本文關(guān)鍵詞：基于UG的擠壓鑄造模具設(shè)計與運動仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

武漢理Ｌ人學(xué)碩士學(xué)位論文；步驟，有些步驟可以根據(jù)實際情況而省略：；圖５—６連桿創(chuàng)建對話框Ｍａｓｓ項；（１）選擇連桿特性的幾何模型；該選項在圖形窗口中選擇將要賦予該連桿特性的幾何模；（２）設(shè)置連桿的質(zhì)量特性；質(zhì)量特性是一個可選項，當(dāng)不關(guān)心反作用力時，可以忽；沒有質(zhì)量的連桿有純線框?qū)ο蠹盁o厚度的片體；ＲｏｔａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙ）；（３）設(shè)置連桿的慣性力；在

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步驟，有些步驟可以根據(jù)實際情況而省略：

圖５—６連桿創(chuàng)建對話框Ｍａｓｓ項

（１）選擇連桿特性的幾何模型

該選項在圖形窗口中選擇將要賦予該連桿特性的幾何模型�！皠�(chuàng)建連桿”對話框?qū)@示連桿的默認名字，格式為Ｌ００１、Ｌ００２、…ＬＯＯｎ。在選擇連桿特性的幾何模型時，對象不能與多個連桿相關(guān)，例如，一旦一個對象被選擇并成為一個連桿的一部分，它不能再次被選中而成為另外一個連桿的一部分。

（２）設(shè)置連桿的質(zhì)量特性

質(zhì)量特性是一個可選項，當(dāng)不關(guān)心反作用力時，可以忽略質(zhì)量特性。而當(dāng)需要分析反作用力或作動力學(xué)分析時，必須為每個連桿輸入質(zhì)量特性，包括質(zhì)量、質(zhì)心和慣性矩。

沒有質(zhì)量的連桿有純線框?qū)ο蠹盁o厚度的片體。根據(jù)連桿中的實體，系統(tǒng)可以按默認設(shè)置自動計算質(zhì)量特性。在大多數(shù)情況下，這些默認計算值可以生成精確的計算結(jié)果。盡管如此，在某些情況下，用戶必須人工輸入質(zhì)量特性，而不能接受系統(tǒng)默認值。自定義值包括：質(zhì)量（Ｍａｓｓ）、慣性矩（Ｉｎｅｒｔｉａ）、初始移動速度（Ｉｎｉｔｉａｌ

ＲｏｔａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙ）。ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙ）和初始轉(zhuǎn)動速度（Ｉｎｉｔｉａｌ

（３）設(shè)置連桿的慣性力

在定義慣性矩數(shù)值前，必須先確定慣性矩的原點并選擇編輯坐標(biāo)系方向，然后明確定義質(zhì)量慣性矩（ＭｏｓｓＭｏｍｅｎｔｓ）Ｉｘｘ、Ｉｙｙ、Ｉｚｚ和質(zhì)量慣性積（ＭａｓｓＰｒｏｄｕｃｔｓ）Ｉｘｙ、Ｉｘｚ、Ｉｙｚ。慣性矩單位根據(jù)部件文件單位確定。其中，Ｉｘｘ、

Ｉｙｙ、Ｉｚｚ必須大于零，Ｉｘｙ、Ｉｘｚ、Ｉｙｚ可以是任意值。

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（４）設(shè)置連桿的初始平移速度

（５）設(shè)置連桿的初始旋轉(zhuǎn)速度

其中，（４）、（５）兩項均為可選項，可以不設(shè)定。

２．連桿特性參數(shù)的編輯

當(dāng)連桿特性參數(shù)設(shè)置有誤時，就必需對各項參數(shù)進行修改，ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ中該項功能的實現(xiàn)是通過運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯來實現(xiàn)的。點擊運動模型管理模塊中的ＥｄｉｔＭｏｔｉｏｎＯｂｊｅｃｔ圖標(biāo)，將彈出一個“類選擇”對話框，要求選擇將要進行編輯的部件。將“類選擇”對話框的選擇類型設(shè)為Ｌｉｎｋ，選擇了某一連桿后將彈出“連桿特性參數(shù)設(shè)置”對話框，對各項參數(shù)的編輯與連桿建立時的參數(shù)設(shè)置操作完全相同。

