基于UG的螺旋千斤頂模型運動仿真

曹寧波++熊娟

摘 要： 本文在對螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)部件進行建模的基礎上，介紹了利用UG運動仿真模塊對該機構(gòu)模型進行運動仿真的分析方法和具體步驟，分析該機構(gòu)在運動過程中的情況，為該機構(gòu)的優(yōu)化設計提供重要依據(jù)。

關鍵詞： UG 螺旋千斤頂 運動仿真

運動分析用于建立運動機構(gòu)三維模型，分析其規(guī)律。運動分析模塊會自動復制主模型的裝配文件，并且制訂一系列不同的運動分析方案。每個運動分析方案均可獨立修改，而不會影響裝配模型。千斤頂是一種常用的小型起重工具，廣泛應用在鐵路、建筑和汽車維修等方面。在三維建模的基礎上，利用UG運動仿真分析模塊進行機構(gòu)的運動仿真分析，能夠展現(xiàn)機構(gòu)的實際運動過程和運動軌跡，能夠直觀地表現(xiàn)機構(gòu)的運動，確定設計上的合理性。UG的運動分析模塊實現(xiàn)機構(gòu)的運動仿真，為下一步做結(jié)構(gòu)分析、有限元分析、強度分析及優(yōu)化設計打下良好基礎。本文主要以螺旋千斤頂為研究對象，利用UG/modeling模塊對其各部件進行三維實體建模后，通過UG/Motion模塊對螺旋千斤頂機構(gòu)進行相關的運動仿真分析，最后得出運動過程。

1.UG運動仿真模塊簡介

UG運動仿真模塊可以進行機構(gòu)的干涉分析，可以跟蹤零件的運動軌跡，分析機構(gòu)中零部件的速度、加速度、作用力及反作用力和力矩等。運動仿真模塊的分析結(jié)果可以指導修改零件的調(diào)整零件的材質(zhì)或結(jié)構(gòu)設計，其設計更改可以反映直接反映到裝配主模型中。

2.仿真方案的創(chuàng)建

運動仿真方案的創(chuàng)建是進行運動仿真的關鍵。創(chuàng)建模型仿真，首先需要確定各零件部件之間的靜態(tài)關系，對連桿進行運動仿真定義。根據(jù)裝配模型建立一個新的仿真模型時，仿真模塊會自動將裝配模型中的一個個零部件（Part），映射成仿真模型中的連桿（Link），而且會選擇一個連桿為接地連桿。因此，首先要定義仿真模型的連桿。

（1）創(chuàng)建連桿（links）L001。打開事先已經(jīng)創(chuàng)建的螺旋千斤頂裝配模型，如圖1所示。單擊運動工具條上的【連桿】按鈕，打開連桿對話框，在視圖區(qū)選擇底座的中心直線為連桿，由于直線沒有質(zhì)量、體積，可以自定義以上中心直線的質(zhì)量、體積。在連桿對話框中，單擊質(zhì)量和慣性標簽，打開【質(zhì)量和慣性】選項卡。在【質(zhì)量和慣性】選項卡中，單擊【質(zhì)心】按鈕，選擇底座中心線上一點為原點。在質(zhì)量，Ixx，Iyy，Izz，文本框中分別輸入數(shù)值10，如圖2所示，單擊【應用】按鈕，完成連桿L001的創(chuàng)建。

（2）創(chuàng)建連桿（links）L002。單擊運動工具條上的【連桿】按鈕，打開連桿對話框，在視圖區(qū)選擇起重螺桿，旋轉(zhuǎn)桿，頂蓋，螺釘，作為連桿L002，如圖3，“質(zhì)量屬性”選項選擇自動，單擊確定，完成連桿L002的創(chuàng)建。

（3）添加運動副。運動副是要確定各零件之間的動態(tài)關系，定義運動副的運動仿真，利用裝配模型建立仿真模型，仿真模塊會自動將裝配模中的約束運動仿真模型中。單擊運動工具欄中的【運動副】按鈕，選擇連桿L001，在“類型”下拉列表中選擇滑動副，指定原點為連桿L001上的一點，指定方向為Z軸正向。單擊運動副對話框中的【駕駛員】標簽，點擊“平移”選項卡，在下拉列表中選擇“恒定”選項，在“初速度”文本框中輸入數(shù)值10，如圖4所示，單擊【應用】按鈕，完成滑動副的創(chuàng)建。

單擊運動工具欄中的【運動副】按鈕，打開運動副對話框，類型選擇“螺旋副”選項，在“選擇連桿”選項，選擇事先設定的連桿L002。在“指定原點”選項，選擇起重螺桿中心線的一點。在“指定方位”選項，選擇Z軸正方向為指定放心。單擊“基本標簽選項卡”里的【選擇連桿】按鈕，選擇連桿L001，完成咬合連桿的設定。在設置選項卡里，螺紋模數(shù)比一欄輸入數(shù)值-2。單擊【確定】按鈕，完成螺旋副的設置。

（4）定義運動驅(qū)動，完成解算方案。單擊運動工具欄中的【解算方案】按鈕，彈出結(jié)算方案對話框，在“結(jié)算方案類型”選項中選擇“常規(guī)驅(qū)動選項”，在“分析類型”選項中，選擇運動學/動力學選項，在時間文本框中輸入數(shù)值2，步數(shù)文本框中輸入數(shù)值100。如圖5所示。在重力選項卡中，選擇重力方向為豎直向下，重力常數(shù)為默認值，求解器參數(shù)數(shù)字阻尼設置為1.0，最大迭代次數(shù)設置為50，單擊【應用】按鈕，關閉解算方案對話框，完成解算。單擊運動工具欄中的【動畫】按鈕，在彈出的動畫對話框中，單擊播放按鈕，機構(gòu)模型開始做仿真運動，得到不同時刻的狀態(tài)，如圖6。

3.結(jié)語

通過UG/Motion模塊進行的運動仿真，使人們能夠直觀地看到運動構(gòu)件的運動過程，能夠解決機構(gòu)的運動學問題，以實現(xiàn)比較精確的仿真效果，體現(xiàn)出了三維輔助設計的先進優(yōu)勢，而這些是傳統(tǒng)二維設計不能做到的，縮短了產(chǎn)品的設計周期，降低了研發(fā)成本，對提高產(chǎn)品的品質(zhì)和優(yōu)化有極大幫助。按照傳統(tǒng)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。

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