機械式高速精沖機動平衡優(yōu)化

徐震宇

摘 要：高速精沖機的速度較快且精度較高，但由于其主傳動系統(tǒng)發(fā)展存在一種不平衡的慣性力，進而加大整合機械的振動。通過對3 200 kN機械式高速精沖機主傳動系統(tǒng)的運動學(xué)以及動態(tài)靜力學(xué)展開分析，進而得出主傳動機構(gòu)激振力以及激振力矩隨時間運行所得出的規(guī)律。與此同時，通過優(yōu)化動平衡來對其振動進行控制，抑制了振動響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：高速精沖機；主傳動系統(tǒng)；動平衡優(yōu)化；激振力；激振力矩

中圖分類號：TG38 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

精沖裝備的設(shè)備制造型能較高，可以選擇改變他的沖壓工藝來大幅的增強其振動性能，如果是因主傳動機構(gòu)而導(dǎo)致的震動則會大大地提高其整體性能。做好振動控制工作，對減小振動的頻率、增強制造精度等方面有著非常重要的現(xiàn)實意義。主傳動機構(gòu)屬于一種連桿機構(gòu)，由內(nèi)部構(gòu)建在運動的過程中并不是勻速行駛的，但其在實際運動的過程必不可少的會慣性力運動，這樣的目的是為了提高自身的運動效效率，可以很好地向主傳動機身進行反應(yīng)。隨著我國沖壓設(shè)備的高速發(fā)展，其慣性力也得到極大地提升，機身的震動也更加的突出，出現(xiàn)這種震動的原因主要由于機構(gòu)的慣性力和慣性力矩引起的，大大降低了傳動機構(gòu)的加工精度，加劇了設(shè)備構(gòu)件出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象，會大大縮短使用的壽命。不利于延長使用時間。因此，應(yīng)做好進行動平衡優(yōu)化工作進而更好的降低激振力以及激振力矩。

1 3 200 kN高速精沖機主傳動系統(tǒng)

1.1 機構(gòu)分析

該研究所對此設(shè)計研制了一個壓力為3 200 kN設(shè)機械式高速精沖機。此精沖機的滑塊行程為70 mm，沖裁板的厚度為10 mm。機構(gòu)的構(gòu)成要素主要包括機架、曲柄、連桿以及滑塊。曲柄的主要作用是對整個連桿起到一個帶動作用，進而更好地推動滑塊的往復(fù)運動。

此機構(gòu)能夠很好地減輕電機力矩，對提高自身的運動性能有著重要的作用，為了提高對機構(gòu)的研究，對機構(gòu)展開了運動學(xué)以及動態(tài)靜力學(xué)分析，能夠找出激振力以及激振力矩實際變化情況。

1.2 動態(tài)靜力學(xué)分析

在進行動態(tài)靜力學(xué)分析的過程中，應(yīng)與一定的運動規(guī)劃相結(jié)合，與主傳動機構(gòu)的運動水平相結(jié)合，當(dāng)這2個原動件均能夠平穩(wěn)運行時，構(gòu)件均呈現(xiàn)剛體，可以不對構(gòu)件的摩擦以及間隙進行計算。由于重力是靜態(tài)力，因此，即便不計較重力也依然可以得出不同構(gòu)件的受力情況。

2 動平衡綜合優(yōu)化

導(dǎo)致壓力機振動的因素有兩大方面：一是在展開沖壓的時滑塊同模具接觸的過程中的彈性力使得機構(gòu)出現(xiàn)振動現(xiàn)象；二是由于主傳動機構(gòu)的慣性處于一種不平衡狀態(tài)下所導(dǎo)致的整機振動。而那些高精度的沖機，因為其有著較高的抗沖壓工藝，并且三向應(yīng)力的存在能夠迅速地釋放沖壓過程中的彈性力，如此一來則會大大降低其震動性，并在實現(xiàn)振動控制時，由于某些固定因素所造成的振動是無法進行有效控制的，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可以選擇降低傳動機構(gòu)的不平衡慣性力，進而更好地實現(xiàn)對震動的控制作用。

