周文戰(zhàn)，喻寶林

1.一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，遼寧 大連 116600

2.一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師，遼寧 大連 116600

板沖機(jī)械壓力機(jī)的工作原理是將曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由滑塊帶動(dòng)上模與靜止的下模一同完成對(duì)工件的沖壓。通過(guò)改變曲柄長(zhǎng)度和連桿參數(shù)可以得到不同的滑塊行程和工作區(qū)速度，以滿(mǎn)足不同料片沖壓深度和沖壓速度的要求。以往對(duì)壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)分析方法主要有公式計(jì)算、圖解法等。由于壓力機(jī)滑塊的位移、速度、加速度計(jì)算公式復(fù)雜，尤其對(duì)于六連桿、八連桿及十連桿壓力機(jī)來(lái)說(shuō)公式更為復(fù)雜易出錯(cuò)，且出錯(cuò)后也不易發(fā)現(xiàn)。而圖解法作圖、計(jì)算工作量大、精度差，已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化壓力機(jī)設(shè)計(jì)需要。

而應(yīng)用分析軟件可以直觀、方便的對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，設(shè)計(jì)者可以利用模型模擬機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)動(dòng)，檢查運(yùn)動(dòng)是否存在干涉，也可以選擇不同視角觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隨時(shí)中斷進(jìn)行修改，還可以實(shí)現(xiàn)在模擬運(yùn)動(dòng)同時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)特征曲線，從而可以觀察參數(shù)變化與運(yùn)動(dòng)特征變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文主要介紹如何應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分析軟件對(duì)機(jī)械壓力機(jī)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析以及繪制滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線的基本方法。

1 建模

建模時(shí)可采用包含關(guān)鍵參數(shù)的簡(jiǎn)化圖建模，這樣既節(jié)省時(shí)間，也比較直觀。在各種機(jī)械壓力機(jī)中，小工作臺(tái)面、小噸位壓力機(jī)多為單點(diǎn)傳動(dòng)，細(xì)長(zhǎng)工作臺(tái)面的壓力機(jī)為雙點(diǎn)傳動(dòng)，而大工作臺(tái)面的壓力機(jī)多為四點(diǎn)傳動(dòng)，其中雙點(diǎn)壓力機(jī)或四點(diǎn)壓力機(jī)左右傳動(dòng)方式又可分為同向傳動(dòng)和異向傳動(dòng)。本文中將多點(diǎn)壓力機(jī)均簡(jiǎn)化為運(yùn)動(dòng)特征相同的單點(diǎn)傳動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行建模?？梢詰?yīng)用分析軟件自帶的建模工具建模，也可以先使用其它三維制圖軟件完成建模，另存為分析軟件可讀取的文件格式。本文先在其他三維軟件中完成曲柄連桿式壓力機(jī)（見(jiàn)圖1）和多連桿壓力機(jī)（見(jiàn)圖2）建模，然后再向分析軟件中導(dǎo)入模型。

2 添加屬性及約束

下面以曲柄連桿式壓力機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明，多連桿壓力機(jī)中的操作基本相同。

圖1 曲柄連桿式壓力機(jī)模型圖

圖2 多連桿壓力機(jī)模型圖

模型導(dǎo)入完成后，首先修改零件屬性，即修改材質(zhì)和名稱(chēng)，在各個(gè)零件上點(diǎn)右鍵逐一進(jìn)行。材質(zhì)修改為鋼，名稱(chēng)修改為容易記憶和區(qū)分且有一定意義的對(duì)應(yīng)名字；然后添加零件間約束：首先添加旋轉(zhuǎn)約束，對(duì)幾個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)依次進(jìn)行。其次添加固連約束，對(duì)滑塊和導(dǎo)柱、導(dǎo)套和地面依次進(jìn)行。最后添加滑動(dòng)約束。

3 添加驅(qū)動(dòng)及仿真

添加約束和修改屬性完成后，添加曲柄的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（見(jiàn)圖3）。然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)算，此時(shí)如果約束不正確或缺少零件質(zhì)量定義等會(huì)提示仿真失敗或得不到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)應(yīng)按提示修正對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤，使最終能夠?qū)崿F(xiàn)正常的模擬運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖 4）。

