多桿高速機(jī)械壓力機(jī)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

李燁健　孫　宇　胡峰峰

南京理工大學(xué)，南京，210094

多桿高速機(jī)械壓力機(jī)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

李燁健孫宇胡峰峰

南京理工大學(xué)，南京，210094

為了有效發(fā)揮壓力機(jī)的性能、解決機(jī)械壓力機(jī)高速化帶來的一系列問題，建立了一種以曲柄最短、沖壓轉(zhuǎn)角最大為評價指標(biāo)的多桿高速機(jī)械壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB構(gòu)建了該機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型。優(yōu)化結(jié)果表明：該機(jī)構(gòu)的沖壓轉(zhuǎn)角增大了13.5%，主滑塊加速度減小了35.3%，在下死點(diǎn)附近，位移曲線較平滑，有利于沖裁過程中材料的充分變形和動平衡的設(shè)計，且有助于提高下死點(diǎn)的動態(tài)精度。

高速壓力機(jī)；多桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；運(yùn)動軌跡

0　引言

近年來，隨著電子、通信及汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對沖壓零件的需求量迅速增大，為了滿足市場對沖壓零件的需求，世界各國都在不斷地提高壓力機(jī)的速度[1-3]。然而，如何解決高速化給機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)優(yōu)化帶來的一系列問題，充分發(fā)揮壓力機(jī)的工作性能，使其高效地工作已成為人們非常關(guān)注并重點(diǎn)研究的課題。目前，國外對高速壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的研究相對較成熟，如瑞士的Bruderer公司、美國的Minster公司都進(jìn)行了深入研究并開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品[4-5]。近年來，國內(nèi)有學(xué)者以下死點(diǎn)附近的滑塊速度及其波動、曲柄驅(qū)動扭矩、速度和加速度誤差、機(jī)構(gòu)高度以及機(jī)構(gòu)壓力角或傳動角等為評價指標(biāo)，利用GA、SQP、SLP等算法以及步長搜索法對壓力機(jī)八桿內(nèi)滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，利用ANSYS、ADAMS的Insight功能模塊對主傳動系統(tǒng)各桿件幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了設(shè)計的效率[6-9]。上述研究的研究對象均為低速壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)，幾何參數(shù)優(yōu)化的評價指標(biāo)不一定適用于對高速壓力機(jī)機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的評價。對于幾何參數(shù)常規(guī)設(shè)計方法，首先給定機(jī)構(gòu)的某些參數(shù)，然后利用作圖法或解析法不斷修改設(shè)計參數(shù)，直至得出滿意的曲柄長度和連桿長度，重復(fù)工作量大，精度不高，設(shè)計的結(jié)果是唯一的，但不一定是最佳的。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律與連桿機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)之間存在錯綜復(fù)雜的非線性關(guān)系，尋找一組滿足各約束的機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)有一定的困難[10]。目前，高速壓力機(jī)的多桿主傳動機(jī)構(gòu)仍較復(fù)雜，存在構(gòu)型種類繁多、設(shè)計理論不夠完善和性能低等亟需解決的問題。因此，尋找合適的機(jī)構(gòu)優(yōu)化評價指標(biāo)已成為高速壓力機(jī)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵問題。

為了提高壓力機(jī)的工作性能，得到最優(yōu)的工作曲線，降低后續(xù)設(shè)計的難度，本文根據(jù)多桿高速機(jī)械壓力機(jī)的性能要求，以曲柄最短和沖壓轉(zhuǎn)角最大為評價指標(biāo)，對研發(fā)中的多桿高速機(jī)械壓力機(jī)機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1　機(jī)構(gòu)模型的建立

多桿高速壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)原理示意圖見圖1。該機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、拉桿、上下肘桿和主滑塊組成。曲柄勻速圓周轉(zhuǎn)動，通過連桿帶動副滑塊沿導(dǎo)軌在豎直方向運(yùn)動，副滑塊的豎直運(yùn)動使拉桿上下擺動，從而使肘桿左右擺動，實(shí)現(xiàn)主滑塊沿導(dǎo)軌的直線往復(fù)運(yùn)動。在該機(jī)構(gòu)中，肘桿可以放大驅(qū)動力，同時肘桿吸收了壓力機(jī)工作時的大部分沖壓載荷，避免電機(jī)直接受到工作載荷的沖擊，使其運(yùn)行平穩(wěn)。

