【正文】 在接近行程和回程的速度，從而縮短滑塊的行程循環(huán)時(shí)間，提高了壓力機(jī)的行程次數(shù)[3]。國(guó)外設(shè)計(jì)者們已經(jīng)在傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)上經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一些具有創(chuàng)新的壓力機(jī)。而且規(guī)模大，特別是數(shù)控化程度非常好，具有很高的創(chuàng)新水平。 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：國(guó)外的多連桿壓力機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的專門(mén)化、自動(dòng)化程度越來(lái)越高，朝著高速度、高精度的方向發(fā)展。但我國(guó)壓力機(jī)的生產(chǎn)總體規(guī)模小，技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，數(shù)控化程度相對(duì)較差，管理水平落后，品總和規(guī)格不全，特別是大、高、精類還需國(guó)外的供應(yīng)，另外，我國(guó)的鍛壓設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比結(jié)構(gòu)陳舊，性能較差，機(jī)械化程度差。不僅能保證良好的性能、質(zhì)量和可靠性，在設(shè)備的成套、生產(chǎn)線和數(shù)控化、自動(dòng)化等方面也有了很大的發(fā)展，能開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造大型精密高效的壓力機(jī)。目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀:進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)鍛壓機(jī)械行業(yè)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，合作生產(chǎn)及合資等多種方式，已經(jīng)快速地提高了我國(guó)的沖壓設(shè)備整體水平，近年來(lái)設(shè)計(jì)制造的很多產(chǎn)品，其技術(shù)性能指標(biāo)已經(jīng)能夠接近世界先進(jìn)水平。多連桿驅(qū)動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)是：降低工作行程速度，加快空程速度，已達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。六連桿壓力機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析1 緒 論 國(guó)內(nèi)外壓力機(jī)的發(fā)展概況 機(jī)械壓力機(jī)作為工程上廣泛應(yīng)用的一種鍛壓設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中的地位變的越來(lái)越重要[1]。多連桿壓力機(jī)的多連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械壓力內(nèi)、外滑塊普遍采用的工作機(jī)構(gòu)。使用多連桿驅(qū)動(dòng)技術(shù)的機(jī)械壓力機(jī)，不用改變壓力機(jī)的工作行程速度，即可達(dá)到提高生產(chǎn)率、延長(zhǎng)模具壽命并降低噪聲的目的[2]。目前我國(guó)制造的多連桿壓力機(jī)剛性好、精度高、具有良好的抗熱變形能力和良好的平衡性，配備高速高精度的送料裝置，采取良好的隔聲降噪減振措施。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)多連桿壓力機(jī)的自動(dòng)化程度、安全性、可靠性、生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量都得到了明顯的改善，壓力機(jī)的制造能力也不斷提高。因此，如何繼續(xù)縮小與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的距離仍是我國(guó)設(shè)備制造企業(yè)需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。其產(chǎn)品的品種和規(guī)格齊全，結(jié)構(gòu)新穎，性能，質(zhì)量，機(jī)械化程度好，精度，可靠性高，各種設(shè)備的材料利用率、生產(chǎn)率都很高。加工時(shí)，實(shí)現(xiàn)了軟接觸和平穩(wěn)成型，加工沖擊小，故模具的壽命特別長(zhǎng)，壓力機(jī)的行程可以任意設(shè)定，曲軸的擺角可調(diào)，使其在某一需要的角度內(nèi)擺動(dòng)。這些壓力機(jī)可適應(yīng)多變的工藝過(guò)程，通用性比以往有很大提高，擁有更高柔性。目前，采用多連桿機(jī)構(gòu)代替一般曲柄連桿機(jī)構(gòu)已成為機(jī)械壓力機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一。 (2)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。 (3)多連桿壓力機(jī)拉伸時(shí)降低了滑塊工作時(shí)的速度且速度比較均勻，增加了滑塊接近工件與回程的速度，生產(chǎn)效率高。 (5)與技術(shù)參數(shù)相同的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的壓力機(jī)相比，多連桿壓力機(jī)的曲柄半徑和扭矩較小，從而使壓力機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，總體尺寸減小，減輕了機(jī)器的重量對(duì)大型壓力機(jī)的制造具有重要意義。即因工作行程占有了較多的時(shí)間， 留給零件傳送或進(jìn)料的空程時(shí)間相對(duì)減少了( 時(shí)間和旋轉(zhuǎn)角度都減少) 。多連桿壓力機(jī)又分為六連桿、八連桿、十連桿等不同桿系的壓力機(jī)，它們具有各自的特點(diǎn)。其主要特點(diǎn)是機(jī)身結(jié)構(gòu)緊湊、剛性強(qiáng)，其沖壓和工藝力比同類型的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械壓力機(jī)大，滿負(fù)荷的工作區(qū)域較長(zhǎng)，工作效率高。它特別適應(yīng)于深拉伸工藝工作，模具在拉伸工作區(qū)的沖擊力很小，滿負(fù)荷工作區(qū)域長(zhǎng)。 八連桿機(jī)構(gòu)十連桿機(jī)構(gòu)（）壓力機(jī)的特點(diǎn)：這種十桿機(jī)構(gòu)常用于閉式雙動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)外滑塊的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)上。 十連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，使用六連桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)械壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)可以較小的偏心距實(shí)現(xiàn)大的滑塊行程，在工件的塑性變形區(qū)，滑塊具有較低的工作速度，可防止工件產(chǎn)生裂紋，滿足工件拉延的加工要求，提高模具使用壽命，降低沖擊振動(dòng)和噪聲延長(zhǎng)模具壽命。因此，本文選擇六連桿機(jī)構(gòu)的壓力機(jī)進(jìn)行優(yōu)化研究分析。解析法是根據(jù)機(jī)械原理的理論，將機(jī)構(gòu)中已知的尺寸參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量與未知的運(yùn)動(dòng)變量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來(lái)，列出相應(yīng)的方程組，用解方程的方法來(lái)確定桿件的未知變量．但一般情況下所列出的方程組是高度非線性的，而且由于設(shè)計(jì)變量和約束條件較多，要想從中解出待定參數(shù)是很困難或是不可能的，因此不能獲得滿足約束條件的最優(yōu)方案。 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法很多，有求解無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的一維搜索法、坐標(biāo)輪換法、Powell法、牛頓法和變尺度法等；有求解約束優(yōu)化問(wèn)題的隨機(jī)方向搜索法、復(fù)合形法、遺傳算法，優(yōu)選法、可行方向法以及約束變尺度法等直接解法和懲罰函數(shù)法等間接解法．工程機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題大多數(shù)是有約束非線性的復(fù)雜優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，最常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是遺傳算法、復(fù)合形法、優(yōu)選法、懲罰函數(shù)法和約束變尺度法等[7]。 綜上所述，本課題將采用ADAMS軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化，對(duì)六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，從而使壓力機(jī)的滑塊的加速度最小和具有良好的工作特性。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：第一章 分析了國(guó)內(nèi)外的壓力機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹多連桿壓力機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方法進(jìn)行了比較，確定了六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。第二章 分析壓力機(jī)的工作原理和主要技術(shù)參數(shù)，確定本文設(shè)計(jì)的壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。第四章 對(duì)壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行布置并進(jìn)行傳動(dòng)級(jí)數(shù)的分配，選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)傳動(dòng)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核。利用Pro/E軟件建立優(yōu)化后六連桿的三維模型，再將模型導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。