《毕业设计（论文）ADAMS混合驱动七杆压力机及其虚拟样机.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）ADAMS混合驱动七杆压力机及其虚拟样机.doc（39页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、摘要混合驱动可控压力机研究是目前关于压力机改进的研究问题之一。它是由大功率的常速电机和小功率的伺服电机作为驱动器，通过一个两自由度机构合成后实现可编程的输出运动，从而满足不同产品和不同材料加工工艺的要求。其中常速电机为系统提供主要的功率和运动，而伺服电动机则只起到调节作用。这使得混合驱动可控压力机既有传统机械式压力机的高速、高效、高负载等优点，又有可控性、精确性等优点。从分析其它种类机械式压力机的不足之处入手，对混合驱动理论的可行性进行论证。并考虑到压力机的典型运动规律，选择了多杆机构中的混合驱动七杆压力机(I)的运动方案。鉴于虚拟样机技术的优越性，首先在软件ADAMS软件的帮助下，建立混合驱
2、动压力机的三维虚拟样机模型，其中包括：对于混合驱动精压机的基础理论研究，主要是对混合驱动压力机系统进行动态静力分析，研究两电机的受力情况。建立混合驱动可控压力机的运动学分析模型。再根据压力机加工工艺的特点，采用运动学优化的方法，分别对混合驱动压力机的结构参数和伺服电机的运动规律进行了优化设计，得出滑块运动规律曲线。 关键词： 压力机, 混合驱动七杆机构, 运动学分析, 动力学分析, ADAMS,SOLIDWORKSAbstractHybrid-driven controllable mechanical press is one of the problems in the researchf
3、ield of mechanical press improvement.It is combine the motion of a largeconstant velocity motor with a small servomotor via a two degree of freedom mechanism.In this machine,the constant speed motor provides the main powerand motion required,while servomotor acts as a motion modulation device.Theref
4、ore,the hybrid-driven controllable mechanical pres can supplies programmable motion output to meet requirements of different products different materials.So this kinds of mechanical press not only has advantages of classical mechanical(I) press for its high speed,high precision and high load,but als
5、o iscon trollable and has great flexibility. Considered the typical kinetic rules of mechanical press,the motion design of the hybrid-driven mechanical press suitable for deep drawing is selected.Because of the superiority of the virtual prototype technique,the three-dimensional full-scale mockup of
