高速重载机械压力机动力学性能分析与试验研究

传动机构刚柔耦合模型试验验证

图4.2.2主连杆模态分析结果针对含柔性构件高速重载机械压力机传动机构动力学的研究，本章在试验样机上进行了压力机性能试验，对主滑块加速度信号进行了测试。为了保证测量精确度，试验前对加速度传感器进行了专门标定。图4.2.3平衡连杆模态分析结果试验装置主要由机械系统和测试系统两部分组成，高速重载机械压力机试验系统如图4.2.4所示。
理论教育 2023-06-21

传动机构的运动学分析

传动机构的运动学分析是建立在原动机构运动规律已知条件下，分析机构运行过程中各构件的运动学特性。通过传动机构运动学分析，可以得到该机构的运动轨迹，并为传动机构动力学分析奠定基础。表2.2.1运动学仿真计算参数不同转速下传动机构运动学仿真结果如图2.2.4所示。由此可见，曲轴转速对传动机构运动特性的影响不容忽视。
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高速重载机械压力机的结构特点

高速重载机械压力机是带有自动送料装置，能够进行高效率、高精度的板料成形加工的一种冲压设备，具有自动、高速、精密三个基本特点。图1.2.1曲柄式机械压力机根据上述分析可知，曲柄式机械压力机不仅具有结构简单、工作平稳、生产效率高等优点，还可以在冲压过程中承受较大的工作载荷，有利于实现高速化和重载化。本书研究的对象是高速重载机械压力机，主要应用于大规格、大吨位、高精度电机定转子的金属成形加工。
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高速重载机械压力机传动机构中的关键技术研究

基于上述高速重载机械压力机研发过程中面临的问题，本书拟采用理论分析与性能试验相结合的方法，主要针对以下几个方面的关键技术进行深入研究：在含间隙转动副碰撞过程研究的基础上，对接触碰撞力模型的影响因素进行分析，并建立含间隙高速重载机械压力机传动机构的动力学分析模型，为高速重载机械压力机传动机构动力学研究奠定理论基础。
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优化含间隙传动机构动力学模型的文章标题

含间隙传动机构动力学建模的关键是如何将转动副间隙模型引入机构动力学模型中[151]。由图3.1.7可知，假设曲柄做匀速转动，Gi表示各运动杆的质心，li和rC分别为运动杆长度和间隙大小。由含间隙传动机构受力分析图，分析可得系统综合平衡条件方程：图3.1.8含间隙传动机构受力分析图图3.1.8含间隙传动机构受力分析图式中，F（i-1）ix和F（i＋1）ix代表运动杆间作用力；MGi和JGi为驱动力矩和惯性矩；mi为构件质量。
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传动机构几何参数及质量特性探析

仿真计算中，积分公差为0.001，步长为0.001 s，Newton-Raphson迭代算法允许运动微分方程最大迭代次数为10。同时，SI1积分格式可在求解运动微分方程时监控系统中拉格朗日乘子的脉冲积分误差，而雅可比矩阵在最小步长时保持稳定，这会增加其校正的稳定性和鲁棒性。当传动机构达到稳定状态后，取曲柄旋转两周的仿真结果进行分析。
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探究Lankarani-Nikravesh接触碰撞力模型

根据Love理论，Lankarani-Nikravesh接触碰撞力模型仅适用于碰撞速度较低的场合，即碰撞初始速度小于碰撞过程中弹性波的传播速度：式中，E和ρ分别为碰撞体的弹性模量和材料密度。由于Lankarani-Nikravesh接触碰撞力模型中阻尼系数的计算过程加速恢复系数接近于1，适用于恢复系数接近于1的情况。对含间隙转动副接触碰撞力模型描述的准确性是判断含间隙传动机构模型精细程度的一个主要指标，本节在上述研究的基础上，对Lankarani-Nikravesh连续接触碰撞力模型进行详细的参数分析。
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现状分析：含间隙机构动力学研究

