三好高速冲床动平衡机构优化方案

三好高速冲床动平衡机构优化方案

    三好优化设计方案是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法机构优化设计是近代机构设计的一个重要犮展方向，它是建立在数学规划论的基础上，利用计算机技术，按照某种设计准则建立优化的目标函数，并考虑约束条件的情况下，去寻求机构的最优化方案。优化设计包括两个方面的问题：结构形式的优选问题以及在确定的结构形式下的参数优化问题。

    对高速冲床动平衡机构进行优化设计方案的目的是为了提髙冲床的动静态特性,从而改善冲床的性能。优化设计主要是由三个要素组成：优化变量、状态量以及优化的目标函数。机床的优化有静力学特性优化和动力学特性优化两种，静力学优化主要是通过改变机床零部件的结构形式，以达到机床零部件的应力最小化；而动力学优化则是改变机床零部件的结构来提高其动态特性从优化算法上来看，优化方法又有参数优化方法和拓扑优化设计方法，其中参数优化法通过设定设计变量和状态变量的范围，在满足状态变量的前提下，通过改变设计变量的大小，使目标函数达最优值，
     动平衡优化则是在系统变量满足约束条件时，使系统尽可能达到动平衡，即使目标函数取得最小值。髙速冲床动平衡装置的优化，都是基于不同的冲床动平衡结构, 有文献针对降低肘杆式冲床的振动的平衡装置的设计提出了一种“两步”的优化方法〃这种优化方法基于一个初期估计进行多目标优化,从而获得几种可行的设计方案。 这些设计方案对比于通常的平衡装置设计具有更好的效果。相关文献提出了一种综合利用杆件平衡和副滑块平衡减小髙速机械压力机的惯性力的方法9通过以一个六杆结构冲床为例，利用一个曲柄滑块连杆结构作为平衡装置，分别就杆系平衡和副滑块平衡进行研究，分析了杆系平衡装置和配重块在降低振动中发挥的不同作用。硏究表明杆系平衡结构降低了两个极限位置的系统惯性力约10%，而副滑块平衡则能够降低惯性力矩的波动程度。对于副滑块平衡机构,文献中提出了一种动平衡优化方法. 根据改动零部件较少的原则，选择高速冲床副连杆和平衡滑块的质量作用系统的设计 变量，这样可以避免对冲床进行较大规模的改动，而目标函数是曲轴对机身在前后方向和高度方向的惯性作用力。运用两次优化的方法，使其在前后和上下两个方向实现动态惯性力的最小化。在ADSMS中，第一次以平衡滑块的质量M6为优化对象，以曲轴对机身上下方向的动态惯性作用力Fy为优化目标，在其他冲床参数不变的条件下，选用合适的平衡滑块质量.第二次优化以副连杆的质量m4为优化对象，以曲轴对机身前后方向的动态惯性力Fz为目标函数，平衡滑块的质量选第一次优化后的值，通过两次优化法，优化后冲床动平衡较优化前取得了较好的效果。
    本文所研究的高速冲床的动平衡机构优化方案，即根据二次优化的方法，主要考虑等效惯性力Fy与Fz对冲床振动的影响，选择副连杆和副滑块的质量作为系统变量，通过调整副连杆和副滑块的质量，使冲床在工作过程中，产生的振动最小，即使Fy和Fz达最小值。
    在ADAMS/View中，将平衡滑块的质量m6定义为Design Varuable，其为DV1， 运动部件对机身Y方向的作用力Fy的测量的最小值为目标函数Objective。 ADAMS会自动生成设计研究报告以及优化过程中动态惯性作用力Fy的变化情况。在设计报告中，当目标函数取最小值时，所对应的系统变量即为优化结果。同样的方法对副连 杆的质量进行第二次优化,最后求出副连杆质量讲m4=50.71kg，副滑块质量m6=605.3kg。 得到优化后的曲轴对机身的作用力曲线以及滑块对机身的作用力曲线。