【文章內容簡介】 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構進行復雜的運動學分析、動力分析和設計仿真。通過UG/Modeling 的功能建立一個三維實體模型，利用 UG/Motion 的功能給三維實體模型的各個部件賦予一定的運動學特性，再在各個部件之間設立一定的連接關系既可建立一個運動仿真模型。 UG/Motion 的功能可以對運動機構進行大量的裝配分析工作、運動合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡等，得到大量運動機構的運動參數。通過對這個運動仿真模型進行運動學或動力學運動分析就可以驗證 該運動機構設計的合理性，并且可以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情況，對運動機構進行優(yōu)化。 在進行運動仿真之前，先要打開 UG/Motion（運動仿真）的主界面。在 UG的主界面中選擇菜單命令【 應用 】 → 【 運動仿真 】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)將會自動打開 UG/Motion 的主界面，同時彈出運動仿真的工具欄。 運動場景導航窗口顯示了文件名稱，運動場景的名稱、類型、狀態(tài)、環(huán)境參數的設置以及運動模型參數的設置，如圖 42所示。運動場景是 UG運動仿真的框架和入口，它是整個運動模型的載體，儲存了運動模型的所有信息。同一個三維實體模型通過設置不同的運動場景可以建立不同的運動模型，從而實現(xiàn)不同的 圖 42 運動導航器 運動過程，得到不同的運動參數。 點擊 應用 /運動仿真 后 UG 界面將作一定的變化，系統(tǒng)將會自動的打開UG/Motion 的主界面。該界面分為三個部分：運動仿真工具欄部分、運動場景 導航窗口和繪圖區(qū)，如圖 43所示。 圖 43 UG/Motion 主界面 運動仿真工具欄部分主要是 UG/Motion 各項功能的快捷按鈕，運動 場景導航窗口部分主要是顯示當前操作下處于工作狀態(tài)的各個運動場景的信息。運動仿真工具欄區(qū)又分為四個模塊：連桿特性和運動副模塊、載荷模塊、運動分析模塊以及運動模型管理模塊，如圖 44 所示。 圖 44 5 個運動仿真工具欄區(qū) 運動場景導航窗口顯示了文件名稱，運動場景的名稱、類型、狀態(tài)、環(huán)境參數的設置以及運動模型參數的設置，如圖 44所示。運動場景是 UG運動仿真的運動模型管理模塊 連桿及運動副模塊 載荷模塊 運動分析模塊 XY 函數導航器 框架和入口，它是整個運動模型的載體，儲存了運動模型的所有信息。同一個三維實體模型通過設置不同的運動場景可以建立不同的運動模型，從而實現(xiàn)不同的運動過 程，得到不同的運動參數。 運動分析方案的創(chuàng)建是進行運動仿真的關鍵。運動分析方案的創(chuàng)建在Motion 模塊中進行，分三個步驟進行 :創(chuàng)建連桿 。創(chuàng)建運動付 。定義運動驅動。 (1)連桿 (Links)的創(chuàng)建連桿在機構中代表運動件，所有運動的零件必須創(chuàng)建為連桿。每一個連桿的創(chuàng)建包括定義連桿幾何體、定義質量特性、定義材料、定義慣性矩、初始轉動速度和移動速度等。質量、材料和慣性矩的值對運動學分析的結果不產生影響。 (2)創(chuàng)建運動副 ( Joints)運動副將機構中的連桿連接在一起，從而使連桿一起運動。 UG 運動分析模塊提供兩大類 運動副，普通類型有旋轉副、滑動副、萬向節(jié)、球面副、柱面副、平面副點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，基本涵蓋了常見機構的所有運動形式。運動副具有允許所需運動和限制不要運動的雙重作用。