【文章內(nèi)容簡介】 塊。 UG/Motion模塊的介紹 UG/Motion 是 UG/CAE（ Computer Aided Engineering）模塊中的主要部分 ,它能對任何二維或三維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力分析和設(shè)計(jì)仿真。通過UG/Modeling 的功能建立一個(gè)三維實(shí)體模型，利用 UG/Motion 的功能給三維實(shí)體模型的各個(gè)部件賦予一定的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，再在各個(gè)部件之間設(shè)立一定的連接關(guān)系既可建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型。 UG/Motion 的功能可以對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作、運(yùn)動(dòng)合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。通過對這個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)分析就可以驗(yàn)證 該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并且可以利用圖形輸出各個(gè)部件的位移、坐標(biāo)、加速度、速度和力的變化情況，對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之前，先要打開 UG/Motion（運(yùn)動(dòng)仿真）的主界面。在 UG的主界面中選擇菜單命令【 應(yīng)用 】 → 【 運(yùn)動(dòng)仿真 】如圖 41所示。 圖 41 打開 UG/Motion 操作界面 選擇該菜單命令后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)打開 UG/Motion 的主界面，同時(shí)彈出運(yùn)動(dòng)仿真的工具欄。 運(yùn)動(dòng)場景導(dǎo)航窗口顯示了文件名稱，運(yùn)動(dòng)場景的名稱、類型、狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的設(shè)置以及運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)的設(shè)置，如圖 42所示。運(yùn)動(dòng)場景是 UG運(yùn)動(dòng)仿真的框架和入口，它是整個(gè)運(yùn)動(dòng)模型的載體，儲(chǔ)存了運(yùn)動(dòng)模型的所有信息。同一個(gè)三維實(shí)體模型通過設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)場景可以建立不同的運(yùn)動(dòng)模型，從而實(shí)現(xiàn)不同的 圖 42 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器 運(yùn)動(dòng)過程，得到不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 點(diǎn)擊 應(yīng)用 /運(yùn)動(dòng)仿真 后 UG 界面將作一定的變化，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)的打開UG/Motion 的主界面。該界面分為三個(gè)部分：運(yùn)動(dòng)仿真工具欄部分、運(yùn)動(dòng)場景 導(dǎo)航窗口和繪圖區(qū)，如圖 43所示。 圖 43 UG/Motion 主界面 運(yùn)動(dòng)仿真工具欄部分主要是 UG/Motion 各項(xiàng)功能的快捷按鈕，運(yùn)動(dòng) 場景導(dǎo)航窗口部分主要是顯示當(dāng)前操作下處于工作狀態(tài)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)場景的信息。運(yùn)動(dòng)仿真工具欄區(qū)又分為四個(gè)模塊：連桿特性和運(yùn)動(dòng)副模塊、載荷模塊、運(yùn)動(dòng)分析模塊以及運(yùn)動(dòng)模型管理模塊，如圖 44 所示。 圖 44 5 個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真工具欄區(qū) 運(yùn)動(dòng)場景導(dǎo)航窗口顯示了文件名稱，運(yùn)動(dòng)場景的名稱、類型、狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)的設(shè)置以及運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)的設(shè)置，如圖 44所示。運(yùn)動(dòng)場景是 UG運(yùn)動(dòng)仿真的運(yùn)動(dòng)模型管理模塊 連桿及運(yùn)動(dòng)副模塊 載荷模塊 運(yùn)動(dòng)分析模塊 XY 函數(shù)導(dǎo)航器 框架和入口，它是整個(gè)運(yùn)動(dòng)模型的載體，儲(chǔ)存了運(yùn)動(dòng)模型的所有信息。同一個(gè)三維實(shí)體模型通過設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)場景可以建立不同的運(yùn)動(dòng)模型，從而實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)過 程，得到不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 運(yùn)動(dòng)分析方案的創(chuàng)建是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)分析方案的創(chuàng)建在Motion 模塊中進(jìn)行，分三個(gè)步驟進(jìn)行 :創(chuàng)建連桿 。