混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)研究是目前關(guān)于壓力機(jī)改進(jìn)的研究問(wèn)題之一。它是由大功率的常速電機(jī)和小功率的伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)合成后實(shí)現(xiàn)可編程的輸出運(yùn)動(dòng)，從而滿足不同產(chǎn)品和不同材料加工工藝的要求。其中常速電機(jī)為系統(tǒng)提供主要的功率和運(yùn)動(dòng)，而伺服電動(dòng)機(jī)則只起到調(diào)節(jié)作用。這使得混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)既有傳統(tǒng)機(jī)械式壓力機(jī)的高速、高效、高

2、負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)，又有可控性、精確性等優(yōu)點(diǎn)。從分析其它種類機(jī)械式壓力機(jī)的不足之處入手，對(duì)混合驅(qū)動(dòng)理論的可行性進(jìn)行論證。并考慮到壓力機(jī)的典型運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇了多桿機(jī)構(gòu)中的混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)(I)的運(yùn)動(dòng)方案。</p><p>　　鑒于虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性，首先在軟件ADAMS軟件的幫助下，建立混合驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的三維虛擬樣機(jī)模型，其中包括：對(duì)于混合驅(qū)動(dòng)精壓機(jī)的基礎(chǔ)理論研究，主要是對(duì)混合驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析，研究?jī)呻姍C(jī)的

3、受力情況。建立混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型。再根據(jù)壓力機(jī)加工工藝的特點(diǎn)，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化的方法，分別對(duì)混合驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 壓力機(jī), 混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu), 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析, 動(dòng)力學(xué)分析, ADAMS,SOLIDWORKS</p><p><b>　　Abstract</b>&l

4、t;/p><p>　　Hybrid-driven controllable mechanical press is one of the problems in the researchfield of mechanical press improvement.It is combine the motion of a largeconstant velocity motor with a small servomo

5、tor via a two degree of freedom mechanism.In this machine,the constant speed motor provides the main powerand motion required,while servomotor acts as a motion modulation device.Therefore,the hybrid-driven controllable m

6、echanical pres can supplies programmable motion output to meet requirements of di</p><p>　　Because of the superiority of the virtual prototype technique,the three-dimensional full-scale mockup of this mechan

7、ical press is set up,including the part and assembly,with the help of software Pro/E.The kinematical model of the hybrid-driven controllable press is set up.Then the forward and inverse kinematics of this mechanical pres

8、s is analyzed by using loop vector method.Kinematical simulation analysis is also worked out by software Pro/E.On the basis of the kinematical analysis,the equation</p><p>　　Keywords: Mechanical press, Hybr

9、id-driven seven-mechanism,Kinematics analysis,Dynamic analysis, ADAMS;,SOLIDWORKS</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><

10、;p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1. 1機(jī)械壓力機(jī)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2機(jī)械壓力機(jī)的分類1</p><p>　　1.3曲柄壓力機(jī)的工作原理1</p><p>　　1.4曲柄壓力機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.5各種常見壓力機(jī)的對(duì)比分

11、析2</p><p>　　1.5.1 多桿壓力機(jī)2</p><p>　　1.5.2液壓壓力機(jī)3</p><p>　　1.5.3全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)3</p><p>　　1.5.4混合驅(qū)動(dòng)多桿壓力機(jī)5</p><p>　　1.6混合驅(qū)動(dòng)模式的可行性分析6</p><p>　　1.6.1混

12、合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)分析7</p><p>　　1.7混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)機(jī)構(gòu)形式的選擇7</p><p>　　1.7.1 五桿機(jī)構(gòu)的分析8</p><p>　　1.7.2 六桿機(jī)構(gòu)分析9</p><p>　　1.7.3 七桿機(jī)構(gòu)分析10</p><p>　　1.8 本課題研究的內(nèi)容概述11</p

13、><p>　　1.9 本課題研究的目的和意義11</p><p>　　第二章 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析13</p><p>　　2.1 沖壓時(shí)間的分配13</p><p>　　2.2 滑塊位移與桿件角度的關(guān)系分析14</p><p>　　第三章 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其發(fā)展17</p><p>　　3

14、.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義17</p><p>　　3.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究范圍17</p><p>　　3.3 ADAMS動(dòng)態(tài)仿真軟件簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.4 ADAMS仿真分析基本步驟19</p><p>　　3.4.1 定義系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與約束19</p><p>　　第四章 基于ADAMS的混合

15、驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)虛擬樣機(jī)建模21</p><p>　　4.1 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的虛擬樣機(jī)建模21</p><p>　　4.2 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24</p><p>　　4.3 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的參數(shù)化建模27</p><p>　　4.4 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)28</p><p>　　第

16、五章 基于SOLIDWORKS混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)實(shí)體造型29</p><p>　　5.1 SOLIDWORKS簡(jiǎn)介29</p><p>　　5.2 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的實(shí)體造型30</p><p>　　5.3 將三維實(shí)體造型導(dǎo)入ADAMS32</p><p>　　第六章 結(jié)論與展望33</p><p><

17、;b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1. 1機(jī)械壓力機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　沖壓是指在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從

18、而獲得所需零件的一種壓力加工方法。在沖壓零件的生產(chǎn)中，合理的沖壓成型工藝、先進(jìn)的模具和高效的沖壓設(shè)備是必不可少的三要素，其中機(jī)械壓力機(jī)代表著沖壓工藝的普遍水平，具有生產(chǎn)率高、材料利用率高、零件精度高、復(fù)雜程度高、一致性高等突出優(yōu)點(diǎn)，因此在批量生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，是國(guó)防及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。</p><p>　　1.2機(jī)械壓力機(jī)的分類</p><

19、;p>　　沖壓加工離不開沖壓設(shè)備，沖壓設(shè)備屬鍛壓機(jī)械，常見的冷沖壓設(shè)備有機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)。在鍛壓機(jī)械中，機(jī)械壓力機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其應(yīng)用比重可占到鍛壓機(jī)械的50%以上。機(jī)械壓力機(jī)按驅(qū)動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)的種類可分為曲柄式和摩擦式:按滑塊個(gè)數(shù)可分為單動(dòng)和雙動(dòng):按床身結(jié)構(gòu)形式可分為開式(C型床身)和閉式(II型床身):按自動(dòng)化程度可分為普通壓力機(jī)和高速壓力機(jī)等。</p><p>　　1.3曲柄壓力機(jī)的工作原理<

