主被动复合驱动的高速精密冲床机构的设计研究

摘要

现代冲压生产要求高效率、高精度，对冲压设备要求越来越高，高速冲床的相关应用也日益广泛。本文以新型高速冲床原理机构的设计为切入点，重点研究其动平衡和机身振动响应的问题。
　　本文提出一种新型的主被动复合驱动高速冲床机构，其副滑块通过连杆机构连接在主滑块上而不是连接在曲轴上，并由主滑块驱动。
　　对新型高速冲床原理机构进行运动学建模分析，以主、副滑块压力角最大为目标函数，并以机身尺寸及各构件装配尺寸为约束条件对高速冲床机构的运动学参数进行优化，得到优化后主被动复合驱动高速冲床机构的运动学参数。
　　以优化后的运动学参数为基础，建立新型高速冲床机构的动力学方程，并求解得到各个构件的受力情况，设计相关构件的结构参数。此外，对曲轴自身进行动平衡设计。将只有一个自由度的新型高速冲床机构简化为等效力学模型，建立其运动方程式，设计适当的飞轮惯量，完成转速波动调节。
　　在曲轴上设计一套缓冲系统，减少曲轴与机身连接处运动副的支反力对机身的影响。对缓冲系统的相关参数进行了优化设计，完成支反力的平衡设计。
　　运用三维软件Solidworks，建立新型机构相关部件的三维模型，使用motion模块进行运动仿真，与数值分析结果进行对比验证。
　　对机身进行模态分析，在此基础上进行激振响应分析。选取曲轴座孔处有代表性的四点为研究对象，分析其各方向在空载和工作载荷时的激振位移响应情况，进一步求解出激振加速度响应。分析激振响应的结果，研究其对下死点动态精度的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 高速冲床的国内外发展现状

1．3 高速冲床的相关理论研究状况

1．3．1 运动学和动力学设计分析

1．3．2 动平衡设计

1．3．3 支反力的平衡设计

1．3．4 机身振动响应分析

1．4 论文研究的主要内容

2 主被动复合驱动的高速冲床原理机构设计和运动学建模分析

2．1 引言

2．2 主被动复合驱动的高速冲床的原理机构设计

2．3 运动学建模分析

2．3．1 曲柄滑块机构

2．3．2 平衡机构

2．3．4 算例

2．4 运动学参数优化

2．4．1 设计变量

2．4．2 目标函数

2．4．3 约束条件

2．4．4 优化结果

2．5 本章小结

3 主被动复合驱动的高速冲床的动力学建模与分析

3．1 引言

3．2 高速冲床的动力学分析

3．2．1 动态静力学分析

3．2．2 算例

3．3 杆件结构参数设计

3．4 转速波动平衡设计

3．4．1 曲轴设计

3．4．2 曲轴强度校核

3．4．3 曲轴自身的平衡

3．4．4 飞轮设计

3．5 本章小结

4 支反力的平衡设计

4．1 引言

4．2 冲击载荷特性分析

4．3 支反力的平衡系统

4．4 缓冲系统选取和力学模型

4．4．1 缓冲系统分类

4．4．2 缓系统选取

4．4．3 缓冲系统的力学模型

4．5 缓冲系统的振动响应

4．5．1 缓冲系统相关参数的确定

4．5．2 缓冲系统振动响应的求解

4．6 凸轮的设计

4．7 本章小结

5 三维实体建模及运动仿真

5．1 引言

5．2 三维实体建模和装配

5．3 运动学模拟仿真

5．4 本章小结

6 机身激振响应分析

6．1 引言

6．2 模态响应分析

6．3 机身激振响应分析

6．3．1 激振载荷分析

6．3．2 空载时机身激振响应分析

6．3．3 工作载荷时机身激振响应分析

6．4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况