基于UGNX8.0的振動式輸送機構運動仿真

改造者：劉 明 徐 罕

基于UGNX8.0的振動式輸送機構運動仿真

改造者：劉 明 徐 罕

在UGNX8.0軟件平臺中，對振動式輸送機機構中的連桿機構進行草圖建模、虛擬裝配，利用UGNX的運動仿真功能建立相應的虛擬機構并進行仿真分析，得出輸送機連桿機構的位移、速度、加速度的對比形式的變化規律曲線。為振動式輸送機連桿機構的優化設計提供精確的參考數據。

連桿機構是指若干剛性構件通過低副（轉動副、移動副）聯接在一起。雖然它們的結構簡單，但承載能力大，運動形式多種多樣，可實現直線、平面，空間等各種簡單的和復雜的運動，從而實現更廣泛的用途。

振動式輸送機構傳輸量大，維修方便容易，用途廣泛，基于連桿機構的振動式輸送機構應用于各行各業，如冶煉、礦業、煤炭、建材、石油化工、糧食、機械、陶瓷等行業。特別是對對長距離輸送和熱工件的輸送體現了它的獨特優點，基于此，如何提高輸送機的效率，如何提高社會效益成為我們迫切需要解決的問題。

近些年，連桿機構設計方法得到了突飛猛進的發展，伴隨著電子計算機的普及應用，以及相關仿真設計軟件的開發，連桿機構的設計完善度和設計精度得到了大幅度的提高，而且在研究運動學特性的同時，還可以考慮到其動力學特性，為連桿機構的優化提供精確的參考數據。

計算機仿真技術已成為構件優化設計的有效方法。與傳統的理論研究相比，它不用進行復雜的方程求解就可以得到相應的理論參數，從而使機構設計更完善、合理。UGNX8.0是集CADCAECAM于一體的三維參數化設計軟件。它的CAE模塊的仿真技術彰顯出它的獨特優勢，能對產品的實際運動和干涉情況進行分析；利用有限元方法對產品模型進行受力、受熱和模態分析。

振動式輸送機構中連桿機構的建模

圖1　幾何模型圖

圖2　機械原理圖

圖3　仿真分析解算方案數據圖

UGNX8.0具有強度大的建模、裝配、數控加工、工程制圖和運動仿真的功能， 本文研究主要就是利用其功能中的建模、裝配和運動仿真功能。在UGNX8.0軟件平臺的基礎上建立振動式輸送機連桿機構的虛擬幾何模型（簡化模型），結構如圖1所示。在軟件中按如下操作步驟［起始］—［建模］—［草圖］環境下建模分別生成各桿件（桿AB、桿BC、桿CD、桿CE和構件5），然后在［起始］—［裝配］環境下進行各組成部件的虛擬裝配。機械原理應用圖如圖2所示：其中曲柄AB為連桿機構中的主動件，給其施加一個驅動力后，通過AB的圓周運動來帶動其它桿BC、桿CD、桿CE的相應運動，最終要求構件5保持直線運動，從而實現振動式輸送機的連續不斷的輸送功能。各桿長度選取為桿AB=70mm，桿BC=200mm，桿CD=170mm，桿CE=350mm（根據實際按比例確定）。

圖4　速度、加速度、位移的運動變化規律曲線圖

虛擬裝配連桿機構運動分析方案

虛擬連桿機構裝配完成后，進入UG/Motion、CAE運動仿真模塊，操作步驟：點擊［起始］—［運動仿真］—［運動導航器］—點擊右鍵［新建仿真］，進入仿真環境后，做好仿真的準備工作：創建5個連桿（LINK），如圖2機械原理圖中的桿AB為L001、桿BC 為L002、桿CD為L003、桿CE 為L004、滑塊為L005；同時創建5個旋轉副（旋轉副J001為AB桿和固定鉸鏈的鉸接處、旋轉副J002為桿AB和BC桿的鉸接處、旋轉副J004為BC桿和CD桿的鉸接處、旋轉副J005為CD桿和CE桿的鉸接處、旋轉副J006為CD桿和固定鉸鏈的鉸接處）和一個滑動副（J003為CE桿和滑塊的鉸接處），其中旋轉副J001和旋轉副J006是與固定鉸鏈連接的旋轉副。旋轉副J001為主動桿件的旋轉副，在其上加一個常數驅動，設其初速度值為5o/S。本方案主要是要得出構件5的位移、速度和加速度的運動規律曲線，用它來具體分析模擬驅動連桿結構的運動特性，看其是否能滿足整體振動式輸送機構的輸送運動要求。

虛擬連桿機構的運動仿真分析

CAE模塊的運動仿真的核心是ADAMS解算器，運動模型中的連桿、旋轉副建立好后，點擊［求解］按鈕，對仿真模型進行求解計算，解算方案各選項的參數設置如圖3所示：解算類型為常規驅動；分析類型為運動學；時長等于80S；步數為1000步。數據輸入到解算器后，在其內部進行解算，生成ADAMS輸出數據文件，再將之傳送到運動分析模塊中，然后經處理階段生成動畫，點擊［動畫］按鈕可以觀察機構的仿真運動情況，并可以根據需要隨時暫停、回退、重播。即可生成構件滑塊5的運動軌跡。仿真的結果也可用圖表來顯示，點擊［動畫］—［生成圖表］按鈕，即可生成構件5的位移，速度和加速度的運動規律曲線，如圖4所示。把三者曲線生成在一張圖表上，能更直觀的對比出它們的變化規律的特點。根據它們的規律曲線我們就能夠優化設計方案，避免方案中缺陷的出現，使設計趨于完美，提高設計效率。

結束語

對振動式輸送機構中的連桿機構在UGNX8.0軟件中進行建模、虛擬裝配和仿真分析，可以對機構的運動情況進行整體、全程觀察，檢查連桿機構各部件之間是否會產生干涉現象，運動規律是否合理。如果一切都滿足要求，可以設置不同的驅動值來滿足不同場合需要。通過振動式輸送機虛擬機構位移規律曲線的分析，可以確定構件運動所需的空間和行程是否滿足要求；通過對速度和加速變化規律曲線的分析，為結構慣性力的分析提供前提條件；同時三者又為優化機構的設計和尺寸提供精確可靠的依據。如果運動不滿足要求，就要分析其中的原因：是機構的結構設置、桿長比例值還是仿真參數的問題，及時發現，及時解決。

利用UGNX8.0軟件平臺進行建模、虛擬裝配和運動仿真能夠直觀的演示機構的運動規律和特性，并及時發現機構中的缺陷和不足，對縮短產品研發周期，提高生產效率和提高產品研發性價比起到至關重要的作用。并使得設計人員的設計更加精確、完整、科學，提高經濟效益。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.035