在这里应尽量使用从装配环境继承连接条件的方法进行装配关系的转化,这样可以减少许多不必要重复性劳动,如图6所示。使用过AIP11仿真功能的读者,可能都遇到过一个有趣的问题,下面以四连杆机构为例说明。
在原有的装配环境中,每根杆都使用插入约束进行连接,模型完全可以运动,而且没有提示任何错误。在进入仿真环境并对这些插入约束一一进行转化后,会发现前三个插入条件都能够顺利转成铰接,但在转成铰接后,系统会自动提示添加条件自由度出现问题,如图7所示。

图6 使用约束继承

图7 添加条件出现冗余错误
开始笔者以为是操作问题,进行多次尝试后仍出现该问题,但不会影响机构的模拟运动,然而在对同一根杆进行多次受力分析后,发现模拟得到的结果出入很大,这是为什么呢?笔者为此翻阅了大学时代的课本,并请教了Autodesk公司的技术工程师。原来AIP11运动仿真模块的底层计算完全基于我们所学的机械原理中的概念公式,关于连杆机构自由度条件计算我们可参考“GRUEBLER定理”。
为使空问四连杆机构只有一个可动度M=I(M=6(N—J一1)+ΣJ,其中N为杆件数,J为接点数,ΣJ为接点自由度之和),经计算得出最后一个连接点自由度数为4,故最后一个连接应改为“球面圆槽运动”。
同理修改起停式曲柄飞剪机构中出现连接错误的接点,建议读者使用软件自带的“修复冗余”命令解决类似问题,如图8所示。对于较简单的动力学模型,在“修复冗余”命令菜单中可以直接对其进行修改,而对于复杂的动力学模型,此处只能提出合理化建议,设计人员需要使用“插入连接”的命令,重新定义连接关系,如图9所示。

图8 修复连接错误

图9 修复界面
本例中的主传动齿轮连接可采用“外齿轮啮合运动”,选择两个斜齿轮的分度圆即可完成条件添加,如图10所示。这里需要注意的是,此时的连接条件只为计算传动功率,并不校验齿轮的啮合,如减速箱功率的计算等。如需校验每一个齿可以考虑使用“接触集合”的条件。对于一些专业的CAE软件所提供的实体块和定义地面的功能,我们可以使用“焊接零件”和“固定”命令加以替代,如图11和图12所示。细心的读者可能会发现,在AIP11的连接条件中也有一个“焊接连接”的条件,这和刚才提到的焊接零件是两个不同的概念。两者的本质区别是“焊接零件”允许把几个零件在运动仿真中定义成一个整体,但是作用力不能在这几个零件间传递,且“焊接连接”功能只能进行两个零件的添加,不能同时选择几个零件集体定义,而“焊接连接”则可以做到力的传递。因为要计算剪切过程中曲柄的受力,所以在这里只需要把飞剪机的曲柄和剪刃定义为“焊接连接”即可,如图13所示。

图10 外齿轮啮合运动

图11 焊接零件

图12 定义固定

图13 焊接连接