NX运动仿真在“机械设计基础”课件制作中的应用

王东凤，李秀玲

(张家口职业技术学院，河北张家口 075000)

NX是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业CAID/CAD/CAE/CAM的高端软件，因其能使用户数字化地创建和获取三维产品定义，而为众多行业青睐。NX从1990年进入中国市场以来，使复杂产品的设计简单化，减少了产品开发的成本，增强了企业的竞争力，从而发展迅速，成为中国航空航天、汽车、机械加工、模具制作、家电行业等领域的首选软件。但是NX在职业教育课件制作领域的应用还不多见。我通过几年来学习使用此软件，感觉用它来制作课件是比较方便的。第一，NX软件的运动仿真，具有“机械设计基础”课程所介绍的各种运动副，可以真实模拟各种机构运动；第二，NX的参数化决定了我们在讨论机构运动条件时可以方便地修改各构件尺寸；第三，可以进行运动分析，对机构各点进行追踪，方便地观察机构上各点的运动轨迹，分析其位移、速度和加速度。现以例子来说明NX运动仿真在“机械设计基础”中的应用。

举例：设已知各构件的尺寸及原动件以等速回转的角速度回转，用NX运动仿真模块，模拟牛头刨床机构运动简图，分析机构上点的位移、速度和加速度。

1 创建文件

打开NX软件，新建部件文件，注意选择路径和文件名均需英文名字；若出现中文路径或部件名，软件不认可。若作为演示课件，可以不考虑图形单位；若需准确的参数分析，注意定义文件的单位为mm。

2 建立牛头刨床机构运动简图模型

进入建模模块，根据构件尺寸，创建模型如图1。在建模的时候，因为我们只用到XY平面，所以可以把XY平面调到大致平行于屏幕的位置，按F8调正。CTRL+J编辑圆及竖直直线为点划线。为方便仿真运动副定义，在铰链的位置画两个圆，否则铰链连接的位置容易脱开，虽然运动副关系不会改变。

图1牛头刨床机构简图图4各构件定义图

3 基于集成的CAE模块，创建运动仿真

(1)进入仿真模块，此时各按钮为灰色不可用，如图2。在运动导航器里，右键新建运动仿真，可以使用右键菜单重命名，这时仿真各按钮点亮可用。如图3。

图2仿真模块工具图

图3点亮的仿真模块工具图

(2)定义1、2、3、4、5、6各构件如图4，其中1为机架。

(3)定义各转动副和移动副，在构件4和构件6上，在建模时都加入了小圆，目的是和对应构件建立转动副；加入了线，目的是在指定位置建立运动副；不加这些辅助线，容易使回转中心和移动位置出现偏差。这些辅助线也可以在模拟运动不合适后，返回建模模块重新添加。但是必须注意要在窗口菜单选择对应部件文件。定义运动副完成后的机构如图5。若有哪个运动副不合适，可以在运动导航器里，找到对应运动副，右键一一编辑进行修改。

图5定义运动副后的机构图图6运动副编辑对话框

(4)其中构件2为主动驱动件，我们设定其速度为10度/S，可以编辑转动副J001，选择运动驱动类型为“恒定的”，在速度栏里输入10，如图6。其他运动副，运动驱动为“无”。

(5)在仿真运动工具栏上选择动画按钮，弹出“分析选项”对话框，选“静力/动力分析”，时间设置为36秒，目的是使得曲柄刚好转过360度，步数默认为50；若希望后边追踪点密度高些，则步数可选大些，如图7。

图7分析选项对话框图8动画控制界面

(6)在图7所示的界面，点“确定”按钮，软件开始解算。关闭信息框，在弹出的动画对话框，点播放按钮，可以播放动画。若要连续循环播放，点循环按钮。如图8。图9为运动过程中的三个不同的位置。

图9机构仿真时不同位置图

4 分析机构上点的位移、速度和加速度

(1)标记图1中E点，追踪标记点，在仿真工具条里选择“生成图表”工具，会弹出定义图表对话框。

(2)在定义图表对话框里选择标记的点符号，选择你要分析的对象：位移、速度、加速度，点加号添加。

(3)选择图表工具NX或电子表格(下图是选择NX的结果)，点确定，得到图10结果。可以在解题时供教师参考使用。

图10位移、速度、加速度图

5 改变机构参数对运动的影响

“机械设计基础”的课程讲解中，四杆机构的类型判别、条件是课程的一个重点也是难点。由于NX许多工具是参数化的，所以可以方便地改变构件的尺寸；或者更改固定构件，以形成不同的四杆机构类型。便于学生对四杆机构演变的理解与掌握。但是需要注意在用NX建模的时候，要使用参数化的工具，同时配合捕捉点工具。这样建立仿真后，返回建模模块修改模型尺寸时(在仿真界面也有修改参数的工具，但建模模块修改的自由度更大)，仿真机构才能跟随。需要特别注意的是，修改后的尺寸关系需要满足机构动作的关系要求。比如曲柄滑块机构，若增长曲柄的长度，就变成摇杆滑块机构。若再播放动画，会提示锁住，动画不能播放。此时可能需要改变原动件的方向，同时变换动画播放模式，才能正常播放。这里不再赘述。

以上是使用NX软件制作机构运动的过程，但是要作为课件在课堂上播放以达到良好的效果，其做法还需要教师根据具体情况进行斟酌。常用的有几种方法：第一，可以使用NX软件导出.gif或者.mpeg格式动画，使用播放器直接播放(这里须注意：NX软件建模时若使用线条建模，则导出的动画不可见，需要建立实体模型)。有时使用版本为4.0的NX软件时，动画不能直接导出，需要先生成电子表格，保存电子表格，然后运行电子表格，播放动画之后，才能从文件菜单导出或者从运动导航器右键导出动画。第二，可以把gif格式文件，放到FLASH软件中做成swf格式文件，添加播放控制按钮，这样方便观察，画面流畅；而且可以重复播放，或者使画面停留在任意位置。另外，教师课堂普遍使用.ppt格式课件，swf文件可以嵌入ppt。讲课的时候，不致因切换界面而破坏课堂的统一风格。第三，直接使用NX软件播放。若本校没有装NX软件，任课教师可以自己携带主程序，只要在课前几分钟安装一下服务程序，在所使用的电脑注册一下就可以使用NX软件了。直接使用NX软件在课堂演示，通过改变构件长度参数，可以方便地观察到机构的变化。另外，本课件也可以为后续课程分析刨床滑枕的位置调节等打下基础，使得教学资源可以共享。第四，利用屏幕录像软件录制。

由于多媒体进入课堂，制作适合我们选用教材的课件就是教师自身努力的方向。在众多的课件制作方法中，如FLASH、3DMAX等都可以做到模拟机构运动。但是使用FLASH软件制作，没有精准的尺寸概念，而且作图麻烦，要用帧帧动画实现各点位置。构件尺寸更改是做不到的。3DMAX虽比FLASH稍好，也存在同样的缺点。NX以其参数化确定构件尺寸精准、构件尺寸修改方便、模拟运动副逼真等特点，必然将成为各工科教师的使用工具。以上以牛头刨床机构为例所作的介绍，供各位学习使用此软件的同仁参考。

参考文献：

[1]胡小康.UGNX6运动仿真培训教程[M]. 北京：清华大学出版社，2009.

[2]朱文坚，黄平.机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2005.

[3]青华工作室.运动仿真视频教程[EB/OL]. http://v.uggd.com/video.php?t=6.