曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（畢業(yè)設(shè)計(jì)）

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 沖壓機(jī)床</b></p><p>　　沖壓是利用壓力機(jī)和沖模對(duì)材料施加壓力，使其分離或產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定形狀和尺寸大小制品的一種少無切削加工工藝。這種加工方法通常在常溫下進(jìn)行，主要用于金屬板料成型加工，故又稱為冷沖壓。</p><p&

2、gt;　　沖床是制造工業(yè)廣泛采用的沖壓設(shè)備，是生產(chǎn)薄壁零件或一些沖壓零件的主體設(shè)備[1]。</p><p>　　1.1.1 沖壓機(jī)床的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(1)沖壓機(jī)構(gòu)組成</b></p><p>　　沖壓機(jī)構(gòu)由機(jī)床本體、傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力源、控制系統(tǒng)等組成。其中傳動(dòng)系統(tǒng)又由伺服電機(jī)、減速機(jī)、齒輪傳動(dòng)、曲軸傳動(dòng)、連桿。伺服電機(jī)是在伺

3、服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置,其作用是可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線的相對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。曲軸是引擎的主

4、要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件[2-4]。.</p><p>　　(2)送料機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)</p><p>　　送料機(jī)構(gòu)是由擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸，然后再設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)

5、。送料機(jī)構(gòu)要求作間歇送進(jìn)，比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　1.1.2 沖壓機(jī)構(gòu)工作原理</p><p>　　沖壓機(jī)構(gòu)及其相配合的送料機(jī)構(gòu).上模先以比較大的速度接近坯料,然后以近似勻速進(jìn)行拉延成形工作,以后,上模繼續(xù)下行將成品快速推出型腔,最后快速返回.上模退出下模以后,送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置,完成一個(gè)工作循環(huán)[4]。</p><p>　　1.1.3

6、工藝過程</p><p>　　(1)利用成形板料自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)或機(jī)械手自動(dòng)上料，上料到位后，輸送機(jī)構(gòu)迅速返回原位，停歇等待下一循環(huán)。</p><p>　　(2)沖頭往下作直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)坯料沖壓成形。</p><p>　　(3)沖頭（上模）繼續(xù)下行將成品推出型腔，進(jìn)行脫模，最后快速直線返回。</p><p>　　(4)將成形脫模后的薄壁零件在輸送帶

7、上送出。</p><p>　　(5)上模退出下模后，送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。</p><p>　　1.2 沖壓機(jī)床主傳動(dòng)的分類</p><p>　　按主傳動(dòng)方式，沖床可分為曲柄滑塊式、機(jī)械凸輪式、肘桿式、液壓式。</p><p>　　(1)曲柄滑塊式：使用曲柄機(jī)構(gòu)的沖床稱為曲柄滑塊式?jīng)_床，大部分的機(jī)械沖床使用本

8、機(jī)構(gòu)。使用曲柄機(jī)構(gòu)的最多理由是，容易制作、可正確決定行程之下端位置、及滑塊運(yùn)動(dòng)曲線大體上適用于各種加工。因此，這種形式的沖壓適用于沖切、彎曲、拉伸、熱間鍛造、溫間鍛造、冷間鍛造及其他幾乎所有的沖床加工。</p><p>　　(2)機(jī)械凸輪式：在滑塊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上使用凸輪機(jī)構(gòu)之沖床稱為凸輪式?jīng)_床。這種沖床的特征式以制作適當(dāng)?shù)耐馆喰螤?，以便容易地得到所要的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線。但因凸輪機(jī)構(gòu)之性質(zhì)很難傳達(dá)較大的力量，所以這種沖床能

9、力很小。</p><p>　　(3)肘桿伺服式：在滑塊驅(qū)動(dòng)上使用肘桿機(jī)構(gòu)稱為肘桿式?jīng)_床。這種沖床具有在下死點(diǎn)附近的滑塊速度會(huì)變得非常緩慢(和曲柄式?jīng)_床比較)的獨(dú)特滑塊運(yùn)動(dòng)曲線。而且也正確的決定行程的下死點(diǎn)位置，因此，這種沖床適合于壓印加工及精整等的壓縮加工，現(xiàn)在冷間鍛造使用的最多。</p><p>　　(4)液壓式：與上面介紹的機(jī)械式不同，其驅(qū)動(dòng)力由液壓提供。液壓式?jīng)_床以其使用液體不同，有

10、油壓式?jīng)_床和水壓式?jīng)_床，目前使用油壓式?jīng)_床占多數(shù)，水壓式?jīng)_床則多用于大型機(jī)械或特殊機(jī)械。</p><p>　　1.3 沖床設(shè)備安全防護(hù)</p><p>　　在各類機(jī)械設(shè)備傷害事故中，沖壓設(shè)備所造成傷害的比例最大。由沖壓作業(yè)所發(fā)生的重傷事故，一般要占各種重傷事故總數(shù)的50％左右。因此，對(duì)于沖壓設(shè)備安全防護(hù)，必須給予足夠的重視。 </p><p>　　(1)沖壓設(shè)備事

11、故的主要原因沖壓設(shè)備多數(shù)以機(jī)械傳動(dòng)為主，其特點(diǎn)是行程速度快，每分鐘幾次到數(shù)百次。在目前機(jī)械化、自動(dòng)化程度還不高的情況下，多數(shù)沖壓作業(yè)還采用手工操作。操作者在簡(jiǎn)單、頻繁、連續(xù)重復(fù)作業(yè)的情況下，容易產(chǎn)生疲勞。一旦操作失誤，放料不準(zhǔn)，模具移位，都有可能發(fā)生沖斷手指等傷害事故。 </p><p>　　(2)防止沖壓傷害的主要措施：</p><p>　　(a)改革工藝、模具和作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)人手模外作

12、業(yè)。對(duì)于大批量生產(chǎn)作業(yè)，可從改革工藝和模具入手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。例如，采用自動(dòng)化，多工位沖壓機(jī)械設(shè)備，采用多工劃具與機(jī)械化進(jìn)出產(chǎn)裝置，采用連續(xù)模、復(fù)合模等合并工序措施。所有這些不僅能保障沖壓作業(yè)的安全，而且能大大提高生產(chǎn)效率，這是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向。小批量、多品種的沖壓生產(chǎn)，當(dāng)前難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，妥善的辦法是盡量采用安全、勞動(dòng)強(qiáng)度較小、使用方便的工具。同時(shí)，還可改革模具的定位、出件、清理廢料等工序，使操作更為安全。</p>