圖1　多桿高速壓力機(jī)原理示意圖

2　多桿壓力機(jī)的優(yōu)化設(shè)計

一般的優(yōu)化問題是在d維歐氏空間中尋找一個點(diǎn)x=(x1,x2,…,xd)T，在滿足gi(x)≤0和hj(x)=0約束條件時，使f(x)取最小值。上述優(yōu)化問題可簡寫為

式中，f(x)、gi(x)、hi(x)為d元函數(shù)；f(x)為目標(biāo)函數(shù)；gi(x)為不等式約束條件；hi(x)為等式約束條件；x為設(shè)計變量。

2.1設(shè)計變量

為表述方便，建立圖2所示的單邊傳動機(jī)構(gòu)及坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)位于曲柄的旋轉(zhuǎn)中心O0，x軸正向為水平向右，y軸正向為垂直向上。圖2中，m為上肘桿與機(jī)身上鉸點(diǎn)水平距離；h為上肘桿與機(jī)身上鉸點(diǎn)垂直距離；n為主滑塊寬度尺寸。

圖2　單邊傳動機(jī)構(gòu)

對圖2進(jìn)行運(yùn)動分析可知，決定該多桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的幾何參數(shù)有曲柄長度l1，連桿長度l2，拉桿長度l3，上下肘桿長度l4、l5，主滑塊鉸點(diǎn)位置參數(shù)n和上鉸點(diǎn)位置參數(shù)m、h。因此，該多桿壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的獨(dú)立設(shè)計參數(shù)共8個，故設(shè)計變量定義為

X=(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8)T=

(l1,l2,l3,l4,l5,m,n,h)T

2.2目標(biāo)函數(shù)

高速壓力機(jī)主要用于落料和沖孔，工作在使工件產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和斷裂分離3個階段，并且工作速度較高，沖裁時間較短，主滑塊的工作特性對零件精度的影響至關(guān)重要。

為了使壓力機(jī)得到較理想的運(yùn)動規(guī)律輸出，滿足沖壓工藝的要求，在給定設(shè)計要求的前提下，應(yīng)合理確定壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的評價指標(biāo)。為提高經(jīng)濟(jì)性以及機(jī)床工作性能，本文提出了各桿長之和應(yīng)最小、有較長的沖壓時間、各桿件受力狀況合理、主滑塊速度波動及加速度應(yīng)盡量小等設(shè)計要求。一般地，低速拉伸壓力機(jī)只工作在使工件產(chǎn)生彈塑性變形階段，對主滑塊的工作速度和速度波動有一定限制，防止工件產(chǎn)生裂紋，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

曲軸是機(jī)構(gòu)的原動部分，其運(yùn)行精度對下死點(diǎn)的運(yùn)行精度有直接影響，對于高速壓力機(jī)，熱變形是無法忽略的。曲軸部位是整機(jī)的主要發(fā)熱源，極易產(chǎn)生熱變形，曲柄受力是影響發(fā)熱的主要因素。曲柄長度與曲柄受力成正比，因此，應(yīng)優(yōu)化曲柄長度，以限制曲軸受力，從而減少曲軸發(fā)熱，減小原動件的熱變形，提高主滑塊運(yùn)行精度；同時也有助于減小驅(qū)動電機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)速波動，降低機(jī)構(gòu)動平衡的設(shè)計難度，提高系統(tǒng)的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量。

由壓力機(jī)的實(shí)際工況和對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析可知，增大沖壓轉(zhuǎn)角，從而延長工件在沖壓過程中的變形時間，使工件變形充分，機(jī)構(gòu)的受力更加均勻，減小沖擊，有助于提高機(jī)構(gòu)的魯棒性和產(chǎn)品的質(zhì)量[11]。

機(jī)構(gòu)的評價指標(biāo)直接指引優(yōu)化算法的搜索方向，所以在建立機(jī)構(gòu)的評價指標(biāo)時，合理確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)非常重要。在機(jī)構(gòu)的建模中，有學(xué)者直接以滑塊速度最小、滑塊速度波動最小、各桿長之和最小等為優(yōu)化目標(biāo)，利用加權(quán)系數(shù)法將它們組合成一個多目標(biāo)函數(shù)。此時，滑塊的速度波動、速度和桿的長度量綱是不一致的，而且它們的數(shù)量級相差也較大，在優(yōu)化求解過程中，數(shù)量級大的優(yōu)化目標(biāo)分量會過于“強(qiáng)勢”，極易出現(xiàn)“大數(shù)吃小數(shù)”的現(xiàn)象，最終難以得到滿意結(jié)果。為了解決上述問題，本文對各個優(yōu)化目標(biāo)分量進(jìn)行歸一化處理，然后累加作為綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，解決了量綱不一致和數(shù)量級相差較大的問題。

