UG三维模型中机械设计论文

摘要：随着计算机技术的发展，计算机辅助设计CAD技术应用于诸多设计领域，尤其是在机械设计及制造领域得到广泛应用，凭借计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的优势，可辅助设计及帮助修改，其便利性大大的增加了机械工程师的设计效率，提高了产品的质量。下面是小编精心推荐的《UG三维模型中机械设计论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

UG三维模型中机械设计论文 篇1：

机械设计中UG软件应用研究

摘要：在机械设计中，常见的三维机械设计软件品种繁多，各有侧重，如SoildWorks、ProE、Catia、UG等，设计人员应根据自身设计领域、设计要求合理选择适宜的设计软件。UG软件是三维设计软件中的优秀产品，在汽车制造、模具设计、机械设计等领域应用广泛，其造型灵活方便，曲面功能强大，集成了CAD、CAE、CAM等强大套件，可精确描述机械设计中各零件设计参数、运动仿真等参数。本文深入分析了UG软件各模块功能，并以压铸机取料手结构设计为例，详细分析零件建模、虚拟装配、运动仿真等过程，以期为机械设计研究提供有益参考。

关键词：机械设计;UG软件;CAD;CAE;CAM

UG软件（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的产品设计解决方案，可为用户产品设计和加工过程提供数字化造型和验证手段，可满足用户虚拟化产品设计、工艺设计需求及各种工业化需求。由于UG软件是一种交互式计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM）系统，其功能强大，可实现各种复杂实体和造型建构，能够为CNC加工、模具设计、二次开发设计等提供有效的设计平台。如基于UG软件刀具库选择初加工、半精加工、精加工等参数标准化，实现刀具轨迹延伸、缩短、修改等设计，并实现机械加工制造中按需设计。本文在研究UG软件设计内容和特点的基础上，研究了机械设计中UG软件CAD模块、CAM模块和CAE模块功能，并结合齿轮减速器设计分析了UG软件设计流程和设计内容，以期为机械设计中UG软件应用提供有益参考。

1 UG软件概述及特点

1.1 UG软件概述

UG软件是美国UGS公司研制的三维立体设计软件，是当前机械设计领域广泛应用的辅助设计、研究、制造软件。在机械设计领域中，UG软件可按需生成三三维模型，并可在机械设计中实现有限元分析，从而显著提高在机械设计的可靠性，为机械设计和数控机床加工、生产提供有力支持。同时，UG软件可面向多个领域提供多类型开发模块，支持多级用户开发。借助UG软件三维展示与设计，可实现产品造型设计、装配式仿真、运动仿真干预检查、运动轨迹干预检查等，可及时发现机械设计中的错误，确保机械产品设计精确。此外，借助有限元分析，可对机械零件设计是否满足设计要求进行判断，当设计满足设计要求时，可对产品设计进行二维设计和加工仿真验证，经验证合格后直接用以机械设备加工生产。当产品设计不满足设计要求时，可根据设计反馈信息修改设计方案调整后后进行有限元分析。通过UG软件应用，有效改善了传统的机械设计中仅能出具二维图纸或二维装配图且无法准确预测机械机构运行中各零件是否存在干涉、驱动力是否满足、运动部件行程是否达到要求等细节问题，防止机械设计中存在各种隐患和漏洞，提高机械设计的可靠性、准确性。

1.2 UG软件特点

UG软件具有显著的特点，主要体现在（1）设计界面交互，改善了其他设计方法的局限性，提高了机械设计效率;（2）软件操作界面可根据实际需求或个人偏好定制;（3）软件可需求自由定制工具条;（4）UG软件操作遵循动态交互原则，可通过简单操作设计对象实现机械设计;（5）实际设计中，设计人员点击操作次数显著减少，有利于提高设计速度和设计效率;（6）智能化操作效率高，可快速完成目标选择任务，节省大量设计时间。

