汽车后备箱盖开启机构的建模与仿真实例

时间：2023-10-29 理论教育 版权反馈

【摘要】：本示例将练习以下4个方面内容：●创建汽车后备箱盖开启机构。图3-19 汽车后备箱盖模型图3-20 汽车后备箱盖四杆机构简图表3-4 模型中构件定位点坐标在练习开始前，复制chap03目录下的motion_curve.csv、Point_Import.tcl、point_data.csv、trunk.hm和trunklid.hm文件到工作文件夹中。图3-21 已创建坐标点的分布STEP 02 创建几何体汽车后备箱盖开启机构由4个刚性杆连接而成：ground、input、coupler和follower。它们只在建模过程中帮助用户确认操作正确与否，在运行仿真过程动画时不显示。

汽车后备箱盖开启机构的建模与仿真实例

本示例将练习以下4个方面内容：

●创建汽车后备箱盖开启机构。

●为模型附加H3D格式图形文件。

●使用MotionSolve进行机构运动学分析。

●使用HyperView查看求解结果。

练习中使用的模型如图3-19所示。图3-20显示了将要创建的四杆机构。表3-4列出了模型中构件定位点坐标。

图3-19 汽车后备箱盖模型

图3-20 汽车后备箱盖四杆机构简图

表3-4 模型中构件定位点坐标

在练习开始前，复制chap03目录下的motion_curve.csv、Point_Import.tcl、point_data.csv、trunk.hm和trunklid.hm文件到工作文件夹中。

STEP 01 创建几何点

（1）启动MotionView。

（2）右击Model-Reference工具栏中的Point按钮。

（3）在弹出的Add Point or PointPair对话框中的Label文本框中输入Point A，在Variable文本框中输入p_A，指定点类型为Single。

Label用来帮助用户辨别不同的对象，Variable将提供给MoitionSolve以识别不同的对象。当然，在AddPoint or PointPair对话框中可以使用默认的名称。PointPair用来创建以总体坐标系中X-Z平面为对称面的两个对称点。

（4）单击OK按钮，弹出Point面板。

（5）输入Point A的坐标值X、Y和Z。

（6）重复步骤（3）～（5），创建点B～I。注意，在Add Point or PointPair对话框中设置每个点的Label和Variable。单击Apply按钮可以一次创建多个几何点。Data Summary对话框将显示所有已创建的几何点，同时在该对话框中可以修改几何点的坐标值。

（7）上述点也可通过Point_Import.tcl脚本创建。创建步骤如下：

1）启动MotionView。

2）在View菜单下选择Command Window命令。

3）在命令窗口区域右击选择File→Load File命令。

4）选择并打开工作路径下的Point_Import.tcl。

5）在弹出的Source file对话框中选择point_data.csv。

从视窗控制面板将视图转换为Lft视图，如图3-21所示。

图3-21 已创建坐标点的分布

STEP 02 创建几何体

汽车后备箱盖开启机构由4个刚性杆连接而成：ground、input、coupler和follower。在默认情况下，MotionView将自动创建ground，本步将介绍如何创建input、coupler和follower。

（1）右击Model-Reference工具栏中的Body按钮，弹出Add Body or BodyPair对话框。

（2）在Label文本框中输入Input link，使用默认的Variable名称。

（3）单击OK按钮，进入Body面板。

（4）单击Properties标签，输入几何体属性，如图3-22所示。

图3-22 Body面板（步骤4）

（5）激活CM Coordinates标签，选中Use center of mass coordinate system选项。在Origin按钮下单击Point按钮，此时Point按钮将被浅蓝色方框包围，表明Point处于激活状态。

（6）再次单击Point按钮，在弹出的Select a Point对话框中选择Point G。或者在图形区拖动鼠标左键直至出现G，释放鼠标，即可选择Point G。使用默认方向orient two axes。

上面提及的两种方法可以应用到其他实体选择操作中，如几何体、铰等。在选择大地（Ground Body）或全局坐标原点（Global Origin）时，可以单击图形区的全局坐标系符号。

（7）重复步骤（1）～（6），创建刚性杆Follower和Coupler。分别指定质量及转动惯量为

（8）分别指定B和D为刚性杆Follower和Coupler的质心。

STEP 03 添加显示图形

MotionView中的图形分为3类：隐式图形（Implicit）、基本图形（Primitive）和外部图形（external）。

●Implicit指创建Point、Body、Joint等对象时在MotionView中生成的图标。它们只在建模过程中帮助用户确认操作正确与否，在运行仿真过程动画时不显示。

●Primitive指圆柱、立方体、球体等基本图形，在运行仿真过程动画时显示。

●External指外部导入图形。MotionView的Import CAD or FE菜单能够将CAD文件及有限元文件转换成MotionView可以识别的.h3d格式文件。同时，用户可将.g文件、ADAMS的.shl文件以及wavefront的.obj文件直接输入到MotionView中。

