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

中图分类号：TG305

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0117-04

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

利用ADAMS模型处理后，对构建模型进行虚拟样机检验，筛查所构建模型在实际工作重的问题，最终得到优化后的正确模型。

2.2 样机模型的仿真分析

构建完成并进行工作情况验证后的虚拟样机模型，需要进行各种仿真参数的输入从而对实际的工作情况进行模拟。由于本文在虚拟样机的设计阶段对部分机构的运动特征进行了优化，因此，在样机模型的仿真分析中仅考虑多连杆机构的输入端扭矩以及从动部件的转动惯量。

2.2.1 多连杆传动部分转动惯量

机械压力机6连杆机构中的核心部分包括：①离合器，用以控制机构的运动和停止;②制动器，用以对离合器进行摩擦制动。机械压力机6连杆机构从动部件的转动惯量会在很大程度上作用于多连杆传动装置中的离合器和制动器，导致该结构磨损和发热。离合器制动器的启动和制动过程中的摩擦力做工情况如下式（1）所示：

W=1/2Jω

（1）

式（1）中，J表示6连杆机构从动系统的转动惯量，ω为6连杆机构离合器制动器转动轴的转动角速度。

由上述计算公式可知，机械压力6连杆机构中的离合器制动器机构从动件的J越小，则系统的W值越低，说明此时系统能够获得更好的离合器一制动器性能。本文利用ADAMS软件进行相关数据的模拟，得到了表1所示的各从动件的转动惯量

2.2.2 多连杆传动部分扭矩

机械压力机6连杆机构在一个工作周期内，通常只有很短的时间进行机构工作。这一工作时间内6连杆机构从接近下死点位置到抵达下死点位置，我们将这一运动形成内的工作载荷成为公称力行程。由于多连杆机构工作时间段、公称力行程小，因此本文所构建的机械压力机6连杆机构的负载类型属于冲击负载，其他非工作时间属于空城运转状态。在机械压力机6连杆机构进行工作的短时间内，电极需要进行很大的工作扭矩输出，因此在选取具体的电极型号时，需要对该6连杆机构工作时间内与负载对应的输出扭矩进行选择和模拟。

2.2.3 样机分析结果及实际应用

利于虚拟样机技术对机械压力机6连杆机构进行模拟仿真，得到6连杆机构在一个工作周期内的输入端扭矩曲线图，优化前后运动曲线的对比如图4所示。由图4可知，在利用虚拟样机技术进行模拟过程中，输入端扭矩曲线在优化前呈缓慢增大、缓慢降低、突然升高的状态;通过ADAMS软件进行优化以后，6连杆机构位置对应的速度曲线在下降过程中呈近30度倾斜状态，且6连杆工作机构的速度不断增加，至零位置以后，6连杆机构的曲线速度开始缓慢上升并逐渐接近水平状态。与优化前的曲线相比，6连杆机构的行程速比系数得到了显著提升，满足了用户对行程速比系数大于1.5的要求;同时大大降低了6连杆机构的返回实践，符合用户以及机械加工领域对6连杆机构慢进急回的加工特征。总体而言，优化以后的机械压力机6连杆机构整体性能得到了显著提升，最终加工形成的成品交付使用以后，得到了用户满意的回复。

3

结语

综上所述，本文以机械压力机构6连杆机构为主要研究对象，利用ADAMS软件对该类型机构的运动方式进行了建模分析，并完成对机构设计参数的优化提取。文章指出了机械压力机6连杆机构设计过程中的部分问题，可以为相关领域科研人员的研究提供理论思路和具体的优化数据参数。

参考文献

[1]李烨健，孙宇，胡峰峰.多杆高速机械压力机机构优化设计[J].中国机械工程，2015，26（1）：31-36.

[2]赵升吨，邵中魁，盛朝辉.机械压力机工作机构合理性探讨[J].锻压装备与制造技术，2013，48（3）：14-18.

[3]孙昕煜，孙宇，彭斌彬，多连杆压力机优化设计[J].机械制造与自动化，2015，44（2）：29-32.

[4]池小兵，邱龙富.基于ANSYS的攀爬机器人齿轮接触分析[J].设计与分析，2014（30）：150-151.

[5]魏伟，杨光，王思宇，齿背啮合机理及动态接触冲击研究[J].机械传动，2016（12）：42-47.

[6]张晨，黄健华，闰辉.伺服压力机三角连杆式传动机构的仿真与优化[J].锻压装备与制造技术，2013，48（3）：28-32.

[7]杨春峰，张盛，李云鹏.机械压力机六连杆机构的优化设计[J].大连理工大学学报，2013，53（1）：64-70.

[8]曲慧敏，刘莹，周胜德.基于Simulink的六连杆压力机机构运动仿真分析[J].锻压装备与制造技术，2014（2）：20-23.

[9]孙桓，陈作模，葛文杰，机械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：赵明侠（1982-），女，陕西宝鸡人，工程硕士，讲师，研究方向：机械设计，机械CAD设计，三维CAD设计及仿真运动。

基金项目：陕西省教育科学“十三五”规划2018年度课题（SCH18V062）