2 UG软件在机械设计中的应用研究

在机械设计中，UG软件可根据其功能模块划分为CAD模块、CAM模块、CAE模块等。

2.1 CAD模块

CAD模块可实现设计文件的基本操作，包括文件的打开、查看、存储、着色、扩大、缩放、测量、分析、布局等操作。由于机械设计中零件设计具有一定的差异性，各零件设计方法、构造存在显著差异，但由于UG软件具有简单易学的阿特点，设计人员可根据实际需求选择工具栏内工具或命令完成不同零件的参数化操作。同时，由于参数化设计与对应命令之间存在一定的关联性，可快速、精准完成设计修改，并在设计修改后无需再调整关联设计即可自动调整，减少了关联调整步骤和操作，有效避免了因遗漏其他操作而造成机械零件设计错误，为设计人员集中精力进行零件设计提供了良好的条件，提高了机械零件设计的先进性和可靠性。

2.2 CAM模块

CAM模块主要面向机械设计提供多种功能加工模块，该模块可在一定条件下满足各级用户观察需求，观察内容包括刀具移动、图形编辑、图形修改等内容。同时，该模块包括多种加工和设计任务等程序，可实现的任务类型包括钻孔、攻丝等，功能菜单可根据用户实际需求修改或自定义菜单，可提高用户设计中零件粗、精加工操作，并为参数标准化提供支持。

2.3 CAE模块

CAE模块是一种高度集成化的实用工具模块，可在短时间内完成零件有限元处理，完成设计阶段零件设计有限元分析任务，并可通过设计优化得到高品质的设计产品，能够在保证产品设计质量的基础上进一步缩短机械零件设计时间。CAE模块可将零件设计模型转换为可用于有限元分析的工具，不仅可在设计模型上完成网格划分，还能够在特定条件下实现交互式划分，能够根据设计人员设计需求提供基本定义功能。在前后置处理完成后，CAE模块可将在有限元分析结果输出至以有限元为核心的解算器中并完成后续计算内容，在计算完成后以图形或动画形式输出设计结果，并可根据形式要求输出云图、等值线图等形式，可满足机械设计人员多元化需求。

3 基于UG软件的压铸机取料手结构设计

以某压铸机取料手结构设计为例，其设计过程为UG零件建模、虚拟装配、运动仿真等

3.1 零件建模

由于UG软件具有良好的实体建模功能，设计人员可根据零件外形绘制草圖，添加零件尺寸约束，并通过拉伸、旋转、扫面、放样、切分、倒角、布尔运算、抽壳等命令完成各零件设计（如图1所示），并在零件装配中及时发现零件设计中尺寸参数存在的冲突问题并予以修改。在取料手结构设计中，机械零件装置包括旋转装置、水平移动装置、竖直移动装置等，涉及的装置运动方式是电机驱动、齿轮齿条转动、皮带轮传动、气缸驱动等，需建模零件涉及机架、电机、气缸、齿轮、齿条、卡爪、直线导轨等，经绘制完成后放入取料手结构设计文件夹内（如图2所示）。

3.2 零件虚拟装配

UG软件提供了3种虚拟装配方法，包括自底而上的装配、自顶而下的装配、混合装配。

采用自底而上的装配方式时，先创建部件几何模型，再依次组合完成各零件装配，最后生成装配部件，完成整体装配。该方法是机械设计中最为常见的设计方法;采用自上而下的装配方式时，可在装配层上建立零件模型，并在建立其他零件设计的同时完成装配，即再装配文件中创建零件模型;采用混合式装配方式时，可根据装配设计需求灵活选择自底而上装配或自顶而下的装配方式。在该零件设计中采用混合式装配方式，在装置装配完成后对每个零件进行着色。以齿轮为例。齿轮装配方式包括面结合、对齐、定向三种约束条件，当约束条件不具备时无法完成齿轮啮合，需要在啮合齿轮上建立参考平面。建立参考平面时，先选中齿轮渐开线分度圆上一点，通过该点建立参考平面使其垂直于齿轮，即齿轮轮廓法线方向。并按相同方法在另一齿轮上设计参考平面，在两个参考平面上建立相对关系，即可实现齿轮的啮合。在虚拟装配过程中，如发现零件设计存在干涉或配合关系不合理的情况，应返回三维零部件状态修改，修改完成后继续进行虚拟装配，通过不断设计、装配、修改和完善，直至整个装配过程完成。

