混合驱动九连杆冲压机构的研究与仿真分析

摘要

混合驱动压力机是由常速电机和伺服电机通过二自由度合成机构进行混合驱动的，常速电机为系统提供主要动力，而伺服电机起调节系统运动的作用。这使得混合驱动压力机除了具有传统机械式压力机的优点，如大功率、运行平稳等，又具有可控可调性，即具有柔性，能够输出不同的运动规律。因此，不用改变机构的拓扑结构，通过控制调节伺服电机的运动参数，就能方便地调节混合驱动压力机输出滑块的运动参数，以满足对不同产品和材料加工工艺的要求。
　　目前，很多学者对混合驱动多连杆机构，如混合驱动五杆、七杆机构进行了较为深入的研究，而针对混合驱动二自由度九连杆机构的研究相对较少。本文从二自由度九连杆机构的构型综合出发，对混合驱动二自由度九连杆冲压机构进行了相关的研究和仿真分析。全文主要工作如下：
　　首先，鉴于混合驱动二自由度机构构型的重要性，通过链节开放副间的排列组合进行了二自由度九连杆机构的构型综合，得到机构的全部运动链，而后根据得出的运动链的自由度类型和混合驱动机构运动链的选择原则，从中演化出本文所要研究的混合驱动九连杆冲压机构的具体构型，同时还分析了实际应用中不同构型压力机的特点及其应用场合。
　　其次，利用复数矢量法建立了该机构的正、逆运动学模型。当常速电机和伺服电机驱动原动曲柄的运动参数确定后，根据正运动学模型求出了滑块和其余各杆的运动参数；当常速电机驱动一个原动曲柄的运动参数和滑块的运动参数确定后，根据逆运动学模型求出了另一受控曲柄的运动参数和其它各杆的运动参数。而后对所研究的冲压机构分别进行正、逆运动学分析仿真，仿真分析结果表明所确定的混合驱动九连杆冲压机构具有较好的冲压运动性能。
　　再次，在运动学分析的基础上，求出了各构件质心处的运动学参数，考虑各构件的惯性力和重力，列出了各构件的力和力矩平衡方程式，对混合驱动九连杆冲压机构进行动态静力分析，求出常速电机和伺服电机的输出功率，研究了两电机输出功率的分配关系；并应用拉格朗日法和虚功原理推导出混合驱动九连杆冲压机构的动力学方程。
　　最后，对混合驱动九连杆冲压机构进行动力学仿真。采用ADAMS和ANSYS联合仿真的关键技术，建立混合驱动九连杆冲压机构的多刚体及刚柔耦合动力学虚拟样机模型，对其进行动力学仿真分析，并将两种模型的仿真结果进行比较，验证了刚柔耦合模型中考虑构件的柔性后，构件的弹性变形对机构的运动精度产生影响，说明了将构件考虑成柔性体的必要性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 混合驱动机构动力学分析模型的研究

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

2 二自由度九连杆机构的构型综合

2.1 二自由度九连杆机构的型综合

2.2 混合驱动九连杆冲压机构的构型选择

2.3 不同构型压力机构的分析

2.4 本章小结

3 混合驱动九连杆冲压机构的运动学分析

3.1 正运动学分析

3.2 逆运动学分析

3.3 运动学分析仿真

3.4 本章小结

4 混合驱动九连杆冲压机构动力学分析模型的建立

4.1 概述

4.2 混合驱动九连杆冲压机构的动态静力分析

4.3 混合驱动九连杆冲压机构动力学分析模型的建立

4.4 本章小结

5 混合驱动九连杆冲压机构的动力学仿真

5.1 概述

5.2 ADAMS柔性体理论

5.3 混合驱动九连杆冲压机构的动力学建模

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