20、/p><p>　　曲柄壓力機(jī)利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，電機(jī)通過(guò)皮帶輪及齒輪帶動(dòng)曲軸傳動(dòng)，經(jīng)連桿使滑塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄壓力機(jī)分為偏心壓力機(jī)和曲軸壓力機(jī)，二者區(qū)別主要在主軸，前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機(jī)一般是開式壓力機(jī)，而曲軸壓力機(jī)有開式和閉式之分，它的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，適用于各類沖壓加工。</p><p>　　1.4曲柄壓力機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>

21、　　目前，我國(guó)機(jī)械行業(yè)中廣泛使用的通用機(jī)械壓力機(jī)，普遍采用四桿的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，如下圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 四桿曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　隨著人們?cè)陂L(zhǎng)期的使用過(guò)程中，特別是當(dāng)零件要求高精度和小批量多型號(hào)的生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)若采用上圖中傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，產(chǎn)品的合格率低，造成的廢品較多。其工作時(shí)沖擊振動(dòng)噪聲大，模具壽命低，工藝適應(yīng)范圍窄。因此，立足于通

22、用機(jī)械壓力機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，繼傳統(tǒng)的曲柄連桿壓力機(jī)之后又出現(xiàn)了多桿壓力機(jī)、液壓壓力機(jī)和全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的開發(fā)，它們改進(jìn)了傳統(tǒng)的曲柄連桿壓力機(jī)在性能方面的不足之處。</p><p>　　1.5各種常見壓力機(jī)的對(duì)比分析</p><p>　　1.5.1 多桿壓力機(jī)</p><p>　　多連桿機(jī)械壓力機(jī)是一種以多連桿機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)形式的新型壓力機(jī)。目前已為國(guó)內(nèi)外制造廠普遍采用。其機(jī)械

23、部分的運(yùn)動(dòng)原理是：四連桿機(jī)構(gòu)連桿上任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有多樣性，因而將二件組(連桿與滑塊)與連桿上某點(diǎn)相連(一般與曲柄端連桿的外伸部分連接)，組成六桿甚至更多桿件的機(jī)構(gòu)，這種壓力機(jī)經(jīng)參數(shù)的合理選擇可使滑塊得到?jīng)_壓加工所需的運(yùn)動(dòng)特性與受載特性。</p><p>　　通過(guò)對(duì)多桿壓力機(jī)的研究，多桿機(jī)構(gòu)有一下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）多連桿壓力機(jī)滑塊具有明顯的急回運(yùn)動(dòng)特性。也就是說(shuō)，工作行程

24、中可以為機(jī)械手提供充分的操作時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。</p><p>　?。?）多桿壓力機(jī)在工作區(qū)間，滑塊速度平穩(wěn)，利于材料變形。</p><p>　?。?）多桿壓力機(jī)在工作區(qū)間，扭矩大。在 90 度至 180 度范圍，多連桿壓力機(jī)出現(xiàn)較高扭矩，有利于厚板的深沖、深拉，同時(shí)這種特性允許緩沖墊提高能力，以滿足反拉伸所需的壓邊力。</p><p>　　多桿壓力機(jī)的問(wèn)世，

25、從一定程度上改善了傳統(tǒng)的曲柄連桿壓力機(jī)的很多不足之處。然而，多桿壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它要求的制造精度和裝配精度很高。并且一旦它的結(jié)構(gòu)確定下來(lái)，滑塊的輸出加工曲線也就定了下來(lái)。因此，它并不能滿足“柔性”制造的目的，只能從一定程度上改善壓力機(jī)的性能。</p><p>　　1.5.2液壓壓力機(jī)</p><p>　　液壓壓力機(jī)也是繼傳統(tǒng)的曲柄連桿壓力機(jī)之后產(chǎn)生的。這類壓力機(jī)可控性很好，但是它卻存在著

26、兩個(gè)缺陷：速度低，能耗大。這些問(wèn)題導(dǎo)致在開發(fā)與應(yīng)用液壓壓力機(jī)的道路上，受到的很大的阻撓。目前應(yīng)用并不廣泛。</p><p>　　1.5.3全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)</p><p>　　全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)是完全以一臺(tái)伺服作為驅(qū)動(dòng)，原理如圖所示：</p><p><b>　　圖1-2（a）</b></p><p><b>　

27、　圖1-2（b）</b></p><p>　　近年來(lái)，伺服電機(jī)制造和控制技術(shù)發(fā)展迅速，性能大大提高。功率從 30W 到5KW，轉(zhuǎn)矩從 0.3N.m 到 72N.m 的伺服電機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟，均有商業(yè)化產(chǎn)品。</p><p>　　國(guó)外的全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的研究和應(yīng)用已經(jīng)走在了較前的位置。成熟的產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)出來(lái)。例如日本松下 MDM 系列中慣量伺服電機(jī)的最大功率為 5KW, 扭

28、矩為 72N.m。美國(guó)俄亥俄州大學(xué)機(jī)械制造工程中心通過(guò)機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、載荷和扭矩分析， 制造了 30T 雙動(dòng)式機(jī)械壓力機(jī)。同時(shí)伺服電機(jī)的控制也大量采用新技術(shù)，控制方式更加靈活、有效、精確，軟硬件技術(shù)的進(jìn)步促使伺服電機(jī)的控制向數(shù)字化控制轉(zhuǎn)變，基于模糊推理的交流伺服自適應(yīng)控制集參數(shù)自動(dòng)識(shí)別、模糊推理、特征量辯識(shí)等技術(shù)為一體，使伺服系統(tǒng)的控制向智能化方向發(fā)展。</p><p>　　全伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)有一下諸多特點(diǎn)：&

