用函數实现Inventor中特殊运动的模拟.docVIP

用函数实现Inventor中特殊运动的模拟 Inventor具有非常强大装配功能，它的零部件运动模拟通常也是基于装配约束的，这使得对于基于装配约束的运动模拟，无论结构多复杂实现起来都非常容易（如连杆机构、传动机构和摆轮机构等）。但是在实际工作中，我们遇到的很多运动模式（如一个物体按确定的二维或三维的轨迹运动；在自动加工流水线上工件、夹具和加工设备的协调动作等等），我们仅仅只用基于装配约束的运动模拟就难以实现。 如何来实现这种复杂的运动模拟？我们知道Inventor的装配模型中每添加一个装配约束，系统内部就会自动赋予一个变量，而且这个变量可以用Inventor的内部函数与其它变量建立关系，并在驱动约束主变量时实现联动，这就为实现复杂的模拟运动带来了可能。 在Inventor的变量中除了用“加减乘除”运算进行关联外，还可以用SIN、COS等复杂函数建立相互间的关联关系，在Inventor的帮助中可以找到这些函数的详细说明。 下面我们就通过几个实例来探讨如何用Inventor的内部函数，来实现一些特殊而复杂的运动模拟问题。 二维正弦波型曲线运动 这里以小球为列，首先做一个直径为5mm的球型零件，存盘后将其装入一新建的部件文件（.iam）中。 在部件浏览器中选中小球单击右键，选择取消固定。 分别给小球中心和部件的基准坐标的xy、yz和zx平面之间添加配合约束，之后选择zx平面为观察方向。 接下来要将装配约束变量进行关联，我们选择与yz平面的装配约束为主动变量，而与xy平面的装配约束变量用y=a sin(x)公式与主动变量相关联。 图1 在装配工具面板中选择参数按钮“”，在参数设置对话框中进行设置，如图1所示。如果与yz平面的装配约束变量名为d1，与xy平面的装配约束变量为d5，接着将d5的等式项中添加“100 mm * ( sin(d1 / 1 mm * 1 deg) )”的表达式，如图2所示。 注意：100为振幅，“d1 / 1 mm * 1 deg”是为了将量纲mm转换为deg，以确保量纲的正确性，否则就会出错。 图2 如图3所示，在浏览器中，选择与XY平面的配合约束，在右键下拉菜单中选择“驱动约束”，然后在“驱动约束对话框”中设置合适的终止值，点“”按钮，小球就会按正弦波型曲线运动。如果再将小球与ZX平面的装配约束变量，也和驱动变量用表达式进行关联，那么就可以实现三维曲线轨迹的运动模拟。 图3 三维轨迹的运动 一滚轮沿图示路径匀速滚动，路径的尺寸如图4所示。 首先按上面所给的尺寸用三维路径扫掠做一个路径轨迹模型。再做一个直径为100mm的滚轮，为了能看清楚滚动可以打些孔。 图4 新建一部件，首先将路径轨道模型装入，让其固定。然后装人滚轮，在添加装配约束之前，再新建一参考零件，用于驱动滚轮沿轨迹线移动。参考零件可以是空零件，也可以做一些如正方体和空等简单的特征，用定位和添加约束用。参考零件的形状如图5所示。 图5 将参考零件约束到图6所示示位置，参考零件的轴线分别与图中ZX平面重合、与YZ平面相距1000mm，底面与XY平面重合，然后再给参考零件添加一个驱动绕其中心轴线旋转的对准角度装配约束。以控制参考零件沿X轴、Z轴平动和绕其中心轴线旋转。 图6 给滚轮与参考零件之间添加装配约束，使滚轮约束到图7所示的起点位置，让其能跟着参考零件进行移动和旋转。最后添加滚轮的滚动约束，即能使滚轮能绕其中心轴滚动的对准角度约束，可以是滚轮的YZ平面和参考零件的上平面，该约束可以作为驱动约束。 图7 约束添加完毕后，在参数对话框中可以看到所添加约束的参数值，为了便于区分，在备注栏中可以注明，也可更改参数名称，如将驱动参数名改为“drive”。如图8所示。 图8 将装配约束与驱动变量关联 在这里要用到的一个函数是sign(expr)，当expr=0时返回0，当expr0时则返回1。 首先设一个用户参数，将滚轮的滚动角度转换为滚动距离： L=3.1415926ul*100mm*drive/360deg（drive是模型中用于驱动的参数） 图9 通过作图可得到滚轮中心运动的轨迹，如图9所示，将轨迹分为8段，每段的长度设为用户参数L1、L2、L3、……L8，未直接给出的长度尺寸可通过计算或直接在模型中测量得到。为了方便输入和修改，以下所定义的用户参数，均先在Excel表格中建立，如图10所示，通过链接到Inventor中： 图10 用sign(expr)函数设8对用户参数P1A、P1B；…… P8A、P8B，如图11所示，用于在轨迹上设置断点，相当于一个时间轴，用于控制某段函数值的的开始或停止： 图11 再分别设参数X1、Z1和turn_angle_1将滚轮的X向运动、Z向运动和转动角度按其运动轨迹定义函数表达