开题报告六连杆压力机优化设计与分析

1、本科毕业设计（论文）开题报告题目学院名称专业班级学生姓名学号指导教师填表时间：2014年 3月 22日设计（论文） 题目压力机六连杆机构优化设计和运动分析设计（论文） 类型（划“/）工程设计应用研究开发研究基础研究其它V一、 本课题的研究目的和意义压力机作为零件加工的主要工具，广泛应用于有色金属，合金板材以及搪瓷 的落料、冲裁、弯曲、翻边和拉深成形等工艺，其领域包括飞机、汽车、船舶、 大型发电设备和化工容器以及军工的大型重要零件和仪器，钟表中的一些小零件 等。伴随着工业的发展， 压力机的品种和数量越来越多，质量要求越来越高，它 在机械制造工业以及其他工业生产中的作用越来越显著，因此对压力机的精

2、度和 生产率等各方面的要求也就越来越咼。对六连杆压力机而言，满足用户要求的杆系设计和性能优化是技术核心，也是 难点。由于六连杆压力机运动特征是快速下降，可以较小的偏心距实现较大的滑 块行程，而在进行拉深的区域（300mm左右）滑块速度低而均匀，拉深完成后， 滑块快速回程，既满足了低速拉深工艺的要求，又提高了压力机的生产率，。因此 本课题对六连杆压力机机构尺寸参数、运动分析、等进行优化设计研究，已达到 滑块在工作行程内加速度最大值最小和压力机具有良好的工作特性。二、本课题的主要研究内容（提纲）1、分析了国内外的压力机的发展现状，介绍多连杆压力机的特点，对机械优 化设计的主要方法进行了比较，确定了

3、六连杆机构的优化设计方法。最后，给出 了本论文的研究内容及研究方法；2、分析压力机的工作原理和主要技术参数，确定本文设计的压力机主要技术 参数；3、对压力机六连杆机构进行了运动分析，建立了六连杆机的运动学模型、独 立与非独立参数间的关系，建立了通用的数学表达式，并在此基础上，求出了机 构滑块位移、速度、加速度的数学表达式，根据表达式使用matlab软件进行计算， 并作出滑块位移、速度、加速度的曲线图；4、对压力机传动系统进行布置并进行传动级数的分配，选择电动机，对传动零件进行设计计算和强度校核；5、介绍了机械优化设计基础，在 ADAMS中建立六连杆机构的参数化模型，确定设计变量和目标函数，对参

4、数进行优化计算，实现基于ADAMS的参数化设计。利用Pro/E软件建立优化后六连杆的三维模型，再将模型导入ADAMS软件中进行运动学仿真分析。6、利用制图软件绘制压力机传动的图纸，并编写压力机设计说明书。三、文献综述1、国内外压力机的发展现状概况及发展趋势1.1国内外压力机的发展现状概况机械压力机作为工程上广泛应用的一种锻压设备， 在工业生产中的地位变的越 来越重要。多连杆压力机的多连杆机构是现代机械压力内、外滑块普遍采用的工 作机构。多连杆驱动的出发点是：降低工作行程速度，加快空程速度，已达到提 高生产率的目的。使用多连杆驱动技术的机械压力机，不用改变压力机的工作行 程速度，即可达到提高生产

5、率、延长模具寿命并降低噪声的目的。目前国内的发展现状：进入21世纪以来，中国锻压机械行业通过技术引进，合 作生产及合资等多种方式，已经快速地提高了我国的冲压设备整体水平，近年来 设计制造的很多产品，其技术性能指标已经能够接近世界先进水平。目前我国制 造的多连杆压力机刚性好、精度高、具有良好的抗热变形能力和良好的平衡性， 配备高速高精度的送料装置，采取良好的隔声降噪减振措施。不仅能保证良好的 性能、质量和可靠性，在设备的成套、生产线和数控化、自动化等方面也有了很 大的发展，能开发、设计、制造大型精密高效的压力机。近年来，随着电子技术、 自动控制技术的发展和应用，我国多连杆压力机的自动化程度、 安

6、全性、可靠性、 生产率、产品质量都得到了明显的改善，压力机的制造能力也不断提高。但我国 压力机的生产总体规模小，技术创新能力薄弱，数控化程度相对较差，管理水平 落后，品总和规格不全，特别是大、高、精类还需国外的供应，另外，我国的锻 压设备与发达国家相比结构陈旧，性能较差，机械化程度差。因此，如何继续缩 小与国外先进产品的距离仍是我国设备制造企业需要面对的挑战。国外发展现状：国外的多连杆压力机的设计生产制造的专门化、自动化程度 越来越高，朝着高速度、高精度的方向发展。其产品的品种和规格齐全，结构新 颖，性能，质量，机械化程度好，精度，可靠性高，各种设备的材料利用率、生 产率都很高。而且规模大，特

