基于UG的偏心機構模型運動仿真

曹旺萍

摘 ? ?要： 文章以偏心機構為例，介紹了利用 UG 軟件實現偏心機構模型的運動仿真及分析的方法和具體步驟，采用了運動函數驅動，以動畫表現偏心機構的整個運動過程，用圖表反映運動仿真結果，旨在為偏心機構優化設計提供參考。

關鍵詞： 偏心機構 ? ?UG ? ?運動仿真

1.引言

利用UG運動分析模塊進行機構的運動仿真分析，能夠自動跟蹤零件的運動軌跡，通過圖表與圖形表達從動件的位移、速度、加速度等運動規律，得到運動規律的數值及特性曲線圖，并且通過動畫演示偏心機構的實際運動過程，確定整個設計的合理性并進行運動干涉分析。UG的運動分析模塊實現機構的運動仿真，為下一步做有限元分析、強度分析、結構分析及優化設計打好了基礎。

2. UG運動仿真模塊簡介

UG的運動仿真模塊是對機構的運動軌跡進行跟蹤，從而分析機構速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。在UG環境下，可以將機構看做是一組連在一起進行運動的連桿的集合，機構進行運動仿真與分析主要分三個階段：（1）前處理器階段。這個階段主要是創建分析方案，將分析方案得到的信息傳送到ADAMS解算器;（2）求解階段。利用ADAMS解算器求解輸入數據，將求解結果傳送到運動分析模塊;（3）后處理階段。運動分析模塊分析求解結果，將其轉換成圖表及報表文件，并生成動畫。ADAMS解算器可以處理相當復雜的運動模型，在整個運動仿真過程中起著非常重要的作用。但是如果有更復雜的分析需求時，就要生成ADAMS輸入文件，ADAMS輸入文件的主要作用是輸入標準的ADAMS軟件包，后處理階段讀入ADAMS軟件，從而轉換成所需要的動畫、圖表及報表文件。

3.偏心機構的運動仿真

運動分析方案的創建是進行運動仿真的關鍵。

（1）連桿（Links）的創建。將偏心機構活動構件建立連桿，底板、滑座和支座設為固定連桿1，手輪、過渡輪和連接軸設為連桿2，連桿設為連桿3，滑棒設為連桿4，如圖1所示。

（2）添加運動副。運動副創建之前，機構中的連桿是自由的，沒有約束，具有6個自由度，UG分析模塊提供12種運動副類型，共分為兩大類：普通類型的運動副8種，特殊類型的運動副4種。普通類型的運動副是獨特的，只與自身有關。特殊類型的運動副是在兩個普通類型的運動副之間定義了特殊關系的運動副，它允許兩個普通類型的運動副一起發揮特定的功能，偏心機構的運動副一共涉及兩種，分別是旋轉副和滑動副，如圖2所示。

（a）旋轉副1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）旋轉副2

（c）旋轉副3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （d） 滑動副

圖2 ? ?旋轉副和滑動副

（3）定義運動驅動。偏心機構的運動采用的是勻速驅動。即將連桿2的旋轉副設為主動件，設定初速度為360，如圖3所示。

（4）運動仿真。UG進行運動仿真時，需要輸入時間與步數兩個參數，偏心機構的解算時間設置為10，步數為350，如圖4所示。

圖4 ? ?解算方案 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖5 ? ?新建運動模型

（5）運動模型。新建運動模型，需要計算的是滑棒的運動模型函數，添加滑動副，如圖5所示。可以用電子表格顯示結果曲線，如圖6所示為滑棒滑動的位移曲線。

圖6 ? ?滑棒滑動的位移曲線

（6）運動模型建立后，可以得到運動仿真過程，如圖7所示。

（a）滑棒左端位置 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）滑棒右端位置

圖7 ?運動仿真過程

4.結語

利用UG運動仿真模塊對液壓支架進行運動仿真能夠解決復雜機構的運動學問題，從而達到精確的仿真效果。對偏心機構的運動仿真，真正體現出三維CAD設計理念的巨大優勢。運動仿真可以對數字樣機進行各種分析，而這些是傳統二維設計不能做到的。按照傳統的設計方法，許多分析必須等到物理樣機做出來之后進行，例如干涉檢查。這樣不但會造成設計周期過長，而且會造成大量資金的浪費。

參考文獻：

[1]賈大瑋.基于UG的液壓支架模型運動仿真與分析[J].煤礦機械，2012，33（3）：43-44.

[2]張晉西，張甲瑞，郭學琴.UG NX/MOTION機構運動仿真基礎及實例[M].北京：清華大學出版社，2009.4.