創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)付 。定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 (1)連桿 (Links)的創(chuàng)建連桿在機(jī)構(gòu)中代表運(yùn)動(dòng)件，所有運(yùn)動(dòng)的零件必須創(chuàng)建為連桿。每一個(gè)連桿的創(chuàng)建包括定義連桿幾何體、定義質(zhì)量特性、定義材料、定義慣性矩、初始轉(zhuǎn)動(dòng)速度和移動(dòng)速度等。質(zhì)量、材料和慣性矩的值對運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的結(jié)果不產(chǎn)生影響。 (2)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副 ( Joints)運(yùn)動(dòng)副將機(jī)構(gòu)中的連桿連接在一起，從而使連桿一起運(yùn)動(dòng)。 UG 運(yùn)動(dòng)分析模塊提供兩大類 運(yùn)動(dòng)副，普通類型有旋轉(zhuǎn)副、滑動(dòng)副、萬向節(jié)、球面副、柱面副、平面副點(diǎn)在線上副和線在線上副 。特殊類型有螺旋副、線纜副、齒輪齒條副及齒輪副，基本涵蓋了常見機(jī)構(gòu)的所有運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)副具有允許所需運(yùn)動(dòng)和限制不要運(yùn)動(dòng)的雙重作用。在運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建前，連桿具有 6個(gè)自由度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建后，會(huì)約束一個(gè)或幾個(gè)運(yùn)動(dòng)的自由度。一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)是一個(gè)全約束機(jī)構(gòu)，即機(jī)構(gòu)的自由度等于 0，這也是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析要達(dá)到的目標(biāo)。約束除了運(yùn)動(dòng)副，還和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)有關(guān)。 (3)定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) (Motion Driver )運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)是賦在運(yùn)動(dòng)副上控制運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副參 數(shù)，共有 5 種類型 : 。，運(yùn)動(dòng)副按照給定的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)動(dòng) 。，設(shè)置某一運(yùn)動(dòng)副為等常運(yùn)動(dòng) (旋轉(zhuǎn)或線性位移 )。動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)光滑的向前或向后的正弦運(yùn)動(dòng) 。，設(shè)置某一運(yùn)動(dòng)副以特定的步長 (旋轉(zhuǎn)或線性位移 )和特定的步數(shù)運(yùn)動(dòng)。 計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用已成為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的一項(xiàng)十分重要的實(shí)現(xiàn)手段。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的同時(shí)，充分利用計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué) /靜力學(xué)分析，能夠極大地提高 對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可能存在問題的預(yù)見性，從而使設(shè)計(jì)工作更科學(xué)、合理，更全面、迅速。 液壓連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 機(jī)構(gòu)模型建立 連桿機(jī)構(gòu)因其具有可以傳遞較遠(yuǎn)距離的動(dòng)作、承受很大載荷、運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)形式多樣性的特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中為四根連桿，以液壓裝置為驅(qū)動(dòng)力的液壓連桿機(jī)構(gòu)，如圖 45所示，在 UG的 Modeling 模塊中分別建立各構(gòu)件的三維模型，在 Assemblies 模塊中裝配成液壓連桿機(jī)構(gòu)。 