基于UG的钟表机构与运动仿真.docx

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基于UG的钟表机构与运动仿真

毕业综合项目成果

（2011届）

题目钟表机构设计及运动仿真

3.4仿形结果分析……………………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………………………………22

钟表机构设计及运动仿真

机电工程学院数控技术佳骏

摘要：

本文主要以钟表机构为研究对象，对某型号钟表进行了参数化虚拟设计、分别建立了该钟表机构的表座、表盘、表壳、时针、分针、秒针的三维模型。

根据钟表的机械原理，通过对钟表进行了建模和运动仿真，介绍了在零件上凸显文字或刻度的方法，通过给钟表的时针、分针和秒针添加角速度，使得它们按照给定的转速比运转。

本文的设计方法通过虚拟设计、虚拟装配，运动仿真，可以验证设计、装配和操作过程与结果的正确与否，以便及早的发现机构设计的问题，对模型进行修改，减少成本损失，并通过可视化显示装配，然后以求达到准确仿真运动，使生产真正在高效、高质量、短时间、低成本的环境下完成，同时又具备了良好的服务。

关键词:

参数化，建模，运动仿真，四连杆机构

1钟表设计原理及零件造型

1.1钟表设计方案

1.1.1设计题目

UG的钟表机构设计及运动仿真。

引言

随着我国改革开放步伐的进一步加快，中国正逐步成为全制造业的基地，特别是加入WTO后，数控编辑软件已变得极其重要，以面向对象的设计思想为指导，分析研究数控人机界面图形编辑器应具有的功能，并且通过理论研究和实践尝试，开发出一个集矢量绘图、智能编译、模拟仿真、数据传输于一体的功能强大、操作简单的数控系统人机界面编辑系统，从而提高数控设备开发效率、减少开发成本。

近年来高新技术企业一前所未有的速度在发展，数控技术与计算机技术一样，起发展速度突飞猛进，且数控机床的普及率逐年提高，在现在制造业中得到广泛的应用。

因数控机床能实现多坐标轴联动而容易实现许多普通机床难以完成或无法加工的空间曲线、曲面。

因此，数控机床首先在航空、航天领域得到应用，并在复杂型面的模具加工中心广泛应用。

在数控加工技术上，往往需要借助一些软件来编制加工程序，如Pro/ENGINEER、CACX、UG等的计算机辅助制造软件（CAD/CAM）。

　UG是UnigrphicsSolutions公司的拳头产品。

UingraphicsNX软件提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品设计开发及运动分析于一体的大型软件。

它使用简单方便尤其是4.0版本更加的人性化，可以根据个人的嗜好对软件进行参数设置，可以极提高设计效率。

UingraphicsNX7.0主要建模、外观造型是设计、制图、加工、钣金、装配、机床构件器、仿真、注塑模、级进模等等功能于一体的综合型软件。

它广泛被应用于汽车、航天、航空、船舶、机械、消费产品、医疗仪器和工具等各行业，极推动了机械工业的发展，加快了产品更新换代的速度。

使用UingraphicsNX7.0的CAD功能在计算机上进行图形设计，然后在CAM模块中编制刀具路径（NCI），通过后处理转成NC程式，传送至数控机床立即可以加工，CAD/CAM大节省了时间、资源和产品成本，减轻了技术人员繁重而复杂的编程工作，同时也提高了产品质量，减少了废品的生成，增加了经济效益，并加快了新产品的开发。

此次造型设计及编程主要用到的是UnigraphicsNX7.0软件。

首先利用UG的建模模块和外观造型模块，进行医用外径规的三维造型设计，再用UG的CAM模块对造型好的医用外径规进行数控加工刀路的编制，最后用UG自带的仿真系统进行模拟加工，进一步提高UG软件进行零件造型设计和数控编程。

