机械式高速精冲机动平衡优化

徐震宇

摘 要：高速精冲机的速度较快且精度较高，但由于其主传动系统发展存在一种不平衡的惯性力，进而加大整合机械的振动。通过对3 200 kN机械式高速精冲机主传动系统的运动学以及动态静力学展开分析，进而得出主传动机构激振力以及激振力矩随时间运行所得出的规律。与此同时，通过优化动平衡来对其振动进行控制，抑制了振动响应。

关键词：高速精冲机；主传动系统；动平衡优化；激振力；激振力矩

中图分类号：TG38 文献标志码：A

0 引言

精冲装备的设备制造型能较高，可以选择改变他的冲压工艺来大幅的增强其振动性能，如果是因主传动机构而导致的震动则会大大地提高其整体性能。做好振动控制工作，对减小振动的频率、增强制造精度等方面有着非常重要的现实意义。主传动机构属于一种连杆机构，由内部构建在运动的过程中并不是匀速行驶的，但其在实际运动的过程必不可少的会惯性力运动，这样的目的是为了提高自身的运动效效率，可以很好地向主传动机身进行反应。随着我国冲压设备的高速发展，其惯性力也得到极大地提升，机身的震动也更加的突出，出现这种震动的原因主要由于机构的惯性力和惯性力矩引起的，大大降低了传动机构的加工精度，加剧了设备构件出现破坏的现象，会大大缩短使用的寿命。不利于延长使用时间。因此，应做好进行动平衡优化工作进而更好的降低激振力以及激振力矩。

1 3 200 kN高速精冲机主传动系统

1.1 機构分析

该研究所对此设计研制了一个压力为3 200 kN设机械式高速精冲机。此精冲机的滑块行程为70 mm，冲裁板的厚度为10 mm。机构的构成要素主要包括机架、曲柄、连杆以及滑块。曲柄的主要作用是对整个连杆起到一个带动作用，进而更好地推动滑块的往复运动。

此机构能够很好地减轻电机力矩，对提高自身的运动性能有着重要的作用，为了提高对机构的研究，对机构展开了运动学以及动态静力学分析，能够找出激振力以及激振力矩实际变化情况。

1.2 动态静力学分析

在进行动态静力学分析的过程中，应与一定的运动规划相结合，与主传动机构的运动水平相结合，当这2个原动件均能够平稳运行时，构件均呈现刚体，可以不对构件的摩擦以及间隙进行计算。由于重力是静态力，因此，即便不计较重力也依然可以得出不同构件的受力情况。

2 动平衡综合优化

导致压力机振动的因素有两大方面：一是在展开冲压的时滑块同模具接触的过程中的弹性力使得机构出现振动现象；二是由于主传动机构的惯性处于一种不平衡状态下所导致的整机振动。而那些高精度的冲机，因为其有着较高的抗冲压工艺，并且三向应力的存在能够迅速地释放冲压过程中的弹性力，如此一来则会大大降低其震动性，并在实现振动控制时，由于某些固定因素所造成的振动是无法进行有效控制的，出现这种现象可以选择降低传动机构的不平衡惯性力，进而更好地实现对震动的控制作用。

机构的动平衡可以划分为综合平衡、整体平衡和部分平衡，由于主传动机构滑块移动副的存在，很多时候振摆力矩不能够很好地平衡，因此要想保证其稳定性就应不断地提高其质量的配置，这种方式也必然会提高机构的复杂性，降低其使用的时间，因此，通过优化动平衡来减轻激振力有着非常显著的效果，但值得注意的是在降低的过程中应做好优化平衡工作，尽量降低激振力以及激振力矩。

为了降低数学模型的难度，应做好优化假设工作：1）假定原动件在运行的过程中始终处于一种匀速转动的状态；2）将主传动的所有构造均处于一种刚性状态，并且保证质心同连杆连接点都处于一种连线重合的状态；3）构件与构件间之间不用详细地计算出间隙的距离；4）不用刻意关注启停机和冲压作用下导致机身出现振动现象；5）不必过度极段运动构件出现的重力。

2.1 数学模型

2.1.1 设计变量

机构在展开实践的过程中，应完全确认后机构的形式，才能进行优化动平衡的工作，其简化模型也会决定主传动机构的实际质量和运动构件的质量等，但在假设的过程中质心同连杆的连接点明显重合，对此，应通过不同的运动构件质量及距离来当作其设计的实际变量。

2.1.2 目标函数

通过上述分析我们可以看出，激振力同激振力矩在机架带动下进而更好地作用于机身之中，进而能够更好地实现对整机的振动的调整工作，要想改变整机自带的振动性能，在进行动平衡优化时，最直接的方法就是减轻激振力和激振力矩，这样就能改变其振动性能。

2.2 优化结果对比分析

从图1我们不难看出，一些原始的结构设计方法在开展动平衡优化时，其质量合理均匀地分布能够更好地实现对激振力的调整工作，整机激振力（水平方向内）FX最大值下降了近20 %，周期绝对值下降了近22 %；激振力（竖直方向）FY最大值下降了2 %，每周期绝对值下降了3 %。

从优化后的最终结果我们不难看出，开展动平衡优化能够最大限度地减轻激振力和激振力矩，还可以降低不平衡惯性力而引发的振动效应。

3 结语

综上所述，要想提高设备的使用时间，就应避免高速精冲机所带来的剧烈振动，其大幅度的振动性能不利于提高加工的精度，因此，要想发现机械式高速精冲机出现振动的重要因素，应做好平衡优化的工作。该文针对3 200 kN机械式高速精冲机，对其主传动系统展开了运动学分析以及静态动力学分析，得出了激振力和激振力矩会因时间等因素的改变而导致最终结果的改变的结论，要想避免结果出现改变就应不断提高主传动机构的质量，进而抑制整机出现振动现象。优化后的激振力值也有了显著地降低，并且，还可以对初始激振力矩合理有效地控制，提高了因不平衡惯性力所导致的振动现象。

参考文献

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