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基于UG軟件的四連桿運動(dòng)仿真分析
摘要：UG軟件是集CAD\CAE\CAM于一體的三維參數化軟件，也是當今世界最先進(jìn)的設計軟件，它廣泛應用于航空航天、汽車(chē)制造、機械電子等工程領(lǐng)域。平面四桿機構是由一個(gè)低副(轉動(dòng)副)聯(lián)動(dòng)裝置經(jīng)過(guò)互相連接而形成的一種運動(dòng)構件，它由一個(gè)圓柱面或一個(gè)平面組成的平面型機構，其制作工藝簡(jiǎn)單，使用方便高效，可以獲取到比較精準的運動(dòng)數據。而且它很容易實(shí)現普通的旋轉、移位和轉換，因此得到了廣泛的應用。本文首先介紹了 UG軟件及運動(dòng)仿真模塊，然后對四連桿機構運動(dòng)仿真進(jìn)行了分析，為機構的優(yōu)化設計提供參考依據。
關(guān)鍵詞：UG軟件 四連桿 模型 運動(dòng)仿真
一、UG軟件及運動(dòng)仿真模塊簡(jiǎn)介
1.1 UG軟件
unigaphics(UG)是有美國的UGS公司開(kāi)發(fā)的具備CAD/CAM/CAE功能的軟件，并且使用該軟件進(jìn)行產(chǎn)品設計軟件的大型CAD軟件，可以更直觀(guān)準確地說(shuō)明零、組件之間的形狀和裝配組件，可以完全的實(shí)現產(chǎn)品設計以及土工藝制造的規范化，并能與產(chǎn)品設計，開(kāi)發(fā)的模具設計，模具和其他土工藝同時(shí)操作，從而大幅縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。能夠對產(chǎn)品裝配直觀(guān)準備UG具有靈活的復合建模模塊。復合建模包括幾種建模方法：實(shí)體建模，曲面建模(固體)(surfaoe)，線(xiàn)(線(xiàn)框模型)和基于特征的參數化建模。產(chǎn)品零件的實(shí)體模型可以采用UG復合建模模塊可以更直觀(guān)和快捷。
1.2 UG的運動(dòng)仿真模塊
UG的運動(dòng)仿真模塊是對機構的運動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，從而分析機構速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
運動(dòng)仿真作為UG/CAE(計算機輔助工程的主要部分)模塊的組成部分，它可進(jìn)行復雜的運動(dòng)學(xué)分析，列如二維或者三維立體的動(dòng)力學(xué)分析和模擬仿真。通過(guò)UG的建模功能，建立一個(gè)可視的三維立體模型，并通過(guò)UG的功能的模擬三維立體模型的各個(gè)部件的運動(dòng)學(xué)特征，然后通過(guò)每個(gè)部分之間建立連接關(guān)系從而建立一個(gè)立體模型。UG /運動(dòng)功能可以進(jìn)行大量的模擬模型建立進(jìn)行數據采集從而進(jìn)行更合理的裝配分析，運動(dòng)分析，通過(guò)對三維立體模型分析模塊的位移、坐標、加速度、速度、以及力學(xué)原理的分析，從而充分的驗證機構設計的合理性建議�？梢岳眠\動(dòng)學(xué)數據和動(dòng)力學(xué)原理對圖形輸出的各個(gè)部分之間的裝配進(jìn)行對比優(yōu)化。
二、四連桿機構運動(dòng)模型的仿真和分析
2.1計算機建立運動(dòng)仿真模型
仿真就是使用虛擬的模型來(lái)代替現實(shí)系統運行進(jìn)行運動(dòng)測試和研究。從而實(shí)現運動(dòng)數據的采集和分析，我們必須要建立一個(gè)能代表現實(shí)的機械模型的計算機虛擬模型。UG建模為組裝模塊提供了一個(gè)十分強大的建模和組裝功能。在UG中建立一個(gè)四連桿的機械結構，但是不要進(jìn)行組裝，在運動(dòng)副進(jìn)行連桿連接之后，在運動(dòng)仿真模擬的時(shí)候UG模塊可以根據連接情況的不同進(jìn)行自動(dòng)組裝。
2.2設定運動(dòng)驅動(dòng)
