【正文】 畢業(yè)設計說明書 雙驅動曲柄壓力機壓力機構 運動仿真 學生姓名： 學號： 學 院： 專 業(yè)： 指導教師： 20xx 年 6 月 沈傳風 10020xx146 機械與動力工程學院 機械設計制造及其自動化 宋勝濤（副教授） 中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 雙驅動曲柄壓力機壓力機構運動仿真 摘要 : 混合驅動式曲 柄壓力機是目前機構學領域研究的一個熱點。根據(jù)條件設計出主要零件結構尺寸，首先建立曲柄滑塊位移、速度、加速度的數(shù)學模型，然后對壓力機壓力機構進行運動學仿真得到滑塊位移、速度、加速度的曲線圖，最后分析在改變伺服電機轉速規(guī)律時對仿真結果的影響。本文先根據(jù)給定條件和假設條件計算出主要結構尺寸，并用 Pro/Engineer 進行建模，然后數(shù)學方法建立壓力機滑塊位移、速度、加速度的數(shù)學模型，在此基礎上利用 Pro/Engineer 仿真功能進行運動學仿真得到壓力機滑塊的位移、速度、加速度曲線圖。 沖壓生產(chǎn)中，企業(yè)的目標是在不增加投資和勞動力的前提下提高生產(chǎn)率，人們很容易想到的一個方法就是提高壓力機的速度。 另一方面，由于使用普通電機作為輸入動力源，傳統(tǒng)的機械壓力機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，混合驅動壓力機是必須的。能夠實現(xiàn)混合輸入的機構也稱為可控機構 [4]。之后，他們進一步研究了這類機構的特點，完善了“復合式機器”的思想，建立了完善的系統(tǒng)模型和實驗方案。他們以減小伺服電機的功率為目標函數(shù)，通過優(yōu)化綜合得到七桿機構的尺寸參數(shù)，可以把伺服電機的功率減小大約 50%[7]。他們針對混合驅動機構實現(xiàn)運動規(guī)律的控制，運用 ADAMS軟件建立了混合驅動機構的虛擬樣機模型（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的運動狀況，得到構件及關鍵點的運動特性和動力特性 [9]。從他們的研究中，我們可以間接得到混合驅動差動輪系曲柄壓力機的可行性。由于電動機為常規(guī)電機，因此不具有靈活性。 圖 單自由度曲柄壓力機結構示意圖 中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 共 32 頁 二 機構設計 混合輸入的工作原理 為了實現(xiàn)混合驅動可以采用“多桿機構”和“差動行星輪系機構”。行星差動傳動具有兩個自由度，太陽輪，內齒圈和行星架都承受外轉矩而運動。 圖 行星輪結構簡圖 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 。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一部分減速任務， 差動輪系的傳動比取值太大，會造成傳動效率的降低。 圖 差動輪系混合輸入原理 總體設計方案的確定 由于差動輪系的兩個中心輪和系桿的回轉軸線的位置均固定且重合。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 。所以在確定電動機功率時用 120r/min來計算。當在低速模壓 10r/min模式下時，周期 s6T? ，轉數(shù)的數(shù)學表達式為：))(d e g /60s in (120 stn ??低 。當在低速沖壓模式下工作時，即 min/10H r?? 時，而 2? 的平均值為 0，則m i n/r102m in/5 434 ??? ??? 可得r ，而常速電機的轉速為 1460r/min，則變速箱的傳動比為 36。差動輪系結構中行星輪的個數(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 ，其中齒頂高變動系數(shù) ??y 。鍛比一般取 。 （ 1）圖 圖 曲軸示意圖 曲軸有關尺寸經(jīng)驗公式如下： 支承頸直徑 )(P)5~(0 mmgd ? gP 為公稱壓力（ KN） 中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 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）曲軸的強度校核 曲軸強度計算存在不少問題， 過去所沿用的方法與實際情況相差較大，有些在計算上亦感繁瑣。 危險截面： C— C（曲柄頸中點處）， B— B（右側曲柄臂右端面）。 曲軸軸承的設計 由于曲軸有特大沖擊與振動，徑向空間尺寸受到限制，必須剖分安裝，而滑動軸承正具有這些特點，承受沖擊載荷的能力較強，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軸承。 連桿的設計 連桿是壓力機上最重要的受力零件之一，這里使用曲柄軸用連桿。連桿縱向斷面內宏觀金相組中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 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 鋼材，降低產(chǎn)品成本，此壓力機鑄鐵的連桿材料采用 45鋼，調質處理。 中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 32 頁 四 建立三維模型及裝配 要建立起壓力機壓力機構的仿真，首先需要進行三維建模，然后對各個三維零件進行裝配。 Pro/E在今日儼然成為三維 CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于 3C產(chǎn)品、汽車電子、通信、機械、模具、工業(yè)設計、機車、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 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 32 頁 圖 曲軸 在完成三維建模后，再在 Pro/E組件模式下進行裝配，裝配時主要用到的連接有：剛性連接、銷釘連接、滑動桿連接等，其裝配過程不在這累述，差動輪系，壓力機連桿和壓力結構裝配圖見下圖。所以 OA以角速度 ? 做旋轉運動時， B點則以速度 ? 作直線運動。 求出滑塊的位移與曲柄轉角的關系式（ a）后，將位移 s對時間 t求導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、加速度都是曲柄轉速 ? 和時間 t的關系式。所以曲柄轉速的數(shù)學表達式： t60sin6060 ??低? （ deg/s）。從 混常 和 ?? 數(shù)學表達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 是伺服電機對滑塊速度的影響。選擇變速箱沖動比 36?i 。 中北大 學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 30 頁 共 32 頁 六 總結 雙驅動曲柄壓力機設計是一個較為簡單的運動的合成設計，主要功能是將常規(guī)電機和伺服電機的運動通過具有兩個自由度的差動行星輪系合成，然后輸出作用到 曲柄滑塊機構，通過曲柄的旋轉來實現(xiàn)滑塊的上下移動，通過控制伺服電機的轉速來控制滑塊的速度，其中常規(guī)電機提供主要動力，而伺服電機起調節(jié)作用。 本次的設計中使用了計算機繪圖軟件 Pro/Engineer、 CAD、 Solidworks、截圖軟件、虛擬打印機軟件、 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)省更多的時間去思考設計，充分利用相關軟件可以起到事半功倍的效果。這本次設計中我得到了老師和同學們的指導和幫助，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和督促。