機械壓力機主傳動結構設計分析

王秋嬌 李振方

摘 要 壓力機作為機械制造生產的重要設備之一，其結構設計是否合理，在很大程度上決定了生產作業效率。為使其更大程度上滿足鍛壓工藝要求，可以對壓力機主傳動結構進行改造設計，針對機械壓力機不同主傳動系統結構進行分析，確定上梁結構與主傳結構間的關系，實現對壓力機結構的進一步優化設計，使其性能可以穩定發揮。

關鍵詞 機械壓力機；主傳動；結構設計

機械壓力機主傳動結構運動學性能和其動力學性能水平高低直接決定著產品加工制造質量，在對其進行改造設計時，需要確定其運行原理，對比不同結構形式的傳動系統，以滿足實際生產需求為目的，做好各細節控制，為機械壓力機主傳動結構設計打好基礎。

1 機械壓力機運行原理

壓力機主要包括機身、齒輪傳動機構、離合與制動機構、滑塊執行機構、安全防護裝置以及控制系統等多個部分，其中齒輪傳動結構為壓力機的動力傳動裝置。在壓力機運行時電動機通過皮帶與齒輪傳動及將運動傳給曲柄軸，然后利用連桿將曲柄軸旋轉運動轉變為滑塊的往復運動。機械壓力機主要是通過機械傳動達到鍛壓處理的設備，傳動系統作為核心部分，負責將電動機運動和能量傳遞給工作機構，促使工件坯料可以按照設計要求進行改變，制造得到所需工件[1]。因為其所具有的結構簡單、生產率高等特點，在機械制造加工中應用十分廣泛。但是就其生產運行狀態來看，滑動運動特性為固定不變的，無法靈活控制壓力大小，決定了工藝適應性較低。為進一步提高壓力機對鍛壓工藝的適應性，還需要針對主傳動結構進行改造設計，從根本上來為高質量生產提供保障。

2 機械壓力機主傳動結構特征分析

2.1 曲柄連桿主傳動系統

（1）曲柄連桿結構。以曲柄連桿為機械壓力機的主傳動結構，即通過其向曲軸傳遞運動和能量，促使曲軸進行旋轉運動。然后利用連桿來促使滑塊進行往復運動。曲柄連桿式機械壓力機主傳動系統主要包括滑塊、機架、曲柄以及連桿等幾部分。其中，在實際生產運行中，曲柄部分情況下會被偏心齒輪或者曲軸代替。壓力機動作時曲柄的一端會被固定，圍繞固定點來進行順時針旋轉動作。連桿和曲柄另一端則會與滑塊進行鉸接。

（2）主傳動分析。①自由度計算。對曲柄式壓力機運行狀態進行分析，以固定點為中心曲柄進行旋轉運動，同時會通過相互鉸接的連桿傳遞運動給滑塊，使其做往復運動。由此就可以斷定該機構運行主要包括曲柄、連桿以及滑塊三部分[2]。移動副則包括滑塊與機架，其他則為轉動副。在此情況下進行壓力機運動中自由度的計算，便可以確定機構自由度等于原動件數量，即該壓力機主傳動結構運動存在確定性。②運動學分析。對壓力機主傳動結構進行運動學分析，來確定其運動曲線，得到各項數據，確定滑塊行程為1000mm、16次/min。通過數據分析可以確定其對應的為余弦曲線，而速度曲線為正弦曲線。其中，對滑塊下死點距離300mm位置作為深拉延開始階段，此時滑塊速度達到了700mm/s以上，基本上可以達到行程內最大速度值。由此可以證明該速度已經超出板材成形所需極限速度值，即壓力機僅能夠滿足淺拉延成功，而實現板材深拉延進行加工成形。并且，曲柄圍繞固定點旋轉運動的360°和180°為滑塊上下兩個死點，急回特性比較差，相應的生產效率也更低。

（3）主傳動設計。在完成機械壓力主傳動結構運行特性分析以后，將得到的數據作為結構改造設計的依據，消除主傳動系統現存的不足，更大程度上來適應板材實際鍛壓成形加工要求。對于曲柄式機械壓力機來講，其主傳動結構全部設置在上梁本體內，因此改造設計時需要綜合考慮主傳動系統內曲柄與連桿長度以及主齒輪直徑等參數。正常情況下結構內曲柄長度為滑塊行程的1/2，且為定量參數。影響滑塊運行速度的主要因素為連桿長度，必須要在確定壓力角最佳數值以及上梁剛度等參數后，對連桿長度進行調節。最后在確定連桿和曲柄長度參數以后，以其為依據來進行主齒輪直徑值的設計。

2.2 六連桿主傳動系統

機械壓力機六連桿主傳動結構主要分為機架、滑塊、連桿三部分，其中連桿共有六個，分別為L1、L2、L3、L4與R1、R2，如圖1所示[3]。其中，連桿L1與L2之間相互固結后形成一個連桿L1。在六連桿主傳動結構中，連桿R1為驅動桿，其一端被固定在O點位置，且以O點中心做順時針旋轉動作，而另一端則與桿L1和L2鉸接。連桿R2一端固定在O1位置，另一端則與L1和L4鉸接。并且，連桿L2、L4和L3的一端進行鉸接，且L3的另一端與滑塊鉸接。整個主傳動機構滑塊沿著Y軸來進行上下往復運動。

對六連桿主傳動結構系統進行改造設計時，因為主傳動結構和導柱、導套等全部被設置在上梁本體內部，以及高度參數為定值，在調整設計上梁高度時，需要綜合連桿R1、L2、L3長度進行分析確定。對主傳動結構進行運動學分析后，可以掌握支點位置與各連桿長度是影響滑塊運動速度、加速度以及位移的主要因素。因此在以壓力機上梁結構為設計對象時，要先確定板材拉延成形加工對滑塊速度、加速度以及位移方面的具體要求，并由此來分析確定傳動結構內支點位置以及各連桿長度參數。同時連桿R1、L2、L3會對壓力機上梁高度產生影響，也需要將其納入到綜合考慮的范圍內，通過適當縮短連桿程度的同時，提高上梁高度的可調節性。另外，從機械壓力機實際運行便利性和經濟性角度分析，在對主傳動結構優化設計時，同時還要做好上梁結構溝瀆、重量的控制。在不影響上梁結構剛度的前提下，來調節其高度大小，要兼顧各項因素進行全面分析，使其能夠在最大限度上滿足板材拉延變形加工工藝要求，為高效生產提供堅實基礎。

3 結束語

機械壓力機在制造加工行業應用十分廣泛，不僅作業效率高，且產品質量具有保障。為全面發揮出機械壓力機生產優勢，還需要基于板材拉延變形加工工藝要求，針對主傳動結構系統運行性能進行分析，然后有針對性地進行改造設計。

參考文獻

[1] 田洪濤.機械壓力機主傳動結構設計分析研究[J].智能城市，2018， 4（05）：161-162.

[2] 楊俊.雙點伺服壓力機傳動機構設計及仿真分析[D].南京：南京航空航天大學，2015.

[3] 韓長偉.機械壓力機主傳動結構設計分析[J].一重技術，2012，（01）： 24-28.