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多连杆压力机模块化运动学性能分析

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六连杆压力机优化设计和分析

六连杆压力机优化设计和分析

本科毕业设计论文题目六连杆压力机优化设计和分析学院名称专业班级学生姓名学号指导教师摘要本毕业设计的课题是设计六连杆的压力机并对压力机进行优化设计和运动分析。

其目的是对六连杆压力机进行结构设计并对机构尺寸参数、运动分析、等进行优化设计研究，达到滑块在工作行程内速度波动量最小和压力机具有良好的工作特性。

本文在详述国内外压力机发展现状和发展趋势的基础上，对1600KN的闭式单点机械压力机的主要结构和传动系统进行设计。

设计中主要包括以下设计部分：六连杆机构的运动分析、传动系统的设计计算、六连杆机构的优化设计和运动分析。

本次设计采用参数化设计对六连杆进行优化设计，用Pro/E软件建立三维模型，将模型导入Adams软件中进行动力学仿真，既可以检验设计方案的合理性，又将对深入研究压力机多连杆机构的优化设计和整机性能参数的优化设计产生深刻的指导意义。

关键词：闭式单点压力机；六连杆机构；优化设计；运动分析AbstractThis graduation design topic is to design six connecting rod press and press for optimization design and motion analysis.Its purpose is to press of six connecting rod for structural design and the size parameters, kinematic analysis and optimization design research, achieve velocity of the slider quantity minimum and the press within the working stroke has a good performance.Press both at home and abroad in detail in this paper, on the basis of present situation and development trend of closed type single point of 1600 KN to design main structure and transmission system of mechanical press.Design mainly includes the following parts: in the design of six bar linkage analysis of the movement , the design calculation of the transmission system, six bar linkage optimization design and motion analysis.This design adopts the parametric design to optimize the six connecting rod design, three-dimensional model is established with Pro/E software, the model into Adams software for dynamic simulation can examine the rationality of the design scheme, and will press for in-depth study for the optimization of linkage and the machine performance parameters on the optimization design of profound significance.Keywords: Closed type single point press;Six-linkage mechanism;Optimizationdesign;Kinematic analysis目录1 绪论 (1)1.1国内外压力机的发展概况 (1)1.2压力机多连杆机构的设计方法 (5)1.2.1 传统的设计方法 (5)1.2.2 优化设计方法 (5)1.3本文主要研究内容及研究方法 (6)2 压力机的工作原理及技术参数 (8)2.1压力机的工作原理 (8)2.2压力机的主要技术参数 (9)2.3本章小结 (10)3 六连杆机构的运动模型分析 (11)3.1六连杆机构的运动模型 (11)3.2运动分析及基本关系式的建立 (12)3.3本章小结 (20)4 传动系统的设计计算 (22)4.1传动系统的布置与设计 (22)4.1.1传动系统的布置方式 (22)4.1.2 传动级数和各级速比分配 (23)4.2电动机的选择和飞轮的设计计算 (24)4.2.1 电动机的选择和飞轮的设计计算 (24)4.2.2飞轮的转动惯量的计算 (26)4.2.3 V带轮的设计 (28)4.3传动零件的设计计算 (30)4.3.1 低速级齿轮的设计 (30)4.3.2 高速级齿轮的设计 (35)4.3.3 偏心齿轮芯轴设计 (40)4.4本章小结 (44)5 六连杆机构优化设计和运动分析 (45)5.1六连杆机构优化设计基础 (45)5.1.1 机构优化设计概念 (45)5.1.2 数学模型的建立 (46)5.2六连杆机构参数化设计和优化分析 (49)5.2.1 虚拟样机模型的建立 (49)5.2.2 六连杆机构模型的参数化 (53)5.2.3 设计变量的设计研究 (54)5.2.4 模型的优化设计 (59)5.3六连杆机构的运动学仿真分析 (64)5.3.1 六连杆机构三维模型的建立及导入 (64)5.3.2 添加约束 (68)5.3.3 模型的运动学仿真与分析 (70)5.4本章小结 (72)6 结论 (73)参考文献 (74)致谢 (76)附录一 (77)附录二 (93)1 绪论1.1 国内外压力机的发展概况机械压力机作为工程上广泛应用的一种锻压设备，在工业生产中的地位变的越来越重要[1]。

