唐 勰

(沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 張家港 215600)

1 引言

鋁電解電容器是電子線路中非常重要的電子元器件。其作用概括為:通交流、阻直流，具有濾波、旁路、耦合和快速充放電的功能，并具有體積小、儲(chǔ)存電量大、性價(jià)比高的特性。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步與電容器性能的不斷提高，鋁電解電容器已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、電腦及周邊產(chǎn)品、新能源、自動(dòng)化控制、汽車(chē)工業(yè)、光電產(chǎn)品、高速鐵路與航空及軍事裝備等。電容器引線(又稱(chēng)為導(dǎo)針，如圖1所示)作為電容器正負(fù)兩極薄膜上的引出線，是制造電容器的主要零部件。引線是將純鋁線和鍍錫銅包鋼線焊接到一起，然后進(jìn)入到由凸輪驅(qū)動(dòng)的沖壓切邊模具將鋁棒端打扁并按尺寸要求切除多余材料而獲得［1］。

圖1 導(dǎo)針實(shí)物

2 電容器引線焊接機(jī)結(jié)構(gòu)說(shuō)明

鋁電解電容器引線焊接機(jī)，如圖2所示，是為了生產(chǎn)鋁電解電容器的引線而研制開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)門(mén)設(shè)備，該機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精妙，零件種類(lèi)較多，裝配精度要求較高。該設(shè)備主要由線材校直部件、線材(鋁線、CP線)送進(jìn)部件、鋁線切斷部件、CP線(鍍錫銅包鋼線)切斷部件、焊接部件、二分割傳送部件、八分割傳送部件、沖壓切邊模具部件、檢測(cè)部件、傳動(dòng)部件、機(jī)架部件、電氣控制部件等組成。它能自動(dòng)完成將特定長(zhǎng)度的CP線、鋁線切斷后焊接在一起、并且將鋁線部分打扁、切腳，制成鋁電解電容器所需要的引線，由于該設(shè)備加工速度比較快，使用強(qiáng)度較高，對(duì)可靠性提出了較高的要求。

圖2 引線焊接機(jī)虛擬樣機(jī)

3 送線機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能分析

送絲機(jī)構(gòu)的組成:鋁電解電容器送絲機(jī)構(gòu)主要由矯直部分和送絲部分組成。由前述知，電容器引線的原料是鋁線和CP線，而CP線、鋁線都是成圈狀安放在送料桶中，其本身或正旋、或逆旋(左、右旋)都存在彎曲撓度及直線性不良的情況，所以在焊接前必須先經(jīng)過(guò)送絲機(jī)構(gòu)的直線器(如圖3所示)，對(duì)鋁線和CP線進(jìn)行調(diào)直，這樣CP線和鋁線熔接在一起后才能得到筆直的導(dǎo)針丸棒，才能保證CP線和鋁線有較好的對(duì)中性能，從而保證焊接后能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度。電容器引線焊接機(jī)，是一臺(tái)全自動(dòng)工作的設(shè)備，送絲是整個(gè)加工環(huán)節(jié)中的一環(huán)，送絲機(jī)構(gòu)處于設(shè)備的最前端，它的性能如何直接影響到后續(xù)的所有環(huán)節(jié)。送絲部分(如圖4所示)是整個(gè)送絲機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件。它是鋁線和CP線完好焊接，同時(shí)也是導(dǎo)針丸棒在進(jìn)入模具沖壓時(shí)準(zhǔn)確定位的有力保證。所以對(duì)其進(jìn)行仿真分析是非常有必要的，這也是保證生產(chǎn)優(yōu)良導(dǎo)針的先決條件。

圖3 直線器部件

圖4 送絲機(jī)構(gòu)模型

4 送絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

4.1 仿真軟件及過(guò)程簡(jiǎn)要說(shuō)明

虛擬樣機(jī)技術(shù)是利用軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)數(shù)字模型，即虛擬樣機(jī)(virtual prototype)，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析。這種方法使設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上快速試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，從而免去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中物理樣機(jī)的試制，從而大幅度縮短開(kāi)發(fā)周期，減少開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量［2］。

ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)是世界上著名的動(dòng)力學(xué)仿真軟件，由美國(guó)MSC公司開(kāi)發(fā)研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件［3］。進(jìn)行仿真分析的模型既可以在ADAMS環(huán)境下直接建模，也可以從其它CAD軟件中導(dǎo)入，一般情況都采用后者。本次分析首先是運(yùn)用Pro/E構(gòu)建了整個(gè)設(shè)備的三維實(shí)體模型，并且專(zhuān)門(mén)為送絲機(jī)構(gòu)構(gòu)建了簡(jiǎn)化的分析模型，通過(guò)mechanism/pro接口軟件導(dǎo)入ADAMS2010中，構(gòu)建了該部分的虛擬樣機(jī)。

