【導(dǎo)讀】機(jī)械壓力機(jī)作為鍛冶機(jī)械的一個(gè)類別，在工業(yè)生產(chǎn)中有著極其。當(dāng)壓力機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，工作環(huán)境不同以及加工的工件形狀和。的一個(gè)重點(diǎn)問題?；旌向?qū)動(dòng)多連桿機(jī)械式壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特性比傳。動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析研究對(duì)于設(shè)計(jì)的成功性來(lái)說就顯得尤為重要。角正切公式，解出滑塊在任意時(shí)刻的位移，速度，加速度表達(dá)式。適的桿長(zhǎng)建立ADAMS模型，并驗(yàn)證模型的正確性。然后與傳統(tǒng)的曲柄壓。力機(jī)的位移、速度、加速度曲線進(jìn)行對(duì)比分析，得到多連桿壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)的柔性化特性。最后，建立系統(tǒng)的靜力學(xué)方程，并分析增力比特征。

　　

【正文】 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 心的位移測(cè)量曲線 如圖 所示 。同理，可以得到滑塊質(zhì)心的速度曲線和加速度曲線 ，如圖 和圖 所示 。 圖 測(cè)量對(duì)話框 圖 滑塊位移測(cè)量曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 圖 滑塊速度測(cè)量曲線 圖 滑塊加速度測(cè)量曲線 驗(yàn)證 ADAMS 虛擬樣機(jī) 上一節(jié)我們使用了 ADAMS 軟件建立了混合驅(qū)動(dòng)九桿機(jī)構(gòu)的模型，并施加了約束副和驅(qū)動(dòng)， 得到滑塊的位移、速度、加速度曲線。 為了驗(yàn)證我們所建立的模型是否合理以及模型能不能真實(shí)的表達(dá) 運(yùn)動(dòng) 方程的特征，我山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 們需要對(duì)我們建立的 ADAMS 模型的輸出特征做詳細(xì)的驗(yàn)證，具體驗(yàn)證方法有特殊點(diǎn)驗(yàn)證法和 整周期 驗(yàn)證法。 特殊點(diǎn)驗(yàn)證法 為了驗(yàn)證模型的合理性及其能否真實(shí)的表達(dá)運(yùn)動(dòng)方程的特征，我們?cè)趫A周位置上選擇了 6 個(gè)點(diǎn)，并選擇滑塊下死點(diǎn)的位置，共 7 個(gè)點(diǎn)，通過將桿長(zhǎng)數(shù)據(jù)代入到解方程得到的滑塊的位移、速度和加速度的表達(dá)式中，得到了位移、速度和加速度的具體數(shù)值，通過與 ADAMS 仿真結(jié)果對(duì)比，得到表 。 表 滑塊位移對(duì)比結(jié)果 組別 特征 1 2 3 4 5 6 7 θ1/度 30 90 150 210 270 330 θ2/度 30 90 150 210 270 330 計(jì) 算 位 移/cm 4 9 9 4 0 989 0 仿真位移 /cm 3 1 7 4 7 989 0 計(jì)算速度 /cm/s 83 0 仿真速度 /cm/s 1 910。16 計(jì)算加速度 /㎝ /s2 10。4 仿真加速度 /㎝ /s2 10。4 整周期 驗(yàn)證法 利用解析法我們得到了混合驅(qū)動(dòng)九桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程，由這些方程，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 我們使用 Matlab 編寫程序?qū)\(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行求解，分別得到混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)的位移、速度和加速度曲線。通過對(duì)比位移、速度、加速度曲線，來(lái)驗(yàn)證所建立的模型的準(zhǔn)確性。 （ 1） 驗(yàn)證模型的位移 運(yùn)用上節(jié)中輸出測(cè)量曲線的方法， 測(cè)量對(duì)象選擇滑塊的質(zhì)心點(diǎn)，測(cè)量特征選擇 Y 軸方向上的位移特征，得到滑塊質(zhì)心在 Y 軸方向上的位移曲線，同時(shí)，通過 Matlab 編程，我們得到由理論值計(jì)算得到的滑塊位移曲線，兩曲線對(duì)比分析。如圖 和圖 所示，取三個(gè)周期上的位移曲線對(duì)比。 圖 ADAMS 樣機(jī) 滑塊位移 曲線 圖 Matlab 解得滑塊位移曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 對(duì)比兩位移圖，可以發(fā)現(xiàn)通過 Matlab 求解方程得到的滑塊位移圖和使用 ADAMS 建立的模型測(cè)量的到的位移圖吻合很好，說明通過位移驗(yàn)證模型是正確并準(zhǔn)確的。 （ 2） 驗(yàn)證模型的速度 采用同樣的方法，對(duì)比滑塊在 Y 方向的速度 曲線，如圖 和圖 所示。 圖 ADAMS 樣機(jī) 滑塊速度 曲線 圖 Matlab 解得滑塊速度曲線 對(duì)比兩速度曲線 ，可以發(fā)現(xiàn)通過 Matlab 求解方程得到的滑塊速度和使山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 用 ADAMS 建立的模型測(cè)量的到的速度吻合很好，說明通過速度 驗(yàn)證模型是正確并準(zhǔn)確的。 （ 3） 驗(yàn)證模型的加速度 采用同樣的方法，對(duì)比滑塊在 Y 方向的加速度曲線，如圖 和圖 所示。 圖 ADAMS 樣機(jī) 滑塊加速度 曲線 圖 Matlab 解得滑塊加速度曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 對(duì)比兩 加 速度曲線 ，可以發(fā)現(xiàn)通過 Matlab 求解方程得到的滑塊加速度和使用 ADAMS 建立的模型測(cè)量 得到 的加速度吻合很好，說明通過加速度驗(yàn)證模型是正確并準(zhǔn)確的。 通過對(duì) ADAMS 模型的位移、速度、加速度曲線和 Matlab 計(jì)算得到的位移、速度、加速度曲線相比較，我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是位移、速度還是加速度，兩組曲線的重合度都非常高，這就表明，我們通過 ADAMS 建立的模型，能夠準(zhǔn)確的表達(dá)出運(yùn)動(dòng)方程所表示的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 和運(yùn)動(dòng)特征 ，可以作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)加以研究。 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性分析 在上一節(jié)中，我們運(yùn)用 ADAMS 軟件建立了混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)的仿真模型，并得到了輸出量即滑塊的位移、速度和加速度測(cè)量曲線。在本節(jié)里，我們先建立一個(gè)傳統(tǒng)壓力機(jī)的簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)，運(yùn)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，然后通過對(duì)比傳統(tǒng)壓力機(jī)的輸出曲線和混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)的輸出曲線，來(lái)分析混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ADAMS 模型 通過圖 ADAMS模型建立過程，建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖 ，并測(cè)量滑塊質(zhì)心的位移、速度、加速度，得出測(cè)量曲線。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ADAMS模型 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)位移特性 如圖 和圖 所示，將混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊位移曲線和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊位移曲線相比較。 圖 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊位移曲線山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊位移曲線 由圖 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊位移圖可以看出，滑塊的行程范圍是 306mm，與我們加工所需的工作行程要求相吻合，同時(shí)在與傳統(tǒng)壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊位移曲線相對(duì)比后，我們可以發(fā)現(xiàn)，在壓力機(jī)進(jìn)入工作行程后，在沖壓的最低點(diǎn)，壓力機(jī)會(huì)存在一個(gè)位移不變的一個(gè)階段，通過數(shù)據(jù)分析，在這個(gè)階段，驅(qū)動(dòng)桿 L1 和桿 L2轉(zhuǎn)動(dòng)大約 40176。的角度，而滑塊位移不發(fā)生變化，這就可以保證在沖壓時(shí)，滑塊給被沖壓件提供均勻的壓力，有效提高沖壓質(zhì)量，同時(shí)可以有效的避免材料的回彈。 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)速度特性 如圖 和圖 所示，將混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊速度曲線和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊速度曲線相比較。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 圖 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊速度曲線 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊速度曲線 通過對(duì)比可以看出，混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)與傳統(tǒng)壓力機(jī)相比，其滑塊在工作區(qū)間時(shí)的速度低且趨于穩(wěn)定，這樣可以有效的提高壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，從而降低了成型工件的廢品率。