基于a d a m s 的壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)分析 研究生：張曉陽(yáng)指導(dǎo)教師：王興松教授 摘要 本文圍繞徐州鍛壓機(jī)床廠(chǎng)的企業(yè)項(xiàng)目。j f 7 5 0 1 2 5 型沖床優(yōu)化設(shè)計(jì)”課題。運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力 學(xué)理論和方法，進(jìn)行了高速閉式曲犧壓力機(jī)的動(dòng)力學(xué)仿真和動(dòng)平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。采用振動(dòng)及動(dòng) 態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)柵5 g 一1 2 5 型高速閉式曲柄壓力機(jī)進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試，采集和分析在此基 礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)身各部位的振動(dòng)信號(hào)情況，分析壓力機(jī)振動(dòng)的規(guī)律和原因，研究了振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的 機(jī)理，確定減小振動(dòng)的方法和改進(jìn)方案 利用機(jī)械平衡的理論，比較了壓力機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的幾種動(dòng)平衡方案的特點(diǎn)。 提出了對(duì)稱(chēng)布置的動(dòng)力學(xué)平衡方法，研究其動(dòng)平衡的機(jī)理同時(shí)，根據(jù)曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建 立了含曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用四階龍格一庫(kù)塔法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué) 仿真 建立了j f 7 5 0 - 1 2 5 型曲柄壓力機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件a d h j v i s 中的虛擬樣機(jī)，進(jìn)行 多次仿真，通過(guò)改變機(jī)床各部件的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)，得到了各個(gè)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)特性益線(xiàn)，選擇合理 的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論對(duì)機(jī)床進(jìn)行分析優(yōu)化、試驗(yàn)研究和仿真， 提高機(jī)床的動(dòng)力學(xué)性能，減小振動(dòng)和降低噪聲，實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作狀態(tài)趨于平穩(wěn) 分析了曲柄壓力機(jī)的不同工況下的載荷特性曲線(xiàn)，構(gòu)造了簡(jiǎn)化的載荷標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式在空載，打 樁、沖裁和拉深等工況下，對(duì)曲柄壓力機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型分別進(jìn)行了仿真，得出了機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性曲 線(xiàn)通過(guò)對(duì)模型優(yōu)化改進(jìn)前后的動(dòng)力學(xué)仿真參數(shù)的比較，論證了對(duì)稱(chēng)布置動(dòng)平街方案的可行性，優(yōu) 越性。 關(guān)鍵詞： 曲柄壓力機(jī)，振動(dòng)澍試，多體動(dòng)力學(xué)，動(dòng)平衡，動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化仿真 i s t u a yo ni ) r - a m i es i m u l a t i o no f ap r e s sm a c h i n e b a s e do na d a m s b yz i t a n ( 3x i a o - y 柏g s u p 倒i s e db yp r o f w a n gx i 鳴棚g a b s t r a c t b a s e d0 i it h ee n t h p r i s ep r o j e c to fr e s e a r c ha b o u td y n a m t eo p t i m i z a t i o no f t h ej f 7 5 g - 1 2 5t y p ep r e s s f r o mx u z h o um e t a lf o r m i n gm a e l f i n et o o lf a c t o r y , t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e dt h es i m u l a t i o na n do p t i m a l d e s i g no ff 1 h i g hs p e e do - f r a m es l i d e r - c r a n kp r e s sm a c h i n eb yt h em u l t i b o d ys y s t e md y n a m i c s p u n c h i n gm a c h i n e s c a i ig e n e r a t es m i c t u r e - b o m ei m p a c tn o i s e , w h i c hs e v e r e l ya f f e c t st h en e a r b y e n v i r o n m e n tt ob e g i nw i t ht h ea n a l y s i so fp u n c h i n gv i b r a t i o n , b a s e do nt h ed y r m m i es i g n a la n a l y s i s s y s t e mp l a t f o r m , v i b r a t i o ns i g m l so ft h ep u n c h i n gm a c h i n ew e em e a s u r e df r o mf i e l de x p e r i m e n t c o n s i d e r i n gt h ei n e r t i a li m p a c to fm o v i n gp a r k , t h ep r i n c i p l eo fp u n c h i n gv i b r a t i o nw c i i s r t 】d i e d , t h e nt h e w a yt oa l l e v i a t et h ev i b r a t i o nw a sp r e s e n t e d a c c o r d i n gt om e c h a n i c a le q u i l i b r a t i o nn 增。