連桿機(jī)構(gòu)增力氣動壓力機(jī)設(shè)計

張 寒，張冰蔚

（江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

氣動壓力機(jī)是一種通用的壓力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于電器、儀器儀表、家電、五金等行業(yè)，可對薄板進(jìn)行剪切、沖孔、落料、成形、彎曲、鉚合等工序，適合有色金屬、塑料件等的加工。

氣動壓力機(jī)一般采用壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體，通過管道將壓縮氣體輸送至電磁閥，通過控制電磁閥的動作來控制氣缸的工作和返回，實(shí)現(xiàn)各種工藝動作。壓縮空氣也可以存儲在儲氣罐中，隨時取用。

若直接將氣缸的輸出力作為工作壓力，當(dāng)需要大的公稱輸出力時，只能通過增加活塞面積而采用結(jié)構(gòu)尺寸龐大的大缸徑氣缸，不僅氣缸昂貴，而且耗氣量較大，也增大了設(shè)備體積，不符合美觀要求。即便如此，設(shè)備的工作輸出力提高也非常有限。為此，考慮將氣缸和增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)組合，使設(shè)備的工作輸出力顯著提高。

1 工作原理

如圖1所示為氣缸與連桿機(jī)構(gòu)組成的氣動壓力機(jī)，擺動氣缸固定在機(jī)身上同時與兩鉸桿相連，上端的鉸桿與機(jī)身鉸接，下端的鉸桿與壓頭鉸接形成連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)氣缸活塞向左運(yùn)動時，由連桿推動壓頭沿機(jī)身導(dǎo)軌向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)壓制動作，輸出力P隨α的減小而增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最小α值時，該加工過程結(jié)束，氣缸活塞向右運(yùn)動，壓頭回程，完成一個循環(huán)。α值大小可以通過機(jī)械限位裝置微調(diào)來控制氣缸行程下限來實(shí)現(xiàn)。

圖1 氣缸與連桿機(jī)構(gòu)組合

2 受力分析及行程計算

2.1 受力分析

建立的力學(xué)模型如圖2所示，F(xiàn)是氣缸活塞桿對圓柱銷A的拉力，P是工件給壓頭的反力。如不計摩擦力和零件重量，進(jìn)行如下受力分析，如圖3所示，分別取圓柱銷A、連桿AC和壓頭為研究對象，在平面匯交力系作用下平衡，分別列出下列方程：

圖2 力學(xué)模型

圖3 受力分析

由以上各式可推出P=0.5Fcotα，增力比P/F=0.5cotα。如取 α=15°，增力比為 1.866；如取α=10°，增力比為2.836。當(dāng)α很小時，壓力P急劇增大，會使連桿產(chǎn)生過大變形，設(shè)計時建議一般不小于5°。

2.2 氣缸行程計算

當(dāng)滿足壓頭工作行程時需知所用氣缸的行程，現(xiàn)推導(dǎo)如下。

如圖4所示，連桿AC的長度為L0，當(dāng)壓頭在上死點(diǎn)時，連桿機(jī)構(gòu)為雙點(diǎn)劃線BA′C′所在的位置，氣缸與機(jī)身鉸接點(diǎn)O與銷A的距離OA′，當(dāng)工作下行行程H時，壓頭在下死點(diǎn)位置，連桿機(jī)構(gòu)為BAC所在的位置，氣缸與機(jī)身鉸接點(diǎn)O與銷A的距離為OA＝L1，故所需氣缸行程為OA′-OA。

圖4 氣缸行程計算

3 設(shè)計計算實(shí)例

現(xiàn)設(shè)計一氣動壓力機(jī)，要求壓力機(jī)公程力P=5噸，系統(tǒng)空氣最高壓力0.6MPa，壓頭工作行程40mm，連桿長度L0=150mm，壓頭在下死點(diǎn)時α=15°，氣缸與機(jī)身鉸接點(diǎn)O與銷AD的距離L1=250mm。

所需氣缸力F=P/（0.5cot15°）=2.68噸，根據(jù)系統(tǒng)空氣最高壓力0.6MPa，可很方便地計算出氣缸活塞的直徑，在此不再進(jìn)行詳細(xì)計算。

所需氣缸行程由式（5）計算得：

4 結(jié)束語

采用上述氣動－機(jī)械增力機(jī)構(gòu)組成的壓力機(jī)，可彌補(bǔ)單純氣壓傳動壓力機(jī)的不足，在氣缸壓力不變的情況下，只需在下死點(diǎn)取不同的α角，即可實(shí)現(xiàn)不同的增力要求。而且只需對各鉸接點(diǎn)軸承和連桿強(qiáng)度進(jìn)行校核即可，為壓力機(jī)的設(shè)計帶來了便捷。

[1]林文煥，陳本通，編著.機(jī)床夾具手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1987.

[2]范文雄，等.杠桿極限技術(shù)與高倍增力壓力機(jī)的研制[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1991，26（4）.

[3]王嘯宇.國外機(jī)械－液壓壓力機(jī)的最新研究成果[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1994，29（3）.