29、lt;/p><p>　　（1） 由于伺服電機(jī)的角速度可調(diào)，因而可以根據(jù)被加工材料的性能，調(diào)節(jié)沖錘的速度，以滿足加工工藝的要求；</p><p>　?。?） 通過(guò)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的初始相位角，可以改變壓力機(jī)的下死點(diǎn)位置，因而可以改變裝模高度，縮短了調(diào)整裝模高度的準(zhǔn)備時(shí)間，提高了生產(chǎn)率；</p><p>　　（3）滑塊的速度和每分鐘的工作次數(shù)也可以根據(jù)工件的加工性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，以

30、滿足低速</p><p>　　鍛沖的工作要求。同時(shí)可以抑制振動(dòng)和噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊的位置的精確控制。</p><p>　　（4） 由于沖錘的運(yùn)動(dòng)速度具有閉環(huán)控制，因此對(duì)沖頭下死點(diǎn)的設(shè)定可以達(dá)到μm 級(jí)，提高了沖壓件的成形精度；</p><p>　?。?） 由于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小型機(jī)械壓力機(jī)，只是改變了原動(dòng)機(jī)，而沒(méi)有改變壓力機(jī)的機(jī)構(gòu)的型式，因而對(duì)現(xiàn)有的壓力機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，費(fèi)用較

31、低；</p><p>　?。?） 由于受到伺服電機(jī)功率小的限制，因此目前伺服電機(jī)只能用于驅(qū)動(dòng)用于薄板加工的壓力機(jī)上。</p><p>　　由于目前伺服電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，功率較小，雖然通過(guò)多桿機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定的增力作用，但是由于沒(méi)有飛輪，不能像普通機(jī)械壓力機(jī)那樣進(jìn)行能量積蓄。因此目前的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)噸位都較小。為了滿足實(shí)際需要，大噸位的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型機(jī)械壓力機(jī)的

32、研究日益開展。遺憾的是，國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)上所能買到的伺服電機(jī)的功率只限于小型的伺服電機(jī)。于是，受到伺服電機(jī)功率的制約，這種全伺服驅(qū)動(dòng)的壓力機(jī)在國(guó)內(nèi)只是在小噸位的壓力機(jī)床中得以應(yīng)用。</p><p>　　1.5.4混合驅(qū)動(dòng)多桿壓力機(jī)</p><p>　　從傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展歷史來(lái)看，采用了各種方法想改變壓力機(jī)的速度特性曲線，比如主驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速和采用離合器等措施，但一旦壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)確定

33、之后，滑塊的輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律也就隨之確定，因而不具有柔性。為了更好地控制壓力機(jī)的速度特性曲線，伺服電機(jī)被引入到常規(guī)壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中來(lái)。混合驅(qū)動(dòng)理論也是在這樣的背景下發(fā)展而來(lái)的。混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)是由常速電機(jī)和伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)的，是一個(gè)二自由度系統(tǒng)。其中常速電機(jī)提供了系統(tǒng)的主要功率，而伺服電機(jī)只起到調(diào)節(jié)的作用。下圖即是混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的原理圖：</p><p>　　圖1-3 混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的原理圖</p&

34、gt;<p>　　1.6混合驅(qū)動(dòng)模式的可行性分析</p><p>　　對(duì)混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)機(jī)構(gòu)可動(dòng)性的研究是研究混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的前提和基礎(chǔ)。為了保證加工質(zhì)量，壓力機(jī)在工作階段應(yīng)該具有低速?zèng)_壓特性；為了提高生產(chǎn)效率，壓力機(jī)應(yīng)具有急回特性，也就是說(shuō)應(yīng)該盡量縮短滑塊向上回程的時(shí)間?？傊瑥膲毫C(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性來(lái)看，它具有一定的可操作性，適應(yīng)不同沖壓工藝、不同材質(zhì)和板材厚度對(duì)變形速度的要求。&

35、lt;/p><p>　　由伺服電機(jī)與常速電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)相結(jié)合而成的可控壓力機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式與普通壓力機(jī)截然不同。它是由常速電機(jī)和伺服電機(jī)的輸入通過(guò)一個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)合成之后驅(qū)動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。這樣，不僅可以改善輸出動(dòng)力特性，而且能夠改變滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以滿足不同沖壓工藝的要求</p><p>　　1.6.1混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)分析</p><p>　　這種系統(tǒng)結(jié)合了傳

36、統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和全伺服機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)輸出運(yùn)動(dòng)柔性，并具有承載能力高、運(yùn)行速度快和成本低的特點(diǎn)，能很好滿足當(dāng)今生產(chǎn)多品種、小批量、低成本發(fā)展的需求?；旌向?qū)動(dòng)可控壓力機(jī)除具有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?） 改變伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不僅能調(diào)節(jié)沖錘的速度，而且可實(shí)現(xiàn)不同</p><p>　　的位移和速度曲線，即可實(shí)現(xiàn)沖錘的多組輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p

37、><p>　?。?） 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在不改變常速電機(jī)速度和工作行</p><p>　　程次數(shù)的情況下，能有效地調(diào)節(jié)沖錘工作段的速度特性，因而能提高壓力機(jī)的工作效率，這點(diǎn)優(yōu)越性是相對(duì)于液壓伺服壓力機(jī)而言的。</p><p>　　（3） 可簡(jiǎn)化沖壓機(jī)床的結(jié)構(gòu)：當(dāng)采用混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)時(shí)，由于伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)可控性，實(shí)現(xiàn)相同的輸出運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必采用八桿和十桿機(jī)構(gòu)來(lái)

38、降低滑塊（沖錘）的速度，因而可簡(jiǎn)化沖壓機(jī)床的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　從以上分析的各種調(diào)速方法可以看到，利用混合驅(qū)動(dòng)模式對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行調(diào)速可以避開傳統(tǒng)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速、機(jī)械變速調(diào)速、純伺服調(diào)速的一些缺陷。達(dá)到我們對(duì)壓力機(jī)的輸出加工曲線的可控性的目的。</p><p>　　1.7混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)機(jī)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上屬于一種二自由度

39、機(jī)構(gòu)。從這一基本點(diǎn)出發(fā)，混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)可以有多種形式，下圖列出了一些機(jī)構(gòu)的形式。</p><p>　　圖1-4 混合驅(qū)動(dòng)多桿機(jī)構(gòu)的參考形式</p><p>　　本論文以混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象。之所以選擇該機(jī)構(gòu)，要通過(guò)比較來(lái)說(shuō)明。</p><p>　　需要明確的是，隨著桿件的增加，壓力機(jī)的可控性就越復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)軌跡也越復(fù)雜，就越能完成復(fù)雜的加工過(guò)程。

