随着我国经济的高速发展,工业也得到迅猛发展,许多的行业与工业的联系越来越密切,特别是汽车制造业、航空航天工业等的发展,更是带动了锻压设备的制造和改进。
压力机的发展与研究创新,给工业带来了不可估量的价值,各种金属成型产品都需要用到压力机,压力机已经成为制造业不可缺或的一部分,与生活息息相关。21世纪是我国国民经济迅速发展和人民生活水平急速提高的新世纪,人们对各种产品的质量、适用性以及安全性的要求也越来越高。随着科学技术的高端发展,现在国外许多国家的锻压设备很多都已经能达到高精度自动化、人性化;而我国尽管在锻压设备的研发和制造上已经达到国际先进水平,但是在压力机方面尚未能在普及,因此对压力机进行设计创新仍然势在必行。
图1-1 市场上的ja31-160型压力机图1-2 用pro/e建立的三维模型图。
曲柄压力机是采用机械传动的锻压机器。通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构,从而使坯料获得确定的变形,制成所需的工件。
图2—1是曲柄压力机的传动示意图。电动机经小皮带轮、大皮带轮和小齿轮,带动大齿轮和绕固定在机身上的芯轴旋转。芯轴上的一对小齿轮带动偏心齿轮,偏心齿轮又通过它上面的偏心和连杆,带动滑块在机身的导轨内上、下移动。
加工用的模具,上模固定在滑块的下平面上,下模固定在工作台面的垫板上。因此,滑块每上下移动一次,完成—次冲压动作。
从这个例于来看,曲柄压力机的主要组成部分为:
1)由偏心、连杆和滑块组成的工作机构;
2)由电动机、皮带轮、皮带和齿轮等组。
成的传动系统;
3)机身。除上述基本部分外,还有多种辅助系统与。
附属装置,如润滑系统、保护装置以及气垫等。
压力机的型号:ja31-160s
表2-1 压力机技术参数。
曲柄滑块机构的运动简图如图2-2所示。o点表示曲轴的旋转中心,a点表示连杆与曲柄的连结点,b点表示连杆与滑块的连结点,oa表示曲柄半径,ab表示连杆长度。当oa以角速度作旋转运动时,b点则以速度作直线运动。
现在讨论滑块的位移、速度和加速度与曲柄转角之间的关系。
1.滑块位移。
图2-3为结点正置的曲柄。
滑块机构的运动关系简图。
所谓结点正置,是指滑块和。
连杆的连结点b的运动轨迹位。
于曲柄旋转中心o和连结点b
的连线上。)滑块的位移和曲。
柄转角之间的关系可表达为。
而 令则代入式(2-1)整理得。
由于一般小于0.3,对于通用压力机,一般在0.1~0.2范围内,故式(2-2)可进行化简:
故式(2-2)变为。
式中——滑块位移;
—曲柄转角;
—曲柄半径;
—连杆系数,。本设计取。
由此还可得出曲柄转角和滑块位移的关系。公式:
令。则式(2-3)可写成。
2.滑块速度。
式中 ——滑块速度;
——曲柄角速度。
——曲柄转速,即滑块行程次数。
在锻压生产中,一般认为滑块的速度与工艺要求有关,表2-1为拉伸工艺的合理速度范围,进行拉伸工艺的压力机,滑块速度不应超过这个合理的数值。
表2-2 拉伸工艺的合理速度范围[1]、[3]
3.滑块速度。
式中 ——滑块加速度,向下方向为正。
分析曲柄滑块机构能否满足工艺要求,除了检查其运动规律是否符合要求之外,还。
必需校核其强度。为了校核强度还必需首先。
确定机构中主要零件的受力状态。
1. 连杆及导轨受力。
图2-5为曲柄滑块机构的受力简图。
考虑b点力的平衡得。
由前推导得知,,若,当时,。当时,。
在通常情况下,远小于0.3,故远小于。
由于角较小,因此,可以认为,故上述二式可写成。
式中 ——连杆作用力;
——导轨作用力;
——工件变形力;
—连杆系数;
—曲柄转角。
2. 曲轴所受扭矩
(1)理想扭矩图2-6是曲轴(偏心齿轮)受力简图。是连杆给曲轴的力。在作用下,曲轴上所受理想扭矩为。而。又。
又。式中 ——曲轴半径。
式(2-7)为理想状态下(即忽略摩擦时)曲轴上所受扭矩的公示。由公式可以看出,虽然所受的工件变形力p一定,但曲轴所受的扭矩却随曲柄转角变化而变化,越大,越大,即在较大的曲柄转角下工作时,曲轴上所受的扭矩较大。当曲柄转角等于公称压力角,即时,曲轴上所受的理想扭矩称为理想公称扭矩。
即。代入数据计算得。
此公称扭矩是设计曲轴、齿轮和离合器的基础。
2)摩擦扭矩采用力法求摩擦扭矩。
力法的基础是考虑摩擦的影响后,各环。
节的受力方向及大小产生变化,因而加大了。
曲轴上的扭矩。
图2-7为考虑摩擦后曲柄滑块机构受力。
简图。图中、处的圆为摩擦圆,根据机。
械原理的分析得知,由于摩擦的存在,连杆。
上所受力不再沿连杆的轴心线方向,而沿摩擦圆、的公切线方向。图中曲柄。
的旋转方向为逆时针方向,故连杆相。
对于作顺时针转动,滑块相对于作逆时针转动,并且由于连杆所受的力为压力,所以公切线的方向如图所示。连杆力对于圆心a、b所造成的摩擦力矩有阻止滑块和曲柄转动的趋势。此外,导轨给滑块的力也由于摩擦力的存在,不再垂直导轨面,而偏离一摩擦角。
考虑b点力的平衡得。
曲轴上力矩为。
后一项为曲轴支承颈上的摩擦扭矩。、为支承颈上的支座反力。
式中——摩擦系数,通用压力机为0.04~0.055;
——摩擦角。
又。由于齿轮力相对于连杆力较小,故忽略不计,这样得出。
故式(2-6)变为。
当量力臂由两部分组成,即。
当时, 注意到时,,故式(2-7)变为。
上式还可进一步化简。、均很小,一般、,故。
其误差为。所以2-12)
、为铰链a、b、o的半径。
2.4本章小结。
本章从曲柄压力机的的机构运动出发,分别研究了各个组成部份的受力、运动规律和工作原理,作了主要机构理**式的详细介绍和分析,从理论出发,找到设计压力机的基础所在。
图3-1曲柄滑块机构三维模型图3-2曲柄滑块机构结构图。
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