田洪濤

杭州邦威機電控制工程有限公司，浙江杭州 310000

1 機械壓力機的曲柄連桿結(jié)構(gòu)的主傳動系統(tǒng)

該類型的機械式壓力機采用曲柄連桿作為主傳動機構(gòu)，電動機的運動和能量傳遞給曲軸，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，并通過連桿使滑塊產(chǎn)生往復(fù)運動，這是該類型壓力注主要的工作原理。構(gòu)成曲柄式壓力機的主傳動系統(tǒng)的零部件包括機架、滑塊以及曲柄和連桿。其中，曲柄有時也可被偏心齒輪或者曲軸所代替。該主傳動機構(gòu)由于由四部分組成，所以也被稱作四桿結(jié)構(gòu)。在工作時，曲柄的一端固定，同時圍繞固定點成順時針方向旋轉(zhuǎn)。而連桿則與曲柄的另一端以及滑塊分別相互鉸接。同時在機架上安裝有導(dǎo)軌，滑塊則沿導(dǎo)軌上下進行往復(fù)運動。

1.1 計算該機構(gòu)在運動中的自由度

該機構(gòu)在運行時，其曲柄繞固定點進行旋轉(zhuǎn)運動，這種旋轉(zhuǎn)運動通過與其相互鉸接的連桿可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)運動。所以，主要的活動構(gòu)件就是滑塊、連桿以及曲柄，說明該機構(gòu)的活動構(gòu)件有3個。移動副則主要包括機架和滑塊，而其他則都作為轉(zhuǎn)動副。而運動低副則包括了以上四個部件。根據(jù)以上參數(shù)即可進行自由度的計算。經(jīng)過計算，可以發(fā)現(xiàn)該機構(gòu)自由度等于其原動件的數(shù)量，表明該機構(gòu)的運動具有確定性。

1.2 相關(guān)運動學(xué)方面的分析結(jié)果

對該主傳動機構(gòu)進行動力學(xué)方面的分析后可以得出其運動曲線，其中滑塊的行程為1000mm，而行程的次數(shù)為每分鐘16次。根據(jù)對該運動曲線的分析結(jié)果可以得知，該主傳動機構(gòu)中滑塊運行的位移曲線屬于余弦曲線，同時其速度曲線則更類似于正弦曲線。而深拉延的開始階段則位于與滑塊的下死點距離300mm的位置，此時滑塊的速度超過了每秒700mm，已經(jīng)相當(dāng)接近行程中最大的速度值。該速度已經(jīng)明顯超出了板材成形所需的極限速度值，所以說明曲柄壓力機無法進行對板材的深拉延加工成形，而只能適用于淺拉延成形，且需要控制50mm的范圍以內(nèi)。另外，該機構(gòu)在曲柄轉(zhuǎn)角的360°的位置和180°的位置分別是滑塊的上下兩個死點，因此，其急回特性較差，導(dǎo)致其生產(chǎn)的效率也比較低。

2 機械壓力機的曲柄結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于曲柄式機械壓力機主傳動結(jié)構(gòu)全部設(shè)置在了上梁的本體里面，所以在設(shè)計上梁的本體時應(yīng)全面考慮主傳動系統(tǒng)中曲柄以及連桿的長度、主齒輪的直徑等各項參數(shù)。主傳動結(jié)構(gòu)中的曲柄長度是該機械式壓力機的滑塊行程的二分之一，這是一個定量參數(shù)。而對滑塊的運行速度有較大影響的參數(shù)則是連桿的長度。所以要結(jié)合機械式壓力機在生產(chǎn)工藝方面對滑塊的實際運動速度所提出的要求，還要考慮機械式壓力機在上梁剛度方面的具體要求，以及壓力角的最佳值等各種基礎(chǔ)參數(shù)來合理選擇連桿的設(shè)計長度。確定了曲柄長度和連桿長度后，再根據(jù)這兩項數(shù)值來設(shè)計主齒輪的直徑值。如果機械式壓力機中具有導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱的高度是一個定值。同時，機械式壓力機的上梁高度將與其曲柄以及連桿的長度直接相關(guān)，所以在對上梁本體以及主傳動結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時要全面考慮這兩方面的因素，應(yīng)兼顧好二者各自的設(shè)計要求。

3 機械壓力機的六連桿主傳動結(jié)構(gòu) （見圖1）

機械式壓力機的六連桿主傳動結(jié)構(gòu)包括機架、滑塊以及6個連桿，6個連桿包括L1、L2、L3、L4以及R1和R2。其中L1、L2與L4是相互固結(jié)的，并共同組成了一個桿L1。在該機構(gòu)中驅(qū)動桿是桿R1，其一端固定在O點，同時圍繞O點進行順時針的旋轉(zhuǎn)，桿L1與L2與其另一端相互鉸接。而桿R2的一端固定于O1點，同時L1和L4則與R2桿的另一端相互鉸接。另外，桿L2和L4與桿L3的一端相互鉸接，而滑塊則鉸接于L3的另一端。該機構(gòu)系統(tǒng)的滑塊沿著Y軸進行上下的往復(fù)運動。

圖1 機械壓力機的六連桿主傳動結(jié)構(gòu)

