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复杂机械系统如数控机床、操作机器人、大型锻压机床、汽车的传动系统等,具有运动构件数目多,机械结构模块化、层次化的特点。因而“模型可重用,系统可重构”成为复杂机械系统建模与仿真理论方法的大势所趋。而现有的机械系统运动学、动力学建模理论方法没有完全适应上述特点,难以支持模型的重复调用。论文研究目标是:借鉴系统仿真领域“模型可重用、系统可重构”的复合建模思想,针对平面机械系统的结构特点,建立平面机构的复合建模方法,依据拓扑结构学解决平面机构建模的单元重用问题和系统模型的重构问题;采用二自由度五杆机构设计自由锻造压机,提出机构创新设计方案;采用复合建模方法进行该机的运动学、动力学分析,运用虚拟现实技术演示仿真结果,验证本文理论方法和设计方案。首先,针对平面机构拓扑结构和系统组成特点,基于平面机构的Assur杆组划分,提出平面机构运动学、动力学建模的复合方法,形成了原动件、Assur杆组等模块化的建模单元,这一划分方法可以方便地支持模型重用。采用状态空间方法表达系统运动学以及动力学的数学模型。基于Matlab/Sinulink仿真平台,编制了上述各单元模型,利用Simulink界面依据系统拓扑,连接各单元模型,实现系统建模。其次,本文利用二自由度五杆机构设计了一台新型压机,压机采用直线输入,便于液压系统驱动实现。压机的末端执行器锻锤不仅能够实现传统压机的垂直锻压动作,而且可以在运动平面内以一定角度进行锻压。针对压机的特点,规划了新的锻造工艺动作,新工艺动作在操作机一次旋转后,可从多个方向对工件实施锻打,有利于减少操作次数,提高生产节拍。再次,采用本文提出的复合建模方法,分别对新压机进行了运动学和动力学建模分析。运动学正解根据输入构件的行程差,将两输入的运动规律设置为均速,计算得到锻锤运动规律;逆解对锻锤运动规律做了理想运动规律假设,反解得到输入构件的运动规律。运用Deform3D进行锻压过程模拟,确定锻压过程中锻锤与工件之间的工作阻力。依据这一计算结果,分别进行了压机逆动力学建模仿真,计算了原动件驱动力。在压机运动学、动力学建模过程中,根据分析任务不同,反复调用基本模型单元,验证了本文建模方法的适用性。最后,基于VRML的虚拟现实平台,建立了二自由度压力机虚拟现实仿真系统,演示了二自由度压机工作过程,验证了计算结果,表明了新型压机设计方案的可行性。