基于UG软件的四连杆运动仿真分析

　　摘要：UG软件是集CADCAECAM于一体的三维参数化软件，也是当今世界最先进的设计软件，它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械电子等工程领域。平面四杆机构是由一个低副(转动副)联动装置经过互相连接而形成的一种运动构件，它由一个圆柱面或一个平面组成的平面型机构，其制作工艺简单，使用方便高效，可以获取到比较精准的运动数据。而且它很容易实现普通的旋转、移位和转换，因此得到了广泛的应用。本文首先介绍了 UG软件及运动仿真模块，然后对四连杆机构运动仿真进行了分析，为机构的优化设计提供参考依据。

　　关键词：UG软件 四连杆 模型 运动仿真

　　一、UG软件及运动仿真模块简介

　　1.1 UG软件

　　unigaphics(UG)是有美国的UGS公司开发的具备CAD/CAM/CAE功能的软件，并且使用该软件进行产品设计软件的大型CAD软件，可以更直观准确地说明零、组件之间的形状和装配组件，可以完全的实现产品设计以及土工艺制造的规范化，并能与产品设计，开发的模具设计，模具和其他土工艺同时操作，从而大幅缩短产品的开发周期。能够对产品装配直观准备UG具有灵活的复合建模模块。复合建模包括几种建模方法：实体建模，曲面建模(固体)(surfaoe)，线(线框模型)和基于特征的参数化建模。产品零件的实体模型可以采用UG复合建模模块可以更直观和快捷。

　　1.2 UG的运动仿真模块

　　UG的运动仿真模块是对机构的运动轨迹进行跟踪，从而分析机构速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。

　　运动仿真作为UG/CAE(计算机辅助工程的主要部分)模块的组成部分，它可进行复杂的运动学分析，列如二维或者三维立体的动力学分析和模拟仿真。通过UG的建模功能，建立一个可视的三维立体模型，并通过UG的功能的模拟三维立体模型的各个部件的运动学特征，然后通过每个部分之间建立连接关系从而建立一个立体模型。UG /运动功能可以进行大量的模拟模型建立进行数据采集从而进行更合理的装配分析，运动分析，通过对三维立体模型分析模块的位移、坐标、加速度、速度、以及力学原理的分析，从而充分的验证机构设计的合理性建议。可以利用运动学数据和动力学原理对图形输出的各个部分之间的装配进行对比优化。

　　二、四连杆机构运动模型的仿真和分析

　　2.1计算机建立运动仿真模型

　　仿真就是使用虚拟的模型来代替现实系统运行进行运动测试和研究。从而实现运动数据的采集和分析，我们必须要建立一个能代表现实的机械模型的计算机虚拟模型。UG建模为组装模块提供了一个十分强大的建模和组装功能。在UG中建立一个四连杆的机械结构，但是不要进行组装，在运动副进行连杆连接之后，在运动仿真模拟的时候UG模块可以根据连接情况的不同进行自动组装。

　　2.2设定运动驱动

　　运动驱动的设置是一个重要的环节他是控制运动副的重要数据也是运动副的重要参数，其中运动驱动共有5种类型：(1)关节运动驱动，设置某一运动副以特定的步长(旋转或线性位移)和特定的步数运动，(2)简谐运动驱动，产生一个光滑的'向前或向后的正弦运动;(3)恒定驱动，设置某一运动副为等常运动(旋转或线性位移);(4)运动函数，运动副按照给定的数学函数进行运动;(5)无驱动。四连杆机械结构中设定旋转副J002为恒定驱动，并设定驱动运动参数，使连杆L002以36°/s的速度匀速转动。

　　2.3模拟模型的分析以及后处理

　　UG仿真模型和运动学分析的核心软件是由MDI公司研发的一款软件“ADAMS解算器”进行解算。在我们使用“ADAMS解算器”进行运动仿真和分析的时候，需要输入的参数有二个一个是时间一个是步数，然后启动“ADAMS解算器”来完成仿真数据分析。它的工作过程如下：首先根据运动来分析事先拟定的信息，并生成内部的ADAMS数据文件再从内部直接传送到ADAMS解算器;“ADAMS解算器”接收到内部数据文件进行整合分析并生成内部的ADAMS输出数据文件，把这些数据传送到运动分析仿真模块中;运动分析仿真模块再提供一个Photo Animation的功能把数据输出使其生成照片以及动画或者MPEG电影文件的形式，并提供相应的电子表格(Spreadsheet)和图表(Graphing)等功能将运动仿真分析的数据以表格或图形进行表示。图表是唯一一种能够提供在运动模拟中能提取运动副或者运动机械构件上任意一点的(通过标记Markers来确定)的位移、速度、加速度等运动参数的方法。

　　2.4死点位置

　　在机械构件的运动过程中，传动角为零(或压力角度为90度)，因为PT =0，无论受到的压力有多大，都不能带动驱动部分进行运动。这种“顶死”现象叫机构死点位置。死点出现在两种类型的机构：(1)曲柄摇杆机构，滑块曲柄机构和曲柄导杆机构中，组件的往复运动是活动的，则曲柄连杆共线位置将会有死点出现。(2)平行四边形机构，当驱动曲轴和机架形成平行共线结构时，连接杆是和输出曲柄重合的，从动曲柄上传动态角等于零时，将有可能朝两个方向进行转动，也被称为死点位置转动。

　　2.5后处理

　　UG模块可以将运动数据以图标的形式输出，它可以通过标记Markes来提取机械构件上的任意一点的位移、速度、加速度等运动参数。

　　三、结语

　　使用UG模块建立模型，我们可以更直观的进行机构之间的运动特性观察。从而获得更直观的精准数据把复杂的问题简单化从而轻松的解决运动学的问题。上面使用的平面四杆机构建模和运动建模，以及后处理方法和运动分析，完全可应用于平面四杆机构的设计。例如，自动卸料机构(曲柄摇杆机构)、车门开关机构(偏置曲柄滑块机构)、飞机起落架机构(双杆机构)，可用于平面四杆机构的建模与运动分析方法，输出机构的位移、速度、加速度等变化规律曲线，以优化设计机构的尺寸关系。

　　参考文献：

　　[1]沈庆云，沈自林.基于UG的四连杆机构的运动分析仿真[J].轻工机械，2006，24：74-75.

　　[2]郑立斌，陈全园，胡志平.四连杆机构运动仿真设计[J].景德镇高专学报，2007，22：4-4.

　　[3]宋晓华，汪建平.基于UG的平面连杆机构运动仿真和分析[J].农机化研究， 2005：107-109.