40、但也將會(huì)給研究帶來(lái)諸多麻煩。</p><p>　　1.7.1 五桿機(jī)構(gòu)的分析</p><p>　　二自由度平面五桿機(jī)構(gòu)作為研究混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)已日益受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。它從結(jié)構(gòu)上保留了現(xiàn)有的壓力機(jī)的特點(diǎn)，并在充分利用了現(xiàn)有壓力機(jī)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還考慮到機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)能力。因此，由此機(jī)構(gòu)從一定程度上能夠很好的滿足機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。在混合驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上確立了一種可控壓力機(jī)的機(jī)構(gòu)（如圖所示

41、）。</p><p>　　圖1-5 一種五桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　但是，隨著對(duì)混合驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)研究的深入，發(fā)現(xiàn)這種五桿機(jī)構(gòu)對(duì)構(gòu)件的尺寸要求極為嚴(yán)格，才能保證曲柄存在的條件。而且，這種五桿機(jī)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)性能方面表現(xiàn)得也非常差。嚴(yán)格的條件大大的減小了五桿機(jī)構(gòu)中各桿尺寸的取值空間，使五桿機(jī)構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)很難得到理想的運(yùn)動(dòng)軌跡。這在一定程度上必將限制五桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)用。因此，后來(lái)又有人提出了

42、混合驅(qū)動(dòng)六桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　1.7.2 六桿機(jī)構(gòu)分析</p><p>　　與混合驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)相比，六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，它在原混合驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入了調(diào)節(jié)桿L2，這使得六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出特性比原混合驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)更好，其可以在不增加伺服電機(jī)負(fù)擔(dān)的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的機(jī)械可調(diào)部分滿足不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。雖然具有這么多的優(yōu)勢(shì)，目前對(duì)這種六桿機(jī)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)用還很少。下圖為一種六桿機(jī)

43、構(gòu)的簡(jiǎn)圖：</p><p>　　圖1-6 一種六桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.7.3 七桿機(jī)構(gòu)分析</p><p>　　在對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀研究分析的基礎(chǔ)上，本文選擇了新型的2 自由度混合驅(qū)動(dòng)可控七桿機(jī)構(gòu)這一方向來(lái)研究。下圖為混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的原理圖：</p><p>　　圖 1-7 一種七桿機(jī)構(gòu)</p>

44、<p>　　這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柔性大，尺寸型號(hào)和輸入運(yùn)動(dòng)變化大，為機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化提供較大的空間。</p><p>　　1.8 本課題研究的內(nèi)容概述</p><p>　　本文主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的可動(dòng)性、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題進(jìn)行深入的分析研究；并在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)構(gòu)的各類特性進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，最后研究機(jī)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)輸出的影響，從而可為優(yōu)化綜合、應(yīng)用研究提供理論依據(jù)

45、。具體內(nèi)容如下： </p><p><b>　　1、研究對(duì)象的確立</b></p><p>　　本文主要研究對(duì)象為混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)型的分析與綜合得出能夠?qū)崿F(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)要求的構(gòu)型，在此基礎(chǔ)上對(duì)七桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，進(jìn)行優(yōu)化分析。</p><p>　　2、對(duì)混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)各類特性的分析與仿真</p><

46、p>　　本部分內(nèi)容將對(duì)七桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行可動(dòng)性研究、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在理論分析的基礎(chǔ)上選擇了一組滿足可動(dòng)性條件的數(shù)據(jù)，</p><p>　　3、首先利用ADAMAS虛擬樣機(jī)仿真分析建立其工作機(jī)構(gòu)中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的三維樣機(jī)模型，根據(jù)提高壓力機(jī)性能的要求，建立雙曲柄七桿的虛擬樣機(jī)模型。再對(duì)樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析。生成運(yùn)動(dòng)曲線，對(duì)效果進(jìn)行分析。再應(yīng)用Solidworks 軟件進(jìn)行三維建模與裝配</p>

47、<p>　　1.9 本課題研究的目的和意義</p><p>　　機(jī)械壓力機(jī)是機(jī)械制造業(yè)中廣泛使用的沖壓設(shè)備，量多面廣，僅我國(guó)就有幾十萬(wàn)臺(tái)。傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)多數(shù)采用曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓力加工。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求的提高，對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能提出了更高的要求，用多連桿機(jī)構(gòu)替用一般曲柄滑塊機(jī)構(gòu)己成為當(dāng)前壓力機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>

48、　　本文研究了應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的方法。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立多種傳動(dòng)方案的數(shù)學(xué)模型和三維物理樣機(jī)模型，分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。通過(guò)對(duì)多種傳動(dòng)方案的仿真結(jié)果的比較和分析，找出既能提高現(xiàn)有壓力機(jī)，又便于對(duì)現(xiàn)有壓力機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造的方案。</p><p>　　第二章 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)械設(shè)計(jì)中必不可少的內(nèi)容。

49、所謂機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，就是在已經(jīng)知道元運(yùn)動(dòng)規(guī)律條件下，分析各個(gè)構(gòu)件的位移、速度和加速度等。有了這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，才能分析評(píng)價(jià)該機(jī)構(gòu)工作性能，同時(shí)也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的依據(jù)。</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析有圖解法和解析法兩種。本論文將以圖解法為主，輔以解析法來(lái)對(duì)混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。</p><p>　　2.1 沖壓時(shí)間的分配</p><p>　　1）整個(gè)沖壓周期 T=2s&

50、lt;/p><p>　　2）工作周期t=1/5T=0.4s</p><p>　　滿足上述條件的話，需要自出頭接觸工件時(shí)桿L1與垂直方向的夾角為36度。同時(shí)為了保證沖頭的勻速運(yùn)動(dòng)，桿L6在此0.4秒內(nèi)靜止不動(dòng)，而在接下來(lái)的1.6秒內(nèi)完成往復(fù)擺動(dòng)一次。桿L1則保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　桿L1和L6的運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)函數(shù)的設(shè)置來(lái)保證。桿L1的運(yùn)動(dòng)函數(shù)為:180d*tim

