教程：使用运动优化零件

了解如何使用运动分析结果优化零件。

在本课中您将学习到：
  • 使零件接地
  • 创建刚体组
  • 添加铰接和角度转动电机
  • 运行瞬态和静力学运动分析
  • 施加形状控制和对称
  • 使用运动分析结果优化零件

打开 CAD 模型

  1. 按 F7 开“演示浏览器”。
  2. 双击 Motion 文件夹下的 M04_YBracket.x_t 文件，将其加载到模型视窗中。


  3. 如果不可见，请按 F2 打开“模型浏览器”。
  4. 确保显示单位已设置为 MKS。

使零件接地

  1. 在运动功能区上，从“连接”组中选择地平面工具。


    提示： 要查找并打开工具，按 Ctrl+F。更多信息请见查找和搜索工具。
  2. 选中 Shaft 零件将其接地。
    该零件即变为红色，表明其是一个地面零件。


  3. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

创建刚体组

  1. 在“模型浏览器”中选中 Mounts 装配。
    此时，即会在模型视窗中选中装配中的零件
  2. 选择刚体组工具。


    被选中的零件变为红色。
  3. 点击浮动的创建新组图标，将所选零件放入新组。


  4. 在模型浏览器中选中 Y-Bracket 装配。
  5. 点击“创建新组”图标，创建一个包含 Bracket 和 Boss 零件的新刚体组。


  6. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。
  7. 关闭“模型浏览器”，然后按 F 使模型适应视图。

使用铰接连接零件

  1. 选择铰接工具。


    此时显示带有默认设置（“所有零件”、“所有”、“自动”）的操作栏。


  2. 点击 ，然后点击操作栏上的 按钮。
    注意：该操作会创建四个铰接，其中两个为模型活动零件之间的铰接，另外两个是将 Y-Bracket 连接至地平面的圆柱铰接。


  3. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

添加角度转动电机以控制零件角度

  1. 选择转动电机工具。


  2. 旋转模型查看 Flywheel 零件。
  3. 要创建第一个连接，应点击 Flywheel 轴毂上的孔。
    所选的孔即变为红色。这是轴连接点。


  4. 再次点击该孔。
    这会为转动电机创建基座连接，以对抗地平面。此时即显示转动电机，小对话框中的默认设置为速度转动电机。


  5. 在小对话框中，将转动电机类型从“速度”更改为角度。（运行静力学分析时需要进行该项设置，本教程后续章节将会对此进行介绍。）


  6. 将大小更改为 360 deg。
  7. 将轮廓函数更改为坡道。
  8. 按 F3 按钮打开“属性编辑器”。
  9. 在 Motor 1的轮廓类别下，将持续时间更改为 1 s。


  10. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。
  11. 关闭“属性编辑器”。

设置重力方向

  1. 在视图控制中选择右视图，以便从此面查看模型。


  2. 打开“重力”工具：
    1. 在运动功能区上，在力旁边，选择 。会出现一个下拉菜单。

    2. 选择重力工具。
      默认情况下，-z 方向上的重力加速度 (G) 设置为 9.80665 m/s2。
  3. 注意：模型视窗中显示的向量表明了重力方向。


  4. 点击小对话框中的移动图标。
  5. 调整重力向量的方向，方法为：点击并拖动旋转器，或在小对话框中输入 15 deg，将向量向 Flywheel 倾斜，如图所示：


  6. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

运行运动分析查看机构运行状态

  1. 如图所示放置模型。


  2. 点击“分析运动”图标上的快速运行按钮，以查看运动中的模型。


    注意：地面零件保持静止，其他零件随着转动电机的驱动而运动。
  3. 如果分析仍在运行，再次点击快速运行按钮以停止分析。
  4. 双击右键或点击查看运动的结果工具，退出复查模式。

将分析类型更改为静力学并重新运行分析

  1. 将鼠标光标悬停在分析运动工具上，然后点击运行设置图标打开“运行运动分析”窗口。


  2. 将结束时间更改为 1 s，然后选择静力学选项。


  3. 点击运行执行试运行。
    后续的零件优化操作将会使用到该静力学运行配置。
  4. 点击关闭以关闭“运行运动分析”窗口。

查看运动分析结果

  1. 在对应字段中输入数值或拖动滑动条，将动画工具栏中的时间更改为 0.70 s。


  2. 在“模型浏览器”中选定 Joint 3，绘制连接件力的结果。
    注意：圆柱铰接承受的载荷会随机构的运行而变化。


  3. 右键点击图表，并选择扭矩。
    注意：Y-Bracket 的角度相对于重力发生变化时，您还可以观察到扭矩的变化。


  4. 点击空白区域退出图表。
  5. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

定义设计空间

  1. 右键点击 Bracket 零件打开右键菜单，然后选择设计空间。


  2. 点击空白处取消选定 Bracket 零件。
    注意：Bracket 零件的颜色会变为暗红色，表明其已经成为设计空间。Boss 零件仍显示为灰色，因为其被视作非设计空间。