13、<p>　　(b)改造沖壓設(shè)備，提高生產(chǎn)安全可靠性。目前許多陳舊沖壓設(shè)備的操縱系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)存在很多不安全因素，若繼續(xù)使用對(duì)應(yīng)其進(jìn)行技術(shù)改造。沖壓設(shè)備制造廠應(yīng)當(dāng)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，確保沖壓設(shè)備的安全可靠性。</p><p>　　(c)安裝防護(hù)裝置。由于生產(chǎn)批量小，在既不以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，又不能使用安全沖壓工具的沖壓作業(yè)中，必須安裝安全防護(hù)裝置，以防止由于操作失誤而造成的傷害事故。各種防護(hù)裝置有各自不同的特

14、點(diǎn)和使用范圍，使用不當(dāng)仍然會(huì)發(fā)生傷害事故。因此，必須弄清各種防護(hù)裝置的作用，以做到正確使用，保證操作安全[5]。</p><p>　　1.4 沖壓機(jī)床在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　(1)國(guó)外的發(fā)展情況</p><p>　　目前，國(guó)外沖壓機(jī)床已經(jīng)開始采用伺服電機(jī)+數(shù)控的方式進(jìn)行控制。在現(xiàn)有伺服壓力機(jī)產(chǎn)品方面，有小松公司設(shè)計(jì)制造的H1F系列復(fù)合型伺服壓力機(jī)，

15、會(huì)田公司的NS1-D系列數(shù)控伺服壓力機(jī)，山田公司的Svo-5型與Mag-24型伺服壓力機(jī)，綱野公司的Servo Link型伺服壓力機(jī)，以及金豐公司的CM1型伺服壓力機(jī)。其中H1F45系列AC伺服壓力機(jī)是小松公司順應(yīng)市場(chǎng)變化開發(fā)的一種新型沖壓設(shè)備，其最大的特點(diǎn)是取消了飛輪、離合器和制動(dòng)器，而由AC伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曲柄或螺桿帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可施加350～2000的壓力，并且采用高性能CNC系統(tǒng)，滑塊的動(dòng)作靈活，可在運(yùn)行的過程中隨時(shí)加減

16、速或停止，且精度很高[6-8]。</p><p>　　(2)國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況</p><p>　　國(guó)內(nèi)數(shù)控壓力機(jī)的研制工作起步較晚，水平也較低。上海第二鍛壓機(jī)床廠曾在1976研制出硬件連接數(shù)控(NC)步?jīng)_壓力機(jī)，其板料進(jìn)給系統(tǒng)由電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在從國(guó)外引進(jìn)大量的數(shù)控壓力機(jī)后，國(guó)內(nèi)對(duì)其技術(shù)進(jìn)行了消化、吸收及國(guó)產(chǎn)化工作，在科研人員的努力下，國(guó)產(chǎn)壓力機(jī)裝備水平也有了一定的提升。如北京機(jī)床研究所與

17、天津重型機(jī)器廠聯(lián)合生產(chǎn)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)大型數(shù)控壓力機(jī)，通過伺服閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度的位置、壓力控制，并配有人機(jī)界面。浙江鍛壓機(jī)械有限公司也成功研制JZ21K-110型1100kN開式數(shù)控快速返程壓力機(jī)，該機(jī)是以普通的開式曲柄壓力機(jī)為基型，在傳動(dòng)系統(tǒng)中增設(shè)多連桿機(jī)構(gòu)，在控制系統(tǒng)中增加數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成。該機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、操縱控制等方面均處于同類壓力機(jī)領(lǐng)先水平。其主要技術(shù)特點(diǎn)有：</p><p>　　(a)應(yīng)用曲柄多連桿

18、機(jī)構(gòu)，使滑塊運(yùn)行速度更適宜板料沖壓要求。該機(jī)滑塊能快速接近公稱力行程區(qū)，沖制完成后又可快速返回上死點(diǎn)?？擅黠@縮短滑塊空程時(shí)間，提高生產(chǎn)率。而且，在公稱力行程范圍內(nèi)，該機(jī)滑塊運(yùn)行速度明顯減慢且近似勻速，使上模與工件接觸后的沖擊減少，沖裁噪聲明顯降低，模具使用壽命延長(zhǎng)。當(dāng)滑塊運(yùn)行至下死點(diǎn)附近范圍時(shí)，可在一定時(shí)間內(nèi)保壓，從而提高拉深制件質(zhì)量。</p><p>　　(b)采用了美國(guó)HELM公司的數(shù)控系統(tǒng)，使主機(jī)具有以下功

19、能：菜單式顯示和設(shè)定壓力機(jī)工作狀態(tài)；實(shí)時(shí)顯示曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度、滑塊運(yùn)行速度與沖壓力；沖壓速度實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)定；顯示并控制制件計(jì)數(shù)；可在線編程電了凸輪；高速模具保護(hù)接口；具有光線式安全保護(hù)裝置；中英文自動(dòng)顯示故障原因并提示診斷方法；可設(shè)定各類安全密碼；可配置裝模高度傳感器，實(shí)現(xiàn)裝模高度閉環(huán)控制；可配置送料伺服系統(tǒng)[6]。</p><p>　　1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容及手段</p><p>　　針

20、對(duì)課題中出現(xiàn)的幾個(gè)問題，將在接下來的時(shí)間里通過以下途徑來解決。</p><p>　　(1)查閱相關(guān)書籍資料，了解關(guān)于沖床沖壓技術(shù)及傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　(2)沖床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì),根據(jù)所給定的參數(shù)，查閱有關(guān)方面書籍資料，設(shè)計(jì)總體的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(3)使用三維造型軟件將所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型繪制出來。</p><p&

21、gt;<b>　　2 曲柄壓力機(jī)</b></p><p>　　曲柄壓力機(jī)是材料成型（塑性成型）種廣泛應(yīng)用的設(shè)備，通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)獲得材料成形時(shí)所需的力和直線位移，可進(jìn)行沖壓，擠壓，鍛造等工藝，廣泛應(yīng)用與汽車工業(yè)，航空工業(yè)，電子儀表工業(yè)，五金輕工業(yè)領(lǐng)域[6]。</p><p>　　2.1 曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)壓力機(jī)各部分

22、零件的功能，可分為如下幾個(gè)組成部分：</p><p>　　(1)工作機(jī)構(gòu) 設(shè)備的工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)由曲柄連桿，滑塊組成，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　(2)傳動(dòng)系統(tǒng) 由帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)組成，將電動(dòng)機(jī)能量傳輸至工作機(jī)構(gòu)，在傳輸過程中，轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)矩逐漸增加。</p><p>　　(3)操作機(jī)構(gòu) 主要由離合器，制動(dòng)器以及相應(yīng)電氣系統(tǒng)組成，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)

