機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

王秋嬌 李振方

摘 要 壓力機(jī)作為機(jī)械制造生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，在很大程度上決定了生產(chǎn)作業(yè)效率。為使其更大程度上滿(mǎn)足鍛壓工藝要求，可以對(duì)壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，針對(duì)機(jī)械壓力機(jī)不同主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定上梁結(jié)構(gòu)與主傳結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力機(jī)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其性能可以穩(wěn)定發(fā)揮。

關(guān)鍵詞 機(jī)械壓力機(jī)；主傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和其動(dòng)力學(xué)性能水平高低直接決定著產(chǎn)品加工制造質(zhì)量，在對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定其運(yùn)行原理，對(duì)比不同結(jié)構(gòu)形式的傳動(dòng)系統(tǒng)，以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求為目的，做好各細(xì)節(jié)控制，為機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

1 機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)行原理

壓力機(jī)主要包括機(jī)身、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離合與制動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑塊執(zhí)行機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)裝置以及控制系統(tǒng)等多個(gè)部分，其中齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為壓力機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。在壓力機(jī)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶與齒輪傳動(dòng)及將運(yùn)動(dòng)傳給曲柄軸，然后利用連桿將曲柄軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械壓力機(jī)主要是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)達(dá)到鍛壓處理的設(shè)備，傳動(dòng)系統(tǒng)作為核心部分，負(fù)責(zé)將電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)和能量傳遞給工作機(jī)構(gòu)，促使工件坯料可以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行改變，制造得到所需工件[1]。因?yàn)槠渌哂械慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高等特點(diǎn)，在機(jī)械制造加工中應(yīng)用十分廣泛。但是就其生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性為固定不變的，無(wú)法靈活控制壓力大小，決定了工藝適應(yīng)性較低。為進(jìn)一步提高壓力機(jī)對(duì)鍛壓工藝的適應(yīng)性，還需要針對(duì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，從根本上來(lái)為高質(zhì)量生產(chǎn)提供保障。

2 機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特征分析

2.1 曲柄連桿主傳動(dòng)系統(tǒng)

（1）曲柄連桿結(jié)構(gòu)。以曲柄連桿為機(jī)械壓力機(jī)的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，即通過(guò)其向曲軸傳遞運(yùn)動(dòng)和能量，促使曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然后利用連桿來(lái)促使滑塊進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄連桿式機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括滑塊、機(jī)架、曲柄以及連桿等幾部分。其中，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，曲柄部分情況下會(huì)被偏心齒輪或者曲軸代替。壓力機(jī)動(dòng)作時(shí)曲柄的一端會(huì)被固定，圍繞固定點(diǎn)來(lái)進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。連桿和曲柄另一端則會(huì)與滑塊進(jìn)行鉸接。

（2）主傳動(dòng)分析。①自由度計(jì)算。對(duì)曲柄式壓力機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，以固定點(diǎn)為中心曲柄進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)會(huì)通過(guò)相互鉸接的連桿傳遞運(yùn)動(dòng)給滑塊，使其做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由此就可以斷定該機(jī)構(gòu)運(yùn)行主要包括曲柄、連桿以及滑塊三部分[2]。移動(dòng)副則包括滑塊與機(jī)架，其他則為轉(zhuǎn)動(dòng)副。在此情況下進(jìn)行壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)中自由度的計(jì)算，便可以確定機(jī)構(gòu)自由度等于原動(dòng)件數(shù)量，即該壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)存在確定性。②運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，來(lái)確定其運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，得到各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確定滑塊行程為1000mm、16次/min。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以確定其對(duì)應(yīng)的為余弦曲線(xiàn)，而速度曲線(xiàn)為正弦曲線(xiàn)。其中，對(duì)滑塊下死點(diǎn)距離300mm位置作為深拉延開(kāi)始階段，此時(shí)滑塊速度達(dá)到了700mm/s以上，基本上可以達(dá)到行程內(nèi)最大速度值。由此可以證明該速度已經(jīng)超出板材成形所需極限速度值，即壓力機(jī)僅能夠滿(mǎn)足淺拉延成功，而實(shí)現(xiàn)板材深拉延進(jìn)行加工成形。并且，曲柄圍繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的360°和180°為滑塊上下兩個(gè)死點(diǎn)，急回特性比較差，相應(yīng)的生產(chǎn)效率也更低。

