開題報告六連桿壓力機優(yōu)化設(shè)計與分析

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目學(xué)院名稱專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師填表時間：2014年 3月 22日設(shè)計（論文） 題目壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和運動分析設(shè)計（論文） 類型（劃“/）工程設(shè)計應(yīng)用研究開發(fā)研究基礎(chǔ)研究其它V一、 本課題的研究目的和意義壓力機作為零件加工的主要工具，廣泛應(yīng)用于有色金屬，合金板材以及搪瓷 的落料、沖裁、彎曲、翻邊和拉深成形等工藝，其領(lǐng)域包括飛機、汽車、船舶、 大型發(fā)電設(shè)備和化工容器以及軍工的大型重要零件和儀器，鐘表中的一些小零件 等。伴隨著工業(yè)的發(fā)展， 壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量要求越來越高，它 在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越顯著，因此對壓力機的精

2、度和 生產(chǎn)率等各方面的要求也就越來越咼。對六連桿壓力機而言，滿足用戶要求的桿系設(shè)計和性能優(yōu)化是技術(shù)核心，也是 難點。由于六連桿壓力機運動特征是快速下降，可以較小的偏心距實現(xiàn)較大的滑 塊行程，而在進(jìn)行拉深的區(qū)域（300mm左右）滑塊速度低而均勻，拉深完成后， 滑塊快速回程，既滿足了低速拉深工藝的要求，又提高了壓力機的生產(chǎn)率，。因此 本課題對六連桿壓力機機構(gòu)尺寸參數(shù)、運動分析、等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究，已達(dá)到 滑塊在工作行程內(nèi)加速度最大值最小和壓力機具有良好的工作特性。二、本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）1、分析了國內(nèi)外的壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹多連桿壓力機的特點，對機械優(yōu) 化設(shè)計的主要方法進(jìn)行了比較，確定了

3、六連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法。最后，給出 了本論文的研究內(nèi)容及研究方法；2、分析壓力機的工作原理和主要技術(shù)參數(shù)，確定本文設(shè)計的壓力機主要技術(shù) 參數(shù)；3、對壓力機六連桿機構(gòu)進(jìn)行了運動分析，建立了六連桿機的運動學(xué)模型、獨 立與非獨立參數(shù)間的關(guān)系，建立了通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上，求出了機 構(gòu)滑塊位移、速度、加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式使用matlab軟件進(jìn)行計算， 并作出滑塊位移、速度、加速度的曲線圖；4、對壓力機傳動系統(tǒng)進(jìn)行布置并進(jìn)行傳動級數(shù)的分配，選擇電動機，對傳動零件進(jìn)行設(shè)計計算和強度校核；5、介紹了機械優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)，在 ADAMS中建立六連桿機構(gòu)的參數(shù)化模型，確定設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)，對參

4、數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算，實現(xiàn)基于ADAMS的參數(shù)化設(shè)計。利用Pro/E軟件建立優(yōu)化后六連桿的三維模型，再將模型導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運動學(xué)仿真分析。6、利用制圖軟件繪制壓力機傳動的圖紙，并編寫壓力機設(shè)計說明書。三、文獻(xiàn)綜述1、國內(nèi)外壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀概況及發(fā)展趨勢1.1國內(nèi)外壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀概況機械壓力機作為工程上廣泛應(yīng)用的一種鍛壓設(shè)備， 在工業(yè)生產(chǎn)中的地位變的越 來越重要。多連桿壓力機的多連桿機構(gòu)是現(xiàn)代機械壓力內(nèi)、外滑塊普遍采用的工 作機構(gòu)。多連桿驅(qū)動的出發(fā)點是：降低工作行程速度，加快空程速度，已達(dá)到提 高生產(chǎn)率的目的。使用多連桿驅(qū)動技術(shù)的機械壓力機，不用改變壓力機的工作行 程速度，即可達(dá)到提高生產(chǎn)

5、率、延長模具壽命并降低噪聲的目的。目前國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀：進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國鍛壓機械行業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)，合 作生產(chǎn)及合資等多種方式，已經(jīng)快速地提高了我國的沖壓設(shè)備整體水平，近年來 設(shè)計制造的很多產(chǎn)品，其技術(shù)性能指標(biāo)已經(jīng)能夠接近世界先進(jìn)水平。目前我國制 造的多連桿壓力機剛性好、精度高、具有良好的抗熱變形能力和良好的平衡性， 配備高速高精度的送料裝置，采取良好的隔聲降噪減振措施。不僅能保證良好的 性能、質(zhì)量和可靠性，在設(shè)備的成套、生產(chǎn)線和數(shù)控化、自動化等方面也有了很 大的發(fā)展，能開發(fā)、設(shè)計、制造大型精密高效的壓力機。近年來，隨著電子技術(shù)、 自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國多連桿壓力機的自動化程度、 安

