浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真
Xxx
（xx大学 xx学院江苏xx xxxxx）
摘要：介绍如何利用UG软件来完成凸轮机构设计和运动仿真。应用UG 的表达式工具和规律曲线功能, 精确、快速地生成凸轮实体, 应用UG的运动仿真功能, 再现凸轮机构的运动过程, 检验机构的运动结果是否与设计相一致, 以保证设计的准确性。[1]
关键词: UG ；凸轮；机构；运动仿真；参数化
Discussion on the dynamic simulation of cam mechanism
based on UG
xxxxx
(UGS College, Yancheng Institute of Technology, Yancheng, Jiangsu 224051) Abstract: This article introduces how fulfills the design of the cam mechanism and the motion simulation by UG software. Using the expression tool and the law curve of UG software, the cam entity can be produced precisely and fast. Using the motion simulation of UG software, the whole process of the cam mechanism can reappeared. Whether the result of the movement is consistent with the design can be examined.
Key words: UG; Cam ;mechanism;Motion simulation;Parametric
0 引言
凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。凸轮机构设计的关键在于凸轮轮廓曲线的设计，通常的方法是根据从动件的运动规律，应用图解法或解析法来设计凸轮轮廓曲线。图解法直观、简便，但精度不高，解析法精确但计算繁杂，也不能满足现代设计的需要。UG 是大型的CAD/CAE/CAM 三维软件，可利用其建模模块的表达式工具和规律曲线等功能，结合解析法进行凸轮机构的三维设计，还可在运动仿真模块中进行运动仿真和运动分析。[2]
1 UG 运动仿真模块介绍
运动仿真模块是CAE应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运功规律运动方针。运动仿真模块可以进行机构的干涉分析。跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作
用力、反作用力、和力矩等。根据这些分析结果可以指导修改零件的结果设计或调整零件的材料。 分析结果可以用来指导零件结构的设计优化。UG 运动仿真和分析分3 个阶段进行:
（1）前处理阶段: 创建分析方案, 通过分析方案得到的信息生成内部的ADAMS 输入数据文件, 再传送到ADAMS 解算器。
（2）求解阶段: ADAMS 解算器处理输入数据, 并生成内部的ADAMS 输出数据文件, 再传送到运动分析模块中。
（3）后处理阶段: 运动分析模块解释ADAMS 的输出数据文件, 并转化成动画、图表及报表文件。
2 凸轮运动规律分析及轮廓曲线方程
2.1 运动规律分析
已知从动件的运动规律为： 当凸轮转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律上升 h=10mm ；凸轮再转过Φ'=1200，从动件停止不动；当凸轮再转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律下降h=10mm ；其余Φs '=1200，从动件静止不动。 已知基圆r b =50mm ，滚子半径r=10mm ，凸轮厚度10mm 。凸轮以等角速度顺时针转动，试设计凸轮机构，并输出从动件运动规律。[4]
（1）推程阶段
等加速部分：
等减速部分：
（2）远休止阶段 rb=50mm S3 = h
（3）回程阶段
（4）近休止阶段 rb=50mm S6=0
2.2建立表达式方程
222246010*210210ϕϕ-=Φ-=h s 222216010*22ϕϕ=Φ=h s 0300→由ϕ22222)60(6010*210)(2ϕϕ--=-ΦΦ-=h h s 0
06030→由ϕ22
225)60(6010*2)(2ϕϕ-=-ΦΦ=h s ϕϕ
cos )(sin )(s r y s r x b B b B +=+=
图1 表达式方程
2.3绘制凸轮理论轮廓曲线
执行“规律曲线”命令，选择“根据方程”方式，分别定义各段曲线的坐标x, y, z，最后形成的凸轮理论轮廓曲线。[3]
如图：
图2 凸轮理论轮廓曲线
S3 = h
3 用UG 进行凸轮机构运动仿真和运动分析
3.1 创建连杆(Links) 和运动副(Joints)
进入UG 运动模块, 新建运动分析方案。为此方案创建2个连杆: L001(凸轮)、L002(尖顶从动件) 和3个运动副: 凸轮与地固定的旋转副J001, 尖顶对轮廓曲线的点在线上副J002,尖顶从动件对于凸轮的滑动副J003。[7]
3.2 定义运动驱动(Motion Driver)
运动驱动驱动机构运动, 为旋转副J001，选择恒定驱动( Constant Drive), 并设定驱动参数, 使凸轮以36度/秒的速度匀速转动。
3.3 运动仿真
选择运动仿真( Animation) 图标即启动运动仿真分析过程。在分析选项对话框中选择机构运动学/机构动力学分析,时间设为10s(凸轮旋转1周), 步数为360步, 即凸轮每转1b 分析模型的运动状况。启动ADAMS 解算器, 进行运动分析。运动分析完成, 运动仿真对话框自动弹出, 可以选择全程或单步的方式来进行运动仿真, 即以动画来表现机构的运动过程。仿真的结果也可以以图表( Graphing) 的形式绘出, 它反映了滑动副J003, 即尖顶从动件位移、速度、加速度的信息。动画比较直观, 而图表则量化了运动过程。[5]
从动画和图表可判断机构的运动结果与设计是一致的, 从而保证了凸轮机构设计的准确性。滑动副J003即尖顶从动件运动线图。[8]
2
22216010*22ϕϕ=Φ=h s 22
222)60(6010*210)(2ϕϕ--=-ΦΦ-=h h s 222246010*210210ϕϕ-=Φ-=h s 22
225)60(6010*2)(2ϕϕ-=-ΦΦ=h s
