機械裝置的一個常見示例。
在達索系統(tǒng)新一代3DE CATIA 中，進行機構運動仿真大致分為4步，通過在三個app中進行分步操作，最終實現(xiàn)機構運動仿真：
裝配設計(Assembly Design)
搭建產品結構
零件裝配
運動機構設計(Mechanical System Design)
創(chuàng)建工程連接
創(chuàng)建機械裝置展示
運動機構體驗(Mechanical System Experience)
創(chuàng)建運動方案
創(chuàng)建干涉探針
創(chuàng)建距離探針
生成仿真結果
在整個機構運動仿真中，最關鍵也是最基礎的操作是定義零件和零件之間的運動關系，也就是產品自由度的定義。自由度是指物理學當中描述一個物理狀態(tài)，獨立對物理狀態(tài)結果產生影響的變量的數量。下圖是空間中的一個質點的自由度示意圖，包括3個方向的移動和3個方向的轉動，總共6個自由度，自由度通常用DOF(degree of freedom)表示。
在CATIA 中，通過定義零件與零件之前的工程連接關系來定義自由度，一般常用的有旋轉、圓柱、棱形、剛性和固定這幾種工程連接。以下這張圖可以清楚地看出這幾個工程連接定義后的零件自由度。
旋轉：旋轉DOF=1，只可繞著一個方向進行旋轉運動，運動由旋轉角度控制?？梢院唵卫斫鉃槟骋涣慵枰獓@另一零件進行旋轉運動，最簡單的例子就是齒輪與齒輪軸的關系。
圓柱：平移DOF=1,旋轉DOF=1，可繞一個方向進行旋轉和平移運動，運動由旋轉角度和平移長度控制?？梢岳斫鉃槟骋涣慵瓤梢岳@著另一零件旋轉，也可沿著另一零件的軸進行平移。
一般復雜的運動機構都是通過旋轉、圓柱和棱柱等工程連接交替使用而創(chuàng)建了，下面通過飛機起落架的上半部分的實例來進行操作演示。特別建議的是，在進行產品方案設計時，就應該把運動機構的運動方案先簡化成線進行表示，同時再把結構搭建好，這樣在產品設計時才有據可循，另外在后續(xù)進行工程連接關系定義時，運動關系才能不遺漏。(下圖中的線框元素即產品運動框架)。
01 首先對飛機頭部位置進行空間固定。
02 對多個位置進行旋轉工程連接，用相合和接觸/偏移約束進行定義，因為此例中并不以旋轉角度作為驅動條件，故并不設定角度的受控約束條件。
03 對housing 和 actuator 兩個部件進行棱形工程連接定義，并對兩個零件進行偏移距離約束，使距離成為整個運動機構的驅動條件，設定為900mm-1222mm范圍。
04 創(chuàng)建機械裝置展示，并在機械裝置管理器中，將長度1設定為驅動條件，同時可以在管理器中看到整個機構的DOF，綠色勾選標志則代表整個機構的工程連接關系定義完整，可以進行運動仿真。
05 現(xiàn)在即可通過調整長度1的參數，讓飛機起落架運動起來。
分析設計機構的干涉情況，主要是研究各個零件在運動的時候會不會相撞。運動仿真以后，我們可以對其中不合適的零件的尺寸進行修改，為下一步的設計打基礎。
仿真后可以繪制零件的運動軌跡。也可以是零件上某一點的運動軌跡。當想了解某個零件的運動狀態(tài)時，可以把軌跡繪制出來，就可以知道零件的運動范圍以及運動狀態(tài)。
可以分析機構中零件運動的速度，加速度以及位移，還有作用力，反作用力等等這些情況。能讓研發(fā)人員更加深刻地知道這個零件的運動狀態(tài)。
可以把運動狀態(tài)生成視頻，方便在設計機構完成以后，把它做成視頻和客戶進行交流。讓客戶更直觀地看到設計的產品方案。
下期精彩：
以飛機起落架運動機構實例，借助3DE CATIA 機構運動仿真角色輸出仿真結果，從而對設計方案提出優(yōu)化建議，更可以把設計方案輸出為視頻，更方便的與客戶交流，也能讓客戶更直觀看到設計的產品方案。
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