CN108563826A - 多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台 - Google Patents
多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108563826A CN108563826A CN201810173034.9A CN201810173034A CN108563826A CN 108563826 A CN108563826 A CN 108563826A CN 201810173034 A CN201810173034 A CN 201810173034A CN 108563826 A CN108563826 A CN 108563826A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- analysis
- configuration
- module
- forcing press
- transmission mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 263
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 171
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 88
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 14
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 4
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000019771 cognition Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010230 functional analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Press Drives And Press Lines (AREA)
Abstract
本发明涉及多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括计算机和触摸显示屏；软件部分包括：机构构型分析模块、运动分析模块、三维仿真分析模块、受力分析模块、弹性分析模块、方案比较模块及帮助模块，软件部分加载在计算机内。该分析平台以多连杆伺服压力机为研究对象，将不同构型的伺服压力机集中在一起，通过界面选取方式完成对多连杆伺服压力机传动机构设计结果的性能分析以及完成方案比较促进完善设计决策，使设计者在连杆机构设计完成之后即可获得对其性能的仿真分析，更加直观地为用户展示研究机构所需要的有效参考数据，便于机构方案的优选研究，各功能模块可进行二次开发，根据实际需要扩展构型数据库。
Description
技术领域
本发明属于机械传动设计技术领域，具体涉及一种多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台。
背景技术
伺服压力机(Servo Press)是在20世纪90年代国际上出现的一种与传统机械压力机完全不同概念的第三代压力机，在摒弃传统机械压力机的飞轮和离合器等耗能部件基础上，采用交流伺服电机直接作为压力机的动力源，通过螺旋、曲柄连杆、肘杆等多连杆执行机构将电机的旋转运动转化为滑块的直线运动。多连杆伺服压力机具有柔性化、高精度、高效率、低噪声等优点，近年来在全世界得到广泛使用和推广。分析多连杆伺服压力机传动机构的构型及性能，对多连杆伺服压力机的优化具有重要的科学意义和实际应用价值，同时寻求节能途径，对于制造业节能、建立节约型中国社会更具实际意义。
多连杆伺服压力机传动机构的构型多种多样，每种构型性能受多方面因素影响，如各构件的长度、曲柄初始转角位置变化均会影响整个机构的动力和运动特性发生改变。多连杆机构的滑块运行特性，是由各杆件的尺寸和相对位置确定的，由于杆件较多所以如何正确选择各杆件的尺寸以保证滑块具有符合工艺要求的运动特性是设计工作中的关键。近年来，多连杆伺服压力机传动机构的研究者对多连杆伺服压力机传动机构进行轨迹综合、性能分析及优化设计方面进行了研究，但目前的研究还仅限于对某种特定的传动机构单独逐一进行分析，工作量大。为了发挥多连杆伺服压力机传动机构的増力特性，实时获得供选方案的静动态数据，并将其可选传动机构进行集成横纵向对比，以便综合评价，同时针对传动机构构型学***台，降低成本需求，全面了解机构性能参数在实际***中的变化和联系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台。该分析平台以多连杆伺服压力机为研究对象，将不同构型的伺服压力机集中在一起，通过界面选取方式完成对连杆机构设计结果的性能分析以及完成方案比较促进完善设计决策，使设计者在连杆机构设计完成之后即可获得对其性能的仿真分析，更加直观、简洁地为用户展示研究机构所需要的有效的参考数据，便于机构方案的优选研究，各功能模块可进行二次开发，根据实际需要扩展构型数据库。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，包括硬件部分和软件部分，其特征在于硬件部分包括计算机和触摸显示屏；软件部分包括：机构构型分析模块、运动分析模块、三维仿真分析模块、受力分析模块、弹性分析模块、方案比较模块及帮助模块，软件部分加载在计算机内；
所述机构构型分析模块为杆系构型库，采用了Pop-up Menu控件进行菜单式选择，各种杆系因结构不同所具备的特性不一样，进入***首先选择压力机传动机构构型，展示出所选杆系结构并加以结构说明，压力机设计选型首先根据用户提出的要求从备选杆系构型库中进行初步筛选；
所述运动分析模块用以根据多连杆伺服压力机传动机构的多组各杆杆长参数，绘制出不同杆长条件下的运动学曲线，并能实时进行分析比较；
所述三维仿真分析模块用于将抽象构型实体化，给用户直观感受，验证运动轨迹输出的正确性，分析位移、速度、加速度参数指标；
