含间隙多连杆机械压力机机构的刚柔耦合动力学建模与分析

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锻压生产工艺具有生产效率高、质量好和价格低廉等特点,在工业生产中占据重要地位。与其他类型的压力机相比,多连杆机械压力机在锻压工件的过程中速度较低,能够有效地防止工件产生裂纹,最大程度提高了工件的质量和使用寿命,在机械、交通、军工、航天航空等行业应用广泛。本论文以多连杆机械压力机机构为研究对象,对其运动学优化、含间隙刚体动力学、刚柔耦合动力学和含间隙刚柔耦合动力学进行了系统研究。主要研究内容如下:首先,对多连杆机械压力机机构进行运动学优化。描述机构的结构特征,通过复数矢量法建立机构的运动学模型,推导出机构的运动学表达式。以滑块的最大速度及波动量最小为设计目标,建立机构的优化模型,利用遗传算法对机构进行尺寸优化。选取刚性杆件的质心坐标和转角为广义坐标,列出机构的约束方程,通过拉格朗日乘子法建立机构的刚体动力学模型。使用Matlab对模型进行求解得到机构的动力学响应,通过Adams对机构进行虚拟仿真分析,验证刚体动力学模型的正确性。然后,对含间隙多连杆机械压力机机构进行刚体动力学建模与分析。基于“接触-分离”模型,建立含间隙转动副模型,采用Lankarani-Nikravesh接触力模型对法向接触力进行求解,根据改进的Coulomb摩擦力模型确定切向摩擦力。列出机构含转动副间隙时的约束方程,通过拉格朗日乘子法建立机构的动力学模型,并通过龙格库塔法进行求解。分析不同间隙位置、不同间隙值和不同驱动速度对机构动力学响应的影响。通过相图、庞加莱映射图和分岔图对含间隙多连杆机械压力机机构的非线性特性进行分析。其次,对多连杆机械压力机机构进行刚柔耦合动力学建模与分析。通过质心坐标法和绝对节点坐标法分别表示出刚性杆件和柔性杆件的广义坐标,列出了机构的约束方程,考虑柔性杆件产生的轴向弹性力和弯曲弹性力,通过拉格朗日乘子法建立了机构的刚柔耦合动力学模型,并通过龙格库塔法进行求解。使用Matlab对刚柔耦合动力学模型进行数值求解,得到多连杆压力机机构滑块的位移、速度、加速度曲线。与刚体动力学响应进行对比分析,同时研究柔性杆件、驱动速度、杨氏模量等参数对刚柔耦合动力学响应的影响。最后,对含间隙多连杆机械压力机机构进行刚柔耦合机构动力学建模与分析。建立转动副间隙模型,采用L-N接触力模型计算法向接触力,根据改进的Coulomb摩擦力模型计算切向摩擦力。通过质心坐标法和绝对节点坐标法分别表示出刚性杆件和柔性杆件的广义坐标,列出含转动副间隙刚柔耦合机构的约束方程,通过拉格朗日乘子法建立含转动副间隙刚柔耦合机构的动力学模型,并通过龙格库塔法进行求解。研究并分析间隙值、驱动速度和摩擦系数对含转动副间隙刚柔耦合动力学响应的影响。
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