伺服机械压力机用双驱动肘杆机构及优化方法技术

本发明专利技术公开伺服机械压力机用双驱动肘杆机构及优化方法，本发明专利技术的技术方案的上肘杆部分由第一曲柄、第一连杆、第二肘杆和机身组成，以行程为优化目标进行机构优化，在获得上肘杆优化机构参数后，代入整个双驱动肘杆机构，以驱动扭矩为优化目标进行下肘杆部分优化，通过对上下肘杆部分行程和驱动扭矩的解耦迭代优化，可解决双驱动肘杆机构采用传统优化方法难以获得最优解的难题，实现伺服机械压力机用双驱动肘杆机构的优化，以提升压力机的性能及适应性，能在保证机身结构、滑块行程满足工作要求，大幅降低曲柄的驱动扭矩，进而降低伺服电动机的容量和成本。本发明专利技术使用简单方便、结构合理，方便实用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械传动领域，特别涉及伺服机械压力机用双驱动肘杆机构及优化方法。
技术介绍
机械压力机是一种重要的机械装备之一，其中机械压力机以肘杆式机械压力机为主。因为肘杆式机械压力机具有工作行程速度慢、增力比大、滑块在下死点的保压时间长、机身刚性好、适用于金属精密压制成型或挤压成型，广泛应用于机械、汽车、仪器仪表等行业中。由于传统的肘杆式机械压力机滑块运动方式相对固定不变、压力机功能单一、工艺适应性较差、且电机不停带动飞轮旋转导致总能耗高、因此不适应现代制造业的发展。现有技术中，选用伺服驱动电机直接驱动压力机，但是压力机仍然采用传统肘杆式压力机的工作机构，则会使得选用的伺服驱动电机的瞬时功率和扭矩远远大于传统压力机的普通感应电机，从而导致压力机的造价昂贵、成本较高，不利用推广应用，因此必须采用新的工作机构。中国专利“一种伺服机械压力机用双驱动肘杆机构及其控制方法”CN201510013662.7，提出一种伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，可实现压力机工程压力行程和下死点可调、滑块运动方式可任意设置，大大提升压力机的性能和适用性，且能降低单台驱动电机的扭矩和瞬时功率。但是一般的双驱动肘杆工作机构并不能充分发挥上述工作机构的优点，对驱动电机扭矩和瞬时功率的降低以及工作性能的提升只能起到有限作用，不利于上述机构在实际伺服压力机中应用。因此，为充分发挥上述工作机构的优点，促进推广应用，应提出合理的机构优化设计方法对上述机构进行优化。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出伺服机械压力机用双驱动肘杆机构及优化方法，旨在优化伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，从而提升机械压力机的性能及适应性。为实现上述目的，本专利技术提出一种伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、第一肘杆、第二肘杆、第三肘杆、滑块以及机身；所述第一曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端相连构成转动副，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成转动副，所述第二肘杆的另一端与所述机身相连构成转动副；所述第二曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端相连构成转动副，所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成转动副，所述第三肘杆的另一端与所述滑块相连构成转动副；所述滑块置于所述机身导轨内构成滑动副并作往复直线滑动；，所述滑块在一个运动周期内沿所述机身导轨滑动只经一次下死点和一次上死点，所述滑块经所述下死点时，所述第一肘杆、所述第二肘杆以及所述第三肘杆共线并与所述机身导轨轴线重合，所述第一曲柄与所述第一连杆共线，所述第二曲柄与所述第二连杆共线；所述滑块沿所述机身导轨滑动并经所述上死点时，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成的转动副、以及所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成的转动副，分别位于所述机身导轨轴线的两侧或同一侧且均处于远离所述机身导轨轴线的最大距离。优选地，所述滑块沿所述机身导轨作往复直线滑动，所述滑块的上死点最高位置与下死点最低位置之间距离为压力机的总行程。优选地，所述滑块沿所述机身导轨作往复直线滑动，当所述第一曲柄和所述第二曲柄同步旋转且所述滑块由上死点最高位置向下死点最低位置滑动至公称压力行程点时，所述滑块与其下死点最低位置距离为公称压力行程，此时所述第二肘杆轴线与所述机身导轨轴线成角α，所述第三肘杆轴线与机身导轨轴线成角β，所述α和所述β为大于0并小于等于10度的角度，所述滑块由公称压力行程点向下死点最低位置滑动过程中，承受的压力大于等于压力机的公称压力。