1、摘要混合驅動可控壓力機研究是目前關于壓力機改進的研究問題之一。它是由大功率的常速電機和小功率的伺服電機作為驅動器，通過一個兩自由度機構合成后實現可編程的輸出運動，從而滿足不同產品和不同材料加工工藝的要求。其中常速電機為系統提供主要的功率和運動，而伺服電動機則只起到調節作用。這使得混合驅動可控壓力機既有傳統機械式壓力機的高速、高效、高負載等優點，又有可控性、精確性等優點。從分析其它種類機械式壓力機的不足之處入手，對混合驅動理論的可行性進行論證。并考慮到壓力機的典型運動規律，選擇了多桿機構中的混合驅動七桿壓力機(I)的運動方案。鑒于虛擬樣機技術的優越性，首先在軟件ADAMS軟件的幫助下，建立混合驅

2、動壓力機的三維虛擬樣機模型，其中包括：對于混合驅動精壓機的基礎理論研究，主要是對混合驅動壓力機系統進行動態靜力分析，研究兩電機的受力情況。建立混合驅動可控壓力機的運動學分析模型。再根據壓力機加工工藝的特點，采用運動學優化的方法，分別對混合驅動壓力機的結構參數和伺服電機的運動規律進行了優化設計，得出滑塊運動規律曲線。 關鍵詞： 壓力機, 混合驅動七桿機構, 運動學分析, 動力學分析, 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目錄摘要IAbstractII

8、第一章 緒論11. 1機械壓力機簡介11.2機械壓力機的分類11.3曲柄壓力機的工作原理11.4曲柄壓力機的發展現狀21.5各種常見壓力機的對比分析21.5.1 多桿壓力機21.5.2液壓壓力機31.5.3全伺服驅動壓力機31.5.4混合驅動多桿壓力機51.6混合驅動模式的可行性分析61.6.1混合驅動可控壓力機的調速特點分析71.7混合驅動可控壓力機機構形式的選擇71.7.1 五桿機構的分析81.7.2 六桿機構分析91.7.3 七桿機構分析101.8 本課題研究的內容概述111.9 本課題研究的目的和意義11第二章 主傳動系統運動學分析132.1 沖壓時間的分配132.2 滑塊位移與桿件角

9、度的關系分析14第三章 虛擬樣機技術及其發展173.1 虛擬樣機技術的定義173.2 虛擬樣機技術的研究范圍173.3 ADAMS動態仿真軟件簡介173.4 ADAMS仿真分析基本步驟193.4.1 定義系統驅動與約束19第四章 基于ADAMS的混合驅動七桿壓力機虛擬樣機建模214.1 混合驅動七桿壓力機的虛擬樣機建模214.2 混合驅動七桿壓力機的運動學分析244.3 混合驅動七桿壓力機的參數化建模274.4 混合驅動七桿壓力機的優化設計28第五章 基于SOLIDWORKS混合驅動七桿壓力機實體造型295.1 SOLIDWORKS簡介295.2 混合驅動七桿壓力機的實體造型305.3 將三維

10、實體造型導入ADAMS32第六章 結論與展望33參考文獻34致 謝35第一章 緒論1. 1機械壓力機簡介沖壓是指在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。在沖壓零件的生產中，合理的沖壓成型工藝、先進的模具和高效的沖壓設備是必不可少的三要素，其中機械壓力機代表著沖壓工藝的普遍水平，具有生產率高、材料利用率高、零件精度高、復雜程度高、一致性高等突出優點，因此在批量生產中得到廣泛的應用，在現代工業生產中占有十分重要的地位，是國防及民用工業生產中必不可少的加工方法。1.2機械壓力機的分類沖壓加工離不開沖壓設備，沖壓設備屬鍛壓機械，常見

11、的冷沖壓設備有機械壓力機和液壓機。在鍛壓機械中，機械壓力機的應用越來越廣泛，其應用比重可占到鍛壓機械的50%以上。機械壓力機按驅動滑塊機構的種類可分為曲柄式和摩擦式:按滑塊個數可分為單動和雙動:按床身結構形式可分為開式(C型床身)和閉式(II型床身):按自動化程度可分為普通壓力機和高速壓力機等。1.3曲柄壓力機的工作原理曲柄壓力機利用曲柄連桿機構進行工作，電機通過皮帶輪及齒輪帶動曲軸傳動，經連桿使滑塊作直線往復運動。曲柄壓力機分為偏心壓力機和曲軸壓力機，二者區別主要在主軸，前者主軸是偏心軸，后者主軸是曲軸。偏心壓力機一般是開式壓力機，而曲軸壓力機有開式和閉式之分，它的特點是生產率高，適用于各類

