基于UG NX8.0的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真與分析

王成成

摘? ?要：分析機(jī)構(gòu)特征點(diǎn)的速度、加速度等參數(shù)是產(chǎn)品研發(fā)及實(shí)驗(yàn)不可或缺的步驟。利用UG NX8.0對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征點(diǎn)進(jìn)行速度和加速度分析，得到了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，對機(jī)構(gòu)方案的優(yōu)化起到了積極作用。

關(guān)鍵詞：平面四連桿;仿真與分析;UGNX8.0

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是平面四連桿機(jī)構(gòu)的一種，普遍應(yīng)用于牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)、縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)、復(fù)擺式腭式破碎機(jī)、鋼材輸送機(jī)、汽車雨刮器機(jī)構(gòu)等。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，制作模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，過程復(fù)雜，計(jì)算煩瑣，設(shè)計(jì)周期長。虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，在航空、航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不但能夠提高設(shè)計(jì)速度，降低計(jì)算難度，還能夠分析機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度等參數(shù)，同時(shí)大大降低設(shè)計(jì)成本。

1 平面四連桿機(jī)構(gòu)的建立

平面四連桿機(jī)構(gòu)如圖1所示，各構(gòu)件長度分別問L1=200mm，L2=50mm，L3=260mm，L4=150mm，L1為固定連桿，L2為曲柄，L3為連桿，L4為搖桿。曲柄為主動(dòng)件，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為120r/min，通過連桿帶動(dòng)搖桿做擺動(dòng)動(dòng)作。

圖1平面四連桿機(jī)構(gòu)簡圖

2 平面四連桿機(jī)構(gòu)的三維建模

UG NX8.0軟件是一款集CAD/CAE/CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，利用該軟件的“建模”功能對4個(gè)構(gòu)建進(jìn)行建模，如圖2所示。利用該軟件的“裝配”功能將構(gòu)件組裝成平面四連桿機(jī)構(gòu)，并將坐標(biāo)系原點(diǎn)移動(dòng)至L1與L4鏈接點(diǎn)，X軸與固定連桿L1平行Z軸垂直于機(jī)構(gòu)所在平面，如圖3所示。

3 建立連桿和運(yùn)動(dòng)副

應(yīng)用UG NX8.0“運(yùn)動(dòng)仿真”模塊，定義4個(gè)連桿，并確定固定連桿。將L1定義為固定副J001，將4個(gè)連桿的連接處定義為旋轉(zhuǎn)福運(yùn)動(dòng)副J002、J003、J004、J005，并且設(shè)置運(yùn)動(dòng)副J002為驅(qū)動(dòng)，如圖4所示。

4 運(yùn)動(dòng)仿真與分析

通過解算方案和求解，完成對整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫演示。在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器中，通過XY-Graphing得到運(yùn)動(dòng)副J004的速度隨時(shí)間變化曲線（圖5）和加速度隨時(shí)間變化曲線（圖6）。分析速度曲線得知J004點(diǎn)的最大速度為1072.693mm/s，發(fā)生在0.21s，最大的加速度為19815.213mm/s2，發(fā)生在0.15s，機(jī)構(gòu)的運(yùn)行周期為0.5s。

結(jié)語

利用UG NX8.0可以很輕松地完成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的建模、仿真，并對機(jī)構(gòu)特征點(diǎn)的速度、加速度等特性進(jìn)行精確的分析，得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，可以很方便地修改機(jī)構(gòu)參數(shù)，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，直到得到符合要求的結(jié)果。通過此法，可以提高產(chǎn)品研發(fā)精度，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，對產(chǎn)品的研發(fā)及實(shí)驗(yàn)起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)

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