多连杆压力机的动力学仿真及结构优化设计

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随着工业技术的不断发展和经济水平的逐步提高,生产制造行业对机械产品的设计提出了新的要求。锻压制造作为机械生产的重要环节,提高锻压质量成为研究者们研究的难题。多连杆压力机是近年来压力机领域中的一个新的研究热点,它可以提高生产率、降低噪音、延长模具的使用寿命。与普通的曲柄连杆压力机相比,多连杆压力机在工作行程中的冲压速度更加均匀,从而能够提高工件锻压质量。本文以有限元技术和动力学、运动学理论为基本手段,针对工程难点,就多连杆压力机工作的位移、速度、加速度、频率、应力等实际生产中的求解问题进行了深入的研究和探索,采用多种优化设计方法改进多连杆压力机机身和传动系统的结构。主要研究内容如下:1、归纳总结国内外多连杆压力机的研究成果,引入Newton-Raphson迭代法计算八连杆压力机的运动特性曲线。结合参数化设计方法和虚拟样机技术,对该台SL1300A型多连杆压力机的八连杆传动结构进行参数化建模,研究各设计点对连杆加速度的影响和其灵敏度。以更直观的方式表达多连杆压力机的运动特性和设计点对整机性能的影响,得知多连杆杆系中偏心轮是改变性能的最重要因素。此法简单、可靠,可以广泛应用于工程应用。2、针对八连杆机构连杆上的任意一点的运动规律都比一般的多连杆机构更为复杂和多样的问题,采用OPTDES-SQP二次规划算法优化滑块的加速度曲线。优化后的加速度的最大值减小了近30%,从而达到更优的冲压性能。根据优化结果建立三维模型,运用Workbench有限元分析软件校核优化后的传动机构在最大载荷时的应力是否满足强度要求。本文提出的方法为八连杆压力机传动机构的优化设计提供了理论依据。3、将有限元和运动学仿真结合,利用刚柔耦合的方法,建立动态性能分析模型,对比刚体模型和刚柔耦合模型在运动学分析结果上的差异,证实刚柔耦合状态的运动学分析更接近真实情况。该模型还能够计算传动系统在任一时刻受力情况,文中选取上死点和下死点时刻,用有限元方法计算其应力位移,验证模型和仿真的正确性。为多连杆机构的动力学特性的进一步研究提供了新的数值分析方法。4、对压力机机身进行有限元的静态和动态分析,设计机身的组合方式,改立柱的全接触组合方式为悬置立柱形式。在不影响工作性能和安全性的前提下,利用有限元实验设计和响应面技术优化立柱的关键尺寸,此举大大降低的材料的能耗,达到节能的目的。综上,本文依托于实际生产的需要,将优化方法与虚拟样机技术、有限元方法结合,为有限元理论和运动学理论在工程设计中的应用提供了参考,对深入研究多连杆压力的设计方法和控制整机性能提供了又一新的途径。
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