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摘要：应用UG软件对胶印机离合压机构进行了建模与虚拟装配。基于UG的运动学模块，讲述了创建运动仿真的过程。运用运动学模块中的测量功能，给出一种分析滚筒间中心距的方法。
关键词：胶印机； 离合压机构；运动仿真；UG
引言
UG是集CAD／CAE／CAM 于一体、面向制造业的高端软件，广泛应用在机械设计、工程仿真和数字制造等领域。其运动分析模块(Scenario For Motion)可用于建立运动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中构件的位移、速度、加速度、力及力矩等。离合压机构是胶印机上完成图像转移、实现印刷工艺过程的关键机构，其橡皮滚筒与印版滚筒中心距及橡皮滚筒与压印滚筒中心距是重要的尺寸参数，准确地调节和设定滚筒间中心距才能获得理想的印刷压力 ]。通常分析滚筒间中心距的方法有作图法及计算机辅助编程法。由于在该机构中存在诸多调节环节，如支撑座滚轮的调节、摆杆机构中撑牙的调节以及凸轮和轴承套的不规则外形，使得用上述方法进行分析时，计算及编程的工作量较大，给该机构的分析带来诸多不便。应用UG软件分析，若要了解零、部件处于不同位置时的参数值，只需改变装配模型中零、部件的装配尺寸，便会自动链接到运动分析模型中，运行运动仿真，便可得到需要的结果。本文以某胶印机的机械“三点支撑式”离合压机构为例，应用UG软件对该机构进行建模与仿真分析。
1 “三点支撑”式离合压机构
“三点支撑式”离合压机构简图[3 见图1。其工作原理是通过改变橡皮滚筒12与印版滚筒13及橡皮滚筒与压印滚筒1O间的中心距，实现滚筒间的分离与接触。图1中印版滚筒轴o 与压印滚筒轴o。通过滚动轴承安装于墙板孔中，滚筒轴的轴心位置保持不变。橡皮滚筒轴o，安装于滚动轴承中，滚动轴承安装于轴承套15的孔内，轴承套由两个固定支撑座滚轮部件14、16及一个浮动支撑滚轮部件11支撑来确定其中心位置。由于轴承套的外轮廓设计成特殊的轮廓曲线，当轴承套沿支撑滚轮转动时，使得橡皮滚筒轴轴心位置发生变化，起到改变滚筒间中心距的目的。合压时，合压凸轮及连杆机构带动轴承套作逆时针转动，使橡皮滚筒依次与印版滚筒和压印滚筒相接触。离压的过程则相反。 （图片） 由上述知，滚筒间中心距的改变主要由轴承套中心位置改变，使得安装于其孔中的轴承及橡皮滚筒轴轴心位置发生变化。滚筒间中心距尺寸变化主要由轴承套外轮廓尺寸决定。当需对机器进行调试或当印刷纸张厚度发生变化时，还可通过转动支撑座滚轮上的偏心轴来实现中心距的微调。图2为支撑轴承套的支撑座滚轮部件结构简图，该部件主要由偏心轴、滚轮座、滚轮及衬套组成。图2中O1为偏心轴的转动中心，O2为偏心轴与滚轮的配合中心，O3为偏心轴上标识孔位置中心。滚轮座与墙板连接，转动偏心轴，滚轮随着偏心轴的转动而改变位置，起到径向调节的作用。设偏心距O1O2为a，则滚轮的径向调节范围为0～2a。（图片） 2 离合压机构的零件建模与装配
运行UG软件，进入建模(Modeling)模块，对零件进行实体建模。该机构中凸轮及轴承套的轮廓尺寸均为离散坐标值，可先将零件的坐标点生成数据文件，应用Spline／Through points／Points from File指令，读人数据文件，绘制轮廓线，通过Extrude等指令生成离、合压凸轮及轴承套的零件图。图3为离压凸轮的实体模型。（图片） 构建好零件实体模型后， 进入装配模块(Assemblies)，对离合压机构的各零、部件进行虚拟装配，装配模型见图4。因为要分析支撑座滚轮部件(图1中14件、16件)中偏心轴位于不同位置时对滚筒间中心距的影响，对支撑座滚轮部件装配时设定角度装配参数。如图2所示，设定滚轮座侧面为基准平面A，过偏心轴轴线方向且过圆心O1及圆心O3的面为基准面B，装配时对面A与面B设定角度配对参数。设定图2中偏心方向远离A面最大位置处为0°，当偏心轴1绕滚轮座2逆时针转动时设定角度为正，则图示偏心轴上标识孔转至O3'位置时角度为6O°，当偏心位置02位于最下端时，角度值为180°。
