混合驱动七杆压力机的基础研究及计算机仿真

摘要

本文研究的混合驱动压力机是基于平面二自由度七杆机构的一种改进压力机。它是采用一个常规电机和一个伺服电机作为动力源，通过一个平面二自由度七杆机构合成后实现可控的输出运动。其中常规电机为其提供主要动力，伺服电机在其中起调节作用。这使得混合驱动压力机既有传统机械式压力机功率大、运行平稳等优点，又具有可控性、可调性，即具有柔性。混合驱动压力机能够提供多组输出规律，以满足不同材料和不同加工工艺的需求。
　　 鉴于二自由度混合驱动机构的构型选择的重要性，本文分析了适合混合驱动压力机的二自由度多杆机构各种类型的优缺点。通过分析六杆机构运动链型得到七杆机构的运动链型。在此基础上分析了七杆机构的机构构型，选择了适合的混合驱动压力机的机构构型。分析了此机构构型双曲柄和三曲柄存在条件。
　　 本文从奇异性分析入手，较为深入地分析了一种典型二自由度混合驱动机构的可动性条件。在此基础上，按伺服电机驱动方式的不同，用封闭矢量法进行了正、逆运动学分析。
　　 以忽略构件惯量力为条件，计算了两个电机所需功率；考虑各构件惯性力，计算了各构件的力和力矩的平衡方程，对混合驱动压力机进行动态静力分析；应用拉格朗日方程建立了混合驱动压力机的动力学方程。
　　 通过计算两种驱动模式在完成拉伸和锻压工艺时伺服电机的角位移，分析了工艺条件与驱动模式间的相互影响；建立了混合驱动压力机的优化设计模型，根据机械式压力机典型的拉伸工艺曲线，从正运动学和逆运动学两个方面分别进行了优化设计。
　　 最后，用ADAMS软件进行运动学和动力学仿真。验证了正运动学分析结果的正确性，并通过逆运动学仿真得出伺服电机的运动规律；分析了工作行程对所需伺服电机最大功率的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景和研究意义

1.1.1课题背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1多连杆压力机的研究

1.2.2伺服多连杆压力机的研究

1.2.3混合驱动机构的研究

1.3本课题研究的主要内容、创新点及意义

1.3.1本课题研究的主要内容

1.3.2本课题创新点

1.3.3本课题的研究意义

1.4本章小结

第二章混合驱动压力机的机构选型

2.1构型研究

2.1.1五杆机构研究

2.1.2六杆机构研究

2.2运动方案的确定

2.2.1七杆机构的链型

2.2.2杆系构型设计

2.3双曲柄和三曲柄七杆机构

2.3.1双曲柄和三曲柄七杆机构的条件

2.3.2双曲柄和三曲柄七杆机构的选择

2.4本章小结

第三章混合驱动七杆压力机运动学分析

3.1奇异性分析

3.1.1机构奇异性原理

3.1.2奇异性计算

3.2可动性分析

3.2.1环路ABCDE分析

3.2.2环路ABEF分析

3.3正运动学分析

3.3.1伺服电机直接驱动模式的正运动学分析

3.3.2伺服电机通过丝杠驱动模式的正运动学分析

3.4逆运动学分析

3.4.1伺服电机直接驱动模式的逆运动学分析

3.4.2伺服电机通过丝杠驱动模式的逆运动学分析

3.5本章小结

第四章混合驱动七杆压力机动力学分析

4.1动态静力分析

4.1.1伺服电机直接驱动模式的动态静力分析

4.1.2伺服电机通过丝杠驱动模式的动态静力分析

4.1.3常规电机和伺服电机的功率

4.2拉格朗日动力学方程的建立

4.2.1伺服电机直接驱动模式的动力学方程建立

4.2.2伺服电机通过丝杠驱动模式的动力学方程的建立

4.3本章小结

第五章混合驱动七杆压力机的尺寸优化设计

5.1伺服电机驱动模式比较

5.1.1拉伸工艺

5.1.2锻造工艺

5.2杆件尺寸优化分析

5.2.1逆运动学优化设计

5.2.2正运动学优化

5.3 MATLAB优化及比较分析

5.3.1已知条件的确定

5.3.2优化方式的选择

5.3.3优化结果的分析比较

5.4本章小结

第六章混合驱动七杆压力机计算机仿真

6.1 ADAMS软件概述

6.2运动学仿真

6.2.1模型的建立

6.2.2正运动学仿真

6.2.3逆运动学仿真

6.3动力学仿真

6.4本章小结

第七章研究工作结论与展望

7.1本文取得的成果

7.1.1主要研究成果

7.1.2主要创新点

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文