唐 勰

(沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 張家港 215600)

1 引言

鋁電解電容器是電子線路中非常重要的電子元器件。其作用概括為:通交流、阻直流，具有濾波、旁路、耦合和快速充放電的功能，并具有體積小、儲存電量大、性價比高的特性。隨著現(xiàn)代科技的進步與電容器性能的不斷提高，鋁電解電容器已廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、電腦及周邊產(chǎn)品、新能源、自動化控制、汽車工業(yè)、光電產(chǎn)品、高速鐵路與航空及軍事裝備等。電容器引線(又稱為導(dǎo)針，如圖1所示)作為電容器正負兩極薄膜上的引出線，是制造電容器的主要零部件。引線是將純鋁線和鍍錫銅包鋼線焊接到一起，然后進入到由凸輪驅(qū)動的沖壓切邊模具將鋁棒端打扁并按尺寸要求切除多余材料而獲得［1］。

圖1 導(dǎo)針實物

2 電容器引線焊接機結(jié)構(gòu)說明

鋁電解電容器引線焊接機，如圖2所示，是為了生產(chǎn)鋁電解電容器的引線而研制開發(fā)的一種專門設(shè)備，該機器結(jié)構(gòu)設(shè)計精妙，零件種類較多，裝配精度要求較高。該設(shè)備主要由線材校直部件、線材(鋁線、CP線)送進部件、鋁線切斷部件、CP線(鍍錫銅包鋼線)切斷部件、焊接部件、二分割傳送部件、八分割傳送部件、沖壓切邊模具部件、檢測部件、傳動部件、機架部件、電氣控制部件等組成。它能自動完成將特定長度的CP線、鋁線切斷后焊接在一起、并且將鋁線部分打扁、切腳，制成鋁電解電容器所需要的引線，由于該設(shè)備加工速度比較快，使用強度較高，對可靠性提出了較高的要求。

圖2 引線焊接機虛擬樣機

3 送線機構(gòu)的特點及功能分析

送絲機構(gòu)的組成:鋁電解電容器送絲機構(gòu)主要由矯直部分和送絲部分組成。由前述知，電容器引線的原料是鋁線和CP線，而CP線、鋁線都是成圈狀安放在送料桶中，其本身或正旋、或逆旋(左、右旋)都存在彎曲撓度及直線性不良的情況，所以在焊接前必須先經(jīng)過送絲機構(gòu)的直線器(如圖3所示)，對鋁線和CP線進行調(diào)直，這樣CP線和鋁線熔接在一起后才能得到筆直的導(dǎo)針丸棒，才能保證CP線和鋁線有較好的對中性能，從而保證焊接后能達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強度。電容器引線焊接機，是一臺全自動工作的設(shè)備，送絲是整個加工環(huán)節(jié)中的一環(huán)，送絲機構(gòu)處于設(shè)備的最前端，它的性能如何直接影響到后續(xù)的所有環(huán)節(jié)。送絲部分(如圖4所示)是整個送絲機構(gòu)的關(guān)鍵部件。它是鋁線和CP線完好焊接，同時也是導(dǎo)針丸棒在進入模具沖壓時準(zhǔn)確定位的有力保證。所以對其進行仿真分析是非常有必要的，這也是保證生產(chǎn)優(yōu)良導(dǎo)針的先決條件。

圖3 直線器部件

圖4 送絲機構(gòu)模型

4 送絲機構(gòu)的運動學(xué)仿真

4.1 仿真軟件及過程簡要說明

虛擬樣機技術(shù)是利用軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計算機上對機械系統(tǒng)進行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計算機數(shù)字模型，即虛擬樣機(virtual prototype)，并對其進行仿真分析。這種方法使設(shè)計人員能在計算機上快速試驗多種設(shè)計方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，從而免去了傳統(tǒng)設(shè)計方法中物理樣機的試制，從而大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量［2］。

ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)是世界上著名的動力學(xué)仿真軟件，由美國MSC公司開發(fā)研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件［3］。進行仿真分析的模型既可以在ADAMS環(huán)境下直接建模，也可以從其它CAD軟件中導(dǎo)入，一般情況都采用后者。本次分析首先是運用Pro/E構(gòu)建了整個設(shè)備的三維實體模型，并且專門為送絲機構(gòu)構(gòu)建了簡化的分析模型，通過mechanism/pro接口軟件導(dǎo)入ADAMS2010中，構(gòu)建了該部分的虛擬樣機。