所述受力分析模块用于对机构运动过程中各个杆和各个链接副的受力情况进行分析，从而合理选择制造压力机的杆件的材料和尺寸以及杆件的链接；
所述弹性分析模块用于了解各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑，具体流程为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，输入对应压力机传动机构杆件参数，构建相应压力机传动机构三维柔性模型，进行柔性仿真分析，得出载荷谱、位移谱；通过在运动过程中生成的应力应变模型进行弹性分析，在显示界面上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，通过弹性分析可知各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤；
在机构构型分析模块中选定机构类型，对应的在运动分析模块中输出相应的运动参数，并通过受力分析模块进行静力学分析，给出静力学分析结果，然后通过三维仿真分析模块进行刚性仿真分析，确定机构的合理性；再在弹性分析模块中进行柔性仿真分析，并在触摸屏显示器上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，用各种颜色代表应力应变的大小；通过方案比较模块对所得方案进一步比较，包括与不同杆系的传动机构相比较，或同一传动机构杆长参数不同取值比较，将可选机构进行集成横纵向对比，实时获得供选方案的静动态数据以便综合评价，至此完成多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台的搭建。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台为一种可视化伺服压力机传动机构性能分析平台，利用Matlab编程，实现基于图形用户界面(GUI)的压力机机构的类型选择、运动学计算及其性能曲线显示等性能分析，能完成压力机传动机构优选工作，为用户提供直观形象的选择依据，以及对原有方案进行优化，通过杆系分析、运动分析、三维仿真、受力分析、弹性分析和方案比较几大模块，综合优化原有方案得到满意结构参数。界面友好功能全面的可视化性能分析结果直观地反映了压力机机构的综合性能，为辅助用户设计和分析提供了理论基础，具有很强的扩展性，该方法简单有效，便于实施操作，提高设计效率，具有较大的工程应用价值。
本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台具有集成性、可视化和便捷性等特点，主要为机械设计制造及其自动化专业而设计，从传动机构选型、运动学、动力学分析、三维仿真到方案比较对机构的认知不再单单停留在抽象化设计中，将抽象知识具体化、实物化，求解过程实现了可视化，界面设计合理，人机交互十分方便。通过功能分析，改善了传统机械设计类教学模式，研究设计得出了有益结论，为提高课堂教学效果提供了重要指导作用。
本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台将可选机构进行集成横纵向对比，从传动机构増力特性角度出发，省去繁杂的手工计算，实时获得供选方案的静动态数据以便综合评价，助力用户决策。其二搭建书本知识与工程应用桥梁，以达到机构构型抽象化学习向工程应用化过渡的目的，有效降低成本需求，全面了解机构性能参数在实际***中的变化和联系。
附图说明
图1为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台构成示意框图。
图2为不同杆系的机构简图，其中图2(a)为曲柄压力机的机构简图，图2(b)为肘杆压力机的机构简图，图2(c)为八杆压力机的机构简图，图2(d)为十杆压力机的机构简图。
图3为实施例1中的滑块受力FF曲线示意图。
图4为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中机构构型分析模块的流程图。
图5为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中运动分析模块的流程图。
图6为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中三维仿真分析模块的流程图。
图7为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中受力分析模块的流程图。
图8为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中弹性分析模块的流程图。
图9为本发明多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台中方案比较模块的流程图。
图10为实施例1的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台的显示界面。
图11为伺服压力机三角肘杆机构的受力分析示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，包括硬件部分和软件部分，其中，硬件部分包括计算机和触摸显示屏；软件部分包括：机构构型分析模块、运动分析模块、三维仿真分析模块、受力分析模块、弹性分析模块、方案比较模块及帮助模块，软件部分加载在计算机内；
其中，机构构型分析模块为杆系构型库，采用了Pop-up Menu控件进行菜单式选择，各种杆系因结构不同所具备的特性不一样，进入***首先选择压力机传动机构构型，展示出所选杆系结构并加以结构说明，压力机设计选型首先根据用户提出的要求从备选杆系构型库中进行初步筛选，具体流程(参见图4)为：开始，选择杆系构型，若选择为四杆机构，则在四杆机构中选择一种四杆机构类型，如曲柄滑块、曲柄摆块等，若不是四杆机构，则判断是否为六杆机构，若为六杆机构，则在六杆机构中选择一种六杆机构类型，如肘杆、三角肘杆等；若判断不是六杆机构，则判断是否为八杆机构，若为八杆机构，则在八杆机构中选择一种八杆机构类型，如图2(c)中所示例的形状结构；按此一直进行判断所选机构构型是否为待设计研究压力机传动机构构型，即备选压力机传动机构构型；