6、 this mechanical press is set up,including the part and assembly,with the help of software Pro/E.The kinematical model of the hybrid-driven controllable press is set up.Then the forward and inverse kinematics of this mechanical press is analyzed by using loop vector method.Kinematical simulation ana
7、lysis is also worked out by software Pro/E.On the basis of the kinematical analysis,the equations of two cranks balance moment are studied considering the inertia of links.Keywords: Mechanical press, Hybrid-driven seven-mechanism,Kinematics analysis,Dynamic analysis, ADAMS;,SOLIDWORKS目录摘要IAbstractII
8、第一章 绪论11. 1机械压力机简介11.2机械压力机的分类11.3曲柄压力机的工作原理11.4曲柄压力机的发展现状21.5各种常见压力机的对比分析21.5.1 多杆压力机21.5.2液压压力机31.5.3全伺服驱动压力机31.5.4混合驱动多杆压力机51.6混合驱动模式的可行性分析61.6.1混合驱动可控压力机的调速特点分析71.7混合驱动可控压力机机构形式的选择71.7.1 五杆机构的分析81.7.2 六杆机构分析91.7.3 七杆机构分析101.8 本课题研究的内容概述111.9 本课题研究的目的和意义11第二章 主传动系统运动学分析132.1 冲压时间的分配132.2 滑块位移与杆件角
9、度的关系分析14第三章 虚拟样机技术及其发展173.1 虚拟样机技术的定义173.2 虚拟样机技术的研究范围173.3 ADAMS动态仿真软件简介173.4 ADAMS仿真分析基本步骤193.4.1 定义系统驱动与约束19第四章 基于ADAMS的混合驱动七杆压力机虚拟样机建模214.1 混合驱动七杆压力机的虚拟样机建模214.2 混合驱动七杆压力机的运动学分析244.3 混合驱动七杆压力机的参数化建模274.4 混合驱动七杆压力机的优化设计28第五章 基于SOLIDWORKS混合驱动七杆压力机实体造型295.1 SOLIDWORKS简介295.2 混合驱动七杆压力机的实体造型305.3 将三维
10、实体造型导入ADAMS32第六章 结论与展望33参考文献34致 谢35第一章 绪论1. 1机械压力机简介冲压是指在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。在冲压零件的生产中，合理的冲压成型工艺、先进的模具和高效的冲压设备是必不可少的三要素，其中机械压力机代表着冲压工艺的普遍水平，具有生产率高、材料利用率高、零件精度高、复杂程度高、一致性高等突出优点，因此在批量生产中得到广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防及民用工业生产中必不可少的加工方法。1.2机械压力机的分类冲压加工离不开冲压设备，冲压设备属锻压机械，常见
11、的冷冲压设备有机械压力机和液压机。在锻压机械中，机械压力机的应用越来越广泛，其应用比重可占到锻压机械的50%以上。机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式:按滑块个数可分为单动和双动:按床身结构形式可分为开式(C型床身)和闭式(II型床身):按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。1.3曲柄压力机的工作原理曲柄压力机利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分，它的特点是生产率高，适用于各类
