1、UGN瘡動仿真應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1引言NX是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件,即CADCAMCAE集成工程軟件系統(tǒng),具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、加工、分析能力。為汽車、機(jī)械、航天、航空、家電、醫(yī)療儀器和工模具等工業(yè)的生產(chǎn)提供了有力軟件工具。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)者僅僅是做出零件的二維或二維的裝配圖，無法準(zhǔn)確地預(yù)測出機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中各零件是否干涉、驅(qū)動力是否滿足、運(yùn)動部件的行程能否達(dá)到要求等細(xì)書問題。設(shè)計(jì)者對機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)中的情況停留在理論計(jì)算以及自己對機(jī)構(gòu)的分析評估，在此條件下設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)不免會存在各種隱患和漏洞。制造完成的機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中往往面臨各種問題，可能需要對機(jī)構(gòu)某部件再次進(jìn)行設(shè)計(jì)或改進(jìn)，影響了工作效率。在機(jī)械

2、設(shè)計(jì)過程中引入運(yùn)動仿真功能可以直接避免上述種種問題。設(shè)計(jì)者可對仿真中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)也能夠?yàn)橛脩籼峁└又庇^更有說服力的動畫產(chǎn)品演示。2NX軟件設(shè)計(jì)壓鑄機(jī)取料機(jī)械手下面僅以NX軟件設(shè)計(jì)壓鑄機(jī)取料機(jī)械手為例，說明運(yùn)動仿直模擬分析過程如圖1。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖以設(shè)計(jì)壓鑄機(jī)取料機(jī)械手例圖2、介紹NX軟件在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)存模塊的無縫連接。它具有強(qiáng)大的實(shí)體建模、曲面造型、工程制圖以及裝配功能，可以進(jìn)行運(yùn)動仿真分析。圖2壓鑄機(jī)取料機(jī)械手2.1 步驟1:實(shí)體建模NX具有完善的實(shí)體建模功能，可根據(jù)零件外形先繪制草圖，添加尺寸約束，然后通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃面、放樣、倒角、切分、布爾運(yùn)算、拔模、

3、抽殼等命令完成行零部件的設(shè)計(jì)，每個(gè)部件錄用參數(shù)化設(shè)計(jì)，在裝配過程中發(fā)現(xiàn)問題后可直接修改零件剛中的尺寸參數(shù)。該機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)裝置、水平移動裝置、豎直移動裝置，涉及到的運(yùn)動方式是電機(jī)驅(qū)動、齒輪齒條傳動、皮帶輪傳動、氣缸驅(qū)動等，建模的零件包括：機(jī)架、電機(jī)、氣缸、齒輪、齒條、卡爪、直線導(dǎo)軌等70個(gè)，繪制完成后放入統(tǒng)一的文件夾如圖3、4、5。圖3建模的一般工具圖4零件建模設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)完成的部分零件模型2.2 步驟2:零件的虛擬裝配NX軟件提供了3種裝配方法，第一種是自底向上裝配。就是先創(chuàng)建部件幾何模型，再組合成子裝配，最后生成裝配部件的裝配方法，這是最常用的一種方法如圖6；第二種是自頂向下裝配。直接在裝配層建

4、立零件模型，然后邊裝配邊建立其他部件模型，也就是在裝配文件中創(chuàng)建模型。第三種是混合裝配。即根據(jù)裝配設(shè)計(jì)的需要，進(jìn)行自底向上裝配和自頂向下裝配混合使用的裝配方法。本文所涉及的機(jī)構(gòu)采用混合裝配方式，裝配完成后為每個(gè)部件著色。圖6裝配完成2.3 步驟3:機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真了解了機(jī)構(gòu)運(yùn)動的原理及需要設(shè)定的運(yùn)動副情況后，可以進(jìn)行運(yùn)動仿真。在NX主界而中選捧菜單開始/運(yùn)動仿真，即可進(jìn)入NX運(yùn)動仿真"主界面。新建一個(gè)運(yùn)動學(xué)仿真，并在彈出的"主模型到仿真的配對條件轉(zhuǎn)換"對話框中選擇"否"。步驟：1創(chuàng)建連桿，即相對運(yùn)動部件集合，本例中根據(jù)各部件相互運(yùn)動方式需建立7個(gè)連

5、桿，包括固定機(jī)架部分、水平橫移部分，豎直運(yùn)動部分、機(jī)械手水平旋轉(zhuǎn)部分、機(jī)械手豎直旋轉(zhuǎn)部分、卡爪開閉部分。2在零件的外觀模理建立好以后，需要對模型的材料特性進(jìn)行加載，包括材料力學(xué)特性、彈性模量、泊松比、密度等如圖73根據(jù)機(jī)構(gòu)動作設(shè)定運(yùn)動副，本例中用到的運(yùn)動副包括滑動副、旋轉(zhuǎn)副、齒輪副、齒輪齒條副。4定位每個(gè)運(yùn)動副的時(shí)間函數(shù)，在一個(gè)周期完成所有的運(yùn)動。材料定義圖72.4 步驟4:添加機(jī)構(gòu)載荷向機(jī)構(gòu)添加一定的外載荷，使整個(gè)機(jī)構(gòu)工作在真實(shí)的工程狀態(tài)下，盡可能地使其運(yùn)動狀態(tài)與真實(shí)的情況相吻合。一個(gè)被應(yīng)用的力設(shè)置在機(jī)構(gòu)的兩連桿之間、運(yùn)動副上或者是連軒與機(jī)架之間，可以被用來模擬兩個(gè)零件之間的彈性連接，模擬彈

6、簧和阻尼的狀態(tài)，以及傳動力與原動力等多種零件之間的相互作用如圖8。2.5 步驟5:運(yùn)動驅(qū)動、關(guān)節(jié)運(yùn)動和運(yùn)動仿真運(yùn)動驅(qū)動是機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動的原動力，根據(jù)運(yùn)動驅(qū)動的形式，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動形式。NX運(yùn)動的驅(qū)動有多種打式：恒定驅(qū)動，簡諧運(yùn)動驅(qū)動、運(yùn)動函數(shù)、關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動。取料機(jī)械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，在設(shè)定時(shí)需要設(shè)置轉(zhuǎn)速，我們的機(jī)構(gòu)為低速機(jī)構(gòu),齒輪轉(zhuǎn)速為10r/min。NX/Motion的運(yùn)動分析類型有兩類：靜態(tài)分析和動力學(xué)分析如圖9、10所示。在設(shè)置分析結(jié)算參數(shù)時(shí)，需要設(shè)定運(yùn)動時(shí)間和解算步數(shù)，解算步數(shù)越多，分析結(jié)果越準(zhǔn)確，但需要的時(shí)間也就越長。2.6 步驟6:仿真結(jié)果輸出當(dāng)機(jī)構(gòu)做運(yùn)動仿真分析時(shí)，部將生成一組出數(shù)據(jù)表，表里面記錄了整個(gè)仿真過程中各個(gè)零件的位移、速度、加速度和受力信息。分析完成后，可以將這些信息以Excel表格和圖形的方式輸出；根據(jù)這些結(jié)果,分析機(jī)構(gòu)的力學(xué)性能，并作出改進(jìn)如圖11、12、13。，I=i-I=二二三 H“二二機(jī)構(gòu)%動程序圖113結(jié)論借助NX軟件強(qiáng)大的實(shí)體建*II功能進(jìn)行建模，并利用裝配功能完成了虛擬模型的創(chuàng)建，然后進(jìn)行了詳細(xì)的運(yùn)動仿真分析，主要對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。利用NX軟件的運(yùn)動仿真功能可以