浅析机构运动仿真分析在机构设计中的作用

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1、浅析机构运动仿真分析在机构设计中的作用

2、第1lunatic）分析，又能进行动力学（Dynamic）分析。典型步骤如下：首先将要分析的装配图存入一个Scenario文件，确定分析所需构件（LINKS），再建立构件之间的运动副（JOINTS），然后定义整个机构承受的载荷（FORCES），进行机构运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。本文引用的是一汽集团的一种F式自卸车举升机构，实质上是一个四连杆机构，如图1所示。动力部分是两构件之间的液压缸的

3、推力相对于A、G铰支座产生的转矩。这个机构运行过程的各种运动学及动力学参数运算方法非常复杂，采用手工计算或者采用计算机编程的方法解决的话，计算量都相当大。因此，要全新设计及优化这样一套机构，必须进行全部运动过程的运动学及动力学参数变化跟踪，而这个跟踪计算过程采用UGScenario（即Motion功能）来完成就比较方便。2、实现2.1自卸车举升机构的运动学分析首先采用UG软件建立自卸车举升机构的三维实体数字装配图如图2所示。（具体结构尺寸略）在UG的Motion模块下，创建三角臂、液压缸体、活塞体、拉杆及车厢等5个构件，创建有J001、J

4、002、J003、J005、J006及J007等6个转动副，J004等1个移动副，共有7个低副，没有高副。其自由度总数：由此，F式举升机构的自由度为1，合理。并且设置J004移动副为驱动运动副，按照举升机构的要求，活塞在初始位置即0s时位移为0mm，活塞在15s时位移为750mm，因此，定义一个适合此边界条件的阶梯函数step(time,0,0,15,750)。阶梯函数的定义为：作一个完整的机构运动分析仿真，仿真节奏为15s按200步计算。首先，采用UG软件的位移分析功能分析车厢转动的角位移、三角臂转动的角位移曲线如图3所示：由此可见，车

5、厢转动的最大角位移是51.2646度,三角臂转动的最大角位移是64.5733度，并且出现了“点头”现象，与实际工作情况相符。这可以作为掌握举升机构终止位置设计姿态的依据。其次，采用UG软件的速度分析功能分析活塞运动的速度、车厢转动的角速度、三角臂转动的角速度曲线分别如图4、图5所示：由于液压缸的承载是时变的，结果造成液压缸的速度在0～75.3137mm/s之间变化，具体波动情况参看图4。从图5中可以发现，车厢转动的角速度，由0度/s变化至4.8742度/s，然后再变化至0度/s；三角臂的角速度变化比较复杂，先由0度/s变化至0.9730度

6、/s，然后再变化至0.0453度/s，而后再上升至7.3171度/s，最后以下降至0度/s。由此可掌握举升过程中车厢及三角臂转动快慢的特性，对评估系统的可靠性有一定参考价值。最后，采用UG软件的加速度分析功能分析活塞运动的加速度、车厢转动的角加速度、三角臂转动的角加速度曲线如图6、图7所示。可以看出，该曲线两头高，中间低。最大数值为19.80mm/，活塞的质量为92.5Kg，故产生的最大惯性力为：。这种惯性力将对液压油的油压产生一定的冲击影响。从图7可以发现，车厢转动最大角加速度为2.311度/s，三角臂转动最大角加速度为4.2927度/

7、s。如图7所示，车厢总负荷若按50吨计算，那么，车厢对铰链G的转动惯量为：。则车厢对铰链G的惯性矩为：在液压缸上将会产生的惯性力：对比液压缸自身产生的惯性力与车厢产生的惯性力，数值相差悬殊。因此，液压缸自身产生的惯性力可以忽略不计。可以推断，尽管三角臂转动最大角加速度为4.2927度/s，但其质量仅为48Kg，其产生的惯性力亦可忽略不计。惯性力的大小关系到液压回路关键件的设计，特别是蓄能器的合理选用及其他液压元件工作可靠性估计，应当引起足够的重视。从以上分析可以看出，只要机构各构件的主要尺寸定下来以后，在一定的活塞行程的条件下，整个机构的

8、运动特性就相应地被确定了。2.2自卸车举升机构的动力学分析运动学特性分析完之后，我们不妨假定施加50吨的载荷进行机构的动力学特性分析。即如图8所示，在车厢的质心位置，加以方向始终垂直向下的负载FG=-490000N。首先采用UG软件的力学分析功能仿真液压缸实际工作情况的受力曲线图如图9所示。发现液压缸在初始位置受力最大，达到789597.8N,其曲线变化呈较缓的抛物线型。因为使用的活塞直径为200mm，故其截面积为，即31416，从而液压缸内的压强：因此得出液压缸正常工作的最小油压为25.1Mpa。现将举升机构其他6个转动副的受力曲线分析

9、如图10所示，构件拉杆两头分别是转动副J002与J005,根据力的平衡条件，这两个转动副上的受力大小大小相等、方向相反，并作用在同一条直线上（如有差异，因为液压缸及各构件的重力影响所致）。因此