若选定了某种杆系构型下的特定杆系结构，则在界面上显示对应的机构简图，并输出相应的机构结构说明；然后判断是否继续选择杆系构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择杆系构型，则返回选择杆系构型步骤。
所述运动分析模块用以根据多连杆伺服压力机传动机构的多组各杆杆长参数，绘制出不同杆长条件下的运动学曲线，并能实时进行分析比较，具体流程(参见图5)是：开始，选择待分析压力机传动机构构型，建立相应传动机构的运动数学模型，输入相应的杆长参数，求解该运动数学模型得到所需的机构运动参数(位移、速度和加速度)，绘制出相应的运动学曲线(位移曲线、速度曲线和加速度曲线)，调整杆长参数实时观测结果；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
所述三维仿真分析模块用于将抽象构型实体化，给用户直观感受，验证运动轨迹输出的正确性，分析速度、加速度参数指标；三维仿真分析模块的流程(参见图6)为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，显示对应实体传动机构，进行三维建模，再进行干涉检验设置动力参数，进入运动仿真，调用播放三维仿真视频结果，验证运动轨迹输出的正确性，分析位移、速度、加速度参数指标；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
所述受力分析模块用于对机构运动过程中各个杆和各个链接副的受力情况进行分析，从而合理选择制造压力机的杆件的材料和尺寸以及杆件的链接，对压力机的使用安全和寿命有着至关重要的作用，受力分析模块的流程(参见图7)为：开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，输入对应压力机传动机构杆件参数，分别进行杆件受力、链接受力及滑块受力等分析，输出受力曲线；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
所述弹性分析模块用于了解各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑，具体流程(参见图8)为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，输入对应压力机传动机构杆件参数，构建相应压力机传动机构三维柔性模型，进行柔性仿真分析，得出载荷谱、位移谱等结果；通过在运动过程中生成的应力应变模型进行弹性分析，在显示界面上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，通过弹性分析可知各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
所述方案比较模块包括两方面，一是不同传动机构比较，二是同一传动机构杆长参数不同取值比较；具体流程(参见图9)为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，判断是否为同类压力机传动机构构型，如果是同一压力机传动机构杆长参数不同做比较，则输入对应机构杆件的各组参数，在同一坐标系内输出N组参数下的位移、速度、加速度曲线进行比较；
如果是不同类的压力机传动机构构型做比较，则选择需要比较的两种压力机传动机构构型，输入相应杆件参数，在同一坐标系内输出两种压力机传动机构在相应参数下的位移、速度、加速度曲线，并进行比较，直观观察到优化效果及不同数据变化对性能产生的影响；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回判断是否为同类压力机传动机构构型步骤。
在机构构型分析模块中选定机构类型，对应的在运动分析模块中输出相应的运动参数，并通过受力分析模块进行静力学分析，给出静力学分析结果，然后通过三维仿真分析模块进行刚性仿真分析，确定机构的合理性；再在弹性分析模块中进行柔性仿真分析，并在触摸屏显示器上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，用各种颜色代表应力应变的大小；通过方案比较模块对所得方案进一步比较，包括与不同杆系的传动机构相比较，或同一传动机构杆长参数不同取值比较，将可选机构进行集成横纵向对比，实时获得供选方案的静动态数据以便综合评价，至此完成多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台的搭建。
本发明以多连杆伺服压力机传动机构为研究对象，常用的多连杆传动机构杆系有四杆(曲柄压力机)、六杆(肘杆压力机)、八杆、十杆等几种，如图2所示，建立常用杆系构型库，采用了Pop-up Menu控件进行菜单式选择，每种机构均对应有输出一个机构简图；各种杆系因结构不同所具备的特性不一样，压力机设计选型首先根据用户提出的要求从备选构型库中进行初步筛选。运动分析模块是进行机构计算机分析了解这类机构类型的运动性能所需采取的第一步，首先建立机构的运动数学模型，求解之可以得到所需的机构运动参数，编程绘制出运动学曲线，调整杆长参数实时观测结果。在多连杆机械压力机的设计中，杆系参数的确定是关键，运动曲线受各杆长的影响较大，在压力机设计过程中，根据用户提出的压力机曲线要求合理调整各杆长，是个繁琐的过程，本发明性能分析平台将大大简化这一过程，提高效率。
无论是设计新的机械，还是为了合理的使用现有机械，都需要对机械的受力情况进行分析，通过弹性分析可知各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑；通过三维仿真分析模块将抽象构型实体化，给用户直观感受，验证运动轨迹输出的正确性，分析速度、加速度参数指标。方案比较包括两方面，一是不同传动机构比较，二是同一传动机构杆长参数不同取值比较。在同一坐标系内输出不同参数下的位移、速度、加速度曲线进行比较，直观观察到优化效果，不同数据变化对性能产生的影响。
