浅析机构运动仿真分析在机构设计中的作用.doc

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1、浅析机构运动仿真分析在机构设计中的作用发表时间:2004-8-20郑雄文李韬靳亚维来源：投稿发布信息化需求加入收藏发表评论好文推荐打E卩文本首先对UG/Scenario和机构运动仿真进行简要介绍，然丿订以自卸车举升机构为例，介绍了机构运动仿真分析在机械设计中的方法和技巧。引言传统机械设计总是先制定设计方案，然后再采用理论力学的方法计算其运动学或者动力学特性，而示再进行优化、强度分析及结构设计等。这个过程单就运动学或者动力学特性分析而言，要经过大最的理论分析及计算。本文作者以一汽集团的自卸车举升机

2、构设计为例，采用UG软件的运动仿真功能来说明一种运动学或者动力学特性分析的新的设计方法。1、介绍机构运动仿真分析，可以实现机械工程屮非常复杂、精确的机构运动分析，在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程屮的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点：位移、速度、加速度、力，解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。一般说，工程师首先将零件的三维模型建好，其次确定运动零件，并确定各运动零件Z间的约束关系，最示利用特定分析软件进行机构分析，如ADAMS.ANS

3、YS等。其中的关键环节为建立零件间约束关系及载荷定义，并求解。UG软件是美国EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM软件，它的运动分析模块(UGScenario)是一个模拟仿真分析的设计工具，它是ADAMS软件的一个了集。它既能进行运动学(Kinematic)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Z间的运动副(JOINTS),然后定义幣个机构承受的载荷(FORCES),进彳亍机构运动

4、仿真，从屮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，为下一步做冇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Z间的液压缸的推力相对于A、G饺支座产生的转矩。图1F式自卸车举升机构机构简图这个机构运行过稈的乞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稈的运动学及动

5、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）J006J004J003J005J001图2自卸车举升机构的总装配图在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、J002、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

6、由度总数：F==3x5-2x7-0=1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Os时位移为Omm,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）。阶梯函数曲Eo,饶內如的定义为:xMx。;S好0）=他+（松-给）*（x-心）（可一X。）

7、移、三角臂转动的角位移曲线如图3所示：TO6O6单位••度由此可见，车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T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。单位£毛米m秒图4活塞运动的速度变化曲线其次，采用UG软件的速度分析功能分析活塞运动的速度、车用i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

8、。从图5屮可以发现，车用i转动的角速度，由0度/s变化至4.8742度/s,然麻再变化至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/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。由此可掌握举升过稈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。8.0000单位••度S秒三角臂转T.0000动角速度3.00005.00004.00005.00002.00001.00000.00002.0000■00006.00