纓也ec h a r a c t e r i s t i c so fs l i d e r - c r a n km e d l a n i s mw t ! l o c o m p a r e da n da n a l y z e da m o n gs e v e r a ld r n a m i c b a l a n c es y s t e m s 1 1 艟nt h es y m m e t r ym e t h o df o rd y n a m i c b a l a n c ew a sp r e s e n t e d0 1 1f i l eb a s i so f 州 v 翻葛e 伽e c o n s i d e r i n gt h ee q u i v a l e n tc i r c u i to f t h em o t o ra n dp r e s s s t r u c t u r e , t h o 由啪a l i l i c a lm o d e lw a ss e tu p , a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o nw a sc a r r i e do u tb yt h ef o r t ho r d e r r u n g e - k u t am e t h o d t h ed y n a m i c ss i m u l a t i o ns o f t w a r ea d a m s ( a t a o t n a t od y n a m i c a n a y s so f m e c h a n i c a ls y s t e m ) h a s b 咖u s e dt os i m u l a t ep u n c h i n gm a c h i n eb a s e d0 1 1v i r t u a lp r o t o t y p ea n dt of i g u r eo u ts o n i cd y n a m i c s p r o p e r t yc i t i v e sw h i e l ah a v eg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rd y n a m i co p t i m a ld e s i g n w i t hp m p e rn 拋f a ip a r a m e t e r s a n dm u l t i p l eo b j e c t i v ef u n c t i o n s , 齜m u l t i - b o d ys y s t e md y l l a m i c , sw 鸛a p p l i e di nr e s e a l e l ao np i 麟m o d e l t ol e s s e nt h e v i b r a t i o na n dn o i s ea e e o m p a r i i e dw i t hh i g h e rs p e e d f o re a s i e rc a l c u l a t i o na n da n a l y s i q , t h ef o r c ec m v e so f t h r 勺，p i c a lp r o c e s s e s ( h a m m e r , p u n c h i n ga n d d r a w i n g ) w 啪f o r m u l i z e d a n dt h ec l y l l a m i cs i m u l a t i o n sw 哪i m p l e m e n t e di ni d l oo p e t a l j n gm o d e l a n d 也e q e ew o r l i l l gc o n d i t i o n sm e n t i o n e da b o v e f i n a l l y , t h r o u g hc o m p a r i s o no fd y n a m i c ss i m u l a t i o np a r a m e t e r sb 倒【、】l 刪i m p r o v e da n di m i m p r o v e d p r e s sm o d e l , t h ef e a s i b i l i t i e sa n ds u p e r i o r i t i e so f s y m m a y 棚喀c h o df o rd y l l 刪cb a l a n 啪d e m o n s t r a t e d k e y w o r d s ts l i d e r - c r a n kl , t e s s , v i b r a t i o nm e a s u r e m e n t , 由，l l 鋤i m o d c t , 蚰 u e l l , l t oo p t i m i z a t i o n , s i m u l a t i o n 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用 過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明 并表示了謝意。 研究生簽名：雄e t期：忽z 蕉：塹 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書(shū)館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的 復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi) 容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可 以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研 究生院辦理 研究生簽名：叢直至! 導(dǎo)師簽名： 第一章緒論 1 1 論文的研究背景 第一章緒論 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，機(jī)械產(chǎn)品正向高速化、精密化、柔 性化、多樣化方向飛速發(fā)展。2 1 世紀(jì)的制造業(yè)，正從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)代，向著以信息為 特征的技術(shù)時(shí)代邁進(jìn)，即用信息技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。經(jīng)濟(jì)全球化和世界市場(chǎng)一體化加速發(fā)展， 不斷加劇了制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)，提出了快速反應(yīng)市場(chǎng)的要求，與之相適應(yīng)，制造業(yè)對(duì)柔性自動(dòng)化技 術(shù)及裝備的要求更加迫切而強(qiáng)烈。同時(shí)，微電子技術(shù)和信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，為柔性自動(dòng)化提 供了重要的技術(shù)支撐。