机构运动仿真分析在机构设计中的关键作用探讨

引言

传统机械设计总是先制定设计方案，然后再采用理论力学的方法计算其运动学或者动力学特性，而后再进行优化、强度分析及结构设计等。这个过程单就运动学或者动力学特性分析而言，要经过大量的理论分析及计算。本文作者以一汽集团的自卸车举升机构设计为例，采用UG软件的运动仿真功能来说明一种运动学或者动力学特性分析的新的设计方法。

1、介绍

机构运动仿真分析，可以实现机械工程中非常复杂、精确的机构运动分析，在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程中的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点：位移、速度、加速度、力，解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。一般说，工程师首先将零件的三维模型建好，其次确定运动零件，并确定各运动零件之间的约束关系，最后利用特定分析软件进行机构分析，如ADAMS、ANSYS等。其中的关键环节为建立零件间约束关系及载荷定义，并求解。

UG软件是美国EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM软件，它的运动分析模块（UG Scenario）是一个模拟仿真分析的设计工具，它是ADAMS软件的一个子集。它既能进行运动学（Kinematic）分析，又能进行动力学（Dynamic）分析。典型步骤如下：首先将要分析的装配图存入一个Scenario文件，确定分析所需构件（LINKS），再建立构件之间的运动副（JOINTS），然后定义整个机构承受的载荷（FORCES），进行机构运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。

本文引用的是一汽集团的一种F式自卸车举升机构，实质上是一个四连杆机构，如图1所示。动力部分是两构件之间的液压缸的推力相对于A、G铰支座产生的转矩。