徐震宇

摘 要：高速精沖機(jī)的速度較快且精度較高，但由于其主傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展存在一種不平衡的慣性力，進(jìn)而加大整合機(jī)械的振動(dòng)。通過(guò)對(duì)3 200 kN機(jī)械式高速精沖機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)態(tài)靜力學(xué)展開分析，進(jìn)而得出主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)激振力以及激振力矩隨時(shí)間運(yùn)行所得出的規(guī)律。與此同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)平衡來(lái)對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行控制，抑制了振動(dòng)響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：高速精沖機(jī)；主傳動(dòng)系統(tǒng)；動(dòng)平衡優(yōu)化；激振力；激振力矩

中圖分類號(hào)：TG38 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

精沖裝備的設(shè)備制造型能較高，可以選擇改變他的沖壓工藝來(lái)大幅的增強(qiáng)其振動(dòng)性能，如果是因主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而導(dǎo)致的震動(dòng)則會(huì)大大地提高其整體性能。做好振動(dòng)控制工作，對(duì)減小振動(dòng)的頻率、增強(qiáng)制造精度等方面有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于一種連桿機(jī)構(gòu)，由內(nèi)部構(gòu)建在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中并不是勻速行駛的，但其在實(shí)際運(yùn)動(dòng)的過(guò)程必不可少的會(huì)慣性力運(yùn)動(dòng)，這樣的目的是為了提高自身的運(yùn)動(dòng)效效率，可以很好地向主傳動(dòng)機(jī)身進(jìn)行反應(yīng)。隨著我國(guó)沖壓設(shè)備的高速發(fā)展，其慣性力也得到極大地提升，機(jī)身的震動(dòng)也更加的突出，出現(xiàn)這種震動(dòng)的原因主要由于機(jī)構(gòu)的慣性力和慣性力矩引起的，大大降低了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工精度，加劇了設(shè)備構(gòu)件出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象，會(huì)大大縮短使用的壽命。不利于延長(zhǎng)使用時(shí)間。因此，應(yīng)做好進(jìn)行動(dòng)平衡優(yōu)化工作進(jìn)而更好的降低激振力以及激振力矩。

1 3 200 kN高速精沖機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)

1.1 機(jī)構(gòu)分析

該研究所對(duì)此設(shè)計(jì)研制了一個(gè)壓力為3 200 kN設(shè)機(jī)械式高速精沖機(jī)。此精沖機(jī)的滑塊行程為70 mm，沖裁板的厚度為10 mm。機(jī)構(gòu)的構(gòu)成要素主要包括機(jī)架、曲柄、連桿以及滑塊。曲柄的主要作用是對(duì)整個(gè)連桿起到一個(gè)帶動(dòng)作用，進(jìn)而更好地推動(dòng)滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

此機(jī)構(gòu)能夠很好地減輕電機(jī)力矩，對(duì)提高自身的運(yùn)動(dòng)性能有著重要的作用，為了提高對(duì)機(jī)構(gòu)的研究，對(duì)機(jī)構(gòu)展開了運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析，能夠找出激振力以及激振力矩實(shí)際變化情況。

1.2 動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析的過(guò)程中，應(yīng)與一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃相結(jié)合，與主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)水平相結(jié)合，當(dāng)這2個(gè)原動(dòng)件均能夠平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，構(gòu)件均呈現(xiàn)剛體，可以不對(duì)構(gòu)件的摩擦以及間隙進(jìn)行計(jì)算。由于重力是靜態(tài)力，因此，即便不計(jì)較重力也依然可以得出不同構(gòu)件的受力情況。

2 動(dòng)平衡綜合優(yōu)化

導(dǎo)致壓力機(jī)振動(dòng)的因素有兩大方面：一是在展開沖壓的時(shí)滑塊同模具接觸的過(guò)程中的彈性力使得機(jī)構(gòu)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象；二是由于主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性處于一種不平衡狀態(tài)下所導(dǎo)致的整機(jī)振動(dòng)。而那些高精度的沖機(jī)，因?yàn)槠溆兄^高的抗沖壓工藝，并且三向應(yīng)力的存在能夠迅速地釋放沖壓過(guò)程中的彈性力，如此一來(lái)則會(huì)大大降低其震動(dòng)性，并在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制時(shí)，由于某些固定因素所造成的振動(dòng)是無(wú)法進(jìn)行有效控制的，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可以選擇降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不平衡慣性力，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)震動(dòng)的控制作用。