工業(yè)裝備的數(shù)控化，自動(dòng)化、柔性化呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)眾所周知，由于 采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點(diǎn)。所以工業(yè)先進(jìn)的國(guó) 家越來(lái)越多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要， 鍛壓機(jī)械在機(jī)床中所占的比重也越來(lái)越大i l j 。 世界鍛壓工業(yè)的柔性自動(dòng)化發(fā)展不斷加快。沖壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，航空、電子、家電等工 業(yè)領(lǐng)域，其中，作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的標(biāo)志之一的汽車(chē)工業(yè)，被當(dāng)今世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 和新興工業(yè)國(guó)家列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展主導(dǎo)了鍛壓技術(shù)及裝備的發(fā)展，鍛壓技術(shù)的發(fā)展和 進(jìn)步基本圍繞汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展而進(jìn)行。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)促使汽車(chē)更新?lián)Q代的速度明顯加快，產(chǎn)品的 市場(chǎng)壽命周期進(jìn)一步縮短；與此同時(shí)，汽車(chē)變型品種日益增多，現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)日益呈現(xiàn)生產(chǎn)規(guī) ?；?、車(chē)型個(gè)性化，車(chē)型批量小、車(chē)型變化快、多車(chē)型共線(xiàn)生產(chǎn)、車(chē)身覆蓋件大型化一體化的特征 傳統(tǒng)的加工單一品種的剛性生產(chǎn)線(xiàn)顯然已不適應(yīng)這種特征和市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)展的要求，其升級(jí)換代產(chǎn)品 具有高柔性和高效率的自動(dòng)化鍛壓設(shè)備，成為世界沖壓技術(shù)及裝備發(fā)展的主要潮流。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，機(jī)械制造市場(chǎng)的迅速發(fā)展。汽車(chē)及其配件、家用電器、石油 化工、電力設(shè)備、儀器儀表、機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)，建筑等行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中大量需求鍛壓機(jī)械鍛 壓在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、能量省和 成本低的特點(diǎn)。曲柄壓力機(jī)是采用機(jī)械傳動(dòng)的鍛壓機(jī)器通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳給 工作機(jī)構(gòu)，從而使坯料獲得確定的變形，制成所需的工件。大量制造和使用曲柄壓力機(jī)，已經(jīng)成為 工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展方恕藝，我國(guó)已成為許多跨國(guó)公司的重要的生產(chǎn)基地，鍛壓機(jī)械設(shè)備育著廣 闊的市場(chǎng)然而目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)鍛壓設(shè)備的市場(chǎng)占有率卻不高。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)鍛壓機(jī)床制 造業(yè)一直在開(kāi)發(fā)低價(jià)位、低檔次產(chǎn)品，處于落后水平，主要表現(xiàn)在質(zhì)量不高，性能不好和品種不全 等方面，由于品種規(guī)模較少，性能與國(guó)外設(shè)備差距較大，使得高、精、尖產(chǎn)品幾乎被國(guó)外廠(chǎng)商所壟 斷。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，目前我國(guó)鍛壓機(jī)械行業(yè)銷(xiāo)售收入在5 0 0 萬(wàn)元以上的企業(yè)約2 0 0 余家，絕大多數(shù)為 中小型企業(yè)，一半以上分布在江蘇、山東、上海、浙江等省市。按產(chǎn)品種類(lèi)分，生產(chǎn)機(jī)械壓力機(jī)的 企業(yè)占4 0 以上，生產(chǎn) 舡機(jī)的企業(yè)占1 5 ，生產(chǎn)剪切、彎曲，校正機(jī)的企業(yè)占3 0 左右生產(chǎn)其它 鍛壓設(shè)備的企業(yè)約1 5 。撩產(chǎn)品數(shù)量計(jì)，高、中、低檔構(gòu)成比約為1 ：1 9 ：8 0 ，是典型的金字塔形， 即低檔產(chǎn)品為主占8 0 ，中檔產(chǎn)品不足2 0 ，高檔產(chǎn)品僅占1 而已工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高、中、低檔產(chǎn) 品的構(gòu)成比為1 0 ：6 5 ：2 5 ，呈現(xiàn)檄欖球狀，即中檔產(chǎn)品為主占6 5 ，高檔產(chǎn)品占1 0 ，低檔產(chǎn)品僅 占2 5 。我國(guó)鍛壓機(jī)械行業(yè)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距顯而易見(jiàn)因此，我們應(yīng)該加大資金投入，加速 技術(shù)改造加強(qiáng)科研創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)制造可靠性好，性能佳、技術(shù)含量高的優(yōu)良鍛壓機(jī)床，提升國(guó)產(chǎn)鍛 壓設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)鍛壓行業(yè)飛速發(fā)展 近年來(lái)，曲柄壓力機(jī)正向著高速度、高精度、自動(dòng)化和數(shù)控化的方向發(fā)展。但隨著壓力機(jī)向高 速方向發(fā)展，振動(dòng)和噪聲明顯加大，嚴(yán)蘑影響加工精度和勞動(dòng)條件因此，研究高精度、低噪聲的 高速精密壓力機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 國(guó)內(nèi)外壓力機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 美國(guó)亨利拉特公司在1 9 1 0 年首創(chuàng)四柱底傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的高速壓力機(jī)，迄今已有近1 0 0 年的歷史j 。 