ProE的曲柄压力机的运动分析及仿真
ProE的曲柄压力机的运动分析及仿真[20200123192201]
【摘要】
本文以曲柄压力机中的曲柄滑块机构为研究对象，针对曲柄转角α的改变，分析了滑块的速度v、位移s、加速度a的运动特性，并且利用Pro/ENGINEER中的机构运动仿真模块Mechanism进行曲柄滑块机构模型的运动分析和仿真。
在Mechanism仿真模块中通过对机构模型添加运动副，定义伺服电动机和相关参数进行仿真，分析出机构在理想状态下的运动特性；测量出运动的位置、速度和加速度曲线，验证了运动特性分析曲线；在测量结果中得到具体数值，并与数学分析计算进行了对比，验证了分析的正确性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】曲柄滑块机构；Pro/ENGINEER；运动分析；仿真
引言 1
一、曲柄压力机的简介 2
（一）曲柄压力机类型 2
（二）技术参数 3
二、曲柄滑块机构的介绍 3
（一）曲柄滑块机构的结构形式 3
（二）曲柄滑块机构的运动特性 4
三、建模及运动仿真分析 6
（一）Pro/E简介 6
（二）建模及运动仿真分析 7
四、分析验证 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
近年来，曲柄压力机迅猛发展，其品种越来越多，规格越来越大，自动化程度越来越高，并呈现两大发展趋势：一是发展柔性的高性能的压力机生产线，二是发展大型多工位的压力机。而对于曲柄压力机运动技术参数和特性的研究也成为了一大研究课题。
Pro/ENGINEER是PTC公司基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与制造工作。
Pro/ENGINEER中的机构运动仿真模块Mechanism可以进行装配模型的运动分析和仿真，使得原来在二维图样尚难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。
一、曲柄压力机的简介
（一） 曲柄压力机类型
根据JB/T9965-1999标准，锻压机械分为八类，其中第一类机械压力机包括曲柄压力机的主要类型，在第三类线材成形自动机、第五类锻机、第六类剪切机和第七类弯曲校正机中都包括有曲柄压力机。此外，根据工艺用途也可将曲柄压力机进行如下分类：
1． 板料冲压压力机
（1） 通用压力机：用于冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉深等工艺，如图1-1所示。
（2） 拉伸压力机：用于拉深工艺。
（3） 板冲高速自动机：适用于连续传送板料的自动冲压工艺。
（4） 板冲多工位自动机：适用于连续传送工件的自动冲压工艺。
2． 体积模锻压力机
（1） 挤压机：用于冷挤压工艺。
（2） 热模锻压力机：用于热模锻工艺。
（3） 精压机：用于平面精压、体积精压和表面压印等工艺。
（4） 平锻机：用于平锻工艺。
（5） 冷镦自动机：用于制造螺钉、螺母等各种标准件。
（6） 精锻机：用于精锻各种轴类零件。
3． 剪切机
（1） 板料剪切机。用于裁剪板料。
（2） 棒料剪切机。用于裁剪棒料。
图1-1 普通曲柄压力机
（二）技术参数
1. 公称压力Fg及公称力行程Sg
曲柄压力机的公称压力是指滑块离下死点前某一特定距离（此特定距离成为公称力行程Sg）或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度（此特定角度成为公称压力角）时，滑块所容许承受的最大作用力，是压力机的主要参数。
2. 滑块行程S
是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。
3. 滑块行程次数n
是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。行程次数越高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可能实现高生产率。
4. 最大装模高度H及装模高度调节ΔH
装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。
5. 工作台板及滑块底面尺寸
是指压力机工作空间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。
6. 喉深
是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机的特有参数。尺寸选得太小，则加工的零件尺寸受到限制。尺寸选得过大，则给机身的设计，特别是刚度设计带来困难。
二、曲柄滑块机构的介绍
（一） 曲柄滑块机构的结构形式
通用压力机的工作机构多为曲柄滑块机构，一般有如下三种结构形式：
