一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法技术

一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，所述肘杆伺服压力机包括伺服电机、机架、上连杆、下连杆、曲柄、三角杆件和滑块，所述伺服电机驱动输出轴与曲柄一端相连，曲柄另一端与三角杆件的一个顶点相连接，三角杆件的另两个顶点分别与上连杆的下端和下连杆的上端相连，上连杆的上端与机架相连，下连杆的下端与滑块相连，所述三角杆件中，以连接曲柄和上连杆的杆件为上杆、以连接曲柄和下连杆的杆件为下杆，以连接上、下连杆的杆件为底杆，以曲柄、上杆、下杆、底杆、上连杆、下连杆的长度分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，所述优化方法包括以下步骤：1)确定优化方案；2)、上杆和下杆的杆长L2与L4优化；3)通过实例验证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用肘节机构并采用凸轮传动的压力机的传动机构优化方法。
技术介绍
伺服压力机(ServoPress)是在20世纪90年代国际上出现的一种与传统机械压力机完全不同概念的第三代压力机，在摒弃传统机械压力机的飞轮和离合器等耗能部件基础上，采用交流伺服电机直接作为压力机的动力源，通过螺旋、曲柄连杆、肘杆等多连杆执行机构将电机的旋转运动转化为滑块的直线运动，而在肘杆执行机构中，作为第三代压力机的伺服压力机具有柔性化、高精度、高效率、低噪声等优点，近年来在全世界得到广泛使用和推广，分析压力机能耗问题，寻求节能途径，对于制造业节能、建立节约型中国社会更具实际意义，对伺服压力机的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。伺服压力机由于没有飞轮，工作压力主要靠电动机的瞬时扭矩产生，因而驱动电动机容量较普通压力机要大很多。大容量伺服电动机的采用导致设备造价高，不利于推广应用。三角肘杆传动机构所需驱动扭矩大小受多方面因素影响，如各构件的长度、曲柄初始转角位置变化均会影响整个机构的动力和运动特性发生改变。为了有效地发挥肘杆机构的増力特性，使肘杆式伺服压力机在满足加工工艺要求的前提下降低大吨位压力机对伺服电机规格的要求，达到节能目的同时降低产品成本，并将会推动该技术的工程应用，有必要提供一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，以降低其对大功率伺服电机的需求，有效伺服压力机的成本。
技术实现思路
为解决前述技术问题，本专利技术提供了一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，所述肘杆伺服压力机包括伺服电机、机架、上连杆、下连杆、曲柄、三角杆件和滑块，所述伺服电机驱动输出轴与曲柄一端相连，曲柄另一端与三角杆件的一个顶点相连接，三角杆件的另两个顶点分别与上连杆的下端和下连杆的上端相连，上连杆的上端与机架相连，下连杆的下端与滑块相连，所述三角杆件中，以连接曲柄和上连杆的杆件为上杆、以连接曲柄和下连杆的杆件为下杆，以连接上、下连杆的杆件为底杆，以曲柄、上杆、下杆、底杆、上连杆、下连杆的长度分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，其特征在于所述优化方法包括以下步骤1)确定优化方案为只提供保证公称压力的扭矩，在滑块向下运动的非公称压力行程范围内，提供公称压力行程最高点处的扭矩以θ6为公称压力行程最高点对应的曲柄转角，θM为滑块位于上死点位置对应的曲柄转角。