基于Adams的多連桿機械式壓力機動力學分析

夏 鏈，肖傳清，韓 江，王玉山，何 亮

(1．合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院CIMS研究所，安徽 合肥 230009;2．合肥鍛壓集團有限公司，安徽 合肥 230009)

0 前言

鍛壓機床作為工業(yè)基礎裝備的重要組成部分之一，在航空航天、汽車制造、交通運輸、冶金化工等重要部門得到廣泛應用。近年來，以汽車為龍頭的制造業(yè)飛速發(fā)展，大大推動了我國沖壓生產的進步。本文對多連桿機械式壓力機的傳動系統(tǒng)進行數(shù)學建模，然后建立其三維模型并使用動力學分析軟件Adams對其進行動力學分析，驗證該結構的可行性，為企業(yè)制造加工該型號多連桿機械式壓力機提供理論依據(jù)。

1 多連桿機械式壓力機結構

圖1為多連桿機械式壓力機傳動部分，其工作原理為電動機通過皮帶連接帶動偏心輪1轉動，然后通過上拉桿2、上搖桿3、下?lián)u桿5(上搖桿3與下?lián)u桿5在搖桿軸4處焊接聯(lián)接)、下拉桿6、三角架7、導柱8帶動滑塊運動，滑塊下端安裝沖壓模具，從而完成整個沖壓過程。

2 多連桿壓力機數(shù)學建模與仿真分析

2.1 傳動機構數(shù)學建模

圖2為傳動部分結構簡圖，由該簡圖可知其為八連桿桿組機構，在此采用模塊化方法將該機構分為三個模塊(二級機構)分別進行運動分析，得出運動方程。

第一模塊如圖3所示，該機構以oo1為機架，l1為原動件，l3為從動件，機構自由度為1。已知條件:各桿l1、l2、l3的桿長，l1桿的初始角度，o1點的x、y坐標;所求量:桿l2、l3與x軸正向的夾角。

圖3 第一模塊Fig.3 First module

由解析法列出運動方程

由方程得

第二模塊如圖4所示，該機構以oo1為機架，l1、l4為原動件，l6為從動件，機構自由度為2。已知條件:各桿l1、l4、l5、l6的桿長，l1、l4桿的初始角度φ1、φ4=φ3+α，α為桿l3與桿l4的夾角，o1點的x、y坐標;所求量:桿l5、l6與x軸正向的夾角。

圖4 第二模塊Fig.4 Second module

由解析法列出運動方程

由方程求得:

第三模塊如圖5所示，該機構以y軸為機架，l1、l7為原動件，l8為從動件，機構自由度為2。已知條件:各桿l1、l7、l8的桿長，l1、l7桿的初始角度φ1、φ7=φ6－β，β為桿l6和桿l7夾角;所求量:桿l8與X軸正向的夾角，滑塊的位移量S。

由解析法列出運動方程

由方程求得

滑塊位移

圖5 第三模塊Fig.5 Third module

滑塊速度

滑塊加速度

2.2 仿真與分析

使用Matlab仿真軟件對運動方程進行仿真，可求解滑塊位移、速度、加速度與偏心輪轉角之間的函數(shù)關系。圖6、圖7、圖8分別為滑塊位移、速度、加速度曲線。

通過仿真結果分析可看出滑塊的行程為800 mm，符合企業(yè)對多連桿機械式壓力機行程的要求;滑塊在工作階段，加速度近似為零，速度趨近于勻速運動，符合沖壓工藝對速度的要求;壓力機空運動速度較快，滑塊運行時間縮短，提高了壓力機的工作效率。

3 傳動機構動力學分析

3.1 傳動機構動力學模型的建立

根據(jù)壓力機傳動部分實際尺寸與結構，建立其三維模型，如圖9所示。在建立模型時，為了建模與后續(xù)動力學分析的簡便，此處將傳動部分的復雜結構簡化為八連桿桿組機構。

3.2 傳動機構動力學分析

動力學分析軟件Adams可以提供CAD模型數(shù)據(jù)接口來導入CAD軟件的模型，即用Solidworks將建立的三維模型保存為Parasolid格式，然后導入到Adams中進行動力學分析。由于導入后構件原先的裝配關系不能保存，所以在Adams中重新添加構件之間的裝配關系和驅動力矩，如圖10所示。

根據(jù)建立的動力學模型，對各構件施加約束并對原動件施加有效載荷，然后選擇Interactive Simulation菜單下的Dynamic進行動力學分析，分析結果如圖11所示。

圖11 Adams動力學分析結果圖Fig.11 Dynamics analysis result by using Adams

使用動力學分析軟件Adams對多連桿機械式壓力機主傳動機構進行動力學分析，得到滑塊的運動規(guī)律很直觀，比之前使用數(shù)學方法進行動力學分析簡單快捷。由分析所得到的滑塊運動規(guī)律可知滑塊在工作過程中速度較低且近似為勻速運動，低速運動能有效地降低材料的變形，符合了板料沖壓過程對速度的要求，可以有效地提高成型件的質量;與此同時，由于減少了系統(tǒng)的動態(tài)載荷，從而提高了模具的使用壽命，降低了沖擊產生的噪聲，優(yōu)化了工作環(huán)境。此外，通過滑塊的速度曲線圖可以看出滑塊空行程時運動速度較高，具有急回的特性，滑塊的運行的循環(huán)時間大大縮短，壓力機的行程次數(shù)被大大提高。因此八連桿機構壓力機在薄板沖壓工藝工作中比曲柄連桿機構壓力機具有更多優(yōu)點。

4 結論

采用模塊化方法構建多連桿機械式壓力機傳動部分的數(shù)學模型，使用仿真軟件Matlab對運動過程進行仿真，得到滑塊的位移、速度、加速度曲線，然后用動力學分析軟件Adams對傳動機構進行分析，并且將分析結果與Matlab的仿真結果進行對比，驗證該八連桿結構的可行性，通過對比分析可知該結構適用于深拉伸工藝工作，模具在拉伸工作區(qū)的沖擊力很小，滿負荷工作區(qū)域長。該結論可以為企業(yè)制造加工該結構的多連桿機械式壓力機提供理論依據(jù)。

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