含间隙机构动力学特性是评价高速重载机械压力机稳定性的重要指标。但由于有限元方法处理接触碰撞过程的复杂性和计算效率等原因，目前还没有应用到含间隙机构的接触碰撞力模型研究中。
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样机制造与调试技巧优化建议

图6.1.1样机结构示意图机身是高速重载机械压力机重要的支撑部件，直接承受工作载荷的冲击以及传动系统通过机身连接转动副传递到机身的内力，其强度、刚度及动态特性直接影响待加工产品的品质、模具和自身的寿命及振动特性。图6.1.2机身结构示意图驱动装置主要由电机、飞轮、离合器、皮带轮、联轴器和电机支架等组成，驱动装置示意图如图6.1.3所示。加工及检测装备现场如图6.1.5所示，其表面粗糙度测试结果为1.3×10-4 mm，满足设计精度要求。
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偏心率对支承轴承性能的影响

由油膜平均温度变化曲线可以看出，偏心率对轴承动力学性能影响很大，偏心率的改变引起润滑性能的变化，油膜平均温度随偏心率的增大而增大。图5.4.7不同偏心率下油膜压力分布图5.4.8给出了支承轴承性能随偏心率变化曲线。以偏心率0.6为界，在此之前偏心率对最大变形量影响较小，而当偏心率超过0.6时，最大变形量随偏心率增加有大幅度的上升。偏心率变化对轴承A和轴承B的最大变形量影响变化趋势接近一致。
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含柔性构件传动机构多体动力学建模优化

由于工作环境的复杂性、工作性能的要求以及构件的转动副间隙等因素，柔性多体系统在运行中很可能会跟自身或其周围环境发生接触碰撞，而接触碰撞会引起柔性多体系统的动力学特性发生巨大变化，激发柔性体的高阶模态，影响系统的运行稳定性和精度。连杆为柔性体，不计连杆的剪切和扭转效应。
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曲轴转速对传动机构动态特性的影响

图4.3.7不同曲轴转速下传动机构动态特性滑块的位移曲线和速度曲线如图4.3.7所示，计算结果表明滑块位移曲线整体趋势基本相同。此外，相对间隙尺寸的影响，曲轴转速对加速度波动的影响较大。从图4.3.9可以得出曲轴转速对滑块下死点动态精度影响较大。因此，曲轴转速对高速转动的机构动态特性影响很大，对于高速重载机械压力机的研究，曲轴转速对传动机构的动态特性影响不可忽略。
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计算方法的有效性验证

由此可见，流场计算方法的本质是对离散后的控制方程组进行求解。图5.2.3耦合算法求解流程图计算收敛条件。模型有效性验证。表5.2.1轴承仿真计算参数网格密度是影响流场数值计算的一个重要因素，特别是针对复杂的工程问题，网格数量的多少直接关系到计算结果的经济性和精确性，因此开展网格密度无关性验证检验对计算效率和准确性具有重要的意义。图5.2.4为不同网格密度下计算得到的在外载为8 kN时，轴承油膜最大压力值和网格密度情况。
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高速重载机械压力机性能试验研究现状分析

高速重载机械压力机性能试验研究是高速重载机械压力机关键技术研究中不可或缺的一部分。王磊等[26]以高速机械压力机为研究对象，进行了压力机的冲击载荷试验与温升测试，为机械压力机关键技术的研究奠定了坚实的基础。图1.3.1性能试验测试现场
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传动机构动力学仿真优化方案

由图4.2.7可以看出，含间隙传动机构速度曲线与理想曲线之间存在一定偏差。由此可见，转动副间隙的存在对传动机构的运动精度产生较大的影响。根据上述研究结果，并对比其他学者有关含间隙机构动力学特性的分析结果可知，转动副间隙和柔性构件对高速重载机械压力机传动机构的动力学特性影响很大。
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