2 壓力機(jī)的工作原理及技術(shù)參數(shù) 壓力機(jī)的工作原理 [12]，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪飛輪3通過(guò)傳動(dòng)軸17和大齒輪5帶動(dòng)偏心輪16旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)連桿8使滑塊10在立柱15的導(dǎo)軌9中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌保證滑塊運(yùn)動(dòng)方向準(zhǔn)確，工作時(shí)上下模具之間不會(huì)產(chǎn)生水平錯(cuò)移。圖 壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有公稱壓力，滑塊行程，滑塊每分鐘行程次數(shù)，封閉高度，封閉高度調(diào)節(jié)量等。 （2）滑塊行程S(mm)滑塊行程是指滑塊從上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)所走過(guò)的距離，它的大小和壓力機(jī)的工藝用途有很大的關(guān)系。 （3）滑塊每分鐘行程次數(shù)n(次/min)滑塊行程次數(shù)是指滑塊空載時(shí)，每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，然后再回到上死點(diǎn)所往復(fù)的次數(shù)。通過(guò)裝模高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，將滑塊調(diào)整到最上位置，當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面至工作臺(tái)表面的距離稱為最大封閉高度；將滑塊調(diào)整到最下位置，當(dāng)滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底面至工作臺(tái)表面的距離稱為最小封閉高度。在設(shè)計(jì)鍛沖模時(shí)，應(yīng)使模具的封閉高度小于曲柄壓力機(jī)的最大封閉高度。3 六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型分析 六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型，曲柄R以逆時(shí)針?lè)较虻冉撬俣刃D(zhuǎn)，曲柄轉(zhuǎn)角自下死點(diǎn)按曲柄的相反方向算起。 六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 各符號(hào)的物理意義符號(hào)物理意義符號(hào)物理意義旋轉(zhuǎn)中心間的橫向間距旋轉(zhuǎn)中心間的縱向間距 R曲柄A的長(zhǎng)度固定角 桿AB的長(zhǎng)度桿CD與垂直方向的夾角 桿A的長(zhǎng)度桿BC與垂直方向的夾角桿BC的長(zhǎng)度桿AB與水平方向的夾角 桿CD的長(zhǎng)度桿A與水平方向的夾角曲柄轉(zhuǎn)角 運(yùn)動(dòng)分析及基本關(guān)系式的建立由運(yùn)動(dòng)模型的建立知道，下死點(diǎn)位置是曲柄R、桿、桿共線，滑塊沒(méi)有偏置，滑塊位移方向線通過(guò)曲柄的旋轉(zhuǎn)中心。它可由在下死點(diǎn)位置時(shí)其他桿的尺寸確定。得到： 式（）： 式（） 式（）對(duì)以上式（）、式（）求導(dǎo)、整理得： 式（） 式（）其中為曲柄轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，聯(lián)立以上二式，整理得：進(jìn)一步計(jì)算得到，的值，即桿的相對(duì)角速度和桿的角速度 式（） 式（）及對(duì)式（）再次求導(dǎo)得到： 式（）經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，建立了機(jī)構(gòu)中各參數(shù)間的基本關(guān)系式和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析所用的基礎(chǔ)物理量的表達(dá)式。 （1）滑塊位移的方程在下死點(diǎn)位置時(shí)，R、共線，此時(shí)滑塊處于最遠(yuǎn)的極限位置。)位移（mm） 速度（mm/s） 加速度（mm/s）000306090//12015018021022524085,30270//30033036000，速度，加速度的曲線。4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ，采用三級(jí)上傳動(dòng)，單邊驅(qū)動(dòng)，主軸的安放位置垂直于壓力機(jī)正面，所有傳動(dòng)齒輪都置于機(jī)身內(nèi)部，離合器制動(dòng)器置于飛輪軸上，這是閉式單點(diǎn)壓力機(jī)的一種常用傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，這樣整個(gè)壓力機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、性能良好、外形美觀。采用上傳動(dòng)的壓力機(jī)重量較輕、成本較低、安裝維修方便、地基較為簡(jiǎn)單。通常在舊車間內(nèi)添置大型壓力機(jī)時(shí)，由于車間高度受到限制，采用下傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)才比較明顯。 壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的安放型式有垂直于壓力機(jī)正面的，也有平行于壓力機(jī)正面的。這種布置，曲軸和傳動(dòng)軸均比較長(zhǎng)，受力點(diǎn)與支承軸承的距離比較大，受力條件惡化。