混合驱动的拉伸压力机与精压机的基础理论研究

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混合驱动压力机是由常规电机和伺服电机通过二自由度合成机构进行混合驱动,系统的主要功率和运动由常规电机提供,伺服电机对系统运动起调节作用。这使得混合驱动压力机既有传统机械式压力机的大功率、运行平稳等优点,又具有可控性、可调性,即具有柔性,能够提供多组输出运动规律。因此,混合驱动压力机,不用改变机构几何参数,通过编程控制伺服电机运动规律,就能够较为方便地调节压力机滑块的位移和速度,以满足不同产品和材料加工工艺的要求。鉴于二自由度混合驱动机构的构型选择的重要性,本文从奇异性分析入手,较为深入地分析了一种新型二自由度混合驱动机构的可动性条件,给出了一种分析多环多杆机构可动性条件的方法。在此基础上,对该机构进行了运动学分析,并根据机械式压力机典型的深拉伸工艺曲线,对该混合驱动拉伸压力机进行了正运动学优化。首先,假定伺服电机与常规电机一起做定转速的匀速转动,优化综合机构的几何尺寸;然后,以第一步优化结果为基础,再对伺服电机的运动规律进行优化。对于混合驱动精压机的基础理论研究,主要有:(1)根据精压加工工艺的特点,采用正运动学优化的方法,分别对混合驱动精压机的结构参数和伺服电机的运动规律进行了多个实例的优化设计,找到了该混合驱动精压机可以实现的多组滑块运动规律曲线;(2)对混合驱动精压机系统进行动态静力分析,研究两电机的功率分配情况;(3)应用拉格朗日方程推导了二自由度九杆机构的动力学方程,并联合采用 PID 控制的直流电动机的动力学方程,建立了混合驱动精压机的机电系统动力学模型;(4)采用降阶处理的方法将混合驱动精压机的动力学模型转化为一个六元一阶微分方程组,并通过用四阶龙格-库塔法进行数值求解,对混合驱动精压机进行了动力学仿真。最后,对于混合驱动精压机的基础理论研究,提出了一些建议,并做了一下展望。
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