５．５．３．２創(chuàng)建運動副

在運動副創(chuàng)建前，機構(gòu)中的連桿是在空中浮動的，沒有約束，具有６個自由度（ＤｅｇｒｅｅＯｆＦｒｅｅｄｏｍ，ＤＯＦ）：沿ｘ、Ｙ、ｚ軸方向的移動以及繞ｘ、Ｙ、ｚ軸的轉(zhuǎn)動。當(dāng)運動副創(chuàng)建后，會約束一個或幾個運動（移動或轉(zhuǎn)動）自由度。運動副的作用就是允許所需的運動和限制不要的運動。

１．運動副的類型

ｕＧ運動分析模塊提供了１２種運動副類型，分為兩大類：普通類型的運動副８種（旋轉(zhuǎn)副、滑動副、球面副、柱面副、平面副、萬向節(jié)、點在線上副和線在線上副），特殊類型的運動副４種（螺旋副、線纜副、齒輪／齒條副和齒輪副）。普通類型的運動副是獨特的，它只與自身有關(guān)。而特殊類型的運動副是在兩個普通類型的運動副之間定義了特殊關(guān)系的運動副，它允許兩個普通類型的運動副一起工作完成特定的功能（如旋轉(zhuǎn)副＋滑動副＝螺旋副）。以下是幾種常用運動副：

（１）旋轉(zhuǎn)副

旋轉(zhuǎn)副是用來連接兩個連桿的經(jīng)典運動副，有一個繞軸轉(zhuǎn)動的自由度，旋轉(zhuǎn)副不允許兩個連桿之間有任何移動，如圖５—７（ａ）所示。它有兩種形式：一種是兩個連桿繞同一軸作相對的轉(zhuǎn)動，另一種是一個連桿繞固定在機架上的一根軸進行旋轉(zhuǎn)。

一個旋轉(zhuǎn)副去掉５個自由度，可以定義一個運動輸入，旋轉(zhuǎn)的正向由右手法則確定。創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副的步驟一般為：定義第一個連桿、定義第一個連桿的原點５３

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和方向、定義第二個連桿以及定義第二個連桿的原點和方向四步。在定義第一個連桿時，第一次選擇也同時定義了運動副默認的原點和方向。一般來說，旋轉(zhuǎn)副的原點可以位于ｚ軸的任何位置，旋轉(zhuǎn)副都會產(chǎn)生相同的運動，較好的辦法是將運動副的原點放在旋轉(zhuǎn)副模型的中間。但在作精確分析（如動力學(xué)分析）時，必須精確地定義旋轉(zhuǎn)副的原點。在定義運動副時，如果運動副只有一個連桿，則運動副自動設(shè)為與地固定。如果需要均可以定義運動副的運動范圍和運動驅(qū)動。

（２）滑動副

滑動副連接兩個互相接觸并保持著相對滑動的連桿，有一個自由度，連桿之間不允許自由轉(zhuǎn)動，如圖５—７（ｂ）所示�；瑒痈笨梢詫崿F(xiàn)一個部件相對于另一部件的直線運動，它有兩種形式：一種是滑塊為一個自由滑塊，在另一部件上產(chǎn)生相對滑動；另一種為滑塊連接在機架上，在靜止表面上滑動。一個滑動副去掉５個自由度，可以定義一個運動驅(qū)動，移動的正方向是ｚ軸正向�；瑒痈钡膭�(chuàng)建步驟與旋轉(zhuǎn)副相同。

（３）柱面副．

柱面副連接兩個連桿，有兩個運動自由度——一個轉(zhuǎn)動自由度和一個移動自由度。兩個連桿可繞ｚ軸自由轉(zhuǎn)動，沿ｚ軸自由移動，如圖５—７（Ｏ）所示。柱面副也有兩種形式：一種是兩個部件相連，另一種是一個部件連接在機架上。柱面副不能定義運動驅(qū)動，不能規(guī)定運動副的運動范圍。。菱暴（ａ）：．～／～、｜一。多一鱔羽憊工（ｂ）（ｃ）圖５—７旋轉(zhuǎn)副、滑動副和柱面副的運動特征

２．運動副的建立

在建立了一個運動場景和設(shè)置了連桿特性后，可以開始進行運動副創(chuàng)建的操作。ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ中各種運動副的建立方法都是類似的。點擊連桿特性和運動副模塊中的運動副（Ｊｏｉｎｔ）按鈕后，將彈出一個對話框要求用戶選擇運動副的類型，如圖５—８所示。當(dāng)用戶選擇不同的運動副類型后，，該對話框?qū)l(fā)生變化。