12、沖壓加工。1.4曲柄壓力機的發展現狀目前，我國機械行業中廣泛使用的通用機械壓力機，普遍采用四桿的曲柄連桿滑塊機構，如下圖1-1所示： 圖1-1 四桿曲柄連桿滑塊機構示意圖隨著人們在長期的使用過程中，特別是當零件要求高精度和小批量多型號的生產過程中，發現若采用上圖中傳統的曲柄連桿機構，產品的合格率低，造成的廢品較多。其工作時沖擊振動噪聲大，模具壽命低，工藝適應范圍窄。因此，立足于通用機械壓力機現有結構，繼傳統的曲柄連桿壓力機之后又出現了多桿壓力機、液壓壓力機和全伺服驅動壓力機的開發，它們改進了傳統的曲柄連桿壓力機在性能方面的不足之處。1.5各種常見壓力機的對比分析1.5.1 多桿壓力機多連桿機械

13、壓力機是一種以多連桿機構為傳動形式的新型壓力機。目前已為國內外制造廠普遍采用。其機械部分的運動原理是：四連桿機構連桿上任意點的運動規律具有多樣性，因而將二件組(連桿與滑塊)與連桿上某點相連(一般與曲柄端連桿的外伸部分連接)，組成六桿甚至更多桿件的機構，這種壓力機經參數的合理選擇可使滑塊得到沖壓加工所需的運動特性與受載特性。通過對多桿壓力機的研究，多桿機構有一下優點：（1）多連桿壓力機滑塊具有明顯的急回運動特性。也就是說，工作行程中可以為機械手提供充分的操作時間，以實現自動化生產。（2）多桿壓力機在工作區間，滑塊速度平穩，利于材料變形。（3）多桿壓力機在工作區間，扭矩大。在 90 度至 180

14、度范圍，多連桿壓力機出現較高扭矩，有利于厚板的深沖、深拉，同時這種特性允許緩沖墊提高能力，以滿足反拉伸所需的壓邊力。多桿壓力機的問世，從一定程度上改善了傳統的曲柄連桿壓力機的很多不足之處。然而，多桿壓力機的結構復雜，它要求的制造精度和裝配精度很高。并且一旦它的結構確定下來，滑塊的輸出加工曲線也就定了下來。因此，它并不能滿足“柔性”制造的目的，只能從一定程度上改善壓力機的性能。1.5.2液壓壓力機液壓壓力機也是繼傳統的曲柄連桿壓力機之后產生的。這類壓力機可控性很好，但是它卻存在著兩個缺陷：速度低，能耗大。這些問題導致在開發與應用液壓壓力機的道路上，受到的很大的阻撓。目前應用并不廣泛。1.5.3全

15、伺服驅動壓力機全伺服驅動壓力機是完全以一臺伺服作為驅動，原理如圖所示：圖1-2（a）圖1-2（b）近年來，伺服電機制造和控制技術發展迅速，性能大大提高。功率從 30W 到5KW，轉矩從 0.3N.m 到 72N.m 的伺服電機制造技術已經非常成熟，均有商業化產品。國外的全伺服驅動壓力機的研究和應用已經走在了較前的位置。成熟的產品已經開發出來。例如日本松下 MDM 系列中慣量伺服電機的最大功率為 5KW, 扭矩為 72N.m。美國俄亥俄州大學機械制造工程中心通過機構的參數優化設計、載荷和扭矩分析， 制造了 30T 雙動式機械壓力機。同時伺服電機的控制也大量采用新技術，控制方式更加靈活、有效、精確

16、，軟硬件技術的進步促使伺服電機的控制向數字化控制轉變，基于模糊推理的交流伺服自適應控制集參數自動識別、模糊推理、特征量辯識等技術為一體，使伺服系統的控制向智能化方向發展。全伺服驅動壓力機有一下諸多特點：（1） 由于伺服電機的角速度可調，因而可以根據被加工材料的性能，調節沖錘的速度，以滿足加工工藝的要求；（2） 通過調節伺服電機的初始相位角，可以改變壓力機的下死點位置，因而可以改變裝模高度，縮短了調整裝模高度的準備時間，提高了生產率；（3）滑塊的速度和每分鐘的工作次數也可以根據工件的加工性質進行調整，以滿足低速鍛沖的工作要求。同時可以抑制振動和噪聲，實現對滑塊的位置的精確控制。（4） 由于沖錘的

