[发明专利]一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法

说明书

本发明公开了一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法，包括以下步骤：S1、获得冷摆辗机摆头质心点的加速度：首先建立内外偏心环及摆头三维模型；接着求出摆头质心的轨迹方程；然后计算出内外偏心环及摆头系统的等效转动惯量和广义力；接着推导内外偏心环及摆头系统的动力学方程，通过求解动力学方程计算出摆头质心的合速度，进而求得摆头质心的加速度；S2、通过遗传算法，以内外偏心环偏心距为变量，以减小内外偏心环及摆头系统加速度的最大峰值为目标，对内外偏心环的结构进行优化设计。本发明优化设计方法简单、高效，能有效降低多轨迹冷摆辗机的振动。

技术领域

本发明属于摆辗设备优化设计技术领域，具体涉及一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法。

背景技术

摆辗是连续局部塑性成形新工艺，具有省力、冲击小、噪声低、节能节材和产品精度高等优点，广泛应用于机械、汽车、电器、仪表、五金工具等众多工业领域。摆辗机是进行摆辗加工的主要设备，现有的双偏心环冷摆辗机可以实现摆头的四种运动轨迹，即圆、直线、多叶玫瑰线和螺旋线轨迹。在不同轨迹下，内外偏心环的结构对于摆辗机的振动影响较大，而摆辗机振动又会影响加工件成形质量以及摆辗机的服役性能和使用寿命。所以迫切需要对内外偏心环进行结构优化设计以减小摆辗机的振动。目前还没有关于多轨迹冷摆辗机内外偏心环结构优化设计方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法，它可以准确计算出双偏心环冷摆辗机摆头不同运动轨迹下摆头质心的加速度，并据此对冷摆辗机的内外偏心环进行结构优化设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法，包括以下步骤：

S1、获得冷摆辗机摆头质心点的加速度：

S101、建立冷摆辗机内偏心环、外偏心环以及摆头的三维模型；

S102、获得内偏心环和外偏心环的实际角位移，该实际角位移为考虑输入轴在力偶矩作用下产生的扭转角与角位移之和；

S103、根据内偏心环、外偏心环以及摆头的等效转动惯量方程、广义力方程和动力学方程，求出两根输入轴的力偶矩，进而求出内偏心环和外偏心环的实际角位移；

S104、通过内偏心环和外偏心环的实际角位移，求出摆头质心点的轨迹方程；

S105、根据求解出的摆头质心点的轨迹方程，获得摆头质心点的合速度，进而求得摆头质心点的加速度；

S2、先取内偏心环和外偏心环偏心距相等，准确计算出摆头在不同运动轨迹下的摆头质心点的加速度，再令内偏心环和外偏心环偏心距不相等，以内偏心环和外偏心环偏心距的偏心距为变量、减小摆头质心点加速度的最大峰值为目标，对内偏心环和外偏心环进行结构优化设计，当加速度的最大峰值取得最小值时，对应内偏心环和外偏心环偏心距的取值即为内偏心环和外偏心环结构的最优解。

按上述技术方案，步骤S102中，考虑两根输入轴分别在力偶矩M₁和M₂作用下产生的扭转角和分别为其中，G为剪切模量，D₁和D₂分别为两根输入轴的直径，l₁和l₂分别为两根输入轴的长度，则内偏心环和外偏心环的实际角位移和的方程为：

式中，q₁和q₂分别为内偏心环和外偏心环的角位移。

按上述技术方案，步骤S103中，内偏心环、外偏心环以及摆头的等效转动惯量J₁₁、J₂₂和J₁₂的方程为：