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曲柄凸轮压力机机构的仿真分析

作者：毛礼平 王晓宁 刘军

来源：《科技创新与应用》2014年第22期

摘 要：文章通过对现有的压力机机构进行分析，设计了曲柄凸轮机构的压力机，并利用Solidworks软件对机构进行建模，通过该软件的Motion模块对机构进行运动分析，得到机构组成部分的运动数据，通过分析数据可以了解机构组成部分的运动特性，并为优化压力机机构设计提供重要参数。

关键词：曲柄机构；压力机；Solidworks；仿真分析 引言

压力机的机构类型有很多种，根据压力机的传动方式、产生压力的方法、结构形式及使用性质的不同，压力机的分类也不同。目前常用的压力机主要有：曲柄压力机、螺旋压力机、多工位自动压力机、冲压液压压力机、冲模回转头压力机、高速压力机、高速冲载压力机和电磁压力机。

曲柄压力机是机械加工中常用的材料成形设备，其结构形式多样。普通的曲柄压力机构主要用于生产冲压件，通过曲柄连杆机构获得滑块的直线往复运动，利用冲模使 料成形从而获得所需的产品。曲柄压力机动作平稳，工作可靠，可完成冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。广泛运用于汽车工业、航空工业、电子仪表工业等领域。文章所提及的曲柄凸轮压力机是在普通曲柄压力机的基础上作了一定的演化，即增设了凸轮机构。

曲柄凸轮机构作为本型压力机的主要工作机构，对其运动特性进行分析是压力机设计的重要内容。文章采用Solidworks对机构进行三维建模，利用Motion对机构进行运动仿真分析，为压力机的结构优化设计提供基础。 1 机构建模 1.1 压力机机构分析

本型压力机的传动机构设计由曲柄连杆机构、齿轮机构、凸轮机构组成，其工作原理为：通过传功系统将电机的旋转运动通过曲柄连杆机构、齿轮机构、凸轮机构转化为冲头的直线往复运动。机构运动简图如图1所示，几何参数如下：其中OA为曲柄，OA=5；AB为摆杆，AB=50；BC为滑杆，BC=60；CD为连杆，CD=（137.5～162.5）；DE为冲头，DE=130；构件1为主动齿轮r1=96、m=2、z1=48构件6为从动齿轮r2=96、m=2、z2=48。其中冲头的行程S=54。

1.2 三维建模

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根据机构运动简图，利用Solidworks对机构进行三维建模，模型如图2 所示。 1.3 施加约束

该仿真模型建立时，利用软件装配体模块中的配合工具，使各构件组合在一起。其中把固定板在图中固定起来，其他构件设为浮动。两齿轮之间采用专有的齿轮约束，使二者联系起来；齿轮和传动轴以及传动轴和固定板之间采用同心配合，齿轮与固定板之间采用重合约束；各连杆之间以及连杆与铆钉之间通过同心命令来约束，且连杆与连杆之间采用重合命令来约束，使各构件具有确定的相对运动；其中滑杆与冲头分别与固定机座采用同心配合以达到相对运动的要求。 2 仿真分析 2.1 驱动

该机构通过输入扭矩来驱动其完成工作，在Soildworks中马达为通过模拟各种马达类型的效果而在装配体中移动零部件的运动算例单元；该机构采用旋转马达来完成仿真；为了模仿压力机实际工作中的真实情况，本例中设置马达转速N=100r/min。 2.2 运动分析

通过软件的Motion模块对机构的运动分析，分别绘出了滑块的位移、速度、加速度曲线如图3～图5所示。由图中可以看出滑块的运动规律，当滑块位移达到最大时，滑块的加速度达到反向最大，此时，滑块的速度为零。 3 结论

通过Solidworks对本设计的曲柄凸轮压力机进行三维建模，利用该软件的motion模块对机构进行运动分析，可以快速获得在特定尺寸下，机构的运动特性，相比于机构分析中常用的图解法的不精确性和解析法的繁琐性，利用Solidworks建模能更快、更精准、更直观的获得机构运动运动特性数据，并为该机构的优化设计提供重要参考依据。 参考文献

[1]辛文彤，李志尊.SolidWorks 2012从入门到精通[M].北京：人们邮电出版社，2012.1. [2]赵罘，龚堰珏，张云杰.SolidWorks从入门到精通[M].北京：科学出版社，2009. [3]李光敏.机械原理（第七版）[M].北京：中国水利水电出版社，2012.2. [4]郭维林，刘东星.机械原理（第七版）[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

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作者简介：毛礼平，男，大连科技学院。 王晓宁，男，大连科技学院。

刘军（1969-），女，辽宁大连人大连科技学院，副教授，硕士生，研究方向：机械优化设计及机械CAD。