基于Pro_E的壓床機構運動學及動力學分析

蘇旭鋒 廖建滿 張梁武

摘 要：本文通過建立壓床六桿機構的運動學及動力學數學模型進行分析，并基于Pro_E三維建模軟件對其進行仿真分析，得出了壓床六桿機構的位移、速度、加速度以及原動件的平衡轉矩變化規律曲線。綜合分析數學建模解析法所得結果與Pro_E仿真分析得出的曲線變化規律可知，軟件仿真克服了解析法復雜的計算過程以及提高了對連桿機構分析的效率。該方法可為機構優化設計提供借鑒。

關鍵詞：壓床六桿機構；運動學分析；動力學分析；Pro_E

0 引言

壓床是由六桿機構中的沖頭向下運動來沖壓機械零件的，它也是一種沖壓機。從壓床的結構上來看其執行機構主要是由連桿機構和凸輪機構組合而成，工作時電動機經聯軸器帶動齒輪轉動而降低速度，而后帶動凸輪轉動，克服工作阻力而運動。對壓床機構的運動學和動力學的分析直接影響到了壓床沖頭的工作質量和工作效率。對于連桿機構的分析有圖解法和解析法。圖解法既簡單又形象易操作，但是精度低，效率低。解析法分析計算的精度高，但過程復雜、繁瑣且效率低。隨著計算機技術的發展，對于工程實際問題的分析我們可以利用計算機來輔助分析，不僅克服了圖解法和解析法效率低而繁瑣的缺點，而且使機構分析更加精確和高效化。因此本文先利用解析法建立壓床機構的運動學和動力學數學模型，建立起理論基礎，而后借助Pro_E建模軟件對壓床機構進行建模分析。從而得出并繪制了壓床沖頭的位移、速度、加速度及原動件的平衡力矩變化曲線圖。

1 壓床機構的解析法數學模型建立

1.1 壓床機構運動學模型

1.1.1 位移分析

壓床機構的運動簡圖如圖1所示，運動分析所需參數由表1可得。圖中各桿件長用li來表示，，lCD為CD的長度。h5為F點到A點水平面的垂直距離。各構件的矢量方位角為θi，。位移方程組如下：

（1）

1.1.2 速度分析

由（1）式對時間求導可得：

（2）

式（2）中，各構件的角速度為ωi，。構件5的線速度為。

1.1.3 加速度分析

由（2）式對時間求導，且由ω1為常數，因此可得：

式（3）中，各構件的角加速度為αi，。構件5的加速度為。

1.2 壓床機構動力學模型

壓床六桿機構中各運動副反力統一表示為，且將運動副反力用橫坐標x方向上的分力和縱坐標y方向上的分力表示，即。在同一運動副中。構件上的力對其上某點的力矩方向與理論力學上規定的一致，逆時針為正，順時針為負。以下對各個桿件分析并列出運動副反力和平衡力矩方程式。

對構件5分析有：

運用表2動力學分析參數，聯立上述各式子可求出各運動副反力，進而求出原動件的平衡力矩。

2 基于Pro_E的分析及仿真的實現

根據已知的和已求得的運動學參數，運用Pro_E零件模塊建立壓床機構各桿件的三維零件模型。而后運用Pro_E組件模塊將已建立的各桿件裝配成完整的壓床機構，根據動力學參數定義構件所需的初始條件。分別在“運動學”和“動態”下對機構進行仿真運行，從而得到滑塊沖頭的位移線圖（圖2）、速度線圖（圖3）和加速度線圖以及原動件的平衡力矩線圖。

3 結束語

由解析法和三維建模仿真分析法對壓床六桿機構進行運動學和動力學分析的結果對比可知二者結果在誤差允許范圍內是相互符合的，但是從兩種分析過程我們可以看出基于Pro_E的仿真分析提高了分析的效率和精度，節省了大量的時間和成本，而且所得出結果圖像線圖簡潔明了，分析方便。該方法對于信息化時代的今天對機構的優化分析具有重大的借鑒意義。

參考文獻

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