高速精密沖床肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析

張云獻(xiàn)

摘要：本文圍繞高速沖床肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動態(tài)性能等方面，進(jìn)行了肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析。把肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為傳動系統(tǒng)的高速精密沖床三維模型導(dǎo)入Recurdyn，根據(jù)裝配要求為其添加約束和工作載荷驅(qū)動載荷再進(jìn)行仿真，通過結(jié)果后處理得到肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)中關(guān)鍵桿上力的變化曲線，通過與Matlab中得到的力的曲線相對比，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性。

關(guān)鍵詞：高速精密沖床;多體動力學(xué);仿真分析

中圖分類號：TG385.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0040-02

0? 引言

隨著沖壓工藝的發(fā)展，加上傳統(tǒng)沖床的先天缺陷制約了沖壓工藝的進(jìn)步，再有其生產(chǎn)效率不高，嚴(yán)重的影響其發(fā)展[1]。為了滿足高速發(fā)展的航空航天行業(yè)、電子等加工制造行業(yè)對板材沖壓成型、拉伸的需求，通過改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式來提升機(jī)械式?jīng)_床的工作性能[2]。通過運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等分析結(jié)合優(yōu)化設(shè)計得到更加合理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這對機(jī)械沖床的性能和提高市場競爭力具有很重要的意義[3]。

1? 高速精密沖床肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)多體動力學(xué)模型的建立

構(gòu)成高速精密沖床的零部件成百上千，但對沖床建立三維模型時，只需要簡化模型。依據(jù)主要的沖床零部件和沖床模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4]和間隙碰撞和柔性多體動力學(xué)理論基礎(chǔ)[5]建立沖床的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型。建立的沖床剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型如圖1所示。

2? 肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿受力分析與截面積設(shè)計

由圖2已經(jīng)得到機(jī)構(gòu)各構(gòu)件與曲柄的運(yùn)動關(guān)系，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理[6]，對連桿8進(jìn)行受力分析，如圖3所示。

已知條件：滑塊的速度V，搖桿8的加速度，桿的相對速度。

所求量：F2、F3、F4、S。

根據(jù)達(dá)朗貝爾定理，可得下列方程（1）：

（1）

相對于機(jī)件受到的載荷來說，構(gòu)件自身的重量很小，因此可以忽略不計，同時為了在Matlab計算方便，在建模時忽略該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重力。

為了確保搖桿正常工作，所以取最大的應(yīng)力值2.43×106N，得到最小的設(shè)計截面面積約為2900mm2。

3? 肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)在Recurdyn中的動力學(xué)仿真

由圖2確定的高速沖床的肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理圖，結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分尺寸，通過三維制圖軟件CATIA，建立以肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)為傳動系統(tǒng)的沖床模型，然后把所建模型導(dǎo)入到多體動力學(xué)軟件Recurdyn，添加約束，如圖4。

在Recurdyn中，對導(dǎo)入的肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的沖床模型添加約束和載荷，給曲軸添加驅(qū)動載荷，然后對該物理樣機(jī)進(jìn)行仿真，通過結(jié)果后處理得到的分析結(jié)果如圖5。

根據(jù)圖6、圖7可知：紅色實(shí)線JOINT-9-MEA-1是連桿在Y方向上受的力F1，藍(lán)色虛線JOINT-9-MEA-3較水平的是搖桿在X方向上所受的力F2。由于連桿上承受的最大載荷2.6E+006N沒有超出前面Matlab中的力，因此驗(yàn)證了前面設(shè)計連桿的截面積2900mm2是合理的。

4? 結(jié)論

建立了高速精密沖床肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)多體動力學(xué)模型，應(yīng)用動力學(xué)理論仿真試驗(yàn)了在實(shí)際工況下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性，此模型真實(shí)的展示出了高速精密沖床肘接式執(zhí)行機(jī)構(gòu)各零部件可視化動態(tài)參數(shù)，通過與Matlab中得到的力的曲線相對比，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性，為強(qiáng)度、疲勞分析設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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