1 9 5 3 年德國(guó)舒勒公司生產(chǎn)出1 2 5 0 k n 閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)，行程2 0 m m ，行程次數(shù)達(dá)到1 5 0 次佃i n 州 1 9 9 5 年以后，隨著電機(jī)和電器工業(yè)的發(fā)展，各國(guó)紛紛研制高速壓力機(jī)，出現(xiàn)了許多新的機(jī)型。在上 個(gè)世紀(jì)，7 0 年代前壓力機(jī)生產(chǎn)是“速度”的競(jìng)爭(zhēng)。高速壓力機(jī)的速度不斷被刷新，如日本電產(chǎn)京利 的m a c h - 1 0 0 型超高速精密壓力機(jī)在1 0 0 k n 、8 m m 沖程條件下，速度已達(dá)到4 0 0 0 s p i n t o j 。8 0 年代 后各高速壓力機(jī)的生產(chǎn)廠(chǎng)家都很重視壓力機(jī)的下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度，生產(chǎn)了一批高速精密壓力機(jī)。如日 本三菱公司生產(chǎn)的h p 系列。超高速超精密壓力機(jī)，采用可調(diào)式完全動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)和滑塊下死點(diǎn)位置 自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)，使滑塊在下死點(diǎn)的位置變動(dòng)控制在5 t u n 以?xún)?nèi)，在3 0 0 1 0 0 0 次m i n 范圍 內(nèi)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)床振幅低于5 0 1 u n l 2 q 。德國(guó)舒勒公司生產(chǎn)的s a s 0 型8 0 0 k n 高速壓力機(jī)采用預(yù)應(yīng) 力八面直角滾針導(dǎo)軌和平衡滑塊式平衡裝置，壓力機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)精度高，被廣泛用于電機(jī)定、 轉(zhuǎn)子片的級(jí)進(jìn)沖壓。2 0 世紀(jì)8 0 年代中期出現(xiàn)了超高速超精密壓力機(jī)，如日本票本鐵工所引進(jìn)瑞士 e s s a 公司技術(shù)制造的6 0 0 k n 高速精密壓力機(jī)。最高行程次數(shù)達(dá)1 5 0 0 次j m i n ，加工零件的尺寸誤差 可控制在1 0 2 0 p m 以?xún)?nèi)。近年來(lái)，大規(guī)模集成電路和電器元件的生產(chǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大，有力地推動(dòng)了高 速壓力機(jī)的發(fā)展。高速壓力機(jī)在8 0 0 - - 1 0 0 0 次, m i n 的速度范圍內(nèi)加工精度已非常理想 1 9 8 2 年，濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所和北京低壓電器廠(chǎng)共同研制了我國(guó)第一臺(tái)高速壓力機(jī)，公稱(chēng)力為 6 0 0 k n ，最高速度達(dá)到4 0 07 欠m i n 。目前，高速精密壓力機(jī)正向數(shù)控化和柔性自動(dòng)化的方向發(fā)展 我國(guó)的高速精密壓力機(jī)與國(guó)際先進(jìn)水平相比，還存在不少差距，表現(xiàn)為生產(chǎn)規(guī)模小，監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)手 段落后。產(chǎn)品的工作性能和國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品的差距較大 1 2 1 國(guó)內(nèi)外壓力機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 尺寸與形狀均趨于標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的功能性沖壓件，生產(chǎn)批量越來(lái)越大( 如中小型電機(jī)的定轉(zhuǎn) 子硅鋼片、高壓器硅鋼片、刮臉刀，r r 芯片等) ，為了降低成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，這類(lèi)零件很適 合在高速壓力機(jī)上進(jìn)行大量生產(chǎn)唧。高速壓力機(jī)帶有自動(dòng)送料裝置，劃分是否為高速壓力機(jī)的標(biāo)準(zhǔn) 有很多種。國(guó)內(nèi)外有一些公司通常將高速壓力機(jī)分為下述3 個(gè)速度等級(jí)t 主軸轉(zhuǎn)速n 1 0 0 0 s p m 為 超高速，n = 4 0 0 1 0 0 0 s p m 為高速，n = 2 5 0 - - 4 0 0 s p m 為次高速1 7 1 根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)，考慮到 高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)目前最高已達(dá)4 0 0 0 s p i n , 可以將高速壓力機(jī)分為以下三類(lèi) n 皂1 5 0 0 s p m ， 為超高速壓力機(jī)；8 0 0 曼n _ _ _ 1 5 0 0 s p i n 為真高速壓力機(jī)；2 5 0 魚(yú)n _ 中，規(guī)座上便受到個(gè)力偶矩墨k 和一個(gè)作用在軸承4 處 的水平動(dòng)壓力ri ：l 作用，其大小為冀二= 五，為了消除r 厶，可以在曲柄一的延長(zhǎng)線(xiàn)上r 處 薦裝上一個(gè)對(duì)重掰。，使得塒”，= m v t 這樣，在1 圉3 - 5 ( c ) 中，對(duì)重坍”的離心慣性力f “將 在軸承彳上產(chǎn)生個(gè)水平動(dòng)壓力和一個(gè)鉛直動(dòng)壓力巧。方向如圖，大小為 巧= 冊(cè)。礦r c o s # = 他m 2 | c o s 巧研”m 2 r s i n = m m z k s i n 于是巧與置乞的大小相等兩方向相反，互相抵消但在鉛直方向又多出了一個(gè)動(dòng)壓力 z ，與原水平方向動(dòng)壓力的大小相等實(shí)際可取較小的平衡質(zhì)量，使水平和鉛直方向都不 要產(chǎn)生多大的動(dòng)壓力 東南大學(xué)硬士學(xué)位論文 3 5 反向布置平衡法 在同一機(jī)架上設(shè)置兩套完全相反的運(yùn)動(dòng)，則機(jī)架上的慣性力自然會(huì)相互抵消，如圖4 - 4 所 示。利用上、下曲柄連桿結(jié)構(gòu)對(duì)p i 點(diǎn)的質(zhì)徑積相等的條件來(lái)平衡主軸上的慣性力 各參數(shù)的定義如下： 主曲柄長(zhǎng)度厶= 五最，質(zhì)量為，重心在馬點(diǎn)， 副曲柄長(zhǎng)度厶= 五b ，質(zhì)量為鴨，重心在b 點(diǎn)， 主連桿長(zhǎng)度厶= b 只，質(zhì)量為m j 。