6、全性、可靠性、 生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量都得到了明顯的改善，壓力機的制造能力也不斷提高。但我國 壓力機的生產(chǎn)總體規(guī)模小，技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，數(shù)控化程度相對較差，管理水平 落后，品總和規(guī)格不全，特別是大、高、精類還需國外的供應(yīng)，另外，我國的鍛 壓設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比結(jié)構(gòu)陳舊，性能較差，機械化程度差。因此，如何繼續(xù)縮 小與國外先進(jìn)產(chǎn)品的距離仍是我國設(shè)備制造企業(yè)需要面對的挑戰(zhàn)。國外發(fā)展現(xiàn)狀：國外的多連桿壓力機的設(shè)計生產(chǎn)制造的專門化、自動化程度 越來越高，朝著高速度、高精度的方向發(fā)展。其產(chǎn)品的品種和規(guī)格齊全，結(jié)構(gòu)新 穎，性能，質(zhì)量，機械化程度好，精度，可靠性高，各種設(shè)備的材料利用率、生 產(chǎn)率都很高。而且規(guī)模大，特

7、別是數(shù)控化程度非常好，具有很高的創(chuàng)新水平。力卩 工時，實現(xiàn)了軟接觸和平穩(wěn)成型，加工沖擊小，故模具的壽命特別長，壓力機的 行程可以任意設(shè)定，曲軸的擺角可調(diào)，使其在某一需要的角度內(nèi)擺動。國外設(shè)計 者們已經(jīng)在傳統(tǒng)的機械壓力機上經(jīng)過反復(fù)試驗，設(shè)計出一些具有創(chuàng)新的壓力機。 這些壓力機可適應(yīng)多變的工藝過程，通用性比以往有很大提高，擁有更高柔性。 1.2壓力機的發(fā)展趨勢隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，壓力機的發(fā)展會更加趨于提高壓力機的生產(chǎn)效率，如滑塊行程次數(shù)朝著高速和超高速方向發(fā)展；提高壓力機的數(shù)控程度和柔性化程度， 提高它的控制水平，采用柔性更先進(jìn)的平衡裝置，使監(jiān)測、調(diào)試、控制方式更靈 活可靠、安全、宜人化；提高設(shè)備

8、的加工精度和剛度，發(fā)展精密、高壓力設(shè)備。 滑塊上采用更先進(jìn)的導(dǎo)向方式，加工精度更高，噪聲振動小，環(huán)境污染小。在設(shè) 計方面要更加完善設(shè)計手段，提高設(shè)計水平，發(fā)展綠色設(shè)計與制造。2、多連桿壓力機相比于普通壓力機的優(yōu)點與缺點目前采用多連桿機構(gòu)代替一般曲柄連桿機構(gòu)已成為機械壓力機結(jié)構(gòu)發(fā)展的重 要方向之一。機械壓力機采用多連桿機構(gòu)具有以下優(yōu)點：(1) 當(dāng)普通壓力機和多連桿壓力機都在材料的允許拉深速度內(nèi)運行，多連桿 壓力機在同樣的運動速度時將以更慢的滑塊速度接觸板料，從而降低撕裂材料的 可能性，故降低了噪聲和振動，減少了模具內(nèi)部發(fā)熱，延長了模具壽命。(2) 與普通壓力機比較，多連桿壓力機只驅(qū)動部分的設(shè)計不

9、一樣，壓力機的 其他部分仍然是標(biāo)準(zhǔn)的，因此成本可以大大降低。在設(shè)計參數(shù)內(nèi)，運動曲線可根據(jù) 特定工件的需要進(jìn)行修改。(3) 多連桿壓力機拉伸時降低了滑塊工作時的速度且速度比較均勻，增加了滑 塊接近工件與回程的速度，生產(chǎn)效率高。(4) 多連桿機構(gòu)拉伸深度大，在允許的速度內(nèi)，多連桿壓力機的拉伸深度可達(dá) 320mm而一般的曲柄壓力機只有 70mn左右。(5) 與技術(shù)參數(shù)相同的曲柄滑塊機構(gòu)傳動的壓力機相比，多連桿壓力機的曲柄 半徑和扭矩較小，從而使壓力機結(jié)構(gòu)緊湊，總體尺寸減小，減輕了機器的重量對大型壓力機的制造具有重要意義但是多連桿壓力機也存在一些缺點，既然多連桿壓力機與普通壓力機一樣， 其滑塊都要隨曲

