UG在电动自行车虚拟设计中的应用

路连

（淮阴工学院机械学院，江苏 淮安 223001）

UG是一种面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能，而且在设计过程中，可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。

电动自行车的设计过程中，就可以充分利用UG的实体造型、虚拟装配和运动仿真功能，从而达到优化设计的目的。电动自行车三维设计流程见图1。

图1 基于UG的电动自行车虚拟设计流程

1 电动自行车的三维建模

本研究以轻便型电动自行车为原型，相关尺寸为实测得到并根据人机工程学原理加以修正。利用UG建模及分析模块，进行电动自行车虚拟设计。电动车大多数零件结构简单，可以用简单的UG命令实现建模。

1.1 典型零件三维建模设计

电动自行车包括数百个各类标准间或非标件，这里只略举几个零件的三维建模。

（1）车架件三维模型。车架是电动自行车的其它部分附着的“骨架”，所以车架设计要综合考虑强度、骑行舒适度等多方面因素。其模型见图2。

图2 车架零件的三维模型

（2）飞轮件三维模型。无电情况下，电动自行车后轮的运动，是依靠飞轮通过链条带动的。飞轮三维模型见图3。

（3）前车轮三维模型。前车轮设计时要考虑材料节省、强度因素、造型美观等等。图4为前车轮的三维模型。

图3 飞轮三维模型

图4 前车轮三维模型

2 部件虚拟装配

UG装配模块，可快速组合零件成产品，并可进行间隙分析、质量管理等操作。按照自上往下的装配原则，装配完成部件。仅举数例，见图5～图13。

（1）链条局部虚拟装配（见图5）。

图5 链条及其装配

（2）脚踏板虚拟装配（见图6）。

（3）调整固定装置虚拟装配（见图7）

图6 脚踏板虚拟装配

图7 调整固定装置虚拟装配

（4）转向系统局部虚拟装配（见图8）

（5）后轮局部虚拟装配（见图9）。

图8 转向系统虚拟装配

图9 后轮虚拟装配

（6）链轮系统虚拟装配（见图10）

（7）抱闸系统虚拟装配（见图11）。

图10 链轮系统虚拟装配

图11 抱闸系统虚拟装配

3 整车虚拟装配

局部装配完成后，可以进行整车虚拟装配。图12为整车的虚拟装配图。

图12 电动自行车整车虚拟装配

4 模型分析与运动仿真

4.1 模型分析

UG菜单带有的分析模块，电动自行车装配完成可在UG中进结构分析、间隙分析、质量管理、有限元分析等。受力后发生形变，通过有限元分析找出易损部位（危险截面）。以车架为例，鞍座处假设受力1 500 N作用，车架的有限元后处理如图13、图14所示。

图13 车架节点位移图

图14 车架节点应力云图

如图14，节点位移最大变形量约合7.935×10-2mm，节点最大应变约合1.108×10-1mm。这种微小变形，对车架影响可忽略，因此车架结构设计是合理与可靠的。UG软件具有运动仿真模块，可以进行机构的干涉分析、跟踪零件的运动轨迹、分析机构中参考点的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。对于电动自行车，运动情况比较简单，在此不再赘述。

5 结束语

利用UGNX强大的建模、模型分析和仿真功能，应用于电动自行车的设计上，完成了电动自行车的整个三维设计与有限元分析，给设计带来了便捷，提升了产品设计的可靠性。

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