基于ug的曲柄连杆机构的运动仿真.docx

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基于ug的曲柄连杆机构的运动仿真

摘　要:

三维模型虚拟设计是机械设计的必然趋势。

该文简述了三维设计软件UGNX5.0的强大功能，并且结合发动机曲柄连杆机构实现了模型的虚拟设计、虚拟装配及三维动态真。

关键词:

虚拟设计；虚拟装配；三维动态仿真

EngineCrankandLinkMechanismMotionAnimationBasedonUG

Abstract:

Three-dimentionalmodelvirtualdesignisthetendencyofmechanicdesign.ThepapersimplystateitspowerfulfunctionofUGNX5.0withthreedimentionaldesignsoft,andrealizemodelvirtualdesign、virtualassemblyandthree-dimentionaldynamicanimationcombinedwithenginecrankandlinkmechanism.

Keywords:

virtualdesign;virtualassembly;three-dimentionaldynamicanimation

曲柄连杆机构运动仿真设计（基于UG）

序言

虚拟技术是近年来随着计算机辅助设计技术发展起来的一种新型技术。

随着计算机辅助技术发展起来的一种新型技术。

随着计算机辅助技术的发展，传统的以AutoCad为代表的二维设计越来越不能满足工业生产、设计的需求。

它不仅开发时间长，而且功能单一，设计过程中不能够及时发时间长，而且功能单一，设计过程中不能够及时地发现设计中存在的问题。

本文简要介绍了美国UGS公司开发的UG软件及其在虚拟设计中的应用。

Unigraphics（简称UG）软件是美国UGS公司的五大主要产品（UG，Parasolid，iMAN，SolidEdge，ProductVision）之一。

UG软件起源于美国麦道飞机公司，并于1991年并入美国通用汽车公司EDS（电子资讯系统有限公司），因此，该软件汇集了美国航空工业及汽车工业的专业经验。

UG是一个高度集成的CAD/CAM/CAE软件系统，可应用于整个产品的开发过程，包括产品的建模、分析和加工。

UG不仅具有强实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟等，提高了产品设计的可靠性。

同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序能够支持多种类型的数控机床。

另外它所提供的二次开发语言UG/OpenGRIP、UG/OpenAPI简单易学，其函数功能较齐全，便于用户开发专用的CAD系统。

具体来说，该软件具有以下特点:

（1）有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据自由切换，有利于并行工程的实施。

（2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。

（3）用基于特征（如孔、凸台、型腔、槽沟、倒角等）建模和编辑方法作为造型基础，使虚拟物体形象直观，并能用参数驱动。

（4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。

（5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接地生成二维工程图。

能按ISO标准和国际标注尺寸、形位公差和汉字说明等，并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。

（6）以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。

目前著名的CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型内核。

（7）提供了界面良好的二次开发工具GRIP（graphicalinteractiveprogramming）和UFUNC（userfunction），并能通过高级语言接口，使UGS的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。

（8）具有良好的用户界面。

第1章基于UG的曲柄连杆机构的运动仿真的简介

1.1　发动机曲柄连杆机构的虚拟设计

UG软件对三维实体造型提供了多种不同的实现方法，可以由用户灵活使用。

下面以发动机曲轴为例简述建模过程:

运行UG，在application（应用）中选中modeling（建模）模块，通过cylinder（圆柱体）建立前端输出法兰，通过hole（孔）、instance（特征引用）、thread（螺纹）建立前端面的光孔和螺纹孔，通过basiccurves（基本曲线）及revolve（旋转）建立前法兰里面的形状，通过basiccurves（基本曲线）和extrudebody（拉伸体）和unit（结合）建立第一、第二曲拐，通过建立datumplane（基准面）和instance（特征引用）中的mirror（镜像）建立第三、第四曲拐，再通过cylinder（圆柱体）和slot（键槽）等步骤建立后输出轴，最后通过edgeblend（倒圆）和edgechamfer（倒角）建立曲轴的倒圆和倒角。

以类似的步骤对发动机曲柄连杆机构的其他部件建立三维模型，结果如图1-1所示。

图1-1曲柄的三维模型

1.2　虚拟装配

UG虚拟装配功能特别强大，它可以使零部件灵活的配对和定位，并保持关联性。

对装配完成后的模型可以进行装配干涉分析，发现问题可以及时修改。

因为UG采用统一的数据库，可以在装配图或零件图中自动地进行相应的修改，因此极大地加快了产品的设计速度。

在三维模型完成后，通过application（应用）进入assembly（装配）模块完成机构的虚拟装配。

首先通过assembly（装配）下的component（组件）加入前面已经通过modeling（建模）模块建立的零件模型，再通过mating（配对）、align（对齐）、parallel（平行）等关系组装在一起，以实现机构间各运动件的相对确定位置。

其最终的装配关系及装配图如图1-2a，1-2b所示。

图1-2a曲柄连杆机构的装配图图1-2b装配关系

1.3运动仿真

当零件装配成为一个系统之后，常常需要对机械作运动分析。

UG的运动分析模块（motion）可在屏幕上模拟真实的机构运动，并检查运动轨迹和运动干涉等三维动态仿真。

运动分析之前，需要对各零件和运动副进行定义。

运用的UG工具主要有构件（link）、运动副（joint）等，以及指定主动件的运动速度。

经过上述定义和编辑之后，机构可实现三维运动仿真。

UG通过ADMAS解算器可计算机构的加载运动是否正确，interference功能可检查机构的运动干涉，并用激活（interaction）选项，设定以高亮点来显示干涉部位，使运动分析结果一目了然。