多连杆高速压力机运动学特性分析

多连杆高速压力机运动学特性分析

多连杆高速压力机运动学特性分析I. 引言A. 研究背景和意义B. 文章结构和内容概述II. 多连杆高速压力机运动学原理A. 多连杆高速压力机的结构和工作原理B. 运动学基本原理及符号表示C. 多连杆高速压力机的运动学方程及求解方法III. 多连杆高速压力机运动学特性分析A. 运动曲线和速度曲线的分析B. 推动点的轨迹和加速度曲线的分析C. 滑块的位移和速度变化分析IV. 数值分析A. 运动学分析的数值求解B. 计算模型的建立及参数设置C. 不同工况下的运动学特性分析V. 结论与展望A. 研究结论B. 研究的不足和未来研究方向参考文献注意：本提纲仅为参考，请作者根据实际情况确定文章内容，并注意提纲的结构和逻辑性。

第一章引言近年来，随着工业生产和制造业的不断发展，各种机器设备得到了广泛应用，其中多连杆高速压力机因其高效稳定的性能而备受关注。

作为一种重要的制造设备，多连杆高速压力机主要用于冲压、成型和塑性加工等工艺。

在实际生产中，多连杆高速压力机的运动学特性对设备的性能指标和产品质量有着重要影响。

因此，研究多连杆高速压力机的运动学特性，对于提升设备的性能水平，保证产品质量具有重要意义。

本文旨在对多连杆高速压力机的运动学特性进行分析，通过运动学原理的解析求解，得到多连杆高速压力机各个运动部件的运动轨迹、速度变化和加速度变化等特征，为多连杆高速压力机的设计、优化和控制提供理论依据和实用方法。

本文主要包括五个章节：第一章为引言，明确了本文的研究背景和意义，介绍了文章的结构和内容概述。

第二章为多连杆高速压力机的运动学原理，主要对多连杆高速压力机的结构和工作原理、运动学基本原理及符号表示、运动学方程及求解方法进行说明并阐述。

第三章为多连杆高速压力机运动学特性分析，主要对多连杆高速压力机运动曲线和速度曲线、推动点的轨迹和加速度曲线、滑块的位移和速度变化等特征进行分析，并通过图表等形式展示结果。

第二章多连杆高速压力机的运动学原理2.1 多连杆高速压力机的结构和工作原理多连杆高速压力机包括底座、机身、滑块、曲柄轴、连杆、飞轮等部件，其中机身上设有进给机构和模具，滑块上装有制动装置。

基于matlab的小型快速压力机多连杆机构运动学分析

基于matlab的小型快速压力机多连杆机构运动学分析

3
关于"3与"4的一阶导数和二阶导数运算，通过
MATLAB中的diff函数实现。
连杆4与连杆7的较接点,47的位移方程为：
"47="34+*4COS"4 %47$%34+*4Sin"4
/、 （ 10）
通过一阶求导、二阶求导的速度方程、加速度方
程为：
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（ 口）
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( 15)
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( 16)
3多连杆杆系参数确定
该50kN小型快速伺服压LAB的软件环境，编制用于MATLAB 运动学仿真的M函数，搭建 连杆机构的参数化仿
11
第54卷
锻压装备与制造技术
%14$%34+*41Sin"4
将式（5）与式（2）联立，令 /二"14-rcos"、1二%14-
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2*3!（22+32）
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2*4&!（22+32）
文章编号：1672—0121（2019）05—0010—04

