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1、基于UG的轴向柱塞泵运动仿真摘要：随着液压传动与控制技术的不断发展,对轴向柱塞泵的性能提出了更高的要求。为研究、设计和开发高性能的轴向柱塞泵,单纯运用传统的物理实验法,费工费时,变更参数或条件困难,有时甚至无法实现。若采用通常的理论分析法,由于有很多非线性因素需要考虑,其过程繁琐复杂,结果不够直观。近年来出现的UG运动仿真技术为精确的仿真研究这类非线性复杂系统提供了有效的手段。 论文对UG仿真技术的相关知识、轴向柱塞泵的结构、工作原理的基础知识进行了介绍;在CAD软件建立了轴向柱塞泵各零件模型和装配模型。对其物理模型进行了运动仿真,验证了仿真计算的正确性和可行性,可以运用虚拟样机技术开发轴向柱
2、塞泵的新产品。本文主要是结合实际例子介绍基于UGNX6.0的运动仿真功能如何应用于三维实体模具设计过程。 关键词：轴向柱塞泵，UG运动仿真轴向柱塞泵轴向柱塞泵是活塞或柱塞的往复运动方向与缸体中心轴平行的柱塞泵。轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。由于柱塞和柱塞孔都是圆形零件，加工时可以达到很高的精度配合，因此容积效率高，运转平稳，流量均匀性好，噪声低，工作压力高等优点，但对液压油的污染较敏感，结构较复杂，造价较高。图1 90系列轴向柱塞泵结构图轴向柱塞泵的工作原理 轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上,并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一
3、种泵。轴向柱塞泵有两种形式,直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式),如图3-23所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理,这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度,柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上(图中为弹簧),配油盘2和斜盘4固定不转,当原动机通过传动轴使缸体转动时,由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图3-23中所示回转方向,当缸体转角在2范围内,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容积增大,通过配油盘的吸油窗口吸油;在0范围内,柱塞被斜盘推入缸体,使缸孔容积减小,通过配油盘的压
4、油窗口压油。缸体每转一周,每个柱塞各完成吸、压油一次,如改变斜盘倾角,就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量,改变斜盘倾角方向,就能改变吸油和压油的方向,即成为双向变量泵。图323轴向柱塞泵的工作原理1缸体2配油盘3柱塞4斜盘5传动轴6弹簧配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度l应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度l1。但不能相差太大,否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽,以减小冲击和噪声。斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角,传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结,当传动轴转动时,通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动,并迫使柱塞在缸体中作往复运
5、动,借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大,泵的强度较高,但和上述直轴式相比,其结构较复杂,外形尺寸和重量均较大。轴向柱塞泵的优点是:结构紧凑、径向尺寸小,惯性小,容积效率高,目前最高压力可达40.0MPa,甚至更高,一般用于工程机械、压力机等高压系统中,但其轴向尺寸较大,轴向作用力也较大,结构比较复杂。UGNX自带的机构运动分析模块MOTION提供机构仿真分析和文档生成功能，可在UG环境定义机构，包括铰链、连杆、弹簧、阻尼、初始运动条件、添加阻力等，然后直接在UG中进行分析，仿真机构运动。设计人员可以分析反作用力、图解合成位移、速度、加速度曲线，反作用力可输入有限元分析。采用UG
