机械压力机主传动结构设计分析

王秋娇 李振方

摘 要 压力机作为机械制造生产的重要设备之一，其结构设计是否合理，在很大程度上决定了生产作业效率。为使其更大程度上满足锻压工艺要求，可以对压力机主传动结构进行改造设计，针对机械压力机不同主传动系统结构进行分析，确定上梁结构与主传结构间的关系，实现对压力机结构的进一步优化设计，使其性能可以稳定发挥。

关键词 机械压力机；主传动；结构设计

机械压力机主传动结构运动学性能和其动力学性能水平高低直接决定着产品加工制造质量，在对其进行改造设计时，需要确定其运行原理，对比不同结构形式的传动系统，以满足实际生产需求为目的，做好各细节控制，为机械压力机主传动结构设计打好基础。

1 机械压力机运行原理

压力机主要包括机身、齿轮传动机构、离合与制动机构、滑块执行机构、安全防护装置以及控制系统等多个部分，其中齿轮传动结构为压力机的动力传动装置。在压力机运行时电动机通过皮带与齿轮传动及将运动传给曲柄轴，然后利用连杆将曲柄轴旋转运动转变为滑块的往复运动。机械压力机主要是通过机械传动达到锻压处理的设备，传动系统作为核心部分，负责将电动机运动和能量传递给工作机构，促使工件坯料可以按照设计要求进行改变，制造得到所需工件[1]。因为其所具有的结构简单、生产率高等特点，在机械制造加工中應用十分广泛。但是就其生产运行状态来看，滑动运动特性为固定不变的，无法灵活控制压力大小，决定了工艺适应性较低。为进一步提高压力机对锻压工艺的适应性，还需要针对主传动结构进行改造设计，从根本上来为高质量生产提供保障。

2 机械压力机主传动结构特征分析

2.1 曲柄连杆主传动系统

（1）曲柄连杆结构。以曲柄连杆为机械压力机的主传动结构，即通过其向曲轴传递运动和能量，促使曲轴进行旋转运动。然后利用连杆来促使滑块进行往复运动。曲柄连杆式机械压力机主传动系统主要包括滑块、机架、曲柄以及连杆等几部分。其中，在实际生产运行中，曲柄部分情况下会被偏心齿轮或者曲轴代替。压力机动作时曲柄的一端会被固定，围绕固定点来进行顺时针旋转动作。连杆和曲柄另一端则会与滑块进行铰接。

（2）主传动分析。①自由度计算。对曲柄式压力机运行状态进行分析，以固定点为中心曲柄进行旋转运动，同时会通过相互铰接的连杆传递运动给滑块，使其做往复运动。由此就可以断定该机构运行主要包括曲柄、连杆以及滑块三部分[2]。移动副则包括滑块与机架，其他则为转动副。在此情况下进行压力机运动中自由度的计算，便可以确定机构自由度等于原动件数量，即该压力机主传动结构运动存在确定性。②运动学分析。对压力机主传动结构进行运动学分析，来确定其运动曲线，得到各项数据，确定滑块行程为1000mm、16次/min。通过数据分析可以确定其对应的为余弦曲线，而速度曲线为正弦曲线。其中，对滑块下死点距离300mm位置作为深拉延开始阶段，此时滑块速度达到了700mm/s以上，基本上可以达到行程内最大速度值。由此可以证明该速度已经超出板材成形所需极限速度值，即压力机仅能够满足浅拉延成功，而实现板材深拉延进行加工成形。并且，曲柄围绕固定点旋转运动的360°和180°为滑块上下两个死点，急回特性比较差，相应的生产效率也更低。

（3）主传动设计。在完成机械压力主传动结构运行特性分析以后，将得到的数据作为结构改造设计的依据，消除主传动系统现存的不足，更大程度上来适应板材实际锻压成形加工要求。对于曲柄式机械压力机来讲，其主传动结构全部设置在上梁本体内，因此改造设计时需要综合考虑主传动系统内曲柄与连杆长度以及主齿轮直径等参数。正常情况下结构内曲柄长度为滑块行程的1/2，且为定量参数。影响滑块运行速度的主要因素为连杆长度，必须要在确定压力角最佳数值以及上梁刚度等参数后，对连杆长度进行调节。最后在确定连杆和曲柄长度参数以后，以其为依据来进行主齿轮直径值的设计。

2.2 六连杆主传动系统

机械压力机六连杆主传动结构主要分为机架、滑块、连杆三部分，其中连杆共有六个，分别为L1、L2、L3、L4与R1、R2，如图1所示[3]。其中，连杆L1与L2之间相互固结后形成一个连杆L1。在六连杆主传动结构中，连杆R1为驱动杆，其一端被固定在O点位置，且以O点中心做顺时针旋转动作，而另一端则与杆L1和L2铰接。连杆R2一端固定在O1位置，另一端则与L1和L4铰接。并且，连杆L2、L4和L3的一端进行铰接，且L3的另一端与滑块铰接。整个主传动机构滑块沿着Y轴来进行上下往复运动。

对六连杆主传动结构系统进行改造设计时，因为主传动结构和导柱、导套等全部被设置在上梁本体内部，以及高度参数为定值，在调整设计上梁高度时，需要综合连杆R1、L2、L3长度进行分析确定。对主传动结构进行运动学分析后，可以掌握支点位置与各连杆长度是影响滑块运动速度、加速度以及位移的主要因素。因此在以压力机上梁结构为设计对象时，要先确定板材拉延成形加工对滑块速度、加速度以及位移方面的具体要求，并由此来分析确定传动结构内支点位置以及各连杆长度参数。同时连杆R1、L2、L3会对压力机上梁高度产生影响，也需要将其纳入到综合考虑的范围内，通过适当缩短连杆程度的同时，提高上梁高度的可调节性。另外，从机械压力机实际运行便利性和经济性角度分析，在对主传动结构优化设计时，同时还要做好上梁结构沟渎、重量的控制。在不影响上梁结构刚度的前提下，来调节其高度大小，要兼顾各项因素进行全面分析，使其能够在最大限度上满足板材拉延变形加工工艺要求，为高效生产提供坚实基础。

3 结束语

机械压力机在制造加工行业应用十分广泛，不仅作业效率高，且产品质量具有保障。为全面发挥出机械压力机生产优势，还需要基于板材拉延变形加工工艺要求，针对主传动结构系统运行性能进行分析，然后有针对性地进行改造设计。

参考文献

[1] 田洪涛.机械压力机主传动结构设计分析研究[J].智能城市，2018， 4（05）：161-162.

[2] 杨俊.双点伺服压力机传动机构设计及仿真分析[D].南京：南京航空航天大学，2015.

[3] 韩长伟.机械压力机主传动结构设计分析[J].一重技术，2012，（01）： 24-28.