12、冲压加工。1.4曲柄压力机的发展现状目前，我国机械行业中广泛使用的通用机械压力机，普遍采用四杆的曲柄连杆滑块机构，如下图1-1所示： 图1-1 四杆曲柄连杆滑块机构示意图随着人们在长期的使用过程中，特别是当零件要求高精度和小批量多型号的生产过程中，发现若采用上图中传统的曲柄连杆机构，产品的合格率低，造成的废品较多。其工作时冲击振动噪声大，模具寿命低，工艺适应范围窄。因此，立足于通用机械压力机现有结构，继传统的曲柄连杆压力机之后又出现了多杆压力机、液压压力机和全伺服驱动压力机的开发，它们改进了传统的曲柄连杆压力机在性能方面的不足之处。1.5各种常见压力机的对比分析1.5.1 多杆压力机多连杆机械
13、压力机是一种以多连杆机构为传动形式的新型压力机。目前已为国内外制造厂普遍采用。其机械部分的运动原理是：四连杆机构连杆上任意点的运动规律具有多样性，因而将二件组(连杆与滑块)与连杆上某点相连(一般与曲柄端连杆的外伸部分连接)，组成六杆甚至更多杆件的机构，这种压力机经参数的合理选择可使滑块得到冲压加工所需的运动特性与受载特性。通过对多杆压力机的研究，多杆机构有一下优点：（1）多连杆压力机滑块具有明显的急回运动特性。也就是说，工作行程中可以为机械手提供充分的操作时间，以实现自动化生产。（2）多杆压力机在工作区间，滑块速度平稳，利于材料变形。（3）多杆压力机在工作区间，扭矩大。在 90 度至 180
14、度范围，多连杆压力机出现较高扭矩，有利于厚板的深冲、深拉，同时这种特性允许缓冲垫提高能力，以满足反拉伸所需的压边力。多杆压力机的问世，从一定程度上改善了传统的曲柄连杆压力机的很多不足之处。然而，多杆压力机的结构复杂，它要求的制造精度和装配精度很高。并且一旦它的结构确定下来，滑块的输出加工曲线也就定了下来。因此，它并不能满足“柔性”制造的目的，只能从一定程度上改善压力机的性能。1.5.2液压压力机液压压力机也是继传统的曲柄连杆压力机之后产生的。这类压力机可控性很好，但是它却存在着两个缺陷：速度低，能耗大。这些问题导致在开发与应用液压压力机的道路上，受到的很大的阻挠。目前应用并不广泛。1.5.3全
15、伺服驱动压力机全伺服驱动压力机是完全以一台伺服作为驱动，原理如图所示：图1-2（a）图1-2（b）近年来，伺服电机制造和控制技术发展迅速，性能大大提高。功率从 30W 到5KW，转矩从 0.3N.m 到 72N.m 的伺服电机制造技术已经非常成熟，均有商业化产品。国外的全伺服驱动压力机的研究和应用已经走在了较前的位置。成熟的产品已经开发出来。例如日本松下 MDM 系列中惯量伺服电机的最大功率为 5KW, 扭矩为 72N.m。美国俄亥俄州大学机械制造工程中心通过机构的参数优化设计、载荷和扭矩分析， 制造了 30T 双动式机械压力机。同时伺服电机的控制也大量采用新技术，控制方式更加灵活、有效、精确
16、，软硬件技术的进步促使伺服电机的控制向数字化控制转变，基于模糊推理的交流伺服自适应控制集参数自动识别、模糊推理、特征量辩识等技术为一体，使伺服系统的控制向智能化方向发展。全伺服驱动压力机有一下诸多特点：（1） 由于伺服电机的角速度可调，因而可以根据被加工材料的性能，调节冲锤的速度，以满足加工工艺的要求；（2） 通过调节伺服电机的初始相位角，可以改变压力机的下死点位置，因而可以改变装模高度，缩短了调整装模高度的准备时间，提高了生产率；（3）滑块的速度和每分钟的工作次数也可以根据工件的加工性质进行调整，以满足低速锻冲的工作要求。同时可以抑制振动和噪声，实现对滑块的位置的精确控制。（4） 由于冲锤的
17、运动速度具有闭环控制，因此对冲头下死点的设定可以达到m 级，提高了冲压件的成形精度；（5） 由于伺服电机驱动小型机械压力机，只是改变了原动机，而没有改变压力机的机构的型式，因而对现有的压力机进行改进，费用较低；（6） 由于受到伺服电机功率小的限制，因此目前伺服电机只能用于驱动用于薄板加工的压力机上。由于目前伺服电动机价格昂贵，功率较小，虽然通过多杆机构等传动机构可以实现一定的增力作用，但是由于没有飞轮，不能像普通机械压力机那样进行能量积蓄。因此目前的交流伺服电动机驱动的机械压力机吨位都较小。为了满足实际需要，大吨位的交流伺服电动机驱动型机械压力机的研究日益开展。遗憾的是，国内目前市场上所能买到