51、e ; 桿L6的運(yùn)動(dòng)函數(shù)為：</p><p>　　step(time,0,0,0.4,0)+step(time,0.4,0,1.2,120)+step(time,1.2,0,2,-120)；</p><p>　　step函數(shù)既可以用作設(shè)計(jì)函數(shù)也可以用作運(yùn)行函數(shù)當(dāng)用作設(shè)計(jì)函數(shù)時(shí)候，其格式為step（A，x0,h0,x1,h1）,它表示從x0時(shí)的h0值，跳躍到x1時(shí)的h1值，也就是通常說(shuō)的跳躍

52、函數(shù)，中間用Arry進(jìn)行插值。當(dāng)用作運(yùn)行函數(shù)時(shí)，其格式為step(x,begin,initial value,end,final value),它用一個(gè)三次多項(xiàng)式構(gòu)造一個(gè)階躍函數(shù)，其中x是獨(dú)立變量，（bigin,initial value）決定起始值，（end,final value）決定終點(diǎn)值。</p><p>　　2.2 滑塊位移與桿件角度的關(guān)系分析</p><p>　　下圖為混合驅(qū)動(dòng)

53、七桿機(jī)構(gòu)的原理圖：</p><p>　　圖2-1 混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)壓力機(jī)原理圖</p><p><b>　　其中各桿長(zhǎng)度如下：</b></p><p>　　L1=180mm L2=950mm L3=680mm</p><p>　　L5=1360mm L6=270mm AF=700mm&

54、lt;/p><p>　　另外，，和作為變量。滑塊的最大工作行程將由這兩個(gè)角確定。</p><p>　　當(dāng)t在0到0.4秒內(nèi)是沖壓過(guò)程。這時(shí)L6靜止不動(dòng)，機(jī)構(gòu)為六桿機(jī)構(gòu)。如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 簡(jiǎn)化后的六桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　通過(guò)圖解法來(lái)分析桿L3和L5的角度與滑塊形成的關(guān)系，形象而易于操作，并且比解析法較直觀。圖2-

55、3即為機(jī)構(gòu)沖壓過(guò)程滑塊由接觸工件到達(dá)最大位移的過(guò)程。</p><p>　　圖2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖解</p><p>　　現(xiàn)要求工作行程為10mm，則可得以下公式：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　CG+BG=L2 ⑵</p><p><b>　

56、　由⑴和⑵可求得：</b></p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　　可得到DG與的關(guān)系。由于AD與AM已知，DM可由DG表示。用作圖法，E點(diǎn)的位置將由作圖來(lái)確定。</p><p>　　第三章 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其發(fā)展</p><p>　　3.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義</p>

57、<p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于智能設(shè)計(jì)技術(shù)、并行工程、防治工程及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)仿真和建模技術(shù)為支持，利用虛擬樣機(jī)，在產(chǎn)品實(shí)際加工之前對(duì)產(chǎn)品的性能、行為、功能和產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，以達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)的最優(yōu)目標(biāo)。</p><p>　　3.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究范圍</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究對(duì)象是機(jī)械系統(tǒng)，在這里，機(jī)械

58、系統(tǒng)可以視為是由多個(gè)相互連接、彼此能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有3種性質(zhì)不同的分析：</p><p>　　(1)機(jī)械系統(tǒng)的靜力學(xué)分析；</p><p>　　(2)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；</p><p>　　(3)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析；</p><p>　　3.3 ADAMS動(dòng)態(tài)仿真軟件簡(jiǎn)介</p><p>

59、;　　基于多體動(dòng)力學(xué)的機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件ADAMS (Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems)是世界上最具權(quán)威性的、使用范圍最廣動(dòng)力學(xué)分析軟件。使用該軟件，可建立包括機(jī)一電一液在內(nèi)的數(shù)字化樣機(jī)模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品方案修改優(yōu)化直至故障診斷等仿真分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高競(jìng)爭(zhēng)力的目的。與其它軟件比較，ADAM

60、S軟件具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 提供了多個(gè)通用求解器</p><p>　　ADAMS軟件針對(duì)不同仿真目的和模型，提供了不同的求解器，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器(Kinematics Solver)、動(dòng)力學(xué)求解器(Dynamic Solver)。此外，ADAMS軟件還提供了靜力學(xué)求解器(Static Solver)、準(zhǔn)靜力學(xué)求解器((Equilibrium)、振動(dòng)分析求解器(Vibr

61、ation)，以及線性模態(tài)分析求解器(Linear)等。</p><p>　　(2) 提供了豐富的樣本庫(kù)和專用模塊</p><p>　　在ADAMS軟件中，使用軟件本身提供的部件庫(kù)與布爾運(yùn)算器，可建立各種零部件模型。零件模型建立之后，可通過(guò)聯(lián)接件庫(kù)、運(yùn)動(dòng)發(fā)生器以及廣義力和力矩施加約束，建立多體系統(tǒng)的分析模型。此外，ADAMS軟件還提供了各種動(dòng)力學(xué)分析專用模塊，如為汽車動(dòng)力學(xué)分析而開發(fā)的AD

62、AMS/CAR模塊，為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)分析而提供的ADAMSBNGINE模塊、為鐵路車輛動(dòng)力學(xué)分析而開發(fā)的ADAMS/RAIL模塊等。另外，還向用戶提供了二次開發(fā)工具，以實(shí)現(xiàn)用戶的一些特殊要求。</p><p>　　(3) 開放的軟件集成環(huán)境</p><p>　　對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零部件，可以利用CAD/CAM軟件進(jìn)行建模，然后利用所提供的圖形接口，調(diào)入所建模型，同時(shí)也調(diào)入模型的質(zhì)量特性和坐標(biāo)

63、特性，為建立高精度的動(dòng)力學(xué)模型提供了豐富的建模工具。此外，ADAMS還提供了與MATLAB,EASYS等軟件的接口。</p><p>　　(4)提供功能齊全的工程分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)功能</p><p>　　通過(guò)ADAMS軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)功能可以計(jì)算模型在不同參數(shù)情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，分析比較各參數(shù)的變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作性能的影響，然后提出修改意見，減少設(shè)計(jì)時(shí)間與設(shè)計(jì)成本。</p>