某些優(yōu)化目標(biāo)在優(yōu)化求解過程中，優(yōu)化算法會干擾優(yōu)化的搜索方向，會一味地沿著減小優(yōu)化目標(biāo)值的方向搜索，破壞機(jī)械壓力機(jī)的傳動角、相對位置等設(shè)計要求，難以得到良好的機(jī)械壓力機(jī)設(shè)計方案。本文將這些優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的約束函數(shù)來處理，減小其對總體性能的影響，保證壓力機(jī)具有良好的綜合性能。

綜上所述，本文以減小曲軸受力、增大沖壓轉(zhuǎn)角作為優(yōu)化目標(biāo)，多桿壓力機(jī)主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為

f(X)=l1/lc+φc/(φe-φs)

(1)

其中，lc為曲柄的優(yōu)化目標(biāo)長度，取20 mm；φe、φs分別為公稱力行程結(jié)束和開始時對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角；φc是沖壓轉(zhuǎn)角的優(yōu)化目標(biāo)值，取0.5π。

2.3約束條件

對于給定的一種多桿高速壓力機(jī)原理機(jī)構(gòu)形式，與其匹配的機(jī)構(gòu)參數(shù)有很多，但不是所有與其匹配的參數(shù)都能夠作為壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的工程化參數(shù)，需要綜合考慮機(jī)構(gòu)運(yùn)動干涉、滑塊行程、各桿件長度、機(jī)構(gòu)高度及傳動角等性能指標(biāo)，同時結(jié)合機(jī)構(gòu)成立的約束條件，建立機(jī)構(gòu)工程化設(shè)計的約束條件[12-15]。約束條件如下。

(1)由于機(jī)身結(jié)構(gòu)尺寸和裝配需要的限制，需要對各構(gòu)件長度和相對位置參數(shù)進(jìn)行約束，不等式約束條件為

(2)

(2)為保證機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及裝配和受力的需要，建立曲柄存在條件：

g3(X)=l1-l2+l≤0

(3)

式中，l為保證裝配和受力需要選定的許用值，本文取260 mm。

(3)為保證整機(jī)的穩(wěn)定性，需限制上梁的高度，則位置參數(shù)h的約束條件為

g4(X)=h-hmax≤0

(4)

式中，hmax為允許的上鉸點(diǎn)最大高度。

(4)為保證主副滑塊能正常運(yùn)動，滑塊可動的約束條件為

(5)

g6(X)=xO3-n-l5≤0

(6)

式中，xO3為O3點(diǎn)x坐標(biāo)。

(5)為改善傳動機(jī)構(gòu)的受力狀況，保證機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和傳力特性，減小工作過程中主軸和曲柄的受力，需使各點(diǎn)滿足壓力角的約束條件：

g7(X)=φ-φmax≤0

(7)

式中，φmax為允許的最大壓力角，一般取40°～45°。

(6)為保證原理機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能以及設(shè)計的合理性，當(dāng)主滑塊處于上死點(diǎn)位置時，拉桿不能處于水平姿態(tài)。

參照圖2可得，當(dāng)主滑塊處于上死點(diǎn)位置時，拉桿與水平方向的夾角最小。此時，O2點(diǎn)坐標(biāo)為(0,l2-l1)，圖3中A點(diǎn)坐標(biāo)為(0,h)，O4點(diǎn)坐標(biāo)為(m,h)。

圖3　拉桿約束簡圖

參照圖3，并根據(jù)各點(diǎn)的位置關(guān)系可得

(8)

tanθ1=m/(h-l2+l1)

(9)

(10)

θ=π-(θ1+θ2)

(11)

由拉桿不能處于水平位置，建立姿態(tài)約束條件：

g8(X)=π/2-(θ1+θ2)≤0

(12)

(7)為了適應(yīng)運(yùn)動副間隙和零件的受力變形，使機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠且不出現(xiàn)奇異位形，當(dāng)主滑塊處于下死點(diǎn)位置時，必須保證O3點(diǎn)在O4與O5點(diǎn)連線的外側(cè)。

