动平台机构的特性分析与仿真研究
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摘要
自动平压平模切机是印刷工业中重要的印后加工设备。动平台机构是自动平压平模切机的模切核心部件，其工作性能的优劣将直接影响模切机的稳定性和工作速度。本文以自动平压平模切机的动平台机构为研究对象，对其运动学和动力学特性进行分析研究，为提升模切机的速度、改进动平台机构提供理论依据。主要完成了以下工作：
1、在刚性假设的基础上，提出了一种基于复数矢量法的搜索方法，采用复数矢量法、搜索方法及数值微分方法相结合的算法，分析了动平台机构的运动特性，得到了动平台在一个周期内的运动规律；
2、模切过程中由于模切压力的变化情况未知，因此对模切过程中的模切压力变化进行了建模分析，提出了通过计算两大平台的干涉面积来求解模切压力的方法，不仅得到了模切过程的压力变化情况，而且为动力学分析奠定了基础；
3、运用动态静力学的方法对动平台机构进行了无负载和有负载两种情况的动力学特性分析，分别得到了动平台机构的各个构件在一个运动周期内的受力变化情况；
4、分析了模切压力对模切机的主体结构的影响，特别是对动平台和固定平台的影响，并提出了相应的改进措施，有利于提高模切机的稳定性；
5、利用MATLAB高级语言开发了模切机动平台机构的仿真分析软件；
西安理工大学硕士学位论文
通过本课题的研究，不但为深入了解自动平压平模切机的动平台机构提供了理
论依据，而且也为进一步改进设计该机构奠定了基础。
Automatic Die Cutting Machine is one of important devices in packing printing industry and the moving platform mechanism is one of it's key die components, which performance has a direct effect on the stability and the speed of Die Cutting Machine. In this article, kinematics and dynamics characteristics of the moving platform mechanism of Automatic Die Cutting Machine was discussed for the sake of improving on the speed of Die Cutting and the moving platform mechanism. The following work was mainly finished:
1. On the basis of rigidity hypothesis, a searching algorithm based on complex vector method was proposed. Complex vector method, searching algorithm and numerical value method was used to analyze kinematics characteristics of the moving platform mechanism. And the rule of movement of the moving platform in a period was obtained.
2. Due to the change of press was unknown in the process of dieing, the model of the change of press was built. And a way of solving press by calculating the interference area of two platforms was proposed. Not only the change of press was got, but also the basis of dynamics analysis
was established.
3. Dynamics characteristics of the moving platform mechanism in the case of unloading and loading was analyzed using Kineto-Statics, and the change of force of each component of the moving platform mechanism was gained in one period respectively.
4. The effect of main body of Die Cutting Machine was imposed on press, especial the effect of the moving platform and the still platform, and corresponding improvement was provided, which in favor of improving the stability of Die Cutting Machine.
5. The interface of the moving platform mechanism of Die Cutting simulation analysis software was presented which be programmed using MATLAB.
By the researching of this thesis, not only the theoretical basis for deeply realizing the moving platform mechanism of Automatic Die Cutting Machine was given, but also the basis for improving this mechanism farther was established.
1、在刚性假设的基础上，提出了一种基于复数矢量法的搜索方法，采用复数矢量法、搜索方法及数值微分方法相结合的算法，分析了动平台机构的运动特性，得到了动平台在一个周期内的运动规律；
2、模切过程中由于模切压力的变化情况未知，因此对模切过程中的模切压力变化进行了建模分析，提出了通过计算两大平台的干涉面积来求解模切压力的方法，不仅得到了模切过程的压力变化情况，而且为动力学分析奠定了基础；
3、运用动态静力学的方法对动平台机构进行了无负载和有负载两种情况的动力学特性分析，分别得到了动平台机构的各个构件在一个运动周期内的受力变化情况；
4、分析了模切压力对模切机的主体结构的影响，特别是对动平台和固定平台的影响，并提出了相应的改进措施，有利于提高模切机的稳定性；
5、利用MATLAB高级语言开发了模切机动平台机构的仿真分析软件；
西安理工大学硕士学位论文
通过本课题的研究，不但为深入了解自动平压平模切机的动平台机构提供了理
论依据，而且也为进一步改进设计该机构奠定了基础。
Automatic Die Cutting Machine is one of important devices in packing printing industry and the moving platform mechanism is one of it's key die components, which performance has a direct effect on the stability and the speed of Die Cutting Machine. In this article, kinematics and dynamics characteristics of the moving platform mechanism of Automatic Die Cutting Machine was discussed for the sake of improving on the speed of Die Cutting and the moving platform mechanism. The following work was mainly finished:
1. On the basis of rigidity hypothesis, a searching algorithm based on complex vector method was proposed. Complex vector method, searching algorithm and numerical value method was used to analyze kinematics characteristics of the moving platform mechanism. And the rule of movement of the moving platform in a period was obtained.
2. Due to the change of press was unknown in the process of dieing, the model of the change of press was built. And a way of solving press by calculating the interference area of two platforms was proposed. Not only the change of press was got, but also the basis of dynamics analysis
was established.