通过此次的造型设计及数控编程来进一步提高对UnigraphicsNX4.0软件的运用水平，达到造型和数控编程的应职应岗能力。

1.1.2设计目的

（1）熟悉UG的启动、工作环境及工具栏的定制等相关知识。

（2）掌握UG的基本使用方法。

（3）掌握钟表各连杆的特点及虚拟装配的方法。

（4）掌握UG中运动仿真的方法。

1.1.3设计要求

（1）钟表各构件的三维造型。

（2）钟表够构件的虚拟装配。

（3）UG中钟表够构件的运动仿真。

（4）仿真结果的分析。

1.2钟表应用原理

1.2.1钟表基本组成

钟表模型如图1-1所示，由表座、表盘、表壳、时针、分针和秒针组成。

图1-1钟表三维模型

1.2.2工作原理

首先秒针转360°，也就是走一周是1分钟；

如果分针也是360°，那是多少？

1小时，1小时60分，那么一分钟分针则360/60=6°;

如果时针也转360°，那是12小时，也就是12*60=720分，那么一分钟时针则360/720=0.5°

1.3钟表零件造型

1.3.1表座

绘制表座草图如图1-2所示，退出草图，旋转一周，得到表座，如图1-3所示。

图1-2表座草图

图1-3表座三维图形

1.3.2表盘

在特征工具条中选择，输入数值如图1-4所示。

图1-4表盘圆孔参数

重复以上操作如图1-5所示，输入数值与刚得到的圆柱体做布尔差运算，得到表盘如图1-6所示。

图1-5表盘外圆参数

图1-6表盘三维图形

在表盘表面插入草图，绘制一个辅助圆，尺寸如图1-7所示。

图1-7添加辅助圆

退出草图，在曲线工具条中选择，弹出【文本】对话框如图1-8所示。

在【文本属性】中输入数值12，【锚点位置】为中下方，选择辅助圆上象限点作为放置点。

图1-8添加文本12

同样，重复【文本】对话框的操作，依次在【文本属性】中输入数值3，6，9，【锚点位置】为左中，中上，右中，选择辅助圆有象限点，下象限点，左象限点作为放置点。

利用锚点来调整文本位置，文字大小可根据个人需要在尺寸栏里修改。

这样便得到了表盘上需要的文字，如图1-9所示。

图1-9表盘所需文字

选择【插入】/【设计特征】/【拉伸】，厚度为1mm，得到在表盘上刻出的文字，如图1-10所示。

图1-10刻出表盘文字

再次在表盘上插入草图，绘制草图如图1-11所示。

图1-11插入辅助圆

退出草图，选择【插入】/【设计特征】/【拉伸】，在弹出的拉伸对话框中输入数值如图1-12所示。

拉伸切除，在表盘上刻出一道短刻度线。

图1-12一短刻度线

选择【插入】/【基准/点】/【基准轴】，选择表盘圆柱面，在圆心插入一基准轴，选择【插入】/【关联复制】/【实例特征】，在弹出的对话框中选择【圆形阵列】，以该基准轴圆周阵列短刻度线拉伸切除特征，填写参数如图1-13所示，单击【确定】按钮。