23、后，控制工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，使其能間歇或連續(xù)工作。</p><p>　　(4)能源部分 由電動(dòng)機(jī)和飛輪組成。機(jī)器運(yùn)行的能源由電動(dòng)機(jī)提供，開機(jī)后電動(dòng)機(jī)對(duì)飛輪進(jìn)行加速，壓力機(jī)短時(shí)工作能量則由飛輪提供，飛輪起著儲(chǔ)存和釋放能量的作用。</p><p>　　(5)支承部分 由機(jī)身，工作臺(tái)和緊固件等組成。它把壓力機(jī)所有零部件連成一個(gè)整體。</p><p>　　(6)輔助系統(tǒng) 包

24、括氣路系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，過載保護(hù)裝置，氣墊快換模，打料裝置，監(jiān)控裝置等。它提供高壓力計(jì)的安全性和操作方便性。對(duì)新型壓力機(jī)，此系統(tǒng)成本所占比例有提升趨勢(shì)[7]。</p><p>　　2.2 曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，亦是壓力機(jī)的核心部分，它將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線上下運(yùn)動(dòng)，提供給磨具工作所需的成形力和位移，同時(shí)提供一些輔助

25、功能，如裝模高度調(diào)節(jié)，過載保護(hù)頂件等。</p><p>　　按曲柄形式，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)主要有如下幾種：</p><p>　　(1)曲軸式 曲軸兩端由設(shè)備床身支撐，當(dāng)曲軸繞支撐軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊在導(dǎo)軌的約束下上下運(yùn)動(dòng)，上下位置之差值為2R，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用與較大行程的中小型壓力機(jī)上。</p><p>　　(2)偏心齒輪式 偏心齒輪安裝在芯軸上并繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過偏心齒輪與芯軸的偏心距

26、為R，實(shí)現(xiàn)曲柄機(jī)構(gòu)動(dòng)作，應(yīng)用于中大型壓力機(jī)，芯軸僅受彎矩，偏心齒輪受彎矩作用，負(fù)荷分配合理，加工制作也方便，但偏心軸直徑較大，有一定磨損功耗[7-8]。</p><p>　　2.3 曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式</p><p>　　(1)上傳動(dòng)及下傳動(dòng)的比較</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在壓力機(jī)工作臺(tái)之上的為上傳動(dòng)，在工作臺(tái)之下的為下傳動(dòng)?，F(xiàn)有的通用壓力機(jī)大多

27、數(shù)采用上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　(2)曲軸縱放和橫放的比較</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)曲軸安裝形式有垂直與壓力機(jī)正面（稱為縱放）及平行與壓力機(jī)正面（稱為橫放）兩種形式。舊式通用壓力機(jī)多采用橫放的安裝模式。這種布置曲軸和傳動(dòng)軸比較長(zhǎng)，受力點(diǎn)與支承的距離比較大，外形不夠美觀，現(xiàn)代壓力機(jī)越來越多的采用縱放的安裝模式。傳動(dòng)系統(tǒng)剛性好，外觀美觀。</p><p>　

28、　(3)開式及閉式傳動(dòng)的比較</p><p>　　開式及閉式傳動(dòng)系統(tǒng)指?jìng)鲃?dòng)齒輪安放在機(jī)身外還是機(jī)身內(nèi)。開式傳動(dòng)齒輪工作條件差，外形不美觀，但安裝維修方便，而閉式傳動(dòng)齒輪工作條件較好，但安裝維修困難?，F(xiàn)較多的采用開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(4)單邊和雙邊齒輪傳動(dòng)的比較</p><p>　　對(duì)于一般的壓力機(jī)均采用單邊傳動(dòng)[8]。</p><

29、p>　　2.4 曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)級(jí)數(shù)及速比的分配</p><p>　　壓力機(jī)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘行程次數(shù)有關(guān)，行程次數(shù)低，則總速比大，傳動(dòng)級(jí)數(shù)就應(yīng)多些，否則每級(jí)的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊?，F(xiàn)有開式壓力機(jī)傳動(dòng)級(jí)數(shù)一般不超過三級(jí)。行程次數(shù)在80次/分以上的用單級(jí)傳動(dòng)。80次/分～40次/分的用二級(jí)傳動(dòng)。40次/分～10次/分的用三級(jí)傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)中心距與模數(shù)的確定見表2.1。</p>

30、<p>　　表2.1 齒輪傳動(dòng)中心距與模數(shù)</p><p>　　2.5 本課題傳動(dòng)系統(tǒng)選型</p><p>　　2.5.1 傳統(tǒng)沖壓機(jī)床</p><p>　　傳統(tǒng)沖壓機(jī)床工作原理如圖4.1所示，電動(dòng)機(jī)1通過三角皮帶驅(qū)動(dòng)大皮帶輪3，經(jīng)過離合器5和齒輪6、7、8帶動(dòng)偏心齒輪9，帶動(dòng)滑塊13和凸模14直線下行，沖壓工作完成后滑塊回程上行，離合器自動(dòng)脫開，同

31、時(shí)制動(dòng)器4接通，使滑塊停止在上死點(diǎn)附近，大皮帶輪同時(shí)起到飛輪的作用，偏心齒輪9和曲軸的作用相同。</p><p>　　機(jī)械壓力機(jī)的載荷是沖擊性的，即在一個(gè)工作周期內(nèi)沖壓工作的時(shí)間很短，短時(shí)的最大功率比平均功率大十幾倍以上，因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中都設(shè)置有飛輪，按平均功率選用的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，積蓄動(dòng)能。凸模接觸坯料開始鍛壓工作后，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率小于載荷，轉(zhuǎn)速降低，飛輪釋放出積蓄的動(dòng)能進(jìn)行補(bǔ)償。鍛壓工作完

32、成后，飛輪再次加速積蓄動(dòng)能，以備下次使用。</p><p>　　機(jī)械壓力機(jī)上的離合器與制動(dòng)器設(shè)有機(jī)械或電氣連鎖，以保證離合器接合前制動(dòng)器一定松開，制動(dòng)器制動(dòng)前離合器一定脫開。</p><p>　　生產(chǎn)中，有可能發(fā)生超載現(xiàn)象，為保證設(shè)備和人員安全，常在壓力機(jī)上裝設(shè)有過載保護(hù)裝置和光電保護(hù)裝置。</p><p>　　1－電動(dòng)機(jī)，2－小皮帶輪，3－大皮帶輪，4－制動(dòng)器，5

33、－離合器</p><p>　　6、8－小齒輪，7－大齒輪，9－偏心齒輪，10－芯軸，11－機(jī)身，12－連桿</p><p>　　13－滑塊，14－凸模，15－凹模，16－墊板，17－工作臺(tái)，18－液壓氣墊</p><p>　　圖2.1 機(jī)械壓力機(jī)工作原理圖</p><p>　　該類機(jī)床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上仍是落后的飛輪、離合器－制動(dòng)器組合模式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

