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1、基于COSMOSMotion拉伸用曲柄壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析摘 要：本文研究了在SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行拉伸用曲柄壓力機(jī)機(jī)構(gòu)建模與運(yùn)動(dòng)仿真分析的方法。從而使多桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析直觀、簡單和精確，大大提高多桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度和效率。關(guān)鍵詞：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；仿真；COSMOSMotion；SolidWorks1．引言多桿機(jī)構(gòu)具有四桿機(jī)構(gòu)常常難以實(shí)現(xiàn)的一些功能，可以更好地滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需要。但由于多桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)多，運(yùn)動(dòng)要求復(fù)雜，因而其設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析也較困難[1,2]。SolidWorks是款非常優(yōu)秀的3DCAD軟件，功能強(qiáng)大，它可以精確且快捷地建立各種復(fù)雜機(jī)構(gòu)的仿
2、真模型，隨后即可應(yīng)用其集成的CAE插件COSMOSMotion，詳盡地對(duì)機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析，且不需要編程，獲得機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，并以動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式表示分析結(jié)果，以此可指導(dǎo)修改機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，減少總體設(shè)計(jì)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)的目的[3,4]。本文以12.5t拉伸用曲柄壓力機(jī)為例，利用08版SolidWorks/COSMOSMotion軟件來建立該壓力機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行仿真分析。該壓力機(jī)工作參數(shù)為：滑塊行程為640mm，最大工作行程為360mm，滑塊行程次數(shù)為l6次/分，電機(jī)
3、功率5kW。其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖1所示?？梢?，該機(jī)構(gòu)由一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的連桿充當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的曲柄。機(jī)構(gòu)的自由度等于1。BCO2AO1FED圖112.5t壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖Fig.1Motionschematicdiagramofcrankpressmechanism2．應(yīng)用COSMOSMotion進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的實(shí)現(xiàn)過程2.1創(chuàng)建實(shí)體零件根據(jù)圖1給出的尺寸，用SolidWorks對(duì)各桿件進(jìn)行三維造型。由于只是涉及運(yùn)動(dòng)分析，故在創(chuàng)建桿件實(shí)體零件時(shí)，只要桿長符合尺寸要求即可，截面尺寸和形狀可以自定。圖2為創(chuàng)建好的曲柄O1
4、A的三維模型。利用SolidWorks尺寸驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，只要修改曲柄長度，將尺寸210改為搖桿O2B的長度520，其他尺寸不變，就可得到零件搖桿O2B。同理得到連桿CD。圖3為滑塊的三維模型。考慮到各桿件建好模后，還需要裝配到一起形成機(jī)構(gòu)，故將形成鉸鏈副的圓柱孔其直徑應(yīng)一致，這里均定為25mm；構(gòu)成移動(dòng)副的滑塊內(nèi)腔截面尺寸應(yīng)與機(jī)架EF的截面尺寸相同。6圖2曲柄的三維模型圖3滑塊的三維模型Fig.2CrankmodelingFig.3Slidermodeling2.2創(chuàng)建裝配體將前面完成的零件逐一插入，通過添加重合、平行、垂直、相距等配合功能，按圖1所示尺寸
5、調(diào)整好用作機(jī)架的3個(gè)零件之間的位置后，將它們?cè)O(shè)為固定。SolidWorks中的固定零件自動(dòng)映射為COSMOSMotion中的靜止零件。為了便于裝配，可通過移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、局部放大操作。每個(gè)鉸鏈副是通過添加重合配合和同心配合來實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)同心配合和一個(gè)重合配合映射成一個(gè)旋轉(zhuǎn)副。將滑塊內(nèi)腔相互垂直的兩個(gè)平面與機(jī)架EF相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相互垂直的外表面分別進(jìn)行重合配合，便映射為移動(dòng)副。圖4為完成好的機(jī)構(gòu)裝配體。圖4壓力機(jī)機(jī)構(gòu)裝配體Fig.4Assemblyofcrankpressmechanism2.3仿真2.3.1為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件添加驅(qū)動(dòng)由于該機(jī)構(gòu)的自由度為1，故主動(dòng)
6、構(gòu)件數(shù)只有一個(gè)，即曲柄O1A。根據(jù)滑塊的行程次數(shù)可知曲柄的轉(zhuǎn)速為l6轉(zhuǎn)/分。利用馬達(dá)工具鈕為曲柄添加驅(qū)動(dòng)，并設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)為：等速、16RPM（轉(zhuǎn)/分），逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)。注意驅(qū)動(dòng)應(yīng)添加在與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面平行的曲柄的一個(gè)面上。2.3.2添加滑塊的工作阻力滑塊在向左的工作行程中，在拉伸的前后段各有一段約0.22H的非工作距離，H為滑塊的行程，工作阻力曲線如圖5所示?；瑝K向右的空回行程沒有工作阻力。為添加滑塊的工作阻力，先進(jìn)行一次仿真，以確定滑塊的行程。仿真時(shí)間等于曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角度除以曲柄轉(zhuǎn)速，這里只模擬曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，因此仿真時(shí)間=2/16=0.125min=7.5s
7、。6圖5滑塊工作阻力曲線Fig.5Workloadcurveofslider由于在創(chuàng)建機(jī)構(gòu)裝配體時(shí)添加的配合，已自動(dòng)映射為COSMOSMotion中的連接，因此，為曲柄添加了驅(qū)動(dòng)并調(diào)整好仿真時(shí)間后，就可進(jìn)行仿真。仿真自動(dòng)計(jì)算完畢后，單擊結(jié)果和圖解按鈕，按圖6設(shè)置參數(shù)并確定，便可獲得滑塊質(zhì)心X方向位置曲線，如圖7所示，得到滑塊行程H=-1000-（-1671）=671mm。圖6顯示滑塊質(zhì)心X方向位置曲線的參數(shù)設(shè)置Fig.6ParametersettingofXorientationlocationofslidercentroid圖7滑塊質(zhì)心X方向位置隨時(shí)
8、間變化曲線Fig.7SimulationcurveofXorientationlocation