3.3 装置运动仿真

零件装配为系统后，需对装置运动轨迹进行分析，检查各零件运动轨迹和运动干涉情况，并通过三维动态仿真模拟真实的机构运动。动态仿真前，可对每个零件进行编号处理，并将每个零件按序设置为运动最小单元和副定义单元间运动，零件间的运动副主要包括旋转副、移动副、圆柱副、齿轮副等，完成运动副定义后可点击UG软件动画按钮观察零件运动轨迹，并借助Interference功能检查装置运动干涉，并可借助Aninmation选项获得运动过程速度、加速度等参数。在该装置运动仿真中，创建相对运动部件集合共计7个连杆，包括固定机架部分、水平横移部分、竖直部分、机械手水平旋转部分、机械手竖直旋转部分和卡爪开团部分，并按需加载模型材料特性，包括材料力学特性、弹性模量、泊松比、密度等参数，并根据装置机构动作设置运动副，包括滑动副、旋转副、齿轮副、齿轮条副，设置每个运动副时间函数，设计每个周期内完成所有运动参数。

3.4 添加机构载荷

在机构运动仿真后，为确保装置设计与真是的工程状态相符，可通过向机构添加一定的外载荷使其运动状态与真实状态相吻合。在取料手结构设计中，可在机构两连杆、运动副或连杆与机架之间添加机构载荷，用于模拟两个零件之间的弹性连接、模拟弹簧和阻尼状态，并对机构传动力、原动力等多零件之间的相互作用进行检查。

3.5 运动驱动、关键运动与运动仿真

运动驱动是装置产生运动的原动力。根据运动驱动形式可分为恒定驱动、 简谐运动驱动、运动函数、关节运动驱動等。取料手机构为低速机构，设计齿轮转速速率为10r/min即可满足装置功能需求。在设置运动驱动、关节运动和运动仿真时，需要设定的运动时间和解算步数越多，其分析结果越准确，但其花费的时间也越多。

3.6 仿真结果输出

运动仿真分析时，仿真结果输出生成一组数据表，可记录整个仿真过程中各零件位移、速度、加速度、受力等参数信息，仿真结果可以表格或图形形式输出，设计人员咋可根据输出结果分析装置设计成果。

4 结论

在机械设计中，虚拟设计是一种全新的设计理念，是当前技术革新的重要标志，UG软件高度集成了CAD、CAM、CAE等模块，具有强大的建模分析能力，可利用其装配功能可实现实现模拟装配、干涉检查、机构仿真等功能，能够及时发现机械设计中存在的错误，减少因设计错误造成的各种问题，缩短机械产品研发周期，并通过有限元分析、运动分析、运动仿真等功能对机械产品设计进行可靠性研究，对机械产品在质量和性能具有积极的促进作用。

参考文献：

[1]陈华.UG软件在工业产品设计中的应用[J].科技风，2019（27）：5-6.

[2]方芳.三维软件在机械加工中的应用[J].黑龙江科学，2017，8（08）：170-171.

[3]孙燕燕.UG软件在农业机械装置设计中的应用[J].农业科技与装备，2017（02）：26-28.

[4]朱小川.UG软件在建立机械电子产品三维设计平台中的运用[J].科技风，2015（05）：104.

[5]邓婕.浅谈UG软件在机械设计中的应用与研究[J].露天采矿技术，2012（02）：61-63.

[6]王灿.基于UG软件的机械零件设计研究[J].装备制造技术，2009（07）：35-37.

[7]郝喜海，林益平.UG软件及其在包装机械设计中的应用[J].包装与食品机械，2001（03）：26-28.

