基于Inventor六連桿機械壓力機主傳動的設計方法

齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司 （黑龍江 161005） 余發(fā)國 劉 磊

多連桿壓力機是在曲柄壓力機的基礎上發(fā)展而來的，其與曲柄壓力機相比具有更好的曲線控制能力，能以較高的效率實現(xiàn)較大行程的拉深，但是由于桿件數(shù)的增加，其運動分析的難度也相應加大。在多連桿壓力機的設計中，多連桿機構(gòu)的滑塊運動特性是由各桿件的尺寸與相對位置確定的。因為桿件數(shù)目較多，所以如何選擇各桿件的長度及有關(guān)角度、位置參數(shù)，借以保證滑塊具有符合工藝要求的最佳運動特性，成為設計工作中的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)確定桿件尺寸的方法一般有圖解法與解析法。圖解法是利用手工作圖的方法，從有限幾個方案來確定桿件尺寸。這種設計方法形象、直觀，但設計工作量大，精度不高，不能保證機構(gòu)具有最佳的運動特性。解析法是將機構(gòu)中已知的尺寸參數(shù)和運動變量與未知的運動變量之間的關(guān)系用數(shù)學式描述出來，列出相應的方程組，用解方程的方法來確定桿件的未知變量。一般情況下所列的方程組是高度非線性的，且由于設計變量和約束條件較多，要直接解出待定參數(shù)是很困難的，甚至是不可能的，因此很難獲得滿足約束條件的最優(yōu)方案。

本文主要介紹一種基于Inventor三維設計軟件的六連桿壓力機主傳動結(jié)構(gòu)的計算機設計方法。以24MN，1100mm行程六連桿壓力機為例，傳動結(jié)構(gòu)及零件名稱如圖1、圖2所示。

打開Inventor，在菜單中新建一個standard.ipt文件，新建“草圖”，將圖1所示傳動部分簡化為結(jié)構(gòu)簡圖，省略導套4和導柱5結(jié)構(gòu)，如圖2所示。將oa'，a'b'，b'p，c'a'，c'd'按尺寸給出“尺寸約束”，將O點作“固定約束”，d'點與O點作“垂直約束”，p點相對O點作尺寸位置約束，如圖3所示。此時，用鼠標拖動a'點繞O點轉(zhuǎn)動，可以看出連桿及偏心輪的運動狀態(tài)。

圖1 六連桿機械壓力機桿系結(jié)構(gòu)

圖2 六連桿機械壓力機桿系機構(gòu)簡圖

根據(jù)運動狀況可知，導柱5運動為上下垂直往返運動，且只有兩個點的運動速度為0，也即導柱到達上下死點位置，在此瞬時導柱處于瞬時靜止狀態(tài)，此時可以假設d點為固定點，六連桿機構(gòu)可以看作由Oacd和Oabp兩套四桿機構(gòu)組成。因此，根據(jù)機械原理中的四桿機構(gòu)速度瞬心的確定方法，可以分別得到兩個瞬心，因為ac和ab為同一剛性構(gòu)件，因此此時這兩個瞬心必須重合。利用Oacd和Oabp兩套四桿機構(gòu)中ac和ab桿瞬心重合的特點，可以用作圖法快速地得到六連桿壓力機桿系的上下死點位置。

根據(jù)以上闡述的原理，定義六桿機械壓力機導柱在上下死點時，桿cab的瞬心分別為m及m'。首先將連桿3下端拖至接近上端d'點處，如圖3所示，新建點m'，使用重合約束約束m'點與c'd'、Oa'、b'p同時共線，此時m'即為桿c'a'的瞬心，所有線條將會被完全約束固定； 然后，將Oa'，a'b'，b'p，c'a'，c'd'線段改為構(gòu)造線。在同一個草圖中，重新作結(jié)構(gòu)簡圖，如圖4所示。將線段c'd'與cd、Oa'與Oa、c'a'與ca、a'b'與ab、b'p與bp作等長約束。同理，將連桿3下端拖至接近下端d點處，新建點m，用重合約束約束m與cd、Oa、bp同時共線，此時m即為桿ca的瞬心，所有線條亦將會被完全約束固定。如此求得d點及d'點，即為導柱上下死點位置。

圖3

此時將圖3中任何一個約束改為聯(lián)動尺寸，發(fā)現(xiàn)簡圖中桿系不被完全約束，用通用尺寸約束d和d'之間的距離，桿系重新被約束固定。如此，便可按客戶需求，利用Inventor草圖確定桿系局部尺寸，對待改動尺寸進行微調(diào)，即可滿足設計需求。同時，可根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，將每個桿系外形相對桿系進行約束，解放瞬心自由度，拖動a點便可以觀察每個桿系外形干涉情況，同時通過運動仿真還可以快速得到導柱的運動曲線是否滿足要求，以便及時調(diào)整。

這種通過Inventor實現(xiàn)的桿系設計方法，省去了很多通用設計過程中反復計算的麻煩，節(jié)省了大量設計時間，不僅方便且對結(jié)構(gòu)是否干涉也能做到一目了然。

圖4