基于UG NX6 的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真

吳麗霞

【摘要】本文利用UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，詳細(xì)介紹了對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模、裝配、運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建與運(yùn)動(dòng)仿真的整個(gè)過(guò)程與要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】參數(shù)化建模；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)仿真

一、引言

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中四桿機(jī)構(gòu)的一主要內(nèi)容。采用傳統(tǒng)的手工繪圖求解的方法對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析耗時(shí)長(zhǎng)且精度低。本文以UG NX6軟件為工具，以對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行參數(shù)化建模和運(yùn)動(dòng)仿真，大大提高了求解效率和精度，為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的講解提供了很大方便。

二、參數(shù)化建模

1.對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模與裝配

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各組件的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)及三維造型如表1所示。

將表1各組件裝配成如圖1所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。裝配順序及所需添加的約束如下：①機(jī)架以“絕對(duì)原點(diǎn)”的方式作為第一個(gè)添加的組件；②曲柄以“通過(guò)約束”的方式作為第二個(gè)添加的組件，約束有兩個(gè)：同心和對(duì)齊；③連桿以“通過(guò)約束”的方式作為第三個(gè)添加的組件，約束有兩個(gè)：同心和對(duì)齊；④滑塊以“通過(guò)約束”的方式作為第四個(gè)添加的組件，約束有三個(gè)：同心、對(duì)齊、平面1與平面2對(duì)齊。裝配過(guò)程見(jiàn)圖2。

2.創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析方案

（1）創(chuàng)建連桿。連桿創(chuàng)建順序與表1所示順序相同。將“jijia”設(shè)為連桿1（設(shè)為固定連桿），“qubing”為連桿2（不設(shè)為固定連桿），“l(fā)iangan”為連桿3（不設(shè)為固定連桿），“huakuai”為連桿4（不設(shè)為固定連桿）。

（2）創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副。此機(jī)構(gòu)的完成需建立以下運(yùn)動(dòng)副：機(jī)架與曲柄之間存在一轉(zhuǎn)動(dòng)副；曲柄與連桿之間存在一轉(zhuǎn)動(dòng)副；連桿與滑塊之間存在一轉(zhuǎn)動(dòng)副；滑塊與機(jī)架之間存在一滑動(dòng)副。

在創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)應(yīng)注意：①選擇對(duì)應(yīng)對(duì)象的圓邊即可同時(shí)完成“選擇連桿”、“指定原點(diǎn)”、“指定方位”三個(gè)步驟；②每次選擇對(duì)應(yīng)對(duì)象的圓邊時(shí)會(huì)出現(xiàn)一坐標(biāo)(如圖3所示）,相連兩連桿所出現(xiàn)的坐標(biāo)方向必須保證完全一致。

創(chuàng)建滑動(dòng)副時(shí)應(yīng)注意：①選擇對(duì)應(yīng)對(duì)象的直邊即可同時(shí)完成“選擇連桿”、“指定原點(diǎn)”、“指定方位”三個(gè)步驟；②每次選擇對(duì)應(yīng)對(duì)象的直邊時(shí)會(huì)出現(xiàn)一箭頭和正方體原點(diǎn)標(biāo)識(shí) (如圖4所示）,相連兩連桿所出現(xiàn)的箭頭方向必須保證完全一致，且正方體原點(diǎn)標(biāo)識(shí)應(yīng)處于箭頭方向的同一直線上。

（3）定義驅(qū)動(dòng)。將機(jī)架與曲柄之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副定義為驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)方式設(shè)為恒定，即表示勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。初速度設(shè)為360，表示整周回轉(zhuǎn)。注意，這里的初速度與物理中的初速度不是同一定義。

定義驅(qū)動(dòng)既可在轉(zhuǎn)動(dòng)副上直接定義，也可單獨(dú)使用“駕駛員”命令進(jìn)行定義。

（4）建立解算方案、求解、仿真。為此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)建解算方案進(jìn)行求解后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可看到曲柄做勻速的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

（5）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。觀察整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷兩次與連桿處于同一直線的位置即死點(diǎn)位置。

3.其它

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可分為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在建模的過(guò)程中可以通過(guò)改變表1中所述的平面1和平面2的裝配距離來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以本篇文章中的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，在裝配時(shí)應(yīng)使平面1與平面2對(duì)齊。如果是偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則應(yīng)在裝配時(shí)使兩者具有一定的距離。

三、結(jié)束語(yǔ)

利用UG軟件對(duì)曲柄滑塊和其它常見(jiàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，不僅直觀，且在機(jī)構(gòu)參數(shù)改變時(shí)，可迅速地產(chǎn)生參數(shù)不同的機(jī)構(gòu)，無(wú)需重新建模。而各個(gè)組件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度和受力等均可通過(guò)UG軟件的圖表功能直觀地以圖表的方式反映出來(lái)，以供設(shè)計(jì)者研究，便于設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。UG軟件的應(yīng)用，除了可以提高教學(xué)效果外，在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)上更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。