曲柄伺服壓力機設計及有限元分析

山東魯南機床有限公司 （滕州 277500） 孫彥旭 王紹存 李 鶴

1.壓力機的技術規(guī)格

本設計參照國家開式壓力機基本參數(shù)標準《GB/T 14347—1993》和日本AMADA公司的SDE系列數(shù)控電動伺服壓力機SDE－2025 C型壓力機的技術參數(shù)，結合西門子公司伺服電動機的技術特性，擬定了技術參數(shù)。

2.壓力機運動特性

本設計為曲柄連桿伺服壓力機，其滑塊的運動特性符合如式（1）的正弦規(guī)律，式（2）為滑塊速度，式（3）為滑塊加速度，計算公式如下

圖1為滑塊位移s、速度v和加速度a與曲柄轉角的關系曲線圖。

圖1

3.壓力機動力特性

本壓力機設定，當滑塊向下位移到距下死點6mm處時，公稱壓力Fg為2000kN，即當曲柄與垂線的夾角為20.2°時，滑塊上受到最大的作用力（公稱力Fg）。此時曲柄上受到的轉矩為

式中，F(xiàn)為工件變形力（N）；dA為曲柄頸直徑（m）；dB為連桿球頭直徑（m）；d0為支承頸直徑（m）；μ為摩擦系數(shù)。

根據(jù)擬定的技術參數(shù)，選西門子某型轉矩伺服電動機。該電動機的特性如圖2所示。

圖2 伺服電動機特性曲線

依據(jù)圖2所示的電動機特性，計算出如圖3所示的壓力機載荷與滑塊位移關系圖。圖3中線1是電動機最大轉矩為Mmax=8150N·m時，轉速為n=160 r/min；線3是電動機最大轉速為nmax=440r/min時，轉矩為M=2000N·m；線2是電動機額定轉速為nn=250r/min時，轉矩為Mn=4950N·m。

圖3 壓力機載荷與滑塊位移關系曲線

本設計的傳動系統(tǒng)，當電動機在最大轉速（nmax=440r/min）時，滑塊行程速度為44次/min；當電動機在最大轉矩（Mmax=8150N·m）輸出時，滑塊行程速度為16次/min。即，當滑塊行程速度在1 ～16次/min內，電動機均可以輸出轉矩Mmax=8150N·m。因此，在空行程時，滑塊可以44次/min的速度運動，在工作時滑塊可以在1 ～16次/min的速度內運動，如圖4所示?！?br>