圖3添加運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)

4 繪制運(yùn)動(dòng)特征曲線

圖4 運(yùn)動(dòng)仿真

圖5 定義標(biāo)記

為了繪出以角度為自變量x的運(yùn)動(dòng)特征曲線，需要測(cè)出曲柄轉(zhuǎn)角，先建立一個(gè)與地面相對(duì)靜止的坐標(biāo)點(diǎn)，為測(cè)量曲柄轉(zhuǎn)角做準(zhǔn)備（見(jiàn)圖5），再測(cè)量曲柄轉(zhuǎn)角（見(jiàn)圖6）。注意以下三點(diǎn)的位置，第1點(diǎn)為與初始曲柄中心線重合的相對(duì)地面不動(dòng)點(diǎn)，第2點(diǎn)為回轉(zhuǎn)中心，第3點(diǎn)為隨曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)。當(dāng)曲柄上選擇點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三點(diǎn)形成的面應(yīng)該與實(shí)際曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)面平行，且在初始位置三點(diǎn)共線，否則不能測(cè)得曲柄轉(zhuǎn)角從0°開(kāi)始到達(dá)360°以上，即不能測(cè)得實(shí)際轉(zhuǎn)角。

測(cè)量變量添加完成后，就可以繪制運(yùn)動(dòng)特征曲線。首先添加曲柄轉(zhuǎn)角變量數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖7），再添加滑塊位移、速度、加速度數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖8），修正曲柄轉(zhuǎn)角范圍（見(jiàn)圖9），分別選擇滑塊在Y向的速度（以滑塊速度向下為負(fù)）和加速度，點(diǎn)擊添加曲線按鈕，最后繪出偏心式壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線（見(jiàn)圖10）。同理可以繪出多連桿壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線（見(jiàn)圖11）。

圖6 測(cè)量曲柄轉(zhuǎn)角

圖7 添加轉(zhuǎn)角變量數(shù)據(jù)

圖8 添加運(yùn)動(dòng)變量數(shù)據(jù)

圖9 修正轉(zhuǎn)角范圍

5 參數(shù)調(diào)整

圖10 曲柄連桿式壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線

圖11 多連桿壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線

在得到以同一曲柄轉(zhuǎn)角為自變量的圖表里的三條運(yùn)動(dòng)特征曲線后，即可對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，以確定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的最佳設(shè)計(jì)方案。在行程確定后，曲柄長(zhǎng)度為行程的一半，唯一可以變動(dòng)的就是連桿長(zhǎng)度。因此，通過(guò)不斷修改，選擇滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的最佳曲線時(shí)的連桿長(zhǎng)度后，就可以開(kāi)展下一步的設(shè)計(jì)工作。

為了使多連桿壓力機(jī)滑塊具有較高的空行程速度和低而平穩(wěn)的工作行程速度，可分別改變曲柄及各連桿長(zhǎng)度以及調(diào)速桿與機(jī)架鉸接的位置，然后對(duì)比各曲線的變化，從中選擇滿(mǎn)足壓力機(jī)行程、滑塊運(yùn)動(dòng)速度、合適的傳動(dòng)角、公稱(chēng)壓力行程及拉伸力行程的曲線。待最佳參數(shù)確定后，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)仿真檢查干涉，分析軟件會(huì)提示干涉部位及接觸應(yīng)力，可根據(jù)提示進(jìn)行修改。

由于在確定最佳設(shè)計(jì)參數(shù)的過(guò)程中需要反復(fù)修改，為提高效率，可以采用建立參數(shù)化模型的方法，通過(guò)修改設(shè)計(jì)變量值來(lái)完成對(duì)模型元素參數(shù)值的快速修改。

6 結(jié)語(yǔ)

利用運(yùn)動(dòng)分析軟件，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)分析不同模型參數(shù)時(shí)的滑塊運(yùn)動(dòng)特征曲線，迅速得到最佳設(shè)計(jì)方案，工作效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量均有較大提高。