本发明性能分析平台的使用方法是：根据用户提出的要求从备选构型库中进行初步筛选，选定机构类型，对机构构型进行结构分析，观测运行学分析结果判断是否符合压力机工作特性及设计要求，并且通过在界面设置调整各杆件的杆长参数实时观测结果以达到要求，通过静动力学分析(受力分析和弹性分析)、三维仿真分析验证所选构型压力机机构的有效性和正确性，对所得方案进一步比较，包括与不同杆系的传动机构相比较，或同一传动机构杆长参数不同取值比较，将可选机构进行集成横纵向对比，实时获得供选方案的静动态数据以便综合评价。
具体过程是：
1)杆系分析及构型简图预览，初选构型方案；主要是为用户展示当前四、六、八、十杆机构的基本杆系构型，当用户选择某一基本杆系构型时，***将自动为用户展示构型简图。
压力机构的杆件类型众多，总体可分为四杆机构、六杆机构、八杆机构和十杆机构等几类。此界面的设计主要是简单展示各类机构类型的结构简图。通过各类杆系典型结构的结构简图的展示，让用户先简单了解此类压力机机构的形状以及此类压力机构在实际应用中的结构组成。不同杆件数的机构又有很多不同的类型，在这个模块设计中主要采用了Pop-up Menu控件。
2)选定构型的运动学分析(位置、速度和加速度分析)；对各类压力机机构运动过程中的运动参数进行分析计算，并绘制出运动学曲线。当用户选择一类杆件类型之后，为了进一步了解这类机构类型的运动性能，就需要对机构进行运动学分析。运动学的分析主要是通过观察比较机构运动曲线(包括位置曲线、速度曲线、加速度曲线)，来分析选择那类机构的机械性能更加良好，更加适合用于压力机的主传动部分的设计要求。进行运动学分析之前首先应对机构的杆长、主动轴速度这些参数进行设定，这些参数应该由用户自己输入，通过设定几组不同参数绘制出的不同运动学曲线进行分析比较，帮助用户选择出运动性能良好的机构参数，从而初步确定所需机构的基本尺寸。
3)机构受力分析；在设计压力机过程中不但要保证机构具有良好的机械运动性能同时应保证机构的安全性能和寿命系数，尤其对于较为复杂传动机构，采用动力学柔性分析可以更好地反映机构的真实受力、变形情况。因此在机构运动性能分析基础之上，需要对机构运动过程中各个杆和各个链接副的受力情况进行分析，从而合理选择制造压力机的杆件的材料和尺寸以及杆件的链接，对压力机的使用安全和寿命有着至关重要的作用。
点击对应的pushbutton按钮右侧显示出对应的分析界面，输入杆长、转速、转矩、等基本参数，在显示界面即可输出各个主要点杆的受力曲线。更改数据大小，重新输出，同时与前一组数据形成对比，根据对比结果进一步分析选定方案。
4)三维仿真分析；对选定方案进行三维建模仿真，在进行运动学和动力学分析的同时，只能观察各杆在运动过程中的函数曲线变化情况，通过此功能模块可以更加直观地为用户展示压力机传动***的运动过程、干涉情况等。
5)传动***优化与比较。此模块提供用户方案比较功能，一是对于同一压力机传动***杆长参数的优选，如改变杆长参数，原始数据与优化数据之间的比较，有助于用户做出决定；二是不同传动***伺服压力机之间的比较，如六杆肘杆压力机和三角肘杆伺服压力机之间的比较。
本发明性能分析平台为每种机构建立运动数学模型，设定机构的多组各杆杆长和主动轴速度，绘制出不同运动学曲线进行分析比较，然后通过求解机构运动数学模型得到该机构对应的运动参数，该运动参数包括机构运动过程中的位置、速度、加速度；
然后在不考虑摩擦力、惯性力、忽略重力情况下，对每种机构进行静力学分析，假定对机构施加与压力反向的动态外力-FP，则***可达到平衡状态；在此平衡状态基础上进行静力学分析，基于静力学分析结果，利用Matlab编程绘制出公称压力FP曲线、各杆受力曲线；
在杆系分析的基础上，依据所选杆长等参数，在ADAMS软件中进行几何建模，样机检验后完成刚性仿真分析，输出所选构型的压力机滑块运动轨迹、速度和加速度曲线，由此分析机构设计的合理性，是否符合设计要求且具有良好的运动特性；在ADAMS柔性体模块生成中性模态文件(即MNF文件)，Rigidto Flex后，将各杆件柔性化，建立柔性模型进行柔性仿真分析得出载荷谱、位移谱等结果；通过在运动过程中生成的应力应变模型进行弹性分析，在显示界面上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，用各种颜色代表应力应变的大小，红色表明应力应变最大，之后按照黄色、蓝色、绿色的顺序受力程度逐渐减小。在传动***动力学模型基础上，根据压力机的实际运动要求对***模型中各部件进行约束定义，使之相互联系起来以形成一个有机整体，进而应用动力学求解器(Dynamic Solver)进行动力学仿真分析，将仿真结果输出在显示界面上；至此完成压力机机构性能分析平台的搭建。
实施例1
本实施例多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，以六连杆伺服压力机传动机构为例进行阐述。在机构构型分析模块中选定六连杆伺服压力机传动机构，然后按照下述过程进行。
1)运动学分析
以三角肘杆传动机构压力机为例，运用复数矢量法求解机构运动过程中的位置、速度、加速度方程，确定运动轨迹，
L1～L6为各杆长度，θ1为曲柄的转角θ10为初始位置时曲柄与水平方向夹角，θi(i＝2,3,4,5,6)表示相应各杆与水平正方向的夹角，r为滑块的位移，
r＝-l3sinθ3-l5sinθ5-l6siunθ6
在此基础上，以人机交互方式在界面输入杆长参数，观察分析运动曲线。
2)静动力学分析
由于作用在机械上的力不仅是影响机械运动和动力性能的重要参数，而且也是决定机械的强度设计和结构形状的重要依据，所以不论是设计新的机械，还是为了合理的使用现有机械，都需要对机械的受力情况进行分析。在不考虑摩擦力、惯性力、忽略重力情况下，以伺服压力机三角肘杆机构为例进行静力分析，假定对滑块施加与压力反向的动态外力-FP，则***可达到平衡状态。在此平衡状态基础上进行静力学分析。基于静力学分析结果，利用Matlab编程绘制出公称压力FP曲线、滑块受力FF曲线、三角肘杆B点法向力FABN及D点受力FCD曲线(如图11)。滑块受力FF曲线如图3所示。
ADAMS软件中的Rigidto Flex后，输入相应的MNF文件即可得到在运动过程中的应力应变分析，点击确定之后***自动分析生成在运动过程中的应力应变的模型，之后点击运行即可看到三角肘杆部分的各个杆件处在各个位置时的应力应变的变化，各个颜色代表了应力应变的大小，各应力应变的大小查看方法为观察颜色，红色最大，之后为黄的，蓝色，绿色，代表了受力的大小程度，方便了观察各部分杆件在各个位置处的受力变化。
