曲柄凸輪壓力機機構的仿真分析

毛禮平+王曉寧+劉軍

摘 要：文章通過對現有的壓力機機構進行分析，設計了曲柄凸輪機構的壓力機，并利用Solidworks軟件對機構進行建模，通過該軟件的Motion模塊對機構進行運動分析，得到機構組成部分的運動數據，通過分析數據可以了解機構組成部分的運動特性，并為優化壓力機機構設計提供重要參數。

關鍵詞：曲柄機構；壓力機；Solidworks；仿真分析

引言

壓力機的機構類型有很多種，根據壓力機的傳動方式、產生壓力的方法、結構形式及使用性質的不同，壓力機的分類也不同。目前常用的壓力機主要有：曲柄壓力機、螺旋壓力機、多工位自動壓力機、沖壓液壓壓力機、沖模回轉頭壓力機、高速壓力機、高速沖載壓力機和電磁壓力機。

曲柄壓力機是機械加工中常用的材料成形設備，其結構形式多樣。普通的曲柄壓力機構主要用于生產沖壓件，通過曲柄連桿機構獲得滑塊的直線往復運動，利用沖模使 料成形從而獲得所需的產品。曲柄壓力機動作平穩，工作可靠，可完成沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。廣泛運用于汽車工業、航空工業、電子儀表工業等領域。文章所提及的曲柄凸輪壓力機是在普通曲柄壓力機的基礎上作了一定的演化，即增設了凸輪機構。

曲柄凸輪機構作為本型壓力機的主要工作機構，對其運動特性進行分析是壓力機設計的重要內容。文章采用Solidworks對機構進行三維建模，利用Motion對機構進行運動仿真分析，為壓力機的結構優化設計提供基礎。

1 機構建模

1.1 壓力機機構分析

本型壓力機的傳動機構設計由曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構組成，其工作原理為：通過傳功系統將電機的旋轉運動通過曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構轉化為沖頭的直線往復運動。機構運動簡圖如圖1所示，幾何參數如下：其中OA為曲柄，OA=5；AB為擺桿，AB=50；BC為滑桿，BC=60；CD為連桿，CD=（137.5～162.5）；DE為沖頭，DE=130；構件1為主動齒輪r1=96、m=2、z1=48構件6為從動齒輪r2=96、m=2、z2=48。其中沖頭的行程S=54。

1.2 三維建模

根據機構運動簡圖，利用Solidworks對機構進行三維建模，模型如圖2 所示。

1.3 施加約束

該仿真模型建立時，利用軟件裝配體模塊中的配合工具，使各構件組合在一起。其中把固定板在圖中固定起來，其他構件設為浮動。兩齒輪之間采用專有的齒輪約束，使二者聯系起來；齒輪和傳動軸以及傳動軸和固定板之間采用同心配合，齒輪與固定板之間采用重合約束；各連桿之間以及連桿與鉚釘之間通過同心命令來約束，且連桿與連桿之間采用重合命令來約束，使各構件具有確定的相對運動；其中滑桿與沖頭分別與固定機座采用同心配合以達到相對運動的要求。

2 仿真分析

2.1 驅動

該機構通過輸入扭矩來驅動其完成工作，在Soildworks中馬達為通過模擬各種馬達類型的效果而在裝配體中移動零部件的運動算例單元；該機構采用旋轉馬達來完成仿真；為了模仿壓力機實際工作中的真實情況，本例中設置馬達轉速N=100r/min。

2.2 運動分析

通過軟件的Motion模塊對機構的運動分析，分別繪出了滑塊的位移、速度、加速度曲線如圖3～圖5所示。由圖中可以看出滑塊的運動規律，當滑塊位移達到最大時，滑塊的加速度達到反向最大，此時，滑塊的速度為零。

3 結論

通過Solidworks對本設計的曲柄凸輪壓力機進行三維建模，利用該軟件的motion模塊對機構進行運動分析，可以快速獲得在特定尺寸下，機構的運動特性，相比于機構分析中常用的圖解法的不精確性和解析法的繁瑣性，利用Solidworks建模能更快、更精準、更直觀的獲得機構運動運動特性數據，并為該機構的優化設計提供重要參考依據。

參考文獻

[1]辛文彤，李志尊.SolidWorks 2012從入門到精通[M].北京：人們郵電出版社，2012.1.

[2]趙罘，龔堰玨，張云杰.SolidWorks從入門到精通[M].北京：科學出版社，2009.

[3]李光敏.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2012.2.