34、、臃腫，多環(huán)節(jié)傳動(dòng)精度差，噪音大；該壓力機(jī)雖然采用了流行的PLC控制，但主要集中在電氣、電機(jī)的起停、油路、氣路上，控制動(dòng)作多為開關(guān)量，而對(duì)于滑塊的位置速度無法做到有效的控制，對(duì)不同工件的沖裁適應(yīng)性差，尤其是可塑性差、易脆裂等難加工材料制品的沖裁和拉深加工；同時(shí)，加工過程中壓力機(jī)狀態(tài)采用指示燈顯示，缺乏直觀的狀態(tài)與故障監(jiān)控，生產(chǎn)及工藝管理也無從談起[10]。</p><p>　　2.5.2 總體方案選型及設(shè)計(jì)&l

35、t;/p><p>　　針對(duì)傳統(tǒng)壓力機(jī)存在的不足，參照第三代壓力機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，提出設(shè)計(jì)目標(biāo)為：摒棄傳統(tǒng)的飛輪、離合器－制動(dòng)器，以大功率交流伺服電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流異步電機(jī)，通過一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)作。同時(shí)，控制功能在原有的邏輯控制基礎(chǔ)上增加上位機(jī)監(jiān)控和運(yùn)動(dòng)控制，分別實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和滑塊位置速度可調(diào)，提高壓力機(jī)的加工“柔性” ?；谒欧姍C(jī)直接伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)設(shè)計(jì)方案如圖2.2所示。</p

36、><p>　　圖2.2 伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)系統(tǒng)框圖</p><p>　　在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，伺服電機(jī)只通過一級(jí)減速齒輪，再依靠連桿帶動(dòng)滑塊上下運(yùn)動(dòng)，這樣有效降低了傳動(dòng)誤差，提高了滑塊位置精度，并且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減小使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。同時(shí)，通過一級(jí)齒輪減速，可減小電機(jī)的調(diào)速范圍，增大出力比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。緊急制動(dòng)裝置采用電磁制動(dòng)器，在過載、故障、電源斷電時(shí)需要緊急停車時(shí)，電磁制動(dòng)器斷電，彈簧作

37、用于制動(dòng)盤上，使處于銜鐵與電機(jī)端蓋之間的制動(dòng)盤被夾緊，依靠摩擦力矩使電機(jī)軸停轉(zhuǎn)；當(dāng)制動(dòng)器通電時(shí)，電磁鐵心將銜鐵吸合，制動(dòng)盤被釋放，即制動(dòng)器被打開[11-13]。</p><p>　　3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　沖床設(shè)計(jì)的主要參數(shù)：</p><p>　　公稱力：Ρg =600 KN<

38、;/p><p>　　滑塊行程： S =140 mm</p><p>　　公稱力行程：Sg =5 mm</p><p>　　行程次數(shù)：平均行程次數(shù)：57spm（spm 表示每分鐘滑塊動(dòng)作次數(shù)），滑塊在行程內(nèi)最高為75spm，最低為25spm；</p><p>　　最大裝模高度：H =320 mm</p><p>　　裝模高

39、度調(diào)節(jié)量：ΣH =80 mm</p><p><b>　　齒輪減速比：10</b></p><p>　　曲柄半徑：R=70 mm</p><p>　　連桿長(zhǎng)度：L=640 mm</p><p>　　3.2 曲軸的確定</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，亦是壓力機(jī)的核心部

40、分，分析它的運(yùn)動(dòng)與受力特點(diǎn)是設(shè)計(jì)曲柄壓力機(jī)的關(guān)鍵。其主要計(jì)算S-曲線的繪制，滑塊速度的計(jì)算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計(jì)算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強(qiáng)度的計(jì)算。</p><p>　?。?） S-曲線的繪制</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.1所示</p><p>　　圖

41、3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　?。?）滑塊速度計(jì)算</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　W-曲柄角速度 </p><p>　　曲柄在時(shí)，滑塊速度最大，最大速度 n--滑塊行程次數(shù)</p><p><b&

42、gt;　　（3）曲軸公稱轉(zhuǎn)角</b></p><p>　?。?）曲軸尺寸的確定</p><p>　　曲軸直徑do </p><p><b>　　取do為120mm</b></p><p>　　曲軸其它部位尺寸如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 曲軸基本尺寸</p

43、><p>　　其各個(gè)部分的公式分別為：</p><p>　　rA-曲柄半徑 取值為75mm</p><p>　　rB-連桿球頭或銷軸半徑；此方案選用球頭，</p><p>　　用公式 取其值為dB=120mm</p><p><b>　　則rB=60mm</b></p><p&

44、gt;　　（5）曲軸扭矩的計(jì)算</p><p>　　曲軸在公稱轉(zhuǎn)角時(shí)發(fā)生公稱力Pg。曲軸傳遞的扭矩按下式求得，其中-曲柄連桿機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)，對(duì)于開式壓力機(jī)=0.04</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=18360NM</p><p>　?。?） 曲軸強(qiáng)度的計(jì)算</p&g

45、t;<p>　　(a)齒輪對(duì)軸的作用力要比連桿對(duì)曲軸的作用力小得多，忽略不計(jì)。</p><p>　　(b)連桿對(duì)曲軸的作用力近似等于公稱力，并分別以1/2Pg作用在連桿瓦兩側(cè)距曲柄臂2r處。</p><p>　　(c)曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂2r處。</p><p>　　(d)曲柄頸所受扭矩要比彎矩小得多，忽略不計(jì)。反之支承頸彎矩小得多，忽略不計(jì)

46、[13]。C-C和B-B截面圖如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 C-C與B-B截面圖</p><p>　　危險(xiǎn)截面C-C的彎矩為：</p><p>　　NM (3-4)</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=34500 NM</p><p

47、><b>　　最大彎矩應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=Pa</p><p>　　由上式可知，曲軸彎曲應(yīng)力當(dāng)曲軸尺寸一定時(shí)值為一定值。</p><p>　　危險(xiǎn)截面B-B的扭矩為：</p><p>&l

48、t;b>　　最大剪切應(yīng)力為：</b></p><p>　　由上式可知，曲拐剪切應(yīng)力為當(dāng)量力臂的函數(shù)，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化而變化。許用值表見表3.1。</p><p>　　表 3.1 與 許用值</p><p>　　根據(jù)，計(jì)算值，令=，=。由上式得：</p><p>　　截面C-C：帶入數(shù)據(jù)得[P]=N</p>&

49、lt;p><b>　　截面B-B： N</b></p><p>　　由上式得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時(shí)滑塊的許用負(fù)荷曲線，如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 許用負(fù)荷曲線</p><p>　　綜合所有計(jì)算最后所得曲軸尺寸如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 曲軸尺寸圖</p><p&

