基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

基于UG的平面四连杆机构运动与仿真（共6篇）

篇1：基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

毕业设计论文

题目: 基于UG的平面四连杆机构设计及运动仿真

专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间

机电设备维修与管理

李小军 季祥 2011年7月

毕业设计任务书

指导教师：季祥

一、设计题目用

基于UG的空间四连杆机构设计及运动仿真

二、设计的目的

1）掌握UG的基本使用方法。

2）掌握四连杆机构的特点及虚拟装配的方法。3）掌握UG中运动仿真的方法。

三、设计要求

1）平面四连杆机构的三维造型。2）平面四连杆机构的虚拟装配

3）UG中平面四连杆机构的运动仿真。4）仿真结果的分析

四、完成的任务

要求说明详细，字迹工整，原理正确，图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。

（1）设计与绘制平面四连杆机构，建立运动仿真的模型。（2）毕业设计说明书（8000以上）1）设计题目

2）四连杆机构原理说明

3）四连杆机构的三维造型设计及虚拟装配 4）UG的四连杆运动仿真 5）设计总结及改进意见 6）主要参考资料

五、参考文献

机械设计

高等教育出版社 主编

濮良贵 纪名刚 机械原理

高等教育出版社 主编

孙恒 陈作模

UG NX5.0中文版从入门到精通

机械工业出版社 主编

胡仁喜、康士廷、刘昌丽

目录

摘要..........................................................................................................4 第1章 绪论............................................................................................5

1.1 UG NX5的功能模块.............................................................5

1.1.1 UG NX5用户界面......................................................5 1.1.2主要功能.........................................................................6 1.2 UG NX5的工作环境.............................................................9 1.3 产品设计的一般过程...........................................................12 1.4 三维造型设计步骤...............................................................13 第二章平面连杆机构..........................................................................15

2.1 平面四杆机构的基本形式...................................................15 2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件.......................................16 2.3 铰链四杆机构的演化.............................................................17 第三章平面四杆机构的基本特性......................................................20

3.1 四杆机构的极位...................................................................20 3.2 四杆机构从动件的急回特性...............................................20 3.3 平面连杆机构的传力特性...................................................20 3.4 死点位置...............................................................................21 第四章 四连杆的三维造型..................................................................22

4.1 机架的三维造型...................................................................22 4.2 连架杆1的三维造型...........................................................26 4.3 连架杆2的三维造型...........................................................28 4.4 连杆的三维造型...................................................................28 第五章 四连杆的虚拟装配..................................................................31

5.1 进入装配模块.......................................................................31

5.2 添加组件机架.......................................................................31 5.3 装配连架杆1........................................................................32 5.4 装配连架杆2........................................................................34 5.5 装配连杆...............................................................................35 第六章

平面四连杆机构的运动仿真................................................40

6.1 新建仿真...............................................................................40 6.2 新建连杆...............................................................................41 6.3 创建运动副...........................................................................43 第七章

平面四连杆的运动仿真分析................................................46

7.1 运动副图表分析...................................................................46 7.2 死点位置...............................................................................49 结

论....................................................................................................51 致

谢....................................................................................................52 参考文献................................................................................................53

摘要

UG NX是集CADCAECAM于一体的三维参数化软件，也是当今世界最先进的设计软件，它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械电子等工程领域。还有在系统创新、工业设计造型、无约束设计、装配设计、钣金设计、工程图设计等方面的功能。

平面四连杆机构是由低副（转动副）联接而成的机构，其主要特点是：由于低副为面接触，压强低、磨损量少，而且构成运动副的表面是圆柱面或平面，制造方便，容易获得较高精度；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛应用。

本课题详细的介绍了UG NX的功能模块、工作环境、产品设计的一般过程、三维造型设计步骤；平面四杆机构的基本形式、铰链四杆机构中曲柄存在的条件、铰链四杆机构的演化、平面四杆机构的基本特性，以及使用UG对平面四连杆机构进行三维造型、虚拟装配及运动仿真的方法。

关键字：

UG 四连杆

装配

仿真

第1章 绪论

UG NX是Unigraphics Solutions公司推出的CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用。

1.1 UG NX5的功能模块

1.1.1 UG NX5用户界面

图 1-1 UG的用户界面

图 1-2 建模工作窗口

1.1.2主要功能

UG NX5软件是由多个模块组成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、钣金件、Web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以Gateway环境为基础，它们之间既有联系又相互独立。

UG/Gateway UG/Gateway为所有UG NX产品提供了一个一致的、基于Motif的进入捷径，是用户打开NX进入的第一个应用模块。Gateway是执行其他交互应用模块的先决条件，该模块为UG NX5的其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作，也提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对 6

象信息和分析、显示控制和隐藏/再现对象等操作。

CAD模块 1．实体建模

实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。

2．特征建模

UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。

3．自由形状建模

UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。

4．工程制图

UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙

度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。

5．装配建模

UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。

MoldWizard模块

MoldWizard是UGS公司提供的运行在Unigraphics NX软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。MoldWizard为产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。

CAM模块

UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。

产品分析模块

UG产品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。提供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和

稳态分析。运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析。可以进行机构连接设计和机构综合，建立产品的仿真，利用交互式运动模式同时控制5个运动副，设计出包含任意关于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，以多种格式表达分析结果。注塑模流动分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。具有前处理、解算和后处理的能力，提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。

1.2 UG NX5的工作环境

在初始界面中，单击【标准】工具栏中的【新建】按钮，或者选择【文件】/【新建】选项，系统将弹出如图1-1所示的【文件新建】对话框。

图1-3 【文件新建】对话框

该对话框提供了3个选项卡：模型、图纸和仿真。用户可以根据需要选择对应的模板。首先选择“模型”选项卡中的“模型”模板，然后在“新文件名”组框中的“名称”文本框中输入新文件名（UG NX5要求存盘目录和文件名必须是英文字符），在“文件夹”文本框中选择文件保存目录，最后单击【确定】按钮，系统将弹出如图1-2所示的NX5基