以所述伺服压力机的设计公称压力为Pg，公称压力滑块行程S6对应的曲柄转角为θ6，可以得到滑块最大扭矩目标函数Te=ΣθMθ6T22+Σθ62πT322π]]>2)、上杆和下杆的杆长L2与L4优化在目标函数的基础上，通过分析上杆和下杆的杆长L2与L4变化与有效扭矩的关系确定最优化求解范围。设伺服电机有效扭矩的优化函数为Ts，引入三个惩罚因子cs、cv、ca。cs为对是否满足几何存在条件的一个判断返回值，cv为对是否满足急回特性条件的一个判断返回值，ca为对是否满足速度曲线平滑条件的一个判断返回值。得到新的优化函数Tnew＝Ts+ξscs+ξvcv+ξaca，ξ为惩罚系数，惩罚因子优先顺序为cs、cv、ca，且当惩罚因子为1时，Ts＝0。引入惩罚因子cs、cv、ca之后。求得有效扭矩Ts最小值点。3)通过实例验证以步骤1)、2)所得方法，用有限元分割方法，确定上杆、下杆的长度增加幅度。本专利技术提供的肘杆伺服压力机传动机构优化方法，研究了三角肘杆机构各杆件的几何结构参数变化对运动性能曲线的影响，并将三角肘杆作为整体进行了讨论，经分析得出L2、L4尺寸变化对曲线性能影响较大，基于此对等腰型和狭长三角型肘杆做了进一步的分析，得到了杆长与有效扭矩变化关系。在机构尺寸变化影响分析的基础上，拟定了系统的优化方案，确定了目标函数及优化约束条件，即在相同输出力情况下，以一个工作循环内平均输入扭矩最小为优化目标。以一个工作循环内平均有效扭矩最小为优化目标，基于有限元法的基本思想将压力机机构划分为局部子域进行尺寸分析，基于杆长与有效扭矩变化关系确定局部优质解范围；在此基础之上，利用惩罚函数优化方法的基本思想建立约束条件，确定最优解，同时考虑曲柄轴心位置对有效扭矩所产生的影响并且进行了优化分析，从而给出全局优化结果。通过计算机辅助分析，由优化实例说明优化后机构的各项性能得到了改善和提高，从而达到节能降耗目的。附图说明图1本专利技术实施例提供优化方法进行优化的的三角肘杆伺服压力机的传动原理示意图；具体实施方式实施例一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，所述肘杆伺服压力机包括伺服电机、机架、上连杆、下连杆、曲柄、三角杆件和滑块，所述伺服电机驱动输出轴与曲柄一端相连，曲柄另一端与三角杆件的一个顶点相连接，三角杆件的另两个顶点分别与上连杆的下端和下连杆的上端相连，上连杆的上端与机架相连，下连杆的下端与滑块相连，所述三角杆件中，以连接曲柄和上连杆的杆件为上杆、以连接曲柄和下连杆的杆件为下杆，以连接上、下连杆的杆件为底杆，以曲柄、上杆、下杆、底杆、上连杆、下连杆的长度分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，其特征在于所述优化方法包括以下步骤1)确定优化方案为只提供保证公称压力的扭矩，在滑块向下运动的非公称压力行程范围内，提供公称压力行程最高点处的扭矩以θ6为公称压力行程最高点对应的曲柄转角，θM为滑块位于上死点位置对应的曲柄转角。以所述伺服压力机的设计公称压力为Pg，公称压力滑块行程S6对应的曲柄转角为θ6，可以得到滑块最大扭矩目标函数Te=ΣθMθ6T22+Σθ62πT322π]]>2)、上杆和下杆的杆长L2与L4优化在目标函数的基础上，通过分析上杆和下杆的杆长L2与L4变化与有效扭矩的关系确定最优化求解范围。设伺服电机有效扭矩的优化函数为Ts，引入三个惩罚因子cs、cv、ca。cs为对是否满足几何存在条件的一个判断返回值，cv为对是否满足急回特性条件的一个判断返回值，ca为对是否满足速度曲线平滑条件的一个判断返回值。得到新的优化函数Tnew＝Ts+ξscs+ξvcv+ξaca，ξ为惩罚系数，惩罚因子优先顺序为cs、cv、ca，且当惩罚因子为1时，Ts＝0。引入惩罚因子cs、cv、ca之后。求得有效扭矩Ts最小值点。