6、NX自带的机构运动分析模块MOTION提供机构的仿真分析功能可以极其方便的对设计方案进行模拟、验证、修改、优化，彻底改变传统机械设计方案需要组织研究团队进行复杂设计计算，制造物理机验证结果的冗长过程，缩短生产周期，节约设计成本。一旦熟练的掌握了此方法，就可以在极短的时间内给出完整且极具说服力的设计方案。接下来本文将结合模具实例介绍三维实体模具实现运动仿真的简单过程。图1是一套拉延模具的三维示意图。第一步：数据准备阶段在进行运动仿真模拟之前我们需要对已经设计好的三维模具进行简单的数据整理：由于模具设计工程师大都习惯按照最终工作状态来开展设计，然而进行运动仿真时我们一般都习惯于从非工作状态开始进行
7、。这步操作很简单：假设这套模具在非工作状态所有的上模内容需要沿着Z轴正方向移动1000mm，压边圈组件的工作行程是120mm(需要沿着Z轴正方向移动120mm)。那么我们按着要求移动相关实体模型到指定位置即可。移动前后效果见图1和图2。 图1 模具工作状态 图2 模具非工作状态(打开状态)第二步：进入运动仿真模块数据准备完成以后我们首先要进入运动仿真模块才能进行相关操作。按照图3依次选择：起点-Motion Simulation即可。 图3 进入运动仿真模块操作界面第三步：设置连杆机构新建一个仿真：右击运动导航器(Motion Navigator)上装配文件名,选择New Simulation
8、.在随后出现的对话框中直接选择确定。(如图4所示) 图4 新建仿真操作界面接下来用鼠标右击Motion1,选择新连杆(如图5所示)。在接下来弹出的对话框中的名称栏位输入xmzj，同时将“固定连杆”选项前方框中打上对号(如图6所示)，选中图7所示的所有三维实体后点击确定。(此部操作目的是将下模组件中的所有三维实体设置成1个相对地固定的连杆机构) 图5 新建连杆操作界面1 图6 新建连杆操作界面2用同样的方法将图8所示的所有三维实体设置成名称为smzj的连杆机构，不过值得注意的是需要确认“固定连杆”选项前方框中不可以打上对号。用同样的方法将图9所示的所有三维实体设置成名称为ybqzj的连杆机构，需
9、要确认“固定连杆”选项前方框中不可以打上对号。 图7 xmzj连杆机构所包含的三维实体示意图 图8 smzj所包含的三维实体示意图 图9 ybqzj所包含的三维实体示意图截止现在所有的连杆机构已经设置完成。第四步：设置运动副按照如图10所示用鼠标右击Joints,然后依次选择：新建滑动副，在随后弹出的对话框中(如图11所示)的“名称”栏位输入“xmzj-yundong”，将方位设置成“-Z”方向，同时需要选中前面设置好的“xmzj” 连杆机构。然后需要在“驾驶员”选项卡的下拉菜单中选中“关节运动”。 图10 新建运动副引导页面 图11 新建运动副操作界面同样按照如图10所示用鼠标右击Joint
10、s,然后依次选择：新建滑动副，在随后弹出的对话框中(如图11所示)的“名称”栏位输入“ybqzj-yundong”，将方位设置成“-Z”方向，同时需要选中前面设置好的“ybqzj” 连杆机构。然后需要在“驾驶员”选项卡的下拉菜单中选中“关节运动”。截止现在所有的运动副已经设置完成。第五步：建立解决方案按照如图12所示用鼠标右击Motion1,然后依次选择：新建解决方案，将随后弹出的“解决方案”对话框中的“解决方案类型”设置为“关节运动”(如图13所示)。 图12 新建运动副引导页面 图13 smzj所包含的三维实体示意图第六步：对已经设置好的仿真求解在主菜单依次选择分析Motion解算，在随后弹出的对话框中按照图14进行设置，设置完成以后点击“单步前进按钮”，接着按照图15进行设置，设置完成以后点击“取消”退出“关节运动”对话框。 图14 “关节运动”对话框1图15 “关节运动”对话框2第七步：享受设置取得的成果在主菜单依次选择分析Motion动画，在随后弹出的对话框中点击“播放”按钮即可享受一场从未见过的视觉盛宴。同时我们还可以在画面中动态测量某两个点的距离变化;查看运动过程中的干涉情况;可以设置成运动过程中如果遇到干涉情况停止运动;可以求出某些关键点的运动轨迹等。(如图16所示) 图16 “动画”对话框
