本文關(guān)鍵詞：基于UG的擠壓鑄造模具設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)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(shí)際情況而省略：；圖５—６連桿創(chuàng)建對(duì)話(huà)框Ｍａｓｓ項(xiàng)；（１）選擇連桿特性的幾何模型；該選項(xiàng)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(gè)可選項(xiàng)，當(dāng)不關(guān)心反作用力時(shí)，可以忽；沒(méi)有質(zhì)量的連桿有純線(xiàn)框?qū)ο蠹盁o(wú)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(shí)際情況而省略：

圖５—６連桿創(chuàng)建對(duì)話(huà)框Ｍａｓｓ項(xiàng)

（１）選擇連桿特性的幾何模型

該選項(xiàng)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(duì)話(huà)框?qū)@示連桿的默認(rèn)名字，格式為Ｌ００１、Ｌ００２、…ＬＯＯｎ。在選擇連桿特性的幾何模型時(shí)，對(duì)象不能與多個(gè)連桿相關(guān)，例如，一旦一個(gè)對(duì)象被選擇并成為一個(gè)連桿的一部分，它不能再次被選中而成為另外一個(gè)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(gè)可選項(xiàng)，當(dāng)不關(guān)心反作用力時(shí)，可以忽略質(zhì)量特性。而當(dāng)需要分析反作用力或作動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，必須為每個(gè)連桿輸入質(zhì)量特性，包括質(zhì)量、質(zhì)心和慣性矩。

沒(méi)有質(zhì)量的連桿有純線(xiàn)框?qū)ο蠹盁o(wú)厚度的片體。根據(jù)連桿中的實(shí)體，系統(tǒng)可以按默認(rèn)設(shè)置自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量特性。在大多數(shù)情況下，這些默認(rèn)計(jì)算值可以生成精確的計(jì)算結(jié)果。盡管如此，在某些情況下，用戶(hù)必須人工輸入質(zhì)量特性，而不能接受系統(tǒng)默認(rèn)值。自定義值包括：質(zhì)量（Ｍａｓｓ）、慣性矩（Ｉｎｅｒｔｉａ）、初始移動(dòng)速度（Ｉｎｉｔｉａｌ

ＲｏｔａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙ）。ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙ）和初始轉(zhuǎn)動(dòng)速度（Ｉｎｉｔｉａｌ

（３）設(shè)置連桿的慣性力

在定義慣性矩?cái)?shù)值前，必須先確定慣性矩的原點(diǎn)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。

武漢理１：人學(xué)碩士學(xué)位論文

（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(xiàng)均為可選項(xiàng)，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(shí)，就必需對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改，ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ中該項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)運(yùn)動(dòng)模型管理模塊中的運(yùn)動(dòng)模型部件編輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)模型管理模塊中的ＥｄｉｔＭｏｔｉｏｎＯｂｊｅｃｔ圖標(biāo)，將彈出一個(gè)“類(lèi)選擇”對(duì)話(huà)框，要求選擇將要進(jìn)行編輯的部件。將“類(lèi)選擇”對(duì)話(huà)框的選擇類(lèi)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(duì)話(huà)框，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的編輯與連桿建立時(shí)的參數(shù)設(shè)置操作完全相同。

５．５．３．２創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副

在運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建前，機(jī)構(gòu)中的連桿是在空中浮動(dòng)的，沒(méi)有約束，具有６個(gè)自由度（ＤｅｇｒｅｅＯｆＦｒｅｅｄｏｍ，ＤＯＦ）：沿ｘ、Ｙ、ｚ軸方向的移動(dòng)以及繞ｘ、Ｙ、ｚ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建后，會(huì)約束一個(gè)或幾個(gè)運(yùn)動(dòng)（移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)）自由度。運(yùn)動(dòng)副的作用就是允許所需的運(yùn)動(dòng)和限制不要的運(yùn)動(dòng)。

