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基于UG軟件的四連桿運動仿真分析
摘要：UG軟件是集CAD\CAE\CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，也是當(dāng)今世界最先進(jìn)的設(shè)計軟件，它廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機械電子等工程領(lǐng)域。平面四桿機構(gòu)是由一個低副(轉(zhuǎn)動副)聯(lián)動裝置經(jīng)過互相連接而形成的一種運動構(gòu)件，它由一個圓柱面或一個平面組成的平面型機構(gòu)，其制作工藝簡單，使用方便高效，可以獲取到比較精準(zhǔn)的運動數(shù)據(jù)。而且它很容易實現(xiàn)普通的旋轉(zhuǎn)、移位和轉(zhuǎn)換，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了 UG軟件及運動仿真模塊，然后對四連桿機構(gòu)運動仿真進(jìn)行了分析，為機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：UG軟件 四連桿 模型 運動仿真
一、UG軟件及運動仿真模塊簡介
1.1 UG軟件
unigaphics(UG)是有美國的UGS公司開發(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(shè)計軟件的大型CAD軟件，可以更直觀準(zhǔn)確地說明零、組件之間的形狀和裝配組件，可以完全的實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計以及土工藝制造的規(guī)范化，并能與產(chǎn)品設(shè)計，開發(fā)的模具設(shè)計，模具和其他土工藝同時操作，從而大幅縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。能夠?qū)Ξa(chǎn)品裝配直觀準(zhǔn)備UG具有靈活的復(fù)合建模模塊。復(fù)合建模包括幾種建模方法：實體建模，曲面建模(固體)(surfaoe)，線(線框模型)和基于特征的參數(shù)化建模。產(chǎn)品零件的實體模型可以采用UG復(fù)合建模模塊可以更直觀和快捷。
1.2 UG的運動仿真模塊
UG的運動仿真模塊是對機構(gòu)的運動軌跡進(jìn)行跟蹤，從而分析機構(gòu)速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
運動仿真作為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(fù)雜的運動學(xué)分析，列如二維或者三維立體的動力學(xué)分析和模擬仿真。通過UG的建模功能，建立一個可視的三維立體模型，并通過UG的功能的模擬三維立體模型的各個部件的運動學(xué)特征，然后通過每個部分之間建立連接關(guān)系從而建立一個立體模型。UG /運動功能可以進(jìn)行大量的模擬模型建立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集從而進(jìn)行更合理的裝配分析，運動分析，通過對三維立體模型分析模塊的位移、坐標(biāo)、加速度、速度、以及力學(xué)原理的分析，從而充分的驗證機構(gòu)設(shè)計的合理性建議。可以利用運動學(xué)數(shù)據(jù)和動力學(xué)原理對圖形輸出的各個部分之間的裝配進(jìn)行對比優(yōu)化。
二、四連桿機構(gòu)運動模型的仿真和分析
2.1計算機建立運動仿真模型
仿真就是使用虛擬的模型來代替現(xiàn)實系統(tǒng)運行進(jìn)行運動測試和研究。從而實現(xiàn)運動數(shù)據(jù)的采集和分析，我們必須要建立一個能代表現(xiàn)實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十分強大的建模和組裝功能。在UG中建立一個四連桿的機械結(jié)構(gòu)，但是不要進(jìn)行組裝，在運動副進(jìn)行連桿連接之后，在運動仿真模擬的時候UG模塊可以根據(jù)連接情況的不同進(jìn)行自動組裝。
2.2設(shè)定運動驅(qū)動
