Adams手动压力机仿真(刚柔耦合实例)

手动压力机简介及结构原理  

      我们经常会看到短视频中的液压压力机压一切，今天的文章将针对一个低配版压力机-手动压力机进行动力学仿真。手压机主要用于齿轮、轴承、轴套等过盈配合零部件的拆卸以及变形零件的校正，是一种广泛应用于产品组装、维修等行业中的机械设备。手动压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。图1为常见的手压机结构。

图1.常见的手压机

      作用原理：如图2，一般的手压机都是基于杠杆和曲柄连杆原理。首先升降台可在手压机台架中上下移动来调整高度；摇臂通过轴连在升降台上，然后压力杆与摇臂固定在一起，也就是压力杆可以控制摇臂旋转；摇臂与压头之间通过连杆连接，压头可在升降台中上下移动。摇臂、连杆、压头形成了曲柄连杆机构；而从图2中可以看到手柄施力处距离旋转轴为L1-动力臂，连杆到轴的距离为L2-阻力臂，很明显动力臂大于阻力臂，为省力杠杆。

图2.手压机结构原理

动力学建模  

       基于以上结构在adams中建立各个零部件(尺寸任意，能保证连杆机构正常运动即可)，具体如下：

图3.基于Adams结构建模

2.1建立约束关系

      图2已经说明了手压机的工作原理，因此根据工作原理建立各零部件的约束连接关系：

a.旋转副：摇臂与升降台、摇臂与连杆、连杆与压头；

b.移动副：升降台与台架、升降台与压头；

c.固定副：台架与地面、压杆与连接轴、连接轴与摇臂。具体如下：

图3.建立约束关系

2.2施加载荷

       在图2的左侧可以看到一个平衡块，也就是不施加力时，压杆能正常处在原图位置不下落，在本次仿真中，改用一个弹簧约束，然后在弹簧中添加预载来克服运动机构的自身重力。然后在压杆处添加一个按压力，由于没有工件，按压力暂时设为0。仿真后，动图如下：

图4.建立载荷

刚柔耦合分析  

       为了能更好的展示手压机的工作过程，本文将添加一个柔性体工件，同时将压头也做成柔性体。压头半径为5mm，长150mm。工件则简单的做一个U形板(厚度为2mm)。通过optistruct输出柔性体mnf文件，具体如下：

图5.柔性体网格

        在导入柔性体后，首先需要检查结构的模态，避免因疏忽使得质量、密度、单位等参数设置错误，导致计算的模态出现问题。如图6为工件的约束模态，第一阶频率为24.9Hz-弯曲模态，频率和振型符合经验。

图6.模态检查

3.1连接约束

       检查完后，首先工件与台架间建立固定约束：工件的两个外联点分别与台架间建立固定副，然后柔性体压头替换原刚性体压头后，也在压头的外联点处建立与连杆、升降台之间的旋转副和移动副：

图7.柔性体约束关系

3.2接触关系及压力

    在压头与工件间建立接触关系(由于在adams中，只能进行柔性体的小变形线性分析，所以在建立接触时，为了好收敛，将接触刚度设小。一般这种关注接触变形的刚柔耦合分析通过Marc软件进行分析，本文这里只是通过adams进行大概的演示)；然后在压杆端建立一个step函数，逐渐加载力载荷。

图8.接触关系及载荷

设置完后进行仿真分析，得到如下的结果：

      从上图可以看到，当压头压到工件时，工件发生变形(这里只是演示，在实际手压机折弯工件时，工件会发生塑性变形，而mnf柔性体不能够模拟非线性的塑性变形情况)。有需要模型的可以联系作者😊