50、gt;　　3.3 齒輪的計(jì)算</p><p>　　齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛。齒輪材料的種類很多，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素很多，類如必需滿足工作條件的要求，應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小，毛坯成形方法及熱處理和制造工藝等。齒輪傳動(dòng)需要很大的力與扭矩，因此需要進(jìn)行齒輪強(qiáng)度的計(jì)算與校核[12]。</p><p>　　3.3.1 齒輪的初定</p><p&

51、gt;　　經(jīng)查得相關(guān)資料得齒輪中心距=帶入=120</p><p>　　得中心距=600--780mm 此設(shè)計(jì)方案種選擇600mm</p><p>　　模數(shù)==0.09120=10.8mm</p><p><b>　　小齒輪齒數(shù)取20</b></p><p>　　則小齒輪的分度圓直徑為=2010.8=216mm</

52、p><p>　　又因?yàn)橹行木?=600mm</p><p>　　所以求得=984mm</p><p>　　因?yàn)闇p速比為10所以大齒輪的齒數(shù)為200</p><p>　　由此可將大齒輪初定為齒數(shù)200，分度圓直徑為984mm，模數(shù)為10.8</p><p>　　小齒輪初定為齒數(shù)20，分度圓直徑為216mm,模數(shù)為10.8&l

53、t;/p><p>　　大此輪初定后，還需要校核圓周速度V</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　3.3.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　齒輪寬度B的選定</b>&l

54、t;/p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　=108--135 mm</p><p>　　齒輪寬度選120mm</p><p>　　大齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　式入

55、， 取1，取1.3，=18360NM，</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式中求得<</p><p>　　小齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　式中 ，取1，取1.3，=18360NM，</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式中求得<<

56、/p><p>　　參考值查于《機(jī)械設(shè)計(jì)第八版》</p><p>　　對(duì)于開式傳動(dòng)齒輪，除計(jì)算彎曲強(qiáng)度外，還需要驗(yàn)算接觸強(qiáng)度否則會(huì)引起蝕破壞，計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入公式中求得</p><p>　　根據(jù)大齒輪計(jì)算值，令，由計(jì)算公式得

57、</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　由式(3-11)求得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時(shí)，滑塊許用負(fù)荷曲線如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 滑塊許用負(fù)荷曲線</p><p>　　綜合上面有關(guān)大齒輪與小齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算與接觸強(qiáng)度的計(jì)算與校核，得出的結(jié)果為<,<符合該設(shè)計(jì)方案的要

58、求。</p><p>　　3.4 連桿及滑塊的計(jì)算</p><p>　　連桿與滑塊通過球頭螺桿連接在一起與曲軸連接，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成連桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行沖壓，是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中重要組成部分，因此分析它是設(shè)計(jì)曲柄壓力機(jī)不可缺少的一部分[13]。</p><p>　　3.4.1 球頭螺桿尺寸的確定</p><p>　　連桿分為長(zhǎng)度

59、可調(diào)與長(zhǎng)度不可調(diào)兩種形式，長(zhǎng)度可調(diào)連桿由連桿體與球頭調(diào)節(jié)螺桿組成。用手動(dòng)或機(jī)械的方式改變二者的位置就可以改變連桿長(zhǎng)度，從而改變壓力機(jī)的裝模高度。調(diào)節(jié)方式視壓力機(jī)的公稱力大小，可直接用扳手調(diào)節(jié)螺桿或通過螺輪付，棘輪棘爪等手動(dòng)形式和由電動(dòng)機(jī)通過渦輪付驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)方式[14]。這種球頭可調(diào)節(jié)連桿，加工簡(jiǎn)單，裝配調(diào)整維修容易，結(jié)構(gòu)緊湊，連桿系數(shù)小，滑塊導(dǎo)軌所受側(cè)壓力及曲軸所受扭矩也較小。長(zhǎng)度不可調(diào)的典型機(jī)構(gòu)是連桿下端與圓柱銷與調(diào)節(jié)螺母連接，連桿剛

60、性較好，和球頭相比，加工方便，該結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)螺桿不承受彎矩，但由于連桿系數(shù)略有增加，滑塊側(cè)壓力較大，軸齒輪受扭矩也有所增加，且銷軸所受面積比球頭小，如采用三點(diǎn)式支承或圓柱面接觸傳遞扭矩，由于加工困難，維修方便，故采用較少[15]。連桿有關(guān)的主要尺寸，可有表3.2初定：</p><p>　　表 3.2 連桿相關(guān)尺寸參照表</p><p>　　球頭式連桿如圖3.6所示</p><

61、;p>　　圖3.6 球頭式連桿尺寸</p><p>　　由上表可得球頭螺桿各尺寸：</p><p><b>　　取120mm</b></p><p><b>　　取90mm</b></p><p><b>　　取80mm</b></p><p>&

62、lt;b>　　取120mm</b></p><p><b>　　取150mm</b></p><p><b>　　取200mm</b></p><p>　　連桿常用鑄鐵ZG35或鑄鐵HT200制造，經(jīng)正火或退火，調(diào)節(jié)螺桿用45號(hào)調(diào)質(zhì)處理，球頭表面淬火，硬度HRC40-45,螺桿采用三角形螺紋。</p

63、><p>　　3.4.2 連桿計(jì)算</p><p>　　連桿的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3.7所示</p><p>　　圖3.7 連桿的計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　連桿受到壓應(yīng)力及彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用，危險(xiǎn)截面A-A處的合成應(yīng)力由下式計(jì)算：</p><p>　　式中-危險(xiǎn)截面壓應(yīng)力 pa</p><p>&

64、lt;b>　　--壓力機(jī)公稱力</b></p><p>　　--危險(xiǎn)截面A-A截面積</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　--危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力 pa</p><p>　　式中 --危險(xiǎn)截面的截面模數(shù) 對(duì)圓形截面</p><p>　　--危

65、險(xiǎn)截面的彎矩 Nm</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。--摩擦系數(shù) 取=0.05 =75mm =60mm</p><p>　　--危險(xiǎn)截面至球頭中心的距離 為60mm</p><p>　　--連桿長(zhǎng)度640mm</p><p>　　將

66、數(shù)據(jù)帶入式中求得=1419 =1538.4</p><p>　　由于調(diào)節(jié)螺紋的抗彎強(qiáng)度均比擠壓強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度低，且連桿體的材質(zhì)比螺桿差，所以只需驗(yàn)算連桿體螺紋的彎曲應(yīng)力[16]。</p><p>　　綜合所有計(jì)算最后所得連桿尺寸如圖3.8所示</p><p>　　圖3.8 連桿尺寸圖</p><p>　　3.4.3 滑塊的確定<