本界面。

图1-4 UG的基本界面

NX5基本界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、绘图区、坐标系图标、提示栏、状态栏和资源导航器等部分组成。

1．标题栏

标题栏位于UG NX5用户界面的最上方，用来显示软件名称及版本号，以及当前的模块和文件名等信息，如果对部件已经做了修改，但还没进行保存，其后面还会显示“修改的”提示信息。

2．菜单栏

菜单栏位于标题栏的下方，包括了该软件的主要功能，每一项对应一个UG NX5的功能类别。它们分别是文件、编辑、视图、插入、格式、工具、装配、信息、分析、首选项、窗口和帮助。每个菜单标题提供一个下拉式选项菜单，菜单中会显示所有与该功能有关的命令选项。

3．工具栏

UG NX5有很多工具栏的选择，当启动默认设置时，系统只显示其中的几个，工具栏是一行图符，每个图符代表一个功能。工具栏与下拉菜单中的菜单项相对应，执行相同的功能，可以使用户避免在菜单栏中

查找命令的繁琐，方便操作。UG各功能模块提供了许多使用方便的工具栏，用户还可以根据自己的需要及显示屏的大小对工具栏图标进行设置。

4．提示栏

提示栏主要用于提示用户如何操作，是用户与计算机信息交互的主要窗口之一。在执行每个命令时，系统都会在提示栏中显示用户必须执行的动作，或者提示用户的下一个动作。

5．状态栏

状态栏位于提示栏的右方，显示有关当前选项的消息或最近完成的功能信息，这些信息不需要回应。

6．对话框轨道及其轨道夹

在UG NX5中，几乎所有对话框都打开在对话框轨道的预定义位置上，用户可拖动对话框轨道将轨道夹放置在所需的目标位置上，也可单击轨道夹临时隐藏一个打开的对话框。另外，可以单击轨道夹中的松开按钮松开对话框，让它们浮在屏幕上，反之单击夹住，使其锁紧在轨道夹位置处。

7．绘图区

绘图区是UG创建、显示和编辑图形的区域，也是进行结果分析和模拟仿真的窗口，相当于工程人员平时使用的绘图板。当光标进入绘图区后，指针就会显示为选择球。

8．坐标系图标

在UG NX5的窗口左下角新增了绝对坐标系图标。在绘图区中央有一个坐标系图标，该坐标系称为工作坐标系WCS，它反映了当前所使用的坐标系形式和坐标方向。

9．资源导航器

资源导航器用于浏览编辑创建的草图、基准平面、特征和历史记录等。在默认情况下，资源导航器位于窗口的左侧。通过选择资源导航器上的图标可以调用装配导航器、部件导航器、操作导航器、Internet、帮助和历史记录等。

1.3 产品设计的一般过程

在进行产品设计时，应该养成一种良好的产品设计习惯，这样可以节省设计时间，降低设计成本，提高产品的市场响应能力。在使用UG NX5软件进行产品设计时，需要了解产品的设计过程。

1．准备工作

（1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。（2）搜集可以被重复使用的设计数据。（3）定义关键参数和结构草图。（4）了解产品装配结构的定义。（5）编写设计细节说明书。

（6）建立文件目录，确定层次结构。

（7）将相关设计数据和设计说明书存入相应的项目目录中。2．设计步骤

（1）建立主要的产品装配结构。用自上而下的设计方法建立产品装配结构树。如果有些以前的设计可以沿用，可以使用结构编辑器将其纳入产品装配树中。其他的一些标准零件，可以在设计阶段后期加入到装配树中。因为大部分这类零件需要在主结构完成后才能定形、定位。

（2）在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构描述（如草图、曲线和实体模型等），这些模型数据将被下属零件所引用，以进行零件细节设计。同时这些数据也将用于最终产品的控制和修 12

改。

（3）根据参数和结构描述数据，建立零件内部尺寸关联和部件间的特征关联。

（4）用户对不同的子部件和零件进行细节设计。

（5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、重量和关键尺寸等。

此外，也可以在设计过程中，在装配顶层随时增加一些主体参数，然后再将其分配到各个子部件或零件设计中。

1.4 三维造型设计步骤

1．理解设计模型

了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。2．主体结构造型

建立模型的关键结构，如主要轮廓，关键定位孔确定关键的结构对于建模过程起到关键作用。

对于复杂的模型，模型分解也是建模的关键。如果一个结构不能直接用三维特征完成，则需要找到结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸旋转扫描的方法，或者自由形状特征去建立模型。

UG允许用户在一个实体设计上使用多个根特征，这样，就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期对它们进行布尔运算。对于能够确定的设计部分，先造型，不确定的部分放在造型的后期完成。

设计基准（Datum）通常决定用户的设计思路，好的设计基准将会帮助简化造型过程并方便后期设计的修改。通常，大部分的造型过程都是从设计基准开始的。

3．零件相关设计

UG允许用户在模型完成之后再建立零件的参数关系，但更加直接的方法是在造型过程中直接引用相关参数。

困难的造型特征尽可能早实现。如果遇到一些造型特征实现较困难，尽可能将其放在前期实现，这样可以尽早发现问题，并寻找替代方案。一般来说，这些特征会出现在hollow、thicken、complex blending„„特征上。

4．细节特征造型

细节特征造型放在造型的后期阶段，一般不要在造型早期阶段进行这些细节设计，否则会大大加长用户的设计周期。

第二章平面连杆机构

2.1 平面四杆机构的基本形式

铰链四杆机构

所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能，两构件的相对回转角为360 º的转动副称为整转副。整转副的存在是曲柄存在的必要条件，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。

曲柄摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆中若一个为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。

图 2-1 铰链四杆机构

(2)双曲柄机构

铰链四杆机构的两个连架杆若都是曲柄，则为双曲柄机构。在双曲柄机构中，常见的还有正平行四边形机构（又称正平行双曲柄机构）和反平行四边形机构（又称反平行双曲柄机构）。双曲柄机构的功能是：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向等多种转动。