重心在屯點(diǎn)，偏心距吩= 忍焉， 副連桿長(zhǎng)度厶= 只b ，質(zhì)量為1 ，重心在 點(diǎn)，偏心距p = 與墨， 滑塊質(zhì)量，配重塊質(zhì)量豫上沖模質(zhì)量鴨 顯然，如果圖4 - 4 結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，即兩個(gè)共曲軸的曲柄猾塊機(jī)構(gòu)以e 點(diǎn) “ 為對(duì)稱(chēng)中心，每一瞬間的所有慣性力完全抵消但滑塊與機(jī)架間的動(dòng) 壓力形成慣性力偶距。從減少整機(jī)質(zhì)量的角度，我們希望配重塊的重 d 量較小，于是要求副曲柄的長(zhǎng)度要大些 先考慮弓一昱一只曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行靜平衡時(shí)，用靜代換法 i ，i 將構(gòu)件昱只的質(zhì)量鴨代換到鉸鏈e ，置的中心上，得 = 鴨警 鴨h ；鴨爭(zhēng) 島 毋 五 困3 - 6 反向布置法 下面考慮丑一b 一弓曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，用靜代換法將構(gòu)件馬b 的質(zhì)量珥代換到鉸鏈b 、 忍的中心上， 啊，= 慨芻產(chǎn)，弛，= 啊巹 最后考慮對(duì)主軸的平衡，對(duì)主軸的質(zhì)徑積分別為； q 啊+ ，2 。吃鴨+ 厶確” 如果以上兩式差值較大，考慮增加卅的質(zhì)量，設(shè)質(zhì)心保持不變 = 專(zhuān)如啊+ 厶鴨最。島鴨) j = 弛+ 瑪， 第三章曲柄壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)平衡的基本理論 。啊暑 2 + 鴨， = 魄+ 啊丹 根據(jù)慣性力平街的條件，刀b 嗣上2 伽= h 彳z i s 妒 a 吐2 q 仇2 ，n ，= 每啊， 業(yè) 田4 - 6雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力分析圈 下面考慮雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)：主動(dòng)力矩肘作用在曲柄上， 這是一個(gè)受理想完整約束的剮體系統(tǒng)，具有一個(gè)自由度。將滑塊和配重塊看成質(zhì)點(diǎn)，并周 定在連桿的末端與連桿共同組成剛體其質(zhì)心分別在s 和島處 將系統(tǒng)解除約束，分解為三個(gè)剛體： 對(duì)于剛體b 一毋一毋， j 1 萬(wàn)d 2 e 專(zhuān)m 哦，l 2 鋤鐘l 2 c o s o + x 2 l i s i n 甜l l s 口 ( 3 5 i ) 對(duì)于剛體己一只t 東南大學(xué)磺士掌位論文 弧。爭(zhēng)一x 矚l y l 叫；- m d g j i x 如屯) c o s w - x 2 e 3 c 0 8 口- y 2 e 3 s i n a 對(duì)于剛體弓一忍t x 2 = x ，- x ， m s l y 2 叫j i g 約束方程1 只在y 軸上lx 2 - 但4 _ e 4 ) s i n p = o 己在y 軸上?x i - ( l ，e 3 枷= o 剛體昱一只和剮體馬一毋一只在馬點(diǎn)重合。 l l c o s o - ( x l + s i n 口戶(hù)o l i s i n o 勺i e 3 c o s a ) = ：o 剛體b 只和剛體另弓一b 在b 點(diǎn)重合， 以上1 3 個(gè)方程正好可以求解1 3 個(gè)未知量：x l ，y i 蘆2 ，y 2 ，) ( 2 ，y 2 焉，x 五，) ( ，口，0 ( 3 5 刀 ( 3 5 3 ) ( 3 5 4 ) ( 3 5 5 ) ( 3 5 6 ) ( 3 5 7 ) ( 3 5 8 ) ( 3 5 9 ) ( 3 5 1 0 ) ( 3 5 1 1 ) ( 3 5 1 2 ) ( 3 5 1 3 ) 由幾何關(guān)系，得：i 2 南j 血口2 每c o s 9 。- s j d 參5 s i n ( 9 0 寸螂2 罷硎豳夕一回厶 由( 8 ) 式，得： x l 地屯) 血口電，電) 專(zhuān)c o s l 9 x z 電氣) s 邵鄧 ) 魯咄口 2 4 0 5 1 5 ) ( 3 5 1 6 ) ( 3 5 1 7 ) 第三章曲犧壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)平衡的基本理論 y 2 - l 2 s i n o + e 4 c o s p = l ：s i n 舢e 4 扛i 麗麗0 5 1 9 ) 在正常工況下：電機(jī)輸出的角速度恒定，即e o 萬(wàn)d 2 0 = o 所以 d z a 萬(wàn)釗宰= o 由( 3 ) 式，得，y 2 g m n 2 。l g 由( 6 ) 式，得，x 氆g - 噸繁d 2 y 氆g 由( 2 ) 式及( 1 6 ) 式，得：x 2 碼 田t ，反茂t 1 6 ) 反臀： ，鼉 從而由( 4 ) 。可得； j i 擎鑲：皿，- e 3 ) c o s 口一x 2c 3 s i n 口m i l g 坶口神 x 融2 孬黑蘭詈忑砜g 乏劬 從而由( 7 ) 。可得：l 筆乒與x ，民，胖瑪氣咖g 氣酬 k 鵲= m 咀g 爭(zhēng)t a i 妒 q ( 3 5 2 0 ) ( 3 5 2 1 ) ( 3 5 2 2 ) ( 3 5 2 3 ) ( 3 5 ( 3 5 2 5 ) 反向布置法是一種較為理想的動(dòng)力學(xué)平衡方法，可以實(shí)現(xiàn)滑塊運(yùn)動(dòng)方向上的動(dòng)態(tài)慣性力 的完全平衡，其缺點(diǎn)是增加了曲柄壓力機(jī)的高度尺寸此外，與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向垂 直的動(dòng)態(tài)慣性力，依舊無(wú)法平衡，如圖中的滑塊對(duì)機(jī)身前后方向的動(dòng)態(tài)慣性力x 4 。以及 配重對(duì)機(jī)身前后方向的動(dòng)態(tài)慣性力x s 這兩個(gè)力，方向始終相反，形成一動(dòng)態(tài)慣性力偶， 使機(jī)身產(chǎn)生傾覆趨勢(shì)的振動(dòng) 3 6 對(duì)稱(chēng)布置平衡法 如圖3 - 8 所示。對(duì)稱(chēng)布置平衡法是采用兩個(gè)反向布置機(jī)構(gòu)形成完全對(duì)稱(chēng)的形式。既能像 反向機(jī)構(gòu)那樣完全平衡滑塊方向的動(dòng)態(tài)慣性力，又克服了反向機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，使垂直于滑塊運(yùn) 動(dòng)方向的動(dòng)態(tài)慣性力也能得到完全的平衡對(duì)稱(chēng)布置的平衡方法中對(duì)于質(zhì)量的計(jì)算與反向布 置平衡方法相同，這里就不重復(fù)介紹了主要說(shuō)明以下該平衡方法中構(gòu)件的受力情況這種 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 對(duì)稱(chēng)布置平衡方案的受力分析基本與反向布置一樣可以將對(duì)稱(chēng)布置分解成兩個(gè)反向結(jié)構(gòu)， 反向結(jié)構(gòu)的受力分析前面已經(jīng)介紹了。