67、/p><p>　　對(duì)于普通的型的開式壓力機(jī)，滑塊導(dǎo)向長(zhǎng)度與寬度之比為1.3-1.6，滑塊導(dǎo)向長(zhǎng)度與滑塊行程有關(guān)，行程越大，導(dǎo)向長(zhǎng)度越長(zhǎng)，一般取=（5.5-7）S，則</p><p><b>　　取900mm</b></p><p>　　因?yàn)?1.3-1.6 取1.4 則B=640mm</p><p>　　滑塊尺寸圖如圖3.9

68、所示</p><p>　　圖3.9 滑塊的尺寸圖</p><p><b>　　4 伺服電機(jī)選型</b></p><p>　　4.1 伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)可行性分析</p><p>　　在直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)最初研究中，由于受到不少技術(shù)的局限性而無法得以實(shí)現(xiàn)。隨著新材料、電力電子及微處理技術(shù)、控制理論與電機(jī)理論的發(fā)展，壓力機(jī)采用

69、伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的條件已逐漸成熟。</p><p>　　(1)大功率伺服電機(jī)的研制</p><p>　　驅(qū)動(dòng)裝置是所有機(jī)電系統(tǒng)的核心，提供裝備所需動(dòng)力并實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)期以來，重載驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合均采用直流電機(jī)，但由于其結(jié)構(gòu)存在機(jī)械換向和電刷這一致命弱點(diǎn)，而伺服電機(jī)功率不足，限制了其在壓力機(jī)中的應(yīng)用。1983年日本和美國(guó)分別發(fā)明了稀土制作的強(qiáng)永磁合金釹鐵硼（NdFeB），經(jīng)過三代發(fā)展，現(xiàn)已成為性

70、能最好的永磁材料，其磁能積高出鐵氧體一個(gè)數(shù)量極以上。用這種強(qiáng)磁合金制造的同步電機(jī)體積小、重量輕、出力大，效率高，動(dòng)作快。同時(shí)，在工業(yè)應(yīng)用中，交流同步伺服電機(jī)相比于異步伺服電機(jī)在可控性、過載能力、可靠性、體積、重量、節(jié)能、效率及耐受環(huán)境等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。此外，同步電機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，儲(chǔ)存制動(dòng)能量，這對(duì)于間歇工作的成形裝備，具有重要的意義。大轉(zhuǎn)矩、高效率的永磁同步伺服電機(jī)應(yīng)用到機(jī)械壓力機(jī)具有明顯的潛力。日本FANUC、安川公司都已

71、研制出了最高功率高達(dá)150kw的交流伺服系列電機(jī)。</p><p>　　(2)電機(jī)儲(chǔ)能及電網(wǎng)沖擊</p><p>　　曲柄壓力機(jī)的負(fù)載屬于沖擊負(fù)載，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的工作負(fù)荷，依此時(shí)間內(nèi)計(jì)算的功率選擇電機(jī)，電機(jī)的容量將會(huì)很大，因此傳統(tǒng)方式是設(shè)置飛輪以減少電機(jī)功率。在交流伺服驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)中，為獲得運(yùn)動(dòng)的可控性，取消了飛輪，使傳動(dòng)部分的慣量減到最小，工作負(fù)荷全部靠電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩克服。但如果

72、僅以電機(jī)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，同樣存在著電機(jī)容量大，價(jià)格昂貴的問題。通過理論及試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)可以通過在控制電路中增加“電子飛輪”—儲(chǔ)能電容的方式來實(shí)現(xiàn)原本由飛輪來完成的能量存儲(chǔ)及瞬時(shí)能量釋放。壓力機(jī)空行程時(shí)電機(jī)可低功率運(yùn)行，而在工作行程內(nèi)，通過電容瞬時(shí)放電輔助，輸出所需的沖壓力矩，這樣可大大減少電機(jī)的體積、功率。</p><p>　　同時(shí)，在伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)情況下，無飛輪儲(chǔ)能，電機(jī)釋放瞬時(shí)扭矩來克服工作負(fù)荷時(shí)將產(chǎn)生很大的電

73、流沖擊，若不采取相應(yīng)措施，將對(duì)電網(wǎng)造成隱患。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置的儲(chǔ)能裝置，將起到“飛輪”的作用，空行程時(shí)儲(chǔ)存電能，工作行程中為電機(jī)提供瞬時(shí)大電流，減速時(shí)，采用電磁制動(dòng)，電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，產(chǎn)生的能量由儲(chǔ)能電容儲(chǔ)存。</p><p>　　(3)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步</p><p>　　交流同步伺服電機(jī)的運(yùn)行離不開驅(qū)動(dòng)控制電路,電力電子技術(shù)及微處理技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)了同步伺服電機(jī)在成形裝備中的實(shí)用價(jià)值

74、。隨著功率開關(guān)管從早期的晶閘管發(fā)展到目前的智能模塊(IPM)，使)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置向著重量輕、體積小、高效率、高可靠性、高性能、高精度、多功能及智能化方向發(fā)展。同時(shí)，高速微處理器和DSP器件的出現(xiàn)，使控制器實(shí)現(xiàn)了半數(shù)字化的數(shù)模混合控制和全數(shù)字化的控制，運(yùn)行速度、處理能力提高很大，而且還有專用的控制芯片出現(xiàn)。</p><p>　　4.2 電機(jī)選型分析</p><p>　　壓力機(jī)加工具有負(fù)載大

75、、沖擊強(qiáng)的特征，直接驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)與傳統(tǒng)壓力機(jī)用電機(jī)相比，需要輸出更大的扭矩，具備更強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力。因此，有必要對(duì)直接驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)選型進(jìn)行分析。電機(jī)兩個(gè)主要選型參數(shù)為額定功率和額定輸出扭矩，其中電機(jī)功率計(jì)算除了分析壓力機(jī)一個(gè)工作周期所消耗的能量，還應(yīng)考慮加減速動(dòng)態(tài)過程。</p><p>　　4.2.1 功率計(jì)算</p><p>　　已知曲柄壓力機(jī)參數(shù):公稱壓力Pg＝600KN，滑塊行程

76、140mm，公稱力行程5mm，平均行程次數(shù)為57spm（25～75），封高調(diào)節(jié)量為80mm，公稱壓力角，曲柄半徑R＝70mm，連桿長(zhǎng)度L=640mm，連桿系數(shù)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速比為10。</p><p>　　本項(xiàng)目中計(jì)算伺服電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)考慮兩部分:首先是恒速驅(qū)動(dòng)時(shí)一個(gè)工作周期所消耗的能量,其次是加速時(shí)消耗的能量。</p><p>　　(1)恒速驅(qū)動(dòng)下電機(jī)功率計(jì)算</p>&