作者简介：涂祖蕾 性别：女 年月： 1978年9月 民族：汉族 籍贯：云南昭通 学历： 硕士研究生，职称：讲师   研究方向：机械制造及自动化

作者：涂祖蕾 高关胜

UG三维模型中机械设计论文 篇2：

计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用

摘要：随着计算机技术的发展，计算机辅助设计CAD技术应用于诸多设计领域，尤其是在机械设计及制造领域得到广泛应用，凭借计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的优势，可辅助设计及帮助修改，其便利性大大的增加了机械工程师的设计效率，提高了产品的质量。本文从机械设计及制造和计算机辅助设计CAD技术的基本概念进行探讨，深入分析了CAD技术在机械设计制造中的具体应用，其中包括计算机辅助设计CAD技术在机械制图中的应用、计算机辅助设计CAD技术准确使用图形及符号的应用、计算机辅助设计三维CAD技术在建模中的应用，以期能够给相关机械工作者提供借鉴和参考。

关键词：计算机辅助设计;CAD技术;机械设计;制造

0  引言

在新时期下，我国机械制造行业得到迅猛发展，同时，在计算机辅助设计CAD技术的普及和发展下，CAD技术在机械制造行业中得到广泛应用，给机械工程师提供了诸多便利的同时也保证了机械产品的质量，促进机械行业良性发展。

1  基本概述

1.1 机械设计及制造概述

机械设计及制造是对各种机械设计、机械设备、机械产品、机械生产的总称，其研究内容包括企业的机械产品、装备、制造、设计、运行控制到生产过程，机械设计以设计和制造为基础，随着科学技术的发展，计算机技术的普及下，计算机技术的运用提高了机械设计及制造水平，提高了机械制造产品的总体质量，机械行业得到迅猛发展。

1.2 计算机辅助设计CAD技术概述

计算机輔助设计就是计算机CAD技术，在20世纪60年代中，美国麻省理工大学提出了平面二维设计技术，随着CAD技术的发展与普及，其功能也越来越强大。当前，计算机辅助技术的概念重新定义，CAD技术指在设计过程中，利用计算机软件或者其他图形设备，辅助设计师进行设计[1]。CAD技术在发展中，主要应用于机械设计制造领域，同时在其他领域也有广泛的应用。CAD技术在机械设计制造中具有显著优势，工程师通过CAD软件可进行二维画图、图纸显示，在发展过程中，CAD技术能够完成对设计对象进行三维建模，如今还能够进行受力分析及运动仿真等，机械工程师根据CAD的分析，修改建模参数，达到设计方案的最优化。

2  计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的优势

2.1 辅助设计

在机械设计及制造起始阶段，工程师需要利用想象力虚构机械产品的大致轮廓，但是，由于人思维能力的限制，往往大脑中虚构的轮廓并不能真实的反映出产品的构造，其可行性也有待验证。因此，机械工程师利用CAD技术绘出零件图形，充分展示出机械产品，同时，许多工程师也利用三维CAD技术建模，展示出零件的实体形状，辅助工程师进行设计，为工程师提供更多想象空间，促进思维能力的提升。此外，CAD技术绘制图纸和模型速度与传统制图方式比较，具有绘制速度快的优势，因此，机械工程师利用CAD技术可减少时间的浪费，快速满足设计要求，提高设计和产品的质量[2]。

2.2 方便修改

传统的机械绘图方式是人为的在图纸上用手工绘制，绘制周期长，修改难度大。通过计算机辅助设计CAD技术，只需要提供机械产品的详细参数，就可快速绘制新的机械零件，在设计中出现问题时，工程师可针对问题，及时利用CAD技术修改图纸，完成后续纠正工作。设计完成后，还可以通过回放功能，查看在零件设计过程中的详细操作步骤，设计程序全程透明化。除此之外，数控加工技术逐渐与CAD技术的有效融合，更加凸显机械设计及制造中CAD技术的优越性，帮助工程师快速掌握待加工产品的特征，第一时间发现产品问题，工程师利用CAD技术进行修改，使机械产品投入生产制造。

