连杆式冲床的动力特性研究
摘 要
本人设计的课题是:连杆式冲床的动力特性研究。冲床就是一台冲压式压力机。在国民生产中，冲压工艺由于比较传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。随着我国经济的迅猛发展，不仅汽车业对锻压设备的需求量加大，家电产业、计算机产业、化工产业、仪表仪器产业和建筑产业等对锻压设备的需要也日益加大，所以显而易见在我国的工业制造行业发展中，锻压设备占有不可忽视的地位。
当压力机的转速不同，工作环境不同，它的受力与运动规律也会不同，这就要求压力机的主传动机构必须为最优结构。锻压机械的动力学性能一直是设计过程中的一个难点，也是设计人员必须要解决的一个重点。多连杆机械式压力机的传动系统的结构比一般的压力机要复杂得多，因此对其进行动力学研究对于设计的成功性来说就显得尤为重要。
关键词：多连杆冲床:动力学：Adams
绪 论
1.1 论文的研究背景及意义
机械行业是国民产业中极其重要的基础行业[1]，是实现现代化的支柱行业，是技术、资源、资金、能源密集性企业，在我国的国民经济发展中占有极其重要的地位。随着现代科学技术的快速发展，机械行业正从以机器为特征的传统技术时代向着高速化、高精化和柔性化的信息时代发展，即利用当代高科技信息来装备传统的机械行业[2]。近些年来，全球经济和市场的一体化的发展，使制造商之间的竞争日益剧增，对市场反应能力的要求日益提高，因此生产加工业对信息化、柔性化技术及装备的要求愈来愈迫切和强烈。众所周知，采用现代锻压工艺生产工件具有效率高、质量好和成本低的优势，因此，许多先进工业的国家越来越多使用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。在工业生产中，锻压工业所占的比重越来越重，锻压机床的生产比例也愈来愈大。大型机械式压力机作为当今工业领域重要的不可或缺的生产装备，在机械、冶金、电子、家电、化工、汽车和航空等行业有着极其普遍的应用。其中汽车工业被视为衡量一个国家工业水平的重要标志之一，当今世界上的发达国家与新兴工业国家更将汽车业列为国民经济支柱产业[3]。汽车业的发展主导着锻压机械的发展，近年来随着市场的激烈竞争，使得汽车业的更新换代速度日益加快，汽车产品的市场寿命周期明显的缩短[4]；与此同时，为了满足当代社会的需求，汽车的品种日益增加，现代汽车业向着多品种化、个性化和小批量化的方向发展[5]。锻压机械是汽车业的最重要的生产装备，汽车上约超过六成的零件是通过压力机生产出来的，汽车业的发展必然大大的推动了锻压设备的发展，传统的单一的加工刚性生产线已经不适应现代技术和市场特征的需求，锻压设备必定向着高柔性和高自动化的趋势发展着[6]。
随着我国经济的迅猛发展，不仅汽车业对锻压设备的需求量加大[7]，家电产业、计算机产业、化工产业、仪表仪器产业和建筑产业等对锻压设备的需要也日益加大，所以显而易见在我国的工业制造行业发展中，锻压设备占有不可忽视的地位。国内外传统锻压机械大都是曲柄压力机，它是由电机带动曲柄，使曲柄按照设计进行有规律的转动，然后由曲柄带动连杆从而驱动连杆上的滑块对生产坯料进行锻压加工，得到所需要的工件[8]。锻压机械的生产和使用，是一个先进发达国家工业发展的趋势。随着经济一体化的发展，我国已经成为了许多大型跨国锻压机床公司的重要生产基地。锻压机械有着广阔的市场天地，但由于我国在研究和生产方面的水平远远落后于先进国[9]，我国的锻压机床一直处于低价位和低档次，主要表现在，机床生产的质量不高，机床的精度不高，机床的种类不全，与国外先进发达国家的机床相比，我国的机床处于刚起步阶段，高、精、尖端产品基本被国外垄断。据调查统治表明，目前国内有能力生产销售超 500 万元的企业约在 200 家左右，大都是中小企业，且大都分布 在江苏、安徽、山东和上海地区。据统计，生产机械式压力机的公司比例约为40%以上，生产液压机的公司比例约为 15%，生产弯曲、剪切、校正机的比例约为 30%，生产其他种类的锻压机的约为 15%左右。按生产产品的质量计，高、中、低档锻压机的构成比约为 1：19：80，按此数据看，我国生产的锻压机床明显成金字塔分布，即抵挡产品占到 80%，中档产品占到 19%，高档产品仅仅占到 1%左右。国外发达国家生产锻压机床的高、中、低档的构成比例约为 1.0：6.5：2.5，呈橄榄球状分布。由此对比，我国设计生产锻压机床的水平远远落后于发达国家，因此，我们要加大资金投入，加快技术改造、加强人才培养，设计、开发、制造出高精度、高质量和高可靠性的锻压机床，提高我国生产锻压设备的竞争力，实现我国机械行业飞速发展，在竞争日趋激烈的市场中占的主动地位[10]。近年来，由于对锻压工件的质量要求越来越高，传统的四杆传动机构—曲柄连杆压力机，在运行的过程中，加速度不恒定，从而造成速度不平稳且较大，在冲压成型中易使工件撕裂或者起皱，造成的废品较多。因此研究多连杆压力机，以提高锻压机床的速度、精度、强度和刚度，是压力机的发展趋势所在。故对多连杆压力机的动力学分析具有重要的现实意义。