17、運動速度具有閉環控制，因此對沖頭下死點的設定可以達到m 級，提高了沖壓件的成形精度；（5） 由于伺服電機驅動小型機械壓力機，只是改變了原動機，而沒有改變壓力機的機構的型式，因而對現有的壓力機進行改進，費用較低；（6） 由于受到伺服電機功率小的限制，因此目前伺服電機只能用于驅動用于薄板加工的壓力機上。由于目前伺服電動機價格昂貴，功率較小，雖然通過多桿機構等傳動機構可以實現一定的增力作用，但是由于沒有飛輪，不能像普通機械壓力機那樣進行能量積蓄。因此目前的交流伺服電動機驅動的機械壓力機噸位都較小。為了滿足實際需要，大噸位的交流伺服電動機驅動型機械壓力機的研究日益開展。遺憾的是，國內目前市場上所能買到

18、的伺服電機的功率只限于小型的伺服電機。于是，受到伺服電機功率的制約，這種全伺服驅動的壓力機在國內只是在小噸位的壓力機床中得以應用。1.5.4混合驅動多桿壓力機從傳統機械壓力機的發展歷史來看，采用了各種方法想改變壓力機的速度特性曲線，比如主驅動電機調速和采用離合器等措施，但一旦壓力機的結構和尺寸參數確定之后，滑塊的輸出運動規律也就隨之確定，因而不具有柔性。為了更好地控制壓力機的速度特性曲線，伺服電機被引入到常規壓力機的驅動系統中來。混合驅動理論也是在這樣的背景下發展而來的。混合驅動可控壓力機是由常速電機和伺服電機共同驅動的，是一個二自由度系統。其中常速電機提供了系統的主要功率，而伺服電機只起到調

19、節的作用。下圖即是混合驅動可控壓力機的原理圖：圖1-3 混合驅動可控壓力機的原理圖1.6混合驅動模式的可行性分析對混合驅動可控壓力機機構可動性的研究是研究混合驅動可控機構運動學和動力學的前提和基礎。為了保證加工質量，壓力機在工作階段應該具有低速沖壓特性；為了提高生產效率，壓力機應具有急回特性，也就是說應該盡量縮短滑塊向上回程的時間。總之，從壓力機的運動學特性來看，它具有一定的可操作性，適應不同沖壓工藝、不同材質和板材厚度對變形速度的要求。由伺服電機與常速電機混合驅動相結合而成的可控壓力機，其結構形式與普通壓力機截然不同。它是由常速電機和伺服電機的輸入通過一個二自由度機構合成之后驅動滑塊往復運動

20、的。這樣，不僅可以改善輸出動力特性，而且能夠改變滑塊的運動規律，以滿足不同沖壓工藝的要求1.6.1混合驅動可控壓力機的調速特點分析這種系統結合了傳統機械系統和全伺服機電系統的優點，能實現輸出運動柔性，并具有承載能力高、運行速度快和成本低的特點，能很好滿足當今生產多品種、小批量、低成本發展的需求。混合驅動可控壓力機除具有伺服電機驅動壓力機的優點外，還具有以下特點：（1） 改變伺服電機的運動規律，不僅能調節沖錘的速度，而且可實現不同的位移和速度曲線，即可實現沖錘的多組輸出運動規律。（2） 通過優化設計伺服電機的運動規律，在不改變常速電機速度和工作行程次數的情況下，能有效地調節沖錘工作段的速度特性，

21、因而能提高壓力機的工作效率，這點優越性是相對于液壓伺服壓力機而言的。（3） 可簡化沖壓機床的結構：當采用混合驅動可控機構時，由于伺服電機的運動可控性，實現相同的輸出運動時，不必采用八桿和十桿機構來降低滑塊（沖錘）的速度，因而可簡化沖壓機床的結構。從以上分析的各種調速方法可以看到，利用混合驅動模式對壓力機進行調速可以避開傳統的主驅動電機調速、機械變速調速、純伺服調速的一些缺陷。達到我們對壓力機的輸出加工曲線的可控性的目的。1.7混合驅動可控壓力機機構形式的選擇混合驅動機構從結構上屬于一種二自由度機構。從這一基本點出發，混合驅動可控機構的運動合成機構可以有多種形式，下圖列出了一些機構的形式。圖1-

