王東鳳，李秀玲

(張家口職業(yè)技術(shù)學院，河北張家口 075000)

NX是當前世界上最先進和緊密集成的、面向制造業(yè)CAID/CAD/CAE/CAM的高端軟件，因其能使用戶數(shù)字化地創(chuàng)建和獲取三維產(chǎn)品定義，而為眾多行業(yè)青睞。NX從1990年進入中國市場以來，使復雜產(chǎn)品的設計簡單化，減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本，增強了企業(yè)的競爭力，從而發(fā)展迅速，成為中國航空航天、汽車、機械加工、模具制作、家電行業(yè)等領域的首選軟件。但是NX在職業(yè)教育課件制作領域的應用還不多見。我通過幾年來學習使用此軟件，感覺用它來制作課件是比較方便的。第一，NX軟件的運動仿真，具有“機械設計基礎”課程所介紹的各種運動副，可以真實模擬各種機構(gòu)運動；第二，NX的參數(shù)化決定了我們在討論機構(gòu)運動條件時可以方便地修改各構(gòu)件尺寸；第三，可以進行運動分析，對機構(gòu)各點進行追蹤，方便地觀察機構(gòu)上各點的運動軌跡，分析其位移、速度和加速度。現(xiàn)以例子來說明NX運動仿真在“機械設計基礎”中的應用。

舉例：設已知各構(gòu)件的尺寸及原動件以等速回轉(zhuǎn)的角速度回轉(zhuǎn)，用NX運動仿真模塊，模擬牛頭刨床機構(gòu)運動簡圖，分析機構(gòu)上點的位移、速度和加速度。

1 創(chuàng)建文件

打開NX軟件，新建部件文件，注意選擇路徑和文件名均需英文名字；若出現(xiàn)中文路徑或部件名，軟件不認可。若作為演示課件，可以不考慮圖形單位；若需準確的參數(shù)分析，注意定義文件的單位為mm。

2 建立牛頭刨床機構(gòu)運動簡圖模型

進入建模模塊，根據(jù)構(gòu)件尺寸，創(chuàng)建模型如圖1。在建模的時候，因為我們只用到XY平面，所以可以把XY平面調(diào)到大致平行于屏幕的位置，按F8調(diào)正。CTRL+J編輯圓及豎直直線為點劃線。為方便仿真運動副定義，在鉸鏈的位置畫兩個圓，否則鉸鏈連接的位置容易脫開，雖然運動副關(guān)系不會改變。

圖1牛頭刨床機構(gòu)簡圖圖4各構(gòu)件定義圖

3 基于集成的CAE模塊，創(chuàng)建運動仿真

(1)進入仿真模塊，此時各按鈕為灰色不可用，如圖2。在運動導航器里，右鍵新建運動仿真，可以使用右鍵菜單重命名，這時仿真各按鈕點亮可用。如圖3。

圖2仿真模塊工具圖

圖3點亮的仿真模塊工具圖

(2)定義1、2、3、4、5、6各構(gòu)件如圖4，其中1為機架。

(3)定義各轉(zhuǎn)動副和移動副，在構(gòu)件4和構(gòu)件6上，在建模時都加入了小圓，目的是和對應構(gòu)件建立轉(zhuǎn)動副；加入了線，目的是在指定位置建立運動副；不加這些輔助線，容易使回轉(zhuǎn)中心和移動位置出現(xiàn)偏差。這些輔助線也可以在模擬運動不合適后，返回建模模塊重新添加。但是必須注意要在窗口菜單選擇對應部件文件。定義運動副完成后的機構(gòu)如圖5。若有哪個運動副不合適，可以在運動導航器里，找到對應運動副，右鍵一一編輯進行修改。

圖5定義運動副后的機構(gòu)圖圖6運動副編輯對話框

(4)其中構(gòu)件2為主動驅(qū)動件，我們設定其速度為10度/S，可以編輯轉(zhuǎn)動副J001，選擇運動驅(qū)動類型為“恒定的”，在速度欄里輸入10，如圖6。其他運動副，運動驅(qū)動為“無”。

(5)在仿真運動工具欄上選擇動畫按鈕，彈出“分析選項”對話框，選“靜力/動力分析”，時間設置為36秒，目的是使得曲柄剛好轉(zhuǎn)過360度，步數(shù)默認為50；若希望后邊追蹤點密度高些，則步數(shù)可選大些，如圖7。

