【正文】 江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） I 曲柄連桿機構(gòu)運動仿真設(shè)計（基于 UG) 摘 要 : 三維模型虛擬設(shè)計是機械設(shè)計的必然趨勢。該文簡述了三維設(shè)計軟件 UG 的強大功能 ， 并且結(jié)合發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)了模型的虛擬設(shè)計、虛擬裝配及三維動態(tài)真。 關(guān)鍵詞 : 虛擬設(shè)計； 虛 擬裝配；三維動態(tài)仿真 Engine Crank and Link Mechanism Motion Animation Based on UG Abstract : Three dimentional model virtual design is the tendency of mechanic design. The paper simply state its powerful function of UG with three dimentional design soft, and realize model virtual design、 virtual assembly and three dimentional dynamic animation bined with engine crank and link mechanism. Key words: virtual design。 virtual assembly。 three dimentional dynamic animation 江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） II 目 錄 序 言 ............................................................................................................................ 1 第 1 章 基于 UG的曲柄連桿機構(gòu)的運動仿真的簡介 ............................... 3 發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的虛擬設(shè)計 ............................................................... 3 虛擬裝配 ....................................................................................................... 4 運動仿真 ....................................................................................................... 4 第 2 章 曲柄連桿機構(gòu)的拆裝和零件的測繪 ................................................. 6 曲柄連桿機構(gòu)的拆卸 ...................................................................................... 6 零件的測繪 ............................................................................................... 9 游標卡尺的讀數(shù)原理和讀數(shù)方法 ...................................................... 9 直徑和孔深尺寸的測量 ...................................................................... 10 測繪零件時的注意事項 ........................................................................... 10 第 3 章 曲柄連桿機構(gòu)的三維造型 ................................................................. 12 曲柄的繪制過程 ............................................................................................ 14 連桿的三維造 型 ............................................................................................ 22 活塞的三維造型 ........................................................................................... 27 第 4 章 曲柄連桿機構(gòu)的虛擬裝配 .................................................................. 33 裝配綜述 ....................................................................................................... 33 曲柄連桿機構(gòu)的裝配實例 ........................................................................... 34 第 5 章 曲柄連桿機構(gòu)的運動仿真 .................................................................. 38 運動仿真綜述 ................................................................................................ 38 運動仿真創(chuàng)建實例 ....................................................................................... 40 參考文獻 ................................................................................................................... 46 致謝 ............................................................................................................................ 47江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 共 47 頁 曲柄連桿機構(gòu)運動仿真設(shè)計（基于 UG) 序 言 虛擬技術(shù)是近年 來隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)發(fā)展起來的一種新型技術(shù)。隨著計算機輔助技術(shù) 發(fā)展起來的一種新型技術(shù)。