图2-2 平行四边形机构

图 2-3 双摇杆机构 双摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。双摇杆机构的功能是：将一种摆动转换为另一种摆动。

图 2-4 双摇杆机构

图2-5 鹤式起重机

2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件

在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能。两构件的相对回转角为360º的转动副为整转副。整转副的存在条件是曲柄存 16

在的必要条件，而铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄，为此，需要明确整转副和曲柄存在的条件。

（1）整转副存在的条件——长度条件

铰链四杆机构中有四个转动副，其能否做整周转动，取决于四构件的相对长度。在铰链四杆机构中，若最长构件长度lmax与最短构件长度lmin之和小于或等于其余两构件长度之和（其余两构件长度分别为l1、l2）,则该机构中必存在整转副，且最短构件两端的转动副为整转副。即整转副存在的长度条件为

lmax+lmin<=l1+l2 反之，若lmax+lmin>l1+l2，则机构中没有整转副。（2）曲柄存在的条件

最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和。连架杆与机架两构件中必有一个是四构件中的最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别方法

在铰链四杆机构中最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和时：

a．取最短构件相邻的构件作为机架，则该构件为曲柄摇杆机构； b．若取最短构件作为机架，则该机构为双曲柄机构；

c．若取对短构件对面的构件作为机架，则该机构为双摇杆机构。②当对短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和时，则不论取那个构件作为机架，机构均为双摇杆机构。

2.3 铰链四杆机构的演化

在实际应用中还广泛采用者滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的，含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄 17

滑块机构，导杆机构，摇块机构和定块机构几种形式。

（1）曲柄滑块机构

在如图所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕轴A转动时，铰链C将往复摆动。设将摇杆3做成滑块形式，并使其沿原话导轨往复移动，显然其运动性质并未发生改变；但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构。于是铰链四杆机构将变为常见的曲柄滑块机构。

曲柄转动中心至滑块导路的距离e，称为偏距，若e=0则将其称为对心曲柄滑块机构；若e≠0则将其称为偏心曲柄滑块机构。

设构件AB的长度为l1,构件BC的长度为l2，则保证杆AB杆成为曲柄的条件是：l1+e≤l2。

曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的运动转换，广泛应用于内燃机、空气压缩机、冲床和自动送料机等机械设备中。

曲柄滑块机构中，若取不同构件作为机架，则该机构将演化为定块机构、摇块机构或导杆机构等。

图 2-6 四连杆机构的演化

（a）曲柄摇杆机构；（b）曲柄滑块机构；（c）导杆机构

（2）定块机构

在图所示曲柄滑块机构中，如果将滑块作为机架，则曲柄滑块机构便演化为定块机构。

（3）摇块机构，如图所示曲柄滑块机构中若取2为固定构件，则可得摇块机构，这种机构广泛用于液压驱动装置中。

（4）导杆机构

如图所示曲柄滑块机构中，若取构件1作为机架，则曲柄滑块机构便演化为导杆机构。机构中构件4称为导杆，滑块3相对导杆滑动，并和导杆一起绕A点转动，一般取连杆2为原动件。当l1＜l2时，构件2和构件4都能做整周转动，此机构称为转动导杆机构。

当l1＞l2时，构件2能做整周转动，构件4只能在某一角度内摆动，则该机构成为摆动导杆机构。

连杆机构机传动特点

1.连杆机构中的运动副一般均为低副，因为低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷，而且几何形状简单便于加工制造。

2.在连杆机构中，但原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可使从动件得到不同的运动规律。

3.在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹是不同形状的曲线（特称为连杆曲线），而且随着各构件相对长度关系的改变，这些连杆曲线的形状也将改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。

4．连杆机构还可以方便的用来达到增力、扩大行程和实现较远距离的传动等目的。

第三章平面四杆机构的基本特性

3.1 四杆机构的极位

曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件作整周连续转动时，从动件做往复摆动或往复移动的左右两个极限位置称为极位。

3.2 四杆机构从动件的急回特性

如图示,四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。

图 3-1 曲柄摇杆机构的急回特性

急回特性用行程速比系数K表示极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。θ越大，K越大，急回特性越明显。急回特性能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。

3.3 平面连杆机构的传力特性

传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ（γ=90 º-α）作为机构的传力特性参数，故称为传动角。

在四杆机构运动过程中，压力角和传动角是变化的，为使机构具有良好的传力特性应使压力角越小越好，传动角越大越好。

通常规定：

αmax ≤ [α] —— 许用压力角

或

γmin ≤ [γ] —— 许用传动角

最小传动角γmin 出现的位置： 曲柄与机架的两个共线位置，如图示同理，曲柄滑块机构最小传动角出现在曲柄与导路垂直位置。

图 3-2 平面连杆机构的传力特性 3.4 死点位置

当机构在运动过程中，出现传动角为零时（或压力角为90°），由于Pt = 0，则无论P力多大，均不能驱动从动件运动。这种“顶死”的现象称为机构的死点位置。死点出现在两类机构中:(1)曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和曲柄导杆机构中，作往复运动的构件为主动件时，曲柄与连杆共线位置会出现死点。

(2)平行四边形机构中,当主动曲柄与机架共线时，连杆也与输出曲柄与机架重合，从动件曲柄上传动角等于零，它将可能朝两个方向转动，也称为死点位置。

第四章 四连杆的三维造型

4.1 机架的三维造型

打开UG5.0，新建文件。点击新建按钮，系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称jijia；单击确定，进入建模环境。