18、的伺服电机的功率只限于小型的伺服电机。于是，受到伺服电机功率的制约，这种全伺服驱动的压力机在国内只是在小吨位的压力机床中得以应用。1.5.4混合驱动多杆压力机从传统机械压力机的发展历史来看，采用了各种方法想改变压力机的速度特性曲线，比如主驱动电机调速和采用离合器等措施，但一旦压力机的结构和尺寸参数确定之后，滑块的输出运动规律也就随之确定，因而不具有柔性。为了更好地控制压力机的速度特性曲线，伺服电机被引入到常规压力机的驱动系统中来。混合驱动理论也是在这样的背景下发展而来的。混合驱动可控压力机是由常速电机和伺服电机共同驱动的，是一个二自由度系统。其中常速电机提供了系统的主要功率，而伺服电机只起到调
19、节的作用。下图即是混合驱动可控压力机的原理图：图1-3 混合驱动可控压力机的原理图1.6混合驱动模式的可行性分析对混合驱动可控压力机机构可动性的研究是研究混合驱动可控机构运动学和动力学的前提和基础。为了保证加工质量，压力机在工作阶段应该具有低速冲压特性；为了提高生产效率，压力机应具有急回特性，也就是说应该尽量缩短滑块向上回程的时间。总之，从压力机的运动学特性来看，它具有一定的可操作性，适应不同冲压工艺、不同材质和板材厚度对变形速度的要求。由伺服电机与常速电机混合驱动相结合而成的可控压力机，其结构形式与普通压力机截然不同。它是由常速电机和伺服电机的输入通过一个二自由度机构合成之后驱动滑块往复运动
20、的。这样，不仅可以改善输出动力特性，而且能够改变滑块的运动规律，以满足不同冲压工艺的要求1.6.1混合驱动可控压力机的调速特点分析这种系统结合了传统机械系统和全伺服机电系统的优点，能实现输出运动柔性，并具有承载能力高、运行速度快和成本低的特点，能很好满足当今生产多品种、小批量、低成本发展的需求。混合驱动可控压力机除具有伺服电机驱动压力机的优点外，还具有以下特点：（1） 改变伺服电机的运动规律，不仅能调节冲锤的速度，而且可实现不同的位移和速度曲线，即可实现冲锤的多组输出运动规律。（2） 通过优化设计伺服电机的运动规律，在不改变常速电机速度和工作行程次数的情况下，能有效地调节冲锤工作段的速度特性，
21、因而能提高压力机的工作效率，这点优越性是相对于液压伺服压力机而言的。（3） 可简化冲压机床的结构：当采用混合驱动可控机构时，由于伺服电机的运动可控性，实现相同的输出运动时，不必采用八杆和十杆机构来降低滑块（冲锤）的速度，因而可简化冲压机床的结构。从以上分析的各种调速方法可以看到，利用混合驱动模式对压力机进行调速可以避开传统的主驱动电机调速、机械变速调速、纯伺服调速的一些缺陷。达到我们对压力机的输出加工曲线的可控性的目的。1.7混合驱动可控压力机机构形式的选择混合驱动机构从结构上属于一种二自由度机构。从这一基本点出发，混合驱动可控机构的运动合成机构可以有多种形式，下图列出了一些机构的形式。图1-
22、4 混合驱动多杆机构的参考形式本论文以混合驱动七杆机构为研究对象。之所以选择该机构，要通过比较来说明。需要明确的是，随着杆件的增加，压力机的可控性就越复杂，运动轨迹也越复杂，就越能完成复杂的加工过程。但也将会给研究带来诸多麻烦。1.7.1 五杆机构的分析二自由度平面五杆机构作为研究混合驱动机构的基础已日益受到国内外学者的重视。它从结构上保留了现有的压力机的特点，并在充分利用了现有压力机机构的优点的同时还考虑到机构的调节能力。因此，由此机构从一定程度上能够很好的满足机构的运动学要求。在混合驱动五杆机构的基础上确立了一种可控压力机的机构（如图所示）。图1-5 一种五杆机构但是，随着对混合驱动五杆机
23、构研究的深入，发现这种五杆机构对构件的尺寸要求极为严格，才能保证曲柄存在的条件。而且，这种五杆机构在动力学性能方面表现得也非常差。严格的条件大大的减小了五杆机构中各杆尺寸的取值空间，使五杆机构在优化设计时很难得到理想的运动轨迹。这在一定程度上必将限制五杆机构在实际中的应用。因此，后来又有人提出了混合驱动六杆机构。1.7.2 六杆机构分析与混合驱动五杆机构相比，六杆机构结构更为复杂，它在原混合驱动五杆机构的基础上引入了调节杆L2，这使得六杆机构的运动输出特性比原混合驱动五杆机构更好，其可以在不增加伺服电机负担的情况下，通过调节机构的机械可调部分满足不同的运动学要求。虽然具有这么多的优势，目前对这