7、别是数控化程度非常好，具有很高的创新水平。力卩 工时，实现了软接触和平稳成型，加工冲击小，故模具的寿命特别长，压力机的 行程可以任意设定，曲轴的摆角可调，使其在某一需要的角度内摆动。国外设计 者们已经在传统的机械压力机上经过反复试验，设计出一些具有创新的压力机。 这些压力机可适应多变的工艺过程，通用性比以往有很大提高，拥有更高柔性。 1.2压力机的发展趋势随着工业的不断发展，压力机的发展会更加趋于提高压力机的生产效率，如滑块行程次数朝着高速和超高速方向发展；提高压力机的数控程度和柔性化程度， 提高它的控制水平，采用柔性更先进的平衡装置，使监测、调试、控制方式更灵 活可靠、安全、宜人化；提高设备

8、的加工精度和刚度，发展精密、高压力设备。 滑块上采用更先进的导向方式，加工精度更高，噪声振动小，环境污染小。在设 计方面要更加完善设计手段，提高设计水平，发展绿色设计与制造。2、多连杆压力机相比于普通压力机的优点与缺点目前采用多连杆机构代替一般曲柄连杆机构已成为机械压力机结构发展的重 要方向之一。机械压力机采用多连杆机构具有以下优点：(1) 当普通压力机和多连杆压力机都在材料的允许拉深速度内运行，多连杆 压力机在同样的运动速度时将以更慢的滑块速度接触板料，从而降低撕裂材料的 可能性，故降低了噪声和振动，减少了模具内部发热，延长了模具寿命。(2) 与普通压力机比较，多连杆压力机只驱动部分的设计不

9、一样，压力机的 其他部分仍然是标准的，因此成本可以大大降低。在设计参数内，运动曲线可根据 特定工件的需要进行修改。(3) 多连杆压力机拉伸时降低了滑块工作时的速度且速度比较均匀，增加了滑 块接近工件与回程的速度，生产效率高。(4) 多连杆机构拉伸深度大，在允许的速度内，多连杆压力机的拉伸深度可达 320mm而一般的曲柄压力机只有 70mn左右。(5) 与技术参数相同的曲柄滑块机构传动的压力机相比，多连杆压力机的曲柄 半径和扭矩较小，从而使压力机结构紧凑，总体尺寸减小，减轻了机器的重量对大型压力机的制造具有重要意义但是多连杆压力机也存在一些缺点，既然多连杆压力机与普通压力机一样， 其滑块都要随曲

10、轴旋转运行360度，那么，多连杆运动后的较慢工作行程必须在 行程的其他部分进行补偿，即需要通过提高下个行程开始部分和回程的速度来实 现补偿；多连杆驱动的另一局限性在于减少了进料循环的可利用时间。即因工作 行程占有了较多的时间，留给零件传送或进料的空程时间相对减少了 （时间和旋 转角度都减少）。尽管通过周密的计划，多工位模零件在工位之间的传送一般都 能实现，但传送时间的缩短毕竟是一个需要慎重考虑的主要问题。3、多连杆压力机的六连杆机构与其他多连杆机构的特点六连杆机构（图3.1）压力机的特点：这种机构的压力机主要用于较厚钢板的 冲孔、落料、成形等冲压工艺；一般用于较大工艺力的冲压工作，如一次冲压工

11、 作中完成重型卡车大梁的落料、成形、冲孔等。其主要特点是机身结构紧凑、刚 性强，其冲压和工艺力比同类型的曲柄连杆机构的机械压力机大，满负荷的工作 区域较长，工作效率高。图3.1八连杆机构（图3.2）压力机的特点：这种机构的压力机特别适应薄板冲压成 型、深拉伸等工艺工作，多用于大型薄板覆盖件的大批量生产，如轿车、面包车、 卡车的车顶、门等等。它特别适应于深拉伸工艺工作，模具在拉伸工作区的冲击 力很小，满负荷工作区域长。但由于传动系统结构复杂，要求的加工、装配调试 精度高，使制造周期加长，制造成本提高。图3.2十连杆机构（图3.3）压力机的特点：这种十杆机构常用于闭式双动机械压力 机外滑块的传动驱

12、动上。能够保证内滑块在拉伸区域工作时，外滑块能够按要求 压边并保证压边力在内滑块的整个拉伸过程中不变化，达到拉伸件不拉裂、不起 皱的要求，从而保证拉伸件质量。图3.3连杆机构应用广泛，使用六连杆机构作为机械压力机的工作机构可以较小的 偏心距实现大的滑块行程，在工件的塑性变形区，滑块具有较低的工作速度，可 防止工件产生裂纹，满足工件拉延的加工要求，提高模具使用寿命，降低冲击振 动和噪声延长模具寿命。并且六连杆机构的压力机与八连杆机构和十连杆机构的压力机相比较而言，六连杆机构的压力机的结构更加紧凑、 简单，制造的成本低, 工作速度低。因此，本文选择六连杆机构的压力机进行研究。4、压力机的工作原理机