2)仿真分析
在前述分析研究的基础上，基于虚拟样机技术，利用ADAMS软件对三角肘杆机构进行运动学和动力学仿真分析，验证运动轨迹输出的正确性，分析速度、加速度参数指标。
首先需在ADAMS中进行约束和驱动设置，须在各个部件之间加上约束关系，定义零件的连接方式以及零件之间的相对运动。通过对压力机主传动***各构件的质量和转动惯量等参数的自动拾取，生成完整的***仿真模型。根据压力机实际传动情况来定义各构件间的约束及驱动，完成约束和载荷设置之后，便开始进入仿真分析阶段。ADAMS针对不同仿真目的和模型，提供了不同的求解器，包括运动学求解器(Kinematics Solver)、动力学求解器(Dynamic Solver)、静力学求解器(Static Solver)等，因此在动力学模型基础上，根据压力机的实际运动要求对***模型中各部件进行约束定义，使之相互联系起来以形成一个有机整体，进而模拟仿真，再通过接口整合在一个平台之上。整合之后的平台为用户使用学习建立一个整体观念，从选型分析贯穿下来，形成一个完整的流程。
3)方案比较
方案比较包括两方面，一是不同传动机构比较，二是同一传动机构杆长参数不同取值比较。以三角肘杆传动机构方案为例，原方案中L1～L6杆长初始尺寸设为第一组数据，改变L4与L3杆长尺寸比例系数k4、L2与L4杆长尺寸比例系数k2的取值可得第二组数据，现取最小值k4＝2.15，k2＝1.21，由此确定L1～L6杆长尺寸的第二组数据；引入速度平滑惩罚因子后k4＝1.9，k2＝1.19，得到L1～L6杆长尺寸第三组数据，在同一坐标系内输出位移、速度、加速度曲线进行比较，直观观察到优化效果，每组数据变化对性能产生的影响。图10为本实施例方案比较的各参数的选择界面。
通过三角肘杆机构实例说明优化前后的结构参数比较结果如表1所示。
表1三角肘杆传动机构优化前后结构参数比较
实例结果表明，在满足设计性能指标和设计要求的前提下，在滑块下行的负载冲压工作阶段，原方案肘杆所需有效扭矩为12042N·m，第一步优化后曲柄有效扭矩需求降为4144N·m，降低了65％，；第二步优化后有效扭矩需求降为4856N·m，降低了59.7％，如果电机减速比为1/30，则电机有效扭矩为161.9N·m。但与第一步相比，第二步优化后的速度曲线有了明显的改善，回程阶段的速度得到了提高，即改善了机构的急回特性，同时优化后滑块接触板料速度降低且变得平缓，减小了滑块对板料的冲击，取得了较好的优化效果。发挥了多连杆机构的増力特性，简化了逐一建模求解过程，实时获得了供选方案的静动态数据以综合评价，有效解决了机构构型学习抽象化问题。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (6)
1.一种多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，包括硬件部分和软件部分，其特征在于硬件部分包括计算机和触摸显示屏；软件部分包括：机构构型分析模块、运动分析模块、三维仿真分析模块、受力分析模块、弹性分析模块、方案比较模块及帮助模块，软件部分加载在计算机内；
所述机构构型分析模块为杆系构型库，采用了Pop-up Menu控件进行菜单式选择，各种杆系因结构不同所具备的特性不一样，进入***首先选择压力机传动机构构型，展示出所选杆系结构并加以结构说明，压力机设计选型首先根据用户提出的要求从备选杆系构型库中进行初步筛选；
所述运动分析模块用以根据多连杆伺服压力机传动机构的多组各杆杆长参数，绘制出不同杆长条件下的运动学曲线，并能实时进行分析比较；
所述三维仿真分析模块用于将抽象构型实体化，给用户直观感受，验证运动轨迹输出的正确性，分析位移、速度、加速度参数指标；
所述受力分析模块用于对机构运动过程中各个杆和各个链接副的受力情况进行分析，从而合理选择制造压力机的杆件的材料和尺寸以及杆件的链接；
所述弹性分析模块用于了解各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑，具体流程为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，输入对应压力机传动机构杆件参数，构建相应压力机传动机构三维柔性模型，进行柔性仿真分析，得出载荷谱、位移谱；通过在运动过程中生成的应力应变模型进行弹性分析，在显示界面上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，通过弹性分析可知各个杆件运动位置时的应力应变的变化，静动态受力综合考虑；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤；
在机构构型分析模块中选定机构类型，对应的在运动分析模块中输出相应的运动参数，并通过受力分析模块进行静力学分析，给出静力学分析结果，然后通过三维仿真分析模块进行刚性仿真分析，确定机构的合理性；再在弹性分析模块中进行柔性仿真分析，并在触摸屏显示器上显示各个杆件处在各个位置时的应力应变变化，用各种颜色代表应力应变的大小；通过方案比较模块对所得方案进一步比较，包括与不同杆系的传动机构相比较，或同一传动机构杆长参数不同取值比较，将可选机构进行集成横纵向对比，实时获得供选方案的静动态数据以便综合评价，至此完成多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台的搭建。
2.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，其特征在于所述机构构型分析模块的具体流程为：开始，选择杆系构型，若选择为四杆机构，则在四杆机构中选择一种四杆机构类型，若不是四杆机构，则判断是否为六杆机构，若为六杆机构，则在六杆机构中选择一种六杆机构类型；若判断不是六杆机构，则判断是否为八杆机构，若为八杆机构，则在八杆机构中选择一种八杆机构类型；按此一直进行判断所选机构构型是否为待设计研究压力机传动机构构型；