24、种六杆机构的开发应用还很少。下图为一种六杆机构的简图：图1-6 一种六杆机构1.7.3 七杆机构分析在对国内外关于混合驱动可控机构的研究现状研究分析的基础上，本文选择了新型的2 自由度混合驱动可控七杆机构这一方向来研究。下图为混合驱动七杆机构的原理图：图 1-7 一种七杆机构这种机构结构简单、柔性大，尺寸型号和输入运动变化大，为机构动力学性能优化提供较大的空间。1.8 本课题研究的内容概述本文主要研究内容是对混合驱动七杆机构的可动性、运动学、动力学等问题进行深入的分析研究；并在此基础上对机构的各类特性进行计算机仿真，最后研究机构参数变化对机构运动输出的影响，从而可为优化综合、应用研究提供理论依
25、据。具体内容如下： 1、研究对象的确立本文主要研究对象为混合驱动七杆机构，通过对混合驱动七杆机构型的分析与综合得出能够实现混合驱动要求的构型，在此基础上对七杆机构进行参数化建模，进行优化分析。2、对混合驱动七杆机构各类特性的分析与仿真本部分内容将对七杆机构进行可动性研究、运动学分析。在理论分析的基础上选择了一组满足可动性条件的数据，3、首先利用ADAMAS虚拟样机仿真分析建立其工作机构中曲柄滑块机构的三维样机模型，根据提高压力机性能的要求，建立双曲柄七杆的虚拟样机模型。再对样机进行运动学分析，动力学分析。生成运动曲线，对效果进行分析。再应用Solidworks 软件进行三维建模与装配1.9 本
26、课题研究的目的和意义 机械压力机是机械制造业中广泛使用的冲压设备，量多面广，仅我国就有几十万台。传统的机械压力机多数采用曲柄连杆滑块机构，将曲轴的旋转运动转化为滑块的直线运动，实现压力加工。随着现代工业生产要求的提高，对机械压力机的运动性能提出了更高的要求，用多连杆机构替用一般曲柄滑块机构己成为当前压力机结构发展的趋势。 本文研究了应用计算机仿真技术，对机械压力机的工作机构进行运动学分析的方法。运用数学方法和虚拟样机技术，建立多种传动方案的数学模型和三维物理样机模型，分别进行运动学仿真分析。通过对多种传动方案的仿真结果的比较和分析，找出既能提高现有压力机，又便于对现有压力机进行升级改造的方案。
27、第二章 主传动系统运动学分析机构运动分析是机械设计中必不可少的内容。所谓机构运动分析，就是在已经知道元运动规律条件下，分析各个构件的位移、速度和加速度等。有了这些运动参数，才能分析评价该机构工作性能，同时也是结构优化的依据。机构运动分析有图解法和解析法两种。本论文将以图解法为主，辅以解析法来对混合驱动七杆机构进行分析。2.1 冲压时间的分配1）整个冲压周期 T=2s2）工作周期t=1/5T=0.4s满足上述条件的话，需要自出头接触工件时杆L1与垂直方向的夹角为36度。同时为了保证冲头的匀速运动，杆L6在此0.4秒内静止不动，而在接下来的1.6秒内完成往复摆动一次。杆L1则保持匀速转动。杆L1和
28、L6的运动通过运动函数的设置来保证。杆L1的运动函数为:180d*time ; 杆L6的运动函数为：step(time,0,0,0.4,0)+step(time,0.4,0,1.2,120)+step(time,1.2,0,2,-120)；step函数既可以用作设计函数也可以用作运行函数当用作设计函数时候，其格式为step（A，x0,h0,x1,h1）,它表示从x0时的h0值，跳跃到x1时的h1值，也就是通常说的跳跃函数，中间用Arry进行插值。当用作运行函数时，其格式为step(x,begin,initial value,end,final value),它用一个三次多项式构造一个阶跃函数，
29、其中x是独立变量，（bigin,initial value）决定起始值，（end,final value）决定终点值。 2.2 滑块位移与杆件角度的关系分析下图为混合驱动七杆机构的原理图：图2-1 混合驱动七杆机构压力机原理图其中各杆长度如下：L1=180mm L2=950mm L3=680mmL5=1360mm L6=270mm AF=700mm另外，和作为变量。滑块的最大工作行程将由这两个角确定。当t在0到0.4秒内是冲压过程。这时L6静止不动，机构为六杆机构。如图2-2所示：图2-2 简化后的六杆机构通过图解法来分析杆L3和L5的角度与滑块形成的关系，形象而易于操作，并且比解析法较直观。
