Adams&Easy5联合模拟：气锤行为精准复现

电动空气锤 是一种常见的电动工具，由锤身、压缩缸、工作缸 、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。

空气锤的工作原理：电动机通过减速机构和曲柄，连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动，产生压缩空气。当压缩缸的上下气道与大气相通时，压缩空气不进入工作缸，电机空转，锤头不工作，通过手柄或脚踏杆操纵上下旋阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上砥铁的上升或下降，完成各种打击动作。

本文以下图空气锤为例介绍基于Adams&Easy5的气锤模拟方法：

完整的空气锤模拟包含一下三个层次：

1. 基于Adams建立气锤机构模型，包括曲柄连杆机构 、压缩缸、锤头、砧座等部件；
2. 基于Easy5建立压缩缸气动原理模型 ，包括压缩缸、气孔及气孔开闭与锤头位置关系等；
3. 利用Adams&Easy5接口建立气锤机构与压缩气缸的闭环关系，进行联合仿真。
4. 基于Adams建立气锤机构模型

空气锤机构模型由如下几部分组成：

1. 曲柄连杆机构，包括压缩活塞，给曲柄工作转速作为驱动；
2. 锤头与工作缸/压缩缸，包括砧座，锤头两侧受气压作动力，左侧与大气相通，气压恒定为1个大气压，右侧压缩缸气压随锤头与压缩活塞之间的相对位置、相对速度变化而变化。

空气锤机构仿真有如下难点：

1. 压缩缸气动机理，借助Easy5这样的一维动力学软件实现；
2. 锤头与砧座的冲击，借助Adams冲击力（contact force）来模拟。

建立的空气锤机构模型如下：

1. 基于Easy5建立压缩缸气动模型
   上一节已经提到，气锤锤头压缩缸一侧的气压变化需要借助专门的软件来描述，因为压缩缸气压随锤头、活塞的位置、速度变化而变化，本文通过Easy5气体动力学库来实现，非常容易，模型如下图所示：
   

1. 基于Adams&Easy5的完整气锤模拟

气锤机构模型与压缩气缸的闭环关系：Adams模型中的曲柄连杆机构带动活塞运动，活塞与锤头的相对位移、速度数据给Easy5压缩缸气动模型，Easy5模型中的压缩缸产生压缩空气压力数据给Adams机构模型中的锤头，锤头位移数据给Easy5压缩缸气动模型控制气孔开闭。

Adams与Easy5接口关系如下图所示：

完整气锤的联合仿真模型如下图所示：

锤头位移曲线如下图所示：

压缩缸气动压力曲线如下图所示：

锤头打击力曲线如下图所示：

综上所述，运用Adams&Easy5能够对空气锤进行完整模拟，包括机构运行机理，锤头冲击动力学，以及压缩缸气动压力变化机理，是非常有效的方法，MSC软件提供的仿真方法目前在电动工具行业有广泛的应用。