基于ADAMS软件的机械压力机工作机构优化设计

来源：核心期刊咨询网时间：2020-07-10 10:2412

摘要：摘要：传动系统是冲压机构整体系统的关键环节，在进行设计时需要综合考虑系统的合理性和可靠性，进而优化机床的整体性能和质量。文章基于ADAMS软件对机械压力机工作机构进行了分析和优化。文章首先给出了压力机的运动分析合数学模型;其次运用ADAMS软件分析了

　　摘要：传动系统是冲压机构整体系统的关键环节，在进行设计时需要综合考虑系统的合理性和可靠性，进而优化机床的整体性能和质量。文章基于ADAMS软件对机械压力机工作机构进行了分析和优化。文章首先给出了压力机的运动分析合数学模型;其次运用ADAMS软件分析了虚拟样机技术及其建模流程;最后针对多连杆样机模型进行了仿真分析，得到了优化以后的系统关键部位数据。最终所得结论表明，优化后的产品性能和质量能够得到有效提升。文章为机械设计领域进行机械压力机的机构优化提供了数据支持和优化方案。

　　关键词：ADAMS;机械压力机;六连杆机构;优化设计

　　0 引言

　　长期以来机械设计领域的从业人员通常都采用传统的图解设计方法进行机械压力机工作机构的设计和产品优化。由于该类型方法具有高度的非线性特征，因而想要从设计过程中获得具体的待定系数难度较大[1]。因而，在传统的设计和优化方式下难以获得较高的设计精度和设计效率。同时，设计和优化方法的不足更严重制约了机械设计机构进行机构的综合与优化设计，机构的设计质量整体提升幅度有限。这一情况在计算机技术的飞速发展下有望得到解决。

　　1 压力机运动分析及数学模型

　　1.1 工作机构运动分析

　　机械压力机对板材进行加工时主要以双动拉伸压力机为最主要的加工工具[3]。双动拉伸压力机的结构特征包括：①外滑块，通过在压力机机身导轨内作往复运动，用于对板材进行压边处理;②内滑块，通过在外滑块的导轨内作往复运动，用于对板毛坯材进行拉伸[4]。在内外滑块的配合工作下，对板材进行拉伸成型，这一加工工艺对压力机的工艺要求较高，因而压力机的遭际和制造技术要求往往会给厂家的生产带来较大的经济压力。本文针对这一行业需求，优化了双动拉深压力机，构建了图1所示的采用单动多连杆机构的新型压力机。

　　1.2 双曲柄8杆机构优化设计的数学模型

　　1.2.1 目标函数

　　所设计的双曲柄多连杆机构设计过程中主要需要通过4个分目标函数进行计算：①目标函数I，通过对压力角h的界定，保证多连杆结构中的驱动滑块获得最佳下压力;②目标函数Ⅱ，通过对速度的界定，保证多连杆机构中的滑块工艺形成快速返回;③目标函数Ⅲ，通过对滑块形成进行界定，保证多连杆机构中的滑块上下极限位置满足加工工艺要求;④目标函数Ⅳ，通过对驱动曲柄长度的界定，保证多连杆机构的经济性和装配便捷性。

　　1.2.2 设计变量

　　目标函数I-Ⅳ中个数据的计算均与机械压力机榴莲干机构的杆长和初始位置角度有关。本文为优化计算流程，采用ADAMS软件对各目标函数的数据值进行分析，认为可以采用图l所得的设计结构图，对初始位置各连接点的(x，v)值进行设计变量的确定。本文按照多连杆曲柄原点D为固定位置不变的前提，给定原点D坐标为(0，0)。设多连杆机构中滑块点I与原点应在同-y平面内，故将滑块点I的横坐标定位为0，滑块在系统中共包含9个连接点，共计18个横纵坐标，除去3个横坐标，确定本次设计变量为DV_2 - DV_16。

　　2 运用ADAMS软件进行机构优化

　　2.1 虚拟样机技术及其建模流程

　　通过对传统多连杆机械压力机的设计流程进行调研发现，传统的设计方案需要在确定多个不同方向设计思路的基础上，由工程人员对多个设计方案分别进行验证，验证过程中通过发现问题、解决问题、完善方案的流程达到最终的设计成果。这一过程对人力和成本的要求极高，同时设计效率和设计质量难以得到保证[6]。因此，按照图2所示的基于虚拟样机技术的现代设计流程，构建了本文所研究的机械压力多连杆机构。在产品的设计阶段，即可通过虚拟样机技术对产品的性能进行优化。大大节约了产品的研发和实验成本，缩短了产品开发流程，在有限时间内提供了多种待检验方案。

　　2.1.1 虚拟样机技术

　　本文结合学界有关虚拟样机的研究将虚拟样机技术定义为：一种基于数字化技术的机械系统动态仿真技术[7]。虚拟样机技术的存在能够帮助机械生产和研究林立关于利用计算机技术进行建模和辅助设计。虚拟样机技术能够对某种或某些产品的性能、寿命、使用过程中的强度变化情况等进行模拟，从而获得与真实产品制造和开发相同的实验分析结果。

　　虚拟样机技术当前存在的主要问题在于：①仅能够满足机械研究领域中有关多体动力学方面的模拟，用途受限[8];②在真实的模拟过程中需要涉及大量的數据和信息，对这些数据进行利用和存储等的技术门槛较高，国内相关研究较少;③我国关于虚拟样机技术的应用范围较窄，因而该技术尚不能被广大用户和设计人员认可，暂时还没有被完全普及。

　　2.1.2 6连杆机构虚拟样机建模流程

　　基于Solidworks、ADAMS软件虚拟样机技术对机械压力6连杆机构进行了运动学分析，搭建了6连杆机构模型，并通过实验优化实际机械设计过程的正确性。

　　1) Solidworks三维建模

　　在对6连杆压力机进行ADAMS模型处理之前，使用Solidworks软件创建相应三维模型，确保构建的零件模型在转换格式并导人虚拟样机软件之后每一个零部件都能够获得单独的外型和位置。

　　2) ADAMS模型处理

　　将Solidworks三维模型导人ADAMS软件以后，软件将会对压力机6连杆机构的所有机构进行模型定义，根据实际的机械压力机运动情况添加约束和运动副，进而将不同的机构零部件进行模拟装配形成虚拟样机[9]。然而根据实际的运动情况和工作形态，对不同机构上的质量、运动量、转动惯量等数据进行定义，添加适当的载荷后确定系统驱动值。

　　3)检验、修改和验证模型正确性

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