【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 雙驅(qū)動(dòng)曲柄壓力機(jī)壓力機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)仿真 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 20xx 年 6 月 沈傳風(fēng) 10020xx146 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 宋勝濤（副教授） 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 雙驅(qū)動(dòng)曲柄壓力機(jī)壓力機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 摘要 : 混合驅(qū)動(dòng)式曲 柄壓力機(jī)是目前機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。根據(jù)條件設(shè)計(jì)出主要零件結(jié)構(gòu)尺寸，首先建立曲柄滑塊位移、速度、加速度的數(shù)學(xué)模型，然后對壓力機(jī)壓力機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得到滑塊位移、速度、加速度的曲線圖，最后分析在改變伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速規(guī)律時(shí)對仿真結(jié)果的影響。本文先根據(jù)給定條件和假設(shè)條件計(jì)算出主要結(jié)構(gòu)尺寸，并用 Pro/Engineer 進(jìn)行建模，然后數(shù)學(xué)方法建立壓力機(jī)滑塊位移、速度、加速度的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上利用 Pro/Engineer 仿真功能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得到壓力機(jī)滑塊的位移、速度、加速度曲線圖。 沖壓生產(chǎn)中，企業(yè)的目標(biāo)是在不增加投資和勞動(dòng)力的前提下提高生產(chǎn)率，人們很容易想到的一個(gè)方法就是提高壓力機(jī)的速度。 另一方面，由于使用普通電機(jī)作為輸入動(dòng)力源，傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)輸出的沖壓工藝曲線是固定不變的，即“柔性”太差，這很難滿足沖壓工藝的快速多變性。 在我國，為滿足沖壓工藝“柔性”要求，混合驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)是必須的。能夠?qū)崿F(xiàn)混合輸入的機(jī)構(gòu)也稱為可控機(jī)構(gòu) [4]。之后，他們進(jìn)一步研究了這類機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，完善了“復(fù)合式機(jī)器”的思想，建立了完善的系統(tǒng)模型和實(shí)驗(yàn)方案。他們以減小伺服電機(jī)的功率為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化綜合得到七桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)，可以把伺服電機(jī)的功率減小大約 50%[7]。他們針對混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的控制，運(yùn)用 ADAMS軟件建立了混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型（如圖 ），然后經(jīng) 過逆運(yùn)動(dòng)分析，在確定恒速原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過綜合的輸出運(yùn)動(dòng)，在 ADAMS的仿真中可以清楚直觀的了解到此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，得到構(gòu)件及關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性 [9]。從他們的研究中，我們可以間接得到混合驅(qū)動(dòng)差動(dòng)輪系曲柄壓力機(jī)的可行性。由于電動(dòng)機(jī)為常規(guī)電機(jī)，因此不具有靈活性。 圖 單自由度曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 32 頁 二 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 混合輸入的工作原理 為了實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)可以采用“多桿機(jī)構(gòu)”和“差動(dòng)行星輪系機(jī)構(gòu)”。行星差動(dòng)傳動(dòng)具有兩個(gè)自由度，太陽輪，內(nèi)齒圈和行星架都承受外轉(zhuǎn)矩而運(yùn)動(dòng)。 圖 行星輪結(jié)構(gòu)簡圖 利用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)混合輸入的工作原理如圖 。在差動(dòng)輪系前串聯(lián)減速器Ⅰ和減速器Ⅱ，主要是因?yàn)闉榱顺袚?dān)一部分減速任務(wù)， 差動(dòng)輪系的傳動(dòng)比取值太大，會(huì)造成傳動(dòng)效率的降低。 圖 差動(dòng)輪系混合輸入原理 總體設(shè)計(jì)方案的確定 由于差動(dòng)輪系的兩個(gè)中心輪和系桿的回轉(zhuǎn)軸線的位置均固定且重合。則常速電機(jī)與差動(dòng)輪系之間用 變速箱替換減速器，則總體傳動(dòng)方案如圖 。所以在確定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)用 120r/min來計(jì)算。當(dāng)在低速模壓 10r/min模式下時(shí)，周期 s6T? ，轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：))(d e g /60s in (120 stn ??低 。當(dāng)在低速?zèng)_壓模式下工作時(shí)，即 min/10H r?? 時(shí)，而 2? 的平均值為 0，則m i n/r102m in/5 434 ??? ??? 可得r ，而常速電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1460r/min，則變速箱的傳動(dòng)比為 36。