衝擊載荷工況下高速精密機構的設計理論及其套用研究

《衝擊載荷工況下高速精密機構的設計理論及其套用研究》是依託南京理工大學，由彭斌彬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：衝擊載荷工況下高速精密機構的設計理論及其套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：彭斌彬
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

現代製造裝備中一些機構的運動加速度可達15～40g，往復運動頻率大於20Hz，動態運動精度在微米級，這對機構的動態設計提出了嚴峻的挑戰。針對這類機構在衝擊載荷和高速運行環境下的的動平衡設計和動態精度設計等關鍵科學問題，藉助理論分析、數值計算和實驗分析等手段，探討擺動力、擺動力矩、輸入力矩和支承反力對機架激勵回響的變化規律，建立衝擊載荷下高速機構動平衡設計理論和方法；分析構件彈性變形、運動副結合面特性、運動副間隙以及構件材料的熱效應等因素對機構動態精度的影響規律，並獲得其動態精度設計方法。然後，研製高速精密機構實驗裝置，結合理論分析開展實驗研究，驗證理論分析的有效性。通過研究，揭示機構和機械系統的動態特性與動力學參數的關聯關係，以及力、熱等多因素耦合作用下機構的精度演變機理，最終形成高速精密機構在衝擊載荷工況下的動態綜合設計理論與方法。

結題摘要

本課題主要針對衝擊載荷工況下高速精密機構的動平衡設計和動態精度設計等關鍵科學問題開展研究。以高速精密數控沖床為套用背景，分析該類裝備的加工工藝特性，提出了多種含動平衡機構的高速精密沖床新機構。以新提出的高速沖床機構為例，提出了一套含動平衡機構的沖床機構創新設計、慣性力/力矩平衡、轉速波動平衡、轉子動平衡、支反力平衡和機身振動回響六位一體的高速精密沖床機構的動平衡設計理論和方法。該設計方法考慮了機身的剛度和阻尼對動平衡效果的影響，揭示了動平衡設計與動態精度之間的關係；同時又解決了傳統動平衡設計時對擺動力和擺動力矩綜合最佳化量綱不一致導致加權係數選取難的問題，具有很高的實用價值。 提出了一種考慮運動副綜合特性的多桿高速精密機構的彈性動力學分析模型，揭示了彈性變形與運動副間隙對滑塊下死點動態精度的影響規律。將運動桿件的熱變形分析結果疊加到彈性動力學方程的桿件參數中，綜合考慮運動副彈性變形、桿件彈性變形和運動桿件熱變形等因素，建立了高速精密沖床機構的動力學模型，闡述熱、力耦合作用下高速精密沖床機構動態精度的演變規律。分析了高速壓力機機構潤滑冷卻流場的壓力、間隙、溫度、流量等影響動態精度的重要特性，設計了一種壓力機的潤滑冷卻系統，提高了壓力機的運行速度和下死點動態重複精度。 基於上述的理論和方法，研製了一台公稱壓力600KN、行程次數1000min-1、滑塊行程20mm、整機動態重複精度達到±0.01mm的閉式多桿超高速精密數控沖床產品樣機。對高速精密沖床產品樣機進行空載和公稱載荷、低速和高速等不同工況下的機身振動、構件和運動副熱效應、衝壓滑塊下死點動態精度等進行實驗研究，驗證了理論分析結果的正確性。