多连杆机械式压力机动力学分析

多连杆机械式压力机动力学分析

多连杆机械式压力机动力学分析摘要多连杆机械式压力机朝向高精度、自动化的方向进步，近年来机械制造行业的发展，更是为多连杆机械式压力机的发展提供了市场机遇。

多连杆机械式压力机应该保持着最优的工作状态，采用动力学分析的方法优化该结构的运行，满足机械行业的需求。

本文主要分析多连杆机械式压力机的动力学。

关键词多连杆；机械式；压力机；动力学压力机是机械行业中的一项重要设备，在汽车、电子、化工等行业中经常会用到压力机。

现阶段多连杆机械式压力机得到了有效的应用，表现出高自动化、高柔性的特征，重点分析多连杆机械式压力机的动力学，以此来提高机械制造时的速度与精确度，一方面完善多连杆机械式压力机在机械制造行业中的应用，另一方面明确压力机的动力学表现，降低安全事故的发生机率。

1 动力学多连杆机械式压力机动力学分析时采用的是矢量解析法，以机械式压力机中最简单的四连杆机构为分析基础，运用复数矢量法研究多连杆机构的动力学[1]。

矢量解析法分析多连杆机械式压力机动力学时遵循一定的规律，如：①根据机械式压力机的连杆结构构件坐标系，同时设计封闭的矢量分析图；②分析位移时采用矢量方程消元整理的方法；③速度分析中需要利用位移方程求导时间后再得出速度方程；④加速度分析中运用速度方程求导时间之后得出加速度方程。

多连杆机械式压力机动力学分析时分成了两个部分，分别是多连杆运动以及曲柄滑块机构，具体分析如下：1.1 多连杆运动多连杆机械式压力机的多连杆运动学分析时，需要把多连杆按照实际数量分为若干模块，对每个模块中的连杆机构进行动力学分析，得出对应的运动方程[2]。

每个模块中都要明确机架、原动件、连杆、从动件的动力学，在动力学分析中的已知条件是多连杆的杆长、原动件的初始位置及等角速度，需要在方程中求出连杆和X轴坐标的夹角。

多连杆动力学中会达到一定的受力平衡，基础公式如下：F+（-Ma）+N=0上述公式中，F表示物体外力，M表示物体质量，a表示物体的加速度，N 表示物体自身受到的反约束力。

浅析多连杆压力机

浅析多连杆压力机

浅析多连杆压力机2、济南二机床集团有限公司山东济南 2500003、中国重汽集团有限公司山东济南 250000摘要：冲压生产中，提高生产率而不必增加投资或劳动力是我们的目标，一个简单的方法就是提高压机速度。

