运动函数驱动原理与应用

UG NX运动仿真中常用的运动函数有多项式函数和间歇运动函数等，本节将举例说明这两种函数的定义方法。

1.多项式函数驱动

UGNX运动仿真中的多项式函数格式为POLY（x，x₀，a₀，a₁，…，a_n），可以创建光顺变化的函数驱动，主要用于递增或递减的速度、加速度以及位移驱动中。多项式函数的方程式定义如下：

其中：

●x是自变量，一般是时间（time），可默认不设置。

●x₀是多项式的偏移量，可以定义为任何常数。

●a₁~a_n是多项式的系数，系数越大，函数值也越大。

下面举例说明多项式函数驱动的应用。在图7.3.11所示的机构中，定义叶轮在轴上的转动速度呈二次曲线变化，且设定速度曲线方程为y=x²+4x+1，则多项式函数格式为POLY（x₁，0，1，4，1）。

图7.3.11 机构模型

Step1.打开装配模型。打开文件D:\ug10.16\work\ch07.03.03.01\poly_asm.prt。

Step3.新建运动仿真文件。在“运动导航器”中右击poly_asm节点，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

Step4.设置运动环境。在“环境”对话框中的区域选中单选项；取消选中区域中的3个复选框；选中对话框中的复选框；在下方的文本框中采用默认的仿真名称“motion_1”；单击按钮。

Step5.定义固定连杆1。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框；选取图7.3.11所示的轴为固定连杆1；在下拉列表中选择选项；在区域中选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L001”；单击按钮，完成固定连杆1的定义。

Step6.定义连杆2。选取图7.3.11所示的叶轮为连杆2；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L002”；单击按钮，完成连杆2的定义。

Step7.定义连杆2中的旋转副。

（1）定义旋转副。选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图7.3.12所示的边线为参考，系统自动选择连杆、原点及矢量方向。

图7.3.12 定义旋转副

（2）定义函数驱动。

①单击“运动副”对话框中的选项卡；在下拉列表中选择选项。

②在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，系统弹出“XY函数管理器”对话框。

③单击“XY函数管理器”对话框中的新建按钮，系统弹出“XY函数编辑器”对话框。

④在“XY函数编辑器”对话框的下拉列表中选择选项；在函数列表区域双击多项式函数，在区域的文本框中修改函数表达式为“POLY（x，0，1，4，1）”，如图7.3.13所示。

图7.3.13 定义多项式函数

说明：对于某些版本的软件，多项式函数图形无法在“XY函数编辑器”对话框中预览，单击“预览”按钮，系统会弹出图7.3.14所示的“警告”对话框。

图7.3.14 “警告”对话框

（3）单击按钮3次，完成运动副及驱动的定义。

Step8.定义解算方案并求解。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“解算方案”对话框；在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；在文本框中输入值15；在文本框中输入值400；选中对话框中的复选框。

（2）设置重力方向。在“解算方案”对话框区域的矢量下拉列表中选择选项，其他重力参数按系统默认设置值。

（3）单击按钮，完成解算方案的定义。

Step9.定义动画。在“动画控制”工具条中单击“播放”按钮，查看机构运动；单击“导出至电影”按钮，输入名称“poly_asm”，保存动画；单击“完成动画”按钮。

Step10.选择下拉菜单命令，保存模型。

说明：

●方案解算完成后，如果要查看输入函数的图形，可以采用下面的方法进行查看。选择下拉菜单命令，系统弹出图7.3.15所示的“图表”对话框；单击其中的选项卡（图7.3.16），选中现有的函数；单击按钮，然后单击按钮，即可生成图7.3.17所示的函数图形。

图7.3.15 “图表”对话框

图7.3.16 “函数”选项卡

●在“布局管理器”工具条中单击“返回到模型”按钮，可以返回到运动仿真环境。(www.xing528.com)

图7.3.17 函数图形

2.间歇函数驱动

间歇函数的格式为STEP（x，x₀，h₀，x₁，h1），可以设置某个时间段内的速度、加速度以及位移的变化，主要用于设置机构的间歇运动和多驱动的联动。间歇函数的方程式定义如下：

其方程式各参数定义如下：

●x是自变量，可以是time或time的任一函数。

●x₀是自变量的STEP函数开始值，可以是常数、函数表达式或设计变量。

●x₁是自变量的STEP函数结束值，可以是常数、函数表达式或设计变量。

●h₀是STEP函数的初始值，可以是常数、设计变量或其他函数表达式。

●h₁是STEP函数的最终值，可以是常数、设计变量或其他函数表达式。

下面举例说明间歇函数驱动的应用。在图7.3.18所示的机构中，定义滑块在2s内从初始位置运动到150mm的位置，然后停止10s，最后在3s内再次前进150mm，则间歇函数定义为“STEP（x,0,0,2,150）+STEP（x,12,0,15,150）”。

图7.3.18 机构模型

Step1.打开装配模型。打开文件D:\ug10.16\work\ch07.03.03.02\step_asm.prt。

Step2.进入运动仿真模块。选择命令，进入运动仿真模块。

Step3.新建运动仿真文件。在“运动导航器”中右击“step_asm”节点，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

Step4.设置运动环境。在“环境”对话框中的区域选中单选项；取消选中区域中的3个复选框；选中对话框中的复选框；在下方的文本框中采用默认的仿真名称“motion_1”；单击按钮。

Step5.定义固定连杆1。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框；选取图7.3.18所示的导轨为固定连杆1；在下拉列表中选择选项；在区域中选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L001”；单击按钮，完成固定连杆1的定义。

Step6.定义连杆2。选取图7.3.18所示的滑块为连杆2；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L002”；单击按钮，完成连杆2的定义。

Step7.定义连杆2中的滑动副。

（1）定义滑动副。选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图7.3.19所示的边线为参考，系统自动选择连杆和原点；单击反向按钮，调整矢量方向如图7.3.20所示。

图7.3.19 定义滑动副

图7.3.20 调整方向

（2）定义函数驱动。

①单击“运动副”对话框中的选项卡；在下拉列表中选择选项。

②在下拉列表中选择选项；单击后的按钮，选择选项，系统弹出“XY函数管理器”对话框。

③单击“XY函数管理器”对话框中的新建按钮，系统弹出“XY函数编辑器”对话框。

④在“XY函数编辑器”对话框的下拉列表中选择选项；在函数列表区域双击多项式函数，在区域的文本框中修改函数表达式为“STEP（x,0,0,2,150）+STEP（x,12,0,15,150）”，如图7.3.21所示。

（3）单击按钮3次，完成运动副及驱动的定义。

Step8.定义解算方案并求解。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“解算方案”对话框；在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；在文本框中输入值15；在文本框中输入值600；选中对话框中的复选框。

图7.3.21 定义间歇函数

（3）单击按钮，完成解算方案的定义。

Step9.定义动画。在“动画控制”工具条中单击“播放”按钮，查看机构运动；单击“导出至电影”按钮，输入名称“step_asm”，保存动画；单击“完成动画”按钮。

Step10.选择下拉菜单命令，保存模型。

说明：使用下拉菜单命令，得到滑块的位移函数图形如图7.3.22所示。