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基于UG軟件的四連桿運(yùn)動(dòng)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(jì)軟件，它廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機(jī)械電子等工程領(lǐng)域。平面四桿機(jī)構(gòu)是由一個(gè)低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副)聯(lián)動(dòng)裝置經(jīng)過互相連接而形成的一種運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，它由一個(gè)圓柱面或一個(gè)平面組成的平面型機(jī)構(gòu)，其制作工藝簡(jiǎn)單，使用方便高效，可以獲取到比較精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。而且它很容易實(shí)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(yùn)動(dòng)仿真模塊，然后對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行了分析，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：UG軟件 四連桿 模型 運(yùn)動(dòng)仿真
一、UG軟件及運(yùn)動(dòng)仿真模塊簡(jiǎn)介
1.1 UG軟件
unigaphics(UG)是有美國(guó)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(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及土工藝制造的規(guī)范化，并能與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，開發(fā)的模具設(shè)計(jì)，模具和其他土工藝同時(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)動(dòng)仿真模塊
UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊是對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，從而分析機(jī)構(gòu)速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
運(yùn)動(dòng)仿真作為UG/CAE(計(jì)算機(jī)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(yùn)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UG的建模功能，建立一個(gè)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(gè)部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，然后通過每個(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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)分析，通過對(duì)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(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性建議�？梢岳眠\(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)原理對(duì)圖形輸出的各個(gè)部分之間的裝配進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化。
二、四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型的仿真和分析
2.1計(jì)算機(jī)建立運(yùn)動(dòng)仿真模型
仿真就是使用虛擬的模型來代替現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)試和研究。從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和分析，我們必須要建立一個(gè)能代表現(xiàn)實(shí)的機(jī)械模型的計(jì)算機(jī)虛擬模型。UG建模為組裝模塊提供了一個(gè)十分強(qiáng)大的建模和組裝功能。在UG中建立一個(gè)四連桿的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但是不要進(jìn)行組裝，在運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行連桿連接之后，在運(yùn)動(dòng)仿真模擬的時(shí)候UG模塊可以根據(jù)連接情況的不同進(jìn)行自動(dòng)組裝。
2.2設(shè)定運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)
運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)置是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)他是控制運(yùn)動(dòng)副的重要數(shù)據(jù)也是運(yùn)動(dòng)副的重要參數(shù)，其中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)共有5種類型：(1)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置某一運(yùn)動(dòng)副以特定的步長(zhǎng)(旋轉(zhuǎn)或線性位移)和特定的步數(shù)運(yùn)動(dòng)，(2)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)光滑的向前或向后的正弦運(yùn)動(dòng);(3)恒定驅(qū)動(dòng)，設(shè)置某一運(yùn)動(dòng)副為等常運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)或線性位移);(4)運(yùn)動(dòng)函數(shù)，運(yùn)動(dòng)副按照給定的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng);(5)無驅(qū)動(dòng)。四連桿機(jī)械結(jié)構(gòu)中設(shè)定旋轉(zhuǎn)副J002為恒定驅(qū)動(dòng)，并設(shè)定驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使連桿L002以36°/s的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.3模擬模型的分析以及后處理
UG仿真模型和運(yùn)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(yùn)動(dòng)仿真和分析的時(shí)候，需要輸入的參數(shù)有二個(gè)一個(gè)是時(shí)間一個(gè)是步數(shù)，然后啟動(dòng)“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(yùn)動(dòng)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?gòu)膬?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(yùn)動(dòng)分析仿真模塊中;運(yùn)動(dòng)分析仿真模塊再提供一個(gè)Photo Animation的功能把數(shù)據(jù)輸出使其生成照片以及動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模擬中能提取運(yùn)動(dòng)副或者運(yùn)動(dòng)機(jī)械構(gòu)件上任意一點(diǎn)的(通過標(biāo)記Markers來確定)的位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法。
2.4死點(diǎn)位置
在機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)過程中，傳動(dòng)角為零(或壓力角度為90度)，因?yàn)镻T =0，無論受到的壓力有多大，都不能帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種“頂死”現(xiàn)象叫機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置。死點(diǎn)出現(xiàn)在兩種類型的機(jī)構(gòu)：(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，組件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是活動(dòng)的，則曲柄連桿共線位置將會(huì)有死點(diǎn)出現(xiàn)。(2)平行四邊形機(jī)構(gòu)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)曲軸和機(jī)架形成平行共線結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動(dòng)，也被稱為死點(diǎn)位置轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.5后處理
UG模塊可以將運(yùn)動(dòng)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(jī)械構(gòu)件上的任意一點(diǎn)的位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單化從而輕松的解決運(yùn)動(dòng)學(xué)的問題。上面使用的平面四桿機(jī)構(gòu)建模和運(yùn)動(dòng)建模，以及后處理方法和運(yùn)動(dòng)分析，完全可應(yīng)用于平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。例如，自動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)(曲柄搖桿機(jī)構(gòu))、車門開關(guān)機(jī)構(gòu)(偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu))、飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)(雙桿機(jī)構(gòu))，可用于平面四桿機(jī)構(gòu)的建模與運(yùn)動(dòng)分析方法，輸出機(jī)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(jì)機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系。
參考文獻(xiàn)：
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