进行优化改进前的三角肘杆压力机，三角杆件的上杆L2、下杆L4、底杆L3、曲柄L1、上连杆L5、下连杆L6的长度之比为3:3:3:1:3:3。当采用本实施例中方法对其进行优化后，优化结果如下表采用实施例提供优化方法进行优化的的三角肘杆伺服压力机的传动原理示意图如图1所示。从上表可以看出，采用实施例提供的优化方法，在对现有的三角肘杆压力机的传动机构进行优化改进后，得到的伺服压力机在基本保持压力机原有性能的基础上，其所需伺服电机的有效扭矩和最大扭矩与对比例相比分别下降了约50％和80％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，所述肘杆伺服压力机包括伺服电机、机架、上连杆、下连杆、曲柄、三角杆件和滑块，所述伺服电机驱动输出轴与曲柄一端相连，曲柄另一端与三角杆件的一个顶点相连接，三角杆件的另两个顶点分别与上连杆的下端和下连杆的上端相连，上连杆的上端与机架相连，下连杆的下端与滑块相连，所述三角杆件中，以连接曲柄和上连杆的杆件为上杆、以连接曲柄和下连杆的杆件为下杆，以连接上、下连杆的杆件为底杆，以曲柄、上杆、下杆、底杆、上连杆、下连杆的长度分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，其特征在于所述优化方法包括以下步骤1)确定优化方案为只提供保证公称压力的扭矩，在滑块向下运动的非公称压力行程范围内，提供公称压力行程最高点处的扭矩以θ6为公称压力行程最高点对应的曲柄转角，θM为滑块位于上死点位置对应的曲柄转角，以所述伺服压力机的设计公称压力为Pg，公称压力滑块行程S6对应的曲柄转角为θ6，可以得到滑块最大扭矩目标函数Te=ΣθMθ6T22+Σθ62πT322π]]>2)、上杆和下杆的杆长L2与L4优化在目标函数的基础上，通过分析上杆和下杆的杆长L2与L4变化与有效扭矩的关系确定最优化求解范围，设伺服电机有效扭矩的优化函数为Ts，引入三个惩罚因子cs、cv、ca，cs为对是否满足几何存在条件的一个判断返回值，cv为对是否满足急回特性条件的一个判断返回值，ca为对是否满足速度曲线平滑条件的一个判断返回值，得到新的优化函数Tnew＝Ts+ξscs+ξvcv+ξaca，ξ为惩罚系数，惩罚因子优先顺序为cs、cv、ca，且当惩罚因子为1时，Ts＝0，引入惩罚因子cs、cv、ca之后，求得有效扭矩Ts最小值点；3)通过实例验证以步骤1)、2)所得方法，用有限元分割方法，确定上杆、下杆的长度增加幅度。...

【技术特征摘要】
1.一种肘杆伺服压力机传动机构优化方法，所述肘杆伺服压力机包括伺服电机、机架、上连杆、下连杆、曲柄、三角杆件和滑块，所述伺服电机驱动输出轴与曲柄一端相连，曲柄另一端与三角杆件的一个顶点相连接，三角杆件的另两个顶点分别与上连杆的下端和下连杆的上端相连，上连杆的上端与机架相连，下连杆的下端与滑块相连，所述三角杆件中，以连接曲柄和上连杆的杆件为上杆、以连接曲柄和下连杆的杆件为下杆，以连接上、下连杆的杆件为底杆，以曲柄、上杆、下杆、底杆、上连杆、下连杆的长度分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6，其特征在于所述优化方法包括以下步骤1)确定优化方案为只提供保证公称压力的扭矩，在滑块向下运动的非公称压力行程范围内，提供公称压力行程最高点处的扭矩以θ6为公称压力行程最高点对应的曲柄转角，θM为滑块位于上死点位置对应的曲柄转角，以所述伺服压力机的设计公称压力为Pg，公称压力滑块行程S6对应的曲柄转...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱瑛，李为民，李波，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12