22、4 混合驅動多桿機構的參考形式本論文以混合驅動七桿機構為研究對象。之所以選擇該機構，要通過比較來說明。需要明確的是，隨著桿件的增加，壓力機的可控性就越復雜，運動軌跡也越復雜，就越能完成復雜的加工過程。但也將會給研究帶來諸多麻煩。1.7.1 五桿機構的分析二自由度平面五桿機構作為研究混合驅動機構的基礎已日益受到國內外學者的重視。它從結構上保留了現有的壓力機的特點，并在充分利用了現有壓力機機構的優點的同時還考慮到機構的調節能力。因此，由此機構從一定程度上能夠很好的滿足機構的運動學要求。在混合驅動五桿機構的基礎上確立了一種可控壓力機的機構（如圖所示）。圖1-5 一種五桿機構但是，隨著對混合驅動五桿機

23、構研究的深入，發現這種五桿機構對構件的尺寸要求極為嚴格，才能保證曲柄存在的條件。而且，這種五桿機構在動力學性能方面表現得也非常差。嚴格的條件大大的減小了五桿機構中各桿尺寸的取值空間，使五桿機構在優化設計時很難得到理想的運動軌跡。這在一定程度上必將限制五桿機構在實際中的應用。因此，后來又有人提出了混合驅動六桿機構。1.7.2 六桿機構分析與混合驅動五桿機構相比，六桿機構結構更為復雜，它在原混合驅動五桿機構的基礎上引入了調節桿L2，這使得六桿機構的運動輸出特性比原混合驅動五桿機構更好，其可以在不增加伺服電機負擔的情況下，通過調節機構的機械可調部分滿足不同的運動學要求。雖然具有這么多的優勢，目前對這

24、種六桿機構的開發應用還很少。下圖為一種六桿機構的簡圖：圖1-6 一種六桿機構1.7.3 七桿機構分析在對國內外關于混合驅動可控機構的研究現狀研究分析的基礎上，本文選擇了新型的2 自由度混合驅動可控七桿機構這一方向來研究。下圖為混合驅動七桿機構的原理圖：圖 1-7 一種七桿機構這種機構結構簡單、柔性大，尺寸型號和輸入運動變化大，為機構動力學性能優化提供較大的空間。1.8 本課題研究的內容概述本文主要研究內容是對混合驅動七桿機構的可動性、運動學、動力學等問題進行深入的分析研究；并在此基礎上對機構的各類特性進行計算機仿真，最后研究機構參數變化對機構運動輸出的影響，從而可為優化綜合、應用研究提供理論依

25、據。具體內容如下： 1、研究對象的確立本文主要研究對象為混合驅動七桿機構，通過對混合驅動七桿機構型的分析與綜合得出能夠實現混合驅動要求的構型，在此基礎上對七桿機構進行參數化建模，進行優化分析。2、對混合驅動七桿機構各類特性的分析與仿真本部分內容將對七桿機構進行可動性研究、運動學分析。在理論分析的基礎上選擇了一組滿足可動性條件的數據，3、首先利用ADAMAS虛擬樣機仿真分析建立其工作機構中曲柄滑塊機構的三維樣機模型，根據提高壓力機性能的要求，建立雙曲柄七桿的虛擬樣機模型。再對樣機進行運動學分析，動力學分析。生成運動曲線，對效果進行分析。再應用Solidworks 軟件進行三維建模與裝配1.9 本

26、課題研究的目的和意義 機械壓力機是機械制造業中廣泛使用的沖壓設備，量多面廣，僅我國就有幾十萬臺。傳統的機械壓力機多數采用曲柄連桿滑塊機構，將曲軸的旋轉運動轉化為滑塊的直線運動，實現壓力加工。隨著現代工業生產要求的提高，對機械壓力機的運動性能提出了更高的要求，用多連桿機構替用一般曲柄滑塊機構己成為當前壓力機結構發展的趨勢。 本文研究了應用計算機仿真技術，對機械壓力機的工作機構進行運動學分析的方法。運用數學方法和虛擬樣機技術，建立多種傳動方案的數學模型和三維物理樣機模型，分別進行運動學仿真分析。通過對多種傳動方案的仿真結果的比較和分析，找出既能提高現有壓力機，又便于對現有壓力機進行升級改造的方案。

27、第二章 主傳動系統運動學分析機構運動分析是機械設計中必不可少的內容。所謂機構運動分析，就是在已經知道元運動規律條件下，分析各個構件的位移、速度和加速度等。有了這些運動參數，才能分析評價該機構工作性能，同時也是結構優化的依據。機構運動分析有圖解法和解析法兩種。本論文將以圖解法為主，輔以解析法來對混合驅動七桿機構進行分析。2.1 沖壓時間的分配1）整個沖壓周期 T=2s2）工作周期t=1/5T=0.4s滿足上述條件的話，需要自出頭接觸工件時桿L1與垂直方向的夾角為36度。同時為了保證沖頭的勻速運動，桿L6在此0.4秒內靜止不動，而在接下來的1.6秒內完成往復擺動一次。桿L1則保持勻速轉動。桿L1和

