摘 要：随着机械压力机的发展，提高机械压力机工作机构的运动学性能，使之具备低速锻冲急回特性，从而保证加工质量、提高劳动生产率，是现代制造业塑性加工的基本要求，本文用三维CAD软件Pro/Engineer和多刚体动力学分析软件ADAMS建立了机械压力机执行机构的多刚体动力学模型，对该机构进行了运动学和动力学仿真分析。

　　关键词：机械压力机;曲柄滑块机构;运动学仿真;PRO/E;

　　ABSTRACT：With the development of the mechanical press, Enhancing the kinematics performance of the mechanical press operating mechanism , causing it have the low speed to hammer flushes comes back promptly the characteristic, thus guarantee processing quality, enhance labor productivity, is the basic request in modern manufacturing industry plasticity processing. The author builds up the multi-body dynamics model of crank shaft connecting rod and block system using Pro/Engineer(the CAD software) and ADAMS(the multi-body dynamics software) and analyses the kinetic and dynamic properties of it.

　　Key words： Mechanical press;the crank shaft connecting rod and block system;Kinematic simulation;PRO/E; 1 引言

　　机械压力机广泛应用于现代工业生产中，仅我国就拥有几十万台，现代制造业对压力机的运动性能提出了更高的要求。机械压力机通常完成板料冲裁、弯曲、浅拉深、精整及模锻等工艺，为了保证加工质量，提高劳动生产率，通常对滑块的速度和行程等运动学指标有严格的要求，在压力机中常见的机构有铰链四连杆机构、曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构和日内瓦机构等，这些不同的机构因其机器元件组合方式的不同，造成不同的制约作用，因而产生其特有的相对运动关系。但同一种机构可应用在不同的地方而产生不同的功能，对他们进行运动学仿真分析可更加适合生产实际以实现某一特殊用途。 2基于Pro/MECHCHANICA Motion运动学仿真分析 PRO/Engineer运动仿真和分析的核心是MDI公司的ADAMS解算器，进行运动学仿真和分析时，需要输入时间和步数两个参数，启动ADAMS解算器来完成仿真分析。其工作过程如下：根据运动分析方案的信息生成内部的ADAMS输入数据文件，传送到ADAMS解算器;ADAMS解算器处理输入数据，并生成内部的ADAMS输出数据文件，再传送到运动分析模块中;运动分析模块提供Photo Animation功能把输出数据文件生成照片级动画和MPEG电影文件，提供电子表格(Spreadsheet)和图表(Graphing)功能将运动分析的数据以表格或图形的格式表示。图表功能是从运动仿真结果中提取运动副或机构上任意一点(通过标记Markers来确定)的位移、速度、加速度等运动参数的唯一方法。 3连杆曲线型六杆机构仿真分析实例 对应机构的装配文件，进入Motion模块，为机构的运动分析创建一个运动分析方案，并为此方案创建5个连杆和7个运动副，如图1和表1所示。

　　表1 运动分析方案中的连杆及运动副 名称 说明 连杆L001 对应于构件AB(参照图1-8) 连杆L002 对应于构件BE 连杆L003 对应于构件CD 连杆L004 对应于构件EF 连杆L005 对应于构件F 旋转副J001 连杆L001相对于地固定的运动副 旋转副J002 连杆L002相对于连杆L001的运动副 旋转副J003 连杆L003相对于地固定的运动副 旋转副J004 连杆L003相对于连杆L002的运动副 旋转副J005 连杆L004相对于连杆L003的运动副 旋转副J006 连杆L005相对于连杆L004的运动副 移动副J007 连杆L005相对于地固定的运动副

　　定义运动驱动，根据要求，曲柄AB以转速w =60rpm顺时针匀速转动。据此为旋转副J001选择恒定驱动，并设定驱动参数，如图2所示，速度单位为度/秒。其余运动副设置为无驱动。检查此方案的有关信息，DOF(系统确定的机构总的自由度)值等于0，表示机构是全约束的，得到如图4-3所示机构运动模型。

　　设定分析环境为静力/动力分析，分析时间为1秒(1次工作循环)，步数为360步，即曲柄每旋转1º，分析模型的运动状况。如图4所示。运动分析完成，可以选择全程或单步的方式来进行运动仿真，即以动画来表现机构的运动过程，如图5所示。调用图表功能来绘出滑块中心点处位移、速度的仿真结果，如图6所示。

　　图6 滑块位移和速度的仿真结果 4基于ADAMS的机构运动仿真分析 相对于ADAMS软件强大的运动学/动力学分析功能，其实体建模功能相对较弱，难以用它创建具有复杂特征的构件。但ADAMS与常用的三维CAD软件都有着良好的接口，通过其转换接口，可以与其他软件共享数据，以充分发挥各自软件的优势。将Pro/Engineer模型导入ADAMS后，模型中原有的装配关系都已经无效，只是提供了各构件的初始位置，其实各构件之间只是毫无关系地独立存在于ADAMS中，并不是具有现实意义的虚拟样机。ADAMS软件没有三维CAD软件的“装配”概念。静态时ADAMS模型中的构件可以自由移动和旋转。动态时各构件之间的约束是由静态时定义的各种运动副所决定。所以必须给构件加上相应的运动副、运动约束以及各种载荷，从而建立机构的虚拟样机模型。如图8所示为施加了运动副和运动约束的连杆曲线型六杆机构的虚拟样机模型。

　　图8 连杆曲线型六杆机构的虚拟样机模型

　　对曲线型六杆机构的样机模型进行仿真分析，曲柄以360º/s(60rpm)匀速顺时针转动，选择运动学分析，时间为1s，机构运动1个循环周期，步骤为360步，即曲柄每转1º，作一次分析。得到滑块位移和速度的仿真结果如图9所示，比较图6，这个结果与Pro/MECHCHANICA Motion仿真分析的结果是一致的。

图9 滑块位移和速度的ADAMS仿真结果 5曲柄滑块机构 对国产J23-80型800kN通用开式机械压力机工作机构进行仿真分析，得到滑块位移与速度曲线如图10所示。从图可以看出，滑块从上死点到下死点与从下死点回到上死点所用时间相等，滑块速度在工作行程和回程有明显的数值上的重复性，并按正弦规律变化。

　　图中下死点前0º—45º区域是工件变形区域，位移和速度平缓，滑块速度也较小，但该范围内的最大速度，即a=45º时的速度-0.361 m/s仍往往超过工件变形所允许的最大速度。当曲柄转角等于许用压力角a=60º时，滑块速度达-0.418m/s无法满足滑块速度在a=60º时小于0.15m/s的要求。 6负偏置曲柄滑块机构 负偏置曲柄滑块机构模型的运动仿真结果如图11所示。由图表可知，负偏置机构中，滑块工作行程时的曲柄转角为182º，而回程的曲柄转角为178º，显然机构回程时已具有急回特征。虽然偏置率e =0.5已很大，但其滑块工作行程、回程所用时间仍相差不大。在工件塑性变形阶段a=0º-45º范围内滑块速度没有很明显改善，在a=45º该速度却高达-0.359m/s，当曲柄转角等于许用压力角a=60º时，滑块速度达到-0.430m/s。由此可见，虽然偏心率e=0.5已经很人，但速度降低甚微，无法满足滑块速度在a=60º时小于0.15m/s的要求。

 1/2    1 2 下一页 尾页