在表盘上得到所有的短刻度线，如图1-14所示。

图1-13一短刻度线参数

图1-14所有短刻度线

同样，在表盘表面插入长刻度线草图。

选择【插入】/【设计特征】/【拉伸】，在弹出的拉伸对话框中输入数值如图1-15所示拉伸切除，在表盘上刻出一道长刻度线。

图1-15一长刻度线

选择【插入】/【关联复制】/【实例特征】,在弹出的对话框中选择【圆形阵列】，以该基准轴圆周阵列长刻度线拉伸切除特征，填写参数。

单击【确定】按钮，在表盘上得到所有长刻度线，如图1-16所示。

图1-16所有长刻度线

1.3.3表壳

绘制表壳草图如图1-17所示，退出草图，旋转一周，得到表壳，如图1-18所示。

图1-17表壳草图

图1-18表壳三维图

1.3.4时针

绘制时针草图如图1-19所示，退出草图，拉伸，厚度为1.0mm如图1-20所示，所有的外棱边倒角均为0.2×45°,得到时针造型，如图1-21所示。

图1-19时针草图

图1-20拉伸厚度参数

图1-21时针三维图

1.3.5分针

将时针零件图文件另存为分针，修改草图如图1-22所示，退出草图，得到分针，如图1-23所示。

图1-22分针草图

图1-23分针三维图

1.3.6秒针

绘制秒针草图如图1-24所示，退出草图，拉伸，厚度为1.0mm，所有的外棱边倒角均为0.2×45°，得到秒针，如图1-25所示。

图1-24秒针草图

图1-25秒针三维图

2钟表的虚拟装配

选择【文件】/【新建】，建立一个新模型文件，以文件“zhuangpeizhiti ”保存该文件。

在【开始】菜单中选择【装配】，打开装配应用模块，开始装配。

2-1表座与表盘装配

选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入表座和表盘；选择

进行【配对】装配如图2-1所示；选择

 进行【中心】装配如图2-2所示。

图2-1表座表盘配对

图2-2（表座表壳中心装配）

2.2添加时针、分针与秒针

选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入时针；选择

进行【距离】装配如图2-3所示，选择表盘和时针的两相对面，距离表达式中输入数值1.1；选择

进行【中心】装配，如图2-4所示。

图2-3添加时针

图2-4与时针中心装配

同样的，将分针添加起来，将其端面与时针距离配合，距离为0.1mm，然后再与时针进行同轴心配合，如图2-5所示。

图2-5添加分针

将秒针添加进来，将其端面与分针距离配合，距离为0.1mm，然后再与分针进行同轴心配合，如图2-6所示。

图2-6添加秒针

用鼠标右键分别单击三个指针，选取【重定位】将这三个指针移动到六点钟的位置如图2-7所示，以确定各指针之间保持正确的初始位置关系。

图2-7三个指针重定位

2.3添加表壳

选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入表壳；选择

进行【配对】装配如图2-8所示，将表壳端面与表座重合配合；选择

进行【中心】装配如图2-9所示，是表壳与表座重合同轴心配合。

图2-8插入表壳

图2-9与表壳中心装配

装配完毕后如图2-10所示，所有的配合关系如图2-11所示。

图2-10装配完钟表模型

图2-11各配合关系

用鼠标右击表壳，选择【编辑显示】，在弹出的【编辑对象显示】对话框中更改透明度，得到表的形状，如图2-12所示。

图2-12更改表壳透明度

3钟表运动仿真

在【开始】菜单中选择【运动仿真】，打开仿真模块。

右击【运动导航器】上的装配文件名，选择【新建仿真】，在弹出的【环境】对话框中选择【动力学】，单击【确定】。

在弹出的【机构运动副向导】对话框中单击【确定】按钮，把装配图中的构件自动转换成连杆，装配关系映射成仿真模块里的运动副。

在弹出的【主模型到仿真的配对条件】对话框中选择【是（Y）】，本例把表座、表壳连杆接地。

在后面补充把表壳、表盘设置为固定连杆。

3.1添加旋转副

3.1.1运动副

由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。

两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副元素。

运动副有多种分类方法：

按照运动副的接触形式分类:

面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，被称为低副，而点线接触的运动副称为高副，高副比低副容易磨损。

按照相对运动的形式分类。

构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副，两个构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副，两个构件之间只做相对移动的运动副称为移动副。

按照运动副引入的约束分类。

引入一个约束的运动副称为一级副、引入两个约束的运动副称为二级副，还有三级，四级，五级副。

按照接触部分的几何形状分类。

可以分为圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副等。

3.1.2有关旋转副的添加

选择【插入】/【运动副】，给时针加上一个旋转副如图3-1所示，第一个连杆选择时针轴孔的圆周，这样就完成了“选择连杆”（时针）、“指定原点”（圆心）、“指定方位”（圆所在平面的法线）三个步骤，此时，相应的