双点伺服压力机传动机构设计及仿真分析

发布时间：2017-10-28 17:14

  本文关键词：双点伺服压力机传动机构设计及仿真分析

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【摘要】：在产品生产形式向多品种小批量生产转变的市场背景下,作为传统工业制造产业链中的基础加工装备,以机械压力机为典型代表的冲压设备及其刚性加工生产线已经难以满足现代工业对设备加工柔性,加工精度,加工质量等方面提出的要求。相关制造领域亟需可控性强,自动化程度高,工艺适应性好的智能冲压设备。采用大功率交流伺服电机驱动的伺服压力机作为新一代冲压设备,继承了传统机械压力机机械传动的优点,满足了相关行业日趋多变的生产要求,极大地改善了设备的加工柔性和工艺适应性,提高了产品的加工精度和加工质量,在相关领域得到了极大的推广和应用。本文基于5000KN伺服压力机设计开发的需要,从仿真驱动优化设计的角度出发,着重研究了伺服压力机无飞轮传动系统的优化设计问题。在此基础之上,提出了5000KN双点伺服压力机主传动机构结构设计方案,并围绕方案虚拟样机模型,结合伺服压力机不同的加工模式及加工特点,对方案整机动态性能进行了系统的研究。本文主要的研究内容如下:第一,对一种复合型增力传动机构的运动学和动力学特性进行了系统的分析,并建立了机构的数学解析模型。研究结果表明,相比传统曲柄滑块机构,该复合型增力传动机构能够显著降低大吨位伺服压力机传动系统对于驱动电机输出扭矩的要求,同时加工行程内滑块速度波动较小,有利于提高加工工件的成形质量。第二,建立了上述复合型增力传动系统的参数化仿真模型,探讨了不同结构参数组合对于系统输出性能的影响,并结合实际设计要求,最终给出了满足设计要求的结构参数组合方案,并借助三维CAD软件对传动系统部件进行了设计和装配,相比传统伺服压力机设计方案,所设计的伺服压力机结构及整体受力布局更为合理,压力机承载及抗偏载能力得到加强。第三,利用有限元分析软件ANSYS对双点伺服压力机重要承载部件进行了强度分析和校核,并借助ANSYS Design Xplorer优化功能模块对双点伺服压力机重要部件的几何特征参数进行了进一步的优化,在保证结构刚度、强度满足要求的前提下,进一步节约设备生产成本。第四,利用多体动力学软件ADAMS建立了双点伺服压力机的虚拟样机模型,对伺服压力机不同工作模式下伺服电机的速度及扭矩控制参数进行了反求,为伺服控制系统控制参数的选取提供了理论参考依据。
【关键词】：伺服压力机 传动系统 运动学 结构优化 虚拟样机
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG385
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13-16
• 1.2 机械压力机发展概况16-18
• 1.2.1 曲柄压力机发展概况16-17
• 1.2.2 多连杆压力机发展概况17-18
• 1.3 伺服压力机国内外发展概况及研究动态18-21
• 1.4 本论文的研究内容和研究方法21-22
• 1.4.1 课题来源21
• 1.4.2 本论文的研究内容和研究方法21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 复合型增力传动机构23-32
• 2.1 机械压力机传动系统23-24
• 2.2 机械压力机多连杆传动机构24-29
• 2.2.1 多连杆机构特点24-25
• 2.2.2 曲柄滑块机构运动特性分析25-26
• 2.2.3 双曲柄机构运动特性分析26-29
• 2.3 复合型增力传动机构运动特性分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 复合型增力传动机构仿真优化32-57
• 3.1 伺服压力机传动系统设计要求32
• 3.2 基于ADAMS的复合型增力传动机构仿真分析32-45
• 3.2.1 复合型增力传动机构参数化仿真模型的建立33-34
• 3.2.2 基于ADAMS的机构优化设计分析34-45
• 3.3 基于ISIGHT的复合型增力传动机构仿真优化设计45-56
• 3.3.1 计算机辅助设计优化技术45-46
• 3.3.2 Isight集成ADAMS仿真优化流程46
• 3.3.3 基于Isight的复合型增力传动机构优化设计46-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 伺服压力机传动机构部件设计57-73
• 4.1 伺服压力机传动机构设计流程57-58
• 4.2 传动系统布局方案及功能实现58-59
• 4.3 传动系统构件设计59-65
• 4.3.1 压力机曲轴设计计算59-61
• 4.3.2 压力机曲轴传统理论强度计算61-62
• 4.3.3 压力机曲轴有限元强度计算62-65
• 4.4 5000KN伺服压力机构件优化设计65-70
• 4.4.1 结构优化设计65-66
• 4.4.2 基于ANSYS DesignXplorer模块的压力机曲轴优化设计66-70
• 4.5 5000KN伺服压力机最终设计方案70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 基于虚拟样机技术的伺服压力机仿真分析73-89
• 5.1 多体动力学发展概述73-74
• 5.2 伺服压力机虚拟样机建立74-76
• 5.3 伺服压力机虚拟样机负载定义及仿真结果分析76-84
• 5.3.1 伺服压力机负载参数定义76-79
• 5.3.2 ADAMS负载参数定义79-82
• 5.3.3 伺服压力机构件承载情况分析82-84
• 5.4 伺服压力机运动参数的逆向求解84-88
• 5.4.1 伺服压力机加工工艺曲线概述84-85
• 5.4.2 伺服压力机的高效加工模式85-86
• 5.4.3 基于ADAMS的伺服压力机运动控制参数反求86-88
• 5.5 本章小节88-89
• 第六章 总结和展望89-91
• 6.1 全文总结89
• 6.2 今后工作展望89-91
• 参考文献91-94
• 致谢94-95
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文95

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