28、L6的運動通過運動函數的設置來保證。桿L1的運動函數為:180d*time ; 桿L6的運動函數為：step(time,0,0,0.4,0)+step(time,0.4,0,1.2,120)+step(time,1.2,0,2,-120)；step函數既可以用作設計函數也可以用作運行函數當用作設計函數時候，其格式為step（A，x0,h0,x1,h1）,它表示從x0時的h0值，跳躍到x1時的h1值，也就是通常說的跳躍函數，中間用Arry進行插值。當用作運行函數時，其格式為step(x,begin,initial value,end,final value),它用一個三次多項式構造一個階躍函數，

29、其中x是獨立變量，（bigin,initial value）決定起始值，（end,final value）決定終點值。 2.2 滑塊位移與桿件角度的關系分析下圖為混合驅動七桿機構的原理圖：圖2-1 混合驅動七桿機構壓力機原理圖其中各桿長度如下：L1=180mm L2=950mm L3=680mmL5=1360mm L6=270mm AF=700mm另外，和作為變量。滑塊的最大工作行程將由這兩個角確定。當t在0到0.4秒內是沖壓過程。這時L6靜止不動，機構為六桿機構。如圖2-2所示：圖2-2 簡化后的六桿機構通過圖解法來分析桿L3和L5的角度與滑塊形成的關系，形象而易于操作，并且比解析法較直觀。

30、圖2-3即為機構沖壓過程滑塊由接觸工件到達最大位移的過程。圖2-3 機構運動圖解現要求工作行程為10mm，則可得以下公式： CG+BG=L2 由和可求得： 由公式：可得到DG與的關系。由于AD與AM已知，DM可由DG表示。用作圖法，E點的位置將由作圖來確定。第三章 虛擬樣機技術及其發展3.1 虛擬樣機技術的定義 虛擬樣機技術是一種基于智能設計技術、并行工程、防治工程及網絡技術的先進制造技術，它以計算機仿真和建模技術為支持，利用虛擬樣機，在產品實際加工之前對產品的性能、行為、功能和產品的可制造性進行預測，從而對設計方案進行評估和優化，以達到產品生產的最優目標。3.2 虛擬樣機技術的研究范圍 虛擬

31、樣機技術的研究對象是機械系統，在這里，機械系統可以視為是由多個相互連接、彼此能夠相對運動的構件的組合。在機械系統設計中有3種性質不同的分析：(1)機械系統的靜力學分析；(2)機械系統的運動學分析；(3)機械系統的動力學分析；3.3 ADAMS動態仿真軟件簡介 基于多體動力學的機械系統仿真軟件ADAMS (Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems)是世界上最具權威性的、使用范圍最廣動力學分析軟件。使用該軟件，可建立包括機一電一液在內的數字化樣機模型，能為用戶提供從產品概念設計、方案論證、詳細設計到產品方案修改優化直至故障診斷等仿真分析結果，從

32、而達到縮短產品開發周期、降低開發成本、提高產品質量、提高競爭力的目的。與其它軟件比較，ADAMS軟件具有如下特點： (1) 提供了多個通用求解器 ADAMS軟件針對不同仿真目的和模型，提供了不同的求解器，包括運動學求解器(Kinematics Solver)、動力學求解器(Dynamic Solver)。此外，ADAMS軟件還提供了靜力學求解器(Static Solver)、準靜力學求解器(Equilibrium)、振動分析求解器(Vibration)，以及線性模態分析求解器(Linear)等。 (2) 提供了豐富的樣本庫和專用模塊 在ADAMS軟件中，使用軟件本身提供的部件庫與布爾運算器，可

33、建立各種零部件模型。零件模型建立之后，可通過聯接件庫、運動發生器以及廣義力和力矩施加約束，建立多體系統的分析模型。此外，ADAMS軟件還提供了各種動力學分析專用模塊，如為汽車動力學分析而開發的ADAMS/CAR模塊，為發動機動力學分析而提供的ADAMSBNGINE模塊、為鐵路車輛動力學分析而開發的ADAMS/RAIL模塊等。另外，還向用戶提供了二次開發工具，以實現用戶的一些特殊要求。(3) 開放的軟件集成環境對于幾何形狀復雜的零部件，可以利用CAD/CAM軟件進行建模，然后利用所提供的圖形接口，調入所建模型，同時也調入模型的質量特性和坐標特性，為建立高精度的動力學模型提供了豐富的建模工具。此外