利用ADAMS對(duì)送絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真的過(guò)程大致分為:送絲機(jī)構(gòu)幾何建模、施加約束和載荷、送絲機(jī)構(gòu)樣機(jī)模型檢驗(yàn)和仿真結(jié)果后處理、仿真結(jié)果比較分析，參數(shù)優(yōu)化等幾個(gè)階段。通過(guò)對(duì)構(gòu)件編輯材料屬性，添加約束，施加驅(qū)動(dòng)和載荷，對(duì)送絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。

4.2 送絲機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型的構(gòu)建

根據(jù)送絲機(jī)構(gòu)的工作原理(送絲機(jī)構(gòu)的裝配模型由CP線送料凸輪機(jī)構(gòu)、鋁線送料凸輪機(jī)構(gòu)組成，兩個(gè)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作，保證CP線和鋁線的同步送進(jìn))，對(duì)其樣機(jī)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化的虛擬樣機(jī)模型如圖5所示。

圖5 送絲機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型

4.3 ADAMS虛擬樣機(jī)模型的建立

分別創(chuàng)建轉(zhuǎn)軸與大地之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副，CP線送線凸輪及鋁線送線凸輪與轉(zhuǎn)軸之間的固定副，滾動(dòng)軸承與推桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副，推桿與直線導(dǎo)軌之間的移動(dòng)副，直線導(dǎo)軌與大地之間用固定副連接。凸輪與滾子之間采用接觸方式連接，在凸輪與滾子之間添加接觸力，在推桿和導(dǎo)軌之間增加彈簧阻尼器，在仿真的過(guò)程中逐漸修改彈簧的剛度值［4］。ADAMS2010中的虛擬樣機(jī)模型如圖6所示。

圖6 ADAMS中虛擬樣機(jī)模型

4.4 仿 真

為樣機(jī)模型添加驅(qū)動(dòng)，根據(jù)需方對(duì)物理樣機(jī)設(shè)計(jì)提出的要求(180支/min)來(lái)設(shè)置驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)值設(shè)置為每秒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1 080°，步長(zhǎng)500，終止時(shí)間5 s。設(shè)置好后，對(duì)模型進(jìn)行仿真，最后進(jìn)入后處理模塊，可以直接看到仿真效果，可以得出CP線推桿、鋁線推桿的位移、速度、加速和以及由接觸力和彈簧力等數(shù)據(jù)情況，仿真結(jié)果如圖7～10所示。

圖7 CP線送絲推桿運(yùn)動(dòng)情況

4.5 仿真結(jié)果分析

從分析圖線可看出，CP線推桿、鋁線推桿的運(yùn)動(dòng)情況的趨勢(shì)是一致的，雖然數(shù)據(jù)上有一定出入，但這也為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化指明了方向，通過(guò)調(diào)整合適的仿真參數(shù)可以找到最優(yōu)的結(jié)果。彈簧力及接觸力的情況也是正常的，通過(guò)更換不同剛度的彈簧參數(shù)，可以使物理樣機(jī)性能達(dá)到最優(yōu)化。

圖8 鋁線送絲推桿運(yùn)動(dòng)情況

圖9 彈簧力及形變情況

5 結(jié)論

虛擬樣機(jī)技術(shù)使機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)擺脫了對(duì)物理樣機(jī)的依賴，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以快速地建立機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真模型，對(duì)機(jī)構(gòu)的多種設(shè)計(jì)方案、各種性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估、模擬仿真，可以在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)初期和過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，不斷改進(jìn)，得到最好的性能和最優(yōu)化的方案［5］。通過(guò)Pro/E和ADAMS接口程序，把Pro/E的模型導(dǎo)入ADAMS，從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，充分發(fā)揮兩個(gè)軟件的專(zhuān)長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的高效仿真分析。從而可以方便地獲得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性曲線，分析方法和結(jié)果對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了較大幫助。大幅度縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖10 接觸力情況

［1］ 王 倩，徐榮建.電容器引線焊接機(jī)沖壓切邊凸輪的三維精確造型［J］.沙洲職業(yè)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(2):13-14.

［2］ 王華杰.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的含間隙轉(zhuǎn)動(dòng)鉸曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真研究［J］.襄樊學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(11):58-61.

［3］ 徐 芳，周志剛.基于ADAMS的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007(9):78.

［4］ 鄭 凱，胡仁喜，陳鹿民，等.ADAMS2005機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［5］ 韓曉明，王惠源.基于ADAMS/View機(jī)心凸輪機(jī)構(gòu)分析與動(dòng)態(tài)仿真［J］.制造業(yè)信息化，2005(10):92-95.