摘要：應用ug軟件對膠印機離合壓機構進行了建模與虛擬裝配。基于ug的運動學模塊，講述了創建運動仿真的過程。運用運動學模塊中的測量功能，給出一種分析滾筒間中心距的方法。
關鍵詞：膠印機； 離合壓機構；運動仿真；ug
引言
ug是集cad／cae／cam 于一體、面向制造業的高端軟件，廣泛應用在機械設計、工程仿真和數字制造等領域。其運動分析模塊(scenario for motion)可用于建立運動機構模型，進行機構的干涉分析，跟蹤零件的運動軌跡，分析機構中構件的位移、速度、加速度、力及力矩等。離合壓機構是膠印機上完成圖像轉移、實現印刷工藝過程的關鍵機構，其橡皮滾筒與印版滾筒中心距及橡皮滾筒與壓印滾筒中心距是重要的尺寸參數，準確地調節和設定滾筒間中心距才能獲得理想的印刷壓力 ]。通常分析滾筒間中心距的方法有作圖法及計算機輔助編程法。由于在該機構中存在諸多調節環節，如支撐座滾輪的調節、擺桿機構中撐牙的調節以及凸輪和軸承套的不規則外形，使得用上述方法進行分析時，計算及編程的工作量較大，給該機構的分析帶來諸多不便。應用ug軟件分析，若要了解零、部件處于不同位置時的參數值，只需改變裝配模型中零、部件的裝配尺寸，便會自動鏈接到運動分析模型中，運行運動仿真，便可得到需要的結果。本文以某膠印機的機械“三點支撐式”離合壓機構為例，應用ug軟件對該機構進行建模與仿真分析。
1 “三點支撐”式離合壓機構
“三點支撐式”離合壓機構簡圖[3 見圖1。其工作原理是通過改變橡皮滾筒12與印版滾筒13及橡皮滾筒與壓印滾筒1o間的中心距，實現滾筒間的分離與接觸。圖1中印版滾筒軸o 與壓印滾筒軸o。通過滾動軸承安裝于墻板孔中，滾筒軸的軸心位置保持不變。橡皮滾筒軸o，安裝于滾動軸承中，滾動軸承安裝于軸承套15的孔內，軸承套由兩個固定支撐座滾輪部件14、16及一個浮動支撐滾輪部件11支撐來確定其中心位置。由于軸承套的外輪廓設計成特殊的輪廓曲線，當軸承套沿支撐滾輪轉動時，使得橡皮滾筒軸軸心位置發生變化，起到改變滾筒間中心距的目的。合壓時，合壓凸輪及連桿機構帶動軸承套作逆時針轉動，使橡皮滾筒依次與印版滾筒和壓印滾筒相接觸。離壓的過程則相反。
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由上述知，滾筒間中心距的改變主要由軸承套中心位置改變，使得安裝于其孔中的軸承及橡皮滾筒軸軸心位置發生變化。滾筒間中心距尺寸變化主要由軸承套外輪廓尺寸決定。當需對機器進行調試或當印刷紙張厚度發生變化時，還可通過轉動支撐座滾輪上的偏心軸來實現中心距的微調。圖2為支撐軸承套的支撐座滾輪部件結構簡圖，該部件主要由偏心軸、滾輪座、滾輪及襯套組成。圖2中o1為偏心軸的轉動中心，o2為偏心軸與滾輪的配合中心，o3為偏心軸上標識孔位置中心。滾輪座與墻板連接，轉動偏心軸，滾輪隨著偏心軸的轉動而改變位置，起到徑向調節的作用。設偏心距o1o2為a，則滾輪的徑向調節范圍為0～2a。
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2 離合壓機構的零件建模與裝配
運行ug軟件，進入建模(modeling)模塊，對零件進行實體建模。該機構中凸輪及軸承套的輪廓尺寸均為離散坐標值，可先將零件的坐標點生成數據文件，應用spline／through points／points from file指令，讀人數據文件，繪制輪廓線，通過extrude等指令生成離、合壓凸輪及軸承套的零件圖。圖3為離壓凸輪的實體模型。
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構建好零件實體模型后， 進入裝配模塊(assemblies)，對離合壓機構的各零、部件進行虛擬裝配，裝配模型見圖4。因為要分析支撐座滾輪部件(圖1中14件、16件)中偏心軸位于不同位置時對滾筒間中心距的影響，對支撐座滾輪部件裝配時設定角度裝配參數。如圖2所示，設定滾輪座側面為基準平面a，過偏心軸軸線方向且過圓心o1及圓心o3的面為基準面b，裝配時對面a與面b設定角度配對參數。設定圖2中偏心方向遠離a面最大位置處為0°，當偏心軸1繞滾輪座2逆時針轉動時設定角度為正，則圖示偏心軸上標識孔轉至o3'位置時角度為6o°，當偏心位置02位于最下端時，角度值為180°。