34、，ADAMS還提供了與MATLAB,EASYS等軟件的接口。(4)提供功能齊全的工程分析與優化設計功能通過ADAMS軟件的參數化設計和優化設計功能可以計算模型在不同參數情況下的動態響應，分析比較各參數的變化對整個系統工作性能的影響，然后提出修改意見，減少設計時間與設計成本。(5)提供了實體動畫功能與運動干涉檢查在設計驗證階段，由ADAMS/Animation模塊提供的動畫顯示功能，可直觀地檢查模型的設計結果，并具有自動干涉檢查功能，對復雜機械系統設計中容易出現的機構運動干涉進行檢查。3. 4 ADAMS仿真分析基本步驟 使用ADAMS軟件創建和測試模型，一般遵循:建立系統模型一測試模型驗證模型

35、一細化模型一重復模型分析一優化設計一定制界面這七個基本步驟。圖 為利用ADAMS軟件進行虛擬樣機仿真分析的步驟圖示。圖3-1 adams仿真分析流程圖3.4.1 定義系統驅動與約束為了能夠準確的反映系統實際工作條件，必須在所建模型上加上與實際工作狀態一樣的驅動與約束。具體定義如下:1)定義約束副:系統中的桿件與桿件、桿件與機體之間是由圓柱鉸鏈副進行約束;滑塊和過渡桿分別施加水平和垂直約束，以限定在系統中的特定運動。2)定義驅動:根據受力分析來定義電機的驅動。3)定義摩擦:系統各鉸鏈副中作用有摩擦力，其大小與運動副間的法向力(N)和摩擦系數成正比，即F=uN，根據所用材料取u 4)定義沖壓力:沖

36、壓力是一個復雜的瞬時變量，在沖壓過程中隨著零件的尺寸、材料的機械性能和材料厚度的變化而變化。根據相應公式，可以算出沖裁力與板厚的關系，并將其轉化為沖裁力與時間的關系。在adams系統中，通過定義離散數據并由函數可以獲得模擬的沖裁力曲線。第四章 基于ADAMS的混合驅動七桿壓力機虛擬樣機建模以下是在adams環境下對前文中確定的混合驅動七桿機構的虛擬建模。這個過程大致經歷了簡化模型的建立、添加約束及動力、可動性分析、運動函數化 、對主要桿件及其關節的運動學分析、桿件的參數化、優化設計等階段。4.1 混合驅動七桿壓力機的虛擬樣機建模以下是基于adams的建模過程：打開ADAMS軟件，設置柵格及坐標

37、。軟件具有強大的造型功能，使用方便。首先依坐標確定各個桿件的位置，連接即可，桿件可隨即生成。桿件的長度和寬度可設定，也可取默認狀態。下圖為七桿壓力機的簡化模型：圖4-1 七桿壓力機的簡化模型模型建好后，接著要給每個節點建立約束，如桿件和地面之間有轉動副，兩個桿件之間要有轉動副，滑塊和地面之間還要有移動副。然后是給桿件添加驅動。這樣，桿件可以運動起來。圖4-2為添加約束和動力后的情況。圖4-2 添加約束和動力ADAMS的另一個強大的功能是虛擬仿真。可以讓組建的機構按照約束條件運動起來。以此來模擬實物的運動，直觀性很強。另外，ADAMS中包含有大量的運動函數，通過對電機運動函數的設定，可以讓電機做

38、出特定的驅動，尤其是在對伺服電機的模擬，能夠達到逼真的效果。圖4-3至4-5為添加驅動并仿真的過程。圖4-3可動性仿真圖4-4添加運動函數圖4-5為伺服電動機添加函數4.2 混合驅動七桿壓力機的運動學分析利用ADAMS建立機械系統仿真模型時，可以對各個桿件以及節點進行運動學求解，并可以生成直觀性很強的曲線圖。ADAMS是利用牛頓拉夫森迭代方法求解的。通過對關鍵構件的位移、速度、加速度分析，以及對動力桿件的受力分析，可以了解機構的運動情況，為最終的設計提供參數。圖4-6到4-8依次為沖頭的位移曲線、速度曲線和加速度曲線：圖4-6 滑塊的位移曲線圖4-7滑塊的速度曲線圖4-8滑塊的加速度曲線與常規