若选定了某种杆系构型下的特定杆系结构，则在界面上显示对应的机构简图，并输出相应的机构结构说明；然后判断是否继续选择杆系构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择杆系构型，则返回选择杆系构型步骤。
3.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，其特征在于所述运动分析模块的具体流程是：开始，选择待分析压力机传动机构构型，建立相应传动机构的运动数学模型，输入相应的杆长参数，求解该运动数学模型得到所需的机构运动参数，机构运动参数包括位移、速度和加速度，绘制出相应的运动学曲线，调整杆长参数实时观测结果；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
4.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，其特征在于所述三维仿真分析模块的流程为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，显示对应实体传动机构，进行三维建模，再进行干涉检验设置动力参数，进入运动仿真，调用播放三维仿真视频结果，验证运动轨迹输出的正确性，分析位移、速度、加速度参数指标；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
5.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，其特征在于受力分析模块的流程为：开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，输入对应压力机传动机构杆件参数，分别进行杆件受力、链接受力及滑块受力分析，输出受力曲线；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回选择待分析压力机传动机构构型步骤。
6.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台，其特征在于所述方案比较模块的具体流程为；开始进入***，选择待分析压力机传动机构构型，判断是否为同类压力机传动机构构型，如果是同一压力机传动机构杆长参数不同做比较，则输入对应机构杆件的各组参数，在同一坐标系内输出N组参数下的位移、速度、加速度曲线进行比较；
如果是不同类的压力机传动机构构型做比较，则选择需要比较的两种压力机传动机构构型，输入相应杆件参数，在同一坐标系内输出两种压力机传动机构在相应参数下的位移、速度、加速度曲线，并进行比较，直观观察到优化效果及不同数据变化对性能产生的影响；然后判断是否继续选择机构构型，如果不继续选择，则退出，如果继续选择机构构型，则返回判断是否为同类压力机传动机构构型步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810173034.9A CN108563826B (zh) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | 多连杆伺服压力机传动机构性能分析*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810173034.9A CN108563826B (zh) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | 多连杆伺服压力机传动机构性能分析*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108563826A true CN108563826A (zh) | 2018-09-21 |
| CN108563826B CN108563826B (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=63531452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810173034.9A Expired - Fee Related CN108563826B (zh) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | 多连杆伺服压力机传动机构性能分析*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108563826B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110414138A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-05 | 珠海格力智能装备有限公司 | 伺服电机的型号确定方法及装置、机器设备 |
| CN111413889A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 珠海格力智能装备有限公司 | 四连杆机构的运动仿真控制方法及装置 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100082314A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Simulation of tuning effects for a servo driven mechatronic system |
| US20100082310A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Load characterization in servo drive systems |
| CN102205386A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-10-05 | 上海交通大学 | 六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机 |
