邱 宇,何毅斌

(武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,湖北 武漢 430073)

UG軟件是美國(guó)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(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等領(lǐng)域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)的理念提供多極化集成的企業(yè)級(jí)產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完成MCAD解決方案.其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAE)包括有限元分析和機(jī)構(gòu)分析兩大內(nèi)容.機(jī)構(gòu)分析模塊可以提供靜態(tài)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算以及動(dòng)態(tài)仿真等功能,主要包括運(yùn)動(dòng)分析和力的分析;其運(yùn)動(dòng)分析采用了美國(guó)MDI公司開發(fā)的ADAMS結(jié)算器.其實(shí)兩者是密切相關(guān)的,前者先不考慮作用在機(jī)構(gòu)的力,并通常假定原動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng),只從幾何上分析機(jī)構(gòu)的位移,速度和加速度等運(yùn)動(dòng)情況[1].離合器是主、從動(dòng)部件在同軸線上傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)時(shí),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(zhì)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(jìn)行分析.

1 離合器運(yùn)動(dòng)仿真

1.1 離合器的建模

這里采用的是單盤摩擦離合[3]對(duì)離合器機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模.運(yùn)用UG對(duì)離合器各個(gè)零件的參數(shù)設(shè)定一個(gè)初值,創(chuàng)建各個(gè)零件:腳踏板、傳遞桿、滑動(dòng)桿、從動(dòng)軸、從離合器摩擦片、主離合器摩擦片和轉(zhuǎn)軸,初值的合理性可以通過后期運(yùn)動(dòng)仿真分析來優(yōu)化處理.

1.2 離合器的裝配

裝配設(shè)計(jì)是把零件組裝成部件或產(chǎn)品模型,通過配對(duì)條件在各部件之間建立約束關(guān)系,確定其位置關(guān)系,建立各部件之間鏈接關(guān)系的過程.為了在裝配件中實(shí)現(xiàn)對(duì)組件的參數(shù)化定位,確定組件在裝配件中的相對(duì)位置,在裝配過程中采用配對(duì)條件的添加組件定位方式來指定組件之間的定位關(guān)系[4].配對(duì)類型包括:配對(duì) 、對(duì)齊 、角度 、平行 、垂直、中心、距離、相切.本文離合器裝配結(jié)果如圖1所示.

圖1 離合器模型

1.3 離合器運(yùn)動(dòng)仿真

完成離合器建模后,即進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真模塊,運(yùn)動(dòng)仿真模塊自動(dòng)復(fù)制主模型的裝配文件,在資源導(dǎo)航器中選擇“運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器”,創(chuàng)建一新文件motion 1.sim(此時(shí)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(dòng)處于工作層狀態(tài).

1.3.1 創(chuàng)建連桿 在新建的運(yùn)動(dòng)仿真方案中創(chuàng)建6個(gè)連桿(Links),在視圖區(qū)選擇主離合器片和轉(zhuǎn)軸為連桿L001,從離合器片為連桿L002,滑動(dòng)桿為連桿L003,傳遞桿為連桿L004,腳踏板為連桿L005,從動(dòng)軸為連桿LOO6.各連桿如圖2所示.

圖2 各連桿

1.3.2 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副 離合器模型需要?jiǎng)?chuàng)建7個(gè)運(yùn)動(dòng)副.連桿 LOO2、LOO3分別為滑動(dòng)副,其余的5個(gè)為旋轉(zhuǎn)副.其中創(chuàng)建從離合器片的滑動(dòng)副JOO2,需咬合連桿LOO6.創(chuàng)建主離合器片旋轉(zhuǎn)副JOO1,并加上驅(qū)動(dòng),旋轉(zhuǎn)類型選為恒定,初速度鍵入800.各運(yùn)動(dòng)副如圖3所示.

圖3 離合器運(yùn)動(dòng)副

1.3.3 創(chuàng)建連接器與力 定義運(yùn)動(dòng)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(dòng)桿與從離合器片的3D接觸、滑動(dòng)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(kù)侖摩擦.其相關(guān)參數(shù)如圖4所示.

圖4 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3.4 動(dòng)畫分析 完成運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建接下來解算模型的運(yùn)動(dòng)是否符合要求,以及運(yùn)動(dòng)的相關(guān)參數(shù)輸出和調(diào)整.單擊“運(yùn)動(dòng)”工具欄的【結(jié)算方案】,在選項(xiàng)卡文本框輸入時(shí)間2.5 s,步數(shù)為2500,點(diǎn)擊確定.由于多個(gè)3D的存在,解算時(shí)間比較長(zhǎng),可以適當(dāng)調(diào)整較大的誤差、步長(zhǎng)等加快解算過程.一般存在3D接觸解算的步數(shù)是時(shí)間的1000倍,否則仿真失真.

1.3.5 圖標(biāo)輸出 完成離合器的解算,可以使用圖標(biāo)命令得出必要的參數(shù)在運(yùn)動(dòng)過程中的變化.本文對(duì)從離合器片的受力,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,轉(zhuǎn)動(dòng)的X方向位移進(jìn)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(tài).

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(dòng)速度稍慢.0.25 s時(shí)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(dòng)軸上滑動(dòng),0.25 s以后從離合器片只有轉(zhuǎn)動(dòng),在X軸上無位移.結(jié)合三曲線可初步看出,此離合器在以初值建的模型中,在機(jī)構(gòu)方面還是合理的.

2 結(jié)束語

本文通過離合器一例,介紹了UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊的操作,使人們了解了計(jì)算機(jī)輔助分析的方法.得出機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的規(guī)律和特性,通過對(duì)這些規(guī)律和特性的分析,這樣就能夠及早的發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的缺陷,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低了研究開發(fā)的成本,縮短了研究開發(fā)的周期.

[1]鄭立斌,陳全園,李軻.基于UGNX4.0的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007,7(19):53-54.

[2]周明衡.離合器、制動(dòng)器選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[3]濮良貴,紀(jì)名剛等.機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2008:355.

[4]張?jiān)平?UGNX4.0基礎(chǔ)教程中文版[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:218.