【正文】 速度調(diào)節(jié) [5]。這種混合輸入機械壓力機不僅具有柔性的工作速度，而且比單純用伺服電機控制的機械壓力機具有更低的價格，因此引起了海內(nèi)外眾多的工作者對其進行研究。 90年代初， Tokuz和 Jones[6]是最早提出了混合驅(qū)動的概念，他們結(jié)合了傳統(tǒng)的機械壓力機和全伺服壓力機，提出了一種介于二者之間的系統(tǒng)，稱之為“復(fù)合式機器”，奠定了混合驅(qū)動可控機構(gòu)的思想。之后，他們進一步研究了這類機構(gòu)的特點，完善了“復(fù)合式機器”的思想，建立了完善的系統(tǒng)模型和實驗方案。 1992年，為了驗證混合驅(qū)動機構(gòu)的各項性能及其特點，針對變規(guī)律的輸出運動要求，例如：升 降、升 停 降、升 降停運動，他們在研究中采用混合驅(qū)動的方案，如圖 。常規(guī)恒速電機和伺服電機的輸出運動經(jīng)差動輪系合成后，驅(qū)動一個曲柄滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)變規(guī)律的往復(fù)運動 。Greenough為了克服 Tokuz與 Jones研究中“停歇段對伺服電機功率損耗較大”的問題，采用二自由度七桿機構(gòu)作為運動合成機構(gòu)（如圖 ），同樣可以實現(xiàn)上述變規(guī)律輸出運動。他們以減小伺服電機的功率為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化綜合得到七桿機構(gòu)的尺寸參數(shù)，可以把伺服電機的功率減小大約 50%[7]。 圖 Tokuz提出的混合驅(qū)動可控機構(gòu) 圖 二自由度七桿機構(gòu) 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 頁 共 32 頁 國內(nèi)也有很多關(guān)于混合驅(qū)動的研究。例如：程英輝、李學(xué)剛、黃永強三人采用逆運動學(xué)方法綜合混合驅(qū)動可控 六桿機構(gòu)（如圖 ），通過數(shù)學(xué)計算得到機構(gòu)的運動學(xué)參數(shù)，建立了該機構(gòu)的優(yōu)化綜合的數(shù)學(xué)模型，然后分機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)已知和結(jié)構(gòu)參數(shù)未知，以及同一機構(gòu)實現(xiàn)同一軌跡和不同機構(gòu)實現(xiàn)不同軌跡得到不同的優(yōu)化設(shè)計變量，不同的優(yōu)化約束條件，并且得出了機構(gòu)在實現(xiàn)同一軌跡時，混合驅(qū)動可控六桿機構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果明顯優(yōu)于可控五桿機構(gòu)的結(jié)論 [8]。劉偉杰、李瑞琴等人分析了含 RPP型 II級桿組的雙曲柄混合驅(qū)動七桿機構(gòu)的特性。他們針對混合驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)運動規(guī)律的控制，運用 ADAMS軟件建立了混合驅(qū)動機構(gòu)的虛擬樣機模型（如圖 ），然后經(jīng) 過逆運動分析，在確定恒速原動件運動規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過綜合的輸出運動，在 ADAMS的仿真中可以清楚直觀的了解到此機構(gòu)的運動狀況，得到構(gòu)件及關(guān)鍵點的運動特性和動力特性 [9]。師后龍、何光軍、鹿新建等人對曲柄壓力機的傳動系統(tǒng)按照上傳動 /下傳動、曲軸縱放 /橫放、傳動級數(shù)以及曲柄滑塊機構(gòu)的數(shù)量進行了統(tǒng)計分類，并大膽預(yù)設(shè)了今后曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向，即：伺服電機驅(qū)動、多連桿機構(gòu)、橢圓齒輪機構(gòu)以及行星齒輪機構(gòu)。他們認(rèn)為行星齒輪機構(gòu)驅(qū)動才是壓力機最終發(fā)展巔峰 [10]。何予鵬、趙升噸等人在研究差動輪系混合輸入時，提出了 “調(diào)速幅度”和“差速比”兩個概念，指出“調(diào)速幅度”或“差速比”將工作載荷功率在兩個電機間進行分配，分析了常規(guī)電機和伺服電機同時拖動和常規(guī)電機和伺服電機分別拖動兩種拖動方案的功率分配情況 [11]。從他們的研究中，我們可以間接得到混合驅(qū)動差動輪系曲柄壓力機的可行性。但是混合驅(qū)動壓力機在國內(nèi)外的研究還不夠成熟，僅停留在理論研究階段，具體有關(guān)應(yīng)用還沒有展開。 圖 混合驅(qū)動可控六桿機構(gòu)示意圖 圖 機構(gòu)模型 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 32 頁 題目要求 單 自由度曲柄壓力機是一種最常用的的冷沖壓設(shè)備，用作冷沖壓模具的工作平臺，結(jié)構(gòu)簡單，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 。其工作原理為：電動機通過三角皮帶把運動傳給大皮帶輪，在經(jīng)過小齒輪、大齒輪傳給曲柄軸，連桿上端裝在曲柄軸上，下端與滑塊連接，通過曲柄滑塊機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運動。