１．運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型

ｕＧ運(yùn)動(dòng)分析模塊提供了１２種運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型，分為兩大類(lèi)：普通類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副８種（旋轉(zhuǎn)副、滑動(dòng)副、球面副、柱面副、平面副、萬(wàn)向節(jié)、點(diǎn)在線(xiàn)上副和線(xiàn)在線(xiàn)上副），特殊類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副４種（螺旋副、線(xiàn)纜副、齒輪／齒條副和齒輪副）。普通類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副是獨(dú)特的，它只與自身有關(guān)。而特殊類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副是在兩個(gè)普通類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副之間定義了特殊關(guān)系的運(yùn)動(dòng)副，它允許兩個(gè)普通類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)副一起工作完成特定的功能（如旋轉(zhuǎn)副＋滑動(dòng)副＝螺旋副）。以下是幾種常用運(yùn)動(dòng)副：

（１）旋轉(zhuǎn)副

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

一個(gè)旋轉(zhuǎn)副去掉５個(gè)自由度，可以定義一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(gè)連桿、定義第一個(gè)連桿的原點(diǎn)５３

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

（２）滑動(dòng)副

滑動(dòng)副連接兩個(gè)互相接觸并保持著相對(duì)滑動(dòng)的連桿，有一個(gè)自由度，連桿之間不允許自由轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖５—７（ｂ）所示�；瑒�(dòng)副可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)部件相對(duì)于另一部件的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，它有兩種形式：一種是滑塊為一個(gè)自由滑塊，在另一部件上產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；另一種為滑塊連接在機(jī)架上，在靜止表面上滑動(dòng)。一個(gè)滑動(dòng)副去掉５個(gè)自由度，可以定義一個(gè)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)的正方向是ｚ軸正向�；瑒�(dòng)副的創(chuàng)建步驟與旋轉(zhuǎn)副相同。

（３）柱面副．

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

２．運(yùn)動(dòng)副的建立

在建立了一個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景和設(shè)置了連桿特性后，可以開(kāi)始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建的操作。ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ中各種運(yùn)動(dòng)副的建立方法都是類(lèi)似的。點(diǎn)擊連桿特性和運(yùn)動(dòng)副模塊中的運(yùn)動(dòng)副（Ｊｏｉｎｔ）按鈕后，將彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框要求用戶(hù)選擇運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型，如圖５—８所示。當(dāng)用戶(hù)選擇不同的運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型后，，該對(duì)話(huà)框?qū)?huì)發(fā)生變化。

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武漢理１ｊ大學(xué)碩士學(xué)位論文

建立運(yùn)動(dòng)副的一般步驟如下

圖５—８創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副對(duì)話(huà)框ＦｉｒｓｔＬｉｎｋ項(xiàng)

該步驟選擇將要進(jìn)行連接的第一個(gè)連桿。

在圖５—８中，如果ＳｎａｐＬｉｎｋｓ（捕捉連桿）選項(xiàng)空置，則該連桿將要與機(jī)架連接在一起。ＳｎａｐＬｉｎｋｓ選項(xiàng)作用是：選中這個(gè)單選項(xiàng)后，用戶(hù)所設(shè)黃的運(yùn)動(dòng)副為兩個(gè)連桿之間的連接，對(duì)話(huà)框要求設(shè)置運(yùn)動(dòng)副在各個(gè)連桿上的相關(guān)參數(shù)；空置該單選項(xiàng)時(shí)，用戶(hù)所設(shè)置的運(yùn)動(dòng)副為連桿與假象的機(jī)架之間的連接，只需設(shè)置運(yùn)動(dòng)副在這個(gè)連桿上的參數(shù)即可。

（２）ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＯｎＦｉｒｓｔＬｉｎｋ

在圖形窗口中選擇將要進(jìn)行連接的第一個(gè)連桿后，第二步圖標(biāo)將會(huì)被自動(dòng)激活，同時(shí)“創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副”對(duì)話(huà)框中的ＥｄｉｔＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ選項(xiàng)被激活，系統(tǒng)在該對(duì)話(huà)框中自動(dòng)顯示點(diǎn)創(chuàng)建的方式，引導(dǎo)用戶(hù)設(shè)置運(yùn)動(dòng)副在第一個(gè)連桿上的位置和方向。