30、图2-3即为机构冲压过程滑块由接触工件到达最大位移的过程。图2-3 机构运动图解现要求工作行程为10mm，则可得以下公式： CG+BG=L2 由和可求得： 由公式：可得到DG与的关系。由于AD与AM已知，DM可由DG表示。用作图法，E点的位置将由作图来确定。第三章 虚拟样机技术及其发展3.1 虚拟样机技术的定义 虚拟样机技术是一种基于智能设计技术、并行工程、防治工程及网络技术的先进制造技术，它以计算机仿真和建模技术为支持，利用虚拟样机，在产品实际加工之前对产品的性能、行为、功能和产品的可制造性进行预测，从而对设计方案进行评估和优化，以达到产品生产的最优目标。3.2 虚拟样机技术的研究范围 虚拟
31、样机技术的研究对象是机械系统，在这里，机械系统可以视为是由多个相互连接、彼此能够相对运动的构件的组合。在机械系统设计中有3种性质不同的分析：(1)机械系统的静力学分析；(2)机械系统的运动学分析；(3)机械系统的动力学分析；3.3 ADAMS动态仿真软件简介 基于多体动力学的机械系统仿真软件ADAMS (Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems)是世界上最具权威性的、使用范围最广动力学分析软件。使用该软件，可建立包括机一电一液在内的数字化样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计到产品方案修改优化直至故障诊断等仿真分析结果，从
32、而达到缩短产品开发周期、降低开发成本、提高产品质量、提高竞争力的目的。与其它软件比较，ADAMS软件具有如下特点： (1) 提供了多个通用求解器 ADAMS软件针对不同仿真目的和模型，提供了不同的求解器，包括运动学求解器(Kinematics Solver)、动力学求解器(Dynamic Solver)。此外，ADAMS软件还提供了静力学求解器(Static Solver)、准静力学求解器(Equilibrium)、振动分析求解器(Vibration)，以及线性模态分析求解器(Linear)等。 (2) 提供了丰富的样本库和专用模块 在ADAMS软件中，使用软件本身提供的部件库与布尔运算器，可
33、建立各种零部件模型。零件模型建立之后，可通过联接件库、运动发生器以及广义力和力矩施加约束，建立多体系统的分析模型。此外，ADAMS软件还提供了各种动力学分析专用模块，如为汽车动力学分析而开发的ADAMS/CAR模块，为发动机动力学分析而提供的ADAMSBNGINE模块、为铁路车辆动力学分析而开发的ADAMS/RAIL模块等。另外，还向用户提供了二次开发工具，以实现用户的一些特殊要求。(3) 开放的软件集成环境对于几何形状复杂的零部件，可以利用CAD/CAM软件进行建模，然后利用所提供的图形接口，调入所建模型，同时也调入模型的质量特性和坐标特性，为建立高精度的动力学模型提供了丰富的建模工具。此外
34、，ADAMS还提供了与MATLAB,EASYS等软件的接口。(4)提供功能齐全的工程分析与优化设计功能通过ADAMS软件的参数化设计和优化设计功能可以计算模型在不同参数情况下的动态响应，分析比较各参数的变化对整个系统工作性能的影响，然后提出修改意见，减少设计时间与设计成本。(5)提供了实体动画功能与运动干涉检查在设计验证阶段，由ADAMS/Animation模块提供的动画显示功能，可直观地检查模型的设计结果，并具有自动干涉检查功能，对复杂机械系统设计中容易出现的机构运动干涉进行检查。3. 4 ADAMS仿真分析基本步骤 使用ADAMS软件创建和测试模型，一般遵循:建立系统模型一测试模型验证模型
35、一细化模型一重复模型分析一优化设计一定制界面这七个基本步骤。图 为利用ADAMS软件进行虚拟样机仿真分析的步骤图示。图3-1 adams仿真分析流程图3.4.1 定义系统驱动与约束为了能够准确的反映系统实际工作条件，必须在所建模型上加上与实际工作状态一样的驱动与约束。具体定义如下:1)定义约束副:系统中的杆件与杆件、杆件与机体之间是由圆柱铰链副进行约束;滑块和过渡杆分别施加水平和垂直约束，以限定在系统中的特定运动。2)定义驱动:根据受力分析来定义电机的驱动。3)定义摩擦:系统各铰链副中作用有摩擦力，其大小与运动副间的法向力(N)和摩擦系数成正比，即F=uN，根据所用材料取u 4)定义冲压力:冲