10、軸旋轉(zhuǎn)運行360度，那么，多連桿運動后的較慢工作行程必須在 行程的其他部分進(jìn)行補償，即需要通過提高下個行程開始部分和回程的速度來實 現(xiàn)補償；多連桿驅(qū)動的另一局限性在于減少了進(jìn)料循環(huán)的可利用時間。即因工作 行程占有了較多的時間，留給零件傳送或進(jìn)料的空程時間相對減少了 （時間和旋 轉(zhuǎn)角度都減少）。盡管通過周密的計劃，多工位模零件在工位之間的傳送一般都 能實現(xiàn)，但傳送時間的縮短畢竟是一個需要慎重考慮的主要問題。3、多連桿壓力機的六連桿機構(gòu)與其他多連桿機構(gòu)的特點六連桿機構(gòu)（圖3.1）壓力機的特點：這種機構(gòu)的壓力機主要用于較厚鋼板的 沖孔、落料、成形等沖壓工藝；一般用于較大工藝力的沖壓工作，如一次沖壓工

11、 作中完成重型卡車大梁的落料、成形、沖孔等。其主要特點是機身結(jié)構(gòu)緊湊、剛 性強，其沖壓和工藝力比同類型的曲柄連桿機構(gòu)的機械壓力機大，滿負(fù)荷的工作 區(qū)域較長，工作效率高。圖3.1八連桿機構(gòu)（圖3.2）壓力機的特點：這種機構(gòu)的壓力機特別適應(yīng)薄板沖壓成 型、深拉伸等工藝工作，多用于大型薄板覆蓋件的大批量生產(chǎn)，如轎車、面包車、 卡車的車頂、門等等。它特別適應(yīng)于深拉伸工藝工作，模具在拉伸工作區(qū)的沖擊 力很小，滿負(fù)荷工作區(qū)域長。但由于傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求的加工、裝配調(diào)試 精度高，使制造周期加長，制造成本提高。圖3.2十連桿機構(gòu)（圖3.3）壓力機的特點：這種十桿機構(gòu)常用于閉式雙動機械壓力 機外滑塊的傳動驅(qū)

12、動上。能夠保證內(nèi)滑塊在拉伸區(qū)域工作時，外滑塊能夠按要求 壓邊并保證壓邊力在內(nèi)滑塊的整個拉伸過程中不變化，達(dá)到拉伸件不拉裂、不起 皺的要求，從而保證拉伸件質(zhì)量。圖3.3連桿機構(gòu)應(yīng)用廣泛，使用六連桿機構(gòu)作為機械壓力機的工作機構(gòu)可以較小的 偏心距實現(xiàn)大的滑塊行程，在工件的塑性變形區(qū)，滑塊具有較低的工作速度，可 防止工件產(chǎn)生裂紋，滿足工件拉延的加工要求，提高模具使用壽命，降低沖擊振 動和噪聲延長模具壽命。并且六連桿機構(gòu)的壓力機與八連桿機構(gòu)和十連桿機構(gòu)的壓力機相比較而言，六連桿機構(gòu)的壓力機的結(jié)構(gòu)更加緊湊、 簡單，制造的成本低, 工作速度低。因此，本文選擇六連桿機構(gòu)的壓力機進(jìn)行研究。4、壓力機的工作原理機

13、械壓力機工作時，由電動機通過三角皮帶將運動傳給大皮帶輪（通常兼作 飛輪），經(jīng)過傳動軸齒輪副和離合器帶動曲柄連桿滑塊機構(gòu)，使滑塊和凸模直線 下行。鍛壓工作完成后滑塊回程上行，離合器自動脫開，同時曲柄軸上的自動器 接通，使滑塊停止在上止點附近。圖4.1圖4.2而六連桿壓力機是在曲柄壓力機基礎(chǔ)上演變而來的， 其基本的原理是相同的, 只是六連桿壓力機將曲柄滑塊機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為六連桿的機構(gòu)，使壓力機的生產(chǎn)效 率提高。機構(gòu)中的連 桿丨5連接在曲柄搖桿機構(gòu)中連桿I 2外伸部分丨4上。曲柄搖 桿機構(gòu)中12上的每個點，具有不同的運動規(guī)律，因而對機構(gòu)參數(shù) Xo、y。、R、丨2、 13、I 4、S和I 5的合理選擇，