機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡可以劃分為綜合平衡、整體平衡和部分平衡，由于主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滑塊移動(dòng)副的存在，很多時(shí)候振擺力矩不能夠很好地平衡，因此要想保證其穩(wěn)定性就應(yīng)不斷地提高其質(zhì)量的配置，這種方式也必然會(huì)提高機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，降低其使用的時(shí)間，因此，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)平衡來(lái)減輕激振力有著非常顯著的效果，但值得注意的是在降低的過(guò)程中應(yīng)做好優(yōu)化平衡工作，盡量降低激振力以及激振力矩。

為了降低數(shù)學(xué)模型的難度，應(yīng)做好優(yōu)化假設(shè)工作：1）假定原動(dòng)件在運(yùn)行的過(guò)程中始終處于一種勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；2）將主傳動(dòng)的所有構(gòu)造均處于一種剛性狀態(tài)，并且保證質(zhì)心同連桿連接點(diǎn)都處于一種連線重合的狀態(tài)；3）構(gòu)件與構(gòu)件間之間不用詳細(xì)地計(jì)算出間隙的距離；4）不用刻意關(guān)注啟停機(jī)和沖壓作用下導(dǎo)致機(jī)身出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象；5）不必過(guò)度極段運(yùn)動(dòng)構(gòu)件出現(xiàn)的重力。

2.1 數(shù)學(xué)模型

2.1.1 設(shè)計(jì)變量

機(jī)構(gòu)在展開實(shí)踐的過(guò)程中，應(yīng)完全確認(rèn)后機(jī)構(gòu)的形式，才能進(jìn)行優(yōu)化動(dòng)平衡的工作，其簡(jiǎn)化模型也會(huì)決定主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)量等，但在假設(shè)的過(guò)程中質(zhì)心同連桿的連接點(diǎn)明顯重合，對(duì)此，應(yīng)通過(guò)不同的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件質(zhì)量及距離來(lái)當(dāng)作其設(shè)計(jì)的實(shí)際變量。

2.1.2 目標(biāo)函數(shù)

通過(guò)上述分析我們可以看出，激振力同激振力矩在機(jī)架帶動(dòng)下進(jìn)而更好地作用于機(jī)身之中，進(jìn)而能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)的振動(dòng)的調(diào)整工作，要想改變整機(jī)自帶的振動(dòng)性能，在進(jìn)行動(dòng)平衡優(yōu)化時(shí)，最直接的方法就是減輕激振力和激振力矩，這樣就能改變其振動(dòng)性能。

2.2 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析

從圖1我們不難看出，一些原始的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在開展動(dòng)平衡優(yōu)化時(shí)，其質(zhì)量合理均勻地分布能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)激振力的調(diào)整工作，整機(jī)激振力（水平方向內(nèi)）FX最大值下降了近20 %，周期絕對(duì)值下降了近22 %；激振力（豎直方向）FY最大值下降了2 %，每周期絕對(duì)值下降了3 %。

從優(yōu)化后的最終結(jié)果我們不難看出，開展動(dòng)平衡優(yōu)化能夠最大限度地減輕激振力和激振力矩，還可以降低不平衡慣性力而引發(fā)的振動(dòng)效應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想提高設(shè)備的使用時(shí)間，就應(yīng)避免高速精沖機(jī)所帶來(lái)的劇烈振動(dòng)，其大幅度的振動(dòng)性能不利于提高加工的精度，因此，要想發(fā)現(xiàn)機(jī)械式高速精沖機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的重要因素，應(yīng)做好平衡優(yōu)化的工作。該文針對(duì)3 200 kN機(jī)械式高速精沖機(jī)，對(duì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)展開了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及靜態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得出了激振力和激振力矩會(huì)因時(shí)間等因素的改變而導(dǎo)致最終結(jié)果的改變的結(jié)論，要想避免結(jié)果出現(xiàn)改變就應(yīng)不斷提高主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而抑制整機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。優(yōu)化后的激振力值也有了顯著地降低，并且，還可以對(duì)初始激振力矩合理有效地控制，提高了因不平衡慣性力所導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象。

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