64、;<p>　　(5)提供了實(shí)體動(dòng)畫功能與運(yùn)動(dòng)干涉檢查</p><p>　　在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，由ADAMS/Animation模塊提供的動(dòng)畫顯示功能，可直觀地檢查模型的設(shè)計(jì)結(jié)果，并具有自動(dòng)干涉檢查功能，對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行檢查。</p><p>　　3. 4 ADAMS仿真分析基本步驟</p><p>　　使用ADAMS軟件創(chuàng)建

65、和測(cè)試模型，一般遵循:建立系統(tǒng)模型一測(cè)試模型~驗(yàn)證模型一細(xì)化模型一重復(fù)模型分析一優(yōu)化設(shè)計(jì)一定制界面這七個(gè)基本步驟。圖 為利用ADAMS軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真分析的步驟圖示。</p><p>　　圖3-1 adams仿真分析流程圖</p><p>　　3.4.1 定義系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與約束</p><p>　　為了能夠準(zhǔn)確的反映系統(tǒng)實(shí)際工作條件，必須在所建模型上加上與實(shí)際工作狀

66、態(tài)一樣的驅(qū)動(dòng)與約束。具體定義如下:</p><p>　　1)定義約束副:系統(tǒng)中的桿件與桿件、桿件與機(jī)體之間是由圓柱鉸鏈副進(jìn)行約束;滑塊和過(guò)渡桿分別施加水平和垂直約束，以限定在系統(tǒng)中的特定運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2)定義驅(qū)動(dòng):根據(jù)受力分析來(lái)定義電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3)定義摩擦:系統(tǒng)各鉸鏈副中作用有摩擦力，其大小與運(yùn)動(dòng)副間的法向力(N)和摩擦系數(shù)成正比

67、，即F=uN，根據(jù)所用材料取u </p><p>　　4)定義沖壓力:沖壓力是一個(gè)復(fù)雜的瞬時(shí)變量，在沖壓過(guò)程中隨著零件的尺寸、材料的機(jī)械性能和材料厚度的變化而變化。</p><p>　　根據(jù)相應(yīng)公式，可以算出沖裁力與板厚的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為沖裁力與時(shí)間的關(guān)系。在adams系統(tǒng)中，通過(guò)定義離散數(shù)據(jù)并由函數(shù)可以獲得模擬的沖裁力曲線。</p><p>　　第四章 基于

68、ADAMS的混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)虛擬樣機(jī)建模</p><p>　　以下是在adams環(huán)境下對(duì)前文中確定的混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的虛擬建模。這個(gè)過(guò)程大致經(jīng)歷了簡(jiǎn)化模型的建立、添加約束及動(dòng)力、可動(dòng)性分析、運(yùn)動(dòng)函數(shù)化 、對(duì)主要桿件及其關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、桿件的參數(shù)化、優(yōu)化設(shè)計(jì)等階段。</p><p>　　4.1 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的虛擬樣機(jī)建模</p><p>　　以下是基于ada

69、ms的建模過(guò)程：</p><p>　　打開ADAMS軟件，設(shè)置柵格及坐標(biāo)。軟件具有強(qiáng)大的造型功能，使用方便。首先依坐標(biāo)確定各個(gè)桿件的位置，連接即可，桿件可隨即生成。桿件的長(zhǎng)度和寬度可設(shè)定，也可取默認(rèn)狀態(tài)。下圖為七桿壓力機(jī)的簡(jiǎn)化模型：</p><p>　　圖4-1 七桿壓力機(jī)的簡(jiǎn)化模型</p><p>　　模型建好后，接著要給每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立約束，如桿件和地面之間有轉(zhuǎn)動(dòng)副

70、，兩個(gè)桿件之間要有轉(zhuǎn)動(dòng)副，滑塊和地面之間還要有移動(dòng)副。然后是給桿件添加驅(qū)動(dòng)。這樣，桿件可以運(yùn)動(dòng)起來(lái)。圖4-2為添加約束和動(dòng)力后的情況。</p><p>　　圖4-2 添加約束和動(dòng)力</p><p>　　ADAMS的另一個(gè)強(qiáng)大的功能是虛擬仿真?？梢宰尳M建的機(jī)構(gòu)按照約束條件運(yùn)動(dòng)起來(lái)。以此來(lái)模擬實(shí)物的運(yùn)動(dòng)，直觀性很強(qiáng)。另外，ADAMS中包含有大量的運(yùn)動(dòng)函數(shù)，通過(guò)對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)函數(shù)的設(shè)定，可以讓電機(jī)做

71、出特定的驅(qū)動(dòng)，尤其是在對(duì)伺服電機(jī)的模擬，能夠達(dá)到逼真的效果。圖4-3至4-5為添加驅(qū)動(dòng)并仿真的過(guò)程。</p><p><b>　　圖4-3可動(dòng)性仿真</b></p><p>　　圖4-4添加運(yùn)動(dòng)函數(shù)</p><p>　　圖4-5為伺服電動(dòng)機(jī)添加函數(shù)</p><p>　　4.2 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p&

72、gt;<p>　　利用ADAMS建立機(jī)械系統(tǒng)仿真模型時(shí)，可以對(duì)各個(gè)桿件以及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并可以生成直觀性很強(qiáng)的曲線圖。ADAMS是利用牛頓——拉夫森迭代方法求解的。</p><p>　　通過(guò)對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件的位移、速度、加速度分析，以及對(duì)動(dòng)力桿件的受力分析，可以了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，為最終的設(shè)計(jì)提供參數(shù)。圖4-6到4-8依次為沖頭的位移曲線、速度曲線和加速度曲線：</p><p&g

