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混合驱动压力机的基本构型是常规电机和伺服电机作为其动力源,两种类型的输入通过一个二自由度机构合成后驱动滑块做往复直线运动。常规电机为压力机提供主要动力,伺服电机起运动调节作用。这使得混合驱动压力机既具有传统机械式压力机的大功率、运行平稳等优点,又具有可控性、可调性,即具有柔性,能够提供多组输出运动规律。本文将凸轮连杆机构应用于混合驱动机械压力机,对混合驱动凸轮连杆机械压力机进行分析和设计。
首先,从分析符合冲压工艺要求的运动规律入手,选择了凸轮连杆机构作为混合驱动机械压力机的主执行机构,并指出混合驱动凸轮连杆机构的优点;应用回路矢量法对混合驱动凸轮连杆机械压力机机构进行了逆运动学分析,分别求出了混合驱动压力机机构中各构件的位移、速度、加速度的解析表达式。在逆运动学分析的基础上,给出输出运动的方程,假定一些参数,求出一组满足冲压加工工艺的机构参数。求解时利用Pro/E中的装配模块和Mechanism模块,简化了求解过程。
其次,使用计算机仿真技术建立了混合驱动凸轮连杆压力机主执行机构的运动学仿真模型。在虚拟试验中,给定伺服电机一些运动规律,经运动学仿真得出相应的滑块运动规律,观察该机构的输出运动能否实现不同种冲压工艺要求的运动规律。结果表明:该机构可以实现符合精冲工艺和拉深工艺要求的运动规律,但滑块的加速度在某一位置处较大,机构受一定的冲击载荷;该机构能很理想地实现符合热模锻工艺要求的运动规律,速度、加速度曲线都较平滑。
然后,在总结精冲压力机、拉深压力机和热模锻压力机结构特征的基础上,给出混合驱动压力机的结构特征;列出了在惯性力下各构件的力和力矩平衡方程,对混合驱动压力机机构进行了动态静力分析。根据分析结果和混合驱动压力机的结构特征,设计出混合驱动压力机主执行机构的结构形式,在Pro/E中建立了主执行机构带有结构特征的三维装配模型;为了研究电机的功率分配问题,将该3D模型导入ADAMS中建立了混合驱动凸轮连杆压力机主执行机构的动力学模型。经动力学仿真分析表明:在受工作载荷的情况下混合驱动凸轮连杆机构能使伺服电机的输出功率小于恒速电机的输出功率。
最后,根据混合驱动压力机的工作要求选择合适的电机,设计传动方案。常规电机的传动分为两级,一级为窄V带减速,一级为齿轮减速;伺服电机由于低速时运行不稳定,故需要进行两级齿轮减速,将其速度控制在符合混合驱动压力机要求的范围之内。传动方案确定之后,选择了合适的轴承、离合器与制动器等装置,并对传动轴进行设计。为了清晰地表达各个传动零件的空间位置建立了传动系统的三维模型。