運(yùn)動(dòng)副的位置是指兩個(gè)連桿連接或者連桿與機(jī)架連接時(shí)關(guān)節(jié)點(diǎn)的所在，連桿將在此點(diǎn)與機(jī)架或者連桿相連接。而不同的運(yùn)動(dòng)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(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，移動(dòng)副的方向指的是連桿平移的方向。

（３）ＳｅｃｏｎｄＬｉｎｋ

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

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（４）ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＯｎＳｅｃｏｎｄＬｉｎｋ

在圖形窗口中選擇了將要進(jìn)行連接的第二個(gè)連桿后，第四步圖標(biāo)將會(huì)被自動(dòng)的激活。與運(yùn)動(dòng)副在第一個(gè)連桿上參數(shù)的設(shè)置方法類(lèi)似，該步可以完成運(yùn)動(dòng)副在第二個(gè)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(yùn)動(dòng)副還包括設(shè)置運(yùn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力、設(shè)定運(yùn)動(dòng)副顯示比例、確定運(yùn)動(dòng)副名稱(chēng)等。

運(yùn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力是給運(yùn)動(dòng)副設(shè)景的初始的外在驅(qū)動(dòng)，是該連桿運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，在該選項(xiàng)的下拉菜單中列出了ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ給用戶(hù)提供的四種驅(qū)動(dòng)力的類(lèi)型；設(shè)定運(yùn)動(dòng)副顯示比例用于設(shè)置運(yùn)動(dòng)副在圖形窗口中象征符號(hào)顯示的大小，設(shè)置合適的顯示比例可以使用戶(hù)更好的查看兩個(gè)零件之間的連接關(guān)系；用戶(hù)可以直接在文本輸入框中輸入將要?jiǎng)?chuàng)建的運(yùn)動(dòng)副的名稱(chēng)，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(jī)架或另一連桿連接起來(lái)了。

５．５．３．３６ｒｕｅｂＩｅｌ＂數(shù)

機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副約束和自由度的概念即是機(jī)構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)。

一個(gè)機(jī)構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)是存在于機(jī)構(gòu)中的總的運(yùn)動(dòng)自由度（ＤＯＦ）的近似值。機(jī)構(gòu)中每個(gè)連桿擁有６個(gè)自由度，每個(gè)機(jī)構(gòu)的初始Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)（分配運(yùn)動(dòng)副之前）是連桿數(shù)量的６倍。它是決定機(jī)構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的首要因素。決定機(jī)構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的第二個(gè)因素是在機(jī)構(gòu)中分配各種運(yùn)動(dòng)副后去掉的自由度數(shù)（或加上的約束）。決定機(jī)構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)的最后一個(gè)因素是矗氳加在機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。因此，機(jī)構(gòu)Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)＝（Ｎｕｌｌｋｓ×６）一（∑Ｊｏｉｎｔ。。ｔｍｉｎｔ。）一匹ＭｏｔｉｏｎＩｎｐｕｔｓ）。當(dāng)創(chuàng)建好一個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)，該值就會(huì)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(gè)運(yùn)動(dòng)副，該值均會(huì)減小，趨向于零。

Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)之所以被稱(chēng)為近似值，是因?yàn)樗鼪](méi)考慮到機(jī)構(gòu)中所有影響約束的因素。ＡＤＡＭＳ解算器會(huì)考慮其他因素，包括運(yùn)動(dòng)副的連接、運(yùn)動(dòng)副的方向，并確定機(jī)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(shí)，以系統(tǒng)確定的自由度為準(zhǔn)。

機(jī)構(gòu)的Ｇｒｕｅｂｌｅｒ數(shù)大于零就是欠約束（ＵｎｄｅｒＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ），表示機(jī)構(gòu)有運(yùn)動(dòng)的自由度，從而可以作真正的動(dòng)力學(xué)分析。５６

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