利用ADAMS對送絲機構(gòu)進行仿真的過程大致分為:送絲機構(gòu)幾何建模、施加約束和載荷、送絲機構(gòu)樣機模型檢驗和仿真結(jié)果后處理、仿真結(jié)果比較分析，參數(shù)優(yōu)化等幾個階段。通過對構(gòu)件編輯材料屬性，添加約束，施加驅(qū)動和載荷，對送絲機構(gòu)進行運動學(xué)仿真分析。

4.2 送絲機構(gòu)簡化模型的構(gòu)建

根據(jù)送絲機構(gòu)的工作原理(送絲機構(gòu)的裝配模型由CP線送料凸輪機構(gòu)、鋁線送料凸輪機構(gòu)組成，兩個機構(gòu)同步動作，保證CP線和鋁線的同步送進)，對其樣機模型進行簡化。簡化的虛擬樣機模型如圖5所示。

圖5 送絲機構(gòu)簡化模型

4.3 ADAMS虛擬樣機模型的建立

分別創(chuàng)建轉(zhuǎn)軸與大地之間的轉(zhuǎn)動副，CP線送線凸輪及鋁線送線凸輪與轉(zhuǎn)軸之間的固定副，滾動軸承與推桿之間的轉(zhuǎn)動副，推桿與直線導(dǎo)軌之間的移動副，直線導(dǎo)軌與大地之間用固定副連接。凸輪與滾子之間采用接觸方式連接，在凸輪與滾子之間添加接觸力，在推桿和導(dǎo)軌之間增加彈簧阻尼器，在仿真的過程中逐漸修改彈簧的剛度值［4］。ADAMS2010中的虛擬樣機模型如圖6所示。

圖6 ADAMS中虛擬樣機模型

4.4 仿 真

為樣機模型添加驅(qū)動，根據(jù)需方對物理樣機設(shè)計提出的要求(180支/min)來設(shè)置驅(qū)動，驅(qū)動值設(shè)置為每秒逆時針旋轉(zhuǎn)1 080°，步長500，終止時間5 s。設(shè)置好后，對模型進行仿真，最后進入后處理模塊，可以直接看到仿真效果，可以得出CP線推桿、鋁線推桿的位移、速度、加速和以及由接觸力和彈簧力等數(shù)據(jù)情況，仿真結(jié)果如圖7～10所示。

圖7 CP線送絲推桿運動情況

4.5 仿真結(jié)果分析

從分析圖線可看出，CP線推桿、鋁線推桿的運動情況的趨勢是一致的，雖然數(shù)據(jù)上有一定出入，但這也為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化指明了方向，通過調(diào)整合適的仿真參數(shù)可以找到最優(yōu)的結(jié)果。彈簧力及接觸力的情況也是正常的，通過更換不同剛度的彈簧參數(shù)，可以使物理樣機性能達到最優(yōu)化。

圖8 鋁線送絲推桿運動情況

圖9 彈簧力及形變情況

5 結(jié)論

虛擬樣機技術(shù)使機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計擺脫了對物理樣機的依賴，利用虛擬樣機技術(shù)可以快速地建立機構(gòu)的動力學(xué)仿真模型，對機構(gòu)的多種設(shè)計方案、各種性能進行測試評估、模擬仿真，可以在機構(gòu)的設(shè)計初期和過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，不斷改進，得到最好的性能和最優(yōu)化的方案［5］。通過Pro/E和ADAMS接口程序，把Pro/E的模型導(dǎo)入ADAMS，從而實現(xiàn)兩者之間的無縫連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，充分發(fā)揮兩個軟件的專長，實現(xiàn)機械產(chǎn)品的高效仿真分析。從而可以方便地獲得機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)特性曲線，分析方法和結(jié)果對機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了較大幫助。大幅度縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖10 接觸力情況

［1］ 王 倩，徐榮建.電容器引線焊接機沖壓切邊凸輪的三維精確造型［J］.沙洲職業(yè)工學(xué)院學(xué)報，2010(2):13-14.

［2］ 王華杰.基于虛擬樣機技術(shù)的含間隙轉(zhuǎn)動鉸曲柄滑塊機構(gòu)動力學(xué)仿真研究［J］.襄樊學(xué)院學(xué)報，2007(11):58-61.

［3］ 徐 芳，周志剛.基于ADAMS的凸輪機構(gòu)設(shè)計及運動仿真分析［J］.機械設(shè)計與制造，2007(9):78.

［4］ 鄭 凱，胡仁喜，陳鹿民，等.ADAMS2005機械設(shè)計高級應(yīng)用實例［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［5］ 韓曉明，王惠源.基于ADAMS/View機心凸輪機構(gòu)分析與動態(tài)仿真［J］.制造業(yè)信息化，2005(10):92-95.