然而，由于要冲压成形的工件受材料机械性能等条件的限制，欲提高成形速度是很难甚至是不可能的。

使用多连杆驱动技术的机械压力机，不用改变压机的工作行程速度，即可达到提高生产率、延长模具寿命并降低噪声的目的。

其实，多连杆驱动并不是一个新概念，几十年前这种技术就已进入市场。

早在20年代，第一次在文献中出现的该技术被称为“专利快返压机驱动”技术。

1950年BLISS公司制造的称为“均匀行程”的压机被介绍为“可以提供比较慢的拉深速度、较快的上行程，从而提高生产率的压力机”。

1多连杆压力机与普通压力机滑块运动的不同方式成形材料的拉深速度限制了冲压件的生产速度，多连杆压力机克服了这一局限。

它在驱动机构上采取降低滑块工作行程速度、提高滑块空行程速度的措施，实现了提高生产率的目的。

即使同样行程的多连杆压力机以比普通压力机更高的速度运行，模具冲击工件的速度与普通压力机几乎没有区别。

当拉深或成形的工件材料限制了生产速度时，多连杆压力机在提高生产率方面显示出极大的优越性。

关于这一点，图2对各种不同材料进行了分析。

多连杆压力机的滑块速度在初始拉深阶段几乎不变，这利于材料在拉深过程中更好的成形，故能提高零件质量、延长模具寿命。

2多连杆压力机的优越性(1)模具接触金属板料的突然性将提高凸模尖端周围材料的拉应力，即增加了板料在该点破裂的可能性。

因此，即使普通压力机和多连杆压力机都在材料的允许拉深速度内运行，多连杆压力机在同样的运动速度时将比普通压力机更慢的滑块速度接触板料，从而降低撕裂材料的可能性。

(2)由于多连杆压力机滑块以较低的速度接触板料，故降低了噪声和振动，减少了模具内部发热，延长了模具寿命。

(3)与普通压力机比较，多连杆压力机只驱动部分的设计不一样，压力机的其他部分仍然是标准的，因此成本可以大大降低。

多连杆高速压力机运动学特性分析

多连杆高速压力机运动学特性分析
ｌ
轴 上 载 荷 ；上 下
７
一 一
产 品 采 用 的 是 曲柄 滑 块 式 结 构 。 该 结 构 虽 然 设 计 简 单， 但 主 滑 块 位 移 近 似 正 余 弦 曲线 ， 有 效成 形 时 间较
短 ，并 且 加 工 过 程 中工 件 变 形 产 生 的 大 部 分 甚 至 全
， 并 对计 算结 果进 行 了分 析 。
２ 理 论模 型 的建 － ， ｙ
曲 柄 １如 图 ３所 示 。 设 曲 柄 １半 径 为 ｌ 、转 角 为
，
假 设 多 连 杆 高
速 压 力 机 驱 动 机 构
曲 柄 １与 连 杆 ２铰 接 点
如 图 １所 示 。该 机 构
有 三 个 滑块 ： 主 滑块
关键 词 ： 机械 设 计 ； 高速 压 力机 ； 多连 杆 ； 运 动学 ； 分 析
中 图分类 号 ： ＴＧ ３ ８ ５ ． １ ； Ｔ Ｈ１ ２ ２
１ 引言
文 献标 识码 ： Ａ
构 ， 分 别 由 曲柄 １ 、 连 杆 ２、 滑 块 ３和 曲 柄 １ 、 连 杆 ２ 、 滑块 ３ 组成。 该 机构左 右对 称 ， 上 下对 称 （ 不 考 虑
（ ）
形 时 间长 ， 多级 传动 机构 可 提供更 大 的 冲压力 ， 同 时 也 能 有效 降低 冲压过 程 中 曲轴上 承受 的工作 载荷 ， 进而 降低 曲轴 运 动副 的摩擦 发 热 ＿ ７ ； 但 其 传 动 结 构
的 复 杂 性 使 其 动 力 学 分 析 的 难 度 大 大 增 加 。本 文 建 立 了多 连 杆 高 速 压 力 机 理 论 模 型 ，编 写 了 相 应 的计
Ｙ
对称 的作 用是利

基于ADAMS的多连杆高速压力机滑块运动特性曲线分析

基于ADAMS的多连杆高速压力机滑块运动特性曲线分析袁丁益;鹿新建;陆文渊;袁林;孙云飞;缪华滨【摘要】分析了多连杆压力机传动系统的运动过程.利用ADAMS软件建立多连杆机构模型,仿真了多连杆机构滑块的位移、速度及加速度曲线.分析了曲柄OA的长度对滑块位移、速度及加速度曲线的影响.仿真结果表明:与曲柄压力机相比,多连杆压力机具有下死点附近速度低、回程速度高的特点.随着OA杆长度的减小,滑块的运动特性变差.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2018(053)005【总页数】4页(P7-10)【关键词】压力机;高速;多连杆;高精度;运动特性;ADAMS【作者】袁丁益;鹿新建;陆文渊;袁林;孙云飞;缪华滨【作者单位】南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167;南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167;南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167;南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167;南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167;南京工程学院机械工程学院,江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TG385.1随着国内压力机械技术的迅猛发展以及精密引线框架等精密件的冲压技术需求，传统的曲柄连杆压力机已无法满足当前工业生产的需求。