77、lt;p>　　壓力機(jī)一個(gè)工作循環(huán)所消耗的能量A為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式（4-1）中：</b></p><p>　　為工件變形功（屬有效能量）；</p><p>　　為拉深墊工作功，即進(jìn)行拉深工藝時(shí)壓邊所需的功（屬有效能量）；</

78、p><p>　　為工作行程中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量；</p><p>　　為工作行程時(shí)壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量；</p><p>　　為壓力機(jī)空程向下和空程向上時(shí)所消耗的能量。</p><p><b>　　(a)工件變形功</b></p><p>　　曲柄壓力機(jī)通常用于沖裁、拉深、模鍛

79、和擠壓等工藝，不同工藝工件變形所需的能量不同，在工作行程內(nèi)壓力機(jī)的工作負(fù)荷如圖4.3所示。通用壓力機(jī)是以厚板沖裁負(fù)荷作為變形功的計(jì)算依據(jù)。</p><p>　　圖4.3 壓力機(jī)工作負(fù)荷圖</p><p>　　在沖裁工件時(shí),當(dāng)沖頭進(jìn)入到板料厚度的0.4～0.5倍時(shí)板料即斷裂,因此通常取</p><p><b>　?。?-2）</b></p&

80、gt;<p>　　式中 為板料厚度，h為切斷厚度。</p><p>　　將圖4.3中的曲線視為三角形，則沖裁時(shí)的變形功為</p><p>　　＝ （4-3）</p><p>　　考慮到曲線為鼓形，應(yīng)增加裕量，則：</p><p>　　＝0.7

81、 （4-4）</p><p>　　將式（4-2）代入（4-4）得：</p><p>　?。?.315 （4-5）</p><p>　　對(duì)于單級(jí)傳動(dòng)壓力機(jī)，有以下經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p><b>　?。?-6）</b></p>

82、<p><b>　　則：＝＝926 J</b></p><p><b>　　(b)拉深墊工作功</b></p><p>　　對(duì)于帶拉深墊的壓力機(jī)，應(yīng)按淺拉深工藝來計(jì)算工藝變形功。根據(jù)文獻(xiàn)介紹，當(dāng)量淺拉深功略大于式（4-5）計(jì)算出的厚板沖裁功。為設(shè)計(jì)方便，用厚板沖裁功代替淺拉深功。但應(yīng)考慮工件壓邊所需的功，即拉深墊工作功，消耗的能量大小取

83、決于壓緊力和工作行程。拉深墊工作功計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中為壓力機(jī)公稱壓力，S為滑塊行程長(zhǎng)度。</p><p>　　則＝＝2333.3 J</p><p>　　(c)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量</p><p>　　對(duì)于通用壓力機(jī)，曲柄滑

84、塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量可由如下公式表示：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　其中為摩擦當(dāng)量力臂， 為公稱壓力，為公稱壓力角。</p><p>　　計(jì)算公式為＝，已知參數(shù)摩擦系數(shù)＝0.04，＝0.109，曲軸曲柄頸直徑＝160mm，球頭直徑＝150mm，曲軸支承頸直徑=130 mm，則＝0.04［1.109

85、5;160＋0.109×150＋130］/2=6.47mm。</p><p>　　因此，＝0.5×0.00647×600××0.342＝663.8 J</p><p>　　(d)壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的功</p><p>　　壓力機(jī)處于工作行程中時(shí)，機(jī)身和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等受力系統(tǒng)因受載產(chǎn)生彈性變形，因而引起能量

86、損耗，有時(shí)一部分的彈性變形能量可以轉(zhuǎn)化為有用能量，為了安全，認(rèn)為全部彈性變形能量都已損失。</p><p>　?。?（4-9）</p><p>　　其中表示壓力機(jī)總的垂直變形，＝，為壓力機(jī)垂直剛度，查表得開式壓力機(jī)推薦值為400，＝600∕400＝1.5mm。</p><p>　　則 ＝600×

87、5;1.5×∕2＝450 J</p><p>　　(e)空程向下和空程向上時(shí)所消耗的能量</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，查表得到對(duì)應(yīng)60噸壓力機(jī)空程損耗功為978J，因此＝978J。</p><p>　　綜合以上分析，壓力機(jī)一個(gè)工作循環(huán)所消耗的總能量:</p><p>　　=926+2333.3+663.8+450+9

88、78=5351.1 J </p><p>　　壓力機(jī)一個(gè)工作循環(huán)電機(jī)平均功率為：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中k為電機(jī)安全系數(shù)，查表得k＝1.5；t為工作循環(huán)時(shí)間，，n為滑塊行程次數(shù)，n=57，為行程利用系數(shù)，手動(dòng)送料時(shí)＝0.5，則t＝＝2.1s,為壓力機(jī)總效率，帶拉深墊且為手動(dòng)送料時(shí)為0.45。&

89、lt;/p><p>　　因此N＝＝8.5（kW）。</p><p>　　(2) 電機(jī)加速或減速時(shí)電機(jī)功率計(jì)算</p><p>　　在一個(gè)沖壓行程中，伺服電機(jī)的速度經(jīng)歷勻速、減速、加速的變化過程，因此在確定伺服電機(jī)的功率時(shí)，還需考慮其加、減速時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化由電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程決定，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為：</p>

90、;<p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　其中T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，為折算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，為機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸的摩擦轉(zhuǎn)矩，為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速，J為折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　　圖4.4為變速驅(qū)動(dòng)時(shí)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，到為減速區(qū)，到為加速區(qū)，其余時(shí)段為勻速區(qū)。系統(tǒng)加速時(shí),T＞+,即＞0，電機(jī)提供加速力矩；當(dāng)系統(tǒng)減速時(shí)

91、，T＜+,即＜0，電機(jī)提供制動(dòng)力矩。</p><p>　　圖4.4伺服電機(jī)變速運(yùn)動(dòng)模型</p><p>　　首先討論系統(tǒng)加速，設(shè)加速力矩為，則＝J，已知電機(jī)軸上的總慣量為0.574，滑塊最高行程次數(shù)為75，則電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速為750rpm,滑塊一個(gè)工作循環(huán)所用的時(shí)間為1.05s，滑塊行程為140mm，工作行程為5mm。在此預(yù)先按一級(jí)減速計(jì)算。進(jìn)行拉深工藝時(shí)，滑塊行程次數(shù)變化最大為25spm加

92、速到75spm，25spm時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為25×10＝150rpm，因此，電機(jī)從250rpm加速到最大角速度750rpm才能滿足工藝及速率要求。</p><p>　　到下死點(diǎn)的時(shí)間為：∕＝0.07s。綜合生產(chǎn)效率和節(jié)能的考慮，初步設(shè)定加速時(shí)間為0.2s,則電機(jī)的最大加速度為：</p><p>　?。剑剑?61.7（）</p><p>　　則＝J＝261.7&#

