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基于UG軟件的四連桿運動仿真分析
摘要：UG軟件是集CAD\CAE\CAM于一體的三維參數化軟件，也是當今世界最先進的設計軟件，它廣泛應用于航空航天、汽車制造、機械電子等工程領域。平面四桿機構是由一個低副(轉動副)聯動裝置經過互相連接而形成的一種運動構件，它由一個圓柱面或一個平面組成的平面型機構，其制作工藝簡單，使用方便高效，可以獲取到比較精準的運動數據。而且它很容易實現普通的旋轉、移位和轉換，因此得到了廣泛的應用。本文首先介紹了 UG軟件及運動仿真模塊，然后對四連桿機構運動仿真進行了分析，為機構的優化設計提供參考依據。
關鍵詞：UG軟件 四連桿 模型 運動仿真
一、UG軟件及運動仿真模塊簡介
1.1 UG軟件
unigaphics(UG)是有美國的UGS公司開發的具備CAD/CAM/CAE功能的軟件，并且使用該軟件進行產品設計軟件的大型CAD軟件，可以更直觀準確地說明零、組件之間的形狀和裝配組件，可以完全的實現產品設計以及土工藝制造的規范化，并能與產品設計，開發的模具設計，模具和其他土工藝同時操作，從而大幅縮短產品的開發周期。能夠對產品裝配直觀準備UG具有靈活的復合建模模塊。復合建模包括幾種建模方法：實體建模，曲面建模(固體)(surfaoe)，線(線框模型)和基于特征的參數化建模。產品零件的實體模型可以采用UG復合建模模塊可以更直觀和快捷。
1.2 UG的運動仿真模塊
UG的運動仿真模塊是對機構的運動軌跡進行跟蹤，從而分析機構速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
運動仿真作為UG/CAE(計算機輔助工程的主要部分)模塊的組成部分，它可進行復雜的運動學分析，列如二維或者三維立體的動力學分析和模擬仿真。通過UG的建模功能，建立一個可視的三維立體模型，并通過UG的功能的模擬三維立體模型的各個部件的運動學特征，然后通過每個部分之間建立連接關系從而建立一個立體模型。UG /運動功能可以進行大量的模擬模型建立進行數據采集從而進行更合理的裝配分析，運動分析，通過對三維立體模型分析模塊的位移、坐標、加速度、速度、以及力學原理的分析，從而充分的驗證機構設計的合理性建議。可以利用運動學數據和動力學原理對圖形輸出的各個部分之間的裝配進行對比優化。
二、四連桿機構運動模型的仿真和分析
2.1計算機建立運動仿真模型
仿真就是使用虛擬的模型來代替現實系統運行進行運動測試和研究。從而實現運動數據的采集和分析，我們必須要建立一個能代表現實的機械模型的計算機虛擬模型。UG建模為組裝模塊提供了一個十分強大的建模和組裝功能。在UG中建立一個四連桿的機械結構，但是不要進行組裝，在運動副進行連桿連接之后，在運動仿真模擬的時候UG模塊可以根據連接情況的不同進行自動組裝。
2.2設定運動驅動
運動驅動的設置是一個重要的環節他是控制運動副的重要數據也是運動副的重要參數，其中運動驅動共有5種類型：(1)關節運動驅動，設置某一運動副以特定的步長(旋轉或線性位移)和特定的步數運動，(2)簡諧運動驅動，產生一個光滑的向前或向后的正弦運動;(3)恒定驅動，設置某一運動副為等常運動(旋轉或線性位移);(4)運動函數，運動副按照給定的數學函數進行運動;(5)無驅動。四連桿機械結構中設定旋轉副J002為恒定驅動，并設定驅動運動參數，使連桿L002以36°/s的速度勻速轉動。
2.3模擬模型的分析以及后處理
UG仿真模型和運動學分析的核心軟件是由MDI公司研發的一款軟件“ADAMS解算器”進行解算。在我們使用“ADAMS解算器”進行運動仿真和分析的時候，需要輸入的參數有二個一個是時間一個是步數，然后啟動“ADAMS解算器”來完成仿真數據分析。它的工作過程如下：首先根據運動來分析事先擬定的信息，并生成內部的ADAMS數據文件再從內部直接傳送到ADAMS解算器;“ADAMS解算器”接收到內部數據文件進行整合分析并生成內部的ADAMS輸出數據文件，把這些數據傳送到運動分析仿真模塊中;運動分析仿真模塊再提供一個Photo Animation的功能把數據輸出使其生成照片以及動畫或者MPEG電影文件的形式，并提供相應的電子表格(Spreadsheet)和圖表(Graphing)等功能將運動仿真分析的數據以表格或圖形進行表示。圖表是唯一一種能夠提供在運動模擬中能提取運動副或者運動機械構件上任意一點的(通過標記Markers來確定)的位移、速度、加速度等運動參數的方法。
2.4死點位置
在機械構件的運動過程中，傳動角為零(或壓力角度為90度)，因為PT =0，無論受到的壓力有多大，都不能帶動驅動部分進行運動。這種“頂死”現象叫機構死點位置。死點出現在兩種類型的機構：(1)曲柄搖桿機構，滑塊曲柄機構和曲柄導桿機構中，組件的往復運動是活動的，則曲柄連桿共線位置將會有死點出現。(2)平行四邊形機構，當驅動曲軸和機架形成平行共線結構時，連接桿是和輸出曲柄重合的，從動曲柄上傳動態角等于零時，將有可能朝兩個方向進行轉動，也被稱為死點位置轉動。
2.5后處理
UG模塊可以將運動數據以圖標的形式輸出，它可以通過標記Markes來提取機械構件上的任意一點的位移、速度、加速度等運動參數。
三、結語
使用UG模塊建立模型，我們可以更直觀的進行機構之間的運動特性觀察。從而獲得更直觀的精準數據把復雜的問題簡單化從而輕松的解決運動學的問題。上面使用的平面四桿機構建模和運動建模，以及后處理方法和運動分析，完全可應用于平面四桿機構的設計。例如，自動卸料機構(曲柄搖桿機構)、車門開關機構(偏置曲柄滑塊機構)、飛機起落架機構(雙桿機構)，可用于平面四桿機構的建模與運動分析方法，輸出機構的位移、速度、加速度等變化規律曲線，以優化設計機構的尺寸關系。
參考文獻：
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