36、压力是一个复杂的瞬时变量，在冲压过程中随着零件的尺寸、材料的机械性能和材料厚度的变化而变化。根据相应公式，可以算出冲裁力与板厚的关系，并将其转化为冲裁力与时间的关系。在adams系统中，通过定义离散数据并由函数可以获得模拟的冲裁力曲线。第四章 基于ADAMS的混合驱动七杆压力机虚拟样机建模以下是在adams环境下对前文中确定的混合驱动七杆机构的虚拟建模。这个过程大致经历了简化模型的建立、添加约束及动力、可动性分析、运动函数化 、对主要杆件及其关节的运动学分析、杆件的参数化、优化设计等阶段。4.1 混合驱动七杆压力机的虚拟样机建模以下是基于adams的建模过程：打开ADAMS软件，设置栅格及坐标
37、。软件具有强大的造型功能，使用方便。首先依坐标确定各个杆件的位置，连接即可，杆件可随即生成。杆件的长度和宽度可设定，也可取默认状态。下图为七杆压力机的简化模型：图4-1 七杆压力机的简化模型模型建好后，接着要给每个节点建立约束，如杆件和地面之间有转动副，两个杆件之间要有转动副，滑块和地面之间还要有移动副。然后是给杆件添加驱动。这样，杆件可以运动起来。图4-2为添加约束和动力后的情况。图4-2 添加约束和动力ADAMS的另一个强大的功能是虚拟仿真。可以让组建的机构按照约束条件运动起来。以此来模拟实物的运动，直观性很强。另外，ADAMS中包含有大量的运动函数，通过对电机运动函数的设定，可以让电机做
38、出特定的驱动，尤其是在对伺服电机的模拟，能够达到逼真的效果。图4-3至4-5为添加驱动并仿真的过程。图4-3可动性仿真图4-4添加运动函数图4-5为伺服电动机添加函数4.2 混合驱动七杆压力机的运动学分析利用ADAMS建立机械系统仿真模型时，可以对各个杆件以及节点进行运动学求解，并可以生成直观性很强的曲线图。ADAMS是利用牛顿拉夫森迭代方法求解的。通过对关键构件的位移、速度、加速度分析，以及对动力杆件的受力分析，可以了解机构的运动情况，为最终的设计提供参数。图4-6到4-8依次为冲头的位移曲线、速度曲线和加速度曲线：图4-6 滑块的位移曲线图4-7滑块的速度曲线图4-8滑块的加速度曲线与常规
39、压力机（四杆机构）冲头的运动曲线相比较，七杆机构中冲头工作区间所占比例明显增多，冲压过程能够保持一定的匀速运动。只是通过速度曲线和加速度曲线可以发现，七杆机构并不稳定，曲线波动过大。这也是将要解决的难题。以下是对动力杆的受力分析。其中关节B和关节E分别是对常规动力电机和伺服电机的受力分析。可以发现，图4-9中受力最大值为3250N，明显大于图4-10中的350N，与设计目标相符合。只需要较小功率的伺服电机就可以达到目的了。图4-9 关节B的受力曲线图4-10 关节E的受力曲线图4-11是冲头的受力分析曲线。模型中冲头的定义阻力为2700N，冲压间隔0.4秒，其余时间内受力为0N。图4-11 关
40、节D的受力曲线4.3 混合驱动七杆压力机的参数化建模ADAMS软件提供了强大的参数话建模功能。根据分析需要，在建模时确定相关的关键变量，并将这些关键变量设置为设计变量。在分析时，只需要改变这些变量的大小，虚拟样机就可以自动更新。图4-12是参数化建模的效果图。图中将杆件的顶点设为变量，这样，通过改变各个点的位置，就可以改变杆件的长度和位置，非常方便。而且，各个杆件的长度都有一定的变化范围。经过接下来的优化分析，可以在该范围内取得最佳值。图4-12 (a)图4-12 (b) 4.4 混合驱动七杆压力机的优化设计优化分析是adams提供的一种高级参数化计算分析工具采用该工具可对压力机主传动系统进行
41、优化,在所设定的范围内通过分析程序自动地调整设计变量,求取主传动系统机构最佳的位置配置,在该位置扭矩曲线的峰值为“最小”。由于水平有限，该环节还有待学习和研究。能够将此功能应用到机构的设计中来，必将给设计工作带来巨大的便利，其前景异常乐观。第五章 基于SOLIDWORKS混合驱动七杆压力机实体造型5.1 SOLIDWORKS简介随着 PC 机 3D 设计软件在产品设计中的推广应用，机械产品的设计和开发向着 3D化方向发展。采用 3D 设计软件，如 SolidWorks，Pro/E，UG 等进行产品开发设计的主要优点在于，能够实时地评价零部件的结构工艺性、可装配性和可制造性等，推动了机械产品创新