| US20130008325A1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-10 | Yu-Ting Lin | Multi-linkage press |
| US20130331238A1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-12-12 | Joseph K. Ellis | Abdominal muscle exercise machine |
| WO2014063262A1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-05-01 | Güdel Group AG | Method for the determination of workpiece transport trajectories in a multiple station press |
| US20140288896A1 (en) * | 2009-10-15 | 2014-09-25 | American Gnc Corporation | Gyrocompass modeling and simulation system (GMSS) and method thereof |
| CN104441726A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-25 | 一重集团大连设计研究院有限公司 | 一种用于机械压力机设计的辅助设计及优化方法 |
| CN104679956A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-03 | 浙江大学 | 考虑动态特性的高速压力机底座可靠性稳健设计方法 |
| CN105005640A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-10-28 | 武汉理工大学 | 满足抗偏载性能的大吨位精冲压力机机身优化设计方法 |
| CN106777736A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 用于绳驱动冗余机械臂运动学模型的仿真平台及仿真方法 |
-
2018
- 2018-03-02 CN CN201810173034.9A patent/CN108563826B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100082314A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Simulation of tuning effects for a servo driven mechatronic system |
| US20100082310A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Load characterization in servo drive systems |
| US20140288896A1 (en) * | 2009-10-15 | 2014-09-25 | American Gnc Corporation | Gyrocompass modeling and simulation system (GMSS) and method thereof |
| CN102205386A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-10-05 | 上海交通大学 | 六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机 |
| US20130008325A1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-10 | Yu-Ting Lin | Multi-linkage press |
| US20130331238A1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-12-12 | Joseph K. Ellis | Abdominal muscle exercise machine |
| WO2014063262A1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-05-01 | Güdel Group AG | Method for the determination of workpiece transport trajectories in a multiple station press |
| CN104441726A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-25 | 一重集团大连设计研究院有限公司 | 一种用于机械压力机设计的辅助设计及优化方法 |
| CN104679956A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-03 | 浙江大学 | 考虑动态特性的高速压力机底座可靠性稳健设计方法 |
| CN105005640A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-10-28 | 武汉理工大学 | 满足抗偏载性能的大吨位精冲压力机机身优化设计方法 |
| CN106777736A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 用于绳驱动冗余机械臂运动学模型的仿真平台及仿真方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| ZHAO C等: "Exploring servo pressure hydraulic system design and its immuneparticle swarm optimization control algorithm", 《MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY FOR AEROSPACE ENGINEERING》 * |
