改造者：劉 明 徐 罕

基于UGNX8.0的振動式輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)機(jī)構(gòu)中的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行草圖建模、虛擬裝配，利用UGNX的運(yùn)動仿真功能建立相應(yīng)的虛擬機(jī)構(gòu)并進(jìn)行仿真分析，得出輸送機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度的對比形式的變化規(guī)律曲線。為振動式輸送機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供精確的參考數(shù)據(jù)。

連桿機(jī)構(gòu)是指若干剛性構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）聯(lián)接在一起。雖然它們的結(jié)構(gòu)簡單，但承載能力大，運(yùn)動形式多種多樣，可實(shí)現(xiàn)直線、平面，空間等各種簡單的和復(fù)雜的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的用途。

振動式輸送機(jī)構(gòu)傳輸量大，維修方便容易，用途廣泛，基于連桿機(jī)構(gòu)的振動式輸送機(jī)構(gòu)應(yīng)用于各行各業(yè)，如冶煉、礦業(yè)、煤炭、建材、石油化工、糧食、機(jī)械、陶瓷等行業(yè)。特別是對對長距離輸送和熱工件的輸送體現(xiàn)了它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，基于此，如何提高輸送機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，伴隨著電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，以及相關(guān)仿真設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)完善度和設(shè)計(jì)精度得到了大幅度的提高，而且在研究運(yùn)動學(xué)特性的同時，還可以考慮到其動力學(xué)特性，為連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供精確的參考數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已成為構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效方法。與傳統(tǒng)的理論研究相比，它不用進(jìn)行復(fù)雜的方程求解就可以得到相應(yīng)的理論參數(shù)，從而使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)更完善、合理。UGNX8.0是集CADCAECAM于一體的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。它的CAE模塊的仿真技術(shù)彰顯出它的獨(dú)特優(yōu)勢，能對產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)動和干涉情況進(jìn)行分析；利用有限元方法對產(chǎn)品模型進(jìn)行受力、受熱和模態(tài)分析。

振動式輸送機(jī)構(gòu)中連桿機(jī)構(gòu)的建模

圖1　幾何模型圖

圖2　機(jī)械原理圖

圖3　仿真分析解算方案數(shù)據(jù)圖

UGNX8.0具有強(qiáng)度大的建模、裝配、數(shù)控加工、工程制圖和運(yùn)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(yùn)動仿真功能。在UGNX8.0軟件平臺的基礎(chǔ)上建立振動式輸送機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的虛擬幾何模型（簡化模型），結(jié)構(gòu)如圖1所示。在軟件中按如下操作步驟［起始］—［建模］—［草圖］環(huán)境下建模分別生成各桿件（桿AB、桿BC、桿CD、桿CE和構(gòu)件5），然后在［起始］—［裝配］環(huán)境下進(jìn)行各組成部件的虛擬裝配。機(jī)械原理應(yīng)用圖如圖2所示：其中曲柄AB為連桿機(jī)構(gòu)中的主動件，給其施加一個驅(qū)動力后，通過AB的圓周運(yùn)動來帶動其它桿BC、桿CD、桿CE的相應(yīng)運(yùn)動，最終要求構(gòu)件5保持直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)振動式輸送機(jī)的連續(xù)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(jù)實(shí)際按比例確定）。

圖4　速度、加速度、位移的運(yùn)動變化規(guī)律曲線圖

虛擬裝配連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析方案

虛擬連桿機(jī)構(gòu)裝配完成后，進(jìn)入U(xiǎn)G/Motion、CAE運(yùn)動仿真模塊，操作步驟：點(diǎn)擊［起始］—［運(yùn)動仿真］—［運(yùn)動導(dǎo)航器］—點(diǎn)擊右鍵［新建仿真］，進(jìn)入仿真環(huán)境后，做好仿真的準(zhǔn)備工作：創(chuàng)建5個連桿（LINK），如圖2機(jī)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(chuàng)建5個旋轉(zhuǎn)副（旋轉(zhuǎn)副J001為AB桿和固定鉸鏈的鉸接處、旋轉(zhuǎn)副J002為桿AB和BC桿的鉸接處、旋轉(zhuǎn)副J004為BC桿和CD桿的鉸接處、旋轉(zhuǎn)副J005為CD桿和CE桿的鉸接處、旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)副J001和旋轉(zhuǎn)副J006是與固定鉸鏈連接的旋轉(zhuǎn)副。旋轉(zhuǎn)副J001為主動桿件的旋轉(zhuǎn)副，在其上加一個常數(shù)驅(qū)動，設(shè)其初速度值為5o/S。本方案主要是要得出構(gòu)件5的位移、速度和加速度的運(yùn)動規(guī)律曲線，用它來具體分析模擬驅(qū)動連桿結(jié)構(gòu)的運(yùn)動特性，看其是否能滿足整體振動式輸送機(jī)構(gòu)的輸送運(yùn)動要求。

虛擬連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真分析

CAE模塊的運(yùn)動仿真的核心是ADAMS解算器，運(yùn)動模型中的連桿、旋轉(zhuǎn)副建立好后，點(diǎn)擊［求解］按鈕，對仿真模型進(jìn)行求解計(jì)算，解算方案各選項(xiàng)的參數(shù)設(shè)置如圖3所示：解算類型為常規(guī)驅(qū)動；分析類型為運(yùn)動學(xué)；時長等于80S；步數(shù)為1000步。數(shù)據(jù)輸入到解算器后，在其內(nèi)部進(jìn)行解算，生成ADAMS輸出數(shù)據(jù)文件，再將之傳送到運(yùn)動分析模塊中，然后經(jīng)處理階段生成動畫，點(diǎn)擊［動畫］按鈕可以觀察機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動情況，并可以根據(jù)需要隨時暫停、回退、重播。即可生成構(gòu)件滑塊5的運(yùn)動軌跡。仿真的結(jié)果也可用圖表來顯示，點(diǎn)擊［動畫］—［生成圖表］按鈕，即可生成構(gòu)件5的位移，速度和加速度的運(yùn)動規(guī)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(guī)律的特點(diǎn)。根據(jù)它們的規(guī)律曲線我們就能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，避免方案中缺陷的出現(xiàn)，使設(shè)計(jì)趨于完美，提高設(shè)計(jì)效率。

結(jié)束語

對振動式輸送機(jī)構(gòu)中的連桿機(jī)構(gòu)在UGNX8.0軟件中進(jìn)行建模、虛擬裝配和仿真分析，可以對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況進(jìn)行整體、全程觀察，檢查連桿機(jī)構(gòu)各部件之間是否會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，運(yùn)動規(guī)律是否合理。如果一切都滿足要求，可以設(shè)置不同的驅(qū)動值來滿足不同場合需要。通過振動式輸送機(jī)虛擬機(jī)構(gòu)位移規(guī)律曲線的分析，可以確定構(gòu)件運(yùn)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(guī)律曲線的分析，為結(jié)構(gòu)慣性力的分析提供前提條件；同時三者又為優(yōu)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和尺寸提供精確可靠的依據(jù)。如果運(yùn)動不滿足要求，就要分析其中的原因：是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)置、桿長比例值還是仿真參數(shù)的問題，及時發(fā)現(xiàn)，及時解決。

利用UGNX8.0軟件平臺進(jìn)行建模、虛擬裝配和運(yùn)動仿真能夠直觀的演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和特性，并及時發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)中的缺陷和不足，對縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率和提高產(chǎn)品研發(fā)性價(jià)比起到至關(guān)重要的作用。并使得設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)更加精確、完整、科學(xué)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.035