AIP2008 实战教程– 16
第16章运动仿真
1. 基本情况
Inventor Professional 运动仿真，能够完成装配下的零部件运动和载荷条件下的动态仿真。
也可以在任何运动状态下将载荷条件输出到应力分析中；能展示运动过程以及某瞬间的动态载荷。
运动仿真处理仅在装配环境下使用，包括：
♦可引用运动连接约束库，实施多于Inventor自身装配约束的约束。
♦可定义外力和力矩。
♦可根据与时间相关的位置、速度、加速度、扭矩以及外载荷等工况，实施运动仿真。
♦可创建运动轨迹，表达运动结果。
♦可将结果数据输出成图表或者Excel表。
♦可将运动瞬间的工况结果传递到应力分析模块或ANSYS Workbench。
♦可解析运动中力平衡所产生的条件力。
♦可将Inventor装配约束中符合条件的设置，转换成运动仿真中对应的连接约束。
♦可在定义运动连接时，使用与时间相关的摩擦、阻尼、弹簧等条件。
♦交互使用动态零件运动将动力应用于连接仿真。
按照Inventor自己的解释，运动分析将依据下列规
则：♦只能在Inventor装配环境进行操作。
♦使用与每个零件关联的物理特性。
♦浏览器中抑制或未激活的零件处于“空闲”状态，不能参与仿真。
♦原始坐标系原点与仿真坐标系原点重合。
♦默认情况下，零件之间没有运动连接。
♦非柔性子部件被视为单个刚体。
包含子部件的单个零件也是刚体，不能在非柔性子部件的零件之间定义运动连接。
♦因为零件是刚体，且在连接中处于空闲状态，所以可以对机械装置
进行过约束。
例如，如果指定约束一个自由度，而该自由度已经受
到另一个现有连接的约束。
进入Inventor运动仿真模块需作如下操作：打开一个需要进行运动仿
真
的装配文件，在“应用程序”菜单下选择“运动仿真”，即可进入
Inventor 运动仿真界面。
参见图16-1所示。
图16-1 进入界面2. 基础参数
在切换到运动仿真环境中之后，一般要设置一些基础参数。
先点击工具面板上的“运动仿真设置”按钮，会弹出对话框，参见图16-2。
当“自动更新已转换的连接”处于激活状态时，Inventor会在进入运动仿真模块后，自动把
装配约束转换为标准连接，但同时用户也不能再添加标准连接了，也就是不能添加后面所讲的“基本
运动约束”。
如果通过清除该框来禁用“自动更新已转换的连接”，系统会显示一条消息警告用户将删除所有已转换的连接，此后用户可以添加标准连接，如果有装配约束，也可以通过“转换装配约
束”手动转换装配约束。
点击按钮，之后在图16-2的界面中将角速度输入规则改变成“rpm”量纲，这才是机械设计中最为常用的单位制。
“三维框架”的“Z 轴大小”是用来设置三轴架在图形区中的显示大小，一般设置成20 比较
合适。
在条件设置中，这个三轴架是个很重要的参考，其中有绿色和黄色两套，分别代表未来操控中经常见到的蓝色和黄色零件；三轴架上，一个箭头是X 方向，两个和三个箭头是Y 和Z 方向。
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图16-2 运动仿真设置
3. 基本运动约束
在运动仿真中，Inventor 默认情况下会自动将
装配中的约束转换成基本运动约束，但却不能再添加
基本运动约束。
因此读者在看这节时，可以把运动仿
真设置中的“自动更新已转换的连接”禁用，这样就
可以手动添加基本运动约束。
3.1 旋转运动(Revolution)
参见图16-3，参见16-01C.IAM。
其中：
♦约束特点：
名称：旋转；被约束的自由度数：5；约束要素：
Z1=Z2 O1=O2
♦Z轴：
指定这个零件运动坐标系的 Z 轴。
可以是工作
轴，也可以是任何可能确定一根轴的几何结构；例如：
圆柱面、圆锥面等…
♦原点：
在选定Z 轴之后，指定这个零件运动坐标系的原
点位置。
任何与Z 轴不平行的平面或者可以定义一个
图16-3 旋转运动
点的几何要素都可用；例如：端面、平面、圆弧棱边…