图 4-1 新建对话框

单击长方体按钮输入长度10，宽度288，高度20。

图 4-2 特征工具栏

图4-3 长方体对话框

图4-4 新建长方体

选择边倒圆按钮，输入半径10，在长方体两边倒圆。

图 4-5 特征操作工具栏

图 4-6 边倒圆对话框

图 4-7边倒圆后的长方体

选择圆柱体按钮，在长方体两边建立两个圆柱凸台，输入高度5，圆的直径20 24

图 4-8 圆柱对话框

图 4-9 在两端加圆柱体凸台

选择圆柱体按钮，在凸台上建立两个圆形孔。

图 4-10 机架

4.2 连架杆1的三维造型

新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。

图 4-11 新建对话框

单击长方体按钮，输入长度10，宽度200，高度20，单击确定按钮。

图 4-12 长方体对话框

单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。

图 4-13 边倒圆后的长方体

在一端建立凸台，高度20，直径10。如图4-14

图 4-14在一端建立凸台

在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。

图 4-15建立凸台

图4-16 连架杆1 4.3 连架杆2的三维造型

1、新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。

2、单击长方体按钮，输入长度10，宽度112，高度20，单击确定按钮。

3、单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。

4、在一端建立凸台，高度20，直径10。

在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。

图 4-17 连架杆2 4.4 连杆的三维造型

新建文件，系统弹出文件新建对话框，在名称文本框中输入名称liangan，单击确定，进入建模环境。

图 4-18 新建对话框

单击长方体按钮，输入长度10，宽度208，高度20，单击确定。

图 4-19 长方体对话框

选择边倒圆按钮，在两边倒圆，输入半径10。

图 4-20 边倒圆后的长方体

在两边建立两个直径10的孔。

图 4-21 连杆

第五章 四连杆的虚拟装配

5.1 进入装配模块

1．启动UG NX，新建一个文件。2．单击【标准】工具栏中的选择【装配】命令，进入装配模块。

按钮，在弹出的下拉菜单中5.2 添加组件机架

在菜单栏中选择【装配】【组件】【添加组件】命令，或者单击装配工具栏中的按钮，弹出【添加组件】对话框，如图所示。单击按钮，弹出【部件名】对话框，根据组件的存放路径选择组件机架jijia.prt，单击单击按钮，返回到【添加组件】对话框设置定位为“绝对原点”，按钮，将实体定位于原点，结果如图所示。

图 5-1 添加组件对话框

图5-2 添加机架

5.3 装配连架杆1 以“配对”的定位方式打开连架杆1组件lianjiagan1.prt，单击按钮进入配对条件对话框。

图5-3 配对条件对话框

单击配对按钮选择如图5-4所示红色的面，再选中如图5-5所示红色的面，单击确定按钮。

单击 按钮选择图5-6所示的红色的面，再选中如图5-7所示的红

色的面，单击确定按钮，最后得到如图5-8所示

图 5-4装配关系

图 5-5装配关系

图 5-6装配关系

图 5-7装配关系

图 5-8 装配连架杆1 5.4 装配连架杆2 同装配连架杆1，以“配对”方式打开连架杆2组件lianjiagan2.prt，单击按钮，装配结果如图5-9所示。

图 5-9 装配连架杆2 5.5 装配连杆

同装配连架杆（1）/(2)一样以“配对”方式打开连杆组件liangan.prt，单击配对按钮，进入配对条件对话框如图所示，单击配对类型里面的按钮，选择如图5-11所示的红色的面，再选中如图5-12所示的按钮，再单击中心

按钮，选择如图5-13所示

按钮，再单红色的面，单击的红色的面，再选中如图5-14所示的红色的面，单击击按钮，选择如图5-15所示红色的面，再选中如图5-16所示红色的按钮，再单击

按钮，得到最终装配图如图5-17所面单击示。

图 5-10 “配对条件”对话框

图 5-11装配关系

图 5-12装配关系

图 5-13装配关系

图 5-14装配关系

图 5-15装配关系

图 5-16装配关系

图 5-17 完成的装配图

第六章

平面四连杆机构的运动仿真

平面四连杆机构的运动分析，就是对机构上的某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析，根据原动件的运动规律，求解出从动件的运动规律。平面四连杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。

通过UG NX软件，对平面四连杆机构进行三维建模，通过预先给定尺，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及速度和加速度变化的规律曲线，用图形和动画来模拟机构的实际运动过程，这是传统的分析方法所不能比拟的。

运动仿真是基于时间的一种运动形式，即在指定的时间段中运动，UG的仿真分析过程分3个阶段进行：前处理(创建连杆、运动副和定义运动驱动)；求解(生成内部数据文件)；后处理(分析处理数据，并转化成电影文件、图表和报表文件)。

6.1 新建仿真

打开运动导航器，在文件名上右击新建仿真，选择动力学，单击确定按钮

图 6-1 运动导航器

图 6-2 环境对话框

6.2 新建连杆

单击按钮，打开新建连杆对话框，如图所示

图 6-3连杆对话框

选中连杆1，点击创建连杆loo1，再选中连杆2点击创建连杆loo2，再选中连杆3点击击

创建连杆loo3，再选中连杆4点创建连杆loo4，最后单击取消。打开运动导航器

在运动导航器里面可以看到新建的四个连杆，在连杆4上面右击选择固定连杆，把连杆4设置成固定的。如图所示

图 6-4 运动导航器中显示的连杆

图 6-5 固定连杆loo4

6.3 创建运动副

考虑到连杆与连杆之间考旋转副连接均作，将建立4个运动副，其中有2个运动副固定，为了使4个连杆的运动有连贯性，必须在创建运动副时，在各连杆之间建立联系，使各部件运动结成一个整体。

单击打开创建运动副对话框，如图所示，选择连杆1，创建旋

按钮创建旋转副。转副指定驱动类型为恒定初速度为10单击 43

图 6-6 运动副对话框

图 6-7 设置驱动类型

选择连杆2，在咬合连杆上打上勾，让其咬合连杆1，如图所示。单击按钮创建第二个运动副。

图6-8 创建运动副对话框

选中连杆3，在咬合连杆上打上勾，让你咬合连杆2。单击钮，创建第三个运动副。

按选中连杆3，在连杆3和连杆4咬合的中心建立旋转副，如图所示。单击按钮，创建第四个运动副。

图 6-9 运动副对话框

图 6-10 解算方案对话框

单击下的通过按按钮进行解算，设置时间为100，步数为100，勾选步数进行解算，点击确定进行解算。

经过解算，可对平面四杆机构进行运动仿真显示及其相关的后处理，通过动画可以观察机构的运动过程，并可以随时暂停、倒退，选择动画中的轨迹选项，可以观察机构的运动过程，还可以生成指定标记点的位移、速度、加速度等规律曲线。