在反向結(jié)構(gòu)8 中，除了主連桿作用于滑塊的力x - 和 副連桿作用于配重的力x d 外其他力都已得到很好的平衡反向結(jié)梅b 中，除了主連桿作 用于滑塊的力x 和副連桿作用于配重的力x h 外，其他力都已得到很好的平衡由于x - 和x 同時(shí)作用于滑塊之上而且由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，作用力完全相同最后達(dá)到互相抵消的效 果同理，x 和x m 也互相作用而抵消這樣對(duì)稱(chēng)布置法不僅在滑塊行程方向的力能夠完 全平衡，而且克服了反向布置法的缺點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生床身傾覆振動(dòng)的動(dòng)態(tài)慣性力偶實(shí)現(xiàn)了理 論上的完全平衡 3 7 本章小結(jié) x ( e )傍鰳 圈3 4 對(duì)稱(chēng)布置平衡法 本章主要介紹了剛性轉(zhuǎn)子和和平面機(jī)構(gòu)的基本理論介紹了j f 7 5 g - 1 2 5 型閉式曲柄高速 壓力機(jī)的動(dòng)力學(xué)平衡問(wèn)題提出了完全平衡法、近似平衡法、反向布置法、對(duì)稱(chēng)布置法等平 衡方案并詳細(xì)分析了各種平衡方案的平衡機(jī)理，慣性力分析是選擇合適平衡方法的理論 基礎(chǔ) 爹x落一 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章閉式曲柄壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)微分方程的建立 4 1 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)但是，多柔體與多剛體系統(tǒng)有著完全不同的 動(dòng)力學(xué)性態(tài)，其研究方法也有著本質(zhì)的區(qū)別。由于多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的復(fù)雜性，使得多柔體 系統(tǒng)在諸如動(dòng)力學(xué)建模理論與方法，系統(tǒng)仿真、實(shí)驗(yàn)研究等方面要涉及到諸如連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、結(jié) 構(gòu)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、圖論、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。 這就推動(dòng)了許多相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展和相互交叉滲透。作為研究應(yīng)用工具的計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步 更加快了該學(xué)科的發(fā)展，和更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值可以說(shuō)，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)己成為當(dāng)今力學(xué)研究中 最有活力的分支之一i 7 j 。 對(duì)于由多個(gè)剛體組成的復(fù)雜系統(tǒng)，理論上可以采用經(jīng)典力學(xué)的方法，即以牛頓歇拉方程為 代表的矢量力學(xué)方法和以拉格朗日方程為代表的分析力學(xué)方法。這些方法對(duì)于單剛體或者少數(shù)幾 個(gè)剛體組成的系統(tǒng)是可行的，但隨著剛體數(shù)目的增加，方程復(fù)雜度成倍增長(zhǎng)，尋求其解析解往往 是不可能的由于計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法的出現(xiàn)，使得面向具體問(wèn)題的程序數(shù)值方法成為求解復(fù)雜 闖題的一條可行途徑，即針對(duì)具體的多剛體問(wèn)題列出其數(shù)學(xué)方程，再編制數(shù)值計(jì)算程序求解。對(duì) 于每一個(gè)具體的問(wèn)題都要編制相應(yīng)的程序進(jìn)行求解，雖然可以得到合理的結(jié)果，但過(guò)程重復(fù)煩瑣， 于是尋求一種適合計(jì)算機(jī)操作的程式化的建模和求解方法變得迫切需要。在這個(gè)時(shí)候，也就是2 0 世紀(jì)6 0 年代初期，在航天和機(jī)械領(lǐng)域，分別展開(kāi)了對(duì)于多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究，并且形成了各 具特色的不同派別的研究方法 最具代表性的幾種方法是羅伯森維騰堡( r o b e r s o n w i t t e n b u r g ) 方法，凱恩( k a n e ) 方法、 旋量方法和變分方法陋刈等 ( 1 ) 羅伯森雒騰堡方法 羅伯森與維騰堡于1 9 6 6 年提出一種分析多剛體系統(tǒng)的普遍性方法，簡(jiǎn)稱(chēng)r - 、舫法k 啊。此方 法的主要特點(diǎn)是利用圖論的概念和數(shù)學(xué)工具描述多剛體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以鄰接剛體之間的相對(duì)位移 作為廣義坐標(biāo)，導(dǎo)出適合于任意多剛體系統(tǒng)的普遍形式的動(dòng)力學(xué)方程，并利用增廣體概念對(duì)方程 的系數(shù)矩陣作出物理解釋。r - w 方法以十分優(yōu)美的風(fēng)格處理了樹(shù)結(jié)構(gòu)多剛體系統(tǒng)，對(duì)于非樹(shù)系統(tǒng)， 通過(guò)鉸切割或剛體分割方法將非樹(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成樹(shù)系統(tǒng)進(jìn)行處理 ( 2 ) 凱恩方法 凱恩方法是在1 9 6 5 年左右形成的一種分析復(fù)雜系統(tǒng)的方法，利用廣義速率代替廣義坐標(biāo)描述 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，直接使用達(dá)朗貝爾原理建立動(dòng)力學(xué)方程，并將矢量力與達(dá)朗伯慣性力直接向待定的基 矢量方向投影以消除理想約束反力，兼有矢量力學(xué)和分析力學(xué)的特點(diǎn)，既適用于完整系統(tǒng)，也適 用于非完整系統(tǒng) ( 3 ) 旋量方法 旋量方法是一種特殊的矢量力學(xué)方法( 或牛4 氯一歐拉方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為n - e 方法) ，其特點(diǎn)是將 矢量與矢量矩合為一體，采用旋量的概念，利用對(duì)偶數(shù)作為數(shù)學(xué)工具，使n - e 方程具有簡(jiǎn)明的表 