吳麗霞

【摘要】本文利用UG的運動仿真模塊，詳細介紹了對心曲柄滑塊機構的參數(shù)化建模、裝配、運動副的創(chuàng)建與運動仿真的整個過程與要點。

【關鍵詞】參數(shù)化建模；曲柄滑塊機構；運動仿真

一、引言

曲柄滑塊機構為《機械設計基礎》中四桿機構的一主要內(nèi)容。采用傳統(tǒng)的手工繪圖求解的方法對曲柄滑塊機構進行分析耗時長且精度低。本文以UG NX6軟件為工具，以對心曲柄滑塊機構為例進行參數(shù)化建模和運動仿真，大大提高了求解效率和精度，為曲柄滑塊機構的講解提供了很大方便。

二、參數(shù)化建模

1.對心曲柄滑塊機構的參數(shù)化建模與裝配

曲柄滑塊機構各組件的長度數(shù)據(jù)及三維造型如表1所示。

將表1各組件裝配成如圖1所示的曲柄滑塊機構。裝配順序及所需添加的約束如下：①機架以“絕對原點”的方式作為第一個添加的組件；②曲柄以“通過約束”的方式作為第二個添加的組件，約束有兩個：同心和對齊；③連桿以“通過約束”的方式作為第三個添加的組件，約束有兩個：同心和對齊；④滑塊以“通過約束”的方式作為第四個添加的組件，約束有三個：同心、對齊、平面1與平面2對齊。裝配過程見圖2。

2.創(chuàng)建運動分析方案

（1）創(chuàng)建連桿。連桿創(chuàng)建順序與表1所示順序相同。將“jijia”設為連桿1（設為固定連桿），“qubing”為連桿2（不設為固定連桿），“l(fā)iangan”為連桿3（不設為固定連桿），“huakuai”為連桿4（不設為固定連桿）。

（2）創(chuàng)建運動副。此機構的完成需建立以下運動副：機架與曲柄之間存在一轉動副；曲柄與連桿之間存在一轉動副；連桿與滑塊之間存在一轉動副；滑塊與機架之間存在一滑動副。

在創(chuàng)建轉動副時應注意：①選擇對應對象的圓邊即可同時完成“選擇連桿”、“指定原點”、“指定方位”三個步驟；②每次選擇對應對象的圓邊時會出現(xiàn)一坐標(如圖3所示）,相連兩連桿所出現(xiàn)的坐標方向必須保證完全一致。

創(chuàng)建滑動副時應注意：①選擇對應對象的直邊即可同時完成“選擇連桿”、“指定原點”、“指定方位”三個步驟；②每次選擇對應對象的直邊時會出現(xiàn)一箭頭和正方體原點標識 (如圖4所示）,相連兩連桿所出現(xiàn)的箭頭方向必須保證完全一致，且正方體原點標識應處于箭頭方向的同一直線上。

（3）定義驅動。將機架與曲柄之間的轉動副定義為驅動。旋轉方式設為恒定，即表示勻速轉動。初速度設為360，表示整周回轉。注意，這里的初速度與物理中的初速度不是同一定義。

定義驅動既可在轉動副上直接定義，也可單獨使用“駕駛員”命令進行定義。

（4）建立解算方案、求解、仿真。為此機構的運動創(chuàng)建解算方案進行求解后進行運動仿真，可看到曲柄做勻速的整周回轉運動。

（5）機構運動分析。觀察整個機構的運動過程，在曲柄轉動一周的過程中會經(jīng)歷兩次與連桿處于同一直線的位置即死點位置。

3.其它

曲柄滑塊機構可分為對心曲柄滑塊機構和偏心曲柄滑塊機構，在建模的過程中可以通過改變表1中所述的平面1和平面2的裝配距離來進行調(diào)節(jié)。以本篇文章中的對心曲柄滑塊機構為例，在裝配時應使平面1與平面2對齊。如果是偏心曲柄滑塊機構，則應在裝配時使兩者具有一定的距離。

三、結束語

利用UG軟件對曲柄滑塊和其它常見機構進行運動仿真，不僅直觀，且在機構參數(shù)改變時，可迅速地產(chǎn)生參數(shù)不同的機構，無需重新建模。而各個組件在運動過程中的運動速度和受力等均可通過UG軟件的圖表功能直觀地以圖表的方式反映出來，以供設計者研究，便于設計方案的優(yōu)化。UG軟件的應用，除了可以提高教學效果外，在新產(chǎn)品的設計和研發(fā)上更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。