73、t;　　圖4-6 滑塊的位移曲線</p><p>　　圖4-7滑塊的速度曲線</p><p>　　圖4-8滑塊的加速度曲線</p><p>　　與常規(guī)壓力機(jī)（四桿機(jī)構(gòu)）沖頭的運(yùn)動(dòng)曲線相比較，七桿機(jī)構(gòu)中沖頭工作區(qū)間所占比例明顯增多，沖壓過(guò)程能夠保持一定的勻速運(yùn)動(dòng)。只是通過(guò)速度曲線和加速度曲線可以發(fā)現(xiàn)，七桿機(jī)構(gòu)并不穩(wěn)定，曲線波動(dòng)過(guò)大。這也是將要解決的難題。</p&

74、gt;<p>　　以下是對(duì)動(dòng)力桿的受力分析。其中關(guān)節(jié)B和關(guān)節(jié)E分別是對(duì)常規(guī)動(dòng)力電機(jī)和伺服電機(jī)的受力分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，圖4-9中受力最大值為3250N，明顯大于圖4-10中的350N，與設(shè)計(jì)目標(biāo)相符合。只需要較小功率的伺服電機(jī)就可以達(dá)到目的了。</p><p>　　圖4-9 關(guān)節(jié)B的受力曲線</p><p>　　圖4-10 關(guān)節(jié)E的受力曲線</p><p>

75、;　　圖4-11是沖頭的受力分析曲線。模型中沖頭的定義阻力為2700N，沖壓間隔0.4秒，其余時(shí)間內(nèi)受力為0N。</p><p>　　圖4-11 關(guān)節(jié)D的受力曲線</p><p>　　4.3 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的參數(shù)化建模</p><p>　　ADAMS軟件提供了強(qiáng)大的參數(shù)話建模功能。根據(jù)分析需要，在建模時(shí)確定相關(guān)的關(guān)鍵變量，并將這些關(guān)鍵變量設(shè)置為設(shè)計(jì)變量。在分析時(shí)

76、，只需要改變這些變量的大小，虛擬樣機(jī)就可以自動(dòng)更新。</p><p>　　圖4-12是參數(shù)化建模的效果圖。圖中將桿件的頂點(diǎn)設(shè)為變量，這樣，通過(guò)改變各個(gè)點(diǎn)的位置，就可以改變桿件的長(zhǎng)度和位置，非常方便。而且，各個(gè)桿件的長(zhǎng)度都有一定的變化范圍。經(jīng)過(guò)接下來(lái)的優(yōu)化分析，可以在該范圍內(nèi)取得最佳值。</p><p><b>　　圖4-12 (a)</b></p>&l

77、t;p>　　圖4-12 (b) </p><p>　　4.4 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　優(yōu)化分析是adams提供的一種高級(jí)參數(shù)化計(jì)算分析工具采用該工具可對(duì)壓力機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,在所設(shè)定的范圍內(nèi)通過(guò)分析程序自動(dòng)地調(diào)整設(shè)計(jì)變量,求取主傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)最佳的位置配置,在該位置扭矩曲線的峰值為“最小”。</p><p>　　由于水平有限，該環(huán)節(jié)

78、還有待學(xué)習(xí)和研究。能夠?qū)⒋斯δ軕?yīng)用到機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中來(lái)，必將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)巨大的便利，其前景異常樂(lè)觀。</p><p>　　第五章 基于SOLIDWORKS混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)實(shí)體造型</p><p>　　5.1 SOLIDWORKS簡(jiǎn)介</p><p>　　隨著 PC 機(jī) 3D 設(shè)計(jì)軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)向著 3D化方向發(fā)展。采用 3D 設(shè)計(jì)軟

79、件，如 SolidWorks，Pro/E，UG 等進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)崟r(shí)地評(píng)價(jià)零部件的結(jié)構(gòu)工藝性、可裝配性和可制造性等，推動(dòng)了機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的進(jìn)步。特別是基于三維設(shè)計(jì)技術(shù)的三維樣機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的自動(dòng)化提供了一種理想的技術(shù)支撐平臺(tái)。計(jì)算機(jī)處理圖形圖像的不斷提高以及 Windows 操作系統(tǒng)的長(zhǎng)足發(fā)展，三維 CAD 軟件在逐步由工作站環(huán)境向計(jì)算機(jī)化、Windows 平臺(tái)方向發(fā)展，尤其是最近幾年，三

80、維 CAD軟件在計(jì)算機(jī)平臺(tái)和 Windows 環(huán)境下得到了很大的進(jìn)步。</p><p>　　SolidWorks 作為 Windows 平臺(tái)下的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，完全溶入了 Windows 軟件使用方便和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能可以滿足大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　SolidWorks 是 CAD/CAE /CAM/PDM 桌面集成系統(tǒng)，是美國(guó) SolidWorks

81、公司于 1995 年 11月研制成功的。該軟件可以最大限度地滿足設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，操作簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，容易上手，可以完成復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、高性能的大型裝配、高級(jí)曲面造型和設(shè)計(jì)修改，顯示動(dòng)態(tài)裝配關(guān)系，集設(shè)計(jì)、分析、加工和數(shù)據(jù)管理于一體，動(dòng)態(tài)模擬裝配過(guò)程，計(jì)算質(zhì)量特征，如質(zhì)心、慣性矩等，將二維繪圖與三維造型技術(shù)融為一體，將三維實(shí)體圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換成二維平面圖。此外它還具有較好的開發(fā)性接口和功能擴(kuò)充性，可以把 AutoCAD中的圖轉(zhuǎn)到 SolidWo

82、rks 中，也能把 SolidWorks 中的圖轉(zhuǎn)到 AutoCAD 中，另外，還可以把SolidWorks中的三維圖修改格式后可以導(dǎo)入到adams中，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，是工程設(shè)計(jì)的一個(gè)好工具。</p><p>　　由于 SolidWorks 有如此多的優(yōu)點(diǎn)，本文將選用它作為三維建模的平臺(tái)，來(lái)完成混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的三維建模。</p><p>　　5.2 混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的實(shí)體造

83、型</p><p>　　七桿機(jī)構(gòu)的物理特性確定后，依照尺寸，在solidworks環(huán)境下，一次經(jīng)過(guò)草圖繪制、拉伸、切除、掃描等過(guò)程，依據(jù)軟件的強(qiáng)大功能完成零部件的造型。而同時(shí)該軟件也提供了裝配的功能，將各部件經(jīng)過(guò)配合限制后，組裝成一臺(tái)機(jī)器。另外，還可以將組裝成的裝配體導(dǎo)入到adams中，通過(guò)修改材料屬性和顏色，添加約束和動(dòng)力，進(jìn)行進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。下面是依次的過(guò)程：</p><p>　　

