基于ADAMS的冷镦机曲轴滑台机构优化设计.pdf

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1、2013年9月机械设计与制造工程Sep．2013第42卷第9期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．9DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．09．013基于ADAMS的冷镦机曲轴滑台机构优化设计陈光明，汪帆(南京农业大学工学院机械工程系，江苏南京210031)摘要：曲轴滑台机构作为冷镦机的主要传动部件，在冷镦机整机设计中占有重要意义，基于机械系统动力学分析软件ADAMS，通过修改构件的材料属性，用ADAMS环境下简化模型代替原始复杂结构模型，优化了

2、该机构中连杆构件的尺寸，并对优化后的模型进行了动力学分析，验证了该简化方法的正确性，并得到驱动力矩以及曲轴所受的反作用力。关键词：冷镦机；曲轴滑台机构；ADAMS；优化设计中图分类号：TH113文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)09—0053—05多工位全自动冷镦机是一种无切削、高效全自滑块位移：动冷成形设备，常用于进行紧固件、标准件、异形件LAc=LABcos+L口cco的冷镦加工，广泛应用于航空航天、汽车等各工业滑块速度：部门中。其中曲轴滑台机构作为实现冷镦动作的￡=一Lassinotdol=+LBcsi)关键机

3、构，某种程度上它的运动性能关系到整台机器的运动，也直接影响到冷镦产品的性能和质在l，方向上有量⋯。本文利用曲轴滑台机构的简化模型直接在LBcsinI9+E=LABsinaADAMS环境下建模，以曲轴所需扭矩为目标，利用等式两边对时间求导：其优化设计模块对该机构中连杆的尺寸进行优化。d口daLAsCOSadL口cco按优化后尺寸在Pro／E环境下建立曲轴滑台机构曲柄转速：的实际模型，导人ADAMS后对其进行动力学仿d真，验证了用简化模型分析的可行性。∞因此滑块速度、加速度分别为：1曲轴滑台机构简化模型及理论分析一∞曲轴滑台机构的简化模型是

4、机械设计中常见的负偏置曲柄滑块机构，如图1所示。负偏置机构82CO。==一∞【+LAB0／]的滑块有急回特性，其工作行程速度较小，回程速。。。度较大，有利于冷挤压工艺，常在冷挤压机中采用。2ADAMS动力学分析基础y对于机械系统模型中的每个刚体，其6个广义坐标带乘子的拉格朗13方程及相应的约束方程为：dOK一—d—tf-a_gr，))一罄—加—f十+。砉>—∞—“^=‘．(I1l)J=0(i=1，2，⋯，m)(2)图1负偏置曲柄滑块示意图式中：为系统动能表达式；g为描述系统的广义收稿日期：2013—07—22作者简介：陈光明(1967一

5、)，男，江苏泰兴人，南京农业大学副教授，工学硕士，主要研究方向为先进制造技术、数控技术、机械设计、计算机辅助设计、机器人学等。·53·2013年第42卷机械设计与制造工程坐标；为系统的描述方程；F为在广义坐标上的3连杆尺寸优化设计广义力；A为m×1的拉格朗日乘子矩阵。3．1优化设计理论模型式(1)、(2)可写成如下矩阵形式：为方便在ADAMS环境中设置尺寸变量，取连，【F、J=D(3)杆水平时刻为初始时刻，此时曲柄滑块机构简图如图2所示。式中：F=，(，，q，A，t)；缈：厂(孑，，t)；O为零矩阵。将其动能定义为：+代入式(1)，合并

6、成简洁的矩阵形式为Mx+A=Q图2简化模型机构简图式中：=(，：，⋯，孟)T；=(，，⋯，q'x)；M=diag[M，M2，⋯，M]；Q=(Q。，3．2曲轴滑台机构优化前模型Q，⋯，Q)To优化前曲轴滑台机构如图3所示。根据冷镦ADAMS对于上述微分方程将二阶降为一阶微机主箱体的尺寸以及冷镦机的产品参数，确定图2rF]中各参数的取值。其中A，曰，C三点的坐标值见表分方程求解，引入：0t，得到{lL垡1一Jl=1。综上所述，对于多刚体系统ADAMS将列出以下刚体运动方程：6个一阶动力学方程为d(OK)一⋯蓑+熹一=。(=1，2，⋯，6)式

7、中：g=(，，，，0，)TO6个一阶运动学方程为[A1一『1=O图3优化前曲轴滑台机构式中：A=(，，，，，)；B=(，，，W，W，)。表1设计点坐标系统约束代数方程、外力定义方程和自定义代数微分方程分别为：(q，q，t)=0F(1l，H，q，t)=0d，U，q，t)=0式中：q为笛卡尔广义坐标系；U为广义坐标的微各构件材料特性及在Pro／E中测量的惯性张分为外力或约束；￡为时间。量见表2。表2各构件参数3．3ADAMS环境连杆尺寸优化示，可变化范围为430±80内。根据冷镦机箱体尺寸，确定连杆尺寸如图4所a．ADAMS坏境中简化模型的

8、建立。·54·2013年第42卷机械设计与制造工程昌目．日叠誊。口择连杆尺寸为350mm。可以看出，在力加载以及释放开瞬间时刻曲轴受力会M0T10N1MEAlO发生一个突变；滑台位移、速度、加速度皆为正余弦