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高速压力机作为“少无切削类”高效工作母机,能够生产出更接近最终形状的金属零件,更符合洁净生产和绿色生产的要求,是国家的重要工业装备之一。本文以闭式高速精密压力机为研究对象,在江苏省科技攻关项目“高精度伺服电机驱动数控压力机的研制”和江苏省科技成果转化项目“伺服电机驱动数控精密压力机”的支持下,结合江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司委托课题“JF75G高速压力机动态优化设计”,围绕闭式高速精密压力机机身结构力学特性分析、含间隙机构误差及其传递规律、系统集中参数动力学建模与响应分析、振动隔离等关键技术展开理论和试验研究。论文的主要工作和创新性成果如下:
1.建立了满足闭式高速精密压力机要求的机身结构有限元模型,进行了机身结构力学特性分析和模态分析。结果表明:立柱刚度是影响闭式高速精密压力机模态刚度的关键因素;工作载荷下机身各接触面间能够保持良好的接触状态:高速压力机前三阶约束模态与其工作频率带有较大差别,系统不会工作在共振区。上述结论为闭式高速精密压力机的机身结构优化设计和动力学参数确定提供了理论依据。
2.融合非线性等效弹簧阻尼模型和Coulomb摩擦模型,提出并建立了描述含间隙闭式高速精密压力机机构的多体动力学模型,得出了间隙对闭式高速精密压力机动态精度的影响规律,为高速压力机关键零部件的制造和装配提供参考。
3.完整地建立了符合闭式高速精密压力机特点的预应力组合机身整体刚度与各构件刚度的关系模型;并基于高速精密压力机系统动力学原理和多体系统动力学研究方法,提出了描述直接弹性支承的高速精密压力机质量-弹簧-阻尼三自由度集中参数通用动力学模型,为定量分析高速压力机的动力学响应提供理论基础。
4.提出了满足闭式高速精密压力机工况特点的动态响应数值仿真方法-冲量仿真法。并将基于该方法获得的直接弹性支承高速压力机系统动力学响应仿真结果与试验结果进行分析比较,验证了集中参数通用动力学模型的正确性。从而实现了直接弹性支承高速压力机系统动态响应定量分析,为实现高速压力机的动力学性能预测、评估、虚拟样机动态优化设计以及隔振设计提供了可靠的理论依据。
5.在上述研究的基础上,设计制造了符合闭式高速精密压力机特点的碟簧非线性组合隔振器,并在“JF75G-200高速压力机”上进行试验验证。结果表明,所设计的组合碟簧非线性隔振器具有良好的隔振效果,不仅能够满足高速精密压力机的低频、大载荷冲击振动的隔振与缓冲要求,而且能够使作用于机身上的高频应力循环迅速衰减。