连杆机构增力气动压力机设计

张 寒，张冰蔚

（江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212003）

气动压力机是一种通用的压力机械，广泛应用于电器、仪器仪表、家电、五金等行业，可对薄板进行剪切、冲孔、落料、成形、弯曲、铆合等工序，适合有色金属、塑料件等的加工。

气动压力机一般采用压缩机产生的高压气体，通过管道将压缩气体输送至电磁阀，通过控制电磁阀的动作来控制气缸的工作和返回，实现各种工艺动作。压缩空气也可以存储在储气罐中，随时取用。

若直接将气缸的输出力作为工作压力，当需要大的公称输出力时，只能通过增加活塞面积而采用结构尺寸庞大的大缸径气缸，不仅气缸昂贵，而且耗气量较大，也增大了设备体积，不符合美观要求。即便如此，设备的工作输出力提高也非常有限。为此，考虑将气缸和增力机构进行有机组合，使设备的工作输出力显著提高。

1 工作原理

如图1所示为气缸与连杆机构组成的气动压力机，摆动气缸固定在机身上同时与两铰杆相连，上端的铰杆与机身铰接，下端的铰杆与压头铰接形成连杆机构。当气缸活塞向左运动时，由连杆推动压头沿机身导轨向下运动，实现压制动作，输出力P随α的减小而增大，当达到设定的最小α值时，该加工过程结束，气缸活塞向右运动，压头回程，完成一个循环。α值大小可以通过机械限位装置微调来控制气缸行程下限来实现。

图1 气缸与连杆机构组合

2 受力分析及行程计算

2.1 受力分析

建立的力学模型如图2所示，F是气缸活塞杆对圆柱销A的拉力，P是工件给压头的反力。如不计摩擦力和零件重量，进行如下受力分析，如图3所示，分别取圆柱销A、连杆AC和压头为研究对象，在平面汇交力系作用下平衡，分别列出下列方程：

图2 力学模型

图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°，增力比为 1.866；如取α=10°，增力比为2.836。当α很小时，压力P急剧增大，会使连杆产生过大变形，设计时建议一般不小于5°。

2.2 气缸行程计算

当满足压头工作行程时需知所用气缸的行程，现推导如下。

如图4所示，连杆AC的长度为L0，当压头在上死点时，连杆机构为双点划线BA′C′所在的位置，气缸与机身铰接点O与销A的距离OA′，当工作下行行程H时，压头在下死点位置，连杆机构为BAC所在的位置，气缸与机身铰接点O与销A的距离为OA＝L1，故所需气缸行程为OA′-OA。

图4 气缸行程计算

3 设计计算实例

现设计一气动压力机，要求压力机公程力P=5吨，系统空气最高压力0.6MPa，压头工作行程40mm，连杆长度L0=150mm，压头在下死点时α=15°，气缸与机身铰接点O与销AD的距离L1=250mm。

所需气缸力F=P/（0.5cot15°）=2.68吨，根据系统空气最高压力0.6MPa，可很方便地计算出气缸活塞的直径，在此不再进行详细计算。

所需气缸行程由式（5）计算得：

4 结束语

采用上述气动－机械增力机构组成的压力机，可弥补单纯气压传动压力机的不足，在气缸压力不变的情况下，只需在下死点取不同的α角，即可实现不同的增力要求。而且只需对各铰接点轴承和连杆强度进行校核即可，为压力机的设计带来了便捷。

[1]林文焕，陈本通，编著.机床夹具手册[M].北京：国防工业出版社，1987.

[2]范文雄，等.杠杆极限技术与高倍增力压力机的研制[J].锻压装备与制造技术，1991，26（4）.

[3]王啸宇.国外机械－液压压力机的最新研究成果[J].锻压装备与制造技术，1994，29（3）.