压力机正朝着高速度、高精度、驱动简单化方向发展。

基于这样的发展背景，多连杆压力机在精密零件的冲压方面得到广泛应用。

与传统曲柄连杆压力机相比，多连杆压力机具有下死点附近冲压速度低、加速度小的特点，并且具有明显的急回特性。

这使得多连杆压力机有着较高的冲压效率，减小了冲压时产品的振动，提高了下死点精度。

本文研究多连杆传动机构相比于传统的曲柄连杆传动机构所具有的优势，并结合软件对模型进行仿真。

研究了不同曲柄长度对滑块位移、速度及加速度的影响，有助于多连杆压力机传动机构的设计。

1 模型的建立1.1 多连杆机构运动原理图1为一种多连杆机构的运动简图。

机械工程文章发表基于多连杆机械式压力机动力学的分析

机械工程文章发表基于多连杆机械式压力机动力学的分析摘要：在现代社会，机械行业正处于上升期，有着广阔的发展前景，具有快速、精准、柔性自动化的特征。

机械行业的快速发展，有助于促进锻压设备的稳定发展，而机械式压力机既是锻压机械的―个分支，又在机械工业中扮演着不可或缺的角色，并且已经得到了广泛的应用。

由于压力机的种种因素不同，例如转速、环境等因素各有特点，所以实现的运动也是多种多样的。

本文主要针对多连杆机械式压力机动力学发展中的问题、性能以及问题的处理等进行分析。

目前机械工业涉及的领域日益广泛，而锻压机床则是机械工业的基础设备，它不仅仅在水、陆、空等运输领域被广泛应用，而且在化工冶炼方面也发挥着很大的作用。

锻压机械的动力性能是机械压力机设计中所遇到的一大难题，至今在研发过程中还存在各种问题，因为多连杆机械式压力机的结构异常复杂，所以必须对其动力学原理和结构特征进行深入细致的研究，只有攻克了此项难题，才能推动机械事业的进步。

1.多连杆机械式压力机动力学发展中的问题多连杆机械式压力机传动机构的优点就在于其结构简单，具有可操作性，并且其制造起来简便易行，有很强的可靠性，因此它能够适用于多种运动规律和轨迹下所形成的运动。

但是它的缺点就是过于简单的结构要想达到各种复杂条件下的运动条件显然是不容易的，所以随着人们对于机械事业的要求不断的提高，多连杆机械式压力机传动机构的设计理念和要求也在不断地提高。

平面多连杆机构的设计就是以精确各杆的长度为目标，从而让连杆上的某个点沿着轨迹运动，或是找到运动规律，但这恰恰是机械设计中的难题。

因为至今为止，还没有任何完善的设计系统能够加以参考，缺乏系统的设计理念和方式方法，尤其是在机构选型和尺寸综合方面，因为设计过程复杂，需要大量的数据作为支撑，要想保质保量的完成设计是有很大的难度的。

在工艺行程没的等速运动主要包含单曲柄六杆机构和双曲八杆机构。

机构尺寸的把握成为设计中的又一大难题。

因此，必须深入分析机械式压力机动力学中出现的问题，才能够针对问题提出相应的解决方案，及时有效的推动机械事业的发展。

多连杆高速压力机运动学分析

多连杆高速压力机运动学分析鹿新建;朱思洪;何光军;季亚;张莹【摘要】建立了一种多连杆高速压力机的运动学分析模型,利用MATLAB编写了相应的计算程序,并以某研发中的多连杆高速压力机为例进行了实例计算.计算结果表明:该型多连杆高速压力机在下死点附近速度较低、加速度较小,该运动特性有利于减小冲裁过程中产生的振动并降低噪声,提高下死点的精度.%A multi-link high-speed press kinematics equations was established,and the results of kinematic analysis were also obtained.The results show that:this kind of multi- link high- speed press has the characteristics of small velocity and acceleration near the BDC.And these characteristics are help to reduce the noise generated during blanking and vibration, to improve the accuracy of BDC.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2011(022)011【总页数】5页(P1297-1301)【关键词】多连杆;高速压力机;运动学;下死点【作者】鹿新建;朱思洪;何光军;季亚;张莹【作者单位】南京农业大学,南京,210031;南京农业大学,南京,210031;江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司,徐州,221116;江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司,徐州,221116;南京农业大学,南京,210031【正文语种】中文【中图分类】TG315高速压力机已经历了近百年的发展历史,其驱动机构从曲柄滑块机构逐步发展到各种不同形式的多连杆机构,如以瑞士BRUDERER为代表的杠杆式多连杆机构[1]等。