本专利技术还提出一种使用所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构的优化方法，包括以下步骤：1)根据所述伺服机械压力机设计的整体要求，确定所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构的基本技术参数，包括公称压力、公称压力行程、总行程、压力机最大总高度、压力机最大总宽度，以及各曲柄、连杆和肘杆的长度要求；2)所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构以所述滑块处于下死点最低位置时为基准状态，以所述第一曲柄、所述第一连杆、所述第二肘杆与所述机身构成上肘杆部分，以所述第二曲柄、所述第二连杆、所述第一肘杆、所述第三肘杆、所述滑块与所述机身构成下肘杆部分；3)以所述第一连杆和所述第二肘杆相连点的行程最大为目标，对所述上肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数；4)增加所述总行程的约束，将步骤3)所得上肘杆部分优化的机构参数代入所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，以所述第一曲柄和所述第二曲柄的驱动扭矩之和最小为目标，对所述下肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数；5)判断所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构优化后的所述第一肘杆、所述第二肘杆和所述第三肘杆长度之和是否满足压力机的总高度要求；6)如优化后的所述第一肘杆、所述第二肘杆和所述第三肘杆长度之和满足压力机的总高度要求，则获得优化的机构参数；7)如优化后的所述第一肘杆、所述第二肘杆和所述第三肘杆长度之和不满足压力机的总高度要求，所述第二肘杆的最大长度约束减去一定尺寸后，作为新的最大长度约束，继续进行所述步骤3)，直到优化后的所述第一肘杆、所述第二肘杆和所述第三肘杆长度之和满足压力机总高度的要求。优选地，所述步骤3)对所述上肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数，包括以下内容：1)建立基本模型所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构以所述滑块处于下死点最低位置时为基准状态，以所述第二肘杆与所述机身相连的转动副中心点为坐标原点，以所述第一肘杆、所述第二肘杆以及所述第三肘杆所共轴线为Y轴，Y轴方向向上，X轴方向向右，取所述第一曲柄长度为l1，所述第一连杆长度为l2，所述第二肘杆长度为l5，所述第一曲柄与X轴正向夹角为所述第一曲柄与所述机身相连的转动副中心点坐标为(X1，Y1)，所述上肘杆部分机构由l1、l2、l5和完全确定，X1和Y1与l1、l2、l5和相关。2)优化目标如所述第一曲柄旋转一周时，所述第一连杆与所述第二肘杆相连的转动副中心点Y方向的行程为则优化目标为S取极大值，即Max3)约束条件根据机构基准状态下的初始条件有：当时，当时，根据四杆机构的存在条件有：根据曲柄连杆构件制造及机身结构要求有：l1min≤l1≤l1maxl2min≤l2≤l2maxl5min≤l5≤l5maxX1min≤X1≤X1max4)优化的机构参数求解运用优化算法，求得在满足约束条件下行程S最大时的机构参数l1、l2、l5和实现所述双驱动肘杆机构上肘杆部分的机构优化。优选地，所述步骤4)对所述下肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数，具体步骤包括：1)建立基本模型所述双驱动肘杆机构以所述滑块处于下死点最低位置时为基准状态，以所述第二肘杆与所述机身相连的转动副中心点为坐标原点，以所述第一肘杆、所述第二肘杆以及所述第三肘杆所共轴线为Y轴，Y轴方向向上，X轴方向向右，根据所述上肘杆部分的优化设计，已确定l1、l2、l5和对于所述下肘杆部分，取所述第二曲柄长度为l′1，所述第二连杆长度为l3，所述第一肘杆长度为l4，所述第三肘杆长度为l6，所述第二曲柄与X轴正方的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、第一肘杆、第二肘杆、第三肘杆、滑块以及机身；所述第一曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端相连构成转动副，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成转动副，所述第二肘杆的另一端与所述机身相连构成转动副；所述第二曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端相连构成转动副，所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成转动副，所述第三肘杆的另一端与所述滑块相连构成转动副；所述滑块置于所述机身导轨内构成滑动副并作往复直线滑动；其特征在于，所述滑块在一个运动周期内沿所述机身导轨滑动只经一次下死点和一次上死点，所述滑块经所述下死点时，所述第一肘杆、所述第二肘杆以及所述第三肘杆共线并与所述机身导轨轴线重合，所述第一曲柄与所述第一连杆共线，所述第二曲柄与所述第二连杆共线；所述滑块沿所述机身导轨滑动并经所述上死点时，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成的转动副、以及所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成的转动副，分别位于所述机身导轨轴线的两侧或同一侧且均处于远离所述机身导轨轴线的最大距离。...

