高速重载机械压力机的传动机构主要由曲轴、主连杆、主滑块、平衡连杆和平衡滑块五部分组成，动力学仿真计算模型如图4.2.1所示。含间隙转动副存在于主连杆与曲轴的连接处，其他连接为理想转动副。本章将主连杆和平衡连杆考虑为柔性体部件，建立高速重载机械压力机传动机构的刚柔耦合分析模型（采用Adams和ANSYS仿真计算软件），其材料参数和动力学仿真计算参数如表4.2.1和表4.2.2所示。

图4.2.1　刚柔耦合仿真模型

表4.2.1　柔性体材料性能参数

表4.2.2　动力学仿真计算参数(www.daowen.com)

续表

含接触碰撞问题的柔性多体系统动力学方程的最终形式一般是常微分形式（ODEs）或微分-代数形式（DAEs）的方程组，在对动力学方程进行求解时，数值计算方程将直接影响求解的精度和稳定性。方程中慢变分量（大范围刚体运动分量）和快变分量（小变形运动分量）共存，致使方程呈明显的刚性，导致数值计算的误差和困难。对常微分方程组，可直接通过数值积分进行计算，常用的数值积分算法有Runge-Kutta法、Newmark法、Adams预报-校正法、Gear法等。对于微分-代数方程组，由于雅可比矩阵的条件数过大、变步长算法中局部误差的阶缩减及稳定性问题，其求解更为困难，一般可采取增广法或缩并法进行处理。由于接触碰撞时间比较短，在数值积分过程中，一般需要采用变步长的方法。在碰撞过程中，通过细化时间步长因子精确确定接触碰撞动力学响应，而当处于未接触阶段时，使用正常的时间步长。这一方面可以提高计算效率，另一方面可以精确捕捉到在较短时间内有可能发生的多次接触碰撞问题。

为了求解高速重载机械压力机传动机构多体系统的运动微分方程，在Adams中采用变系数GSTIFF积分器，该方法包含变系数积分程序BDF，可实现自动变阶、变步长。仿真计算中，积分公差为0.001，步长为0.001 s，Newton-Raphson迭代算法允许运动微分方程最大迭代次数为10。同时，SI1积分格式可在求解运动微分方程时监控系统中拉格朗日乘子的脉冲积分误差，而雅可比矩阵在最小步长时保持稳定，这会增加其校正的稳定性和鲁棒性。

动力学仿真过程假设初始状态为轴承与轴同心，以曲轴中心点为原点，主滑块质心为参考点，对传动机构进行静平衡分析后进行动力学仿真。当传动机构达到稳定状态后，取曲柄旋转两周的仿真结果进行分析。