基于UG NX7.5的離合器機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真研究

邱 宇,何毅斌

(武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,湖北 武漢 430073)

UG軟件是美國EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM 軟件,主要為汽車與交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等領(lǐng)域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)的理念提供多極化集成的企業(yè)級產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完成MCAD解決方案.其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAE)包括有限元分析和機(jī)構(gòu)分析兩大內(nèi)容.機(jī)構(gòu)分析模塊可以提供靜態(tài)、運(yùn)動、動力學(xué)計(jì)算以及動態(tài)仿真等功能,主要包括運(yùn)動分析和力的分析;其運(yùn)動分析采用了美國MDI公司開發(fā)的ADAMS結(jié)算器.其實(shí)兩者是密切相關(guān)的,前者先不考慮作用在機(jī)構(gòu)的力,并通常假定原動件作等速運(yùn)動,只從幾何上分析機(jī)構(gòu)的位移,速度和加速度等運(yùn)動情況[1].離合器是主、從動部件在同軸線上傳遞動力或運(yùn)動時(shí),具有接合或分離功能的裝置,其類型很多,按接合元件的性質(zhì)可以分為嚙合式與摩擦式兩大類[2].本文是采用的摩擦式離合器進(jìn)行分析.

1 離合器運(yùn)動仿真

1.1 離合器的建模

這里采用的是單盤摩擦離合[3]對離合器機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模.運(yùn)用UG對離合器各個(gè)零件的參數(shù)設(shè)定一個(gè)初值,創(chuàng)建各個(gè)零件:腳踏板、傳遞桿、滑動桿、從動軸、從離合器摩擦片、主離合器摩擦片和轉(zhuǎn)軸,初值的合理性可以通過后期運(yùn)動仿真分析來優(yōu)化處理.

1.2 離合器的裝配

裝配設(shè)計(jì)是把零件組裝成部件或產(chǎn)品模型,通過配對條件在各部件之間建立約束關(guān)系,確定其位置關(guān)系,建立各部件之間鏈接關(guān)系的過程.為了在裝配件中實(shí)現(xiàn)對組件的參數(shù)化定位,確定組件在裝配件中的相對位置,在裝配過程中采用配對條件的添加組件定位方式來指定組件之間的定位關(guān)系[4].配對類型包括:配對 、對齊 、角度 、平行 、垂直、中心、距離、相切.本文離合器裝配結(jié)果如圖1所示.

圖1 離合器模型

1.3 離合器運(yùn)動仿真

完成離合器建模后,即進(jìn)入運(yùn)動仿真模塊,運(yùn)動仿真模塊自動復(fù)制主模型的裝配文件,在資源導(dǎo)航器中選擇“運(yùn)動導(dǎo)航器”,創(chuàng)建一新文件motion 1.sim(此時(shí)所看到的顯示模型已不是第一次打開的裝配主模型),且自動處于工作層狀態(tài).

1.3.1 創(chuàng)建連桿 在新建的運(yùn)動仿真方案中創(chuàng)建6個(gè)連桿(Links),在視圖區(qū)選擇主離合器片和轉(zhuǎn)軸為連桿L001,從離合器片為連桿L002,滑動桿為連桿L003,傳遞桿為連桿L004,腳踏板為連桿L005,從動軸為連桿LOO6.各連桿如圖2所示.

圖2 各連桿

1.3.2 創(chuàng)建運(yùn)動副 離合器模型需要?jiǎng)?chuàng)建7個(gè)運(yùn)動副.連桿 LOO2、LOO3分別為滑動副,其余的5個(gè)為旋轉(zhuǎn)副.其中創(chuàng)建從離合器片的滑動副JOO2,需咬合連桿LOO6.創(chuàng)建主離合器片旋轉(zhuǎn)副JOO1,并加上驅(qū)動,旋轉(zhuǎn)類型選為恒定,初速度鍵入800.各運(yùn)動副如圖3所示.

圖3 離合器運(yùn)動副

1.3.3 創(chuàng)建連接器與力 定義運(yùn)動副后,還需要定義必要的力和各種力的傳遞.腳踏離合器所需要的里、兩離合器的3D接觸、滑動桿與從離合器片的3D接觸、滑動桿的阻尼力.其中主離合器片與從離合器片的3D接觸需要打開庫侖摩擦.其相關(guān)參數(shù)如圖4所示.

圖4 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3.4 動畫分析 完成運(yùn)動副的創(chuàng)建接下來解算模型的運(yùn)動是否符合要求,以及運(yùn)動的相關(guān)參數(shù)輸出和調(diào)整.單擊“運(yùn)動”工具欄的【結(jié)算方案】,在選項(xiàng)卡文本框輸入時(shí)間2.5 s,步數(shù)為2500,點(diǎn)擊確定.由于多個(gè)3D的存在,解算時(shí)間比較長,可以適當(dāng)調(diào)整較大的誤差、步長等加快解算過程.一般存在3D接觸解算的步數(shù)是時(shí)間的1000倍,否則仿真失真.

1.3.5 圖標(biāo)輸出 完成離合器的解算,可以使用圖標(biāo)命令得出必要的參數(shù)在運(yùn)動過程中的變化.本文對從離合器片的受力,轉(zhuǎn)動的角速度,轉(zhuǎn)動的X方向位移進(jìn)行分析.

圖5 受力曲線

從圖中可以看出在0.25 s以后兩離合器片接觸,由于摩擦、阻尼等諸多因素的影響使接觸力不恒定,在0.5 s后接觸力保持恒定狀態(tài).

圖6 速度曲線

從速度曲線中可以看出在0.25 s以前從離合器片在腳踏板力的傳遞下滑動速度稍慢.0.25 s時(shí)兩離合器片接觸,由于摩擦力的作用,從離合器片的速度瞬間提升.0.25 s后兩離合器片接合,速度接近與主離合器初速度.

圖7 位移曲線

從位移曲線圖中可以看出0.25 s前,從離合器片在從動軸上滑動,0.25 s以后從離合器片只有轉(zhuǎn)動,在X軸上無位移.結(jié)合三曲線可初步看出,此離合器在以初值建的模型中,在機(jī)構(gòu)方面還是合理的.

2 結(jié)束語

本文通過離合器一例,介紹了UG運(yùn)動仿真模塊的操作,使人們了解了計(jì)算機(jī)輔助分析的方法.得出機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中的規(guī)律和特性,通過對這些規(guī)律和特性的分析,這樣就能夠及早的發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的缺陷,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低了研究開發(fā)的成本,縮短了研究開發(fā)的周期.

[1]鄭立斌,陳全園,李軻.基于UGNX4.0的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007,7(19):53-54.

[2]周明衡.離合器、制動器選用手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[3]濮良貴,紀(jì)名剛等.機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2008:355.

[4]張?jiān)平?UGNX4.0基礎(chǔ)教程中文版[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:218.