锻压设备的六杆轴杆机构运动分析
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机械原理论文
北京交通大学
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锻压设备的六杆轴杆机构运动分析
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北京交通大学机械与电子控制工程学院1102班
摘要：本项目主要选取了锻压设备的六杆轴杆机构，通过workingmodel仿真软件进行模拟运动，对该机构的运动情况与机构原理进行探究，深入了解并且掌握了workingmodel的使用方法，学会了对一些简单机构的结构和运动分析，加深了对机械运动方式的印象。
关键词：workingmodel，机构，运动，仿真
The six shaft forging equipment
kinematic analysis
Zhou weiming
Class 1102, school of mechanical and electronic control engineering, Beijing Jiaotong University
Abstract：This project is mainly selected six of forging equipment shaft
institutions through workingmodel simulation software to simulate the movement, the movement of the institution with institutional principle to explore in-depth understanding and to grasp workingmodel use, learn some simple mechanismthe structure and motion analysis, deepened the impression of mechanical movement
Keys：Working Model，Mechanism motion，Simulation
1、引言：Workingmodel是世界上最受欢迎的CAE工具，它是一种概念性设计的工具，可
让用户创建模拟机构取代模糊、费时、不准确的机构计算。
所采用的工作模型是由成千上万的专业工程师创建并分析真实的机械系统得到的。
其工作模型包括自动碰撞检测和反应NURBS的几何形状。
最新版本还包括普遍脚本为Flexbeam、剪力和弯矩、和销钉摩擦等。
这些脚本都被定制以扩展用户工作模型的使用。
它是构建一个想象中产品的结构的最好仿真工具，能够测定产品合理性，推荐产品的相关参数。
workingmodel界面十分简洁明了，操作简单，使用方便。
2、机构运动分析
主动件：曲柄1
连架杆：杆3
连杆：杆2,4
从动件：滑块5
此机构是六杆曲柄滑块机构。
机构有五个活动构件，7个低副组成。
由主动件曲柄1作匀速转动，通过连杆2运动带动连架杆3和连杆4运动，连架杆3作定轴转，连杆4通过推动使滑块5做上下运动。
自由度公式 F=3n-(2Pl+Ph–P`)-F`
F是自由度，n为活动构件数
Pl是低副个数，Ph是高副个数
P`是虚约束个数，F`是局部自由度
构件n=5
低副Pl=7
高副Ph=0
F=3*5-2*7=1
由自由度公式，机构的构件数，低副和高副数量最终算得机构的自由度为1.
由于自由度等于原动件个数，所以这个机构均有确定的运动。
3、机构运动性能分析
主要研究结构为滑块部分
3.1机构的位置分析
分析：此滑块是以移动副进行约束的，所以只在竖直方向上有位移。
可以清晰地看到滑块在极位点有一段明显的停留，这段停留可以满足锻压的需求。
3.2机构的速度分析
分析：通过对曲柄滑块机构的速度分析，我们可以知道，在上图黑点处，即为下极位点处，可以看出此时的速度接近为零，根据功率不变的条件，此时的力非常大，可以获得很高的机械利益满足锻压，而且此速度也有一段时间的停留可以更好地锻压。
3.3机构的加速度分析
分析：通过对曲柄滑块机构的加速度分析，我们可以看到有一段时间加速度的变化非常大，这段时间就是滑块回程的时候，可以获得急回的特性，提高工作效率。
3.4机构在一个周期内运动的具体数据
Y-Position of Rectangle 19 Velocity of Rectangle 19 Acceleration of Rectangle 19 t y t Vy t Ay
0.000 -10.915 0.000 0.000 0.000 -3.504e-015
0.050 -10.950 0.050 -0.887 0.050 -7.455
0.100 -11.003 0.100 -1.253 0.100 -7.182
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2.600 -17.665 2.600 -0.406 2.600 1.240
2.650 -17.684 2.650 -0.347 2.650 1.116
2.700 -17.700 2.700 -0.294 2.700 1.000
2.750 -17.713 2.750 -0.247 2.750 0.892
2.800 -17.725 2.800 -0.205 2.800 0.795
2.850 -17.734 2.850 -0.167 2.850 0.709
2.900 -17.742 2.900 -0.134 2.900 0.634
2.950 -17.747 2.950 -0.104 2.950 0.571
3.000 -17.752 3.000 -0.077 3.000 0.521
3.050 -17.755 3.050 -0.052 3.050 0.484
3.100 -17.757 3.100 -0.028 3.100 0.460
3.150 -17.758 3.150 -0.005 3.150 0.450
3.200 -17.758 3.200 0.017 3.200 0.454
3.250 -17.756 3.250 0.040 3.250 0.472
3.300 -17.754 3.300 0.065 3.300 0.503
3.350 -17.750 3.350 0.091 3.350 0.548
3.400 -17.745 3.400 0.120 3.400 0.607
3.450 -17.738 3.450 0.152 3.450 0.679
3.500 -17.729 3.500 0.188 3.500 0.763
3.550 -17.719 3.550 0.228 3.550 0.860
3.600 -17.706 3.600 0.274 3.600 0.969
3.650 -17.691 3.650 0.325 3.650 1.090
3.700 -17.674 3.700 0.383 3.700 1.221
3.750 -17.653 3.750 0.448 3.750 1.362
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通过对上面一个运动周期的具体数据的分析，1.标红加下划线的数据即为下极位点附近的运动，有一段明显的停留，位移变化很小，可以满足锻压要求。
2.加黄框的数据即为下极位点附近速度数据，可以看出速度很小，从而可以获得极大的机械利益。
4、结论
利用workingmodel进行机构运动分析具有很大的优越性,不仅能够逼真模拟装置的运动
具体情形,而且还能够同步运算出各杆件的运动参数，同时监控运动数据。
其分析的机构的精确详细的参数对于设计改进机构具有极其重要的作用。
我们通过对此机构进行运动仿真明确了此机构的如下几个特性：1.在下极位点有很强的机械利益。
2.在下极位点附近有一段停留时间，满足锻压的要求。
3.有急回运动，节省回程时的时间，提高效率。
5、参考文献
[1]孙恒，陈作模，葛文杰。
机械原理高等教育出版社第七版
[2]机械设计手册[S].化学工业出版社
[3]顾艳红，蔡晓军，徐林林等.基于Working Model 2D运动仿真的机构设计[J].实验技术与管理，2008,25(2).
6、研究工作感想
通过此次对workingmodel的学习和使用，我学到了一些机械原理的设计经验和简单的技能，在处理专业技能问题时，具有充分灵活的头脑能够解决实际。
自己对一些问题的看法产生了很大的转变。
如老师们所说的课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新日异，机械机构的运用在生活中可以说得是无处不在，因此作为大学来说，动手能力、机械原理的设计能力是十分重要的。