圖7分析選項對話框圖8動畫控制界面

(6)在圖7所示的界面，點“確定”按鈕，軟件開始解算。關(guān)閉信息框，在彈出的動畫對話框，點播放按鈕，可以播放動畫。若要連續(xù)循環(huán)播放，點循環(huán)按鈕。如圖8。圖9為運動過程中的三個不同的位置。

圖9機構(gòu)仿真時不同位置圖

4 分析機構(gòu)上點的位移、速度和加速度

(1)標記圖1中E點，追蹤標記點，在仿真工具條里選擇“生成圖表”工具，會彈出定義圖表對話框。

(2)在定義圖表對話框里選擇標記的點符號，選擇你要分析的對象：位移、速度、加速度，點加號添加。

(3)選擇圖表工具NX或電子表格(下圖是選擇NX的結(jié)果)，點確定，得到圖10結(jié)果。可以在解題時供教師參考使用。

圖10位移、速度、加速度圖

5 改變機構(gòu)參數(shù)對運動的影響

“機械設計基礎”的課程講解中，四桿機構(gòu)的類型判別、條件是課程的一個重點也是難點。由于NX許多工具是參數(shù)化的，所以可以方便地改變構(gòu)件的尺寸；或者更改固定構(gòu)件，以形成不同的四桿機構(gòu)類型。便于學生對四桿機構(gòu)演變的理解與掌握。但是需要注意在用NX建模的時候，要使用參數(shù)化的工具，同時配合捕捉點工具。這樣建立仿真后，返回建模模塊修改模型尺寸時(在仿真界面也有修改參數(shù)的工具，但建模模塊修改的自由度更大)，仿真機構(gòu)才能跟隨。需要特別注意的是，修改后的尺寸關(guān)系需要滿足機構(gòu)動作的關(guān)系要求。比如曲柄滑塊機構(gòu)，若增長曲柄的長度，就變成搖桿滑塊機構(gòu)。若再播放動畫，會提示鎖住，動畫不能播放。此時可能需要改變原動件的方向，同時變換動畫播放模式，才能正常播放。這里不再贅述。

以上是使用NX軟件制作機構(gòu)運動的過程，但是要作為課件在課堂上播放以達到良好的效果，其做法還需要教師根據(jù)具體情況進行斟酌。常用的有幾種方法：第一，可以使用NX軟件導出.gif或者.mpeg格式動畫，使用播放器直接播放(這里須注意：NX軟件建模時若使用線條建模，則導出的動畫不可見，需要建立實體模型)。有時使用版本為4.0的NX軟件時，動畫不能直接導出，需要先生成電子表格，保存電子表格，然后運行電子表格，播放動畫之后，才能從文件菜單導出或者從運動導航器右鍵導出動畫。第二，可以把gif格式文件，放到FLASH軟件中做成swf格式文件，添加播放控制按鈕，這樣方便觀察，畫面流暢；而且可以重復播放，或者使畫面停留在任意位置。另外，教師課堂普遍使用.ppt格式課件，swf文件可以嵌入ppt。講課的時候，不致因切換界面而破壞課堂的統(tǒng)一風格。第三，直接使用NX軟件播放。若本校沒有裝NX軟件，任課教師可以自己攜帶主程序，只要在課前幾分鐘安裝一下服務程序，在所使用的電腦注冊一下就可以使用NX軟件了。直接使用NX軟件在課堂演示，通過改變構(gòu)件長度參數(shù)，可以方便地觀察到機構(gòu)的變化。另外，本課件也可以為后續(xù)課程分析刨床滑枕的位置調(diào)節(jié)等打下基礎，使得教學資源可以共享。第四，利用屏幕錄像軟件錄制。

由于多媒體進入課堂，制作適合我們選用教材的課件就是教師自身努力的方向。在眾多的課件制作方法中，如FLASH、3DMAX等都可以做到模擬機構(gòu)運動。但是使用FLASH軟件制作，沒有精準的尺寸概念，而且作圖麻煩，要用幀幀動畫實現(xiàn)各點位置。構(gòu)件尺寸更改是做不到的。3DMAX雖比FLASH稍好，也存在同樣的缺點。NX以其參數(shù)化確定構(gòu)件尺寸精準、構(gòu)件尺寸修改方便、模擬運動副逼真等特點，必然將成為各工科教師的使用工具。以上以牛頭刨床機構(gòu)為例所作的介紹，供各位學習使用此軟件的同仁參考。

參考文獻：

[1]胡小康.UGNX6運動仿真培訓教程[M]. 北京：清華大學出版社，2009.

[2]朱文堅，黃平.機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2005.

[3]青華工作室.運動仿真視頻教程[EB/OL]. http://v.uggd.com/video.php?t=6.