參照圖2，根據(jù)各桿件的配置方式，當(dāng)主滑塊處于下死點(diǎn)位置時，上下肘桿趨向于共線狀態(tài)，所以只需約束該狀態(tài)，即可使上下肘桿不出現(xiàn)共線狀態(tài)。由圖4可得，O2點(diǎn)坐標(biāo)為(0,l1+l2)，A點(diǎn)坐標(biāo)為(0,h)，O4點(diǎn)坐標(biāo)為(m,h)。

圖4　上下肘桿約束簡圖

根據(jù)各點(diǎn)的位置關(guān)系可得

(13)

tanθ1=y/x=m/(h-l2-l1)

(14)

(15)

(16)

cosγ=(l3sinθ-n)/l5

(17)

θ=(θ1+θ2+θ3)-π/2

(18)

γ<π-θ

(19)

根據(jù)式(19)，建立不等式約束條件：

g9(X)=-cosγ-sin(θ1+θ2+θ3)≤0

(20)

根據(jù)加工要求，為保證連桿孔中心距的加工精度，各桿件幾何參數(shù)必須是整數(shù)。在優(yōu)化程序中加入整數(shù)約束條件，可以消除小數(shù)圓整帶來的誤差。2.4優(yōu)化計算及結(jié)果

以正在研發(fā)中的某機(jī)械式多桿高速壓力機(jī)單自由度主傳動機(jī)構(gòu)為例，考慮其主要用途，根據(jù)其主要工藝要求對設(shè)計機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)綜合優(yōu)化，并與一般機(jī)械式高速壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的傳動性能進(jìn)行對比，以驗證優(yōu)化的正確性與合理性。該壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力為600kN，公稱壓力行程為3mm，滑塊行程為20mm，主滑塊最大工作頻率為1000次/min。

機(jī)械壓力機(jī)的多桿機(jī)構(gòu)較復(fù)雜(桿件數(shù)目較多)，且對運(yùn)動具有較高的要求，采用傳統(tǒng)的綜合方法效率較低，也不易滿足良好的機(jī)構(gòu)綜合性能要求。步長搜索法方便易懂，其算法比GA算法、蟻群算法和遺傳算法等算法簡單，而且可以很好地控制搜索的范圍和步長，編程容易，該算法幾乎搜遍了全部的解，較容易得到最優(yōu)解，但是該算法具有較高的時間復(fù)雜度，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，該問題已經(jīng)得到很好的解決，所以本文采用步長搜索法解決多桿機(jī)械壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化問題。

設(shè)計者依據(jù)知識和經(jīng)驗給定各參數(shù)的取值范圍，指定參數(shù)變化的優(yōu)先順序，確定步長，將設(shè)計變量逐一離散化。設(shè)計變量共8個，設(shè)計變量的離散數(shù)最大為k，則可以得到一個用8k階矩陣表示的變量空間(定義域)S，其中k值的大小直接關(guān)系到算法的時間復(fù)雜度，所以k值可以先取一個相對較小的值，得到一個最優(yōu)解，在此基礎(chǔ)上k再取較大值，就可以獲得較低的時間復(fù)雜度。然后在空間S中根據(jù)給定的步長搜索，依次從空間下界循環(huán)至空間上界，直至最后一個循環(huán)中止為止，即遍歷空間S的每一組參數(shù)。

在對空間S的搜索過程中，并不是所有的點(diǎn)都滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)行的約束條件和工程可行性條件。因此，首先對空間中的所有點(diǎn)根據(jù)約束條件g1(X),g2(X),…,g9(X)進(jìn)行判斷，滿足條件則繼續(xù)，否則不予計算，進(jìn)而判斷式(1)中的機(jī)構(gòu)性能評價指標(biāo)f(X)是否取得最小值，直至搜索到空間S的上界。圖5為利用步長搜索法對多桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的流程圖，其中，stp為步距。

根據(jù)上述主要技術(shù)參數(shù)，利用MATLAB編寫優(yōu)化程序，通過優(yōu)化得到各桿件的幾何參數(shù)，即設(shè)計變量X的最優(yōu)解為

X*=(18,300,252,200,248,197,31,316)T

通過運(yùn)動學(xué)分析，得到運(yùn)動學(xué)曲線，如圖6～圖8所示。

圖6所示為兩種結(jié)構(gòu)主滑塊位移曲線，由圖6可知，多桿結(jié)構(gòu)的沖壓轉(zhuǎn)角(0.88rad)較一般結(jié)構(gòu)的沖壓轉(zhuǎn)角(0.78rad)增大了13.5%，沖壓轉(zhuǎn)角的增大使工件材料的變形時間延長，有助于工件材料的充分變形，提高了工件的品質(zhì)，同時也使機(jī)構(gòu)受力均勻，減小了機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的沖擊，從而減小了振動。