（图片） 3 创建运动仿真
对装配主模型进行简化操作后，进入运动仿真模块(Motion Simulation)。创建运动仿真包括创建连杆、运动副及定义运动驱动等部分。
3．1 创建连杆
对线在线上副(Curve on Curve Joint)的相关零件(包括凸轮、凸轮从动件摆动滚子、轴承套、左上支撑座滚轮与左下支撑座滚轮)建构辅助曲线，保证对应曲线位置在装配图中共面，将建构的曲线加入各自零件的引用集中(Reference Sets)。根据离合压机构的运动关系，参见图1所示零部件名称，建立各连杆(Link)如下：
(1)L001：合压凸轮1及其轮廓建构曲线。
(2)L002：摆杆3、合压凸轮从动件摆动滚子建构曲线、撑牙4。
(3)L003：摆臂7与棘爪5。
(4)L004：拉杆9。
(5)L005：轴承套15及其建构曲线、橡皮滚筒12。
(6)L006：印版滚筒13、压印滚筒1O。
3．2 定义运动副、3D 接触(3D Contact)与阻尼(Damper)
根据实际工作状况定义运动副如下：
(1)J001：L001与地固定， 构建旋转副(Revolute)。
(2)J002：L002 与地固定， 构建柱面副(Cylindrica1)。
(3)J003：L003 与地固定， 构建旋转副(Revolute)。
(4)J004：L003与L004建立万向节运动副(Universa1)。
(5)J005：L004与L005建立旋转副(Revolute)。
(6)J006：L006与地固定，构建滑动副(Slider)。
(7)J007：合压凸轮1与从动件摆动滚子定义线在线上副(Curve on Curve)。
(8)j008：轴承套与左上支撑座滚轮定义线在线上副。
(9)J009：轴承套与左下支撑座滚轮定义线在线上副。
(10)G001： 撑牙与棘爪建构3D 接触(3DContact)。
(11)D001： 摆臂运动副J003 定义阻尼(Damper)。
3．3 定义运动驱动
(1)J00l的运动驱动选择恒速，速度设定为1(°)／s。
(2)J009的运动驱动选择恒速，运动参数皆设为0，此运动副主要用来设定标志点(Marker)。
4 滚筒间中心距分析
在橡皮滚筒、印版滚筒、压印滚筒中心处建构标志点A001、A002、A003，进人封装选项(Packing Option)的测量功能，选最小距离(Minimum Distance)类型，设定测量Me001(橡皮滚筒与印版滚筒中心距)为标志点A001与A002，MeO02(橡皮滚筒与压印滚筒中心距)为A001与A003。运行运动仿真，设定Time与Steps均为360。仿真完成后点击列出测量值(List Measurements)。所得数据绘制成图形，见图5(a)。由图5(a)可知，当合压凸轮转至237°时，合压动作完成，此时橡皮滚筒与印版滚筒间中心距Rr-p为220．896mm，橡皮滚筒与压印滚筒间中心距Rr-i为220．908mm。上面的测量值是偏心轴上的偏心位置远离相应滚筒时的值，即偏心位置为0°时的值。改变支撑座部件中偏心轴与滚轮座的装配角为180°，滚轮位置随之改变，重新执行运动仿真，相应滚筒间的中心距值见图5(b)。从图中5(b)可知，当凸轮转至235°时，合压动作完成，橡皮滚筒与印版滚筒中心距为220．872mm， 橡皮滚筒与压印滚筒中心距为219．126mm。如上所述，只需在装配主模型中改变相应零、部件的装配参数，便会自动链接到运动主模型中运行运动仿真，从而得到相应的值，这是其它几种分析方法所无法比拟的。（图片） （图片） 5 结论
应用UG软件对胶印机离合压机构进行建模，讲述了运动学仿真时连杆与运动副的创建过程。利用UG 的运动分析模块对离合压机构的滚筒间中心距进行分析，得到了需要的结果。与其它分析方法相比，具有简单、直观、工作量少、修改方便等特点。为此类机构的分析提供了一种有效的方法。
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11/9/2010
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