动态仿真之前，先对每个零件编号，用motion（运动）模块下的link（构件）按钮，将每个零件按序设置为运动的最小单元。

然后用joint（运动副）按钮对这些单元之间的运动进行定义，建立起运动幅。

图1-3中发动机曲柄连杆机构的运动副主要有旋转副（revolute）、移动副（slider）等。

完成运动副定义之后，点击动画（animation）按钮，机构开始三维仿真运动，并可对仿真运动作干涉分析、运动分析及动力分析。

例如，利用animation选项下的干涉（interference）项，检查运动干涉;用animation选项下的marker/smartpoint项，可以在构件上加标点，得到其运动过程的速度、加速度等参数变化;可用graphing选项把运动参数传到excel中绘制曲线图;还可以利用scenario中的export输出为MPEG文件等。

其运动仿真效果如图1-3所示。

图1-3运动仿真图

第2章曲柄连杆机构的拆装和零件的测绘

2.1曲柄连杆机构的拆卸

拆卸曲柄连杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器、发电机及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机和机油滤清器等。

然后分解正时齿形带机构。

先拆下齿形带护罩，转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点，检查正时记号，凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。

1）拆下气缸盖

（1）旋出气门罩盖的螺栓取下气门罩盖和挡油罩。

（2）松下张紧轮螺母，取下张紧轮。

（3）拆下进、排气歧管。

（4）按要求顺序旋松气缸盖螺栓，并取下气缸盖和气缸盖衬。

；

（5）拆下火花塞。

3）拆下并分解曲轴连杆机构

（1）拆下油底壳、机油滤网、浮子和机油泵。

（2）拆下曲轴带轮。

（3）拧下曲轴正时齿带轮固定螺栓，取下曲轴正时齿带轮。

（4）拧下中间轴齿带轮的固定螺栓，取下中间齿带轮：

拆卸密封凸缘，取出中间轴。

（5）拆卸前油封和前油封凸缘。

（6）拆卸离合器压盘总成，为保证其动平衡，应在飞轮与离合器壳上装配记号。

（7）拆下活塞连杆组件。

拆下活塞连杆组件前，应检查连杆大端的轴向间隙，该车极限间隙为0.37mm，大于此值应更换连杆。

拆下连杆轴承盖，将活塞连杆组从汽缸中抽出。

拆下活塞连杆组后，注意连杆与连杆大头盖和活塞上的记号应与气缸的序号一致，如无记号，则应重新打印。

（8）检查曲轴轴向间隙，极限轴向间隙为0.35mm，超过此值，应更换推力垫圈。

（9）按规定顺序松开主轴承盖螺栓，拆下主轴承盖，取下曲轴。

（10）分解活塞连杆组件。

2.2曲柄连杆机构的装配

曲柄连杆机构的装配质量直接关系到发动机的工作性能，因此，装合时须注意下列事项：

（1）各零部件应彻底清洗，压缩空气吹干，油道孔保持畅通。

（2）对于一些配合工作面（如气缸壁、活塞、活塞环、轴颈和轴承、挺杆等），装合前要涂以润滑油。

（3）对于有位置、方向和平衡要求的机件，必须注意装配记号和平衡记号，确保安装关系正确和动平衡要求，如正时链条、链轮、活塞、飞轮和离合器总成等。

（4）螺栓，螺母必须按规定的力矩分次按序拧紧。

螺栓、螺母、垫片等应齐全，以满足其完整性和完好性。

（5）使用专用工具。

安装顺序一般和拆卸顺序相反。

1）活塞连杆组的装合

（1）将同一缸号的活塞和连杆放在一起，如连杆无缸号标记，应在连杆杆身上标示所属缸号。

（2）将活塞顶部的朝前“箭头”标记和连杆身上的朝前“浇铸”标记对准。

（3）将涂有机油的活塞销，用大拇指压入活塞销孔和连杆铜套中，如压不进去，可用热装合法装配。

（4）活塞销装上后，要保证其与铜套的配合间隙为0.003mm～0.008mm，经验检验法是用手晃动活塞销与销孔铜套无间隙感，活塞销垂直向下时又不会从销孔或铜套中滑出。

（注意铜套与连杆油孔对正）。

（5）安装活塞销卡环。

（6）用活塞环专用工具安装活塞环，先装油环，再装第二道环，最后装第一道环，环的上下面不能装错，标记“TOP”朝活塞顶。

（7）检查活塞环的侧隙、端隙。

2）曲轴的安装

（1）将有油槽的上轴瓦装入缸体，使轴承上油槽与缸体上轴承座上的油道口对正。

注意上、下轴承不能装反，第三道轴承为推力轴承，然后将各道轴承涂上少许润滑油。

（2）将曲轴平稳地放入缸体承孔。

（3）插入半圆推力环（曲轴第三道环主轴颈上），注意上、下环不能装错，有开口的用于气缸体且开口必须朝轴承。

（4）按轴承盖上打印的1、2、3、4、5标记，由前向后顺序安装。

（5）曲轴轴承盖螺栓应由中间向两边交叉、对称、分三次拧紧，最后紧