圖5　多桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化流程圖

圖6　位移曲線

圖7　速度曲線

圖8　加速度曲線

圖7所示為兩種結(jié)構(gòu)主滑塊速度曲線，由圖7可以看出，在0～π段，多桿結(jié)構(gòu)速度曲線的斜率較一般結(jié)構(gòu)的斜率小，速度波動較小，上模接觸金屬帶料時的速度較低，有助于減小沖擊和噪聲，從而提高壓力機(jī)的壽命。多桿結(jié)構(gòu)主滑塊最大速度較一般結(jié)構(gòu)主滑塊最大速度增大了4.1%，該最大值在0.5π～1.5π段回程階段內(nèi)，從而縮短了回程時間。

圖8所示為兩種結(jié)構(gòu)主滑塊加速度曲線，由圖8可知，多桿結(jié)構(gòu)主滑塊加速度較一般結(jié)構(gòu)主滑塊加速度減小了35.3%，系統(tǒng)慣性力減小，為動平衡的設(shè)計減小了難度，提高了主滑塊運(yùn)動精度，進(jìn)一步提高了加工的成品率。在下死點(diǎn)附近，多桿結(jié)構(gòu)的主滑塊加速度變化較小，近似于保持一定值，這表明主滑塊慣性力近似于定值，在壓力機(jī)沖壓階段主滑塊以相對恒定的沖壓力沖壓工件，上模在接觸帶料時接觸速度減小，加速度和沖壓力趨于穩(wěn)定，從而減小了整機(jī)的振動和沖壓階段的沖擊，保證了主電機(jī)和模具的壽命，以及產(chǎn)品的加工精度。

3　結(jié)論

(1)本文通過分析，給出了多桿高速機(jī)械壓力機(jī)的原理傳動機(jī)構(gòu)，并建立了機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提出了將曲柄長度和沖壓轉(zhuǎn)角作為綜合評價機(jī)構(gòu)性能優(yōu)劣的指標(biāo)。

(2)優(yōu)化分析結(jié)果表明，曲柄長度較小，減小了曲軸的受力和發(fā)熱，有利于提高機(jī)器的運(yùn)行速度。公稱力行程范圍內(nèi)，曲柄轉(zhuǎn)角增大了13.5%，下死點(diǎn)附近位移曲線較平滑，有利于材料的充分變形，利于沖裁。主滑塊最大速度增大了4.1%，主滑塊最大加速度減小了35.3%，有利于減小機(jī)床的振動，提高下死點(diǎn)動態(tài)精度。

研究結(jié)果為多桿高速機(jī)械壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供了參考。

[1]曾梁彬,孫宇,彭斌彬. 基于動態(tài)響應(yīng)的高速壓力機(jī)綜合平衡優(yōu)化[J].中國機(jī)械工程,2010, 21(18): 2143-2148.

ZengLiangbin，SunYu，PengBinbin.SyntheticDynamicBalanceOptimizationofHighSpeedPunchBasedonDynamicResponse[J].ChinaMechanicalEngineering, 2010, 21(18): 2143-2148.

[2]趙升噸,張學(xué)來, 高長宇，等.高速壓力機(jī)慣性力平衡裝置及其特性研究(一)[J].鍛壓設(shè)備與制造技術(shù),2005,40(4):27-30.

ZhaoShengdun,ZhangXuelai,GaoChangyu，etal.InvestigationonInertialForceBalanceAssemblyUnitsandTheirDynamicCharacteristicsofaHighSpeedPress[J].ChinaMetalFormingEquipment&ManufacturingTechnology,2005,40(4):27-30.

[3]AzpilgainZ,OrtubayR,BlancoA,etal.Servo-mechanicalPress:aNewPressConceptforSemi-solidForging[J].DiffusionandDefectData:PartBSolidStatePhenomena, 2008, 141/143(3): 261-266.

[4]溫慶普.BRUDERER高速沖壓技術(shù)的優(yōu)勢[C]//第四屆中國國際金屬成形會議論文集.上海,2008.

[5]HongDK,WooBC,KangDH.ApplicationofFractionalDesignforImprovingPerformanceof60WTransverseFluxLinearMotor[J].JournalofAppliedPhysics, 2008, 103(7):1-3.