機構(gòu)的動平衡可以劃分為綜合平衡、整體平衡和部分平衡，由于主傳動機構(gòu)滑塊移動副的存在，很多時候振擺力矩不能夠很好地平衡，因此要想保證其穩(wěn)定性就應(yīng)不斷地提高其質(zhì)量的配置，這種方式也必然會提高機構(gòu)的復(fù)雜性，降低其使用的時間，因此，通過優(yōu)化動平衡來減輕激振力有著非常顯著的效果，但值得注意的是在降低的過程中應(yīng)做好優(yōu)化平衡工作，盡量降低激振力以及激振力矩。

為了降低數(shù)學(xué)模型的難度，應(yīng)做好優(yōu)化假設(shè)工作：1）假定原動件在運行的過程中始終處于一種勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)；2）將主傳動的所有構(gòu)造均處于一種剛性狀態(tài)，并且保證質(zhì)心同連桿連接點都處于一種連線重合的狀態(tài)；3）構(gòu)件與構(gòu)件間之間不用詳細地計算出間隙的距離；4）不用刻意關(guān)注啟停機和沖壓作用下導(dǎo)致機身出現(xiàn)振動現(xiàn)象；5）不必過度極段運動構(gòu)件出現(xiàn)的重力。

2.1 數(shù)學(xué)模型

2.1.1 設(shè)計變量

機構(gòu)在展開實踐的過程中，應(yīng)完全確認后機構(gòu)的形式，才能進行優(yōu)化動平衡的工作，其簡化模型也會決定主傳動機構(gòu)的實際質(zhì)量和運動構(gòu)件的質(zhì)量等，但在假設(shè)的過程中質(zhì)心同連桿的連接點明顯重合，對此，應(yīng)通過不同的運動構(gòu)件質(zhì)量及距離來當(dāng)作其設(shè)計的實際變量。

2.1.2 目標(biāo)函數(shù)

通過上述分析我們可以看出，激振力同激振力矩在機架帶動下進而更好地作用于機身之中，進而能夠更好地實現(xiàn)對整機的振動的調(diào)整工作，要想改變整機自帶的振動性能，在進行動平衡優(yōu)化時，最直接的方法就是減輕激振力和激振力矩，這樣就能改變其振動性能。

2.2 優(yōu)化結(jié)果對比分析

從圖1我們不難看出，一些原始的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法在開展動平衡優(yōu)化時，其質(zhì)量合理均勻地分布能夠更好地實現(xiàn)對激振力的調(diào)整工作，整機激振力（水平方向內(nèi)）FX最大值下降了近20 %，周期絕對值下降了近22 %；激振力（豎直方向）FY最大值下降了2 %，每周期絕對值下降了3 %。

從優(yōu)化后的最終結(jié)果我們不難看出，開展動平衡優(yōu)化能夠最大限度地減輕激振力和激振力矩，還可以降低不平衡慣性力而引發(fā)的振動效應(yīng)。

3 結(jié)語

綜上所述，要想提高設(shè)備的使用時間，就應(yīng)避免高速精沖機所帶來的劇烈振動，其大幅度的振動性能不利于提高加工的精度，因此，要想發(fā)現(xiàn)機械式高速精沖機出現(xiàn)振動的重要因素，應(yīng)做好平衡優(yōu)化的工作。該文針對3 200 kN機械式高速精沖機，對其主傳動系統(tǒng)展開了運動學(xué)分析以及靜態(tài)動力學(xué)分析，得出了激振力和激振力矩會因時間等因素的改變而導(dǎo)致最終結(jié)果的改變的結(jié)論，要想避免結(jié)果出現(xiàn)改變就應(yīng)不斷提高主傳動機構(gòu)的質(zhì)量，進而抑制整機出現(xiàn)振動現(xiàn)象。優(yōu)化后的激振力值也有了顯著地降低，并且，還可以對初始激振力矩合理有效地控制，提高了因不平衡慣性力所導(dǎo)致的振動現(xiàn)象。

參考文獻

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

[2]李燁健，孫宇，胡峰峰，等.高速機械壓力機綜合動平衡優(yōu)化研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2016，44（6）：24-28.

[3]程濤，劉艷雄，華林.超聲波振動輔助精沖成形工藝研究[J].鍛壓技術(shù)，2016，41（4）：25-35.

[4]華林，胡亞明，宋燕利，等.精沖技術(shù)與裝備[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2015.