(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210877930.X (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 北京印刷学院 地址 102600 北京市大兴区兴华大街 （二 段） 1号 (72)发明人 林玉龙　齐元胜　卜凡华　姜涵　 张天浩　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 张文宝 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特 性分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种卷筒纸刀式折页机构刚 柔耦合动态特性分析方法； 包括： 建立折页机构 的三维刚性模型， 导入到多体动力学分析软件 ADAMS中； 利用ANSYS刚性区域 法建立折页机构的 柔性砍刀臂模型， 利用ANSYS刚性区域法建立柔 性纸张模型， 将柔性纸张放置在折页机构模型的 输纸台上； 根据折页机构 的实际工作状态， 对折 页机构模型的各部件添加约束、 载荷、 接触、 驱 动， 生成折页机构 的刚柔耦合动力学模型； 建立 折页机构的运动学方程， 将运动学解析值与刚柔 耦合模型的计算值进行对比； 确定在保证折页精 度时折页机构的最大转速。 本发 明建模时将纸张 和砍刀臂处理为柔性体， 其他部件仍为刚性体， 能更准确地反应折页机构的动态特性。 权利要求书4页 说明书11页 附图5页 CN 115358016 A 2022.11.18 CN 115358016 A 1.一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1， 建立折页机构的三维刚体模型， 导入到多体动力学分析软件ADAMS中； 在三维 建模软件中建立折页机构各部件的三维刚性模型， 根据折页机构的实际配合关系， 将各部 件进行装配得到三维多刚体模型； 然后将其保存为parasolid格式导入到多体动力 学分析 软件ADAMS中； 步骤S2， 将柔性砍刀臂替换步骤S1中刚体模型的刚性砍刀臂， 其中柔性砍刀臂的生成 过程为： 利用ANS YS刚性区域法建立折页机构的柔性砍刀臂模 型， 生成mnf模态中性文件， 最 后导入到ADAMS的折页机构三维刚体模型中并替换刚性 砍刀臂； 步骤S3， 利用ANSYS刚性区域法建立柔性纸张模型， 生成mnf模态中性文件导入ADAMS 中， 将柔性纸张放置在步骤S2中折页机构模型的输纸台上； 步骤S4， 根据折页机构的实际工作状态， 对步骤S3中的折页机构模型的各部件添加约 束、 载荷、 接触、 驱动， 生成折页机构的刚柔耦合动力学模型； 步骤S5， 建立步骤S1中折页机构的运动学方程， 将运动学解析值与步骤S4中的刚柔耦 合模型的计算 值进行对比， 验证折页机构刚柔耦合模型建模及约束关系的合理性； 步骤S6， 进行柔性砍刀臂变形对折页精度的影响分析， 确定在保证折页精度时折页机 构的最大转速； 步骤S7， 进行折页机构刚柔耦合模型的动力学分析， 计算砍刀与柔性纸张之间的动态 接触激励， 得到砍刀的工作载荷； 步骤S8， 建立步骤S1中折页机构的动力学方程， 将动力学解析值与步骤S4中的刚柔耦 合模型的计算 值进行对比， 确定柔 性砍刀臂变形对支座反力的影响。 2.根据权利要求1所述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特 征在于， 所述 步骤2包括： 步骤S21， 将砍刀臂的三维实体模型导入ANSYS软件中， 设置单元类型、 材料属性并进行 结构化网格划分。 步骤S22， 分别选择砍刀臂两个铰接处的中心节点， 生成两个微小 的质量单元， 单元类 型选择为mass21， 单元属性为mass21p， 为了使其质量不影响砍刀臂的质量分布， 然后将中 心节点作为主节点与各自周围从节点组成刚性区域， 刚性区域是柔性体在ADAMS中与外界 连接的不变形区域； 通过GUI命令Preprocessor>Coupling/Ceqn>Rigid  Region， 先选择中 心主节点， 再选择 该节点周围节点与之相连； 步骤S23， 通过ANSYS软件的宏命令adams.mac生成柔性砍刀臂的模态中性文件， 通过 GUI命令Solution>ADAMS  Connection>Export  to ADAMS生成mnf文件， 将刚性区域的主节 点创建为接口节点； 在ADAMS中， 当需要对砍刀臂关联运动副时， 相应的约束将添加在接口 节点上； 步骤S24， 通过ADAMS的数据交换接口Flex模块， 将柔性砍刀臂的模态中性文件导入 ADAMS中， 用柔 性砍刀臂替换步骤S1导入ADAMS的三维刚体模型中的刚性 砍刀臂。 3.根据权利要求2述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特征 在于， 所述刀臂材料选用45#钢， 杨氏模量为209Gpa， 泊松比为0.269， 材料密度为7850kg/ m3， 单元类型设置为solid186， 划分后网格单元数为64666， 节点数为18 199； 将mass21质量 单元属性取10 ‑6。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115358016 A 24.根据权利要求1所述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特 征在于， 所述 步骤3包括： 步骤S31， 在ANSYS软件中建立纸张模型， 采用shell181壳单元进行网格划分， 划分后网 格单元数为2491， 节点数为247 7； 步骤S32， 在纸张模型的四个角的节点处生成四个微小的质量单元， 单元类型选择为 mass21， 单元属性为mass21p； 然后将其作为主节点与各自周围从节点组成刚性区域； 步骤S33， 通过ANSYS软件的宏命令adams.mac生成柔性纸张模型的模态中性文件， 通过 GUI命令Solution>ADAMS  Connection>Export  to ADAMS生成mnf文件， 将纸张刚性区域的 主节点创建为接口节点； 在ADAMS中， 在四个刚性区域的主节点上添加力矢， 以模拟输纸台 传送带对纸张的摩擦力； 步骤S34， 通过ADAMS的数据交换接口Flex模块， 将柔性纸张 的模态中性文件导入ADAMS 中， 将其放置在步骤S24 生成的折页机构模型的输纸台上。 5.根据权利要求4所述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特 征在于， 所述纸张的材料类型为线弹性正交各向异性， 纸张属于薄片结构且具有微小的弯 曲挺度， 采用shell181壳单元进行网格划分， 纸张单元边长1mm， 壳厚0.1mm； 将mass21质量 单元属性取10 ‑6。 6.根据权利要求1所述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特 征在于， 所述 步骤5包括： 步骤S51， 开刀式折页机构为一曲柄摇杆机构， 通过平面四杆机构的封闭矢量方程， 得 到该四杆机构的运动方程 为： 式(1)对时间求 导， 得角速度关系式为： 式(2)对时间求 导， 得角加速度关系式为： 其中， l1为曲柄的长度； θ1为曲柄与机架的夹角； l2为连杆的长度； θ2为连杆与机架的夹 角； l3为摇杆的长度； l4为机架的长度； θ3为摇杆与机架的夹角； 折页四杆机构的各部件的长度参数如表3所示， 曲柄匀速转动， 转速ω1为36000rph； 初 始条件为： θ1＝70°， θ2＝0°， θ3＝29°。 将数据代入式(1)至(3)中得到四杆机构的运动特性解 析值。 7.根据权利要求1所述的一种卷筒纸刀式折页机构刚柔耦合动态特性分析方法， 其特 征在于， 所述 步骤6包括： 步骤S61， 建立S1中刚性折页机构的砍刀头与各杆之间的几何位置关系， 求解得到折页权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115358016 A 3