39、壓力機（四桿機構）沖頭的運動曲線相比較，七桿機構中沖頭工作區間所占比例明顯增多，沖壓過程能夠保持一定的勻速運動。只是通過速度曲線和加速度曲線可以發現，七桿機構并不穩定，曲線波動過大。這也是將要解決的難題。以下是對動力桿的受力分析。其中關節B和關節E分別是對常規動力電機和伺服電機的受力分析。可以發現，圖4-9中受力最大值為3250N，明顯大于圖4-10中的350N，與設計目標相符合。只需要較小功率的伺服電機就可以達到目的了。圖4-9 關節B的受力曲線圖4-10 關節E的受力曲線圖4-11是沖頭的受力分析曲線。模型中沖頭的定義阻力為2700N，沖壓間隔0.4秒，其余時間內受力為0N。圖4-11 關

40、節D的受力曲線4.3 混合驅動七桿壓力機的參數化建模ADAMS軟件提供了強大的參數話建模功能。根據分析需要，在建模時確定相關的關鍵變量，并將這些關鍵變量設置為設計變量。在分析時，只需要改變這些變量的大小，虛擬樣機就可以自動更新。圖4-12是參數化建模的效果圖。圖中將桿件的頂點設為變量，這樣，通過改變各個點的位置，就可以改變桿件的長度和位置，非常方便。而且，各個桿件的長度都有一定的變化范圍。經過接下來的優化分析，可以在該范圍內取得最佳值。圖4-12 (a)圖4-12 (b) 4.4 混合驅動七桿壓力機的優化設計優化分析是adams提供的一種高級參數化計算分析工具采用該工具可對壓力機主傳動系統進行

41、優化,在所設定的范圍內通過分析程序自動地調整設計變量,求取主傳動系統機構最佳的位置配置,在該位置扭矩曲線的峰值為“最小”。由于水平有限，該環節還有待學習和研究。能夠將此功能應用到機構的設計中來，必將給設計工作帶來巨大的便利，其前景異常樂觀。第五章 基于SOLIDWORKS混合驅動七桿壓力機實體造型5.1 SOLIDWORKS簡介隨著 PC 機 3D 設計軟件在產品設計中的推廣應用，機械產品的設計和開發向著 3D化方向發展。采用 3D 設計軟件，如 SolidWorks，Pro/E，UG 等進行產品開發設計的主要優點在于，能夠實時地評價零部件的結構工藝性、可裝配性和可制造性等，推動了機械產品創新

42、設計的進步。特別是基于三維設計技術的三維樣機和仿真技術的發展，為機械產品創新設計的自動化提供了一種理想的技術支撐平臺。計算機處理圖形圖像的不斷提高以及 Windows 操作系統的長足發展，三維 CAD 軟件在逐步由工作站環境向計算機化、Windows 平臺方向發展，尤其是最近幾年，三維 CAD軟件在計算機平臺和 Windows 環境下得到了很大的進步。SolidWorks 作為 Windows 平臺下的機械設計軟件，完全溶入了 Windows 軟件使用方便和操作簡單的特點，其強大的設計功能可以滿足大多數機械產品的設計需要。SolidWorks 是 CAD/CAE /CAM/PDM 桌面集成系統

43、，是美國 SolidWorks 公司于 1995 年 11月研制成功的。該軟件可以最大限度地滿足設計者的設計意圖，操作簡單，功能強大，容易上手，可以完成復雜的產品設計、高性能的大型裝配、高級曲面造型和設計修改，顯示動態裝配關系，集設計、分析、加工和數據管理于一體，動態模擬裝配過程，計算質量特征，如質心、慣性矩等，將二維繪圖與三維造型技術融為一體，將三維實體圖自動轉換成二維平面圖。此外它還具有較好的開發性接口和功能擴充性，可以把 AutoCAD中的圖轉到 SolidWorks 中，也能把 SolidWorks 中的圖轉到 AutoCAD 中，另外，還可以把SolidWorks中的三維圖修改格式后

44、可以導入到adams中，進行動力學分析和運動學分析，是工程設計的一個好工具。由于 SolidWorks 有如此多的優點，本文將選用它作為三維建模的平臺，來完成混合驅動七桿機構的三維建模。5.2 混合驅動七桿壓力機的實體造型 七桿機構的物理特性確定后，依照尺寸，在solidworks環境下，一次經過草圖繪制、拉伸、切除、掃描等過程，依據軟件的強大功能完成零部件的造型。而同時該軟件也提供了裝配的功能，將各部件經過配合限制后，組裝成一臺機器。另外，還可以將組裝成的裝配體導入到adams中，通過修改材料屬性和顏色，添加約束和動力，進行進一步的運動學分析。下面是依次的過程： 圖5-1為 凸輪的造型，凸輪