[6]王曉麗,周天源.壓力機(jī)八桿內(nèi)滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2007, 38(12): 232-234.

WangXiaoli,ZhouTianyuan.TheOptimizationDesignofInnerSlidingBlockMechanismofEight-barLinkageforPress[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalMachinery, 2007, 38(12): 232-234.

[7]陳岳云. 多連桿伺服壓力機(jī)動態(tài)性能分析與設(shè)計研究[D].上海:上海交通大學(xué), 2008.

[8]李初曄,孫彩霞,鄭會恩. 基于ANSYS的多連桿機(jī)構(gòu)性能優(yōu)化[J].鍛壓技術(shù),2011,36(6):80-83.

LiChunye,SunCaixia,ZhengHuien.PerformanceOptimizationofMulti-linkageMechanismBasedonANSYS[J].Forging&StampingTechnology,2011,36(6):80-83.

[9]劉海彬. 基于ADAMS的多連桿壓力機(jī)參數(shù)化設(shè)計與優(yōu)化研究[D].青島:山東科技大學(xué), 2011.

[10]楊春峰,張盛,李云鵬，等. 機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2013,53(1): 64-70.

YangChunfeng,ZhangSheng,LiYunpeng，etal.OptimizationDesignforSix-barLinkageofMechanicalPress[J].JournalofDalianUniversityofTechnology,2013,53(1): 64-70.

[11]謝嘉, 趙升噸,梁錦濤，等.壓力機(jī)桿系優(yōu)化求解的變量循序組合響應(yīng)面法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2012,46(5):57-62.

XieJia,ZhaoShengdun,LiangJintao，etal.VariableSequentialCombinationResponseSurfaceMethodologyforPressRodSystemOptimization[J].JournalofXi’anJiaotongUniversity,2012, 46(5):57-62.

[12]李輝,張策,孟彩芳. 基于正運(yùn)動學(xué)分析的混合驅(qū)動壓力機(jī)優(yōu)化設(shè)計[J].中國機(jī)械工程,2004, 15(9): 771-774.

LiHui,ZhangCe,MengCaifang.OptimumDesignofHybrid-drivenMechanicalPressBasedonForwardKinematicsAnalysis[J].ChinaMechanicalEngineering,2004, 15(9): 771-774.

[13]ShangWanfeng,ZhaoShengdun,ShenYajing.AFlexibleToleranceGeneticAlgorithmforOptimalProblemswithNonlinearEqualityConstrains[J].AdvancedEngineeringInformatics, 2009, 23(6): 253-264.

[14]宋清玉,李建, 殷文齊. 基于多目標(biāo)的機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2012, 43(4): 225-229.

SongQingyu,LiJian,YinWenqi.MechanicalPressSix-linkMechanismDesignBasedonMulti-objective[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalMachinery,2012, 43(4): 225-229.

[15]林偉慶,李振石,李建平，等. 基于遺傳算法的多連桿壓力機(jī)運(yùn)動優(yōu)化方法[J].鍛壓技術(shù),2011, 36(5): 81-84.

LinWeiqing,LiZhenshi,LiJianping，etal.OptimizationMethodforMovementofMulti-barPressBasedonGeneticAlgorithm[J].Forging&StampingTechnology,2011, 36(5): 81-84.

(編輯陳勇)

Optimization Design for Multi-linkage of High-speed Mechanical Press

Li YejianSun YuHu Fengfeng

Nanjing University of Science and Technology,Nanjing,210094

In order to exert the ability of press, and solve a series of problems of high-speed mechanical press, an compound optimal mathematic model about geometric parameters of main driving organization of high-speed mechanical press was established, which took minimum of crack and maximum of punching angle as the evaluation index. In the meantime, the optimal model was established with MATLAB. The optimization results show that the punching angle of organization is increased by 13.5%, and acceleration of main slider is decreased by 35.3%. The displacement curve is smooth in the near of bottom dead center. It is beneficial to a bundant deformation of materials in the process of stamping, the design of dynamic balance, and to improve the dynamic precision of the bottom dead center.

high-speed press; multi-linkage; optimization design; motion path

2013-08-20

國家科技重大專項(2013ZX04002-082)；江蘇省科技支撐計劃資助項目(BE2012174)

TH112< class="emphasis_italic">DOI

：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.01.006

李燁健，男，1987年生。南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。主要研究方向為先進(jìn)制造工藝及裝備。發(fā)表論文2篇。孫宇，男，1964年生。南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。胡峰峰，男，1988年生。南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。