伺服机械压力机所采用的工作机构与传统机械压力机的工作机构并无本质区别,所有传统机械压力机的工作机构均可以用于伺服机械压力机。但伺服机械压力机的工作原理毕竟与传统机械压力机有所不同,采用什么样的工作机构,才能满足伺服机械压力机的工作要求,降低成本?这需要从伺服机械压力机的设计角度,对各种常用机械压力机的工作机构进行分析。
在伺服机械压力机中,常常采用复杂的工作机构以获得较大的机械利益和良好的运动特性。由于机构复杂,难以用简单的解析表达式来描述其运动学和受力情况,以便进行性能评估、分析和实现结构的初步优化。为预知机构性能,往往只能在结构大致确定后,借助计算机进行数值模拟仿真来求解、优化或验证。
任何复杂的机构都可以视为若干基本简单单元的组合,组合机构的性能就是各个基本单元性能的合成。对这些机构的基本单元而言,性能的分析却容易得多。
为了伺服机械压力机设计的需要,直观地分析各种工作机构的工作性能,可采用一种简化分解法来分析各种复杂的机械结构。先将机构分解成基本单元,并对这些相对简单的基本单元进行充分的性能分析,总结出各机构参数对性能的影响规律。在此基础上,再分析整个组合机构的性能,从而找出结构参数对工作性能的影响规律,为机构的初步设计提供依据。其基本思路如下:
1)将一个比较复杂的机构拆分为若干简单的相对独立的串联子机构,各相邻子机构的运动学和动力学参数互为输出输入的关系,如图2-7所示。
2)压力机一般在工作行程内才承受工作负载,将公称压力行程 s n 定为最大工作行程,对应的曲柄转角为公称压力角 α n 。一般的曲柄压力机 α n 均比较小,仅为20 °左右。
3)分析的重点是考察工作行程内的运动和受力情况,为获得明晰的结果,在不产生显著误差的条件下,进行适当地近似和简化。
4)对拆分的基本单元进行分析,建立机构工作性能的解析表达式。在此基础上总结机构几何参数对单元性能的影响规律。
5)对机构进行整体组合,建立组合机构工作性能的解析表达式。在此基础上总结机构的设计准则。
6)进行机构的初步计算、分析和优化,确定机构的初步结构。
与传统的机构分解分析法不同,本书所述的方法,基本单元可以是一个简单的阿苏尔单元,也可以是若干阿苏尔单元的组合,视分析的方便而定。
对于复杂机构而言,建立精确的解析表达式会比较困难,简化会带来一定的误差,但可在确定初步方案后,在CAE(计算机辅助工程)平台构建虚拟样机,采用计算机模拟仿真技术,通过对初步设计的机构进行进一步优化和修改,形成最终方案,并获得机构准确的运动学和动力学特性。
如图2-7所示,将一个复杂机构分解为 n 个简单机构的串联,则整个机构的机械利益 A 为
图2-7 复杂机构的分解示意图
组合机构的工作性能是各组合单元的合成,反映了各组合单元各自的特性。但需要指出的是,由于各组合单元的机械利益通常为函数而非常数,合成时需要注意其相位。