1 引言

在全自动贴片机的设计中，因为x向跨距大，采用单驱动的方式可以降低成本，但丝杠螺母处产生的扭摆力矩较大，对精度会产生很大的影响。而双驱的方式可以增大机器的平稳性，但由此会产生双电机的同步性问题以及成本的增加。中低档贴片机的研制必须综合考虑精度与成本，本文分单驱与双驱两种情况，基于多体动力学软件ADAMS建立了全自动贴片机的虚拟样机模型，并在这两种情况下进行了仿真对比分析。

2 贴片机结构

2.1 x向横梁结构

2.1.1 结构形式

单驱与双驱结构的x向横梁均采用如图1所示的结构，中间的横梁与两边的联接采用水平连接与垂直连接相结合的方式，把轴承固定架从中间横梁槽内解放出来，放置于右边横梁挡板的外面，而电机再固定在轴承架上，这样的好处是可以减少横梁的垂直尺寸，减轻横梁的重量。

2.1.2 导轨粱的横截面尺寸

长×宽×高 1272mm×90mm×90mm导轨梁的横截面示意图见图2。

2.1.3 质量属性

x横梁的质量属性见表1。

2.2 整机结构

双驱形式的贴片机整机结构如图3所示。

3 虚拟样机建模

3.1 模型建立

本文采用在SolidWorks中建立三维模型，通过SolidWorks/Motion模块导入ADAMS，在ADAMS中修改与重定义，建立整机的虚拟样机模型。

3.2 约束定义

本文主要分析单、双驱系统的动力学特性，因此对整机虚拟样机模型进行了简化处理。

（1）机架部分作为一整体考虑，与地面固结，用fixed（固定副）定义；

（2）x方向、y方向的丝杆螺母副用Screw（螺旋副）定义；

（3）电机轴的转动用revolute（转动副）定义；

（4）x横梁滑块x导轨的连接以及y方向滑块导轨的连接都采用Translational（移动副）定义；

（5）y方向的4个滑块与横梁联接板的螺栓连接用Bushing（线性轴套）定义，线性轴套是一柔性连接，它连接2个部件，并对这4个部件施加线性力。它的定义需要给出3个方向的刚度与阻尼以及3个方向的扭转刚度与扭转阻尼。

线性轴套力的计算公式见式（1），该公式说明了线性轴套依靠作用部件上的1 Marker相对反作用部件上的J Marker的位移与速度向作用部件施加力和力矩。

式中：F，T表示力和力矩；Rx，Ry，Rz，θx、θy、θz，Vx、Vy，Vz，ωx，ωy，ωz分别表示I，J Marker之间的相对位移、转角、速度、角速度；K，C分别表示刚度系数和阻尼系数；Fx0，Fy0，Fz0，Tx0，Ty0，Tzx0分别表示力和力矩的初始值。

线性轴套的定义关键在于刚度、阻尼、扭转刚度和扭转阻尼等输入参数的选取，这直接影响机械多体系统的仿真结果。第一种方法是直接采用经验值，参考别人经验数据；第二种方法是通过参数识别实验来获取。本文采用经验值（见表2）。

注：K11、K22、K33的单位：N/mm；

K44、K55、K66的单位：N·mm/（°）。

C11、C22、C33的单位：N·s/mm；

C44、C55、C66的单位：N·mm·s/（°）

3.3 摩擦力的添加

摩擦力直接加在平移副与旋转副上，各输入参数根据经验值确定（静摩擦系数0.004，动摩擦系数0.003）。

3.4 驱动加载

在各电机轴旋转副上添加Motion，Motion以加速度给出，它的曲线形式如图4。

4 动力学仿真分析

贴片机整机的方位及受力布局见图5。

4.1 电机所需力矩分析

（1）单、双驱电机所需力矩曲线（见图6、图7）。

（曲线①表示y向右电机所需力矩；曲线②表示y向左电机扭矩；曲线③表示x向扭矩）

（曲线①表示y向电机力矩；曲线②表示x向电机扭矩）

（2）单、双驱结构电机所需扭矩最大值（见表3）。

4.2 关键部位的受力

下面主要分析y向滑块与横梁联接板之间的螺栓联接受力情况。

（1）双驱结构

（2）单驱结构

（3）最大值比较

5 结论

本文分别建立了单驱结构与双驱结构贴片机的虚拟样机，并从动力学角度对单驱与双驱结构的贴片机进行了仿真分析，最后分析比较了仿真结果，得出以下结论：

（1）采用双驱结构时，y向两电机共同承担y向所需的输入力矩，所选的电机功率可相应减少。

（2）采用双驱结构，y向滑块与横梁联接板之间的受力与力矩显著减少。

因此，从电机动力需求与受力情况分析结果可知，双驱结构贴片机相比单驱结构贴片机，电机功率减少，受力状况明显好转。（国家火炬计划项目（2003EB041301））