84、圖5-1為 凸輪的造型，凸輪由常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。整個(gè)造型由拉伸而成，分兩步，第一步先拉伸大圓盤，接著以大圓盤的一個(gè)圓面為基準(zhǔn)面繪制小元，進(jìn)一步拉伸而成。</p><p><b>　　圖5-1 凸輪造型</b></p><p>　　圖5-2 為連桿的造型。整個(gè)機(jī)構(gòu)中共有三根連桿，長(zhǎng)度不一但結(jié)構(gòu)基本相同。繪制步驟分為拉繪制草圖、拉伸、切除、鏡像等步驟。</p>

85、<p><b>　　圖5-2 連桿造型</b></p><p>　　圖5-3為 滑塊的造型。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)換面拉伸。即先以一個(gè)基準(zhǔn)面拉伸立方體，接著以立方體的上表面為基準(zhǔn)面拉伸出凸臺(tái)。接著，以凸臺(tái)的中心實(shí)在的面，即圖中的基準(zhǔn)面4，對(duì)稱切除，形成開口槽。</p><p><b>　　圖5-3 滑塊造型</b></p>

86、<p>　　零件成型后，依據(jù)SOLIDWORKS的裝配體功能，可以把零件組裝到一起形成完整的造型。裝配過(guò)程中應(yīng)用到了導(dǎo)入、配合、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等功能。根據(jù)零件的位置和功能關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)體造型。</p><p>　　圖5-4 裝配體造型</p><p>　　5.3 將三維實(shí)體造型導(dǎo)入ADAMS</p><p>　　如果需要進(jìn)一步分析組裝后的機(jī)構(gòu)，還可以

87、通過(guò)與ADAMS的連接，導(dǎo)入后可以進(jìn)行各種分析，分析過(guò)程與上文類似。</p><p>　　將在SOLIDWORKS中建立的構(gòu)建導(dǎo)入ADAMS中有兩種方法。第一種是先將各個(gè)構(gòu)件在SOLIDWORKS中裝配好，進(jìn)行整體導(dǎo)入。這種方法的好處是結(jié)構(gòu)嚴(yán)整，配合精度高。缺點(diǎn)是導(dǎo)入后的機(jī)構(gòu)需要添加各種約束，如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、動(dòng)力等。另一種導(dǎo)入的方法是將構(gòu)件單獨(dú)導(dǎo)入到ADAMS中，來(lái)替換原有的構(gòu)建，這樣做的好處是靈活性強(qiáng)，按需要

88、來(lái)導(dǎo)入構(gòu)件。而且導(dǎo)入的構(gòu)件不需要在添加約束。缺點(diǎn)是比較麻煩。每次都要編輯導(dǎo)入部件的角度和位置，工作繁瑣。</p><p>　　導(dǎo)入后，需要給零件添加材料屬性，質(zhì)量屬性，修改顏色等。這樣，構(gòu)件就具有了質(zhì)量，更接近實(shí)物。之后可以在ADAMS 強(qiáng)大的仿真功能模塊下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析等。與前文中對(duì)模型進(jìn)行的分析所得到的數(shù)據(jù)相比，將更加準(zhǔn)確，更有參考價(jià)值。</p><p><b>

89、　　第六章 結(jié)論與展望</b></p><p>　　本文從壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律入手，分析了現(xiàn)有的多種壓力設(shè)備存在的不足，進(jìn)而提出了混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)的構(gòu)想，并進(jìn)行了可行性分析。接著根據(jù)壓力機(jī)工作原理和要求進(jìn)行了混合驅(qū)動(dòng)七桿壓力機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了選擇和設(shè)計(jì)，分析了滑塊的位移電動(dòng)機(jī)的功率等，并用ADAMS軟件工具對(duì)所設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了虛擬樣機(jī)建模，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析，在綜合主傳動(dòng)系統(tǒng)額定沖壓力、

90、各構(gòu)件慣性力和摩擦力條件下，以曲柄扭矩最小為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了主傳動(dòng)系統(tǒng)最優(yōu)的尺寸結(jié)構(gòu)。最后，通過(guò)SOLIDWORKS </p><p>　　軟件進(jìn)行三維造型建模，并進(jìn)行裝配。通過(guò)本論文的研究工作，在混合驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的基礎(chǔ)理論研究方面取得了一些成果，達(dá)到了預(yù)期目的。</p><p>　　但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些仍需要進(jìn)一步完善的工作。首先是

91、混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析問(wèn)題。由于涉及到七根桿，而且有較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)函數(shù)的參與，對(duì)桿件尤其是沖頭的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析變得尤為困難，本文在對(duì)沖頭速度、加速度的分析上遇到了巨大困那。有些問(wèn)題不能夠深入研究。其次是在ADAMS中對(duì)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化分析階段還有待豐富。雖然通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證了混合驅(qū)動(dòng)七桿機(jī)構(gòu)的可行性，但考慮到伺服電機(jī)的小功率的限制，在保證輸出的前提下，為提高控制的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)考慮有所改進(jìn)。</p>&l

92、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]孫鳳勤.沖壓與塑壓設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2]趙呈林.鍛壓設(shè)備.西北工業(yè)大學(xué)出版社，1987</p><p>　　[3]何德譽(yù).專用壓力機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[4]王嘯宇.國(guó)外機(jī)械一液壓壓力機(jī)的

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96、/p><p><b>　　1254一1256</b></p><p>　　[14]李輝.混合驅(qū)動(dòng)可控壓力機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)，2004(7):31一35</p><p>　　[15]范有發(fā).沖壓與塑料成型設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[16]孫靖民等.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法選講.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，199

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98、備，1998(2):29一31</p><p>　　[21]李亞軍.廣義肘桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì).鍛壓設(shè)備，1998(3):46一49</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師xx老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。在論文的選題、課題研究、論文撰寫的全過(guò)程，始終得到了陳老師的全面而細(xì)致的指導(dǎo)和無(wú)私的教誨。陳