1.1 运动分析概述

运动仿真是UG NX 12数字仿真中的一个模块，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、静力分析，如图1-1所示。

使用运动仿真的功能赋予模型的各个部件一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。

1.1.1 什么是运动分析

UG NX运动仿真模块（UG NX/Motion Simulation）用于建立运动机构模型，分析模型的运动规律。运动仿真模块和主模型是分开保存，从而可以创建不同的运动仿真，而对主模型不产生影响。

如果运动仿真优化完成，可以更新到主模型，完成优化的设计结果。通过运动仿真能完成以下内容。

创建各种运动副、传动机构、施加载荷等。

进行机构的干涉分析、距离、角度测量等。

追踪部件的运动轨迹。

输出部件的速度、加速度、位移和力等图表。

1.1.2 理论力学

理论力学是研究物体的机械运动及物体间相互机械作用的一般规律的学科。理论力学是一门理论性较强的技术基础课，随着科学技术的发展，工程专业中许多课程均以理论力学为基础，如图1-2所示。UG NX运动仿真模块涉及静力学、动力学和运动学中的刚体部分。

刚体动力学是动力学的一个分支学科，它主要研究作用于刚性物体的力与运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。例如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构和方向机构等，如图1-3所示。

说明

刚体的特点是其质点之间距离的不变性，因此运动机构模型不可能设置变形或受力后变形。

1.1.3 运动仿真的实现

运动仿真部件文件由主模型文件组成，主模型可以是装配文件或单个文件。运动仿真的实现根据模型复杂程度可多可少，如图1-4所示。实现运动仿真的5个基本步骤如下。

建立一个运动仿真文件（motion，后缀为sim）。

进行运动模型的构建，设置每个零件的连杆特性。

设置两个连杆间的运动副和添加载荷、传动副等。

进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，解算运动仿真。

运动分析结果的数据输出。

1.1.4 Gruebler

对于单个运动副的自由度（DOF）很容易推算，如果是整个机构的运动自由度，用Gruebler来表示。Gruebler是一个近似的值，因为它没有考虑机构中所有的影响因素。解算器主要是考虑运动副的连接、方向确定自由度。当软件确定的自由度和Gruebler不一致时，会出现错误信息。

自由度大于零：机构欠约束可以活动，它是动力学分析的对象。

自由度小于零：机构全约束是一般的机构要达到的效果。一般由多个运动副和一个驱动组成。

自由度等于零：机构过约束是机构设计得不妥当，解算会失败。

在运动机构中，每增加一个连杆时，自由度增加6个；创建一个运动副时，自由度会减少，并在跟踪条的右方出现Gruebler提示。Gruebler的公式如下：

Gruebler=L×6-ΣJ-ΣI

其中L表示连杆数目；ΣJ表示所有运动副去掉的自由度；ΣI表示运动驱动数目。

常见运动副的自由度见表1-1。