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建立運動副的一般步驟如下

圖５—８創(chuàng)建運動副對話框ＦｉｒｓｔＬｉｎｋ項

該步驟選擇將要進行連接的第一個連桿。

在圖５—８中，如果ＳｎａｐＬｉｎｋｓ（捕捉連桿）選項空置，則該連桿將要與機架連接在一起。ＳｎａｐＬｉｎｋｓ選項作用是：選中這個單選項后，用戶所設(shè)黃的運動副為兩個連桿之間的連接，對話框要求設(shè)置運動副在各個連桿上的相關(guān)參數(shù)；空置該單選項時，用戶所設(shè)置的運動副為連桿與假象的機架之間的連接，只需設(shè)置運動副在這個連桿上的參數(shù)即可。

（２）ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＯｎＦｉｒｓｔＬｉｎｋ

在圖形窗口中選擇將要進行連接的第一個連桿后，第二步圖標(biāo)將會被自動激活，同時“創(chuàng)建運動副”對話框中的ＥｄｉｔＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式，引導(dǎo)用戶設(shè)置運動副在第一個連桿上的位置和方向。

運動副的位置是指兩個連桿連接或者連桿與機架連接時關(guān)節(jié)點的所在，連桿將在此點與機架或者連桿相連接。而不同的運動副其方向的定義是不同的，旋轉(zhuǎn)副的方向指的是連桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸，移動副的方向指的是連桿平移的方向。

（３）ＳｅｃｏｎｄＬｉｎｋ

當(dāng)ＳｎａｐＬｉｎｋｓ選項被選中時，在設(shè)噩完了運動副在第一個連桿上的相關(guān)參數(shù)后，第三步圖標(biāo)將會被自動激活，此步驟用來在圖形窗口中選擇與第一個連桿以選定運動副連接的第二個連桿。５５

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（４）ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＯｎＳｅｃｏｎｄＬｉｎｋ

在圖形窗口中選擇了將要進行連接的第二個連桿后，第四步圖標(biāo)將會被自動的激活。與運動副在第一個連桿上參數(shù)的設(shè)置方法類似，該步可以完成運動副在第二個連桿上參數(shù)的設(shè)置。

（５）其他設(shè)置

除了上述步驟外，建立運動副還包括設(shè)置運動副的驅(qū)動力、設(shè)定運動副顯示比例、確定運動副名稱等。

運動副的驅(qū)動力是給運動副設(shè)景的初始的外在驅(qū)動，是該連桿運動的原動力，在該選項的下拉菜單中列出了ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ給用戶提供的四種驅(qū)動力的類型；設(shè)定運動副顯示比例用于設(shè)置運動副在圖形窗口中象征符號顯示的大小，設(shè)置合適的顯示比例可以使用戶更好的查看兩個零件之間的連接關(guān)系；用戶可以直接在文本輸入框中輸入將要創(chuàng)建的運動副的名稱，缺省值為ＪＯＯｌ、Ｊ００２……。

設(shè)置完這些參數(shù)后，就可以將連桿按一定的連接方式與機架或另一連桿連接起來了。

５．５．３．３６ｒｕｅｂＩｅｌ＂數(shù)

機構(gòu)中的運動副約束和自由度的概念即是機構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)。

一個機構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)是存在于機構(gòu)中的總的運動自由度（ＤＯＦ）的近似值。機構(gòu)中每個連桿擁有６個自由度，每個機構(gòu)的初始Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)（分配運動副之前）是連桿數(shù)量的６倍。它是決定機構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的首要因素。決定機構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的第二個因素是在機構(gòu)中分配各種運動副后去掉的自由度數(shù)（或加上的約束）。決定機構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的最后一個因素是矗氳加在機構(gòu)中的運動驅(qū)動。因此，機構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)＝（Ｎｕｌｌｋｓ×６）一（∑Ｊｏｉｎｔ。。ｔｍｉｎｔ。）一匹ＭｏｔｉｏｎＩｎｐｕｔｓ）。當(dāng)創(chuàng)建好一個運動副時，該值就會顯示在圖形區(qū)下面的提示欄中。在連桿或連桿間每創(chuàng)建一個運動副，該值均會減小，趨向于零。

Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)之所以被稱為近似值，是因為它沒考慮到機構(gòu)中所有影響約束的因素。ＡＤＡＭＳ解算器會考慮其他因素，包括運動副的連接、運動副的方向，并確定機構(gòu)的真正自由度。當(dāng)系統(tǒng)確定的自由度與顯示的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)不一致時，以系統(tǒng)確定的自由度為準(zhǔn)。

機構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)大于零就是欠約束（ＵｎｄｅｒＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ），表示機構(gòu)有運動的自由度，從而可以作真正的動力學(xué)分析。５６

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