3. Dynamics characteristics of the moving platform mechanism in the case of unloading and loading was analyzed using Kineto-Statics, and the change of force of each component of the moving platform mechanism was gained in one period respectively.
4. The effect of main body of Die Cutting Machine was imposed on press, especial the effect of the moving platform and the still platform, and corresponding improvement was provided, which in favor of improving the stability of Die Cutting Machine.
5. The interface of the moving platform mechanism of Die Cutting simulation analysis software was presented which be programmed using MATLAB.
By the researching of this thesis, not only the theoretical basis for deeply realizing the moving platform mechanism of Automatic Die Cutting Machine was given, but also the basis for improving this mechanism farther was established.
引文
[1] 张策．机械动力学．高等教育出版社．北京：2000
[2] 杨基厚．机构运动学与动力学．机械工业出版社．北京：1987
[3] 王鸿恩．机械动力学．重庆大学出版社．重庆：1989
[4] 杨廷力．机械系统基本理论—结构学、运动学、动力学．机械工业出版社．北京：1996
[5] 曹惟庆．连杆机构的分析与综合．科学出版社．2002．5
[6] [日]牧野洋著，胡茂松译．自动机械机构学．科学出版社．1980
[7] 陆震．高等机械原理．北京航空航天大学出版社．北京：2001
[8] 赵巨才，师俊平．理论力学．陕西科学技术出版社．陕西：1996
[9] 苏翼林．材料力学(第二版)．高等教育出版社．北京：1987
[10] 孙恒，傅则绍．机械原理(第四卷)．高等教育出版社．1998
[11] 黄康生．机构学及在印机设计中的应用．西安理工大学印机教研室．1996
[12] 沈晓辉，张秋实，杨义著．腹膜、上光、烫金、模压．印刷工业出版社．1993
[13] A. K. Dhingra, A. N. Almadi, D. Kohli. CLOSED-FORM DISPLACEMENT ANALYSIS OF 10-LINK 1-DOF: PART 2-POLYNOMIAL SOLUTIONS. MECHANISM AND MACHINE THEORY. 36(2001) 57-75
[14] 李有法．数值计算方法．高等教育出版社．北京：1996
[15] 陈宏盛，刘雨著．计算方法．国防科技大学出版社．湖南：2001
[16] 杨广义，成刚虎．平面复杂机构运动分析的一种搜索算法．包装工程．重庆：2003．4期
[17] 邓建中等．计算方法．西安交通大学出版社．西安：1985
[18] 徐士良．计算机常用算法第二版．清华大学出版社．北京：1995
[19] 谭浩强．C语言程序设计．清华大学出版社．北京：1991
[20] 王平庆．用C语言实现数值计算方法及程序实例．人民邮电出版社．北京：1999
[21] 程卫国，冯峰等．MATLAB5.3精要编程及高级应用．机械工业出版社．北京：2000
[22] 薛定宇，陈阳泉著．基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用．清华大学出版社．北京：2002
[23] 魏瑞玲．印后原理与工艺．印刷工业出版社．北京：1995
[24] 张选生．从DRUPA2000展览看模切机的发展．印刷技术．北京：2001．1期
[25] 尚有轩．平压模切烫印机曲柄连杆和双肘杆机构的特点．印刷杂志．2002．11
[26] 辛本海，林洪波．平压模切机改制中凸压切平板实例．中国包装工业．2002．7
[27] 周永义．自动平压模切机发展现状及趋势．今日印刷．2001．5期
[28] 王郁辉．模切烫印机现状及其发展．中国印刷．2001．1期
[29] 张海燕．市场发展需要高质量的模切机．印刷技术．2001．1期
[30] 天央．国内模切机市场现状及特点．印刷技术2001．20期
[31] 刘筱霞等．MQ-800型全自动纸板模切机设计．西北轻工业学院学报．1998．4期
[32] 李敏等．平面十四杆机构的速度与加速度．大庆石油学院学报．2000．6期
[33] 刘刚，尹文生等．机构运动分析与仿真系统研究与实践．华中科技大学学报．2001．7期
[34] D. E. Foster, R. J. Cipra. AN AUTOMATIC METHOD FOR FINDING THE ASSEMBLY CONFIGURATIONS OF PLANAR NON-SINGLE-DYADIC MECHANISMS. JOURNAL OF MECHANICAL DESIGN. Volume 124 Number 1 March 2002 58-67
[35] 胡高举，郑才刚，王勤．一种铰链四杆机构运动分析仿真算法．现代制造工程．2002．10
[36] 黄志刚．计算机仿真技术在包装机械设计制造中的应用．包装工程．2002．3期
[37] 欧宗瑛，刘军，刘金义．平面连杆机构分析与仿真专家系统．计算机辅助设计与图形学学报．1995．1期．
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[37] 欧宗瑛，刘军，刘金义．平面连杆机构分析与仿真专家系统．计算机辅助设计与图形学学报．1995．1期．