93、215;0.574＝150.2Nm。</p><p>　　電機(jī)按最大的加速度加速到750rpm時(shí)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)功率為：</p><p>　　＝750×2×3.14×150.2∕60＝11.8（kW）</p><p>　　電機(jī)通過再生制動(dòng)減速，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)將產(chǎn)生能量反饋到直流母線，因此沒有消耗能量，無需考慮在電機(jī)功率內(nèi)。<

94、/p><p>　　4.2.2 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p><b>　　(1)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)輸出軸上的扭矩，計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　其中＝600kN，曲柄

95、半徑R=70mm，＝0，＝10。</p><p>　　則=600=1411Nm</p><p><b>　　(2)電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　工作時(shí)壓力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的摩擦轉(zhuǎn)矩是不可忽略的。主要的摩擦有四處:(a)滑塊導(dǎo)軌面；(b)曲軸(或芯軸)支承)和軸承之間的摩擦；(c)曲柄頸和連桿大端軸承之間的摩擦；(d)球頭與球頭座之間的

96、摩擦。據(jù)此，機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中為機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩，為機(jī)械摩擦系數(shù)，對(duì)開式壓力機(jī)＝0.04～0.05；，在計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量已求得＝6.48mm，則＝＝3888Nm。</p><p>　　機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：</p><p&

97、gt;　?。?888∕（10×0.9）＝432Nm</p><p>　　因此，電機(jī)軸上的最大轉(zhuǎn)矩＝1411＋432＝1843Nm。在工作行程內(nèi)，電機(jī)工作在過載狀態(tài)，設(shè)計(jì)過載倍數(shù)為3，因此=1843∕3=614.3 Nm。</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，以滿足工作最大力矩的條件選擇伺服電機(jī)的功率。確定電機(jī)參數(shù)為：額定功率30kW，額定轉(zhuǎn)速為750rpm，額定電壓為220V，額定

98、電流為70A，額定轉(zhuǎn)矩為615Nm[13-15]。</p><p>　　5 傳動(dòng)系統(tǒng)三維造型設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 三維造型軟件的概述</p><p>　　Pro/ENGINEER是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）推出的功能強(qiáng)大的參數(shù)設(shè)計(jì)軟件包，是當(dāng)今世界上最普及的三維CAD/CAM系統(tǒng)軟件之一，具有零件設(shè)計(jì),產(chǎn)品裝配,模具開發(fā),鈑金件設(shè)計(jì),NC開發(fā),造型設(shè)

99、計(jì),機(jī)構(gòu)仿真和鑄造件設(shè)計(jì)等強(qiáng)大功能,廣泛應(yīng)用在航空航天,機(jī)械,電子,汽車,家電及玩具等工程領(lǐng)域.</p><p>　　由于其強(qiáng)大而完美的功能,Pro/ENGINEER正在成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟，它在國(guó)內(nèi)外高等院校已經(jīng)成為工科必修的專業(yè)課程，并成為工程設(shè)計(jì)人員必備的技術(shù)。作為高生產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段，Pro/ENGINEER在國(guó)內(nèi)形成一個(gè)廣泛應(yīng)用的熱潮[16]。</p><p&g

100、t;　　Pro/ENGINEER簡(jiǎn)稱pro/E,是美國(guó)PTC公司推出的一套由設(shè)計(jì)到制造的一體化三維軟件，采用參數(shù)化和特征化的實(shí)體模型系統(tǒng)，系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的，關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，如果任何一處有更改，其它地方都會(huì)相應(yīng)的改變。在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)占有重要地位。Pro/ENGINEER是一款功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件或組件從概念設(shè)計(jì)到制造全過程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，提供了以參數(shù)化為基礎(chǔ)，基于特征的實(shí)體造型技術(shù)。廣泛應(yīng)用于航空，航天，

101、機(jī)械，電子，模具，汽車，家電，玩具等行業(yè)[16-18]。</p><p>　　5.2 各組成部分三維模型設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)曲軸的三維設(shè)計(jì)</p><p>　　(2)連桿的三維設(shè)計(jì)</p><p>　　(3)滑塊的三維設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3 裝配圖的設(shè)計(jì)</p><p>

102、;<b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。</p><p>　　回顧這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這段畢業(yè)設(shè)計(jì)期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)

103、到過的知識(shí)。</p><p>　　對(duì)我來說，收獲最大的是方法和能力——那些分析和解決問題的方法與能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn)，沒有感性的認(rèn)識(shí)，空有理論知識(shí)，有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié)。此次設(shè)計(jì)需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進(jìn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的——只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從

104、理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重。在設(shè)計(jì)的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處：對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如伺服電機(jī)選用的確定、曲軸連桿機(jī)構(gòu)怎么計(jì)算、齒輪部分的具體應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)等等。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，又把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。</p><p>　　這次畢

105、業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)而良好的基礎(chǔ)。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導(dǎo)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫桓、陳作摸主編， 機(jī)械原理（第六版），北京：高等教育出版社.</p><p>　　[2] 鄭建榮主編，ADAMS-虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

106、</p><p>　　[3] 張春林、曲繼方、張美麟編著,機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì),北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1999年4月.</p><p>　　[4] 符煒主編,機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思方法,湖南:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2006年1月.</p><p>　　[5] 申永盛．機(jī)械原理教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[6] 吳宗澤,

107、羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] ，北京： 高等教育出版社，2006.</p><p>　　[7] 孫桓．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社，1998.</p><p>　　[8] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[9] 王群.UG零件設(shè)計(jì)實(shí)例與技巧[M] 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.</p>

108、<p>　　[10] 肖景榮，姜奎華.沖壓工藝學(xué)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.</p><p>　　[11] 王同海. 實(shí)用沖壓設(shè)計(jì)手冊(cè)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.</p><p>　　[12] 李碩本.沖壓工藝?yán)碚撆c新技術(shù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[13] 劉振堂.國(guó)外數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[

109、J].鍛壓機(jī)械，2002，1:7-9.</p><p>　　[14] 張宏超.金屬板材加工設(shè)備發(fā)展新動(dòng)向[J].鍛壓技術(shù)，2004，4：2-4.</p><p>　　[15] 王衛(wèi)衛(wèi)，材料成形設(shè)備，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[16] 符朝興，焦洪宇.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0三維機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2

110、008.</p><p>　　[17] Shivpuri R. S.Yossifon. A servo motor driven multi-action press for sheet metal forming[J]. International Journal of Machinery Tool Manufacture, 1991, 31: 345-359.</p><p>　　[1