| 王红军等: "基于多领域统一建模的伺服压力机仿真研究", 《***仿真学报》 * |
| 贾先等: "新型200 kN双电机螺旋副直驱式回转头压力机运动学和动力学研究", 《机械科学与技术》 * |
| 邱瑛 等: "三角肘杆伺服压力机性能研究与仿真", 《机械设计》 * |
| 高霞: "六连杆压力机力学特性研究", 《机械设计与研究》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110414138A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-05 | 珠海格力智能装备有限公司 | 伺服电机的型号确定方法及装置、机器设备 |
| CN111413889A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 珠海格力智能装备有限公司 | 四连杆机构的运动仿真控制方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108563826B (zh) | 2022-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5831875A (en) | Link mechanism analyzer and link mechanism joint data arithmetic apparatus | |
| Cheok et al. | Trends and developments in the automation of design and manufacture of tools for metal stampings | |
| CN108563826A (zh) | 多连杆伺服压力机传动机构性能分析平台 | |
| CA2476420A1 (en) | Interactive computerized performance support system and method | |
| Toz et al. | Dynamics simulation toolbox for industrial robot manipulators | |
| CN107507485A (zh) | 一种飞行模拟器并座式驾驶操纵连动及加载装置 | |
| CN103394725B (zh) | 一种钻车自动打孔方法 | |
| CN110162816A (zh) | 八连杆机械压力机的动力学分析方法 | |
| CN105138315B (zh) | 一种基于Visual Basic和EON Studio的虚拟装配*** | |
| Ohashi et al. | Extended Assemblability Evaluation Method (AEM)(Extended Quantitative Assembly Producibility Evaluation for Assembled Parts and Products) | |
| Bloomfield et al. | A taxonomy and comparison of haptic actions for disassembly tasks | |
| EP1643422A1 (en) | System for evaluating skills of to-be-examined person | |
| CN108648599A (zh) | 一种基于语音控制的机械臂3d虚拟操作实验平台 | |
| CN106096166A (zh) | 基于adams的平面四杆机构多种型式的模拟方法 | |
| CN205932776U (zh) | 带有井道信息模拟器的电梯控制柜检测装置 | |
| Zafar et al. | Modeling dynamic operation of mechanisms in Autodesk Inventor Professional 11 | |
| CN112131707A (zh) | 一种基于mockup的装配公差对臂架末端精度影响的仿真分析方法 | |
| CN110134063A (zh) | 可实现工件成型的自动化控制装置和方法 | |
| CN101295174A (zh) | 数控机床刀架的建模仿真方法 | |
| Hain et al. | Fostering Creativity and Innovations based on Classification Schemes: Case Studies in Engineering Design Education | |
| Eder | Analysis, synthesis and problem solving in design engineering | |
| Ping | CONCEPTUAL MECHANICAL DESIGN METHOD BASED ON QUALITATIVE | |
| Zhao et al. | Establishment of Virtual Laboratory for Mining Special Manipulator | |
| Zheng et al. | Door opening actuation system and dynamics simulation of civil aircraft | |
| Jones | An analogue computer aid for the kinematic design of a low impact velocity power press mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220208 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |