多連桿機(jī)械壓力機(jī)八桿機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析

趙文存，倪歡歡

（合肥合鍛智能制造股份有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

多連桿機(jī)械壓力機(jī)結(jié)構(gòu)可靠、性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于薄板件的拉延成形工藝。

多連桿機(jī)械壓力機(jī)中，主傳動采用八連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)變量較多，計(jì)算難度大。八連桿機(jī)構(gòu)桿系的動力學(xué)分析，可先建立數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)中完成計(jì)算分析。作者采用Vb.net 軟件編制八連桿機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析專用程序，繪制壓力機(jī)全行程受力曲線，判斷桿系受力極值、各軸瓦處PV極值，可為八連桿機(jī)械壓力機(jī)設(shè)計(jì)提供直接計(jì)算依據(jù)。

1 動力學(xué)分析

八連桿機(jī)械壓力機(jī)，其主傳動結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。偏心體1 在偏心齒輪帶動下轉(zhuǎn)動，驅(qū)動整個(gè)傳動系統(tǒng)。然后通過上拉桿2、上搖桿3、下?lián)u桿5（上搖桿與下?lián)u桿在搖桿軸4 處焊接聯(lián)接）、下拉桿6、角架7（角架為一個(gè)三角形焊接構(gòu)件）、連桿8 帶動滑塊做往復(fù)直線運(yùn)動，完成沖壓過程。

圖1 八連桿機(jī)構(gòu)主傳動結(jié)構(gòu)簡圖

將主傳動中的結(jié)構(gòu)簡化為八桿桿組機(jī)構(gòu)圖，如圖2 所示。可采用解析法對八桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，用復(fù)數(shù)矢量法列出機(jī)構(gòu)封閉矢量方程。

圖2 八桿桿組機(jī)構(gòu)圖

將八桿機(jī)構(gòu)拆解成3 個(gè)模塊（二級機(jī)構(gòu)），分別建立方程組，求解方程組得出滑塊行程S（mm）

對滑塊行程S 求導(dǎo)可得滑塊速度V（mm/s）

對滑塊速度V 求導(dǎo)可得滑塊加速度A（mm/s2）

式中：?1為L1桿相對于X 坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)角（rad）；?7為L7桿相對于X 坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)角（rad）；?7為L8桿相對于X坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)角（rad）；ω7為L7桿角速度（rad/s）；ω8為L8桿角速度（rad/s）；a7為L7桿角加速度（rad/s2）；a8為L8桿角加速度（rad/s2）；N 為滑塊連續(xù)行程次數(shù)；偏心體角速度為ω1（rad/s），

要求出桿系受力，必須先求出偏心體1 的驅(qū)動扭矩。

由于功率守恒公式可得

根據(jù)公式（2）、（4）、（5）即可求出偏心體1 所需要的最大驅(qū)動扭矩Tg（N·m）

式中：Fg為公稱力（kN）；Vg為滑塊達(dá)到公稱力時(shí)對應(yīng)的速度（mm/s）。

滑塊在行程任意位置所允許的載荷是不一樣的，允許載荷為F（kN）

式中：V 為滑塊在行程任意位置時(shí)對應(yīng)的速度（mm/s）。

由于多連桿壓力機(jī)桿系運(yùn)動速度較慢，偏心體轉(zhuǎn)速一般為18spm 左右，桿系慣性力對分析結(jié)果影響很小，桿系摩擦力與慣性力在程序分析中大約合計(jì)為滑塊公稱力的5%；滑塊慣性力可由滑塊重量和滑塊加速度求出。將桿系分解成多個(gè)模塊，列出平面任意力系的平衡方程。

桿系可分解為以下6 個(gè)模塊，如圖3 所示分別進(jìn)行受力分析。

圖3 桿系模塊分解

平面任意力系的平衡方程

根據(jù)公式（8）、（9）、（10）求解出各桿受合力：

對滑塊所處的位置進(jìn)行分析，滑塊工作可分為三種區(qū)域：①拉伸開始至下死點(diǎn)前；②下死點(diǎn)前至180°；③情況①、②以外的區(qū)域?；瑝K所處的位置區(qū)域不同，受力情況也有所不同，在程序中判斷出滑塊所處區(qū)域后即可利用以下平衡方程式編制程序完成計(jì)算以及進(jìn)行曲線繪制。

各個(gè)連桿之間鉸接處采用軸瓦連接，稀油潤滑。設(shè)計(jì)時(shí)桿系PV值最大不允許超過許用值，PV值的最大值在程序中利用算法來判定。以一個(gè)20000kN 多連桿機(jī)械壓力機(jī)為例，程序界面如圖4 所示。

圖4 程序界面

2 部分程序代碼

受力分析

定義桿系受力函數(shù),α1 為拉伸開始處（圖3 中St的賦值）對應(yīng)的角度，α2 為下死點(diǎn)前（圖3 中Sg 的賦值）處對應(yīng)的角度

3 結(jié)束語

本文采用Vb.net 編程語言，編制專用計(jì)算分析軟件，對八連桿機(jī)械壓力機(jī)的八桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。應(yīng)用本計(jì)算分析軟件，設(shè)計(jì)者只需將相應(yīng)主要參數(shù)輸入程序界面，即可得出結(jié)果，操作簡單，節(jié)省時(shí)間。本程序軟件對壓力機(jī)設(shè)計(jì)者具較高參考價(jià)值，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。