【技术特征摘要】
1.一种伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、第一肘杆、第二肘杆、第三肘杆、滑块以及机身；所述第一曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端相连构成转动副，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成转动副，所述第二肘杆的另一端与所述机身相连构成转动副；所述第二曲柄的一端与所述机身相连构成转动副，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端相连构成转动副，所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成转动副，所述第三肘杆的另一端与所述滑块相连构成转动副；所述滑块置于所述机身导轨内构成滑动副并作往复直线滑动；其特征在于，所述滑块在一个运动周期内沿所述机身导轨滑动只经一次下死点和一次上死点，所述滑块经所述下死点时，所述第一肘杆、所述第二肘杆以及所述第三肘杆共线并与所述机身导轨轴线重合，所述第一曲柄与所述第一连杆共线，所述第二曲柄与所述第二连杆共线；所述滑块沿所述机身导轨滑动并经所述上死点时，所述第一连杆的另一端同时与所述第一肘杆的一端以及所述第二肘杆的一端相连构成的转动副、以及所述第二连杆的另一端同时与所述第一肘杆的另一端以及所述第三肘杆的一端相连构成的转动副，分别位于所述机身导轨轴线的两侧或同一侧且均处于远离所述机身导轨轴线的最大距离。2.如权利要求1所述的伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，其特征在于，所述滑块沿所述机身导轨作往复直线滑动，所述滑块的上死点最高位置与下死点最低位置之间距离为压力机的总行程。3.如权利要求1所述的伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，其特征在于，所述滑块沿所述机身导轨作往复直线滑动，当所述第一曲柄和所述第二曲柄同步旋转且所述滑块由上死点最高位置向下死点最低位置滑动至公称压力行程点时，所述滑块与其下死点最低位置距离为公称压力行程，此时所述第二肘杆轴线与所述机身导轨轴线成角α，所述第三肘杆轴线与机身导轨轴线成角β，所述α和所述β为大于0并小于等于10度的角度，所述滑块由公称压力行程点向下死点最低位置滑动过程中，承受的压力大于等于压力机的公称压力。4.一种使用如权利要求1至3任一项所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据所述伺服机械压力机设计的整体要求，确定所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构的基本技术参数，包括公称压力、公称压力行程、总行程、压力机最大总高度、压力机最大总宽度，以及各曲柄、连杆和肘杆的长度要求；2)所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构以所述滑块处于下死点最低位置时为基准状态，以所述第一曲柄、所述第一连杆、所述第二肘杆与所述机身构成上肘杆部分，以所述第二曲柄、所述第二连杆、所述第一肘杆、所述第三肘杆、所述滑块与所述机身构成下肘杆部分；3)以所述第一连杆和所述第二肘杆相连点的行程最大为目标，对所述上肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数；4)增加所述总行程的约束，将步骤3)所得上肘杆部分优化的机构参数代入所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构，以所述第一曲柄和所述第二曲柄的驱动扭矩之和最小为目标，对所述下肘杆部分进行优化设计，获得优化的机构参数；5)判断所述伺服机械压力机用双驱动肘杆机构优化后的所述第一肘杆、所述第二肘杆和所述第三肘杆长度之和是否满足压力机的总高度要求；6)如优化后的所述第一肘杆、所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：章争荣，丁沙，程永奇，江爱民，胡垚，
申请(专利权)人：东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44