第七章

平面四连杆的运动仿真分析

我们知道，连杆上转动副为周转副的条件是：最短杆长度+最长杆长度之和≤其余两杆长度之和：组成该周转副的两杆中必有一杆位最短杆。

分析：由预先给定的连杆长度数据，连杆1长度+机架长度≤其余两杆长度之和；所以转动副连杆1和机架之间的转动副为周转副，连杆1为曲柄，所以该机构应该为曲柄摇杆机构。点击运动仿真可以看到连杆正如分析的一样周转起来，确实是个曲柄。

7.1 运动副图表分析

曲柄（连杆1）为原动件，在其转动一周后，有两次与连杆2共线，如图所示。

这时摇杆（连杆3）分别处于两个被称为极位的位置，当曲柄以等角速转动一周时，摇杆将在两个极位之间摆动，而且较明显地看到从一个极位到另一个极位要用的时间长，这就是摇杆的急回特性。

摆杆角速度变化

为了用UG定量地说明摇杆的急回特性，可以用UG中的Graphing功能，选定连杆2与连杆3构成的旋转副，Y轴属性请求选择速度，分量选择角度幅值，即表示角速度，接着点击确定输出图标，即可得出如图7-3所示图标。从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。

图 7-3摆杆角速度变化曲线

运动副1的分析

因为机架是固定不动的，所以运动副1的角速度应该为0，如图所示

图 7-4 机架的角速度的变化曲线

运动副2的分析

运动副2设置的是恒定角速度为10度/秒，由图7-5所示可以看出其

角速度为10度/秒

图 7-5 曲柄的角速度变化曲线

运动副3的分析

图 7-6 连杆的角速度变化曲线

运动副5的分析

图 7-7 摆杆角速度变化曲线

从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。

7.2 死点位置

当摇杆为主动件进行运动分析时，在如图所示的两个位置会出现不能使曲柄转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为死点。在一些运动中我们应尽量避免这种现象的出现，为了使机构能顺利地通过死点而正常运转，可以采取组合机构或者采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。

篇2：基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

Simulink的平面四连杆机构仿真

基于MATLAB/Simulink的平面四连杆机构仿真

一、题目及自由度分析

如图1所示，该平面四杆机构中有三根运动的均质钢杆，其中有两根钢杆的一端与接地点连接，第三根杆就与这两根杆剩下的端点连接起来，两个接地点就可认为是第四杆，机构中相关尺寸如图2所示。

计算结构自由度，三个运动杆被限制到平面内运动，因此每个杆都有两个移动和一个转动，即在考虑约束之前，自由度为：

3×(2+1)=9

但是由于每个杆都受到约束，所以并不是每个自由度都是独立的。在二维状态下，刚体间的连接或者刚体与接地点的连接就会增加两个约束。这样就会使得刚体其中一端不能够作为独立的自由运动点，而是要受到邻近刚体的约束。该题中有四个刚体--刚体或刚体—接地点的连接，这就隐含8个约束。

那么最后的自由度为9-8=1.虽然有四个转动自由度，但是，其中三个都是非独立的，只要确定其中一个，就可确定其余三个。

二、模型建立及参数设置

1应用MATLAB/Simulink建立初始模型

2在初始模型的基础上添加Joint

Sensor模块

3依题意设置相关参数

⑴配置Ground模块

由图2可得系统的基本尺寸为：

①固定构件长86.7厘米

②Ground_1表示接地点，在World

CS坐标轴原点右边43.3cm处

③Ground_2表示接地点，在World

CS坐标轴原点左边43.4cm处

④最下端的铰处于X-Z平面内原点以上4cm

图5Ground_1模块参数设置图6Ground_2模块参数设置

4配置Joint模块

三个没有接地的联杆都是在X-Y平面内的，所以Revolute轴必须是Z轴。

⑴依次打开Revolute参数对话框，保持默认值，即Axis

of

rotation[x

y

z]默认设置为[001]，Reference

csys都是WORLD。

图7Revolute坐标设置

⑵根据连接情况依次设置Revolute参数对话框中的Connection

parameters参数

图8Revolute模块参数对话框Connection

parameters参数

图9Revolute模块参数对话框Connection

parameters参数

图10Revolute模块参数对话框Connection

parameters参数

图11Revolute模块参数对话框Connection

parameters参数5配置Body模块

本题中Body模块（即Bar）定位方式不是直接相对于WORLD坐标系统，而是采用相对坐标形式，Bar1的CS1相对于Ground_1，Bar2的CS1相对于Bar1，以此类推。

以下为每个Body模块的详细参数设置，其中包括质量（Mass）、惯性矩（Inertia）、重心坐标原点、CS1坐标原点、CS2坐标原点和重心的方向。

图12Bar1的模块参数设置

图13Bar2的模块参数设置

图14Bar3的模块参数设置三、检测运动，运行模型

图15仿真结果动画显示

图16Revolute2和Revolute3的转角时程曲线

三、小结

目前较为主流的动力学仿真软件是Adams，但鉴于本人对该软件接触较少，且MATLAB也具有该功能，故本题采用Simulink中的SimMechanics工具箱对平面四杆机构进行建模仿真，并利用其可视化窗口进行系统运动可视化。

篇3：基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

四连杆机构因其结构灵活、能够传递动力并有效地实现预定动作,在很多领域得到了广泛应用[1]。进行连杆机构运动分析,传统方法主要是图解法或分析法[2],无论设计精度还是设计效率都相对低下,无法满足现代机械高速高精度的要求。随着计算机技术的飞速发展,特别是以MATLAB为代表的数值计算软件的出现,为进行机构分析提供了有力的工具[3,4]。