運動(dòng)驅動(dòng)的設置是一個(gè)重要的環(huán)節他是控制運動(dòng)副的重要數據也是運動(dòng)副的重要參數，其中運動(dòng)驅動(dòng)共有5種類(lèi)型：(1)關(guān)節運動(dòng)驅動(dòng)，設置某一運動(dòng)副以特定的步長(cháng)(旋轉或線(xiàn)性位移)和特定的步數運動(dòng)，(2)簡(jiǎn)諧運動(dòng)驅動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)光滑的向前或向后的正弦運動(dòng);(3)恒定驅動(dòng)，設置某一運動(dòng)副為等常運動(dòng)(旋轉或線(xiàn)性位移);(4)運動(dòng)函數，運動(dòng)副按照給定的數學(xué)函數進(jìn)行運動(dòng);(5)無(wú)驅動(dòng)。四連桿機械結構中設定旋轉副J002為恒定驅動(dòng)，并設定驅動(dòng)運動(dòng)參數，使連桿L002以36°/s的速度勻速轉動(dòng)。
2.3模擬模型的分析以及后處理
UG仿真模型和運動(dòng)學(xué)分析的核心軟件是由MDI公司研發(fā)的一款軟件“ADAMS解算器”進(jìn)行解算。在我們使用“ADAMS解算器”進(jìn)行運動(dòng)仿真和分析的時(shí)候，需要輸入的參數有二個(gè)一個(gè)是時(shí)間一個(gè)是步數，然后啟動(dòng)“ADAMS解算器”來(lái)完成仿真數據分析。它的工作過(guò)程如下：首先根據運動(dòng)來(lái)分析事先擬定的信息，并生成內部的ADAMS數據文件再從內部直接傳送到ADAMS解算器;“ADAMS解算器”接收到內部數據文件進(jìn)行整合分析并生成內部的ADAMS輸出數據文件，把這些數據傳送到運動(dòng)分析仿真模塊中;運動(dòng)分析仿真模塊再提供一個(gè)Photo Animation的功能把數據輸出使其生成照片以及動(dòng)畫(huà)或者M(jìn)PEG電影文件的形式，并提供相應的電子表格(Spreadsheet)和圖表(Graphing)等功能將運動(dòng)仿真分析的數據以表格或圖形進(jìn)行表示。圖表是唯一一種能夠提供在運動(dòng)模擬中能提取運動(dòng)副或者運動(dòng)機械構件上任意一點(diǎn)的(通過(guò)標記Markers來(lái)確定)的位移、速度、加速度等運動(dòng)參數的方法。
2.4死點(diǎn)位置
在機械構件的運動(dòng)過(guò)程中，傳動(dòng)角為零(或壓力角度為90度)，因為PT =0，無(wú)論受到的壓力有多大，都不能帶動(dòng)驅動(dòng)部分進(jìn)行運動(dòng)。這種“頂死”現象叫機構死點(diǎn)位置。死點(diǎn)出現在兩種類(lèi)型的機構：(1)曲柄搖桿機構，滑塊曲柄機構和曲柄導桿機構中，組件的往復運動(dòng)是活動(dòng)的，則曲柄連桿共線(xiàn)位置將會(huì )有死點(diǎn)出現。(2)平行四邊形機構，當驅動(dòng)曲軸和機架形成平行共線(xiàn)結構時(shí)，連接桿是和輸出曲柄重合的，從動(dòng)曲柄上傳動(dòng)態(tài)角等于零時(shí)，將有可能朝兩個(gè)方向進(jìn)行轉動(dòng)，也被稱(chēng)為死點(diǎn)位置轉動(dòng)。
2.5后處理
UG模塊可以將運動(dòng)數據以圖標的形式輸出，它可以通過(guò)標記Markes來(lái)提取機械構件上的任意一點(diǎn)的位移、速度、加速度等運動(dòng)參數。
三、結語(yǔ)
使用UG模塊建立模型，我們可以更直觀(guān)的進(jìn)行機構之間的運動(dòng)特性觀(guān)察。從而獲得更直觀(guān)的精準數據把復雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化從而輕松的解決運動(dòng)學(xué)的問(wèn)題。上面使用的平面四桿機構建模和運動(dòng)建模，以及后處理方法和運動(dòng)分析，完全可應用于平面四桿機構的設計。例如，自動(dòng)卸料機構(曲柄搖桿機構)、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機構(偏置曲柄滑塊機構)、飛機起落架機構(雙桿機構)，可用于平面四桿機構的建模與運動(dòng)分析方法，輸出機構的位移、速度、加速度等變化規律曲線(xiàn)，以?xún)?yōu)化設計機構的尺寸關(guān)系。
參考文獻：
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