達(dá)形式，在開(kāi)鏈和閉鏈空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析中得到廣泛運(yùn)用 c 4 ) 變分方法 變分方法是不同于矢量力學(xué)和分析力學(xué)的另一類(lèi)分析方法，其基本原理是高斯最小約束的方 法該方法有利于結(jié)合控制系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行綜合分析，而且由于其不受鉸約束數(shù)目的影響，適用 于帶多個(gè)閉環(huán)的復(fù)雜系統(tǒng) 第四章閉式曲柄壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)徽分方程的建立 上述幾種方法構(gòu)成了早期多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容，借助計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)，可以解 決由多個(gè)物體組成的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題。但是多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在建模與求解方面的 自動(dòng)化程度，相對(duì)于結(jié)構(gòu)有限元分析的成熟來(lái)說(shuō)相差甚遠(yuǎn)正是為了解決多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 與求解的自動(dòng)化問(wèn)題，美國(guó)c h a 和h a i i g 于2 0 世紀(jì)8 0 年代提出了適宜于計(jì)算機(jī)自動(dòng)建模與求解的 多剛體系統(tǒng)笛卡幾建模方法剛，這種方法不同于以羅伯森維騰堡方法為代表的拉格朗日方法， 它是以系統(tǒng)中每個(gè)物體為單元，建立固結(jié)在剛體上的坐標(biāo)系，剛體的位置相對(duì)于一個(gè)公共參考基 進(jìn)行定義，其位置坐標(biāo)統(tǒng)一為剛體坐標(biāo)系基點(diǎn)的笛卡兒坐標(biāo)與坐標(biāo)系的方位坐標(biāo)，再根據(jù)鉸約束 和動(dòng)力學(xué)原理建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解 4 2 動(dòng)力學(xué)微分方程的建立 4 2 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)微分方程 以圖扣l 所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，建立動(dòng)力學(xué)微分方程， 用數(shù)值的方法求解滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選取廣義坐標(biāo)補(bǔ)q 2 、毋分別為 曲柄轉(zhuǎn)角、連桿與機(jī)座的夾角、滑塊行程 為了求解方便，考慮采用一維廣義坐標(biāo)建立動(dòng)力學(xué)微分方程選 取曲柄轉(zhuǎn)角口為廣義坐標(biāo)，建立動(dòng)力學(xué)方程 首先，進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 曲柄： 角速度q = 圣l 連桿。 轉(zhuǎn)角9 2 = 眥s i n e s i n 窖1 ) = 眥s i n ( 名如甄) 一鏟鏟君子驢, 而c o s 麗q 1 她蝴一觚 質(zhì)心位置碭。碭- p 2 c o s q 2 = r c o s q l + l c o s q 2 - p 2 c o s q 2 = ，瞄吼+ u p 2 ) 1 - ( s i n q 0 2 = ，鯽口i + u 一仍) 廁) = p 2 s i n q 2 = 島手s i n 吼= 展五s i n 吼 ( 4 2 國(guó) 2 2 島7 8 m 吼2 壓a 8 m 吼 ( 4 2 國(guó) 質(zhì)心速度 枷墻喲+ ( i - 島睜2 囂磊= - r m q ，磊+ ( 1 - p 2 ) 且2 1 s m 吖q ! 。c o 吲s q l 2q i 4 1 。j 1 一呼如g i ) 2 弋一引 夕j z = 島手螂弛= n a 嘲確 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 槽塊： 位置= r c o s q i + i c o s q 2 = ，c o s q i + l c o s 嬲i n ( r s i n q j = r c o s q l + l = r c o s q i + ，、l 一( a s i n 島) 2 婦= 0 速飄= - r s i n q l t + f ( ；) 2 見(jiàn)3 = 0 下面，進(jìn)行各構(gòu)件的動(dòng)能計(jì)算： 連桿質(zhì)心速度= ：i i 面 ( 4 2 ( 4 2 1 4 ) 哦 滑塊質(zhì)心速度= i r 面 ( 4 2 5 ) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)能 量；莩吾溉2 + 正卵) = 圭+ ) 蟊2 + 卜2 q 2 + j 1 匕z 2 + 丟2 = 三+ m “1 2 j 牛a 似z c 如o s q 矛口2 + 蘭他 a 2 力甜q + r z 甜g + 1 ：4 ( i 麗- p 面2 ) 2 s i r n 2 q c o s z q + 2 1 t 2 r u 一島，靜礦+ 丟，吩t ，2s m 2 9 + 2 j 等+ 2 名2 r l 石sin蔚2 q c o s q g 2 l q s i n g ) 2 = 磚+ 以) + 吾五i 三篙羞毒+ j 1 名2 島2 s 2 窖+ 丟慨+ 鴨) ，2 s i n 2 9 + 吾魄( ，一島) 2 州1 號(hào)羞焉產(chǎn)+ 魄m m 們，j 箋鬟靜圣2 ( 4 2 句 求俯導(dǎo) 第四章閉式曲柄壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)徽分方程的建立 薏= “+ 以+ j 2 j 1 _ ( 魚(yú)3 , s i n q ) 2 + 鴨2 2 島s 2 霉+ 帆+ 鴨) ，2 s i n 2 q + 魄( ，一島) 2 + 艫】 號(hào)焉羞筍+ 狐州加了s 。i n 2 以q c 。s q 。 ( 1 州2 咩篆筍+ 眺嘶聃m 夸i 簧差靜雪2 令= 乒麗，尉 等= + + 以等產(chǎn)+ m z 2 2 p 2 c o s z q + 帆+ 碼) ，2 咖2 q + 慨( ，一島) 2 + 鴨內(nèi) t a 4 1 2 s i n 2 q c o s 2 q + 軌) + 刪：，等蘆圣 m 乃 上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù) 面d 睜o e = 弛+ 五十以! 等塑+ 鴨a 2 見(jiàn)c o s 2 q + ( 鐫+ 鴨) r 2 s i n 2 q + 慨( f 一見(jiàn)) 2 + 碼，2 】 絲塑象堡。血+ 2 m ，q 一危) + 嘣弘2 ，些芋警2 2 s m 窖 2 1 2 c _ o s 萬(wàn)3 q 一- a z 一2 彳2 島s i n g c o s q + 2 ( 鴨+ 鴨) ，2 s 缸g s 礙+ 2 s i n 垡c o s g 動(dòng) 【鴨u 一島) 2 + 豫，2 。