多连杆压力机优化设计

多连杆压力机优化设计孙昕煜;孙宇;彭斌彬【摘要】针对某一新型的多连杆高速压力机,进行了运动学分析建模.根据给定的性能指标,基于Matlab编程软件,利用步长搜索法对各杆件的结构尺寸进行优化设计.在优化参数基础上,获得压力机主滑块的位移、速度和加速度曲线,并与传统曲柄滑块机构运动曲线进行了比较,结果表明此多连杆压力机具有下死点附近位移曲线相对平缓,进程和回程速度快等特点,对于工件成型精度和提高加工效率有一定的意义.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(044)002【总页数】5页(P29-32,45)【关键词】压力机;多连杆;优化【作者】孙昕煜;孙宇;彭斌彬【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH122随着电子、汽车等产业的飞速发展，市场对于各种精密元器件的需求越来越多，而大量的精密元器件需要冲压成型，传统的曲柄压力机由于冲压精度较低，加工效率低等缺点，已经不能够满足冲压市场中对于高精密元器件的冲压需求。

而我国的锻压设备还多为简单的曲柄滑块机构，在加工精度和效率上都不能满足生产需求，精密元器件生产线的冲压设备绝大部分还是依赖于进口，这大大增加了我国此类产品的生产成本，降低了在同类产品中的国际竞争力。

所以，加快我国高速精密压力机的研究步伐，使有自主知识产权的高速精密压力机装备在线势在必行。

多连杆压力机相对于曲柄滑块压力机具有振动小、下死点精度高等特点，更易于实现高速化。

本文就是在此研究背景下进行展开，以某一新型多连杆高速压力机的构型为研究目标，对其冲压部分的运动学模型的位移、速度和加速度进行分析，并在给定性能指标和约束条件的基础上，运用Matlab编程软件对各杆件长度进行优化设计，并进行运动学分析。

本文研究的机构构型如图1所示，曲柄1、连杆2、滑块3和机架一起组成曲柄滑块部分，滑块3的运动通过摆杆4和摆杆4′传递给连杆6和连杆6′,然后连杆6和连杆6′带动滑块7做上下往复运动，实现冲压。

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第33卷第6期Vol 133　No 16FORGING &S TAMPING TECHNOLOGY2008年12月Dec.2008多连杆压力机模块化运动学性能分析姚　健,周　微,郭为忠3(上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室重大装备设计与控制工程研究所,上海200240)摘要:机械压力机适用于薄板件拉深、成形、弯曲、冲裁等冷冲压工艺。

进行多连杆压力机的杆系类型分析;基于杆组法建立其模块化性能分析方法;进行多连杆压力机的模块化运动学性能分析软件开发;基于所开发的模块化压力机性能分析软件,进行了对称六连杆肘杆压力机和对称八连杆肘杆伺服压力机的算例分析。