MATLAB[5,6]是一种面向科学工程问题的数值计算软件,具备强大的科学计算功能、开放式的扩展环境、以及多达30多个面向不同领域的扩展工具箱,在世界范围内得到了广泛使用。

本文首先利用复数向量建立平面四连杆机构的数学运动模型,然后应用MATLAB软件编程进行四连杆运动仿真计算,得到连杆运动位移、速度及加速度等运动参数。

1 四连杆机构运动分析[7,8]

图1为四连杆机构的复向量坐标图,设四个构件的长度分别为r1、r2、r3、r4,方位角分别为θ1、θ2、θ3、θ4,其中θ1=0。

构件2为原动件,下面分别推导未知方位角、端点位置、速度及加速度方程。

1.1 几何位置分析

根据连杆机构特性,运动方程可写为:

将上式展开,整理后得:

对于一个特定的四杆机构,其各构件的长度和原动件2的运动规律已知,则可根据式(2)得到求解θ3、θ4的表达式:

对式(1)求导,整理后得到角速度方程为:

1.2 端点B运动分析

在复数坐标系中,端点B的位置可表示为B=r2ejθ2,则

分别对上式求一次、二次导数,得到B点的速度、加速度分别为:

1.3 端点C运动分析

端点C的位置可表示为C=B+r3ejθ3,则

分别对上式求一次、二次导数,则得到C点的速度、加速度分别为:

2 MATLAB求解

通过以上推导,在复向量坐标系中建立了四连杆机构方位角及端点运动参数的矩阵数学模型,可编制MATLAB 7.0程序进行计算。计算步骤可分为:

(1)首先定义连杆尺寸及原动件参数,并进行参数初始化;

(2)借助牛顿-辛普森法或fsolve函数,求出连杆3、4的转角θ3、θ4;

(3)将上述参数代入后,得到端点B、C的位置、速度及加速度等运动参数,绘制运动曲线图。

3 仿真运算

下面以某一具体连杆机构进行计算。

假设该机构各构件尺寸为:r1=1500mm,r2=500mm、r3=1200mm,r4=900mm,构件2以等角速度10rad/s逆时针方向回转。将上述参数代入程序后,计算得到机构运动参数。

图2~4分别为θ4角速度、点C的速度变化曲线。

4 结论

本文在复数向量坐标系中推导了四连杆机构运动方程,并应用MATLAB软件进行了连杆机构运动数值仿真。从计算结果可以看出,该方法可以方便快捷地得到连杆运动参数,能够有效提高分析效率和计算精度,可进一步推广到多连杆机构设计及优化计算中。

参考文献

[1]孙桓,陈作模.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]常绿,尹明德,欧阳祖行.综合运用解析法和实验法设计平面四杆机构[J].机械制造,2002,(3):26-28.

[3]周进雄,张陵.机构动态仿真[M].西安:西安交通大学出版社,2002.

[4]李娟玲,张建峰.基于C语言的平面连杆机构的运动分析[J].机械研究与应用,2006,19(5):117-120.

[5]宋兆基.MATLAB6.5在科学计算中的应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

[6]王正林.精通MATLAB科学计算[M].北京:电子工业出版社,2009.

[7]曹惟庆.机构设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

篇4：基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

一、SolidWorks有关功能的介绍

SolidWorks 是基于微机Windows 平台的三维机械设计软件,针对二维平面图形、三维零件模型、装配体、工程图等的设计,有很多的相应功能。这里着重几何约束、尺寸驱动等参数化设计方面的功能做一简单介绍。

1.SoliWorks中的约束

在SolidWorks中,约束称为几何关系,可以通过相关操作让用户在草图实体之间或草图实体与基准面、基准轴、边线或顶点之间生成几何关系。SolidWorks中的几何关系包括水平放置或竖直放置、共线、全等、垂直、平行、相切、同心、中点、交叉点、重合、相等、对称、固定、穿透、融合点等。

2.SolidWorks中的尺寸驱动

SolidWorks是基于尺寸驱动的,通过改变尺寸可以得到新的模型。SolidWorks的尺寸有驱动和从动之分:驱动尺寸可以作为约束驱动模型的变化;从动尺寸是指尺寸是由其他尺寸或条件所驱动,且不能被修改。SolidWorks的尺寸标注主要有直线或边线的长度、两直线之间的角度、两直线之间的距离、点到直线的垂直距离、两点之间的距离、圆弧半径、圆弧长度、圆的直径等。

二、几何约束、构件和运动副的定义

1.橡皮筋线、构件和曲柄的形成

在平面上绘制任一直线,在没有任何约束的情况下,两端点在平面内可以任意移动,即为一条平面上的橡皮筋线。对橡皮筋线沿其长度方向标注尺寸,产生定长约束,这时该直线两端点就不能任意移动了,只能做平动,此时橡皮筋线就转化为一个杆(构件)。若再限定其一个端点相对于坐标系(如坐标原点)固定,直线的另一端点只能在一个圆上运动了,显然这就成了一个曲柄,如图1所示。

2.任一回转副的形成

当两个定长杆的一个端点保持重合的约束就形成了任意回转副,如图2所示。

3.移动副和导杆的形成

若一直线的端点始终和一固定直线保持重合约束,即为移动副,如图3a)所示。若一直线的端点始终和另一可以运动的直线始终保持重合约束,即为导杆上的移动副,如图3b)所示。

三、应用示例

1.铰链四杆机构

在SolidWorks中新建文件,以前视基准面为草图平面,任意绘制四条首尾相接的封闭直线结果如图4所示。要注意的是,绘制时按大概位置即可,不必拘泥于具体的尺寸。

然后,通过“添加几何关系”命令来一个个定义约束。将A点和原点定义成重合,再将直线AD定义成水平。定义好几何关系后,进行尺寸的标注,结果如图5所示。这样该机构模型就有了一定的约束关系。此时,处在非完全约束的状态下,如果AD位置固定不动,AB、BC、CD可以处于任意位置而保持各自长度以及首尾相接的关系不变,这正是铰链四杆机构的特性。

