新型多连杆机械压力机机构的力学分析

摘要

锻压生产工艺具有效率高、质量好和成本低等特点，在工业生产中占有重要地位。多连杆机械压力机作为重要的锻压设备，与普通曲柄滑块机构相比，在工件塑性变形区具有较低的速度，可防止工件产生裂纹，降低振动和噪声，提高模具使用寿命，在电器、五金、汽车、交通及军工等行业应用广泛。本论文以新型多连杆机械压力机机构为研究对象，对其运动学、动态静力学、刚体动力学和弹性动力学进行了系统研究。主要研究内容如下：
　　首先，对多连杆机械压力机机构进行运动学建模。描述六连杆机械压力机机构的结构特征，运用复数矢量法建立机构的运动学模型，推导出滑块的运动学表达式。通过Matlab和Adams软件对运动学进行数值计算和虚拟样机仿真分析，验证运动学模型的正确性。以工作段内滑块最大速度及波动量最小为设计目标，建立了机构的优化模型，利用遗传算法对压力机机构进行尺度优化。
　　其次，对多连杆机械压力机机构进行动态静力学建模。分析机构中各构件受力状况，采用达朗贝尔原理建立机构的动态静力学模型。运用Matlab对动态静力学方程进行数值求解，运用Adams软件对机构进行仿真分析，得出压力机机构在空载及加载条件下的运动副约束反力曲线和曲柄的平衡力矩曲线，通过对比数值计算和仿真分析结果，验证动态静力学模型的正确性。
　　然后，对多连杆机械压力机机构进行刚体动力学建模。选取曲柄角位移为广义坐标，列出机构的动能、势能及广义力表达式，运用Lagrange方程建立机构的刚体动力学模型。运用Matlab对模型进行数值求解，利用Adams对机构进行虚拟样机仿真分析，求得曲柄在空载及加载条件下的驱动力矩曲线，通过对比数值计算和仿真分析结果，验证刚体动力学模型的正确性。
　　最后，对多连杆机械压力机机构进行弹性动力学建模。采用有限元法将柔性连杆划分梁单元，设置单元广义坐标，基于Lagrange方程，建立单元的弹性动力学模型。根据约束条件，将各单元弹性动力学方程装配成系统的弹性动力学方程。采用Newmark积分法对方程进行求解，并对系统的运动学误差、弹性连杆变形量及固有频率等进行分析。

目录

第一个书签之前

摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 压力机的发展概况

1.3 多连杆机械压力机的力学研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

2 新型多连杆机械压力机机构运动学分析

2.1 引 言

2.2 压力机的运动学建模

2.2.1 压力机的结构特征

2.2.2 压力机的运动学模型

2.2.3 运动学分析

2.3 压力机的运动学优化设计

2.3.1 设计要求

2.3.2 目标函数

2.3.3 设计变量

2.3.4 约束条件

2.3.5 优化方法

2.3.6 优化结果分析

2.4 本章小结

3 新型多连杆机械压力机机构动态静力学分析

3.1 引 言

3.2 压力机的动态静力学建模

3.2.1 各构件的动态静力学建模

3.2.2 压力机机构的动态静力学建模

3.3 压力机的动态静力学分析

3.3.1 压力机的系统参数

3.3.2 曲柄的平衡力矩分析

3.3.3 运动副约束反力分析

3.4 本章小结

4 新型多连杆机械压力机机构刚体动力学分析

4.1 引 言

4.2 压力机的刚体动力学建模

4.2.1 广义坐标的选取

4.2.2 压力机的动能

4.2.3 压力机的势能

4.2.4 广义力的确定

4.2.5 压力机的Lagrange方程

4.3 压力机的刚体动力学分析

4.3.1 刚体动力学方程的求解

4.3.2 压力机机构刚体动力学算例分析

4.4 本章小结

5 新型多连杆机械压力机机构弹性动力学分析

5.1 引言

5.2 压力机的弹性动力学建模

5.2.1 单元的弹性动力学模型

5.2.2 约束分析

5.2.3 系统的弹性动力学模型

5.3 压力机的弹性动力学分析

5.3.1 压力机的柔性连杆变形分析

5.3.2 压力机的运动学误差分析

5.3.3 压力机的系统固有频率分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要成果