42、设计的进步。特别是基于三维设计技术的三维样机和仿真技术的发展，为机械产品创新设计的自动化提供了一种理想的技术支撑平台。计算机处理图形图像的不断提高以及 Windows 操作系统的长足发展，三维 CAD 软件在逐步由工作站环境向计算机化、Windows 平台方向发展，尤其是最近几年，三维 CAD软件在计算机平台和 Windows 环境下得到了很大的进步。SolidWorks 作为 Windows 平台下的机械设计软件，完全溶入了 Windows 软件使用方便和操作简单的特点，其强大的设计功能可以满足大多数机械产品的设计需要。SolidWorks 是 CAD/CAE /CAM/PDM 桌面集成系统
43、，是美国 SolidWorks 公司于 1995 年 11月研制成功的。该软件可以最大限度地满足设计者的设计意图，操作简单，功能强大，容易上手，可以完成复杂的产品设计、高性能的大型装配、高级曲面造型和设计修改，显示动态装配关系，集设计、分析、加工和数据管理于一体，动态模拟装配过程，计算质量特征，如质心、惯性矩等，将二维绘图与三维造型技术融为一体，将三维实体图自动转换成二维平面图。此外它还具有较好的开发性接口和功能扩充性，可以把 AutoCAD中的图转到 SolidWorks 中，也能把 SolidWorks 中的图转到 AutoCAD 中，另外，还可以把SolidWorks中的三维图修改格式后
44、可以导入到adams中，进行动力学分析和运动学分析，是工程设计的一个好工具。由于 SolidWorks 有如此多的优点，本文将选用它作为三维建模的平台，来完成混合驱动七杆机构的三维建模。5.2 混合驱动七杆压力机的实体造型 七杆机构的物理特性确定后，依照尺寸，在solidworks环境下，一次经过草图绘制、拉伸、切除、扫描等过程，依据软件的强大功能完成零部件的造型。而同时该软件也提供了装配的功能，将各部件经过配合限制后，组装成一台机器。另外，还可以将组装成的装配体导入到adams中，通过修改材料属性和颜色，添加约束和动力，进行进一步的运动学分析。下面是依次的过程： 图5-1为 凸轮的造型，凸轮
45、由常规电机驱动。整个造型由拉伸而成，分两步，第一步先拉伸大圆盘，接着以大圆盘的一个圆面为基准面绘制小元，进一步拉伸而成。图5-1 凸轮造型图5-2 为连杆的造型。整个机构中共有三根连杆，长度不一但结构基本相同。绘制步骤分为拉绘制草图、拉伸、切除、镜像等步骤。图5-2 连杆造型图5-3为 滑块的造型。结构比较复杂，需要经过换面拉伸。即先以一个基准面拉伸立方体，接着以立方体的上表面为基准面拉伸出凸台。接着，以凸台的中心实在的面，即图中的基准面4，对称切除，形成开口槽。图5-3 滑块造型零件成型后，依据SOLIDWORKS的装配体功能，可以把零件组装到一起形成完整的造型。装配过程中应用到了导入、配合
46、、移动、旋转等功能。根据零件的位置和功能关系，可以实现模型的实体造型。图5-4 装配体造型5.3 将三维实体造型导入ADAMS如果需要进一步分析组装后的机构，还可以通过与ADAMS的连接，导入后可以进行各种分析，分析过程与上文类似。将在SOLIDWORKS中建立的构建导入ADAMS中有两种方法。第一种是先将各个构件在SOLIDWORKS中装配好，进行整体导入。这种方法的好处是结构严整，配合精度高。缺点是导入后的机构需要添加各种约束，如转动副、移动副、动力等。另一种导入的方法是将构件单独导入到ADAMS中，来替换原有的构建，这样做的好处是灵活性强，按需要来导入构件。而且导入的构件不需要在添加约束。缺点是比较麻烦。每次都要编辑导入部件的角度和位置，工作繁琐。导入后，需要给零件添加材料属性，质量属性，修改颜色等。这样，构件就具有了质量，更接近实物。之后可以在ADAMS 强大的仿真功能模块下进行运动学分析、动力学分析等。与前文中对模型进行的分析所得到的数据相比，将更加准确，更有参考价值。第六章 结论与展望本文从压
