行程可控压力机传动系统构型设计及其工作性能研究

论文摘要

针对不同的工艺需求,有各种类型的压力机。普通机械压力机通常可以完成板料冲裁、弯曲、浅拉伸、精整及模锻等工艺,能够满足大部分情况下的工艺需求。在薄板深拉伸的工艺过程中,若采用传统的曲柄连杆式压力机,拉伸件的合格率低,造成的废品较多。针对传统压力机在这方面的不足,通过对比分析机械压力机和液压机的优缺点,结合多杆机构的特点,提出了一种行程可控压力机构型,该行程可控压力机对于这类特殊的冲压工艺,不仅适用性好,公称力行程较大,而且压力行程按照工艺需求在一定范围内可调节,行程次数相对较高。首先对现有压力机的运动特性和工艺性进行了分析,针对这类特殊工艺,指出了现有压力机的不足之处,然后提出一种新构型压力机。从新构型压力机的结构入手,阐述了工作原理,建立了传动系统数学模型,对传动系统进行了运动学分析,得出了传动系统中各构件输入输出的关系,以及各构件之间的运动特性。此外,对构件进行了动态静力学分析,动力学分析,根据达朗贝原理,列出了各构件的力和力矩平衡方程,最后得出了各构件铰链处的受力线性方程组。通过等效构件模型法,对传动系统的各个构件进行了动力学分析,建立了传动系统构件的等效力学模型,并求解了等效力学模型运动方程,得出了φ-ω和t-ω的关系式。设定了传动系统各构件具体的杆长参数和运动参数,应用ADAMS软件对其传动系统进行了运动仿真分析,验证了传动系统输入与输出的关系,并进行了误差分析。给出了各构件摆动角度及角速度的仿真曲线。用Matlab对工艺行程路线进行图形学分析,同时应用SolidWorks建立该构型的虚拟样机三维模型,并利用ADAMS软件对虚拟样机模型进行了仿真分析,获得了冲压工艺能力曲线,滑块行程行程曲线、速度曲线、加速度曲线。应用Automation Studio液压仿真软件对液压传动系统进行了仿真分析,并对液压元件进行了选型。创建了液压系统的拓扑结构模型,建立了各子系统的数学模型。根据液压控制回路以及工艺动作路线,确定了液压系统的PLC控制方案。应用ANSYS软件对机身体进行了有限元分析,计算出机身的角变形及其最大应力。基于本文的研究工作,该行程可控压力机的物理样机已经研制成功。根据物理样机测试结果,并结合行程可控压力机的特点,给出了该类机床的优缺点以及工艺适用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出背景及研究意义
• 1.2 目前压力机床的发展趋势及市场需求分析
• 1.2.1 机械压力机
• 1.2.2 液压机
• 1.2.3 伺服压力机
• 1.3 国内锻压机械发展现状及冲压工艺在汽车制造业中的应用
• 1.3.1 国内大型锻压机械的发展状况
• 1.3.2 国内大型冲压生产线的发展状况
• 1.3.3 冲压工艺在汽车制造业中的应用现状
• 1.4 本论文主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 现有压力机传动系统特性及工艺性
• 2.1 机械式压力机传动系统介绍
• 2.2 现有机械压力机典型输出特性分析
• 2.3 现有机械式压力机运动学及特点分析
• 2.3.1 曲柄滑块压力机
• 2.3.2 六杆机构的机械压力机-肘杆压力机
• 2.3.3 八杆机构的机械压力机
• 2.3.4 十杆机构的机械压力机
• 2.4 压力机工作区域速度变化的实现方法
• 2.4.1 主驱动电机调速
• 2.4.2 机械变速
• 2.5 液压压力机工作原理及冲压工艺分析
• 2.5.1 液压机基本结构及工作原理介绍
• 2.5.2 液压机的特点
• 2.6 本章小结
• 第三章 行程可控压力机结构特性分析及构型研究
• 3.1 行程可控压力机构型的提出
• 3.2 传动系统运动学分析
• 3.2.1 传动系统参数化结构模型的建立
• 3.2.2 传动系统运动特性分析
• 3.3 传动系统动态静力学分析
• 3.3.1 动力学模型的建立
• 3.3.2 传动系统各构件受力分析
• 3.4 传动系统动力学分析
• 3.4.1 传动系统等效力学模型
• 3.4.2 传动系统运动方程求解
• 3.5 传动系统机构仿真分析
• 3.5.1 系统输入输出特性分析
• 3.5.2 系统角度、角速度仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 行程可控压力机虚拟样机分析
• 4.1 虚拟样机技术
• 4.2 ADAMS及ANSYS软件概述
• 4.2.1 ADAMS
• 4.2.2 ANSYS
• 4.3 行程可控压力机三维实体模型设计及传动系统分析
• 4.3.1 三维实体模型设计
• 4.3.2 传动系统分析
• 4.4 虚拟样机仿真分析
• 4.4.1 多杆传动系的ADAMS仿真模型构建
• 4.4.2 多杆传动系仿真分析
• 4.5 机身有限元分析
• 4.5.1 ANSYS有限元分析步骤
• 4.5.2 机身介绍与有限元模型创建
• 4.5.3 机身网格划分与边界条件加载
• 4.5.4 机身有限元计算结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 液压系统与PLC控制设计
• 5.1 机床冲压工艺分析
• 5.1.1 冲压工艺过程
• 5.1.2 冲压工艺动作曲线
• 5.2 液压油路系统设计及分析
• 5.2.1 液压系统设计
• 5.2.2 液压系统回路分析及参数确定
• 5.3 液压系统数学模型建立与分析
• 5.3.1 液压系统“灰箱”建模法介绍
• 5.3.2 液压子系统数学模型建立
• 5.3.3 液压系统拓扑结构图
• 5.4 液压系统的PLC设计
• 5.4.1 PLC可控编程器硬件与工作原理
• 5.4.2 新构型压力机液压系统PLC控制设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 研究成果与展望
• 6.1 本文取得的成果
• 6.1.1 主要研究成果
• 6.1.2 主要创新点及技术关键
• 6.1.3 机床实现的标准类型及标准名称
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及专利情况