3  CAD技术在机械设计制造中的具体应用

3.1 计算机辅助设计CAD技术在机械制图中的应用

在机械设计及制造中，机械零件的制造者需要利用机械图纸来进行工作生产指导，机械图纸的绘制者是机械设计的重要环节，在机械设计及制造中占重要地位，图纸的准确性决定了加工制造零件产品的质量。通常，机械图纸是由机械设计工程师绘制完成，在计算机CAD技术未普及的情况下，机械工程师采用传统的设计和制图方式，机械工程师在脑海里先构造零件的轮廓，接着采取手绘的形式，将一个或多个零件的各个参数通过图纸展现出来。其绘制难度大，工作量大，尤其是针对复杂的装配图，有的需要很长时间来完成，甚至要有若干个工程师共同辅助完成，而且极容易发生误差，影响整个设计进程，耽误零件的生产制造，进而导致企业生产率低下，生产成本高。计算机辅助设计CAD技术的普及和发展，CAD技术广泛应用于机械设计制造中，机械工程师利用CAD软件绘制图形，对图形进行任意编辑和修改，根据产品的制造具体需求，CAD软件还可以修改和调整图形参数，完成图形的三视图及剖视等各项工作，最后，CAD软件帮助标注图纸参数，可准确进行文字编辑、装配标注等，在机械工程师反复修正下，完成电子版文件，机械工程师可通过拷贝电子版文件完成对机械制图的审核及确认工作，同时，也可打印成纸质版图纸，交由制造者按照图纸准确制造。由此可见，计算机辅助设计CAD技术已经广泛应用于机械设计及制造中，在具体的绘制图纸中，保证绘制的速度和质量，确保机械制图的准确性，提升工作效率的同时，对提高企业生产效率，减少企业成本具有重要作用[3]。

3.2 计算机辅助设计CAD技术准确使用图形及符号

在机械设计及制造中，在机械设计手册中有明确的规定，为了起到简化的作用，通常利用规定的图形或符号表达机械部件的特点。以往的传统机械制图中，由于机械工程师水平参差不齐，工程师不能准确的使用图形和符号表达机械部件特点，机械图纸在传阅过程中往往出现歧义[4]。而计算机辅助设计CAD技术的应用，机械工程师可在软件中利用其功能绘制表格、构建图形及插入符号，该软件中明确了功能符号及图形的含义，统一了机械设计的标准，帮助工程师快速选择图形符号，准确了解图形符号的基本含义，保证使用的准确无误，避免不同机械工程师使用符号不规范的问题，避免因图形符号理解有误造成的歧义。

3.3 计算机辅助设计三维CAD技术在建模中的应用

机械建模处理是机械设计制造中的重要环节，是机械工程师重要工作之一，传统的机械制图中并不包含三维建模技术，这是在计算机辅助设计CAD技术广泛发展后的重要成果。侠义上三维CAD技术是Autodesk公司开发制作的AutoCAD软件，该软件中包含二维CAD软件和三维CAD软件。在广义上，三维CAD不局限于Autodesk公司开发制作的AutoCAD软件，指计算机辅助设计三维设计的同类软件，其中有CATIA、Solidworks、UG、国产三维CAD软件SINOVATION等。在本文中三维CAD技术以广义上的定义为准，机械工程师在设计机械零件及装配之前，需要在脑海中构想零件的基本结构，三维CAD技术的广泛应用，给机械工程师在创新设计中提供了极大的便利。机械工程师通过三维CAD软件准确绘出机械产品的实体模型，更能够通过实体模型进行参数的修改，满足产品的需求。

计算机辅助三维CAD技术能够快速准确的建立三维模型，同时其软件包含多种便利功能，有立方体、曲面、圆柱体等多种建模体系，机械工程师在设计中，将多种建模模型根据与、或、非的逻辑进行选择性构造，完成单个零件产品的设计。此外，三维CAD技术完成不同的零件图后，还可以利用模块自带装配功能，完成对该零件的组合，制作成三维装配图，为了更清晰表达装配的结构，还可以根据需求设置爆炸视图[5]。还有的三维CAD软件包含了动画制作过程，可以让装配后的零部件进行动画演示，让整个效果更加清晰明了，完整反映出整個机械产品的全貌。

同时，为了方便使用，对于很多过于复杂的机械零件，机械工程师也可先绘制零件的二维图，借助计算机辅助设计三维CAD零件图，将二维CAD图转换为三维CAD图，完成三维建模。此外也可反向操作，利用绘制好的三维CAD零件图，智能转换为二维图纸，同时能自动生成标注，制作成dwg格式文件，保证在诸多软件中都能够使用。如在复合模具的设计和制造中，复合模具设计的质量直接决定了复合模具冲压后毛坯料的成型，若复合模具在制造中的设计图纸与复合模具实体存在差异，就会致使整个生产制造过程失败，浪费大量成本与时间，针对这一问题，应用计算机辅助设计CAD技术完成三维建模，将三维建模与装配图纸进行对比，分析可能存在的问题，发现其中的误差，减少出现返工的问题，提高企业的生产制造效率。

