高速精密沖床肘接式執(zhí)行機構的動力學分析

張云獻

摘要：本文圍繞高速沖床肘接式執(zhí)行機構的結構優(yōu)化和動態(tài)性能等方面，進行了肘接式執(zhí)行機構的動力學分析。把肘接式執(zhí)行機構作為傳動系統(tǒng)的高速精密沖床三維模型導入Recurdyn，根據裝配要求為其添加約束和工作載荷驅動載荷再進行仿真，通過結果后處理得到肘接式執(zhí)行機構中關鍵桿上力的變化曲線，通過與Matlab中得到的力的曲線相對比，驗證了設計的合理性。

關鍵詞：高速精密沖床;多體動力學;仿真分析

中圖分類號：TG385.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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步，再有其生產效率不高，嚴重的影響其發(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)行機構的形式來提升機械式沖床的工作性能[2]。通過運動學、動力學等分析結合優(yōu)化設計得到更加合理的執(zhí)行機構，這對機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)行機構多體動力學模型的建立

構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。依據主要的沖床零部件和沖床模型的拓撲結構[4]和間隙碰撞和柔性多體動力學理論基礎[5]建立沖床的剛柔耦合動力學模型。建立的沖床剛柔耦合動力學模型如圖1所示。

2? 肘接式執(zhí)行機構連桿受力分析與截面積設計

由圖2已經得到機構各構件與曲柄的運動關系，根據達朗貝爾原理[6]，對連桿8進行受力分析，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。

根據達朗貝爾定理，可得下列方程（1）：

（1）

相對于機件受到的載荷來說，構件自身的重量很小，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)行機構的重力。

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

3? 肘接式執(zhí)行機構在Recurdyn中的動力學仿真

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

在Recurdyn中，對導入的肘接式執(zhí)行機構的沖床模型添加約束和載荷，給曲軸添加驅動載荷，然后對該物理樣機進行仿真，通過結果后處理得到的分析結果如圖5。

根據圖6、圖7可知：紅色實線JOINT-9-MEA-1是連桿在Y方向上受的力F1，藍色虛線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，因此驗證了前面設計連桿的截面積2900mm2是合理的。

4? 結論

建立了高速精密沖床肘接式執(zhí)行機構多體動力學模型，應用動力學理論仿真試驗了在實際工況下執(zhí)行機構的動態(tài)特性，此模型真實的展示出了高速精密沖床肘接式執(zhí)行機構各零部件可視化動態(tài)參數，通過與Matlab中得到的力的曲線相對比，驗證了設計的合理性，為強度、疲勞分析設計提供了科學依據。

參考文獻：

[1]劉川，宋四全，李勇.國內沖壓自動化線成套技術及裝備供應能力研究[J].機器人技術與應用，2004（3）：8-12.

[2]宋四全.金屬板材成形設備行業(yè)的現狀和發(fā)展（下）[J].金屬加工：熱加工，2005（4）：70-73.

[3]周秋林.分析航空電器微小零件的制造特點[J].電子制作，2013（13）：68.

[4]王春生.高速精密自動化：淺談國內外高速精密沖床的現狀與發(fā)展[J].鍛造與沖壓，2008（7）：21-22.

[5]焦曉娟，張湝渭，彭斌彬.RecurDyn多體系統(tǒng)優(yōu)化仿真技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[6]鹿新建，柯尊芒，朱思洪，等.多連桿高速沖床滑塊運動曲線研究[J].鍛壓技術，2010，35（4）：90-94.