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1、提供全套毕业设计，各专业都有 毕业设计说明书双驱动曲柄压力机压力机构运动仿真1002014146机械与动力工程学院沈传风学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化学 院： 宋胜涛（副教授）专 业： 指导教师： 2014年6月中北大学2010届毕业设计说明书 双驱动曲柄压力机压力机构运动仿真摘要: 混合驱动式曲柄压力机是目前机构学领域研究的一个热点。混合输入选用功率较大的常规电机为机械压力机提供一个恒定速度输出，选用功率较小的伺服电机为机械压力机提供速度调节。本文在分析传统压力机和差动轮系，在查阅多杆混合输入的相关资料的基础上设计出双驱动差动轮系曲柄压力机。根据条件设计出主要零件结构尺寸，首先建
2、立曲柄滑块位移、速度、加速度的数学模型，然后对压力机压力机构进行运动学仿真得到滑块位移、速度、加速度的曲线图，最后分析在改变伺服电机转速规律时对仿真结果的影响。关键字：混合驱动，压力机，差动轮系，运动仿真 The Kinematics Simulation Of Double Driven Crank Press PressureAbstract:The hybrid crank press is a hot area of mechanism at present.Mixed inputting selects conventional motor with larger power to
3、provide mechanical press a constant speed,and servo motor with smaller power to provide mechanical press speed regulation.We design double driven crank press with differential gear train on the basis of the analysis of traditional press and the differential gear train.Designing the main parts struct
4、ure size according to the conditions,and establishing the mathematical model of slider-cranks displacement、velocity、acceleration.And by press pressure kinematics simulation,we can get the curves of sliders displacement、velocity、acceleration,and analysis the change law of servo motor speed on the res
5、ult of simulation.Keywords:hybrid driven,press,differential gear train,motion simulation 目 录1 前言 1 1.1 研究的目的与意义 1 1.2 国内外研究现状 2 1.3 题目要求 42 机构设计 5 2.1 混合输入的工作原理 5 2.2 总体设计方案的确定 6 3 设计过程论述 7 3.1 电动机的选择 7 3.1.1 压力机功能组成及设计 7 3.1.2 电动机的功率及转速 8 3.2 传动比分配 9 3.3 主要结构设计 103.3.1 差动轮系齿轮设计 103.3.2 轴1的设计 113.3.
6、3 曲轴的设计 123.3.4 曲轴轴承的设计 153.3.5 连杆的设计 154 建立三维模型及装配 185 仿真分析 21 5.1 曲柄滑块的运动规律 21 5.2 仿真结果 235.2.1 高速冲压仿真结果 235.2.2 低速模压仿真结果 25 5.3 常规电机驱动和混合驱动滑块速度差异 27 5.4 伺服电机转速改变对滑块速度的影响 286 总结 30I参考文献 31致谢 32 II 一 前言为了提高产品质量和生产率，延长模具寿命，要求压力机具有工作行程慢速均匀和回程快速的特性，这已成为国内外机械压力机研究开发的重要方向。利用双曲柄差动轮系机构对其进行科学的参数配置和串联，是实现上述