在最低點(diǎn)左右速度為零并保持一段時(shí)間，可以有效的避免材料產(chǎn)生的回彈，同時(shí)提供較為穩(wěn)定的輸出壓力，降低工件的廢品率。沖壓前空行程中速度較快，工作行程的速度低且趨于穩(wěn)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 定，沖壓后滑塊回程速度更高，從而達(dá)到“快 — 慢 — 更快”的急回特性要求，使滑塊運(yùn)行的循環(huán)時(shí)間大大縮短，從而有效提高壓力機(jī)的工作效率。 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)加速度特性 如圖 和圖 所示，將混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊速度曲線和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊速度曲線相比較。 圖 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)滑塊加速度曲線 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊加速度曲線 通過對(duì)比可以看出，混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)與傳統(tǒng)壓力機(jī)相比，在工作時(shí)的加速度基本趨于零，在滑塊帶動(dòng)模具對(duì)工件進(jìn)行沖壓時(shí)，有效的降低山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 了動(dòng)態(tài)載荷，從而降低了整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)，避免了壓力機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生巨大的噪音，這樣就有效的改善了壓力機(jī)的工作環(huán)境，從而保證了一線操作人員工作舒適度。 結(jié)果對(duì)比分析 近年來(lái)， 由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓力機(jī)要求的不斷提高，傳統(tǒng)的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)壓力機(jī)由于其輸出速度和加速度波動(dòng)較大且不穩(wěn)定，在加工過程中對(duì)工件的損壞較大，容易造成廢品的產(chǎn)生。 因此研究混合驅(qū)動(dòng)多連桿壓力機(jī)，以提高鍛壓機(jī)床的速度、精度、強(qiáng)度和剛度，是壓力機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)所在。本文研究的混合驅(qū)動(dòng)多連桿壓力機(jī)是以九連桿機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過直流電機(jī)和伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)來(lái)工作的。通過本章的分析可以得出，使用多連桿機(jī)構(gòu)（九連桿機(jī)構(gòu)）作為壓力機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的壓力機(jī)在鍛壓工藝的工作過程中具有很多的優(yōu)點(diǎn)，具體的對(duì)比分析如下 （ 1） 混合驅(qū)動(dòng)九桿 壓力機(jī)的鍛壓性能比較好。從 混合驅(qū)動(dòng)九桿 壓力機(jī)位移曲線圖和傳統(tǒng)壓力機(jī)位移曲線圖的對(duì)比可以看出，多連桿壓力機(jī)由于在工作行程中的位移變化 較平穩(wěn)且在下死點(diǎn)位置會(huì)保持一段時(shí)間的位移恒定，從而有效的避免了材料的回彈造成的加工誤差，同時(shí)能在沖壓過程中提供更加穩(wěn)定的沖壓力，提高壓力機(jī)的鍛壓性能。 （ 2） 混合驅(qū)動(dòng)九桿 壓力機(jī) 有效提高模具使用壽命。從多連桿壓力機(jī)速度曲線圖和傳統(tǒng)壓力機(jī)速度曲線圖的對(duì)比看出，多連桿壓力機(jī)在進(jìn)入工作行程后的 速度 較低且趨于勻速，同時(shí)在加工完成后有一段時(shí)間的速度為零的過程，從而有效的降低了動(dòng)態(tài)載荷和振動(dòng)，提高了模具和機(jī)床的使用壽命。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 42 （ 3） 混合驅(qū)動(dòng)九桿 壓力機(jī)具有更高的生產(chǎn)效率 ， 從兩者加速度曲線圖對(duì)比可以看出，滑塊加速度的變化趨勢(shì)是由 快 慢 更快，這樣可以使滑塊在工作行程中獲得較穩(wěn)定的速度同時(shí)，在非工作行程能夠獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，從而可以提高壓力機(jī)的生產(chǎn)效率。 （ 4） 與普通壓力機(jī)比較，多連桿壓力機(jī)只驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)不一樣，壓力機(jī)的其他部分仍然是標(biāo)準(zhǔn)的，因此成本可以大大降低。多連桿驅(qū)動(dòng)可用于單點(diǎn)或雙點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的偏心齒輪壓力機(jī)或曲柄壓力機(jī)。