[4]郭維林，劉東星.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：毛禮平，男，大連科技學院。

王曉寧，男，大連科技學院。

劉軍（1969-），女，遼寧大連人大連科技學院，副教授，碩士生，研究方向：機械優化設計及機械CAD。

摘 要：文章通過對現有的壓力機機構進行分析，設計了曲柄凸輪機構的壓力機，并利用Solidworks軟件對機構進行建模，通過該軟件的Motion模塊對機構進行運動分析，得到機構組成部分的運動數據，通過分析數據可以了解機構組成部分的運動特性，并為優化壓力機機構設計提供重要參數。

關鍵詞：曲柄機構；壓力機；Solidworks；仿真分析

引言

壓力機的機構類型有很多種，根據壓力機的傳動方式、產生壓力的方法、結構形式及使用性質的不同，壓力機的分類也不同。目前常用的壓力機主要有：曲柄壓力機、螺旋壓力機、多工位自動壓力機、沖壓液壓壓力機、沖模回轉頭壓力機、高速壓力機、高速沖載壓力機和電磁壓力機。

曲柄壓力機是機械加工中常用的材料成形設備，其結構形式多樣。普通的曲柄壓力機構主要用于生產沖壓件，通過曲柄連桿機構獲得滑塊的直線往復運動，利用沖模使 料成形從而獲得所需的產品。曲柄壓力機動作平穩，工作可靠，可完成沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。廣泛運用于汽車工業、航空工業、電子儀表工業等領域。文章所提及的曲柄凸輪壓力機是在普通曲柄壓力機的基礎上作了一定的演化，即增設了凸輪機構。

曲柄凸輪機構作為本型壓力機的主要工作機構，對其運動特性進行分析是壓力機設計的重要內容。文章采用Solidworks對機構進行三維建模，利用Motion對機構進行運動仿真分析，為壓力機的結構優化設計提供基礎。

1 機構建模

1.1 壓力機機構分析

本型壓力機的傳動機構設計由曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構組成，其工作原理為：通過傳功系統將電機的旋轉運動通過曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構轉化為沖頭的直線往復運動。機構運動簡圖如圖1所示，幾何參數如下：其中OA為曲柄，OA=5；AB為擺桿，AB=50；BC為滑桿，BC=60；CD為連桿，CD=（137.5～162.5）；DE為沖頭，DE=130；構件1為主動齒輪r1=96、m=2、z1=48構件6為從動齒輪r2=96、m=2、z2=48。其中沖頭的行程S=54。

1.2 三維建模

根據機構運動簡圖，利用Solidworks對機構進行三維建模，模型如圖2 所示。

1.3 施加約束

該仿真模型建立時，利用軟件裝配體模塊中的配合工具，使各構件組合在一起。其中把固定板在圖中固定起來，其他構件設為浮動。兩齒輪之間采用專有的齒輪約束，使二者聯系起來；齒輪和傳動軸以及傳動軸和固定板之間采用同心配合，齒輪與固定板之間采用重合約束；各連桿之間以及連桿與鉚釘之間通過同心命令來約束，且連桿與連桿之間采用重合命令來約束，使各構件具有確定的相對運動；其中滑桿與沖頭分別與固定機座采用同心配合以達到相對運動的要求。

2 仿真分析

2.1 驅動

該機構通過輸入扭矩來驅動其完成工作，在Soildworks中馬達為通過模擬各種馬達類型的效果而在裝配體中移動零部件的運動算例單元；該機構采用旋轉馬達來完成仿真；為了模仿壓力機實際工作中的真實情況，本例中設置馬達轉速N=100r/min。

2.2 運動分析

通過軟件的Motion模塊對機構的運動分析，分別繪出了滑塊的位移、速度、加速度曲線如圖3～圖5所示。由圖中可以看出滑塊的運動規律，當滑塊位移達到最大時，滑塊的加速度達到反向最大，此時，滑塊的速度為零。

3 結論

通過Solidworks對本設計的曲柄凸輪壓力機進行三維建模，利用該軟件的motion模塊對機構進行運動分析，可以快速獲得在特定尺寸下，機構的運動特性，相比于機構分析中常用的圖解法的不精確性和解析法的繁瑣性，利用Solidworks建模能更快、更精準、更直觀的獲得機構運動運動特性數據，并為該機構的優化設計提供重要參考依據。

參考文獻

[1]辛文彤，李志尊.SolidWorks 2012從入門到精通[M].北京：人們郵電出版社，2012.1.

[2]趙罘，龔堰玨，張云杰.SolidWorks從入門到精通[M].北京：科學出版社，2009.

[3]李光敏.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2012.2.