1. 曲轴驱动的曲柄滑块机构
特点及使用场合：曲轴式结构可以设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定的，故滑块的行程也不可调节。在工作中，曲轴既受弯矩又受扭矩，而且力是不断变化的。所以，加工技术要求较高，又由于大型曲轴锻造困难，因此，曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上的应用受到限制。
2. 曲拐轴驱动的曲柄滑块机构
特点及使用场合：曲拐轴式曲柄滑块机构便于实现调节行程且结构较简单，但由于曲柄悬伸，受力情况较差，因此，主要在中小型压力机上应用。
3. 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构
特点及应用场合：偏心齿轮工作时只传递扭矩，弯矩由心轴承受，因此偏心齿轮的受力比曲轴简单，心轴只承受弯矩，受力情况也比曲轴好，且刚度较大。此外，偏心齿轮的铸造比曲轴锻造容易解决，但总体结构相对复杂些。所以，偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构常用于大中型压力机中。
（二） 曲柄滑块机构的运动特性
1. 曲柄滑块结构的运动分析[1]
图2-1为曲柄滑块结构的运动分析图。如采用下列坐标，曲柄转角α从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正，滑块位移s 从下死点算起，向上方向为正，滑块速度ν及滑块加速度a，其方向向下为正，那么滑块位移、速度及加速度为：
图2-1曲柄滑块机构的运动分析图
OB = OC + CB =
= (2-1)
S = R + L- OB (2-2)
将式（2-1）代入式（2-2），经整理得：
(2-3)
对于通用压力机，R/L一般在0.1～0.2 范围内，这时式（2-3）中根号部分可作如下近似处理：
所以，式（2-3）化为：
(2-4)
式中：S —滑块位移，从下止点算起，向上方向为正；
ω—曲柄转角，从下止点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下相同；
R —曲柄半径；
L —连杆长度（当连杆长度可调时，取最短数值）。
将式（2-4）对时间求导，可得滑块的速度公式为：
(2-5)
式中：υ—滑块速度，向下方向为正；
【摘要】
本文以曲柄压力机中的曲柄滑块机构为研究对象，针对曲柄转角α的改变，分析了滑块的速度v、位移s、加速度a的运动特性，并且利用Pro/ENGINEER中的机构运动仿真模块Mechanism进行曲柄滑块机构模型的运动分析和仿真。
在Mechanism仿真模块中通过对机构模型添加运动副，定义伺服电动机和相关参数进行仿真，分析出机构在理想状态下的运动特性；测量出运动的位置、速度和加速度曲线，验证了运动特性分析曲线；在测量结果中得到具体数值，并与数学分析计算进行了对比，验证了分析的正确性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】曲柄滑块机构；Pro/ENGINEER；运动分析；仿真
引言 1
一、曲柄压力机的简介 2
（一）曲柄压力机类型 2
（二）技术参数 3
二、曲柄滑块机构的介绍 3
（一）曲柄滑块机构的结构形式 3
（二）曲柄滑块机构的运动特性 4
三、建模及运动仿真分析 6
（一）Pro/E简介 6
（二）建模及运动仿真分析 7
四、分析验证 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
近年来，曲柄压力机迅猛发展，其品种越来越多，规格越来越大，自动化程度越来越高，并呈现两大发展趋势：一是发展柔性的高性能的压力机生产线，二是发展大型多工位的压力机。而对于曲柄压力机运动技术参数和特性的研究也成为了一大研究课题。
Pro/ENGINEER是PTC公司基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与制造工作。
Pro/ENGINEER中的机构运动仿真模块Mechanism可以进行装配模型的运动分析和仿真，使得原来在二维图样尚难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。
一、曲柄压力机的简介
（一） 曲柄压力机类型
根据JB/T9965-1999标准，锻压机械分为八类，其中第一类机械压力机包括曲柄压力机的主要类型，在第三类线材成形自动机、第五类锻机、第六类剪切机和第七类弯曲校正机中都包括有曲柄压力机。此外，根据工艺用途也可将曲柄压力机进行如下分类：
1． 板料冲压压力机
（1） 通用压力机：用于冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉深等工艺，如图1-1所示。
