肘桿式伺服壓力機的運動分析

朱新武，聞開斌，任東杰

（揚州鍛壓機床集團有限公司，江蘇揚州225128）

肘桿式伺服壓力機的運動分析

朱新武，聞開斌，任東杰

（揚州鍛壓機床集團有限公司，江蘇揚州225128）

介紹了肘桿式伺服壓力機的結構圖，繪制機構運動簡圖，推導出滑塊位移方程；以800kN肘桿式伺服壓力機為例，繪制滑塊的位移、速度、加速度、扭矩曲線圖，與曲柄連桿式壓力機對比說明該結構的特點。為伺服壓力機的開發(fā)研究和設計制造提供有益的參考。

機械設計；運動分析；伺服壓力機；肘桿式；曲線圖

1 引言

機械壓力機是金屬成形領域使用最為廣泛的一種鍛壓設備。近年來，隨著交流伺服控制技術的成熟和發(fā)展，先后出現(xiàn)了多種不同形式的伺服壓力機，如：日本小松（KOMATSU）H1F系列的肘桿式伺服壓力機；日本會田（AIDA）低轉速大扭矩直接驅動伺服壓力機；國產曲柄連桿式傳動伺服壓力機等。

本文就肘桿式伺服壓力機進行運動分析、扭矩分析，說明該結構壓力機的優(yōu)越性。

2 運動分析

（1）肘桿式伺服壓力機結構見圖1所示。

（2）壓力機的機構運動

由圖2所示，CDBA為一四桿機構，BD和ED為同一構件，CD桿為主動桿，CD桿可以繞點C作圓周運動，帶動連桿構件BDE擺動，構件BDE的運動又驅動滑塊F作上下運動進行鍛壓加工。建立圖2所示坐標系，設CD桿長為l1，其轉角為θ1；構件BDE的轉角為 θ2，BD 的長度為 l21，ED 的長度為 l22，BD與 ED 的夾角為 ?1；AB 桿長為 l3，其轉角為 θ3；EF 桿長為 l4，其轉角為 θ4；C 點的坐標為（b，a），F(xiàn) 點的坐標為（O，s）。

（3）位置分析

①求解θ2和θ3

對四桿機構CDBA來說，如圖3所示。圖中各桿所構成的矢量封閉方程為：

由于 θ2的值可以由式（12）求得，因此，θ2+?1的值也就可以確定，根據(jù)機構CDEF的結構關系（圖4），可以確定滑塊F的位置。

由圖可以建立矢量封閉方程為：

3 示例

（1）800kN肘桿式伺服壓力機的技術參數(shù)：公稱力Pg=800kN；公稱力行程Sg=5mm；滑塊行程S=140mm；行程次數(shù)N=40～70spm；齒輪傳動比iz=5.93；同步帶傳動比ip=2.74。

（2）桿系參數(shù)：為了既滿足使用性能又滿足裝配結構要求，需對各參數(shù)進行篩選，找到最為合適的參數(shù)，見表1所示。

表1 伺服壓力機的技術參數(shù)

（3）伺服壓力機滑塊的行程、速度、加速度、扭矩曲線圖見圖5～圖8所示。

由表1和圖5～圖8可知：滑塊在公稱力行程5mm處，l1桿（曲柄）的角度為167.63°，下死點的角度為211°，公稱力范圍所經歷的角度為45°，占總行程的1/8；滑塊在公稱力行程5mm處，線速度為61.19mm/s；滑塊在公稱力行程5mm處，l1桿（曲柄）的扭矩為6678N·m；電機所需扭矩:410N·m。

800kN伺服壓力機與同噸位曲柄壓力機（行程140mm，連桿長640mm，公稱力行程5mm）相比，結果見表2。

表2 伺服壓力機與同噸位壓力機比較

4 結論

（1）肘桿伺服壓力機是一種多桿傳動的壓力機，在工作區(qū)域有較為理想的低速運動特性，模具接觸材料的速度低，振動小，制品成形性好。

（2）肘桿伺服壓力機增力效果更優(yōu)，所需電機的扭矩、功率大大減小，降低了電機的容量和成本。

（3）滑塊上下行速度曲線不對稱，具有一定的急回特性，可以更好的適應“快進—慢成形—更快返回”的成形工藝要求。

（4）AC伺服電機直接驅動，由于CNC的控制可設定最適合加工內容的自由工作模式。

（5）肘桿伺服壓力機的缺點：關節(jié)點多(5支點)，綜合間隙大；機床高度偏高。

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[3]蘇 敏，王隆太.幾種伺服壓力機傳動結構方案的分析與比較[J].鍛壓裝備與制造技術，2008，43（5）：35-38.

[4]孫友松，周先輝，黎 勉，等.交流伺服壓力機及其關鍵技術[J].鍛壓技術，2008，33（4）:1-8.

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Movement analysis of the elbow pole type servo press

ZHU Xinwu，WEN Kaibin，REN Dongjie
（Yangzhou Metal Forming Machine Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225128,Jiangsu China）

The structure diagram of the elbow pole type servo press has been introduced.The mechanism movement sketch has been drawn,and the displacement equation of the slider has been deduced.Taking the 800 kN elbow pole type servo press as an example,the displacement,velocity,acceleration,and the torsion curve graph of the slider have been drawn.The structural characteristics have been put forward comparing with the crank connecting pod press.It provides reference for the research and design of the servo press.

Movement analysis；Servo press；Elbow pole；Curve graph

TG315.5

B

1672－0121（2011）04－0029－03

2011-05-03

朱新武（1973-），男，工程師，從事機械壓力機設計研發(fā)等工作