在設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)，運(yùn)動(dòng)曲線可根據(jù)特定工件的需要進(jìn)行修改。 混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)輸出特性柔性化研究 隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，對(duì)壓力機(jī)工作性能的要求越來(lái)越高。尤其是近年來(lái)汽車行業(yè)的發(fā)展，極大的促進(jìn)了壓力機(jī)的革新?，F(xiàn)代生產(chǎn)的特點(diǎn)是小批量，多種類的生產(chǎn)。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)壓力機(jī)時(shí)，對(duì)壓力機(jī)的輸出特性，如滑塊的位移、速度和加速度等能做到很好的可調(diào)性，即使壓力機(jī)的輸出柔性化，從而能根據(jù)生產(chǎn)條件的不同，以及被加工工件材料、性能的不同調(diào)整輸出特性，更好的滿足生產(chǎn)需求。 傳統(tǒng)壓力機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且動(dòng)力源相對(duì)單調(diào)，只能通過調(diào)節(jié)電機(jī)速度來(lái)調(diào)整輸出特性。但由于這種調(diào)節(jié)的范圍較小，很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求。而采用混合動(dòng)力，通過直流電機(jī)提供壓力機(jī)工作所需要的驅(qū)動(dòng)力，而伺服電機(jī)用來(lái)調(diào)整滑塊的輸出特性，從而能很好的調(diào)整壓力機(jī)的輸出特性，達(dá)到很高的柔性化輸出。 如表 所示，調(diào)整兩輸入電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系，得到如圖 ，圖 ，圖 所示的位移、速度和加速度曲線。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 43 表 電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系 組別 1 2 3 4 桿 1 轉(zhuǎn)速 （度 /秒） 90 60 30 15 桿 2 轉(zhuǎn)速 （度 /秒） 30 30 30 30 曲線類型 點(diǎn)劃線 虛線 實(shí)線 點(diǎn)線 圖 不同直流電機(jī)轉(zhuǎn)速下位移輸出曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 44 圖 不同直流電機(jī)轉(zhuǎn)速下速度輸出曲線 圖 不同直流電機(jī)轉(zhuǎn)速下加速度輸出曲線 由表 和圖 ，圖 ，圖 可以看出，調(diào)整桿 1 和桿 2 之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，即調(diào)整直流電機(jī)和伺服電機(jī)之間的關(guān)系，即可得到不同的滑山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 45 塊輸出特性。 取桿 1 轉(zhuǎn)速為 360 度 /秒，桿 2 轉(zhuǎn)速為 30 度 /秒，仿真時(shí)間為 12 秒，即桿 2 沿著圓周方向運(yùn)動(dòng)到 12 個(gè)特征點(diǎn)的過程中，桿 1 整轉(zhuǎn) 12 圈，觀察輸出特性曲線如圖 ，圖 和圖 。 圖 位移輸出曲線 圖 速度輸出曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 46 圖 加速度輸出曲線 由圖 — 圖 可以看出，當(dāng)伺 服電機(jī)轉(zhuǎn)到不同的角度時(shí)，直流電機(jī)在相同的速度下也能得到不同的 運(yùn)動(dòng)特性曲線，滑塊的位移、速度和加速度都會(huì)發(fā)生變化。而第二章我們知道，我們得到的是個(gè)五桿子機(jī)構(gòu)，存在雙曲柄，桿 2 可以轉(zhuǎn)到 0360 度之間的任何角度，從而在不同的位置，滑塊的輸出特性是不同的。我們通過直流電機(jī)和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同搭配，可以 得到成千上萬(wàn)中輸出特性，從而使壓力機(jī)滑塊的輸出特性高度的柔性化。 本章小結(jié) 在本章中，我們通過桿長(zhǎng)確定條件，獲得了混合驅(qū)動(dòng)九桿壓力機(jī)模型的合適桿長(zhǎng)范圍，并在此范圍內(nèi)選擇了一組合適的桿長(zhǎng)來(lái)建立 ADAMS 模型，由于模型比較簡(jiǎn)單，我們選擇在 ADAMS/View 中直接建立模型。通過施加約束副、施加驅(qū)動(dòng)、仿真并最終得到滑塊的位移、速度和加速度測(cè) 量曲線。 為了驗(yàn)證 ADAMS 模型的準(zhǔn)確性，我們采用了兩種方法。首先 采用特殊點(diǎn)驗(yàn)證法，通過隨機(jī)選取幾個(gè)點(diǎn)和輸出特殊點(diǎn)，通過計(jì)算該點(diǎn)的位移、速度和加速度，并和 ADAMS 仿真曲線相比較，驗(yàn)證 ADAMS 模型的準(zhǔn)確山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 47