[4]郭維林，劉東星.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：毛禮平，男，大連科技學院。

王曉寧，男，大連科技學院。

劉軍（1969-），女，遼寧大連人大連科技學院，副教授，碩士生，研究方向：機械優化設計及機械CAD。

摘 要：文章通過對現有的壓力機機構進行分析，設計了曲柄凸輪機構的壓力機，并利用Solidworks軟件對機構進行建模，通過該軟件的Motion模塊對機構進行運動分析，得到機構組成部分的運動數據，通過分析數據可以了解機構組成部分的運動特性，并為優化壓力機機構設計提供重要參數。

關鍵詞：曲柄機構；壓力機；Solidworks；仿真分析

引言

壓力機的機構類型有很多種，根據壓力機的傳動方式、產生壓力的方法、結構形式及使用性質的不同，壓力機的分類也不同。目前常用的壓力機主要有：曲柄壓力機、螺旋壓力機、多工位自動壓力機、沖壓液壓壓力機、沖模回轉頭壓力機、高速壓力機、高速沖載壓力機和電磁壓力機。

曲柄壓力機是機械加工中常用的材料成形設備，其結構形式多樣。普通的曲柄壓力機構主要用于生產沖壓件，通過曲柄連桿機構獲得滑塊的直線往復運動，利用沖模使 料成形從而獲得所需的產品。曲柄壓力機動作平穩，工作可靠，可完成沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。廣泛運用于汽車工業、航空工業、電子儀表工業等領域。文章所提及的曲柄凸輪壓力機是在普通曲柄壓力機的基礎上作了一定的演化，即增設了凸輪機構。

曲柄凸輪機構作為本型壓力機的主要工作機構，對其運動特性進行分析是壓力機設計的重要內容。文章采用Solidworks對機構進行三維建模，利用Motion對機構進行運動仿真分析，為壓力機的結構優化設計提供基礎。

1 機構建模

1.1 壓力機機構分析

本型壓力機的傳動機構設計由曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構組成，其工作原理為：通過傳功系統將電機的旋轉運動通過曲柄連桿機構、齒輪機構、凸輪機構轉化為沖頭的直線往復運動。機構運動簡圖如圖1所示，幾何參數如下：其中OA為曲柄，OA=5；AB為擺桿，AB=50；BC為滑桿，BC=60；CD為連桿，CD=（137.5～162.5）；DE為沖頭，DE=130；構件1為主動齒輪r1=96、m=2、z1=48構件6為從動齒輪r2=96、m=2、z2=48。其中沖頭的行程S=54。

1.2 三維建模

根據機構運動簡圖，利用Solidworks對機構進行三維建模，模型如圖2 所示。

1.3 施加約束

該仿真模型建立時，利用軟件裝配體模塊中的配合工具，使各構件組合在一起。其中把固定板在圖中固定起來，其他構件設為浮動。兩齒輪之間采用專有的齒輪約束，使二者聯系起來；齒輪和傳動軸以及傳動軸和固定板之間采用同心配合，齒輪與固定板之間采用重合約束；各連桿之間以及連桿與鉚釘之間通過同心命令來約束，且連桿與連桿之間采用重合命令來約束，使各構件具有確定的相對運動；其中滑桿與沖頭分別與固定機座采用同心配合以達到相對運動的要求。

2 仿真分析

2.1 驅動

該機構通過輸入扭矩來驅動其完成工作，在Soildworks中馬達為通過模擬各種馬達類型的效果而在裝配體中移動零部件的運動算例單元；該機構采用旋轉馬達來完成仿真；為了模仿壓力機實際工作中的真實情況，本例中設置馬達轉速N=100r/min。

2.2 運動分析

通過軟件的Motion模塊對機構的運動分析，分別繪出了滑塊的位移、速度、加速度曲線如圖3～圖5所示。由圖中可以看出滑塊的運動規律，當滑塊位移達到最大時，滑塊的加速度達到反向最大，此時，滑塊的速度為零。

3 結論

通過Solidworks對本設計的曲柄凸輪壓力機進行三維建模，利用該軟件的motion模塊對機構進行運動分析，可以快速獲得在特定尺寸下，機構的運動特性，相比于機構分析中常用的圖解法的不精確性和解析法的繁瑣性，利用Solidworks建模能更快、更精準、更直觀的獲得機構運動運動特性數據，并為該機構的優化設計提供重要參考依據。

參考文獻

[1]辛文彤，李志尊.SolidWorks 2012從入門到精通[M].北京：人們郵電出版社，2012.1.

[2]趙罘，龔堰玨，張云杰.SolidWorks從入門到精通[M].北京：科學出版社，2009.

[3]李光敏.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2012.2.

[4]郭維林，劉東星.機械原理（第七版）[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：毛禮平，男，大連科技學院。

王曉寧，男，大連科技學院。

劉軍（1969-），女，遼寧大連人大連科技學院，副教授，碩士生，研究方向：機械優化設計及機械CAD。