在草图编辑状态下,用鼠标拖动B点或C点可以完成该机构的动态模拟。双击各杆尺寸输入新的数值可以得到不同杆长的铰链四杆机构,分别可以按不同条件实现曲柄摇杆机构、双摇杆机构和双曲柄机构的动态模拟。

2.曲柄滑块机构

在SolidWorks中新建文件,以前视基准面为草图平面,任意绘制一定长直线AB,其一端点和坐标原点重合(A点),作为曲柄。再绘制一条水平直线,定义一端点同原点的距离分别为Ex和Ey,作为导轨。绘制一定长直线BC作为连杆,使之两个端点一个和曲柄端点重合(B点),一个和导轨的直线重合(C点),这时就组成了曲柄滑块机构,结果如图6所示。

在草图编辑状态下,用鼠标拖动B点使之绕原点(A点)转动,此时C点沿导轨直线移动,完成曲柄滑块机构的动态模拟。有意思的是,用鼠标拖动C点进行直线移动,可以感觉到死点位置的存在。

3.导杆机构

在SolidWorks中新建文件,以前视基准面为草图平面,任意绘制一定长直线AB,其一端点和坐标原点重合(A点),作为曲柄;再绘制一条定长的铅垂直线AC,定义一端点同原点重合(A点),作为机架;绘制一定长直线作为导杆(CD),使之和曲柄端点重合(B点),一个端点和机架直线的另一端点重合(C点),这时就组成了曲柄导杆机构,结果如图7所示。

在草图编辑状态下,用鼠标拖动B点使之绕原点(A点)转动,此时CD杆绕C点转动(或摆动),完成曲柄滑块机构的动态模拟。改变AB和BC的长度可以分别得到曲柄摆动导杆机构(ABAC时)。同样,用鼠标拖动D点使CD杆作为主动件绕C点转动(或摆动),也可以感觉到死点位置的存在。

篇5：基于UG的平面四连杆机构运动与仿真

1.1 UG软件

unigaphics (UG) 是有美国的UGS公司开发的具备CAD/CAM/CAE功能的软件, 并且使用该软件进行产品设计软件的大型CAD软件, 可以更直观准确地说明零、组件之间的形状和装配组件, 可以完全的实现产品设计以及土工艺制造的规范化, 并能与产品设计, 开发的模具设计, 模具和其他土工艺同时操作, 从而大幅缩短产品的开发周期。能够对产品装配直观准备UG具有灵活的复合建模模块。复合建模包括几种建模方法:实体建模, 曲面建模 (固体) (surfaoe) , 线 (线框模型) 和基于特征的参数化建模。产品零件的实体模型可以采用UG复合建模模块可以更直观和快捷。

1.2 UG的运动仿真模块

UG的运动仿真模块是对机构的运动轨迹进行跟踪, 从而分析机构速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。

运动仿真作为UG/CAE (计算机辅助工程的主要部分) 模块的组成部分, 它可进行复杂的运动学分析, 列如二维或者三维立体的动力学分析和模拟仿真。通过UG的建模功能, 建立一个可视的三维立体模型, 并通过UG的功能的模拟三维立体模型的各个部件的运动学特征, 然后通过每个部分之间建立连接关系从而建立一个立体模型。UG/运动功能可以进行大量的模拟模型建立进行数据采集从而进行更合理的装配分析, 运动分析, 通过对三维立体模型分析模块的位移、坐标、加速度、速度、以及力学原理的分析, 从而充分的验证机构设计的合理性建议。可以利用运动学数据和动力学原理对图形输出的各个部分之间的装配进行对比优化。

2 四连杆机构运动模型的仿真和分析

2.1 计算机建立运动仿真模型

仿真就是使用虚拟的模型来代替现实系统运行进行运动测试和研究。从而实现运动数据的采集和分析, 我们必须要建立一个能代表现实的机械模型的计算机虚拟模型。UG建模为组装模块提供了一个十分强大的建模和组装功能。在UG中建立一个四连杆的机械结构, 但是不要进行组装, 在运动副进行连杆连接之后, 在运动仿真模拟的时候UG模块可以根据连接情况的不同进行自动组装。

2.2 设定运动驱动

运动驱动的设置是一个重要的环节他是控制运动副的重要数据也是运动副的重要参数, 其中运动驱动共有5种类型: (1) 关节运动驱动, 设置某一运动副以特定的步长 (旋转或线性位移) 和特定的步数运动, (2) 简谐运动驱动, 产生一个光滑的向前或向后的正弦运动; (3) 恒定驱动, 设置某一运动副为等常运动 (旋转或线性位移) ; (4) 运动函数, 运动副按照给定的数学函数进行运动; (5) 无驱动。四连杆机械结构中设定旋转副J002为恒定驱动, 并设定驱动运动参数, 使连杆L002以36°/s的速度匀速转动。

2.3 模拟模型的分析以及后处理

UG仿真模型和运动学分析的核心软件是由MDI公司研发的一款软件“ADAMS解算器”进行解算。在我们使用“ADAMS解算器”进行运动仿真和分析的时候, 需要输入的参数有二个一个是时间一个是步数, 然后启动“ADAMS解算器”来完成仿真数据分析。它的工作过程如下:首先根据运动来分析事先拟定的信息, 并生成内部的ADAMS数据文件再从内部直接传送到ADAMS解算器;“ADAMS解算器”接收到内部数据文件进行整合分析并生成内部的ADAMS输出数据文件, 把这些数据传送到运动分析仿真模块中;运动分析仿真模块再提供一个Photo Animation的功能把数据输出使其生成照片以及动画或者MPEG电影文件的形式, 并提供相应的电子表格 (Spreadsheet) 和图表 (Graphing) 等功能将运动仿真分析的数据以表格或图形进行表示。图表是唯一一种能够提供在运动模拟中能提取运动副或者运动机械构件上任意一点的 (通过标记Markers来确定) 的位移、速度、加速度等运动参数的方法。

