【摘要】：為了研究反向配置副滑塊的高速曲柄壓力機(jī)曲軸的疲勞壽命,對(duì)壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析,根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)機(jī)構(gòu)的位移閉環(huán)矢量方程進(jìn)行一階和二階求導(dǎo),分別得到了各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和加速度方程。利用聯(lián)立約束法聯(lián)立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程與動(dòng)力學(xué)方程,并將所有方程組裝成一個(gè)稀疏矩陣。通過MATLAB中的Simulink模塊建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真模型,將求得的稀疏矩陣作為Function模塊嵌入仿真模型中進(jìn)行迭代求解。在考慮沖壓力的情況下,快速、準(zhǔn)確地求得了壓力機(jī)曲軸的壓力曲柄頸、支承頸和平衡曲柄頸處載荷隨時(shí)間的變化規(guī)律。根據(jù)MATLAB/Simulink仿真得到的曲軸周期性載荷譜,利用Workbench軟件對(duì)高速壓力機(jī)曲軸施加載荷,并進(jìn)行疲勞壽命分析。分析結(jié)果表明:曲軸的壽命滿足設(shè)計(jì)要求,經(jīng)歷107次應(yīng)力循環(huán)后沒有出現(xiàn)明顯損傷,最小疲勞安全系數(shù)為1.09。曲軸軸頸(即壓力曲柄頸、支承頸和平衡曲柄頸)載荷根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)求得,可以真實(shí)地反映出速度、加速度和慣性載荷之間的關(guān)系,為壓力機(jī)曲軸、曲軸支撐結(jié)構(gòu)和動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及壓力機(jī)下死點(diǎn)精度的研究提供重要的理論依據(jù)。疲勞壽命分析中的載荷變化規(guī)律根據(jù)數(shù)學(xué)模型迭代求解得出,分析結(jié)果更加接近實(shí)際,為壓力機(jī)曲軸的實(shí)際應(yīng)用提供參考。
【圖文】：

法以抵消沖壓時(shí)所產(chǎn)生的不平衡慣性力，該方法是一種較理想的不完全動(dòng)平衡方法［１２－１４］。高速壓力機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖１（ａ）所示放置，ｘ方向?yàn)閷?shí)際豎直方向，ｙ方向?yàn)閷?shí)際水平方向。其中連桿３和滑塊４為壓力機(jī)沖壓部分，連桿５和副滑塊６為平衡部分。曲軸的結(jié)構(gòu)和其承受的載荷分布如圖１（ｂ）所示：平衡曲柄頸驅(qū)動(dòng)平衡副滑塊，受到連桿５和滑塊６產(chǎn)生的不平衡慣性力；壓力曲柄頸驅(qū)動(dòng)沖壓滑塊，承受沖壓力和連桿３與滑塊４產(chǎn)生的不平衡慣性力。圖１曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及曲軸結(jié)構(gòu)簡圖Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｏｆｓｌｉｄｅｒｃｒａｎｋｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｒａｎｋｓｈａｆｔ平衡部分和沖壓部分均為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由同一曲軸驅(qū)動(dòng)。平衡曲柄頸和壓力曲柄頸之間存在支承頸，忽略運(yùn)動(dòng)副之間的間隙，，根據(jù)剛化原理，分析·６８１·第６期蔡玉強(qiáng)，等：基于動(dòng)力學(xué)仿真的高速曲柄壓力機(jī)曲軸疲勞壽命分析

曲柄頸時(shí)，將支承頸視為剛體，其平衡狀態(tài)不變。因此只需對(duì)一側(cè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，然后在相同的仿真條件下，通過改變曲柄連桿的參數(shù)分別求得兩側(cè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果。圖２為各連桿和滑塊的受力簡圖。圖２連桿和滑塊的受力分析Ｆｉｇ．２Ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｎｋａｇｅａｎｄｓｌｉｄｅｒ根據(jù)圖２所示的受力圖，基于達(dá)朗貝爾原理建立機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程：Ｆｊｉ，ｘ＋Ｆｋｉ，ｘ＝ｍｉａｃｉ，ｘ（１）Ｆｊｉ，ｙ＋Ｆｋｉ，ｙ＝ｍｉａｃｉ，ｙ（２）－Ｆｋｉ，ｘ（ｒｉ－ｒｃｉ）ｓｉｎθｉ＋Ｆｋｉ，ｙ（ｒｉ－ｒｃｉ）ｃｏｓθｉ＋Ｆｉｊ，ｘｒｃｉｓｉｎθｉ－Ｆｉｊ，ｙｒｃｉｃｏｓθｉ＝Ｉｉαｉ（３）Ｆ３４，ｘ＋Ｆ＝ｍ４ｒ··１（４）Ｆ４３，ｙ＋Ｆ１４，ｙ＝０（５）式中：Ｆｊｉ，ｘ，Ｆｋｉ，ｘ為ｘ方向上連桿ｊ和ｋ對(duì)連桿ｉ的作用力；Ｆｊｉ，ｙ，Ｆｋｉ，ｙ為ｙ方向上連桿ｊ和ｋ對(duì)連桿ｉ的作用力；ɑｃｉ，ｘ，ɑｃｉ，ｙ為連桿ｉ在ｘ和ｙ方向上的加速度；ｒｉ為連桿ｉ的長度；ｒｃｉ為第ｉ個(gè)連桿質(zhì)心到連桿旋轉(zhuǎn)中心的距離；ｒ··ｉ為第ｉ個(gè)連桿的質(zhì)心加速度；ｍｉ為第ｉ個(gè)連桿的質(zhì)量；αｉ為第ｉ個(gè)連桿的角加速度；Ｉｉ為第ｉ個(gè)連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了建立連桿的力和加速度關(guān)系，對(duì)閉環(huán)矢量方程進(jìn)行二階求導(dǎo)并建立


本文編號(hào)：2572643