在運動副創(chuàng)建前，連桿具有 6個自由度，當運動副創(chuàng)建后，會約束一個或幾個運動的自由度。一個運動機構應是一個全約束機構，即機構的自由度等于 0，這也是進行運動學分析要達到的目標。約束除了運動副，還和運動驅動有關。 (3)定義運動驅動 (Motion Driver )運動驅動是賦在運動副上控制運動的運動副參 數，共有 5 種類型 : 。，運動副按照給定的數學函數運動 。，設置某一運動副為等常運動 (旋轉或線性位移 )。動，產生一個光滑的向前或向后的正弦運動 。，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。 計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展為機構運動分析的計算機實現(xiàn)提供了良好的基礎，計算機虛擬樣機技術的運用已成為機構運動分析的一項十分重要的實現(xiàn)手段。在進行機構設計工作的同時，充分利用計算機虛擬樣機技術，對機構進行運動學和動力學 /靜力學分析，能夠極大地提高 對所設計系統(tǒng)的設計方案可能存在問題的預見性，從而使設計工作更科學、合理，更全面、迅速。 液壓連桿機構的運動仿真分析 機構模型建立 連桿機構因其具有可以傳遞較遠距離的動作、承受很大載荷、運動軌跡和運動形式多樣性的特點，在工程實踐中得到廣泛的應用。本設計中為四根連桿，以液壓裝置為驅動力的液壓連桿機構，如圖 45所示，在 UG的 Modeling 模塊中分別建立各構件的三維模型，在 Assemblies 模塊中裝配成液壓連桿機構。 圖 45 液壓連桿機構 創(chuàng)建運動分析方案 建立機構運動分析方案，此方案創(chuàng)建 6個連桿和 8個運動副，如圖 46所示： 圖 46 運動分析方案圖 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 移動副 JOO2 連桿 L002相對于連桿 L00運動副 連桿 L002 相對于液壓桿 2 旋轉副 J003 連桿 L003相對于地固定的運動副 連桿 L003 相對于連桿 1 旋轉副 J004 連桿 L003相于連桿 L002 的運動副 連桿 L004 相對于連桿 2 旋轉副 J005 連桿 L00相于連桿 L00 運動副 連桿 L005 相對于連桿 3 旋轉副 J006 連桿 L005相對于地固定的運動副 連桿 L006 相對于機架 旋轉副 J007 連桿 L005相對于連桿 L004的運動副 旋轉副 J001 連桿 L001 相對于地固定的運動副 旋轉副 J008 連桿 L006相對于地固定的運動副 表 1 運動方案分析 液壓桿 1 液壓桿 2 車架 連桿 1 連桿 2 連桿 3 定義運動驅動，為移動副 J002 選擇恒定驅動，并設定驅動參數，使連桿 L002以 5mm/s 的速度迅速移動，其余運動副設為無驅動運動。因為根據設計的要求，必須保證整個模型的尺寸不能超過100*100*100，而連桿 3 運動到與機架接近垂直的狀態(tài)下，就能保證整個模型符合設計的要求，所以設時間t=5s,步數設為 200 步，即液壓桿 2在液壓桿 1 中的移動離距為 25mm。進行運動仿真分析，測量液壓桿 2 與液壓桿 1之間的內部距離，跟蹤測量數值為 。如圖 47 所示。 圖 47 運動仿真動畫 行星輪內部結構的運動仿真 在 UG/Modeling 進行行星輪各部分零件的三維造型，在 UG/Assembly 模塊中進行各部分零件的組裝，裝配成一個整體，如圖 48所示： 1輪胎， 2輪轂， 3行星架， 4驅動齒輪， 5 過渡齒輪， 6中心齒輪， 7電機驅動軸， 8深溝球軸承， 9 彈性墊圈。 圖 48 首先，進入 UG/Motion 界面，新建運動分析方案，將工作層改到新的沒有用過的層上。