研究为多连杆压力机的杆系设计提供了辅助分析工具。

关键词:多连杆压力机;杆系类型;模块化性能分析;软件开发中图分类号:TG 305 文献标识码:A 文章编号:100023940(2008)0620111206Modular analysis of kinematics performances for multi 2link mechanical pressesYAO Jian ,ZH OU Wei ,GU O Wei 2zhong(State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration ,Institute of Design and Control Engineering forHeavy Equipments ,Shanghai Jiao Tong University ,shanghai 200240,China )Abstract :Mechanical press is a machine tool suitable for cold stamping processes such as ,drawing ,forming ,ben 2ding ,punching ,etc.First ,the current press linkages were categorized.Then ,a modular performance analysis method was proposed based on the Assur πs groups ,based on which a modular program was constructed for the kine 2matic performance analysis of multi 2link mechanical presses.Finally ,two examples ,i 1e.,six 2link double 2knuckle press and eight 2link double 2knuckle servo press ,were given to illustrate the proposed method and program.The re 2search is helpf ul to the linkage design of multi 2link mechanical presses.K eyw ords :multi 2link mechanical press ;type of press linkage ;modular performance analysis ;program development收稿日期:2008203221;修订日期:2008208221基金项目:国家863计划项目(2006AA04Z118);国家科技支撑计划(2006BA F02B09);上海交通大学PRP 项目(T02111013)作者简介:姚　健(1986-),男,学士,3通信作者:郭为忠电子信箱:wzguo @sjtu 1edu 1cn1　引言锻压机床作为工业基础装备的重要组成部分之一,在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等重要工业部门得到广泛应用。

近年来,以汽车为龙头的制造业的飞速发展,大大推动了我国冲压生产的进步。

目前,欧、美、日等国企业如K o mat 2su 、A IDA [1]、NS K 、会田、小松等在在锻压机床研发和设计上处于领先水平。

我国锻压机床研制水平与国际仍存在差距,近些年主流厂家济南第二机床厂、齐齐哈尔第二机床厂等紧跟世界冲压技术自动化的发展趋势,投入大量人力资金,取得了许多标志性成果。

机械压力机设计的一个核心问题是杆系的设计问题。

本文针对多连杆压力机,从开发其性能分析软件平台要求出发,分析了多连杆压力机的杆系类型,基于杆组法提出压力机的模块化性能分析方法,并在此基础上进行多连杆压力机性能分析软件的开发。

该软件在核心模型和算法上具有可扩展性。

2　机械压力机的产品类型和杆系类型分析 机械压力机有很多类型。

国内外各大公司都开发了相关产品,如Amada 公司生产的2TP -EX 系列曲柄压力机、日本小松公司的H1F45型肘杆式压力机、青岛青锻锻压机械有限公司的J 55系列离合器式螺旋压力机[2]、济南二机床集团有限公司出口美国的闭式四点多连杆压力机、齐齐哈尔第二机床厂的闭式四点多连杆压力机[3]等(表1)。

从表1可看出,为获得工艺所要求的冲头滑块运动规律,机械压力机采用各种不同的机械传动机构以满足不同的工艺要求,常见的包括曲柄式、肘杆式、螺旋式和多连杆式等。

本文将研究多连杆压力机的杆系分析和设计问题。

为构建模块化、扩充性好的压力机性能分析方法和软件,需要对压力机的杆系类型进行适当分析。

从机构学角度来看,常用的多连杆压力机杆系有四杆、六杆、八杆以及十杆等类型,如表2所示[4]。

在上述杆系类型分析基础上,根据颜氏创新技法[5],可以得到六杆、八杆等所有可能的、自由度为1的杆系构型[6](图1、2)。

3　基于杆组法的压力机杆系运动学性能分析 多连杆压力机杆系类型众多,为构建模块化、扩展性好的多连杆压力机性能分析系统,需要从机构分析方法上引入模块化思想,避免不同机构间分析代码缺乏重用性的问题。

多连杆压力机杆系一般图1　两种不同的六杆压力机机构构型Fig 11　Two types of six 2link press configurations为平面连杆机构,因此,本文将引入机构杆组法作为多连杆压力机杆系运动和力性能的分析方法。

211锻　压　技　术 第33卷图2　可用的八杆压力机机构构型Fig 12　Usable eight 2link press configurations杆组法的基本思想是把机构划分为一些基本杆组的组合。