圖 45 液壓連桿機(jī)構(gòu) 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析方案 建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析方案，此方案創(chuàng)建 6個(gè)連桿和 8個(gè)運(yùn)動(dòng)副，如圖 46所示： 圖 46 運(yùn)動(dòng)分析方案圖 分析方案如表 1： 名稱 說明 名稱 說明 連桿 L001 相對于液壓桿 1 移動(dòng)副 JOO2 連桿 L002相對于連桿 L00運(yùn)動(dòng)副 連桿 L002 相對于液壓桿 2 旋轉(zhuǎn)副 J003 連桿 L003相對于地固定的運(yùn)動(dòng)副 連桿 L003 相對于連桿 1 旋轉(zhuǎn)副 J004 連桿 L003相于連桿 L002 的運(yùn)動(dòng)副 連桿 L004 相對于連桿 2 旋轉(zhuǎn)副 J005 連桿 L00相于連桿 L00 運(yùn)動(dòng)副 連桿 L005 相對于連桿 3 旋轉(zhuǎn)副 J006 連桿 L005相對于地固定的運(yùn)動(dòng)副 連桿 L006 相對于機(jī)架 旋轉(zhuǎn)副 J007 連桿 L005相對于連桿 L004的運(yùn)動(dòng)副 旋轉(zhuǎn)副 J001 連桿 L001 相對于地固定的運(yùn)動(dòng)副 旋轉(zhuǎn)副 J008 連桿 L006相對于地固定的運(yùn)動(dòng)副 表 1 運(yùn)動(dòng)方案分析 液壓桿 1 液壓桿 2 車架 連桿 1 連桿 2 連桿 3 定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，為移動(dòng)副 J002 選擇恒定驅(qū)動(dòng)，并設(shè)定驅(qū)動(dòng)參數(shù)，使連桿 L002以 5mm/s 的速度迅速移動(dòng)，其余運(yùn)動(dòng)副設(shè)為無驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)的要求，必須保證整個(gè)模型的尺寸不能超過100*100*100，而連桿 3 運(yùn)動(dòng)到與機(jī)架接近垂直的狀態(tài)下，就能保證整個(gè)模型符合設(shè)計(jì)的要求，所以設(shè)時(shí)間t=5s,步數(shù)設(shè)為 200 步，即液壓桿 2在液壓桿 1 中的移動(dòng)離距為 25mm。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，測量液壓桿 2 與液壓桿 1之間的內(nèi)部距離，跟蹤測量數(shù)值為 。如圖 47 所示。 圖 47 運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫 行星輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 在 UG/Modeling 進(jìn)行行星輪各部分零件的三維造型，在 UG/Assembly 模塊中進(jìn)行各部分零件的組裝，裝配成一個(gè)整體，如圖 48所示： 1輪胎， 2輪轂， 3行星架， 4驅(qū)動(dòng)齒輪， 5 過渡齒輪， 6中心齒輪， 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸， 8深溝球軸承， 9 彈性墊圈。 圖 48 首先，進(jìn)入 UG/Motion 界面，新建運(yùn)動(dòng)分析方案，將工作層改到新的沒有用過的層上。因?yàn)橐粋€(gè)分析方案包含一個(gè)由許多機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對象構(gòu)成的虛擬機(jī)構(gòu)，所以最好就是用按層的約定放置這些對象，定義虛擬機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)對象應(yīng)該放在各自相應(yīng)的層上，這樣可以獲得有規(guī)律的易管理的模型。 第二步，創(chuàng)建連桿，行星輪分為 3個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪部分， 3個(gè)過渡齒輪部分和一個(gè)中心齒輪，把每個(gè)需要一起運(yùn)動(dòng)的零件設(shè)置成一個(gè)連桿，而需要 注意的是，已創(chuàng)建的連桿不能被創(chuàng)建第二次，可以發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)建其他的連桿時(shí)，已創(chuàng)建的連桿是無法選中的。 第三步，創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副，因?yàn)樾行禽唭?nèi)部是以齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)，都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以為每個(gè)連桿創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副即可。設(shè)置運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，在運(yùn)動(dòng)模塊中有兩種設(shè)置運(yùn)動(dòng)方向的方法：點(diǎn)和矢量，一般使用的是矢量方式。設(shè)置運(yùn)動(dòng)方向的時(shí)候，一般選工作坐標(biāo)系（ WCS）作為參考，這樣在設(shè)置其他連桿的時(shí)候不容易出錯(cuò)，一定要與實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向相同，否則會(huì)使隨后的運(yùn)動(dòng)仿真不能進(jìn)行。 為了讓旋轉(zhuǎn)副之間有運(yùn)動(dòng)關(guān)系，需要?jiǎng)?chuàng)建齒輪副，齒輪副是根據(jù)齒輪傳動(dòng)比關(guān)系傳遞運(yùn)動(dòng)，此 行星輪機(jī)構(gòu)中需要?jiǎng)?chuàng)建 6個(gè)齒輪副，驅(qū)動(dòng)齒輪與過渡齒輪之間，過渡齒輪與中心齒輪之間。中心齒輪 Z1=40,過渡齒輪 Z2＝ 20，驅(qū)動(dòng)齒輪 Z3＝ 28， 如果 49所示 圖 49 齒輪副創(chuàng)建對話框 在“比率”中輸入兩個(gè)齒輪的齒數(shù)比，這里比較好的就是不需要設(shè)計(jì)者把齒數(shù)比算出來，再輸入，而是可以直接用算術(shù)表達(dá)式輸入，這樣既避免了錯(cuò)誤，也可以減小誤差，使仿真更加逼真。 第四步，定義驅(qū)動(dòng)，在中心齒輪上創(chuàng)建一個(gè)恒定的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，可以設(shè)置位移，速度，加速度。