基于ADAMS的精压机工作机构的运动分析

摘要：文章所述研究结合精压机的工作特征，对如何借助ADAMS软件工具进行精压机工作机构的建模与运动学仿真进行了分析和讨论。随后，将仿真结果与理论进行对比，以此证实仿真的准确性和有效性。实践结果表明，该方法有利于设计周期和设计经费的压缩，具有广阔的发展前景和较高的工程实用价值。

关键词：ADAMS；精压机；工作机构；运动分析

中图分类号：TG305 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0054-03

1 概述

作为少、无切削工艺的一类，精压工艺包括体积、平面精压两种类型。平面精压能够使冲压件、锻件的表面精度得到提升，并使其高度尺寸更为精确；体积精压则可以使冲压件、锻件获得较高的表面精度和更为精确的重量。精度高、工件变形量小是精压工艺的两大特点，所以在进行精压机的设计工作时，应注意确保刚度的合理性，并让工作速度趋于平缓，同时使工件加压时间得到相应的延长，所配备的装模高度调整设备也要更为可靠。其原因在于，更小的滑块行程不仅同样可以满足精压机精压工件的需求，而且还能够大幅减少能耗，有利于生产成本的进一步下降。为了使设计成果在尺寸与形式方面都更为合理，实验研究是必不可少的内容，而对于仿真分析模型的实验分析，则可以为不同工况的分析以及改型设计提供更多的依据，并且有效减少物理实验所需费用和复杂计算的工作量。所以，对于后续物理模型的设计工作而言，实现一种基于仿真的数字模型，无论是对于工作效率的提升还是经费的节约，都将发挥出积极的推动作用。正是基于仿真分析模型的这些优点，我们借助ADAMS软件进行关于精压机工作结构运动的仿真分析，以期为今后相关研究及实践活动的开展提供一定的参考和借鉴。

2 精压机工作结构运动的仿真模型构建

2.1 精压机工作机构的选择

为了最大程度降低精压工艺的工作行程以及精压机工作机构对于弹性变形的要求，我们选择了曲柄肘杆，其特点是滑块的形成较小，由两肘杆承受绝大部分的工作变形力，连杆的受力因此得到显著的下降，同时，肘杆的长度也可以得到有效控制。

曲柄肘杆机构按照运动、受力情况的差异，可以分为单次行程通过一次、两次下死点以及连杆在工作状态下承受压力、拉力这四种基本类型。其中，单次行程通过两次下死点的类型可以让工件受压时间更长，使其更容易成型。不过，压力机的工作效率在下死点附近时相对较低，也就是说，保压时间的延长会在一定程度上导致压力机效率降低的问题。从连杆受力改善的角度来看，连杆承受压力的形式无疑是有益的，但是在这种结构下，连杆的长度相对较短，连杆系数约为1/3，所以无论是工作滑块的速度变化还是曲轴的扭矩都必然得到相当程度的提升。因此，选择连杆在工作状态下承受压力、单次形成通过两次下死点的类型能够获得更好的效果，详见图1：

2.2 建立模型

ADAMS虚拟样机分析软件集可视化、求解、建模技术于一体，是当前世界范围内使用最为广泛也是最著名的机械系统仿真分析软件，它通过力库、约束库、零件库以及交互式图形环境等让机械系统转变为全部参数化的模型，而多刚体系统动力学理论中拉格朗日方程的运用则让求解器对于系统动力学方程的构建成为了可能，通过运动学、动力学、静力学等方面的分析，最终完成对所虚拟机械系统的位移、加速度、速度、反作用力曲线等测试结果的输出。无论是机械系统的峰值载荷、性能与运动范围的预测，还是碰撞检测工作，我们都可以借助ADASM软件的仿真能力对结果加以预测。

软件的基本模块主要包括用户界面（ADAMS/View）、处理器（ADAMS/Solver）以及后处理三个部分，其中，用户界面模块的作用是通过所提供的对话环境方便用户进行各种操作。同时，该模块也具备在正式分析前对相关数据进行预处理、设置虚拟样机的分析参数，提供与其他应用程序的接口等功能。

通过ADAMS软件，我们可以直接实现对简单几何模型的建模，如果模型相对复杂，则可通过其他的三维建模软件先进行预处理，再将其导入ADAMS以施加各类作用和约束力。结合本次研究所涉及模型的实际情况，我们直接通过ADAMS软件建模，详见图2：

3 针对精压机工作机构的运动分析

结合图1，我们将曲柄OA设为R，将连杆AB设为L，肘杆BC=BD设为l。图中实线所示为曲柄转角为α时的位置。若BC、BD处在同一条直线上，那么滑块到达下死点D0。而当曲柄转为α角时，滑块则到达D点，此时的位移S=D0D。由图我们可以得出。

在公式中，α的值未知，当我们赋予其不同值时，就会得出与该值相对应的S的值，随后，再借助包括求导在内的一系列计算，就可以得出滑块的速度和加速度。若结果表明滑块的这些参数未能达到设计要求，工作人员就需要对相关条件进行重新调整，并再次计算滑块在调整后的运动特性。

ADAMS软件可以免去因反复调整设计参数而带来的大量计算任务，设计人员只需要对仿真模型的特定参数进行修正，计算机就会通过软件的运动仿真功能，完成对不同工况和条件下精压机工作机构运动特征的计算和反馈，使设计人员能够更加快速和方便地对自己的设计成果进行检验，更好地实现确保设计成果科学性和合理性的工作目标。

在本次研究中，我们对相关参数进行了如下选择：R=170mm，α=1130mm，L=1297mm，l=600mm。在输入数据后，软件就会自动进行针对精压机工作机构运动的仿真分析，并最终将系统不同构件的位置、速度、加速度与时间函数的关系反映出来。由于构件的受力变形是分析工作可以忽略的内容，因此建模与几何参数选择的准确性就成为了决定仿真精度的重要指标。图3、图4、图5分别为精压机滑块运动的位移、速度与加速度曲线。

4 结语

在采用常规方法开展的精压机设计工作中，设计人员不得不通过手工的方式对设计参数进行反复的修改以便最终获得令人满意的设计成果，这种做法不仅会导致重复工作的大量进行，而且也不利于设计结果精确性的有效保障。在本次研究中，我们对于精压机工作机构的设计借助了ADAMS软件的建模与仿真分析等功能，并通过理论分析与仿真结果之间的对比来验证仿真分析的准确性。结果表明，与制造物理样机的方式相比，通过ADAMS软件的建模与仿真分析功能，可以使精压机工作机构设计成果的性能检测更加简捷，分析结果也更为准确，这样一来，设计人员就得以借助仿真实验的结果在更短的时间内完成对产品设计进行针对性的修正，从而大幅缩短了产品设计周期，减少了设计开发的经费要求，也从侧面向我们展现了该方法广阔的发展前景以及巨大的工程实用价值。

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作者简介：廖前行（1967—），广西宾阳人，广西职业技术学院机械系高级技师，工程师，研究方向：机械设计制造及自动化。