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| 随着经济和制造技术的发展,锻压机械在现代化生产中所起的作用越来越重要,在机床中所占的比重越来越大,其中,应用最广泛的锻压设备是机械压力机。为了适应现代机械压力机高速度、高效率、高精度和高柔性的发展趋势,高速精密压力机应运而生。高速压力机工作时可以实现自动送料,具备自动、高效、精密的特点,被广泛应用于现代化工业生产中。高速压力机由于工作速度快,容易产生较大的不平衡惯性力,所以在生产过程中容易出现严重的振动和噪声问题。随着现代科学技术和计算机技术的发展,尤其是有限元分析软件和技术的发展,使得人们可以把压力机作为一个整体而对其进行静、动态特性分析和研究,进而指导人们更科学有效的对压力机进行设计、改进和优化,从而实现高速压力机的减振降噪。本课题就是以HD-200闭式双点高速精密压力机为研究对象,利用数值模拟和有限元分析方法对其进行减振降噪问题的研究,改善高速压力机性能,提高其生产适用性。建立了HD-200高速压力机运动机构的多刚体动力学模型,利用机械系统动力学仿真软件ADAMS对压力机运动机构进行仿真分析,在此基础上通过对副滑块进行优化,大大降低了竖直方向不平衡惯性力变化量；考察了曲轴转速和动平衡效果的关系,发现某一曲轴转速下,优化得到的最优的副滑块的质量,可以适用于压力机所许可的整个转速范围内；在滑块安装上模后对副滑块进行了优化分析,得到了最优副滑块的质量与上模质量的关系式；进行压力机运动机构竖直和水平方向不平衡惯性力的综合优化分析,发现通过同时调整副滑块和配重块,可以使压力机竖直方向和水平方向的不平衡惯性力均保持在合理的范围内,取得良好的综合平衡效果。建立了HD-200高速压力机组合机身的有限元模型,利用大型有限元分析软件ANSYS对压力机组合机身进行静力学分析、模态分析和典型冲裁载荷下的瞬态分析,得到了机身在公称力作用下的应力和变形情况,得到了压力机机身前六阶固有频率和相应振型,得到了机身在冲裁工况下的动力学响应。在此基础上,根据高速压力机的结构特点,对机身部分尺寸进行参数化设计,通过灵敏度分析得到了8个对机身质量和一阶固有频率影响最大的参数作为设计变量,以机身总质量最小为优化目标函数,以其一阶固有频率最高和位移变形量为性能约束,在Workbench Design Explorer中进行多目标驱动优化设计,综合考虑获得了最佳的机身优化设计方案,优化后机身总质量由原来的18691kg减小为17661kg,重量减轻了1.03吨,轻量化效果显著。对优化后的压力机组合机身进行了静力学分析、模态分析和典型冲裁载荷下的瞬态分析,并和优化前机身模型的分析结果进行对比,发现优化后机身质量显著降低,上横梁应力集中现象得到消除,机身应力和变形分布合理,一阶固有频率明显升高,第二阶固有频率与第一阶固有频率明显错开,更好的满足了模态分析评价指标,动态特性得到改善,优化效果显著。 |
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