基于UG NX7.5的離合器機構的運動仿真研究

邱 宇,何毅斌

(武漢工程大學機電工程學院,湖北 武漢 430073)

UG軟件是美國EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM 軟件,主要為汽車與交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業等領域通過其虛擬產品開發的理念提供多極化集成的企業級產品與服務在內的完成MCAD解決方案.其中計算機輔助設計(CAE)包括有限元分析和機構分析兩大內容.機構分析模塊可以提供靜態、運動、動力學計算以及動態仿真等功能,主要包括運動分析和力的分析;其運動分析采用了美國MDI公司開發的ADAMS結算器.其實兩者是密切相關的,前者先不考慮作用在機構的力,并通常假定原動件作等速運動,只從幾何上分析機構的位移,速度和加速度等運動情況[1].離合器是主、從動部件在同軸線上傳遞動力或運動時,具有接合或分離功能的裝置,其類型很多,按接合元件的性質可以分為嚙合式與摩擦式兩大類[2].本文是采用的摩擦式離合器進行分析.

1 離合器運動仿真

1.1 離合器的建模

這里采用的是單盤摩擦離合[3]對離合器機構進行建模.運用UG對離合器各個零件的參數設定一個初值,創建各個零件:腳踏板、傳遞桿、滑動桿、從動軸、從離合器摩擦片、主離合器摩擦片和轉軸,初值的合理性可以通過后期運動仿真分析來優化處理.

1.2 離合器的裝配

裝配設計是把零件組裝成部件或產品模型,通過配對條件在各部件之間建立約束關系,確定其位置關系,建立各部件之間鏈接關系的過程.為了在裝配件中實現對組件的參數化定位,確定組件在裝配件中的相對位置,在裝配過程中采用配對條件的添加組件定位方式來指定組件之間的定位關系[4].配對類型包括:配對 、對齊 、角度 、平行 、垂直、中心、距離、相切.本文離合器裝配結果如圖1所示.

圖1 離合器模型

1.3 離合器運動仿真

完成離合器建模后,即進入運動仿真模塊,運動仿真模塊自動復制主模型的裝配文件,在資源導航器中選擇“運動導航器”,創建一新文件motion 1.sim(此時所看到的顯示模型已不是第一次打開的裝配主模型),且自動處于工作層狀態.

1.3.1 創建連桿 在新建的運動仿真方案中創建6個連桿(Links),在視圖區選擇主離合器片和轉軸為連桿L001,從離合器片為連桿L002,滑動桿為連桿L003,傳遞桿為連桿L004,腳踏板為連桿L005,從動軸為連桿LOO6.各連桿如圖2所示.

圖2 各連桿

1.3.2 創建運動副 離合器模型需要創建7個運動副.連桿 LOO2、LOO3分別為滑動副,其余的5個為旋轉副.其中創建從離合器片的滑動副JOO2,需咬合連桿LOO6.創建主離合器片旋轉副JOO1,并加上驅動,旋轉類型選為恒定,初速度鍵入800.各運動副如圖3所示.

圖3 離合器運動副

1.3.3 創建連接器與力 定義運動副后,還需要定義必要的力和各種力的傳遞.腳踏離合器所需要的里、兩離合器的3D接觸、滑動桿與從離合器片的3D接觸、滑動桿的阻尼力.其中主離合器片與從離合器片的3D接觸需要打開庫侖摩擦.其相關參數如圖4所示.

圖4 設計參數

1.3.4 動畫分析 完成運動副的創建接下來解算模型的運動是否符合要求,以及運動的相關參數輸出和調整.單擊“運動”工具欄的【結算方案】,在選項卡文本框輸入時間2.5 s,步數為2500,點擊確定.由于多個3D的存在,解算時間比較長,可以適當調整較大的誤差、步長等加快解算過程.一般存在3D接觸解算的步數是時間的1000倍,否則仿真失真.

1.3.5 圖標輸出 完成離合器的解算,可以使用圖標命令得出必要的參數在運動過程中的變化.本文對從離合器片的受力,轉動的角速度,轉動的X方向位移進行分析.

圖5 受力曲線

從圖中可以看出在0.25 s以后兩離合器片接觸,由于摩擦、阻尼等諸多因素的影響使接觸力不恒定,在0.5 s后接觸力保持恒定狀態.

圖6 速度曲線

從速度曲線中可以看出在0.25 s以前從離合器片在腳踏板力的傳遞下滑動速度稍慢.0.25 s時兩離合器片接觸,由于摩擦力的作用,從離合器片的速度瞬間提升.0.25 s后兩離合器片接合,速度接近與主離合器初速度.

圖7 位移曲線

從位移曲線圖中可以看出0.25 s前,從離合器片在從動軸上滑動,0.25 s以后從離合器片只有轉動,在X軸上無位移.結合三曲線可初步看出,此離合器在以初值建的模型中,在機構方面還是合理的.

2 結束語

本文通過離合器一例,介紹了UG運動仿真模塊的操作,使人們了解了計算機輔助分析的方法.得出機構在運動過程中的規律和特性,通過對這些規律和特性的分析,這樣就能夠及早的發現機構設計中的缺陷,實現優化設計,同時提高了設計質量,降低了研究開發的成本,縮短了研究開發的周期.

[1]鄭立斌,陳全園,李軻.基于UGNX4.0的連桿機構運動學仿真[J].科學技術與工程,2007,7(19):53-54.

[2]周明衡.離合器、制動器選用手冊[M].北京:化學工業出版社,2003.

[3]濮良貴,紀名剛等.機械設計(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2008:355.

[4]張云杰.UGNX4.0基礎教程中文版[M].北京:清華大學出版社,2007:218.