基于ADAMS的落砂调节机构创新设计及性能分析

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随着现代机械加工的发展及各种新型材料的不断出现，对加工精度和表面粗糙度要求越来越高，其相应地发展了先进的磨削技术和磨具，而涂附磨具也向着更高效、高寿命和超精密的方向发展 。静电植砂设备是生产涂附磨具的-种新型设备，它主要由激振器、电场调节机构和落砂调节机构来组成。落砂调节机构是对落砂量进行无级调速，在整个静电植砂设备中起着重要的作用。落砂量影响着植砂密度，落砂均匀度影响着植砂均匀度。

虚拟样机技术是-种利用计算机模型来代替物理模型，分析研究实际产品的各种特效的新技术，利用虚拟样机技术可以使设计的产品在概念设计时期迅速地进行分析、比较各种设计方式，获得最优工作性能。同时减少了对物理样机的束缚，节省制造时间、提升了产品的性能 。

本文对某新型振动落砂调节机构的工作原理进行了研究，用振动板取代落砂辊，设计了利用气缸来粗略控制、用砂刀进行精细控制落砂量的新式调节机构。用Solidworks软件完成了落砂调节机构的模型设计，将模型导入ADAMS中建立虚拟样机，并对落砂调节机构进行了运动学仿真，验证了落砂调节机构的设计情况，为后续的研究提供有效依据。

1 工作原理落砂调节装置主要 由长轴 、转动块 、限流板、砂刀、连接杆和摆杆组成。创建零件图并进行装配，结构图如图1所示。转动块固定安装在砂斗的两端，长轴安装于转动块中，与之形成转动副，跟摆杆固定连接。限流板通过连接杆与长轴相连，使限流板位于砂斗与激振板所形成的落砂口的正前方，砂刀通过螺栓与限流杆固接，振动板通过悬片固定连接在砂斗两端面上。

图1 落砂调节装置的机械结构控制气缸行程可以带动摆杆转动，限流板会随着以长轴为旋转中心，以-定半径在较小的角度范围内转动，这样就可调节限流板至落砂口的距离，起到控制落砂量的作用。

控制气缸调节装置可以基本实现控制落砂量的功能，但局限于气缸的灵敏度，上述结构只能进行粗略调节，当限流板到落砂口的距离与理想距离比较接近时，还需用砂刀进行精细调节。砂刀调节装置主要由固定螺母、进给螺栓、后退螺栓与限流板相连，进给螺栓为中空结构，其外径为螺纹，内径为光孔。砂刀与限流板的示意图如图2所示。砂刀是落砂系统中与砂粒直接接触的部收稿日期：2013-04-07基金项目：上海市教委科学技术发展基金资助项目 (919k01)作者简介：徐立峰 (1990-)，男，江苏准安人，硕士研究生，研究方向为CAD/CA AM。

第35卷 第7期 2013-07(下) [135]务l 訇 化图6 限流板转动角度由图6可以看出气缸在行程内，限流板转动的角度为27度，在要求范围之内，可以有效的控制落砂量。砂刀与落砂 口之间的距离控制对落砂的速度和均匀性有很大的影响，距离越大落砂的速度也就越快。因此，对砂刀与落砂口之间的位移研究有着重要意义，位移仿真结果如图7所示。

重量-n嘏 y粥 La嗣J 10ec，图7 砂刀与落砂口之间的位移由图7中的曲线结果可知，砂刀与落砂 口之间的距离是-条连续的曲线，最朽离为0mm，最大距离为90mm，砂粒的体积很小，通常粒度在10 mm的数量级，通过仿真结果我们可以看出来，砂刀与落砂口的距离可以在-个较为宽泛的位移区间进行选择，可以有效的根据实际需求来设置气缸参数，从而生产不同密度的涂附磨具。

3.4落砂调节机构的动力学分析长轴与转动块之间由于承受着限流板、连杆和砂刀的重量，还存在着旋转副，很容易失效。

C oNTACT 1 CO NTACT/1图8 长轴与转动块接触力从 图8中可 以看 出，长轴接触面 受最大 力Fx4.8×10 N ，Fy1.8 X 10 N，Y方向的接触力变化最大，在设计分析的时候应对其进行强度校核；Z方向即轴向力很小，几乎为0，当激振器纵向振动的时候，轴向力会有变化；X方向的力方向与运动方向相反，大小比Y方向的校这些参数为摆杆、连杆、长轴的尺寸设计、材料的选取以及受力变形、疲劳寿命的研究提供了可靠的依据。

长期工作之后，长轴会因为Y方向的力过大，产生弯曲变形，从而跟连杆之间产生过大的阻抗，破坏旋转副，可以通过增加连杆个数的方法，来减轻分担因为重力产生的接触力过大。

4 结束语本文对振动落砂调节机构进行了创新设计，与传统的落纱调节机构相比较，该机构具有落纱均匀度高、使用寿命长等优点，并且实现了落砂装置的无级调速功能。利用ADAMS完成了落砂调节机构进行运动学和动力学仿真，得到相关的性能参数，通过对仿真结果分析，直观的了解设备的整体构造和运动过程，缩短了设备的研究时间和成本。该机构已投入实际生产制造，通过气缸控制可以很好的调节落砂量，再利用砂刀来进行微调，可以有效地实现漏沙的无级调速功能，取得了令人满意的效果。