平压平模切机肘杆机构特性分析

张天轩，李梦群

（中北大学 机械工程及自动化学院，太原 030051）

0 引言

我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平，其主要标志体现在：一是模切机的进口额下降，出口额在不断提高；二是模切机的品种基本能满足国内印刷包装业的生产需求；三是制造全自动和半自动模切机的企业已经超过20 家［1］。但是，随着包装工业的不断快速发展，市场对模切机的需求数量与日俱增，同时对其性能也提出了更高的要求。

模切机主要包括进料、压模（或烫印）、清废、出纸堆垛4 个功能部分。其中，传动机构是压模、烫印部分的核心部件，其工作性能的好坏直接影响印刷产品的模切精度和整机的速度及稳定性［2］。

ADAMS 软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度和加速度以及反作用力曲线［3］。通过对三角肘杆传动机构进行数值仿真，可以直观地看到机构输出参数的动态变化情况，分析机构的运行状况，预知机构的动态结果，为机构优化设计提供依据。

1 肘杆传动机构

图1 肘杆传动机构简图

表1 肘杆机构各杆件长度

本文以某型号模切机的肘杆传动机构为研究对象，其传动结构如图1 所示。此机构由曲轴1，连杆2、5，肘杆3、4、6、7 以及动平台9组成，8 是导向滑块，用于平衡动平台9，10为静平台。其工作原理为：曲轴1 转动，带动连杆2、5 运动，进而带动肘杆3、4、6、7 运动，从而带动动平台9 在导向滑块8 的作用下上下运动，动平台9 和静平台10 完成做功。此传动机构由电机带动，通过一对蜗轮蜗杆把动力传给主动曲轴1。当曲轴1 和连杆2、5 处于同一直线时，动平台9 处于做功极限状态，此时上下肘杆处于同一直线。

2 机构特性

依据图1，在ADAMS 中建立虚拟样机，其各杆件长度尺寸如表1 所示。在曲柄转速为1 rad/s 的情况下进行仿真，其仿真时间为7 s，步长为500，从做功位置开始计时。

2.1 机构工艺

图2 动平台行程曲线

图3 动平台速度曲线

图4 动平台加速度曲线

利用ADAM/View 中的测量（Measure）功能，测得动平台质心在竖直方向上的行程、速度、加速度曲线，如图2～图4 所示。由图可知，该机构具有快进-做功-快退的良好工艺性，在进入做工行程时，速度、加速度逐渐减小，到做功极限位置减小为0，可以得到较高的模切质量。

2.2 机构平稳性

肘杆机构的运动平稳性是影响模切机运动特性的最主要性能，决定着模切机的加工精度。理想状态下传动机构中的动平台4 只做竖直方向的上下运动，没有水平移动和倾斜角。利用其测量功能，得到动平台质心x 方向的位移和动平台绕x 轴的转动角曲线，如图5、图6 所示。

图5 动平台水平方向的位移

图6 动平台在水平方向的倾角

从图5、图6 可以看出，在做功过程中，动平台的水平位移、水平转角都近似为0，由此可知，肘杆机构在做功过程中动平台上平面基本保持水平状态，具有较高的加工精度。

3 结论

用ADAMS 软件实现了肘杆机构的动态仿真，通过仿真分析得出了动平台的在竖直方向上的行程、速度、加速度曲线以及在水平方向上的位移、转角曲线。由此得出本机构具有较好的工艺性以及较高的加工精度。

［1］韩晓良.我国模切机发展现状［J］.今日印刷，2005（1）：11-14.

［2］徐立峰，张雷.基于ADAMS 的模切机双肘杆机构优化设计研究［J］.包装工程，2013，34（1）：75-78.

［3］葛正浩，等.ADAMS 2007 虚拟样机技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［4］何德誉.曲柄压力机［M］.北京：机械工业出版社，1981.

［5］余俊，杨明忠.全自动平压平模切机模切机构特性分析及结构优化设计［D］.武汉：武汉理工大学，2010.