45、由常規電機驅動。整個造型由拉伸而成，分兩步，第一步先拉伸大圓盤，接著以大圓盤的一個圓面為基準面繪制小元，進一步拉伸而成。圖5-1 凸輪造型圖5-2 為連桿的造型。整個機構中共有三根連桿，長度不一但結構基本相同。繪制步驟分為拉繪制草圖、拉伸、切除、鏡像等步驟。圖5-2 連桿造型圖5-3為 滑塊的造型。結構比較復雜，需要經過換面拉伸。即先以一個基準面拉伸立方體，接著以立方體的上表面為基準面拉伸出凸臺。接著，以凸臺的中心實在的面，即圖中的基準面4，對稱切除，形成開口槽。圖5-3 滑塊造型零件成型后，依據SOLIDWORKS的裝配體功能，可以把零件組裝到一起形成完整的造型。裝配過程中應用到了導入、配合

46、、移動、旋轉等功能。根據零件的位置和功能關系，可以實現模型的實體造型。圖5-4 裝配體造型5.3 將三維實體造型導入ADAMS如果需要進一步分析組裝后的機構，還可以通過與ADAMS的連接，導入后可以進行各種分析，分析過程與上文類似。將在SOLIDWORKS中建立的構建導入ADAMS中有兩種方法。第一種是先將各個構件在SOLIDWORKS中裝配好，進行整體導入。這種方法的好處是結構嚴整，配合精度高。缺點是導入后的機構需要添加各種約束，如轉動副、移動副、動力等。另一種導入的方法是將構件單獨導入到ADAMS中，來替換原有的構建，這樣做的好處是靈活性強，按需要來導入構件。而且導入的構件不需要在添加約束

47、。缺點是比較麻煩。每次都要編輯導入部件的角度和位置，工作繁瑣。導入后，需要給零件添加材料屬性，質量屬性，修改顏色等。這樣，構件就具有了質量，更接近實物。之后可以在ADAMS 強大的仿真功能模塊下進行運動學分析、動力學分析等。與前文中對模型進行的分析所得到的數據相比，將更加準確，更有參考價值。第六章 結論與展望本文從壓力機的運動規律入手，分析了現有的多種壓力設備存在的不足，進而提出了混合驅動七桿壓力機的構想，并進行了可行性分析。接著根據壓力機工作原理和要求進行了混合驅動七桿壓力機主傳動系統進行了選擇和設計，分析了滑塊的位移電動機的功率等，并用ADAMS軟件工具對所設計的主傳動系統進行了虛擬樣機建

48、模，并進行運動學分析，動力學分析，在綜合主傳動系統額定沖壓力、各構件慣性力和摩擦力條件下，以曲柄扭矩最小為優化目標對主傳動系統進行了優化，獲得了主傳動系統最優的尺寸結構。最后，通過SOLIDWORKS 軟件進行三維造型建模，并進行裝配。通過本論文的研究工作，在混合驅動壓力機的基礎理論研究方面取得了一些成果，達到了預期目的。但同時也發現了一些仍需要進一步完善的工作。首先是混合驅動七桿機構的運動學分析問題。由于涉及到七根桿，而且有較復雜的運動函數的參與，對桿件尤其是沖頭的運動學分析變得尤為困難，本文在對沖頭速度、加速度的分析上遇到了巨大困那。有些問題不能夠深入研究。其次是在ADAMS中對機構的優化

49、分析階段還有待豐富。雖然通過優化設計和動力學計算機仿真，驗證了混合驅動七桿機構的可行性，但考慮到伺服電機的小功率的限制，在保證輸出的前提下，為提高控制的準確性和可靠性，應考慮有所改進。參考文獻1孫鳳勤.沖壓與塑壓設備.機械工業出版社，20022趙呈林.鍛壓設備.西北工業大學出版社，19873何德譽.專用壓力機.機械工業出版社，19894王嘯宇.國外機械一液壓壓力機的最新研究成果.鍛壓機械，1994(3):295劉振堂.國外數控沖床的現狀和發展趨勢.鍛壓機械，.2002(3):7一106陽林，潘曉濤，黃詩君.國內外的數控壓力機發展及我國的策略.廣東機械學院學報，1995(3):92一957王嘯宇.國外機械一液壓壓力機的最新研究成果.鍛壓機械，1994(3):29一308姚燕安，凸輪機構的主動控制，博士學位論文，天津:天津大學，19999李勇.新一代沖壓技術.新技術新工藝，2003(4):31一3210陸俞，任雅珍，王郡文.多連桿機械壓力機桿系優化設計及分析.高師理科學刊，199811葉云岳，陳永校，盧琴芬.直線電機驅動的新型沖壓機.電工技術雜