4  结束语

综上所述，计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中具体应用与机械制图、准确使用图形符号于三维建模中，能够有效提高机械产品生产质量，缩短制造周期，促进机械行业良性发展。在未来，随着计算机技术的持续发展，CAD技术在机械行业中发挥的作用将进一步提升，推动我国机械行业的发展。

参考文献：

[1]杨明阳.计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用[J].中国设备工程，2019（03）：196-197.

[2]赵金玉.计算机三维辅助软件在机械设计中的应用[J].内燃机与配件，2019（18）：261-262.

[3]王治海.CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展探讨[J].四川水泥，2016（12）：109.

[4]赵立勋.三维CAD软件在机械设计与制造中的应用分析[J].中国设备工程，2017（19）：147-148.

[5]张烨，金君鑫.CAD技术在机械工程设计中的发展与应用[J].工业设计，2015（09）：161，167.

作者简介：武承晨（1990-），男，江苏常州人，本科，助理工程师，研究方向为机械制造。

作者：武承晨

UG三维模型中机械设计论文 篇3：

运用机械动力学软件ADAMS进行辅助教学的研究

摘 要： 本文阐述了利用机械动力学软件ADAMS进行辅助教学的主要过程：在分析机械手抓取机构的工作原理的基础上，运用理论力学基础对它做受力分析，得出输入力和输出力之间的关系公式。运用专业三维设计软件UG建立三维模型，通过PARASOLID传输标准将三维模型导入专业仿真软件ADAMS中。对其进行仿真分析，对比仿真实验数据与理论数据。最后建立合适的变量对模型进行优化处理。

关键词： 机械类课程教学 机械手抓取机构 ADAMS软件 仿真分析

在机械类课程教学中，往往由于在课堂上没有机械设备的实物，导致教学缺乏直观性。由于目前的一线教学条件及场所的限制，各学校也很难在课堂上配备机械设备的实物。鉴于此，我们可以借助现代化多媒体教学手段，充分利用机械设计、仿真等软件，从而改变现状。以机械手抓取机构的教学为例，在教学过程中灵活运用机械动力学仿真软件ADAMS来讲解其运动及受力特征，效果很好。

机械手（图1）是模仿人手工作的机械，它可将工件或工具按预定程序自动地送到所需要的位置。推广使用机械手，可以提高劳动生产率，保证产品质量。改善工人劳动条件是实现生产自动化的有效途径之一。抓取机构是机械手的主要部件之一，它直接用来抓取工件或操纵工具［1，2］。

由于工件或工具的形状、大小、重量等不同，抓取的方式也不同，抓取机构可分为手爪式、真空吸盘式和电磁吸盘式三种类型。本文以手爪式抓取机构作为研究对象，其结构如图2所示。研究的整体过程可分为力学计算，UG建模、装配、定义连杆，导入ADAMS，加约束添加驱动，运动仿真及后置处理，优化模型，等等［３］。

1.抓取机构力学分析

整个机构（图3（a））是沿中心平面对称的，所以在力学分析过程中取左连杆和左手指为对象（图3（b））。对左连杆对象而言为二力杆件［4］，如图3（c）所示，沿杆线力平衡，则有公式：

2.仿真分析

2.1 虚拟样机技术及ADAMS软件

虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology）是当前设计制造领域的一门新技术，涉及系统动力学、计算方法与软件工程学等学科。它利用软件建立机械设计系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件，它使用交互式图形软件环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷，以及计算有限元的输入载荷，等等［5,6］。本文的研究载体即为ADAMS软件。

2.2 模型建立

ADAMS软件在动力学分析及后置处理有着非常强大的功能，但其造型能力相对较差。对本文机构可采用专业三维设计软件完成，考虑和ADAMS做联合仿真时，优先选择UG软件。主要是这两款软件都支持Parosolid标准，且在UG的运动仿真模块任何一步骤均可以直接导出ADAMS的.cmd文件，可做到无缝对接。在做两者联合建模仿真时最好均采用英文界面，这样可大大减少错误［7］。