基本杆组具有标准解,可编制成函数以供调用。

因此,基于基本杆组构建的分析和设计系统,不同机构的区别仅在于所包含的基本杆组及其连接方式有所不同,在最大程度上可以实现代码重用,达到模块化目的。

基本杆组的自由度为零,据此可以得出多种类型,如Ⅱ级杆组、Ⅲ级杆组、Ⅳ级杆组等。

若不考虑高副,则由2个构件、3个低副组成的基本杆组称为Ⅱ级基本杆组,Ⅱ基本杆组按运动副的种类(转动副、移动副)和配置不同又有五种形式[7],Ⅱ级杆组的类型如表3所示。

根据基本杆组法,可将多连杆机构拆解为机架、连架杆、RRR Ⅱ级杆组、RRP Ⅱ级杆组等一些基本杆组[8]。

图3所示的六杆压力机杆系在性能分析时,可以将其拆解成一个原动件I 级杆组、一个RRR 型的II 级杆组和一个RRP 型的II 级杆组。

调用这三个基本杆组分析模块就可以得到整个杆系机构的解。

基本杆组是一个静定结构,其运动和力分析具图3　六杆压力机杆系的杆组划分Fig 13　Group division of six 2link press有标准解[7]。

如图4所示的RRR 型II 级杆组,已知外副N 1(P 1x ,P 1y )、N 2(P 2x ,P 2y ),及杆长L 1、L 2,利用三角形几何关系可求出其内副N 3(P 3x ,P 3y )的位置及杆L 1、L 2的角位置θ1及θ2:d =[(P 2x -P 1x )2+(P 2y -P 1y )2]12φ=tan -1[(P 2y -P 1y )/(P 2x -P 1x )]cos α=(d 2-l 21-l 22)/2l 1d ,sinα=(1-co s 2α)12α=tan -1(sin α/co sα)θ1=φ+αP 3x=P 1x +l 1cos θ1,P 3y =P 1y +l 1sin θ1θ2=tan-1[(P 3y -P 2y )/(P 3x -P 2x )]d =N 1N 2 该杆组的速度、加速度、静力等均可以得到求解。

图4　RRR 杆组Fig 14　RRR 2type Assur πs group4　多连杆压力机杆系运动学性能分析软件开发 基于杆组法,进行模块化的多连杆压力机杆系性能分析软件开发。

根据压力机设计需要,分析程序应能提供压力机杆系类型选择、运动学计算及其性能曲线显示、动力学计算及其性能曲线显示等功能。

411　多连杆压力机杆系性能分析软件开发的基本原则 从软件工程角度出发,多连杆压力机杆系性能分析软件的开发应遵循以下基本原则:(1)模块化原则:模块化的基础是引入杆组分311第6期姚　健等:多连杆压力机模块化运动学性能分析 析方法,把复杂机构划分为基本杆组的组合。

针对各类基本杆组编制函数模块,从而实现程序开发的模块化;(2)可视化原则:为便于工程技术人员应用,需要进行杆系结构和分析结果的可视化。

通过引入图形窗口、菜单、对话框以及文本等用户界面,方便用户和分析软件间的信息交互;(3)扩展性原则:为便于软件的维护和不断扩充升级,要求软件具有强的可扩展性。

本文从两个方面加以保证,一是运用杆组法编写程序,便于压力机杆系机构库的扩展与改进;二是运用图形用户界面(GUI )作为辅助工具,便于软件界面的可扩展性。

412　多连杆压力机杆系运动学性能分析程序MulL 2inMPAnaSJTU v110简介 根据上述思路,针对对称六连杆肘杆式和对称八连杆肘杆式压力机杆系机构,初步开发了多连杆压力机运动学性能分析程序MulLinMPAnaS J TU v110。

该程序运行逻辑如图5a 所示,程序界面示于图5b。

图5　多连杆压力机运动学性能分析程序(a )程序结构　(b )软件界面Fig 15　K inematics performance analysis program ofmulti 2link mechanical presses(a )Program structure (b )Software interface5　算例分析MulLinM PAnaSJ TU v110程序能根据用户输入,快速给出多连杆压力机杆系机构的各种性能分析结果和曲线表示,如滑块位置、速度、加速度,连杆角速度、角加速度等等。