13、械压力机工作时，由电动机通过三角皮带将运动传给大皮带轮（通常兼作 飞轮），经过传动轴齿轮副和离合器带动曲柄连杆滑块机构，使滑块和凸模直线 下行。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的自动器 接通，使滑块停止在上止点附近。图4.1图4.2而六连杆压力机是在曲柄压力机基础上演变而来的， 其基本的原理是相同的, 只是六连杆压力机将曲柄滑块机构优化设计为六连杆的机构，使压力机的生产效 率提高。机构中的连 杆丨5连接在曲柄摇杆机构中连杆I 2外伸部分丨4上。曲柄摇 杆机构中12上的每个点，具有不同的运动规律，因而对机构参数 Xo、y。、R、丨2、 13、I 4、S和I 5的合理选择，

14、就能获得类似于其它多连杆的滑块运动特性，其中 Xo、y。、12、角S是影响滑块均匀性的主要参数。4、六连杆压力机六连杆机构的设计方法4.1传统的设计方法决定杆件尺寸的方法一般有图解法和解析法图解法是利用“手工”作图的 方法，从有限的几个方案来决定杆件尺寸这种设计方法形象直观，但设计工作 量很大，精度不高，不能保证机构具有最佳的运动特性。解析法是根据机械原理 的理论，将机构中已知的尺寸参数和运动变量与未知的运动变量之间的关系用数 学式表达出来，列出相应的方程组，用解方程的方法来确定杆件的未知变量但 一般情况下所列出的方程组是高度非线性的， 而且由于设计变量和约束条件较多, 要想从中解出待定参数是

15、很困难或是不可能的，因此不能获得满足约束条件的最 优方案。使用最优化设计方法可使上述问题得到圆满解决，获得符合工艺要求的 最优解。4.2优化设计方法优化设计方法很多，有求解无约束优化问题的一维搜索法、坐标轮换法、 Powell法、牛顿法和变尺度法等；有求解约束优化问题的随机方向搜索法、复合 形法、遗传算法，优选法、可行方向法以及约束变尺度法等直接解法和惩罚函数 法等间接解法工程机械设计优化问题大多数是有约束非线性的复杂优化设计问 题，最常用的优化设计方法是遗传算法、复合形法、优选法、惩罚函数法和约束 变尺度法等。罗中华、彭炎荣采用复合形法，以滑块在工作行程内速度波动量最小为优化 目标，对六连杆

16、传动机构进行优化设计；何予鹏、邹彩虹等人以滑块在工作行程 内的波动量、最大速度、和传动角为性能参数指标为目标函数，利用遗传算法得 到优化六连杆的设计方案；李建，王建新等人，以滑块在工作行程内速度波动量 最小和接触板料速度最小为优化目标的数学模型，禾用惩罚函数和复合形相结合 的优化算法，获得能满足工程实际应用的六连杆传动机构优化设计方案；杨春峰 等人使用遗传算法，逐步线性规划算法，逐步二次规划算法等多种优化算法，在 遗传算法优化的结果的基础上，使用梯度算法优化计算获得具有良好工作特性的 六连杆机构优化方案。综上所述，本课题将采用遗传算法和复合形法相结合的优化算法，对六连杆 机构进行优化设计，并进

17、行运动分析，从而使压力机的滑块在工作行程内加速度 最大值最小和具有良好的工作特性。四、拟解决的关键问题1对六连杆机构进行运动学分析建立基本关系式；2、建立优化设计数学模型，采用 Adams参数化设计进行优化;3、Adams运动仿真分析，得到位移、速度、加速度曲线；五、研究思路和方法1、调研，调查了解多连杆压力机的发展现状，分析六连杆机构，八连杆 机构，十连杆机构的特点，提出可选用六连杆机构的设计方案。2、建立运动学关系式，建立优化设计数学模型。3、采用Adams参数化设计进行优化，使用 Adams软件进行运动仿真得到位 移、速度、加速度曲线和优化结果。4、利用三维软件Pro/E,对多连杆的主传动机构进行建模，然后将模型导入 动力学仿真软件Adams中，对虚拟模型进行动力学仿真分析。六、本课题的进度安排第1周：调研；第2、3周：搜集资料；第4周：外出实习并写实习报告；第5周：写开题报告并准备进入设计过程;第6到14周：进入全面设计阶段；第15周：撰写毕业论文；第16周：准备答辩。七、参考文献1 何德誉曲柄压力机北京：机械工业出版社，19862 何德誉.专用压力机.北京：机械工业出版社，19893 彭向阳浅析多连杆压力机锻压机械，1998 , 2: 29304 洪凯，王玉山等多连杆机械压力的特点介绍山东机械，199