基于UG的空間凸輪機構的運動仿真

李銀標

(無錫職業技術學院 機械技術學院,江蘇無錫 214121)

空間凸輪機構集空間機構結構緊湊及凸輪機構設計靈活,可實現從動件任意運動要求雙重優點于一身廣泛應用于各種自動化分度機械中,本文以UG軟件為平臺,以直動推桿圓柱凸輪機構為例,用UG表達式和規律曲線命令,得到圓柱凸輪的輪廓曲線,從而得到準確的凸輪輪廓造型,然后進行三維動力學仿真,并分析推桿位移、速度、加速度,為機構優化設計提供參考。

1 空間凸輪機構的工作原理

直動推桿圓柱凸輪機構如圖1所示,原動件凸輪勻速轉動,帶動推桿運動,輸出運動為推桿來回移動,可以利用UG仿真來確定推桿任意時刻的位置、速度和加速度[1]。

空間凸輪曲線參數方程:

將空間凸輪曲線參數方程,轉化為符合UG規定的方程,手工輸入表達式中,如圖2所示。

由規律曲線生成凸輪輪廓曲線。并按照空間凸輪尺寸構建三維造型,以及滾子、推桿、機架的三維造型。空間凸輪機構三維造型如圖3所示。

2 空間凸輪機構運動仿真分析方案

(1)連桿(Links)的創建將空間凸輪機構活動構件建立連桿。機架設為固定連桿1,空間凸輪設為連桿2,滾子設為連桿3,推桿設為連桿4。(2)添加運動副空間凸輪機構的運動副一共涉及了2種,分別是旋轉副和滑動副。設定機架為固定副,選擇插入→運動副→固定副,選擇連桿為機架。給空間凸輪與機架加上一個旋轉副,選擇插入→運動副→旋轉副,第一個連桿選擇凸輪軸圓周,這樣就完成了“選擇連桿(凸輪)”、“指定原點(圓心)”、“指定方位(圓所在平面的法線)三個步驟,第二個連桿選擇機架。完成一個旋轉副的添加。同樣,將滾子與推桿用旋轉副相連,將推桿與機架滑動副連接。選擇插入→運動副→滑塊,第一個連桿選擇推桿一端圓周,這樣就完成了“選擇連桿(推桿)”、“指定原點(圓心)”、“指定方位(圓所在平面的法線)三個步驟,第二個連桿選擇機架。完成滑動副的添加。(3)定義運動驅動空間凸輪機構的運動是采用的勻速驅動。將空間凸輪的旋轉副設為主動件,設定初速度為360,如圖4所示。(4)添加碰撞選擇插入→連接器→3D碰撞,在3D碰撞對話框中輸入數值。在接觸體中分別選擇滾子和凸輪,在二者之間添加碰撞。(5)運動仿真UG進行運動仿真時,需要輸入時間與步數2個參數,空間凸輪機構的解算時間設置為1,步數為100。(6)運動模型新建運動模型,需要計算的是推桿的運動模型函數,將滑動副添加?？梢杂秒娮颖砀耧@示結果推桿滑動的位移曲線[2]。

圖1 圓柱凸輪機構

圖3 空間凸輪機構三維造型

圖4 勻速驅動

圖2 空間凸輪曲線參數方程

3 結語

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。并且能夠通過動畫演示空間凸輪機構的實際運動過程,從而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,也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。

[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,(3):43-44.

[2]張晉西,張甲瑞,郭學琴.UGNX/MOTION機構運動仿真基礎及實例[M].北京:清華大學出版社,2009.