（3）主傳動(dòng)設(shè)計(jì)。在完成機(jī)械壓力主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行特性分析以后，將得到的數(shù)據(jù)作為結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)的依據(jù)，消除主傳動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)存的不足，更大程度上來(lái)適應(yīng)板材實(shí)際鍛壓成形加工要求。對(duì)于曲柄式機(jī)械壓力機(jī)來(lái)講，其主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)全部設(shè)置在上梁本體內(nèi)，因此改造設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮主傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)曲柄與連桿長(zhǎng)度以及主齒輪直徑等參數(shù)。正常情況下結(jié)構(gòu)內(nèi)曲柄長(zhǎng)度為滑塊行程的1/2，且為定量參數(shù)。影響滑塊運(yùn)行速度的主要因素為連桿長(zhǎng)度，必須要在確定壓力角最佳數(shù)值以及上梁剛度等參數(shù)后，對(duì)連桿長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后在確定連桿和曲柄長(zhǎng)度參數(shù)以后，以其為依據(jù)來(lái)進(jìn)行主齒輪直徑值的設(shè)計(jì)。

2.2 六連桿主傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)械壓力機(jī)六連桿主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要分為機(jī)架、滑塊、連桿三部分，其中連桿共有六個(gè)，分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4與R1、R2，如圖1所示[3]。其中，連桿L1與L2之間相互固結(jié)后形成一個(gè)連桿L1。在六連桿主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，連桿R1為驅(qū)動(dòng)桿，其一端被固定在O點(diǎn)位置，且以O(shè)點(diǎn)中心做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，而另一端則與桿L1和L2鉸接。連桿R2一端固定在O1位置，另一端則與L1和L4鉸接。并且，連桿L2、L4和L3的一端進(jìn)行鉸接，且L3的另一端與滑塊鉸接。整個(gè)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滑塊沿著Y軸來(lái)進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

對(duì)六連桿主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)橹鱾鲃?dòng)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)柱、導(dǎo)套等全部被設(shè)置在上梁本體內(nèi)部，以及高度參數(shù)為定值，在調(diào)整設(shè)計(jì)上梁高度時(shí)，需要綜合連桿R1、L2、L3長(zhǎng)度進(jìn)行分析確定。對(duì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析后，可以掌握支點(diǎn)位置與各連桿長(zhǎng)度是影響滑塊運(yùn)動(dòng)速度、加速度以及位移的主要因素。因此在以壓力機(jī)上梁結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)，要先確定板材拉延成形加工對(duì)滑塊速度、加速度以及位移方面的具體要求，并由此來(lái)分析確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)支點(diǎn)位置以及各連桿長(zhǎng)度參數(shù)。同時(shí)連桿R1、L2、L3會(huì)對(duì)壓力機(jī)上梁高度產(chǎn)生影響，也需要將其納入到綜合考慮的范圍內(nèi)，通過(guò)適當(dāng)縮短連桿程度的同時(shí)，提高上梁高度的可調(diào)節(jié)性。另外，從機(jī)械壓力機(jī)實(shí)際運(yùn)行便利性和經(jīng)濟(jì)性角度分析，在對(duì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)還要做好上梁結(jié)構(gòu)溝瀆、重量的控制。在不影響上梁結(jié)構(gòu)剛度的前提下，來(lái)調(diào)節(jié)其高度大小，要兼顧各項(xiàng)因素進(jìn)行全面分析，使其能夠在最大限度上滿(mǎn)足板材拉延變形加工工藝要求，為高效生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械壓力機(jī)在制造加工行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，不僅作業(yè)效率高，且產(chǎn)品質(zhì)量具有保障。為全面發(fā)揮出機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，還需要基于板材拉延變形加工工藝要求，針對(duì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)行性能進(jìn)行分析，然后有針對(duì)性地進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 田洪濤.機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析研究[J].智能城市，2018， 4（05）：161-162.

[2] 楊俊.雙點(diǎn)伺服壓力機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2015.

[3] 韓長(zhǎng)偉.機(jī)械壓力機(jī)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].一重技術(shù)，2012，（01）： 24-28.