（1）打开所有的隐式图形（Implicit）。

1）在Model菜单中选择ImplicitGraphics命令，弹出Implicit Graphics Settings对话框，如图3-23所示。

2）激活所有Visible复选框。

图3-23 Implicit Graphics Settings对话框

3）单击Close按钮，关闭Implicit Graphics Settings对话框。

隐式图形的状态（图形显示或隐藏）不会保存在当前的模型文件中。MotionView在以下几种情况中使用默认设置：

●在其他窗口中创建一个新的模型。

●启动一个新的会话。

●载入一个已有的.mdl或.mvw模型到新的会话中。

（2）为了更好地观察四杆机构，需要在模型中添加基本图形。

（3）右击Model-Reference工具栏中的Graphic按钮，弹出Add Graphic orGraphicPair对话框。

（4）指定图形名称（Label）和变量名（Variable），可以使用默认名称。

（5）在Type下拉菜单中选择Cylinder并单击OK按钮，进入Graphic面板。

（6）在Connectivity标签中双击Body按钮，在SelectaBody列表中选择Follower，并单击OK按钮。此时，新建的图形与Follower相关联。

（7）单击Origin下的Point按钮，指定圆柱的原点。

（8）选择Point A。

（9）单击Direction下的Point按钮。

（10）选择Point C。

（11）在Propertie标签中的Radius 1文本框中输入2。

（12）重复步骤（2）～（11），根据表3-5，为余下的Bodies创建图形。

表3-5 图形参数

STEP 04 添加外部图形

MotionView可通过HyperMesh将CATIA、IGES、STL、VDAFS、Pro/E及UG等格式的模型转换成MotionView识别的文件以生成更加逼真的图形。本步使用这种转换功能将一个HyperMesh格式的汽车后备箱盖文件转换成H3D格式文件，同时使用locator points功能将转换成功的H3D模型定位到MotionView模型中。

locator points：指H3D图形文件坐标系上的3个几何点。H3D图形文件与MotionView模型文件匹配时，这3个几何点与MotionView模型的3个点对应，实现自动定位、自动定向和自动放缩。对于HyperMesh文件，可以使用节点编号代替几何点坐标。

（1）在Tools菜单中选择Import CAD or FE，弹出Import CAD or FE对话框。

（2）激活Import CAD or Finite Element Model Only选项。

（3）在Input File栏中选择HyperMesh。

（4）单击Input File右侧的“文件浏览”按钮，选择trunklid.hm作为输入文件。

（5）单击OutputFile右侧的“文件浏览”按钮，指定输出的H3D格式文件名为trunklid.h3d。

（6）单击Locator Points前的“+”，展开定位点选项。

（7）选中Node Ids单选按钮，分别输入1、2和3，代表HyperMesh文件中的Node1、Node2和Node3，如图3-24所示。

（8）单击OK按钮，开始模型转换。

（9）Import CAD or FE程序将在后台运行Hyper Mesh，并将HyperMesh格式文件转换成H3D文件。

（10）单击OK按钮，转换结束后，将提示转换成功信息“Import was a Success！”。

图3-24 定位点设置

（11）按照步骤（1）～（10）将trunk.hm转换为trunk.h3d。

STEP 05 输入H3D文件

（1）右击Model-Reference工具栏中的Point按钮，根据表3-6创建3个几何点。

表3-6 几何点参数

（2）在模型浏览树中单击Graphics文件夹下的g_trunklid。

（3）在Connectivity标签中双击Body按钮，在Select a Body下拉列表中选择Follower并单击OK按钮。

（4）进入Location标签，在该标签中设定H3D图形文件的位置、方向与比例。

接下来，将H3D模型的定位点匹配到MotionView模型相应的几何点上，进行trunklid.h3d模型位置调整。

（5）将调整方法切换成Auto Position and Orient。

（6）根据图3-25匹配定位点。

图3-25 定位点匹配

（7）单击fit按钮，查看后备箱盖是否正确地装配到Motion View中。

（8）类似地，在模型浏览树中选择g_trunk，设置Body为Ground Body，本步不需调整定位点。

注：在HyperView动画处理窗口中，使用Add Object工具也可以添加H3D图形。

STEP 06 创建旋转副

汽车后备箱盖开启机构由4个旋转副连接而成，旋转副分别位于点A、C、E和F上，方向平行于全局坐标系Y轴。

（1）右击Model-Constraint工具栏中的Joint按钮，弹出Add Joint or JointPair对话框。(www.daowen.com)

（2）在Label文本框中输入Ground-Follower，使用默认的变量名。

（3）在Type中旋转Revolute Joint。

（4）单击OK按钮，进入Joint面板。

（5）在Connectivity标签中单击Body1按钮，此时Body1按钮被浅蓝色方框包围。

（6）在图形区按住鼠标左键滑过总体坐标系图标直至显示Ground Body，释放鼠标左键。此时Bodies面板中的Ground Body已被选作Body1，而浅蓝色方框移动到Body2按钮，Body2处于激活状态。