隨著計算機輔助技術(shù)的發(fā)展 ， 傳統(tǒng)的以 AutoCad 為代表的二維設(shè)計越來越不能滿足工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)計的需求。它不僅開發(fā)時間長 ， 而且功能單一 ， 設(shè)計過程中不能夠及時發(fā)時間長 ， 而且功能單一 ，設(shè)計過程中不能夠及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。本文簡要介紹了美國 UGS 公司開發(fā)的 UG 軟件及其在虛擬設(shè)計中的應(yīng)用。 Unigraphics(簡稱 UG) 軟件是美國 UGS 公司的五大主要產(chǎn)品 (UG， Parasolid ， iMAN ， SolidEdge ， Product Vision) 之一。 UG 軟件起源于美國麥道飛機公司 ， 并于 1991 年并入美國通用汽車公司 EDS(電子資訊系統(tǒng)有限公司 ) ， 因此 ， 該軟件匯集了美國航空工業(yè)及汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗。 UG 是一個高度集成的 CAD/ CAM/ CAE 軟件系統(tǒng) ， 可應(yīng)用于整個產(chǎn)品的開發(fā)過程 ， 包括產(chǎn)品的建模、分析和加工。 UG 不僅具有強實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計功能 ， 而且在設(shè)計過程中可進行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬等 ， 提高了產(chǎn)品設(shè)計的可靠性 。同時 ， 可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼 ， 用于產(chǎn)品的加工 ， 其后處理程序能夠支持多種類型的數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言 UG/ Open GRIP、 UG/ Open API 簡單易學(xué) ， 其函數(shù)功能較齊全 ， 便于用戶開發(fā)專用的 CAD 系統(tǒng)。具體來說 ， 該軟件具有以下特點 : (1) 有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫 ， 真正實現(xiàn)了 CAD/CAE/ CAM 等各模塊之間的無數(shù)據(jù)自由切換 ， 有利于并行工程的實施。 (2) 采用復(fù)合建模技術(shù) ， 可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） 第 2 頁 共 47 頁 模與參數(shù)化建模融為一體。 (3) 用基于特征 (如孔、凸臺 、型腔、槽溝、倒角等 ) 建模和編輯方法作為造型基礎(chǔ) ， 使虛擬物體形象直觀 ， 并能用參數(shù)驅(qū)動。 (4) 曲面設(shè)計采用非均勻有理 B 樣條作基礎(chǔ) ， 可用多種方法生成復(fù)雜的曲面 ， 特別適合于汽車外形設(shè)計、汽輪機葉片設(shè)計等復(fù)雜曲面造型。 (5) 出圖功能強 ， 可十分方便地從三維實體模型直接地生成二維工程圖。能按 ISO 標準和國際標注尺寸、形位公差和漢字說明等 ， 并能直接對實體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖 ， 增強了繪制工程圖的實用性。 (6) 以 Para solid 為實體建模核心 ， 實體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名的 CAD/ CAE/CAM 軟件均以此作為實體造型內(nèi)核。 (7) 提供了界面良好的二次開發(fā)工具 GRIP( graphical interactive programming ) 和 UFUNC(user function) ， 并能通過高級語言接口 ， 使 UGS的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結(jié)合起來。 (8) 具有良好的用戶界面。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 47 頁 第 1 章 基于 UG 的曲柄連桿機構(gòu)的運動仿真的簡介 發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的虛擬設(shè)計 UG 軟件對三維實體造型提供了多種不同的實現(xiàn)方法 ， 可以由用戶靈活使用。下面以 發(fā)動機曲軸為例簡述建模過程 :運行 UG， 在 application(應(yīng)用 ) 中選中modeling (建模 ) 模塊 ， 通過 cylinder(圓柱體 ) 建立前端輸出法蘭 ， 通過 hole ( 孔 ) 、 instance(特征引用 ) 、 thread (螺紋 ) 建立前端面的光孔和螺紋孔 ，通過 basic curves (基本曲線 ) 及 revolve (旋轉(zhuǎn) ) 建立前法蘭里面的形狀 ， 通過 basic curves(基本曲線 ) 和 ext rude body (拉伸體 ) 和 unit(結(jié)合 ) 建立第一、第二曲拐 ， 通過建立 datum plane(基準面 ) 和 instance (特征引用 ) 中的 mirror(鏡像 ) 建立第三、第四曲拐 ， 再通過 cylinder (圓柱體 ) 和 slot (鍵槽 ) 等步驟建立后輸出軸 ， 最后通過 edge blend (倒圓 ) 和 edge chamfer (倒角 ) 建立曲軸的倒圓和倒角。以類似的步驟對發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的其他部件建立三維模型 ， 結(jié)果如圖 11 所示。 圖 11 曲柄的三維模型 江蘇技術(shù)師范學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 共 47 頁 虛擬裝配 UG 虛擬裝配功能特別強大 ， 它可以使零部件靈活的配對和定位 ， 并保持關(guān)聯(lián)性。對裝配完成后的模型可以進行裝配干 涉分析 ， 發(fā)現(xiàn)問題可以及時修改。因為 UG 采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫 ， 可以在裝配圖或零件圖中自動地進行相應(yīng)的修改 ， 因此極大地加快了產(chǎn)品的設(shè)計速度。 在三維模型完成后 ， 通過 application (應(yīng)用 )進入 assembly (裝配 ) 模塊完成機構(gòu)的虛擬裝配。首先通過 assembly (裝配 ) 下的 ponent (組件 )加入前面已經(jīng)通過 modeling (建模 ) 模塊建立的零件模型 ， 再通過 mating ( 配對 ) 、 align ( 對齊 ) 、 parallel (平行 ) 等關(guān)系組裝在一起 ， 以實現(xiàn)機構(gòu)間各運動件的相對確 定位置。其最終的裝配關(guān)系及裝配圖如圖 12a， 12b 所示。 圖 12a 曲柄連桿機構(gòu)的裝配圖 圖 12b裝配關(guān)系 運動仿真 當(dāng)零件裝配成為一個系統(tǒng)之后 ， 常常需要對機械作運動分析。 UG 的運動分析模塊 (motion)可在屏幕上模擬真實的機構(gòu)運動 ， 并檢查運動軌跡和運動干涉等三維動態(tài)仿真。運動分析之前 ， 需要對各零件和運動副進行定義。運用的 UG 工具主要有構(gòu)件 (link) 、運動副 (joint ) 等 ， 以