3.1 計算該機構(gòu)在運動中的自由度

該機構(gòu)運動在運行時，其中R1桿圍繞O點進行旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)運動通過與其相互鉸接的L3桿和R2桿可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)運動。所以活動構(gòu)件包括了桿R1、R2和L1、L2、L3及滑塊，活動構(gòu)件的數(shù)量為5個。移動副有機架和滑塊構(gòu)成，而轉(zhuǎn)動副則由其他的部件構(gòu)成，且以上所有部件都是運動低副，所以運動低副的數(shù)量為7個。對該機構(gòu)的自由度進行計算后可以發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)原動件的數(shù)量等于其自由度，所以該機構(gòu)的運行具有確定性。

3.2 相關(guān)運動學(xué)方面的分析結(jié)果

對該主傳動機構(gòu)進行動力學(xué)方面的分析后可以得出其運動曲線，其中滑塊的行程為1350mm，而行程的次數(shù)為每分鐘18次。通過對該運動曲線進行分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機械式壓力機的滑塊處于空程進給狀態(tài)下的時候，其運動的速度會比較塊，所以具有較短的空程時間。當(dāng)開始拉延后，該機構(gòu)滑塊的速度出現(xiàn)了下降的趨勢，最后歸于平穩(wěn)狀態(tài)，能夠比較適應(yīng)板材拉延成形工藝在速度方面的要求。完成板材的拉延后，滑塊通過下死點并返回的過程中，其運動速度出現(xiàn)快速的上升趨勢，是回程時間明顯的縮短。壓力機的曲柄轉(zhuǎn)角在180°時是滑塊的下死點。而曲柄轉(zhuǎn)角的320°附近位置則是滑塊的上死點，同時滑塊回程時間明顯比下降時間短，這就說明該機構(gòu)的急回特性比較明顯，不僅能夠符合拉延成形工藝所要求的低速，還能夠促使壓力機生產(chǎn)的效率得到有效的提高。

4 機械壓力機六連桿結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計

該機械式壓力機的六連桿的主傳動機構(gòu)以及其導(dǎo)柱和導(dǎo)套都被設(shè)置在上梁的本體內(nèi)。由于壓力機的上梁結(jié)構(gòu)內(nèi)，其高度是定值，所以壓力機的上梁高度與桿R1和L2、L3的長度密切相關(guān)。在對該機構(gòu)進行運動學(xué)方面的分析后可以發(fā)現(xiàn)，該機構(gòu)內(nèi)影響滑塊的運動速度、加速度以及位移的因素包括支點位置以及相關(guān)各桿長度。所以，在對機械壓力機的上梁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要考慮板材的拉延成形加工工藝在滑塊運動速度、加速度以及位移方面的具體要求，從而首先對傳動結(jié)構(gòu)內(nèi)支點位置和各桿長度進行初步的確定。另外，因為機械式壓力機的上梁高度會受到桿R1以及桿L2、L3長度的影響，所以在設(shè)計滑塊的運動速度、加速度以及位移時，對各桿長度的具體取值還需要考慮這方面的因素，盡量減少以上3個桿的長度，從而對上梁高度進行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

另外，在設(shè)計中還需要注意設(shè)計在經(jīng)濟性以及在運輸便利性等方面的實際需求，因此，上梁結(jié)構(gòu)的溝瀆和重量都需要進行合理的控制。但機械式壓力機對剛度的要求又需要上梁保持一定的高度。這就要求在對上梁結(jié)構(gòu)以及六連桿的主傳動結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時需要綜合考慮這兩方面的要求，設(shè)計方案應(yīng)盡量兼顧二者，既要滿足板材拉延加工在工藝方面的要求，也要對上梁結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計布局。

5 結(jié)語

在裝備的制造行業(yè)中，機械壓力機具有重要的地位。機械壓力機所加工的零部件具有更高的質(zhì)量，且在制造的過程中作業(yè)的效率更高，而其所消耗掉材料也更少，由于這些比較明顯的優(yōu)勢，該設(shè)備在機械制造行業(yè)具有較高的應(yīng)用的價值。而隨著我國科技水平的不斷進步，以及相關(guān)的制造業(yè)對設(shè)備要求的提高，機械壓力機在設(shè)計上必須進行進一步的完善和創(chuàng)新。由于傳統(tǒng)機械壓力機的主傳動結(jié)構(gòu)多采用的是曲柄結(jié)構(gòu)，無法適應(yīng)新的生產(chǎn)要求，因此，改用了多連桿的結(jié)構(gòu)后能夠有效提高其生產(chǎn)的效率，并延長設(shè)備的使用期限。在各類裝備對鍛壓件在質(zhì)量及精度方面的要求不斷提高的背景下，需要相關(guān)的研究人員進一步深入研究眼里的傳動結(jié)構(gòu)，不斷優(yōu)化設(shè)計，準確把握傳動系統(tǒng)間各結(jié)構(gòu)件間的關(guān)系，從而促進機械壓力機的整體性能能夠不斷的提高。

[1] 韓長偉.機械壓力機主傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].—重技術(shù)，2012（1） ：24-28.

[2] 宋清玉.大型機械伺服壓力機的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2014.

[3] 楊俊.雙點伺服壓力機傳動機構(gòu)設(shè)計及仿真分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2015.