基于UG的空间凸轮机构的运动仿真

李银标

(无锡职业技术学院 机械技术学院,江苏无锡 214121)

空间凸轮机构集空间机构结构紧凑及凸轮机构设计灵活,可实现从动件任意运动要求双重优点于一身广泛应用于各种自动化分度机械中,本文以UG软件为平台,以直动推杆圆柱凸轮机构为例,用UG表达式和规律曲线命令,得到圆柱凸轮的轮廓曲线,从而得到准确的凸轮轮廓造型,然后进行三维动力学仿真,并分析推杆位移、速度、加速度,为机构优化设计提供参考。

1 空间凸轮机构的工作原理

直动推杆圆柱凸轮机构如图1所示,原动件凸轮匀速转动,带动推杆运动,输出运动为推杆来回移动,可以利用UG仿真来确定推杆任意时刻的位置、速度和加速度[1]。

空间凸轮曲线参数方程:

将空间凸轮曲线参数方程,转化为符合UG规定的方程,手工输入表达式中,如图2所示。

由规律曲线生成凸轮轮廓曲线。并按照空间凸轮尺寸构建三维造型,以及滚子、推杆、机架的三维造型。空间凸轮机构三维造型如图3所示。

2 空间凸轮机构运动仿真分析方案

(1)连杆(Links)的创建将空间凸轮机构活动构件建立连杆。机架设为固定连杆1,空间凸轮设为连杆2,滚子设为连杆3,推杆设为连杆4。(2)添加运动副空间凸轮机构的运动副一共涉及了2种,分别是旋转副和滑动副。设定机架为固定副,选择插入→运动副→固定副,选择连杆为机架。给空间凸轮与机架加上一个旋转副,选择插入→运动副→旋转副,第一个连杆选择凸轮轴圆周,这样就完成了“选择连杆(凸轮)”、“指定原点(圆心)”、“指定方位(圆所在平面的法线)三个步骤,第二个连杆选择机架。完成一个旋转副的添加。同样,将滚子与推杆用旋转副相连,将推杆与机架滑动副连接。选择插入→运动副→滑块,第一个连杆选择推杆一端圆周,这样就完成了“选择连杆(推杆)”、“指定原点(圆心)”、“指定方位(圆所在平面的法线)三个步骤,第二个连杆选择机架。完成滑动副的添加。(3)定义运动驱动空间凸轮机构的运动是采用的匀速驱动。将空间凸轮的旋转副设为主动件,设定初速度为360,如图4所示。(4)添加碰撞选择插入→连接器→3D碰撞,在3D碰撞对话框中输入数值。在接触体中分别选择滚子和凸轮,在二者之间添加碰撞。(5)运动仿真UG进行运动仿真时,需要输入时间与步数2个参数,空间凸轮机构的解算时间设置为1,步数为100。(6)运动模型新建运动模型,需要计算的是推杆的运动模型函数,将滑动副添加。可以用电子表格显示结果推杆滑动的位移曲线[2]。

图1 圆柱凸轮机构

图3 空间凸轮机构三维造型

图4 匀速驱动

图2 空间凸轮曲线参数方程

3 结语

利用UG运动分析模块进行机构的运动仿真分析,能够自动跟踪零件的运动轨迹,通过图表与图形表达从动件的位移、速度、加速度等运动规律,得到运动规律的数值及特性曲线图。并且能够通过动画演示空间凸轮机构的实际运动过程,从而确定整个设计的合理性并进行运动干涉分析。UG的运动分析模块实现机构的运动仿真,也为下一步做有限元分析、强度分析、结构分析及优化设计打好了基础。

[1]贾大玮.基于UG的液压支架模型运动仿真与分析[J].煤矿机械,2012,(3):43-44.

[2]张晋西,张甲瑞,郭学琴.UGNX/MOTION机构运动仿真基础及实例[M].北京:清华大学出版社,2009.