7、要求的有效途径。但是目前有关这方面的理论分析和文献资料甚少。本文先根据给定条件和假设条件计算出主要结构尺寸，并用Pro/Engineer进行建模，然后数学方法建立压力机滑块位移、速度、加速度的数学模型，在此基础上利用Pro/Engineer仿真功能进行运动学仿真得到压力机滑块的位移、速度、加速度曲线图。1.1 研究的目的与意义在国民生产中，冲压工艺较传统机械加工工艺效率高，加工步数少，节约材料和能源，且通过应用各种模具可以做出很多复杂的机械产品。因此，冲压工艺的应用越来越广1。随着我国工业的蓬勃发展，特别是汽车、航空航天、电子、家电等领域的不断进步，对冲压工艺的要求也越来越高。冲压生产中，企业
8、的目标是在不增加投资和劳动力的前提下提高生产率，人们很容易想到的一个方法就是提高压力机的速度。然而，由于受到工件材料特性，机械性能等的影响，压力机的成形速度是很难提高的。传统的曲柄压力机由于其机构特性的限制易造成零件撕裂起皱、废品率高、而且模具使用寿命低、噪声大不利用薄板深拉伸2。因此我们考虑混合驱动的方法是滑块具有急回特性。另一方面，由于使用普通电机作为输入动力源，传统的机械压力机输出的冲压工艺曲线是固定不变的，即“柔性”太差，这很难满足冲压工艺的快速多变性。随着控制技术与伺服技术的不断发展，可以考虑使用伺服电机作为驱动器，而国外也正是如此，而在国内，由于大功率伺服电机价格昂贵，利用大功率伺
9、服电机作为驱动源无疑大大增加了压机成本，这对提高企业竞争力很不利。因此，全伺服压力机在我国的发展受到一定的阻碍。而混合驱动机构可以解决问题，所谓混合驱动，即：同时使用一个大功率的常速电机和一个小功率的伺服电机作为驱动，其中，常速电机提供主要动力，而伺服电机仅起调节作用，这样，再通过一个二自由度机构对其运动进行合成3。在我国，为满足冲压工艺“柔性”要求，混合驱动压力机是必须的。在设计出双驱动曲柄压力机结构后，可以在专业软件上进行运动学仿真，检验结构设计是否合理，并从仿真结构中分析机构的运动情况是否与预期结果相符，运用仿真不仅可以缩减成本而且缩短开发时间。1.2 国内外研究现状 目前关于机械压力机
10、的混合输入方面的研究论文有很多，已经成为当前研究的一个热点问题。所谓的混合输入就是利用一个具有两个自由度的机构(称为差速机构), 同时输入两个独立的运动，经过差速机构对这两个运动的合成，最后得到满足一定要求的输出。能够实现混合输入的机构也称为可控机构4。在机械压力机上应用混合输入的目的就是用功率较大的常规电动机去带动飞轮完成机械压力机的对外工作做功，用功率较小的伺服电机去完成滑块的速度调节5。这种混合输入机械压力机不仅具有柔性的工作速度，而且比单纯用伺服电机控制的机械压力机具有更低的价格，因此引起了海内外众多的工作者对其进行研究。90年代初，Tokuz和Jones6是最早提出了混合驱动的概念，
11、他们结合了传统的机械压力机和全伺服压力机，提出了一种介于二者之间的系统，称之为“复合式机器”，奠定了混合驱动可控机构的思想。之后，他们进一步研究了这类机构的特点，完善了“复合式机器”的思想，建立了完善的系统模型和实验方案。1992年，为了验证混合驱动机构的各项性能及其特点，针对变规律的输出运动要求，例如：升-降、升-停-降、升-降-停运动，他们在研究中采用混合驱动的方案，如图1.1所示。常规恒速电机和伺服电机的输出运动经差动轮系合成后，驱动一个曲柄滑块机构来实现变规律的往复运动。Greenough为了克服Tokuz与Jones研究中“停歇段对伺服电机功率损耗较大”的问题，采用二自由度七杆机构作
12、为运动合成机构（如图1.2所示），同样可以实现上述变规律输出运动。他们以减小伺服电机的功率为目标函数，通过优化综合得到七杆机构的尺寸参数，可以把伺服电机的功率减小大约50%7。 图1.1 Tokuz提出的混合驱动可控机构 图1.2 二自由度七杆机构国内也有很多关于混合驱动的研究。例如：程英辉、李学刚、黄永强三人采用逆运动学方法综合混合驱动可控六杆机构（如图1.3所示），通过数学计算得到机构的运动学参数，建立了该机构的优化综合的数学模型，然后分机构结构参数已知和结构参数未知，以及同一机构实现同一轨迹和不同机构实现不同轨迹得到不同的优化设计变量，不同的优化约束条件，并且得出了机构在实现同一轨迹时，混合驱动可控六杆机构的优化结果明显优于可控五杆机构的结论8。刘伟杰、李瑞琴等人分析了含RPP型II级杆组的双曲柄混合驱动七