在UG中的抓取机构的造型如图4所示，导入ADAMS软件中的模型如图5所示。采用在UG中造型后，添加连杆（UG中把运动单元称为连杆）后导入ADAMS中，再在ADAMS中添加约束完成后续的仿真分析。

2.3 仿真分析

对其施加约束，进行动力学分析。首先在大地和机架之间添加固定副，使大地和机架形成一体。然后再分别添加各连杆之间的运动副：在导杆与机架之间添加移动副，导杆分别与左、右连杆之间添加旋转副，左连杆与左手指添加旋转副，右连杆与右手指之间添加旋转副。同时在左右连杆之间添加一个弹簧，实际物理样机是不存在这个弹簧，在此虚拟样机中的目的是测量抓取力量。最后在导杆与机架之间添加的移动副上添加驱动力驱动。暂定驱动力取700N。

在ADAMS的Build菜单建立模型中的两个角度α+β、α随时间的变化曲线，如图6所示。为后续的验证工作做准备。

（b）角度α随时间的变化曲线

图6 角度α+β、α随时间的变化曲线

在ADAMS的后置处理模块中生成弹簧力随时间的变化曲线，如图7所示，通过曲线查找得弹簧力为1663N。

利用ADAMS的Fuction Buider功能建立式（4）的表达式，并生成公式中f力曲线，如图8所示。通过曲线查找得弹簧力为1650 N。

通过对比发现，公式计算的输出力值1650N与虚拟样机仿真实验的输出力1663N基本重合，这其中误差还包含了样机的本身重力等影响。由此可见，仿真实验数据的可靠性很高，完全可用仿真分析来代替繁杂的计算过程，节省大量的设计计算时间。

3.优化

通过更改模型中机构的几何位置、尺寸等来细化模型。但从该虚拟样机的三维模型中，可清晰地看到机构左右成对称，若要对其细化，最好是更改沿其对称轴线上的几何关系。鉴于此，选择更改导杆与左右连杆的旋转副作用点位置，来细化模型。观察在不同位置时机构输出力的变化及跟随的两个角度α+β、α的变化。

在虚拟样机中设置导杆与左右连杆的旋转副作用点的竖直方向Y坐标为变量DV_1，以此来模型细化处理。分别得到五种不同坐标下的角度变化曲线如图9所示，弹簧力变化曲线如图10所示。

通过图10可以发现，随着坐标值增大输出力增大，由此可得出在其他条件不变的情况下，将导杆与左右连杆的旋转副作用点向上提高即可增大输出力，具体增大量可参照图10。

4.结语

机械手在工业生产中的运用非常广泛，所涉及的专业也相当多。本文仅对其中的一小部分抓取机构作虚拟样机分析，通过分析其理论力学上输入力与输出力的关系，在ADAMS中对其进行分析，发现虚拟样机实验中的力关系与理论力关系基本吻合，这样就对后续的研究分析提供了可靠性。在后续的研究开发过程中可对样机添加材料特性、惯性矩等，进一步与物理样机靠近。虚拟样机技术的应用大大缩短了抓取机构的设计研发周期，降低了产品生产成本，为抓取机构的设计提供了一个高效的开发途径［8］。

参考文献：

［1］孙恒，陈作模.机械原理［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］焦振学.先进制造技术［M］.北京：北京理工大学出版社，2001.

［3］葛晓忠，詹葵华，钟克.基于UG的平面连杆机构的运动分析与应用［J］.东华大学学报，2008，（6）：332－334.

［4］哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［5］王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践［M］.西安：西北工业大学出版社，2002.

［6］郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门及提高［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［7］范勤，何丽君.基于ADAMS的卧卷夹钳虚拟样机建模及动力学仿真［J］.起重运输机械，2008，（5）：55－58.

［8］谢方伟，李柄文.虚拟样机技术在减速器设计中的运用［J］.煤矿机械，2008，（1）：166－168.

徐燕（1981-），女，江苏溧阳人，助理讲师，硕士（在研），主要从事金属切削加工与数控技术的教研工作。

作者：徐燕 申如意 赵钱