肘杆式伺服压力机的运动分析

朱新武，闻开斌，任东杰

（扬州锻压机床集团有限公司，江苏扬州225128）

肘杆式伺服压力机的运动分析

朱新武，闻开斌，任东杰

（扬州锻压机床集团有限公司，江苏扬州225128）

介绍了肘杆式伺服压力机的结构图，绘制机构运动简图，推导出滑块位移方程；以800kN肘杆式伺服压力机为例，绘制滑块的位移、速度、加速度、扭矩曲线图，与曲柄连杆式压力机对比说明该结构的特点。为伺服压力机的开发研究和设计制造提供有益的参考。

机械设计；运动分析；伺服压力机；肘杆式；曲线图

1 引言

机械压力机是金属成形领域使用最为广泛的一种锻压设备。近年来，随着交流伺服控制技术的成熟和发展，先后出现了多种不同形式的伺服压力机，如：日本小松（KOMATSU）H1F系列的肘杆式伺服压力机；日本会田（AIDA）低转速大扭矩直接驱动伺服压力机；国产曲柄连杆式传动伺服压力机等。

本文就肘杆式伺服压力机进行运动分析、扭矩分析，说明该结构压力机的优越性。

2 运动分析

（1）肘杆式伺服压力机结构见图1所示。

（2）压力机的机构运动

由图2所示，CDBA为一四杆机构，BD和ED为同一构件，CD杆为主动杆，CD杆可以绕点C作圆周运动，带动连杆构件BDE摆动，构件BDE的运动又驱动滑块F作上下运动进行锻压加工。建立图2所示坐标系，设CD杆长为l1，其转角为θ1；构件BDE的转角为 θ2，BD 的长度为 l21，ED 的长度为 l22，BD与 ED 的夹角为 ø1；AB 杆长为 l3，其转角为 θ3；EF 杆长为 l4，其转角为 θ4；C 点的坐标为（b，a），F 点的坐标为（O，s）。

（3）位置分析

①求解θ2和θ3

对四杆机构CDBA来说，如图3所示。图中各杆所构成的矢量封闭方程为：

由于 θ2的值可以由式（12）求得，因此，θ2+ø1的值也就可以确定，根据机构CDEF的结构关系（图4），可以确定滑块F的位置。

由图可以建立矢量封闭方程为：

3 示例

（1）800kN肘杆式伺服压力机的技术参数：公称力Pg=800kN；公称力行程Sg=5mm；滑块行程S=140mm；行程次数N=40～70spm；齿轮传动比iz=5.93；同步带传动比ip=2.74。

（2）杆系参数：为了既满足使用性能又满足装配结构要求，需对各参数进行筛选，找到最为合适的参数，见表1所示。

表1 伺服压力机的技术参数

（3）伺服压力机滑块的行程、速度、加速度、扭矩曲线图见图5～图8所示。

由表1和图5～图8可知：滑块在公称力行程5mm处，l1杆（曲柄）的角度为167.63°，下死点的角度为211°，公称力范围所经历的角度为45°，占总行程的1/8；滑块在公称力行程5mm处，线速度为61.19mm/s；滑块在公称力行程5mm处，l1杆（曲柄）的扭矩为6678N·m；电机所需扭矩:410N·m。

800kN伺服压力机与同吨位曲柄压力机（行程140mm，连杆长640mm，公称力行程5mm）相比，结果见表2。

表2 伺服压力机与同吨位压力机比较

4 结论

（1）肘杆伺服压力机是一种多杆传动的压力机，在工作区域有较为理想的低速运动特性，模具接触材料的速度低，振动小，制品成形性好。

（2）肘杆伺服压力机增力效果更优，所需电机的扭矩、功率大大减小，降低了电机的容量和成本。

（3）滑块上下行速度曲线不对称，具有一定的急回特性，可以更好的适应“快进—慢成形—更快返回”的成形工艺要求。

（4）AC伺服电机直接驱动，由于CNC的控制可设定最适合加工内容的自由工作模式。

（5）肘杆伺服压力机的缺点：关节点多(5支点)，综合间隙大；机床高度偏高。

[1]何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1981.

[2]阮卫平，胡建国，孙友松.伺服机械压力机传动方案分析[J].锻压技术，2010，35（4）:68-71.

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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，工程师，从事机械压力机设计研发等工作