向设计空间施加对称和形状控制

  1. 点击功能区的结构仿真选项卡。
  2. 选中“形状控制”工具中的施加对称控制按钮。


  3. 确保选中二级功能区中的对称的工具。


  4. 选中 Bracket 设计空间。
    此时出现默认的对称平面。
  5. 点击禁用与全局 XZ 平面对齐的对称平面。
    该平面即变成透明状态，如图所示。


  6. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。
  7. 从“形状控制”工具中选择施加拔模方向按钮。


  8. 选中二级功能区中的双向拔模选项。


  9. 选中 Bracket 设计空间。
    此时即显示默认的拔模方向，如图所示。


  10. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

运行优化

要运行优化，请打开“运行优化”窗口，选择运行类型和目标，然后点击“运行”。

优化零件前，先运行一次静态运动分析。（注意：优化支持瞬态分析，但在本教程中我们将忽略动态效应，并仅使用静力学求解。）
  1. 在功能区上选择运动选项卡。
  2. 点击“分析运动”工具上的快速运行按钮，模型运行完成后可生成基线运动分析结果，该结果将用于零件优化。
  3. 点击“优化零件”图标上的运行优化 。Bracket 会被自动选中，因为其是唯一可优化的设计空间。
  4. 将“运行优化”窗口中的“名称”更改为 Bracket_2Sym_CylCyl，这表明您将要在接地连接具有两个圆柱铰接的情况下优化零件。
  5. 将最小厚度约束设置为 0.02 m。
  6. 点击运行执行零件优化。优化完成时，会有一个绿色的勾选标记出现在“运行状态”窗口中。
  7. 双击“运行状态”窗口中的运行名称。（或者，您可以打开 M04_YBracket_run.stmod 文件查看结果）。此时会显示优化后的形状。
    注： 如果使用默认最小厚度 0.011811 m 运行模型，结果可能会更平滑，但运行所需的时间会更长。
  8. 选择“形状浏览器”中的转换到设计空间，查看初始的设计空间。
    注： 如果打开含有运行结果的 .stmod 文件，请点击“优化零件”图标上的显示优化结果工具，打开“形状浏览器”。
  9. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

更改接地连接的铰接类型

  1. 选择铰接工具。


  2. 在图形窗口中框选两个圆柱铰接，或使用 Ctrl 键在“模型浏览器”中选中这两个铰接。


  3. 在小对话框中将铰接类型从圆柱更改为球和球承窝。
  4. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。

重新运行零件优化

  1. 点击“优化零件”图标上的运行优化。


  2. 注意：此时会出现警告框。
    该警告旨在告诉您，由于您对铰接连接进行了更改，将需要对当前模型运行运动分析，之后才能优化设计空间。


  3. 选择运行按钮执行运动分析。
  4. 再次点击“优化零件”图标上的运行优化。


  5. 选中 Bracket 作为设计空间进行优化。
  6. 在“运行优化”窗口中，将名称更改为 Bracket_2Sym_BallBall。
  7. 点击运行执行零件优化。
    优化完成时，会有一个绿色的勾选标记出现在“运行状态”窗口中。
  8. 在“运行状态”窗口中双击运行名称（或打开“演示浏览器”中的 M04_YBracket_run.stmod 文件查看结果）。
    此时会显示优化后的新形状。


  9. 选中形状浏览器中的转换到设计空间，查看初始设计空间，或复查之前生成的优化形状。
  10. 鼠标右击划过勾选标记以退出，或双击鼠标右键。
  11. 查看删除对称平面的效果：
    1. 双击多个对称平面，然后点击并禁用与全局 XZ 平面对齐的一个对称平面。
    2. 重新运行优化，以便观察在只有一个对称平面（全局 XY）的情况下形状如何变化。
  12. 查看重力向量在机构运行时始终与其保持对齐的效果：
    1. 将重力方向更改为“全局 Z”方向。
    2. 重新运行优化，观察重力与垂直运动的模型始终保持对齐时形状如何变化。