o s 2 q - s i n 印2 q + a 2s i n 4 q + 2 【( ，一島) + 鴨，m 2 ， 墮璺堅(jiān)! 竺：望生：墅翌垡! 1 2 堡= 墮曼：蟲(chóng)l 一3 能對(duì)口求偏導(dǎo)數(shù) 罷= 蘭礦 酗2 s j n 孽一2 3 2 c o s 3 q - a 2 2 m 2 名2 p 2 s i n g 螂g + 2 帆+ 鴨) ，2 妞黿c o s 口+ 2 s i n g s 斫 帆( ，一島) 2 + w 2 c o s 2 q _ s i n a 2 q ，+ a z s i n 4 q + 2 m 2 f f 一島) + 蚋a 2 ，s i n q c o s 刁2 q + 一a 2 s i n q ( c o s 2q - s i n 2 霉) ) 勢(shì)能y = 哪昌毛i 一鴨g 2 一鴨g 碭 = 哪陰嘲粵一( m 2 + m 3 ) g r c e s q 一 - w p z ) + m 3 1 i g 正j 際百( 4 矧 署= 慨+ 帆+ m o l g r s i n 州鴨( ，一島) + 砌g 墨2 丁s i n q c o s q 廣義力的確定 根據(jù)虛功原理，將所有主動(dòng)力的虛功8 w 直接襲示成與廣義虛位移口的關(guān)系 東南大學(xué)硬士學(xué)位論文 o a w ；m , s q f 蘭：鴆國(guó)一f - - 未 r c o s 口+ f 正確 街 一 。鴆兩+ 毋螄爭(zhēng) 印 廣妯q = m d + f r s i n q + 五2 s i n q a c o s q 系統(tǒng)的拉格朗日方程磊d 咭a e 一一等+ 百a i r = q系統(tǒng)的拉格朗日方程磊。一一面+ 百2 蟛 “2 1 0 ) ( 4 2 t 1 ) 姒+ 以+ 。3 , 2 c o s q + 鴉名2 p 2 c o s 2 9 + 帆+ 慨) ，2 咖2 q + 帆( ，一島) 2 + 硝2 3 , 1 2 s i n 以2 q c o s 2 q 喇( ，一島) + w 卜s i n 2 q 4 c o s q ， + 吉雪2 以名2 s i n 口2 a 2 _ c o i s 3 r q - 一a 2 2 m z a 2 p 2s i n g 哪g + 2 魄+ 鴨p 2 咖g 螂q + 2 s i n 口c 帆( ，一見(jiàn)) 2 + 鴨r c o s 2 q _ s i n 4 2 q ，+ ) 2 s i n 4 q 慨u 一島) + 螂2 卜s i n q c o s 2 q + a 2 s 以i n q ( c o s 2 q - s i n 2 q ) + 吶+ ( 鴨+ m 3 ) g r s i n g + 慨( ，一島) + 嘣】g 摯鴆+ f i r s i n g ) t 2s i n 丑q c o s q m i = u 一島) 2 + 呼2 ，鴆= 鴨( ，一島) + 嘣 謄 厶+ 以+ j 。z 2 c 一。s q + 鴨名2 n $ 2 窖+ ( 鴨+ 鴨) ，2s i n 2 孽+ m _ , 4 1 2 s i n 2 1 竺至 + 2 鴆名2 ，墅曼三! 攀+ 尋圣z 弘名z 如g 2 a 2 c 詹7 q 一- a 2 2 鴨五z 島咖g 瞄孽 + 2 ( 鴨+ 鴨) ，2s i n g 螂g + 2 s i n 牙螂m 竺壘墊粵些 + 2 m +2名2rsinqcos2q+a2sinq(cos2q-sin2q) 慨+ 慨+ 碼) 諺s i n g + 鴆, z 2 s i n q - c o s q ：虬+ f r s i m g + a 2 s i n q - c o s q _ l 鑒于高速壓力機(jī)的連桿系數(shù)名通常很小( 小于0 1 ) ，因此為了簡(jiǎn)化上述計(jì)算公式，特將a 的平 方項(xiàng)及更高次項(xiàng)忽略不計(jì)。由于所產(chǎn)生的誤差很小，滿(mǎn)足在工程計(jì)算許可的誤差范圍之內(nèi)針對(duì) 本文作者所設(shè)計(jì)的1 0 0 0 k n , 1 2 5 0 s p m 高速壓力機(jī)而言。忽略a 平方及其更高次項(xiàng)后，是可行的 這樣。格以e 各式中的2 平方項(xiàng)及更高歡項(xiàng)忽略后可化為 學(xué) ，o + + ( 鴨+ 鴨) ，2 s i n 2 q + 2 ( 鴨+ 鴨) ，2 血叮s g + 魄a + ( 鴨+ 碼) r 】g 咖口= 鴆+ f r s i n ( 4 2 1 2 ) 第四章閉式曲柄壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)徽分方程的建立 i 且( 曲= 以+ ( 一+ j ，) r 2 s i n 2 9 各i h 2 ( q ) = 帆+ 鴨) r 2 s i n q c o s q 。l 碼( g ) = 帆局+ 魄+ 鴨) r 】g s i n q 【紕) ；鴆+ f r s i n q 系統(tǒng)的拉格朗日方程寫(xiě)成h l ( q ) q + h 2 ( q ) 圣2 + 凰( g ) = ( x 黿) ( 4 2 1 3 ) 瑪一粼n 毪鏟 令 ：二毳，一馴 p = 磊+ 置 設(shè)艫畝，則慌：0 1 4 ) i g ( ，o ) = 竹o j 耳j 4 2 2 反向布置的動(dòng)力學(xué)微分方程 如圖4 5 所示的反向機(jī)構(gòu)中， 立動(dòng)力學(xué)方程： f 虧+ i = 磊 【乏+ j 三= 磊 選取曲柄轉(zhuǎn)角q 為廣義坐標(biāo)，建 分別用- ，7 點(diǎn)積( 4 2 1 5 ) 式，得 ( 4 2 1 5 ) f f ，i 咖口i = 五s i n 吼 1 1 乞c o sg i + 毛s 窖2 = 9 3 ik s i n 毋= 1 2 s i n q s ( 4 2 1 d 【 r 2 c o s q l + 2 c o s q ，= q 6 先進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 ( 1 ) 曲柄i 角速度q = 磊 轉(zhuǎn)角吼= 眥如e 如g i ) = 眥如似s i n 吼) i 圖4 - 5 反向配置平衡簡(jiǎn)圖 東南大學(xué)硬士學(xué)位論文 質(zhì)心位置= 】喃一7 2 c o s q 2 = e o s q l + e o s q 2 一呸e o s q 2 = 吒e o s q i + ( 一島) 目r t e o s q l + ( 一島) 以22 島s i n q 2 2 , d 2 詈s i n q t2 島& s i n q , 質(zhì)心速度4 1 s i n 吼或+ 編一島) 印2 = - r , s i n q l # , + q 一島m 2 見(jiàn)z2 島詈s 吼磊2 p 2 c o s q d , c 3 ) 滑塊。 = ，i 伽卿+ 輯一見(jiàn)) 正瓦五萬(wàn) 吼4 吒s m 吼g l 糊2 j i 湖吼+ l , c o s q ，2 ，；螂白+ 五嘲【齜s i n ( s i n q , ) 2 吒c o s q i + 1 1= r 。c o s q j + 扛刁麗* ，i 嘲吼+ “2 1 7 ) ( 4 2 1 8 ) ( 4 2 1 9 ) ( 4 2 2 0 ) ( 4 2 2 1 ) y , 3 2 0 ( 4 2