由于電動機為常規(guī)電機，因此不具有靈活性。 題目要求在原有單自由度曲柄壓力機的基礎(chǔ)上進行改造，利用兩自由度機構(gòu)實現(xiàn)雙驅(qū)動壓力機構(gòu)得到雙驅(qū)動曲柄壓力機。要求壓力機的工作模式可調(diào)，即可從事高速沖壓和低速模壓。并要求壓力機工作距離 為 500mm，高速沖壓次數(shù)為 120次 /分，低速模壓次數(shù)為 10次 /分，制作仿真動畫，輸出位移、速度、加速度相關(guān)仿真結(jié)論。 圖 單自由度曲柄壓力機結(jié)構(gòu)示意圖 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 32 頁 二 機構(gòu)設(shè)計 混合輸入的工作原理 為了實現(xiàn)混合驅(qū)動可以采用“多桿機構(gòu)”和“差動行星輪系機構(gòu)”。目前，學(xué)者在研究混合驅(qū)動時把精力主要放在了“多連桿機構(gòu)”的研究上。由于行星輪系在沖壓過程中有多個齒輪受力，設(shè)計時尺寸較小 ，降低了從動慣量，所以我們采用“差動行星輪系機構(gòu)”來實現(xiàn)混合驅(qū)動。行星輪系結(jié)構(gòu)簡圖如圖 。行星差動傳動具有兩個自由度，太陽輪，內(nèi)齒圈和行星架都承受外轉(zhuǎn)矩而運動。行星差動傳動是行星齒輪傳動的一種特殊應(yīng)用形式。其應(yīng)用方式，一是用于運動的合成；二是用于運動的分解。在這行星齒輪用作運動的合成使用 [12]。 圖 行星輪結(jié)構(gòu)簡圖 利用差動輪系實現(xiàn)機械壓力機混合輸入的工作原理如圖 。該系統(tǒng)由常規(guī)電機 (一般指輸出速度為常數(shù)的交流電機 )、伺服電機、減速器Ⅰ、 減速器Ⅱ、差動輪系和曲柄滑塊機構(gòu)組成。差動輪系的輸出軸與曲柄滑塊機構(gòu)的曲軸相連接；差動輪系的兩個輸入軸分別通過減速器Ⅰ和減速器Ⅱ與伺服電機和常規(guī)電機相連。因此，曲柄滑塊機構(gòu)的曲軸的運動就完全由伺服電機和常規(guī)電機的運動來控制。在差動輪系前串聯(lián)減速器Ⅰ和減速器Ⅱ，主要是因為為了承擔(dān)一部分減速任務(wù)， 差動輪系的傳動比取值太大，會造成傳動效率的降低。 常規(guī)電機的速度為常數(shù)， 價格比較便宜；伺服電機的速度可以調(diào)節(jié)，但是價格昂貴?；旌陷斎脒x用功率較大的常規(guī)電機為機械壓力機提供一個恒定速度輸中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 32 頁 出，選用功率較小的伺服電機為機 械壓力機提供速度調(diào)節(jié)。這樣不僅使得機械壓力機的輸出速度為柔性，而且又避免了選用大功率的伺服電機，使得制造成本和使用成本大大降低。 圖 差動輪系混合輸入原理 總體設(shè)計方案的確定 由于差動輪系的兩個中心輪和系桿的回轉(zhuǎn)軸線的位置均固定且重合。通常以它們作為運動的輸入或輸出 [13]。在這里采用兩個中心輪為兩個輸入，系桿為輸出。而且題目要求壓力機滿足高速沖壓 120r/min和低速模壓 10r/min兩種工作模式。則常速電機與差動輪系之間用 變速箱替換減速器，則總體傳動方案如圖 。 圖 傳動原理圖 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 32 頁 三 設(shè)計過程論述 已知工作行程 S=500mm，高速沖壓 120r/min，低速模壓 10r/min。假設(shè)壓力機的公稱壓力 Pg=1000KN，變速箱的工作效率為 95%，帶輪傳遞效率為 99%，齒輪傳遞效率為 98%。 電動機的選擇 由于壓力機要滿足兩種工作狀態(tài)：高速沖壓和低速模壓。所以在確定電動機功率時用 120r/min來計算。 壓力機功能組成及總功 1）工作變形功 A1 因為 ?Pg? 而 mmg 61 0 0 ????? 所以 J1 8 9 0106101 0 0 03 1 331 ?????? 2）拉延墊工作功 A2 J1 3 8 8 836 105 0 0101 0 0 036P g SA2 33 ?????? 3)工作行程摩擦功 A3 因為 ? 而摩擦當(dāng)量力臂 ? ?udddmoBAu ???? ?? )1(21 且根據(jù)經(jīng)驗公式 Pg)5~(d 0 ? 取 mmd 1500 ? 0)~( ddA ? 取 mmdA 210? mmPgd B ??? 所以 mmmu ]1 5 1 0)[(21 ???????? 所以 JP g am ou 1 3 6 01 8 020xx1 0 0 033 ????????? ? 4） 滑塊空程功 A4 查 圖 76得 J16004A ? （注：清華大學(xué)何德譽主編的《曲柄壓力機》下同） 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 32 頁 5） 飛輪空轉(zhuǎn)功 A5 因為 ）（ 16 ttN1000A5 ? 查圖 77得 WK1N6 ? 而 nnC60t? 查表 46有 ? 所以 60t ??? ?? 所以 J20xx)(11000A5 ????? 總功 JAAAAA 2 0 7 3 82 0 0 01 6 0 01 3 6 01 3 8 8 81 8 9 054321A ??????????? 電動機的功率與轉(zhuǎn)速 KWtAm ???? mkN?N 查表 71選 ? 則 ??? 由于混合驅(qū)動壓力機主要靠常速電機提供動力，伺服電機主要起調(diào)節(jié)作用，則選用常速電機型號為 Y160M4，額定功率為 11KW，滿載轉(zhuǎn)速 min