（7）单击Body2按钮，弹出Select a Body对话框。

（8）在模型树左侧区域选择Bodies文件夹。

（9）在右侧区域选择Follower。

（10）单击OK按钮，返回Connectivity标签。

（11）在Origin下单击Point按钮两次，弹出Select a Point对话框。

（12）选择Point A作为旋转副的原点，单击OK按钮。

（13）在Alignment Axis下指定旋转副的方向。单击Point左侧的下三角符号并选择Vector。

（14）选择Global Y作为旋转副方向。

（15）重复步骤（1）～（14），根据表3-7创建余下的旋转副。

表3-7 四杆机构中相关约束副参数

STEP 07 指定机构运动

机构的驱动约束可由Linear、Expression或Curve三种方式定义。本例中将使用一条曲线作为机构驱动输入。

（1）右击Model-Reference工具栏中的Curves按钮，弹出Add Curves对话框。

（2）为新创建的曲线指定名称（Label）和变量名（Variable），或直接使用默认值。

（3）单击OK按钮，进入Curves面板。

（4）选择2D Cartesian和x，然后单击“文件浏览”按钮，弹出Select a file对话框。

（5）选择工作文件夹下的motion_curve.csv。

（6）保留默认值，即Type：Unknown，Request：Block 1，Component：Column 1。

（7）选中y单选按钮，注意到此时motion_curve.csv文件已被选择。

（8）指定y轴数据为Type：Unknown，Request：Block 1，Component：Column 2。

（9）单击Show Curve按钮可以预览曲线，如图3-26所示。

图3-26 曲线预览

（10）右击Model-Constraint工具栏中的Motions按钮，弹出Add Motion or MotionPair对话框。

（11）为新的驱动指定名称（Label）和变量名（Variable）。

（12）单击OK按钮，进入Motion面板。

注：这种使用曲线来指定机构运动关系的方法也可用来指定其他约束（如Force、Spring、Damper、Bushing等）的属性。

（13）在Connectivity标签中单击Joint按钮两次，弹出Select a Joint对话框。

（14）从模型树中选择名为Input-Ground的旋转副。

（15）在Properties标签中单击Linear右侧的下三角符号，选择Curve。

（16）单击Curve按钮两次，弹出Select a Curve对话框。

（17）从模型树中选择已创建的曲线并单击OK按钮。

STEP 08 创建输出请求

创建结果输出有以下3种方式：

●使用Body、Point和Marker默认的结果输出。

●直接查询Force、Bushing和Springle-damper对象结果输出。

●创建基于上述对象输出项目的数学表达式进行结果输出。

在本步骤中将创建两物体间的相对位移输出，使用数学表达式创建Input Link质心G相对全局坐标系的位移输出。

（1）右击Model-General工具栏中的Outputs按钮，弹出Add Output对话框。

（2）为新创建的输出指定名称（Label）和变量名（Variable），也可使用默认值。

（3）单击OK按钮，进入Output面板。

（4）创建两物体上两点之间的位移输出，选择Displacement。

1）Body 1和Body 2分别选择Input Link和Ground Body。

2）Pt on Body1和Pt on Body2分别选择Point I和Global Origin。

3）记录两点间的位移（一点相对另一点的位移）。

（5）创建另一个输出：Input Link质心G在全局坐标系X方向的位移输出。

1）右击工具栏中的Outputs按钮。

2）使用默认的名称和变量名。

3）单击OK按钮。

4）在Properties标签中选择Expressions，如图3-27所示。

图3-27 Output面板

5）单击F2文本框，此时激活fx按钮，单击fx按钮，弹出Expression Building（）对话框，如图3-28所示。

6）在Motion标签中单击DX按钮。

7）将光标置于DX后的括号内。

8）在Properties标签中，打开模型树Bodies/Ground Body/cm。

9）选择idstring，如图3-29所示。

图3-28 Expression Building对话框

图3-29 模型树

10）单击Add按钮。

11）添加一个逗号（，）以分割下一个表达式。

12）在Properties标签中，打开模型树Bodies/Input link/Marker CM。

13）选择idstring。

14）单击Add按钮。

（6）编辑窗口中的表达式与下列表达式相一致。

'DX（{B_Ground.cm.idstring}，{b_0.cm.idstring}）'

（7）单击OK按钮。

注：上述表达式中变量名b_0代表input link。如果在创建input link时指定了不同的变量名，那么要使用这个指定的变量名来代替上式中的b_0。所有表达式均要求写在符号``之间，该符号前后都不能有任何字母、空格以及数字等字符，否则MotionView会显示图3-30所示的错误信息。该符号与键盘中的～键为同一按键，而不是引号键。