基于Pro_E的壓床機構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)分析

蘇旭鋒 廖建滿 張梁武

摘 要：本文通過建立壓床六桿機構(gòu)的運動學(xué)及動力學(xué)數(shù)學(xué)模型進行分析，并基于Pro_E三維建模軟件對其進行仿真分析，得出了壓床六桿機構(gòu)的位移、速度、加速度以及原動件的平衡轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律曲線。綜合分析數(shù)學(xué)建模解析法所得結(jié)果與Pro_E仿真分析得出的曲線變化規(guī)律可知，軟件仿真克服了解析法復(fù)雜的計算過程以及提高了對連桿機構(gòu)分析的效率。該方法可為機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：壓床六桿機構(gòu)；運動學(xué)分析；動力學(xué)分析；Pro_E

0 引言

壓床是由六桿機構(gòu)中的沖頭向下運動來沖壓機械零件的，它也是一種沖壓機。從壓床的結(jié)構(gòu)上來看其執(zhí)行機構(gòu)主要是由連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組合而成，工作時電動機經(jīng)聯(lián)軸器帶動齒輪轉(zhuǎn)動而降低速度，而后帶動凸輪轉(zhuǎn)動，克服工作阻力而運動。對壓床機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)的分析直接影響到了壓床沖頭的工作質(zhì)量和工作效率。對于連桿機構(gòu)的分析有圖解法和解析法。圖解法既簡單又形象易操作，但是精度低，效率低。解析法分析計算的精度高，但過程復(fù)雜、繁瑣且效率低。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，對于工程實際問題的分析我們可以利用計算機來輔助分析，不僅克服了圖解法和解析法效率低而繁瑣的缺點，而且使機構(gòu)分析更加精確和高效化。因此本文先利用解析法建立壓床機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立起理論基礎(chǔ)，而后借助Pro_E建模軟件對壓床機構(gòu)進行建模分析。從而得出并繪制了壓床沖頭的位移、速度、加速度及原動件的平衡力矩變化曲線圖。

1 壓床機構(gòu)的解析法數(shù)學(xué)模型建立

1.1 壓床機構(gòu)運動學(xué)模型

1.1.1 位移分析

壓床機構(gòu)的運動簡圖如圖1所示，運動分析所需參數(shù)由表1可得。圖中各桿件長用li來表示，，lCD為CD的長度。h5為F點到A點水平面的垂直距離。各構(gòu)件的矢量方位角為θi，。位移方程組如下：

（1）

1.1.2 速度分析

由（1）式對時間求導(dǎo)可得：

（2）

式（2）中，各構(gòu)件的角速度為ωi，。構(gòu)件5的線速度為。

1.1.3 加速度分析

由（2）式對時間求導(dǎo)，且由ω1為常數(shù)，因此可得：

式（3）中，各構(gòu)件的角加速度為αi，。構(gòu)件5的加速度為。

1.2 壓床機構(gòu)動力學(xué)模型

壓床六桿機構(gòu)中各運動副反力統(tǒng)一表示為，且將運動副反力用橫坐標x方向上的分力和縱坐標y方向上的分力表示，即。在同一運動副中。構(gòu)件上的力對其上某點的力矩方向與理論力學(xué)上規(guī)定的一致，逆時針為正，順時針為負。以下對各個桿件分析并列出運動副反力和平衡力矩方程式。

對構(gòu)件5分析有：

運用表2動力學(xué)分析參數(shù)，聯(lián)立上述各式子可求出各運動副反力，進而求出原動件的平衡力矩。

2 基于Pro_E的分析及仿真的實現(xiàn)

根據(jù)已知的和已求得的運動學(xué)參數(shù)，運用Pro_E零件模塊建立壓床機構(gòu)各桿件的三維零件模型。而后運用Pro_E組件模塊將已建立的各桿件裝配成完整的壓床機構(gòu)，根據(jù)動力學(xué)參數(shù)定義構(gòu)件所需的初始條件。分別在“運動學(xué)”和“動態(tài)”下對機構(gòu)進行仿真運行，從而得到滑塊沖頭的位移線圖（圖2）、速度線圖（圖3）和加速度線圖以及原動件的平衡力矩線圖。

3 結(jié)束語

由解析法和三維建模仿真分析法對壓床六桿機構(gòu)進行運動學(xué)和動力學(xué)分析的結(jié)果對比可知二者結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)是相互符合的，但是從兩種分析過程我們可以看出基于Pro_E的仿真分析提高了分析的效率和精度，節(jié)省了大量的時間和成本，而且所得出結(jié)果圖像線圖簡潔明了，分析方便。該方法對于信息化時代的今天對機構(gòu)的優(yōu)化分析具有重大的借鑒意義。

參考文獻

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