14、就能獲得類似于其它多連桿的滑塊運動特性，其中 Xo、y。、12、角S是影響滑塊均勻性的主要參數(shù)。4、六連桿壓力機六連桿機構(gòu)的設(shè)計方法4.1傳統(tǒng)的設(shè)計方法決定桿件尺寸的方法一般有圖解法和解析法圖解法是利用“手工”作圖的 方法，從有限的幾個方案來決定桿件尺寸這種設(shè)計方法形象直觀，但設(shè)計工作 量很大，精度不高，不能保證機構(gòu)具有最佳的運動特性。解析法是根據(jù)機械原理 的理論，將機構(gòu)中已知的尺寸參數(shù)和運動變量與未知的運動變量之間的關(guān)系用數(shù) 學(xué)式表達(dá)出來，列出相應(yīng)的方程組，用解方程的方法來確定桿件的未知變量但 一般情況下所列出的方程組是高度非線性的， 而且由于設(shè)計變量和約束條件較多, 要想從中解出待定參數(shù)是

15、很困難或是不可能的，因此不能獲得滿足約束條件的最 優(yōu)方案。使用最優(yōu)化設(shè)計方法可使上述問題得到圓滿解決，獲得符合工藝要求的 最優(yōu)解。4.2優(yōu)化設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計方法很多，有求解無約束優(yōu)化問題的一維搜索法、坐標(biāo)輪換法、 Powell法、牛頓法和變尺度法等；有求解約束優(yōu)化問題的隨機方向搜索法、復(fù)合 形法、遺傳算法，優(yōu)選法、可行方向法以及約束變尺度法等直接解法和懲罰函數(shù) 法等間接解法工程機械設(shè)計優(yōu)化問題大多數(shù)是有約束非線性的復(fù)雜優(yōu)化設(shè)計問 題，最常用的優(yōu)化設(shè)計方法是遺傳算法、復(fù)合形法、優(yōu)選法、懲罰函數(shù)法和約束 變尺度法等。羅中華、彭炎榮采用復(fù)合形法，以滑塊在工作行程內(nèi)速度波動量最小為優(yōu)化 目標(biāo)，對六連桿

16、傳動機構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；何予鵬、鄒彩虹等人以滑塊在工作行程 內(nèi)的波動量、最大速度、和傳動角為性能參數(shù)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法得 到優(yōu)化六連桿的設(shè)計方案；李建，王建新等人，以滑塊在工作行程內(nèi)速度波動量 最小和接觸板料速度最小為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，禾用懲罰函數(shù)和復(fù)合形相結(jié)合 的優(yōu)化算法，獲得能滿足工程實際應(yīng)用的六連桿傳動機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案；楊春峰 等人使用遺傳算法，逐步線性規(guī)劃算法，逐步二次規(guī)劃算法等多種優(yōu)化算法，在 遺傳算法優(yōu)化的結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用梯度算法優(yōu)化計算獲得具有良好工作特性的 六連桿機構(gòu)優(yōu)化方案。綜上所述，本課題將采用遺傳算法和復(fù)合形法相結(jié)合的優(yōu)化算法，對六連桿 機構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并進(jìn)

17、行運動分析，從而使壓力機的滑塊在工作行程內(nèi)加速度 最大值最小和具有良好的工作特性。四、擬解決的關(guān)鍵問題1對六連桿機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析建立基本關(guān)系式；2、建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，采用 Adams參數(shù)化設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化;3、Adams運動仿真分析，得到位移、速度、加速度曲線；五、研究思路和方法1、調(diào)研，調(diào)查了解多連桿壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀，分析六連桿機構(gòu)，八連桿 機構(gòu)，十連桿機構(gòu)的特點，提出可選用六連桿機構(gòu)的設(shè)計方案。2、建立運動學(xué)關(guān)系式，建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。3、采用Adams參數(shù)化設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，使用 Adams軟件進(jìn)行運動仿真得到位 移、速度、加速度曲線和優(yōu)化結(jié)果。4、利用三維軟件Pro/E,對多連桿的主傳動機構(gòu)進(jìn)行建模，然后將模型導(dǎo)入 動力學(xué)仿真軟件Adams中，對虛擬模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。六、本課題的進(jìn)度安排第1周：調(diào)研；第2、3周：搜集資料；第4周：外出實習(xí)并寫實習(xí)報告；第5周：寫開題報告并準(zhǔn)備進(jìn)入設(shè)計過程;第6到14周：進(jìn)入全面設(shè)計階段；第15周：撰寫畢業(yè)論文；第16周：準(zhǔn)備答辯。七、參考文獻(xiàn)1 何德譽曲柄壓力機北京：機械工業(yè)出版社，19862 何德譽.專用壓力機.北京：機械工業(yè)出版社，19893 彭向陽淺析多連桿壓力機鍛壓機械，1998 , 2: 29304 洪凱，王玉山等多連桿機械壓力的特點介紹山東機械，199