（2） 拉伸压力机：用于拉深工艺。
（3） 板冲高速自动机：适用于连续传送板料的自动冲压工艺。
（4） 板冲多工位自动机：适用于连续传送工件的自动冲压工艺。
2． 体积模锻压力机
（1） 挤压机：用于冷挤压工艺。
（2） 热模锻压力机：用于热模锻工艺。
（3） 精压机：用于平面精压、体积精压和表面压印等工艺。
（4） 平锻机：用于平锻工艺。
（5） 冷镦自动机：用于制造螺钉、螺母等各种标准件。
（6） 精锻机：用于精锻各种轴类零件。
3． 剪切机
（1） 板料剪切机。用于裁剪板料。
（2） 棒料剪切机。用于裁剪棒料。
图1-1 普通曲柄压力机
（二）技术参数
1. 公称压力Fg及公称力行程Sg
曲柄压力机的公称压力是指滑块离下死点前某一特定距离（此特定距离成为公称力行程Sg）或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度（此特定角度成为公称压力角）时，滑块所容许承受的最大作用力，是压力机的主要参数。
2. 滑块行程S
是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。
3. 滑块行程次数n
是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。行程次数越高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可能实现高生产率。
4. 最大装模高度H及装模高度调节ΔH
装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。
5. 工作台板及滑块底面尺寸
是指压力机工作空间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。
6. 喉深
是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机的特有参数。尺寸选得太小，则加工的零件尺寸受到限制。尺寸选得过大，则给机身的设计，特别是刚度设计带来困难。
二、曲柄滑块机构的介绍
（一） 曲柄滑块机构的结构形式
通用压力机的工作机构多为曲柄滑块机构，一般有如下三种结构形式：
1. 曲轴驱动的曲柄滑块机构
特点及使用场合：曲轴式结构可以设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定的，故滑块的行程也不可调节。在工作中，曲轴既受弯矩又受扭矩，而且力是不断变化的。所以，加工技术要求较高，又由于大型曲轴锻造困难，因此，曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上的应用受到限制。
2. 曲拐轴驱动的曲柄滑块机构
特点及使用场合：曲拐轴式曲柄滑块机构便于实现调节行程且结构较简单，但由于曲柄悬伸，受力情况较差，因此，主要在中小型压力机上应用。
3. 偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构
特点及应用场合：偏心齿轮工作时只传递扭矩，弯矩由心轴承受，因此偏心齿轮的受力比曲轴简单，心轴只承受弯矩，受力情况也比曲轴好，且刚度较大。此外，偏心齿轮的铸造比曲轴锻造容易解决，但总体结构相对复杂些。所以，偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构常用于大中型压力机中。
（二） 曲柄滑块机构的运动特性
1. 曲柄滑块结构的运动分析[1]
图2-1为曲柄滑块结构的运动分析图。如采用下列坐标，曲柄转角α从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正，滑块位移s 从下死点算起，向上方向为正，滑块速度ν及滑块加速度a，其方向向下为正，那么滑块位移、速度及加速度为：
图2-1曲柄滑块机构的运动分析图
OB = OC + CB =
= (2-1)
S = R + L- OB (2-2)
将式（2-1）代入式（2-2），经整理得：
(2-3)
对于通用压力机，R/L一般在0.1～0.2 范围内，这时式（2-3）中根号部分可作如下近似处理：
所以，式（2-3）化为：
(2-4)
式中：S —滑块位移，从下止点算起，向上方向为正；
ω—曲柄转角，从下止点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下相同；
R —曲柄半径；
L —连杆长度（当连杆长度可调时，取最短数值）。
将式（2-4）对时间求导，可得滑块的速度公式为：
(2-5)
式中：υ—滑块速度，向下方向为正；
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/mjsk/2262.html
