基于UG NX6 的对心曲柄滑块机构的运动仿真

吴丽霞

【摘要】本文利用UG的运动仿真模块，详细介绍了对心曲柄滑块机构的参数化建模、装配、运动副的创建与运动仿真的整个过程与要点。

【关键词】参数化建模；曲柄滑块机构；运动仿真

一、引言

曲柄滑块机构为《机械设计基础》中四杆机构的一主要内容。采用传统的手工绘图求解的方法对曲柄滑块机构进行分析耗时长且精度低。本文以UG NX6软件为工具，以对心曲柄滑块机构为例进行参数化建模和运动仿真，大大提高了求解效率和精度，为曲柄滑块机构的讲解提供了很大方便。

二、参数化建模

1.对心曲柄滑块机构的参数化建模与装配

曲柄滑块机构各组件的长度数据及三维造型如表1所示。

将表1各组件装配成如图1所示的曲柄滑块机构。装配顺序及所需添加的约束如下：①机架以“绝对原点”的方式作为第一个添加的组件；②曲柄以“通过约束”的方式作为第二个添加的组件，约束有两个：同心和对齐；③连杆以“通过约束”的方式作为第三个添加的组件，约束有两个：同心和对齐；④滑块以“通过约束”的方式作为第四个添加的组件，约束有三个：同心、对齐、平面1与平面2对齐。装配过程见图2。

2.创建运动分析方案

（1）创建连杆。连杆创建顺序与表1所示顺序相同。将“jijia”设为连杆1（设为固定连杆），“qubing”为连杆2（不设为固定连杆），“liangan”为连杆3（不设为固定连杆），“huakuai”为连杆4（不设为固定连杆）。

（2）创建运动副。此机构的完成需建立以下运动副：机架与曲柄之间存在一转动副；曲柄与连杆之间存在一转动副；连杆与滑块之间存在一转动副；滑块与机架之间存在一滑动副。

在创建转动副时应注意：①选择对应对象的圆边即可同时完成“选择连杆”、“指定原点”、“指定方位”三个步骤；②每次选择对应对象的圆边时会出现一坐标(如图3所示）,相连两连杆所出现的坐标方向必须保证完全一致。

创建滑动副时应注意：①选择对应对象的直边即可同时完成“选择连杆”、“指定原点”、“指定方位”三个步骤；②每次选择对应对象的直边时会出现一箭头和正方体原点标识 (如图4所示）,相连两连杆所出现的箭头方向必须保证完全一致，且正方体原点标识应处于箭头方向的同一直线上。

（3）定义驱动。将机架与曲柄之间的转动副定义为驱动。旋转方式设为恒定，即表示匀速转动。初速度设为360，表示整周回转。注意，这里的初速度与物理中的初速度不是同一定义。

定义驱动既可在转动副上直接定义，也可单独使用“驾驶员”命令进行定义。

（4）建立解算方案、求解、仿真。为此机构的运动创建解算方案进行求解后进行运动仿真，可看到曲柄做匀速的整周回转运动。

（5）机构运动分析。观察整个机构的运动过程，在曲柄转动一周的过程中会经历两次与连杆处于同一直线的位置即死点位置。

3.其它

曲柄滑块机构可分为对心曲柄滑块机构和偏心曲柄滑块机构，在建模的过程中可以通过改变表1中所述的平面1和平面2的装配距离来进行调节。以本篇文章中的对心曲柄滑块机构为例，在装配时应使平面1与平面2对齐。如果是偏心曲柄滑块机构，则应在装配时使两者具有一定的距离。

三、结束语

利用UG软件对曲柄滑块和其它常见机构进行运动仿真，不仅直观，且在机构参数改变时，可迅速地产生参数不同的机构，无需重新建模。而各个组件在运动过程中的运动速度和受力等均可通过UG软件的图表功能直观地以图表的方式反映出来，以供设计者研究，便于设计方案的优化。UG软件的应用，除了可以提高教学效果外，在新产品的设计和研发上更能体现其优越性。