第二章 主传动机构运动学分析研究
2.1 压力机的介绍
压力机是一种结构简单、运转灵巧的机械，它的工作原理是通过对坯件进行一定压力的冲压，使坯件产生预设的变形或断裂，得到特定的形状使其成为所需的零件，工艺比较简单且生产效率很高，因此在工业生产中，它的运用相当广泛，如冲裁下料，冲孔，拉伸成型等。按主运动的传动方式，一般可以将压力机分为两大类：液压压力机和机械式压力机
（1） 液压压力机是通过液压泵产生的带压力的液体通过控制回路液压执行件来传递动力，液体介子有水，乳化液，液压油等。特点是工作压力大，运行平稳，工作行程可以自由控制，调节范围大，工作空间较大，工作效率适中，可以完成机械压力机绝大部分的工作，适用面广。 液压压力机配置较为复杂，稍微大一点压力机一般都配有独立的泵站，控制部分和回路较为复杂，造价相对较高，本文主要研究的对象是机械式压力机，所以液压机就简单的介绍下，下面着重介绍机械式压力。
（2） 机械压力机的特点主要有：运行快，效率高，造价低，控制部分较为简单，易维护保养；为了能够增加压力机的传递效率，一般都为机械式压力机配有特定的飞轮，因此机械压力机在工作时易产生较大的噪声并伴有一定的振动。机械压机力机分为两类：曲臂式机械式压力机（俗称冲床）和螺杆式机械式压力机（亦可称为摩擦压力机）。下面简单的介绍下这两类不同的机械式压力机。
1） 曲臂式压力机一般是由电机带动曲柄转动，由连杆将曲柄上的力传递到坯料上，从而使坯料成型得到所需的工件。它的优点是传动机构灵巧、工艺简单且有着较高的生产效率；其缺点是一旦固定安装，则不容易轻易地调整压力机的工作行程。一般用来冲裁下料，冲孔，拉伸成型等。
2） 摩擦压力机一般是靠储存在摩擦轮中的力带动螺杆来传递工作力。它的有优点是能够传动很大的力，在工作时压力机的整个系统比较平稳且它的工作行程可以根据需求进行适当的调整；其缺点是它对操作者的要求比较高。一般用来材料的矫正；简单的成型；压铸行腔成型等。机械压力机作为当今锻压设备应用最普遍的机床，大部分的冲压件都是在机械式压力机上完成的。随着压力机多年的发展，机械式压力机已经发展成为一个种类多样化的机床，其广泛的用于对材料进行压力加工，通过对坯件进行一定压力的冲压，使坯件产生预设的变形或断裂，得到特定的形状使其成为所需的零件。机械式压力机工作平稳、精度较高、容易操作和形成规模化生产，是自动化生产线上重要的装备。机械式压力机广泛的应用于汽车生产线和船舶 生产线以及一些大型工业机械的生产线上。
目 录
摘 要 2
绪 论 5
1.1 论文的研究背景及意义 5
第二章 主传动机构运动学分析研究 7
2.1 压力机的介绍 7
2.2机械压力机的工作原理 8
2.3多连杆机械式压力机 9
2.3.1 六连杆机构机械式压力机 9
2.3.2八连杆机构机械压力机 10
2.3.3十连杆机构机械式压力机 11
第三章 八连杆机械式压力机的动力学分析研究 12
3.1 机械系统动力学理论基础 12
3.1.1 机械系统动力学简介 12
3.1.2 机械系统动力学的建模与一般求解过程 14
3.1.3 机械动力学分析的问题 15
3.2 动态静力学方程简介 16
3.2.1 构件的惯性力和惯性力矩 17
3.2.2 平面连杆机构的动态静力的分析 17
3.2.3 动态静力学方程的求解 19
3.3 八连杆机构动态静力分析 20
3.3.1 八连杆机构受力分析流程 21
3.3.2 八连杆机构导柱受力分析与截面设计 21
3.4 八连杆机构在 Adams 中的动力学仿真 23
3.4.1 Adams 动力学分析流程 23
3.4.2 八杆机构在 Adams 中动力学分析 24
3.5 本章小结 27
第四章 冲压机构的工作原理和结构设计 27
4.1 工作原理 27
4.2 结构设计 28
4.2.1 模型分析计算方法 29
4.2.2 几何模型的构建 29
4.2.3 添加约束 30
4.3 模型的优化设计 30
4.3.1设计变量的确定 30
4.3.2 目标函数的建立 30
4.3.3 约束条件 31
4.3.4 评价函数的建立 31
4.4 优化设计结果 32
4.4.1 加权优化 32
4.4.2 优化结果 32
外文翻译 34
参考文献： 36
致 谢 38
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