運動驅(qū)動的設(shè)置是一個重要的環(huán)節(jié)他是控制運動副的重要數(shù)據(jù)也是運動副的重要參數(shù)，其中運動驅(qū)動共有5種類型：(1)關(guān)節(jié)運動驅(qū)動，設(shè)置某一運動副以特定的步長(旋轉(zhuǎn)或線性位移)和特定的步數(shù)運動，(2)簡諧運動驅(qū)動，產(chǎn)生一個光滑的向前或向后的正弦運動;(3)恒定驅(qū)動，設(shè)置某一運動副為等常運動(旋轉(zhuǎn)或線性位移);(4)運動函數(shù)，運動副按照給定的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行運動;(5)無驅(qū)動。四連桿機械結(jié)構(gòu)中設(shè)定旋轉(zhuǎn)副J002為恒定驅(qū)動，并設(shè)定驅(qū)動運動參數(shù)，使連桿L002以36°/s的速度勻速轉(zhuǎn)動。
2.3模擬模型的分析以及后處理
UG仿真模型和運動學(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)行運動仿真和分析的時候，需要輸入的參數(shù)有二個一個是時間一個是步數(shù)，然后啟動“ADAMS解算器”來完成仿真數(shù)據(jù)分析。它的工作過程如下：首先根據(jù)運動來分析事先擬定的信息，并生成內(nèi)部的ADAMS數(shù)據(jù)文件再從內(nèi)部直接傳送到ADAMS解算器;“ADAMS解算器”接收到內(nèi)部數(shù)據(jù)文件進(jìn)行整合分析并生成內(nèi)部的ADAMS輸出數(shù)據(jù)文件，把這些數(shù)據(jù)傳送到運動分析仿真模塊中;運動分析仿真模塊再提供一個Photo Animation的功能把數(shù)據(jù)輸出使其生成照片以及動畫或者M(jìn)PEG電影文件的形式，并提供相應(yīng)的電子表格(Spreadsheet)和圖表(Graphing)等功能將運動仿真分析的數(shù)據(jù)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模擬中能提取運動副或者運動機械構(gòu)件上任意一點的(通過標(biāo)記Markers來確定)的位移、速度、加速度等運動參數(shù)的方法。
2.4死點位置
在機械構(gòu)件的運動過程中，傳動角為零(或壓力角度為90度)，因為PT =0，無論受到的壓力有多大，都不能帶動驅(qū)動部分進(jìn)行運動。這種“頂死”現(xiàn)象叫機構(gòu)死點位置。死點出現(xiàn)在兩種類型的機構(gòu)：(1)曲柄搖桿機構(gòu)，滑塊曲柄機構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)中，組件的往復(fù)運動是活動的，則曲柄連桿共線位置將會有死點出現(xiàn)。(2)平行四邊形機構(gòu)，當(dāng)驅(qū)動曲軸和機架形成平行共線結(jié)構(gòu)時，連接桿是和輸出曲柄重合的，從動曲柄上傳動態(tài)角等于零時，將有可能朝兩個方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動，也被稱為死點位置轉(zhuǎn)動。
2.5后處理
UG模塊可以將運動數(shù)據(jù)以圖標(biāo)的形式輸出，它可以通過標(biāo)記Markes來提取機械構(gòu)件上的任意一點的位移、速度、加速度等運動參數(shù)。
三、結(jié)語
使用UG模塊建立模型，我們可以更直觀的進(jìn)行機構(gòu)之間的運動特性觀察。從而獲得更直觀的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)把復(fù)雜的問題簡單化從而輕松的解決運動學(xué)的問題。上面使用的平面四桿機構(gòu)建模和運動建模，以及后處理方法和運動分析，完全可應(yīng)用于平面四桿機構(gòu)的設(shè)計。例如，自動卸料機構(gòu)(曲柄搖桿機構(gòu))、車門開關(guān)機構(gòu)(偏置曲柄滑塊機構(gòu))、飛機起落架機構(gòu)(雙桿機構(gòu))，可用于平面四桿機構(gòu)的建模與運動分析方法，輸出機構(gòu)的位移、速度、加速度等變化規(guī)律曲線，以優(yōu)化設(shè)計機構(gòu)的尺寸關(guān)系。
參考文獻(xiàn)：
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