因為一個分析方案包含一個由許多機構運動對象構成的虛擬機構，所以最好就是用按層的約定放置這些對象，定義虛擬機構的機構對象應該放在各自相應的層上，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個驅動齒輪部分， 3個過渡齒輪部分和一個中心齒輪，把每個需要一起運動的零件設置成一個連桿，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，已創(chuàng)建的連桿是無法選中的。 第三步，創(chuàng)建運動副，因為行星輪內部是以齒輪傳遞運動，都是旋轉運動，所以為每個連桿創(chuàng)建旋轉副即可。設置運動方向時，在運動模塊中有兩種設置運動方向的方法：點和矢量，一般使用的是矢量方式。設置運動方向的時候，一般選工作坐標系（ WCS）作為參考，這樣在設置其他連桿的時候不容易出錯，一定要與實際運動方向相同，否則會使隨后的運動仿真不能進行。 為了讓旋轉副之間有運動關系，需要創(chuàng)建齒輪副，齒輪副是根據齒輪傳動比關系傳遞運動，此 行星輪機構中需要創(chuàng)建 6個齒輪副，驅動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，驅動齒輪 Z3＝ 28， 如果 49所示 圖 49 齒輪副創(chuàng)建對話框 在“比率”中輸入兩個齒輪的齒數比，這里比較好的就是不需要設計者把齒數比算出來，再輸入，而是可以直接用算術表達式輸入，這樣既避免了錯誤，也可以減小誤差，使仿真更加逼真。 第四步，定義驅動，在中心齒輪上創(chuàng)建一個恒定的運動驅動，可以設置位移，速度，加速度。如圖 410 所示 圖 410 運動仿真設置 最后進行運動分析，設置 時間和步數，如圖 411所示： 圖 411 分析選項對話框 按確定后，系統(tǒng)會根據創(chuàng)建好的運動分析方案進行計算，如果沒有出現(xiàn)錯誤，就會出現(xiàn)如圖 412 所示對話框， 圖 412 動畫對話框 這樣就能清楚的看到行星輪運動的狀態(tài) ,和內部齒輪的嚙合的狀態(tài) ,是否符合實際情況 ,如果有錯誤的運動 ,可以進入運動導航器直接對其進行編輯修改。 通過在機構運動仿真方面所作的一些工作，體會到要精確描述現(xiàn)實空間的運動，必須以三維實體為基礎，以此形成運動構件，合理選取運動副和運動條件，實現(xiàn)機構的正確約束。利用 UG/Motion 模塊， 可以很方便地進行機構的運動學仿真，輕而易舉地解決復雜機構的運動學問題，獲得精確的仿真結果。在創(chuàng)建連桿時，賦予連桿確切的質量、慣性矩參數和材料特性，可以對機構進行動力學分析和反作用力的靜力學分析。在進行產品或機構開發(fā)設計時，應注意綜合應用 UG各個模塊的優(yōu)勢，把零件造型、裝配、運動分析乃至于加工都有機地結合起來，發(fā)揮 UG軟件的最大功能。 第五章 總結及展望 總結及展望 畢業(yè)設計是基于 UG 的機構運動創(chuàng)新設計與仿真，以上就是在不斷的探索和研究的探險車。在設計的過程中，學習并運用了 UG 軟件，此軟件 易學難精，功能強大，使我們這些初學者設計起來難以得心應手。 在探險車的設計過程中，進一步鞏固和加深了所學的理論知識，特別是使結合《機械設計》的理論和探險車的實踐相結合，一切從實際出發(fā)，從中發(fā)現(xiàn)實際動手能力的欠缺，須待在以后的工作積累來彌補。 在設計的過程中，遇到很多的困難，但決不氣餒，查閱相關的書籍和論文，特別是在網絡上的資料尤其可貴。通過共同的努力和相互的幫助，最終把的設計完成，從中發(fā)現(xiàn)一些有誤的地方就及時修正，即使得花好幾天，都決不放過。我想這些經歷會讓我在以后的職業(yè)生涯中會有很大的幫助的。 參考文獻 [1]鞏云鵬 ,田萬祿 ,張祖立 ,黃秋波主編 .《機械設計課程設計》第 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