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机械压力机多连杆机构优化设计及运动仿真研究

作　者: 宋永强
导　师: 栾贻国
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 机械压力机多连杆机构八连杆优化设计运动仿真
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 240次
引　用: 2次
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内容摘要

机械压力机是材料塑性成形中应用广泛的设备,可进行冲压、挤压、锻造等工艺,在汽车、航空、五金等工业领域起着重要的作用。作为现代机械压力机普遍采用的工作机构,多连杆机构是实现拉深、弯曲等各种工艺性能的关键部件,其设计水平的高低直接影响到工作机构性能的好坏,进而影响压力机的性能如工作效率,生产产品的质量等。八连杆机构是其中应用较为广泛的一类,但其优化设计过程复杂,不易得到工艺过程要求的运动曲线,迫切需要进行研究并实现设计和生产的优化。多连杆机构优化设计以最优化方法和计算机程序设计为基础,是解决复杂设计问题的有效工具之一。在产品的设计阶段对机械压力机工作机构进行运动仿真,可以直观地检验工作机构在工作过程中的运动合理与否、工作机构各构件之间是否发生干涉等；通过运动仿真还可以直观的分析、优化设计方案,使设计的工作机构的功能更加完善。因此,机械压力机多连杆机构,特别是八连杆机构的优化设计及运动仿真对合理设计机械压力机的工作机构具有重要的意义。基于对机械压力机工作机构优化设计及运动仿真的研究现状的回顾和综合,以八连杆内、外滑块机构为例,建立起机械压力机工作机构运动过程的通用数学表达式；通过对工作机构优化设计所需要的合理方法进行了探讨研究,确定采用复合形法对多连杆机构内、外滑块的运动情况进行优化设计,并对机械压力机工作机构的运动性能参数进行优化计算。对优化设计的具体技术内容,例如数学模型的建立、目标函数的确定、约束条件的建立、优化方法的选择等进行了阐述。对优化的主要方法进行了对比,确定了八连杆机构的优化设计方法。对工作机构进行了运动分析,建立了工作机构内、外滑块在工作循环内的位移与曲柄转角、速度与曲柄转角、加速度与曲柄转角之间的数学关系表达式,为机械压力机工作机构的优化设计、工作机构的运动仿真提供了数学基础。综合利用复合形法对八连杆内、外滑块机构进行了优化设计,以特定行程内内滑块的速度波动最小和特定行程内外滑块位移波动量最小为目标函数,优化后机构的各项性能比原机构的性能得到了相应提高。基于Visual C++ 6.0平台开发了机械压力机多连杆机构优化设计及运动仿真软件。对机械压力机工作机构的运动特性进行了动态仿真,检验设计方案的合理性的同时,可以检验工作机构各构件在运动过程中是否发生干涉、机构参数设计是否合理,为机械压力机多连杆机构的设计提供了一个合理的工具。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第1章绪论  12-19
  1.1 引言  12-13
  1.2 机械压力机八连杆机构优化设计研究现状  13-17
    1.2.1 参数计算  14-15
    1.2.2 优化设计  15-16
    1.2.3 可视化及运动仿真  16-17
  1.3 论文选题及主要研究内容  17-19
    1.3.1 论文的选题  17
    1.3.2 论文的主要研究内容  17
    1.3.3 论文的结构安排  17-19
第2章机械压力机八连杆机构优化设计基础  19-30
  2.1 机构优化设计方法  19-20
    2.1.1 机构优化设计的概念  19
    2.1.2 步骤  19-20
  2.2 数学模型的建立  20-23
    2.2.1 设计变量  20-21
    2.2.2 目标函数  21-22
    2.2.3 约束条件  22
    2.2.4 数学模型的一般形式  22-23
  2.3 机构优化常用算法  23-24
  2.4 复合形法  24-29
    2.4.1 复合形法的基本原理  24
    2.4.2 初始复合形的构成  24-26
    2.4.3 复合形法的寻优规则和程序计算框图  26-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章典型八连杆机构运动分析及基本关系式的建立  30-47
  3.1 机构运动分析模型  31-32
  3.2 运动分析及基本关系式的建立  32-43
    3.2.1 机构运动分析的目的  32-33
    3.2.2 准备工作  33-36
    3.2.3 八连杆机构内滑块运动基本关系式的建立  36-39
    3.2.4 八连杆机构外滑块运动基本关系式的建立  39-43
  3.3 机构位置分析及各铰接点相对位置的确定  43-46
    3.3.1 机构位置分析的目的  43
    3.3.2 内、外滑块机构各铰接点相对位置的确定  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章机械压力机典型多连杆机构优化设计与运动仿真  47-61
  4.1 多连杆机构内外滑块性能要求  47-48
    4.1.1 八连杆机构内滑块性能要求  47
    4.1.2 八连杆机构外滑块性能要求  47-48
  4.2 六连杆机构的优化设计  48-51
    4.2.1 目标函数  49
    4.2.2 设计变量  49
    4.2.3 约束条件  49-50
    4.2.4 优化方法的选择  50
    4.2.5 实例计算与数据分析  50-51
  4.3 八连杆机构内外滑块优化设计  51-60
    4.3.1 目标函数  52-53
    4.3.2 设计变量  53
    4.3.3 约束条件  53-56
    4.3.4 优化方法的选择  56-57
    4.3.5 实例计算与数据分析  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章八连杆机构运动仿真与优化设计可视化系统开发  61-79
  5.1 引言  61
  5.2 Windows图形化用户界面(GUI)编程  61-63
    5.2.1 GUI编程的途径  61-62
    5.2.2 坐标的设定  62-63
  5.3 系统的基本模块结构  63-65
    5.3.1 程序的数据结构  65
    5.3.2 基本框架的建立  65
  5.4 主要功能及界面  65-69
    5.4.1 主要功能  65-66
    5.4.2 主界面  66-67
    5.4.3 基本数据输入界面  67-69
    5.4.4 运动仿真的实现  69
  5.5 设计实例  69-75
    5.5.1 显示运动参数曲线  69-73
    5.5.2 运动仿真动态显示  73-74
    5.5.3 优化设计界面  74-75
  5.6 运动分析与优化设计结果的模拟验证  75-77
  5.7 本章小结  77-79
第6章总结与展望  79-81
  6.1 总结  79
  6.2 展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
学位论文评阅及答辩情况表  86

机械压力机多连杆机构优化设计及运动仿真研究

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