基于UG NX8.0的曲柄摇杆机构运动仿真与分析

王成成

摘   要：分析机构特征点的速度、加速度等参数是产品研发及实验不可或缺的步骤。利用UG NX8.0对曲柄摇杆机构特征点进行速度和加速度分析，得到了精准的数据，对机构方案的优化起到了积极作用。

关键词：平面四连杆;仿真与分析;UGNX8.0

中图分类号：TH122              文献标志码：A

0 引言

曲柄摇杆机构是平面四连杆机构的一种，普遍应用于牛頭刨床进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机、钢材输送机、汽车雨刮器机构等。传统的设计方法需要进行大量的数据计算，制作模型进行运动演示，过程复杂，计算烦琐，设计周期长。虚拟仿真技术已经成为现代设计制造产业中不可或缺的一项技术，在航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域广泛应用。利用虚拟仿真技术进行曲柄摇杆机构的设计，不但能够提高设计速度，降低计算难度，还能够分析机构的位移、速度、加速度等参数，同时大大降低设计成本。

1 平面四连杆机构的建立

平面四连杆机构如图1所示，各构件长度分别问L1=200mm，L2=50mm，L3=260mm，L4=150mm，L1为固定连杆，L2为曲柄，L3为连杆，L4为摇杆。曲柄为主动件，转动速度为120r/min，通过连杆带动摇杆做摆动动作。

图1平面四连杆机构简图

2 平面四连杆机构的三维建模

UG NX8.0软件是一款集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，利用该软件的“建模”功能对4个构建进行建模，如图2所示。利用该软件的“装配”功能将构件组装成平面四连杆机构，并将坐标系原点移动至L1与L4链接点，X轴与固定连杆L1平行Z轴垂直于机构所在平面，如图3所示。

3 建立连杆和运动副

应用UG NX8.0“运动仿真”模块，定义4个连杆，并确定固定连杆。将L1定义为固定副J001，将4个连杆的连接处定义为旋转福运动副J002、J003、J004、J005，并且设置运动副J002为驱动，如图4所示。

4 运动仿真与分析

通过解算方案和求解，完成对整个机构的运算，实现对该曲柄摇杆机构的动画演示。在运动导航器中，通过XY-Graphing得到运动副J004的速度随时间变化曲线（图5）和加速度随时间变化曲线（图6）。分析速度曲线得知J004点的最大速度为1072.693mm/s，发生在0.21s，最大的加速度为19815.213mm/s2，发生在0.15s，机构的运行周期为0.5s。

结语

利用UG NX8.0可以很轻松地完成曲柄摇杆机构的建模、仿真，并对机构特征点的速度、加速度等特性进行精确的分析，得到精准的数据，可以很方便地修改机构参数，对机构进行优化，直到得到符合要求的结果。通过此法，可以提高产品研发精度，缩短研发周期，降低研发成本，对产品的研发及实验起到积极的作用。

参考文献

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