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3 創建運動仿真
對裝配主模型進行簡化操作后，進入運動仿真模塊(motion simulation)。創建運動仿真包括創建連桿、運動副及定義運動驅動等部分。
3．1 創建連桿
對線在線上副(curve on curve joint)的相關零件(包括凸輪、凸輪從動件擺動滾子、軸承套、左上支撐座滾輪與左下支撐座滾輪)建構輔助曲線，保證對應曲線位置在裝配圖中共面，將建構的曲線加入各自零件的引用集中(reference sets)。根據離合壓機構的運動關系，參見圖1所示零部件名稱，建立各連桿(link)如下：
(1)l001：合壓凸輪1及其輪廓建構曲線。
(2)l002：擺桿3、合壓凸輪從動件擺動滾子建構曲線、撐牙4。
(3)l003：擺臂7與棘爪5。
(4)l004：拉桿9。
(5)l005：軸承套15及其建構曲線、橡皮滾筒12。
(6)l006：印版滾筒13、壓印滾筒1o。
3．2 定義運動副、3d 接觸(3d contact)與阻尼(damper)
根據實際工作狀況定義運動副如下：
(1)j001：l001與地固定， 構建旋轉副(revolute)。
(2)j002：l002 與地固定， 構建柱面副(cylindrica1)。
(3)j003：l003 與地固定， 構建旋轉副(revolute)。
(4)j004：l003與l004建立萬向節運動副(universa1)。
(5)j005：l004與l005建立旋轉副(revolute)。
(6)j006：l006與地固定，構建滑動副(slider)。
(7)j007：合壓凸輪1與從動件擺動滾子定義線在線上副(curve on curve)。
(8)j008：軸承套與左上支撐座滾輪定義線在線上副。
(9)j009：軸承套與左下支撐座滾輪定義線在線上副。
(10)g001： 撐牙與棘爪建構3d 接觸(3dcontact)。
(11)d001： 擺臂運動副j003 定義阻尼(damper)。
3．3 定義運動驅動
(1)j00l的運動驅動選擇恒速，速度設定為1(°)／s。
(2)j009的運動驅動選擇恒速，運動參數皆設為0，此運動副主要用來設定標志點(marker)。
4 滾筒間中心距分析
在橡皮滾筒、印版滾筒、壓印滾筒中心處建構標志點a001、a002、a003，進人封裝選項(packing option)的測量功能，選最小距離(minimum distance)類型，設定測量me001(橡皮滾筒與印版滾筒中心距)為標志點a001與a002，meo02(橡皮滾筒與壓印滾筒中心距)為a001與a003。運行運動仿真，設定time與steps均為360。仿真完成后點擊列出測量值(list measurements)。所得數據繪制成圖形，見圖5(a)。由圖5(a)可知，當合壓凸輪轉至237°時，合壓動作完成，此時橡皮滾筒與印版滾筒間中心距rr-p為220．896mm，橡皮滾筒與壓印滾筒間中心距rr-i為220．908mm。上面的測量值是偏心軸上的偏心位置遠離相應滾筒時的值，即偏心位置為0°時的值。改變支撐座部件中偏心軸與滾輪座的裝配角為180°，滾輪位置隨之改變，重新執行運動仿真，相應滾筒間的中心距值見圖5(b)。從圖中5(b)可知，當凸輪轉至235°時，合壓動作完成，橡皮滾筒與印版滾筒中心距為220．872mm， 橡皮滾筒與壓印滾筒中心距為219．126mm。如上所述，只需在裝配主模型中改變相應零、部件的裝配參數，便會自動鏈接到運動主模型中運行運動仿真，從而得到相應的值，這是其它幾種分析方法所無法比擬的。
5 結論
應用ug軟件對膠印機離合壓機構進行建模，講述了運動學仿真時連桿與運動副的創建過程。利用ug 的運動分析模塊對離合壓機構的滾筒間中心距進行分析，得到了需要的結果。與其它分析方法相比，具有簡單、直觀、工作量少、修改方便等特點。為此類機構的分析提供了一種有效的方法。
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