一種多連桿雙點壓力機

萬正東，聞開斌，周曉敏

（揚州鍛壓機床股份有限公司，江蘇 揚州225128）

1 引言

現有的曲柄連桿機構壓力機在沖裁中厚板時，斷面有2/3 左右的撕裂帶，工件需進行進一步加工，增加工序，影響生產效率。因此，如何精確沖壓中厚板是需要解決的技術問題。

本技術涉及多連桿雙點壓力機技術領域，其包括曲軸、連桿組、滑塊和導軌，其中，曲軸轉動并驅動連桿組運動，連桿組借助于活動連接點驅動滑塊沿導軌運動；曲軸可轉動地支承在壓力機機身連接點處。

本技術在傳統的曲柄連桿機構之上，增加了多連桿結構，使曲柄處受力僅為滑塊處所受公稱力的四分之一至五分之一，大大改善了驅動部件的受力狀態，并大幅降低了驅動電機的功率，而且滑塊的運動軌跡在下死點，連桿角度停留30°～40°。本技術適用于大型級進模的精沖及精壓，在剎車片鋼背、薄型齒輪等領域可代替精沖機使用。

2 技術方案

本技術特征在于，第一連桿的第一連接點與曲軸的連接點A 活動鏈接，第二連接點與上肘桿的第一連接點B 活動連接；上肘桿的第二連接點D 與下肘桿的第一連接點活動連接；下肘桿的第二連接點與滑塊的連接點E 活動連接；上肘桿的第三連接點C 與壓力機的機身活動連接；直線段BC 為上肘桿的第一連接點B 與其第三連接點C 之間的連線，直線段CD 為上肘桿的第三連接點C 與其第二連接點D 之間的連線，上肘桿的角度θ 為直線段BC 和直線段CD 之間的夾角；直線段OC 與直線段CE 之間的夾角大于或等于90°；直線段OC 為連接點O 與第三連接點C 之間直線相連的線段，直線段CE 為第三連接點C 與連接點E 之間直線相連的線段。本技術的多連桿雙點壓力機達到了能夠精確沖壓中厚板的技術效果。

圖1 結構示意圖

圖2 力學分析

3 實例分析

直線段OC 與直線段CE 間的夾角在90°～180°之間，優選95°、100°、110°。

與現有技術相比，本技術的多連桿雙點壓力機對直線段OC 與直線段CE 之間的夾角進行具體限定，發現能夠達到在曲柄處的受力僅為滑塊所受公稱力的1/4～1/5 的技術效果。

如圖1 所示，上肘桿3 的角度θ 優選為鈍角。這有利于將作用力部分傳遞至支承點C 上，減輕支承點O 的受力。由于支承點C 的存在，因而分擔了支承點O 承受的作用力。

本設計的要點在于，設置直線段CD 的長度、直線段BC 的長度和角度θ 等運動系統參數，使得曲軸1 處的受力僅為滑塊5 所受公稱力的1/2～1/8。

為此，參照圖2，對本技術的多連桿雙點壓力機進行力學分析，找到直線段CD 的長度、直線段BC的長度和角度θ 等運動系統參數之間的關系：

式中：α1——直線段OC 與直線段OA 之間的夾角；

P——第一連桿2 沿其縱向所受的作用力，其為角度α1的函數；

Pg——下肘桿4 沿其縱向所受的作用力；

BC——直線段BC 的長度；

CD——直線段CD 的長度；

DE——下肘桿4 的長度；

CE——第三連接點C 和連接點E 之間的直線段的長度，其為角度α1的函數，其中

β——直線段CD 與直線段CE 之間的夾角，其為角度α1的函數，其中

ω——直線段BC 與直線段BA 之間的夾角，其為角度α1的函數，其中，直線段BA 為第一連接點B 與連接點A 之間直線相連的線段，且直線段BA 的長度為L，且

其中，R 為曲軸半徑，且OC 為連接點O 與第三連接點C 之間的直線相連的線段長度。

如圖2 所示，

作為設計與計算實例，選取參數如下：

公稱力（N）：Pg=2000×103

公稱力行程（mm）：s=5

滑塊行程（mm）：S=120

行程次數（SPM）：SP=80

得到：PAB=P（α1）PAB=3.904×105

其中，PAB就是第一連桿2 沿其縱向所受的作用力，也對應曲軸1 所受的作用力分量。

Pg就是下肘桿4 沿其縱向所受的作用力，也對應滑塊5 所受的作用力分量。

可以得出：PAB≈1/5Pg。

圖3 示出本技術的多連桿雙點壓力機與現有技術中普通的曲柄壓力機的計算比對數據圖。

如圖1 所示，上肘桿3 的形狀可選為三角形，其中，三角形的頂點對應為第一連接點B、第二連接點D 和第三連接點C。

如圖2 所示，上肘桿3 的形狀為V 字形，其中，V 字形的尖部對應第三連接點C。

圖3 比對數據圖

連桿組的運動是平面運動。這樣的布置可以降低機構復雜性，保證運動可靠，制造成本合理。當然，連桿組的運動可以是三維運動。

曲軸1、連桿組和滑塊5 之間的關聯運動是平面運動。多連桿雙點壓力機的整個運動系統作平面運動可以降低機構復雜性，保證運動可靠，制造成本合理。

通過曲軸、連桿、上下肘桿、滑塊等五個主要部件共同組成一種新型多連桿雙點壓力機：曲軸驅動連桿運動，連桿推動上下肘桿帶動滑塊做往復運動。

4 結論

該多連桿結構在傳統的曲柄連桿機構之上，增加了多連桿結構，使曲柄處受力僅為滑塊處所受公稱力的四分之一至五分之一，大大改善了驅動部件的受力狀態，并大幅降低了驅動電機的功率，而且滑塊的運動軌跡在下死點，連桿角度停留30°～40°；適用于大型級進模的精沖及精壓，在剎車片鋼背，薄型齒輪等領域可代替精沖機進行使用。

[1]俞新陸.鍛壓手冊.北京：機械工業出版社，1993.

[2]范宏才.現代鍛壓機械.北京：機械工業出版社，1994.

[3]何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業出版社，1989.

[4]王義質，李叔涵.工程力學[M].重慶：重慶大學出版社，1994.