♦X轴：
这不是旋转运动约束的必要条件，而是控制剩余自由度，两零件初始位置的条件，后来会用到这个条件完成旋转运动的驱动设置…
♦与Inventor的装配约束相关：
插入，以及轴线+端面对准，可直接被继承为“旋转”。
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3.2 平移运动(Prismatic)
参见图 16-4，其中的图标按钮操作规则与旋转运动雷同。
与通常的“平移”有所不同的是：
这里所说的平移，将是沿着所指定Z 轴方向的直线运动，并非统称意义上的“在平面上作运动、包括可能
的沿着曲线运动”；所以，精确的描述应当是“沿直
线平移”。
参见16-02c.IAM。
♦约束特点：
名称：平移；被约束的自由度数：5；约束要素：
X1Y1Z1=X2Y2Z2（坐标轴方向相同），O2落在O1Z1线上
♦Z轴：
指定零件运动的直线轨迹位置的Z 轴。
可以是工
作轴，也可以是任何可能确定一根轴的几何结构；例
如：圆柱面、圆锥面等…
♦原点：
在选定Z 轴之后，指定这个零件运动坐标系的原
点位置。
任何与Z 轴不平行的平面或者可以定义一个
点的几何要素都可用；例如：端面、平面、圆弧棱
边…
♦X轴：
这不是平移运动约束的必要条件，而是控制剩余
自由度，两零件初始位置转角条件…
♦与Inventor的装配约束相关：图16-4 平移运动
对于16-02.IAM 这样的情况，就不容易直接使用运动关系了，因为不可能直接找到Z 轴…
两个不平行的端面对准可以转换成平移运动。
3.3 圆柱运动(Cylindrical)
参见图16-5。
♦约束特点：
名称：圆柱运动；被约束的自由度数：4；约束
要素：Z1=Z2
♦Z轴：
指定这个零件运动坐标系的 Z 轴。
可以是工作
轴，也可以是任何可能确定一根轴的几何结构；例如：
圆柱面、圆锥面甚至是棱边…
♦原点：
在选定Z 轴之后，指定这个零件运动坐标系的原
点位置，这不是圆柱运动约束的必要条件。
♦X轴：
这不是圆柱运动约束的必要条件，而是控制剩余
自由度，两零件初始位置转角条件…
♦与Inventor的装配约束相关：
图16-5 圆柱运动参见16-03.IAM 这样的情况，利用“线-线重合”
的约束结果，可以被解释成圆柱运动。
3.4 球面运动(Spherical)
参见图16-6。
♦约束特点：
名称：平移；被约束的自由度数：3；约束要素：O1 = O2
可见，球面运动比柱面运动又减少一个自由度的约束。
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♦点：
两者的约束点。
♦Z轴/X轴：
这不是球面运动约束的必要条件，而是控制剩余自由度…
♦与Inventor的装配约束相关：
参见16-04.IAM 这样的情况，利用“点-点重合”的约束结果，可以被解释成球面运动；至于到底是不是有“球面”介入并无关系…
图16-6 球面运动图16-7 平面运动
3.5 平面运动(Planar)
参见图16-7。
♦约束特点：
名称：平面运动；被约束的自由度数：3；约束要素：Y1=Y2和O2落在O1X1Z1面上
这是典型的平动，包括移动和转动。
实际上只有选定的两个平面的贴合。
♦平面：
两者的贴合平面。
♦原点/X轴：
这不是平面运动约束的必要条件，而是控制剩余
自由度…
♦与Inventor的装配约束相关：
参见 16-05.IAM，利用“面-面贴合”的约束结
果，可以被解释成平面运动。
3.6 点-线运动(Point-Line)
参见图16-8。
♦约束特点：
名称：点-线运动；被约束的自由度数：2；约束
要素：O2落在O1Z1线上
即一个“点”沿着一条“直线”平动。
♦Z轴/点：
两者运动的直线路径和装配到线的点。
图16-8 点-线运动
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