差動(dòng)輪系結(jié)構(gòu)中行星輪的個(gè)數(shù)為 3，并且取行星輪間的載荷分配不均衡系數(shù)為 ?pk 。 則齒輪 5的分度圓直徑 mmmzd 33648755 ???? 齒輪 6的分度圓直徑 mmmzd 16824766 ???? 齒輪 7的分度圓直徑 mmmzd 67296777 ???? 齒輪寬 mmdd b 1 6 81 6 81B 6 ???? 太陽輪的變位系數(shù) ?ax ，其中齒頂高變動(dòng)系數(shù) ??y 。鍛比一般取 。 （ 1）圖 圖 曲軸示意圖 曲軸有關(guān)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式如下： 支承頸直徑 )(P)5~(0 mmgd ? gP 為公稱壓力（ KN） 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 32 頁 曲柄頸直徑 0)~( ddA ? 支承頸長度 00 )~( dL ? 曲柄兩臂外側(cè)面間的長度 0q ~ ）（? 曲柄頸長度 0a ~ ）（? 圓角半徑 0)~( dr ? 曲柄臂寬度 0)~( da ? 由于 ，KN1000Pg ? 工作行程 mm500S? 則取 mmd 1500 ? mmdA 210? mm270L0 ? mm390Lq ? mm240La ? mmr 12? mm240a? mm25025002SR ??? （ 2）曲軸的強(qiáng)度校核 曲軸強(qiáng)度計(jì)算存在不少問題， 過去所沿用的方法與實(shí)際情況相差較大，有些在計(jì)算上亦感繁瑣。 危險(xiǎn)截面： C— C（曲柄頸中點(diǎn)處）， B— B（右側(cè)曲柄臂右端面）。 曲軸軸承的設(shè)計(jì) 由于曲軸有特大沖擊與振動(dòng)，徑向空間尺寸受到限制，必須剖分安裝，而滑動(dòng)軸承正具有這些特點(diǎn)，承受沖擊載荷的能力較強(qiáng)，主要用于曲軸的主軸承，連桿小端支承等，故選擇對開式徑向滑動(dòng)軸承。 連桿的設(shè)計(jì) 連桿是壓力機(jī)上最重要的受力零件之一，這里使用曲柄軸用連桿。連桿縱向斷面內(nèi)宏觀金相組中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 共 32 頁 織要求顯示金屬纖維方向與連桿外形相符，纖維無環(huán)曲及中斷現(xiàn)象。為了節(jié)約優(yōu)質(zhì) 鋼材，降低產(chǎn)品成本，此壓力機(jī)鑄鐵的連桿材料采用 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 32 頁 四 建立三維模型及裝配 要建立起壓力機(jī)壓力機(jī)構(gòu)的仿真，首先需要進(jìn)行三維建模，然后對各個(gè)三維零件進(jìn)行裝配。 Pro/E在今日儼然成為三維 CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于 3C產(chǎn)品、汽車電子、通信、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)車、自行車、航天、家電、玩具等各行業(yè)。 圖 齒輪 5 圖 齒輪 6 圖 齒輪 7 圖 螺桿 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 32 頁 圖 曲軸 在完成三維建模后，再在 Pro/E組件模式下進(jìn)行裝配，裝配時(shí)主要用到的連接有：剛性連接、銷釘連接、滑動(dòng)桿連接等，其裝配過程不在這累述，差動(dòng)輪系，壓力機(jī)連桿和壓力結(jié)構(gòu)裝配圖見下圖。所以 OA以角速度 ? 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)， B點(diǎn)則以速度 ? 作直線運(yùn)動(dòng)。 求出滑塊的位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系式（ a）后，將位移 s對時(shí)間 t求導(dǎo)就可得到滑塊的速度 ? ，即： dtddtdtdddsdtds ?????? )}2c o s1()]c o s1[(250{d ??????? dtd??? )2s ( s in250 ?? 而 ???dtd 所以滑塊的速度 )/(2s in250 smm）（ ???? ?? （ b） 式中 ? 為曲柄的角速度。所以曲柄滑塊的位移、速度、加速度都是曲柄轉(zhuǎn)速 ? 和時(shí)間 t的關(guān)系式。所以曲柄轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)表達(dá)式： t60sin6060 ??低? （ deg/s）。從 混常 和 ?? 數(shù)學(xué)表達(dá)式中我們就可以看出 )2s i ( s i nt60s in1 5 0 0 0 ???? ???? ?；?，而15000 )2s ( s in60s in ?? ??t 是伺服電機(jī)對滑塊速度的影響。選擇變速箱沖動(dòng)比 36?i 。 中北大 學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 30 頁 共 32 頁 六 總結(jié) 雙驅(qū)動(dòng)曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為簡單的運(yùn)動(dòng)的合成設(shè)計(jì)，主要功能是將常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過具有兩個(gè)自由度的差動(dòng)行星輪系合成，然后輸出作用到 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過曲柄的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)滑塊的上下移動(dòng)，通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制滑塊的速度，其中常規(guī)電機(jī)提供主要?jiǎng)恿?，而伺服電機(jī)起調(diào)節(jié)作用。 本次的設(shè)計(jì)中使用了計(jì)算機(jī)繪圖軟件 Pro/Engineer、 CAD、 Solidworks、截圖軟件、虛擬打印機(jī)軟件、 Photoshop、文字編輯處理軟件，這些軟件大大的減少了不必要的工作量，可以節(jié)省更多的時(shí)間去思考設(shè)計(jì)，充分利用相關(guān)軟件可以起到事半功倍的效果。這本次設(shè)計(jì)中我得到了老師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，衷心的感謝你們。感謝他們在繁忙的工作中還對我耐心的指導(dǎo)和督促。