如圖 410 所示 圖 410 運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置 最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，設(shè)置 時(shí)間和步數(shù)，如圖 411所示： 圖 411 分析選項(xiàng)對話框 按確定后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)創(chuàng)建好的運(yùn)動(dòng)分析方案進(jìn)行計(jì)算，如果沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)出現(xiàn)如圖 412 所示對話框， 圖 412 動(dòng)畫對話框 這樣就能清楚的看到行星輪運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) ,和內(nèi)部齒輪的嚙合的狀態(tài) ,是否符合實(shí)際情況 ,如果有錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng) ,可以進(jìn)入運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器直接對其進(jìn)行編輯修改。 通過在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真方面所作的一些工作，體會(huì)到要精確描述現(xiàn)實(shí)空間的運(yùn)動(dòng)，必須以三維實(shí)體為基礎(chǔ)，以此形成運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，合理選取運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的正確約束。利用 UG/Motion 模塊， 可以很方便地進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，輕而易舉地解決復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，獲得精確的仿真結(jié)果。在創(chuàng)建連桿時(shí)，賦予連桿確切的質(zhì)量、慣性矩參數(shù)和材料特性，可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和反作用力的靜力學(xué)分析。在進(jìn)行產(chǎn)品或機(jī)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意綜合應(yīng)用 UG各個(gè)模塊的優(yōu)勢，把零件造型、裝配、運(yùn)動(dòng)分析乃至于加工都有機(jī)地結(jié)合起來，發(fā)揮 UG軟件的最大功能。 第五章 總結(jié)及展望 總結(jié)及展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于 UG 的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與仿真，以上就是在不斷的探索和研究的探險(xiǎn)車。在設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)習(xí)并運(yùn)用了 UG 軟件，此軟件 易學(xué)難精，功能強(qiáng)大，使我們這些初學(xué)者設(shè)計(jì)起來難以得心應(yīng)手。 在探險(xiǎn)車的設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的理論知識(shí)，特別是使結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)》的理論和探險(xiǎn)車的實(shí)踐相結(jié)合，一切從實(shí)際出發(fā)，從中發(fā)現(xiàn)實(shí)際動(dòng)手能力的欠缺，須待在以后的工作積累來彌補(bǔ)。 在設(shè)計(jì)的過程中，遇到很多的困難，但決不氣餒，查閱相關(guān)的書籍和論文，特別是在網(wǎng)絡(luò)上的資料尤其可貴。通過共同的努力和相互的幫助，最終把的設(shè)計(jì)完成，從中發(fā)現(xiàn)一些有誤的地方就及時(shí)修正，即使得花好幾天，都決不放過。我想這些經(jīng)歷會(huì)讓我在以后的職業(yè)生涯中會(huì)有很大的幫助的。 參考文獻(xiàn) [1]鞏云鵬 ,田萬祿 ,張祖立 ,黃秋波主編 .《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》第 1 版 .沈陽 .東北大學(xué)出版社， 2021 [2]孫志禮，冷興聚，魏延剛，曾海泉主編 .《機(jī)械設(shè)計(jì)》第 1 版 .沈陽 .東北大學(xué)出版社， 2021 [3]鄧文英主編 .《金屬工藝學(xué)》第 4 版 .北京 .高等教育出版社， 2021 [4]許錫祺主編 .《畫法幾何及機(jī)械制圖上、下冊》 .北京 .中央廣播電視大學(xué)出版社， 1996 [5]張屯國 ,主編 .《 UG 渲染與后期處理實(shí)例與技巧》國防工業(yè)出版社 ,2021 [6]沈俊杰，張智勇撰寫 .《 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)圖形仿真系統(tǒng)》 .機(jī)械與電子， 2021 [7]譚冠政，徐雄，肖宏峰撰寫 .《工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)高精度路徑跟蹤與軌跡規(guī)劃》 .中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2021 [8]王金友撰寫 .《中國工業(yè)機(jī)器人還有機(jī)會(huì)嗎？》 .機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 2021 [9]王永林撰寫 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