2.4 死点位置

在机械构件的运动过程中, 传动角为零 (或压力角度为90度) , 因为PT=0, 无论受到的压力有多大, 都不能带动驱动部分进行运动。这种“顶死”现象叫机构死点位置。死点出现在两种类型的机构: (1) 曲柄摇杆机构, 滑块曲柄机构和曲柄导杆机构中, 组件的往复运动是活动的, 则曲柄连杆共线位置将会有死点出现。 (2) 平行四边形机构, 当驱动曲轴和机架形成平行共线结构时, 连接杆是和输出曲柄重合的, 从动曲柄上传动态角等于零时, 将有可能朝两个方向进行转动, 也被称为死点位置转动。

2.5 后处理

UG模块可以将运动数据以图标的形式输出, 它可以通过标记Markes来提取机械构件上的任意一点的位移、速度、加速度等运动参数。

3 结语

使用UG模块建立模型, 我们可以更直观的进行机构之间的运动特性观察。从而获得更直观的精准数据把复杂的问题简单化从而轻松的解决运动学的问题。上面使用的平面四杆机构建模和运动建模, 以及后处理方法和运动分析, 完全可应用于平面四杆机构的设计。例如, 自动卸料机构 (曲柄摇杆机构) 、车门开关机构 (偏置曲柄滑块机构) 、飞机起落架机构 (双杆机构) , 可用于平面四杆机构的建模与运动分析方法, 输出机构的位移、速度、加速度等变化规律曲线, 以优化设计机构的尺寸关系。

摘要：UG软件是集CADCAECAM于一体的三维参数化软件, 也是当今世界最先进的设计软件, 它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械电子等工程领域。平面四杆机构是由一个低副 (转动副) 联动装置经过互相连接而形成的一种运动构件, 它由一个圆柱面或一个平面组成的平面型机构, 其制作工艺简单, 使用方便高效, 可以获取到比较精准的运动数据。而且它很容易实现普通的旋转、移位和转换, 因此得到了广泛的应用。本文首先介绍了UG软件及运动仿真模块, 然后对四连杆机构运动仿真进行了分析, 为机构的优化设计提供参考依据。

关键词：UG软件,运动仿真,四连杆,模型

参考文献

[1]沈庆云, 沈自林.基于UG的四连杆机构的运动分析仿真[J].轻工机械, 2006, 24:74-75.

[2]郑立斌, 陈全园, 胡志平.四连杆机构运动仿真设计[J].景德镇高专学报, 2007, 22:4-4.

篇6：基于UG的杠杆机构模型运动仿真

关键词： 杠杆机构； UG； 运动仿真

中图分类号：TG375+1.1

引言

利用 UG 运动分析模块进行机构的运动仿真分析时，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杠杆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 UG 运动仿真模块简介

UG 的运动仿真模块是对机构的运动轨迹进行跟踪，从而分析机构速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。在 UG 环境下，可以将机构看成是一组连在一起进行运动的连杆的集合，机构进行运动仿真与分析主要分 3 个阶段：（1）前处理器阶段。 这个阶段主要是创建分析方案， 将分析方案得到的信息传送到 ADAMS 解算器；（2）求解阶段。 利用 ADAMS解算器求解输入数据， 将求解结果传送到运动分析模块；（3）后处理阶段。 运动分析模块分析求解结果，将其转换成图表及报表文件，并生成动画。ADAMS 解算器可以处理相当复杂的运动模型，在整个运动仿真过程中起着非常重要的作用。 但是如果有更复杂的分析需求时，就需要生成 ADAMS 输入文件，ADAMS 输入文件主要作用是能够输入标准的 ADAMS 软件包， 后处理阶段读入 ADAMS 软件，从而转换成所需要的动画、图表及报表文件。

2 杠杆机构的运动仿真

（1）杠杆机构运动仿真的建立 运动分析方案的创建是进行运动仿真的关键。

①连杆（Links）的创建 将杠杆机构活动构件建立连杆。底板、支撑板、滑块导轨、左盖板、右盖板和固定螺钉设为固定连杆1，旋转手轮、偏心轮和连接螺钉设为连杆2，杠杆设为连杆3，滑块及连接螺钉设为连杆4。如图 1 所示。

②添加运动副 运动副创建之前，机构中的连杆是在自由的，没有约束，具有 6 个自由度，UG 分析模块提供 12 种运动副类型，共分为两大类：普通类型的运动副 8 种，特殊类型的运动副 4 种。 普通类型的运动副是独特的，它只与自身有关。 而特殊类型的运动副是在 2 个普通类型的运动副之间定义了特殊关系的运动副，它允许 2 个普通类型的运动副一起完成特定的功能，

杠杆机构的运动副一共涉及了3种，分别是旋转副、滑动副和高副（线在线上副）。如图2 所示。

③定义运动驱动 杠杆机构的运动是采用的匀速驱动。将连杆2的旋转副设为主动件，设定初速度为360，如图3所示。

④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，杠杆机构的解算时间设置为10，步数为 500，如图 4 所示。

⑤运动模型 新建运动模型， 需要计算的是滑块的运动模型函数，将滑动副添加。如图5所示。可以用电子表格显示结果曲线，如图6所示为滑块滑动的位移曲线。

⑥运动模型建立后，可以得到运动仿真过程。如图7所示

（

3 结语

利用 UG 运动仿真模塊对液压支架进行运动仿真能够解决复杂机构的运动学问题，从而获得精确的仿真结果。 通过对杠杆机构的运动仿真，真正体现出三维 CAD 设计理念的巨大优势。 运动仿真可以对数字样机进行各种分析，而这些是传统二维设计所不能做到的。 按照传统的设计方法，许多分析必须等到物理样机做出来之后进行，例如干涉检查。 这不但造成设计周期过长，而且可能造成大量资金的浪费。

参考文献

[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 33（3）：43-44