近代中大型通用壓力機(jī)愈來(lái)愈多地采用垂直于壓力機(jī)正面安放的形式(特別是廣泛采用偏心齒輪結(jié)溝之后)。 齒輪可以放在機(jī)身之外，也可以放在機(jī)身之內(nèi)。所以本機(jī)的所有齒輪都置于壓力機(jī)機(jī)身的內(nèi)部。 壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)速比分配 壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘的行程次數(shù)有關(guān)。現(xiàn)有壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的級(jí)數(shù)一般不超過(guò)四級(jí)。采用低速電動(dòng)機(jī)可以減少總速比和傳動(dòng)級(jí)數(shù)，但這類電動(dòng)機(jī)的外形尺小較大，成本較高(與同功率的高速電動(dòng)機(jī)比鉸)，因此不一定適合。各傳動(dòng)級(jí)的速比分配要恰當(dāng)。速比分配時(shí)，要保證飛輪有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，也要注意布置得盡可能緊湊、美觀和長(zhǎng)、寬、高尺寸比例恰當(dāng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)速太低，會(huì)使飛輪作用大大削弱；轉(zhuǎn)速太高，會(huì)使飛輪軸上的離合器發(fā)熱嚴(yán)重，造成離合器和軸承的損壞[12]。故總傳動(dòng)比：： 壓力機(jī)的各級(jí)傳動(dòng)比 傳動(dòng)級(jí)數(shù)速比模數(shù)小齒輪齒數(shù)/小帶輪直徑大齒輪齒數(shù)/大帶輪直徑第一級(jí)（皮帶傳動(dòng)）125450第二級(jí)（齒輪傳動(dòng)）5140570第三級(jí)（齒輪傳動(dòng)）58168840 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的選擇和飛輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）壓力機(jī)功的組成及總功計(jì)算 壓力機(jī)公稱壓力Pg＝1600kN，滑塊行程長(zhǎng)度S＝250mm，公稱壓力角，行程次數(shù)n＝20次/min，計(jì)算壓力機(jī)功的組成及選擇電動(dòng)機(jī)。 沖壓工件時(shí)，主要靠飛輪釋放能量，忽略電動(dòng)機(jī)在這時(shí)輸出的能量得： 式（）式中：為工作行程時(shí)壓力機(jī)所消耗的能量 為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 、為沖壓工作開(kāi)始前和結(jié)束后飛輪的角速度故可得 式（）式中：為飛輪平均角速度 為不均勻系數(shù)，數(shù)值越大，表示飛輪角速度的波動(dòng)越大 由于電動(dòng)機(jī)到飛輪一般為三角皮帶傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)是有滑動(dòng)，相當(dāng)于加大了電動(dòng)機(jī)的滑差率，故不均勻系數(shù)為。則電動(dòng)機(jī)的額定滑差率 式（）考慮該壓力機(jī)需進(jìn)行的工藝，需要較大的工作能量，故在轉(zhuǎn)子中串入電阻使。 （1）確定計(jì)算功率 由表[14]87查得工作情況系數(shù)。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑，由表[14]86和表[14]88取小帶輪基準(zhǔn)直徑=125mm。計(jì)算大帶輪（飛輪）的直徑： 式（） （4）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度根據(jù)式[14]820得故初定中心距。根據(jù)，B型帶，查表[14]84b得。則 式（）計(jì)算V帶的根數(shù)： 式（）選取根數(shù)為6根 （7）計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值由表[14]83得B型帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量。 （8）計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值 式（）（9） V帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)果槽型B型帶長(zhǎng)根數(shù)6根中心距小帶輪直徑大帶輪直徑帶輪的結(jié)構(gòu)形式小帶輪采用實(shí)心式，大帶輪采用輪輻式 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪由小齒輪和偏心齒輪組成，其傳動(dòng)比為5，閉式傳動(dòng)，輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速。 ②壓力機(jī)為一般的工作機(jī)器速度不高，故選用7級(jí)精度。 ④選取小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)。由式[14]1013計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 式（）由圖[14]1019取接觸疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式[14]1012得： ②計(jì)算 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值： 計(jì)算圓周速度： 式（）計(jì)算齒寬： 式（）計(jì)算齒寬與齒高之比： 模數(shù)： 式（）