伺服曲柄壓力機設(shè)計說明書

1、伺服曲柄壓力機設(shè)計計算目錄0 引言1 伺服曲柄壓力機技術(shù)參數(shù)2伺服曲柄壓力機原理與性能設(shè)計分析3 伺服曲柄壓力機工藝曲線設(shè)計分析4 伺服曲柄壓力機負載曲線設(shè)計分析5 伺服曲柄壓力機電機功率設(shè)計分析6 伺服曲柄壓力機傳動機構(gòu)設(shè)計7 伺服曲柄壓力機工作機構(gòu)設(shè)計0 引言 金屬的鍛壓加工大量采用曲柄壓力機， 也稱為沖床， 據(jù)不完 全統(tǒng)計，我國在用的曲柄壓力機沖床數(shù)量高達數(shù)百萬臺。目前， 鍛壓生產(chǎn)所用曲柄壓力機由高轉(zhuǎn)差率的電動機驅(qū)動， 由剛性離合 器和摩擦離合器控制， 存在安全性差、 能耗高、故障率高的缺陷。高轉(zhuǎn)差率電動機的效率低于 GB18613-2012中小型三相異 步電動機能效限定值及能效等級 ，

2、從2012年9月1 日起被強制 淘汰，選用高能效的電動機成為壓力機換代升級的首要目標?！伴_關(guān)磁阻電機系統(tǒng)是一種機電一體化節(jié)能型調(diào)速電機系 統(tǒng)。它由開關(guān)磁阻電動機、 功率變換器及控制器組成。 同傳統(tǒng)的 直流及交流電機調(diào)速系統(tǒng)比較，具有以下優(yōu)點：電機結(jié)構(gòu)堅固、 制造成本低；效率高，不僅在額定輸出狀態(tài)下， 而且在寬廣的調(diào) 速范圍內(nèi)也能保持高效率運行；一般系統(tǒng)效率達80%以上；啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流??； 制動性能好， 能實現(xiàn)再生制動， 節(jié)約電 能效果顯著；系統(tǒng)調(diào)控性能好， 四象限控制靈活； 具有無刷結(jié)構(gòu)， 適合于在高粉塵、 高速、易燃易爆等惡劣環(huán)境下運行； 可以在各 行各業(yè)應用?！保ㄕ灾腥A人民共和國國

3、家發(fā)展和改革委員會 中 華人民共和國科學技術(shù)部 國家環(huán)境保護總局 公告 2005 年 第 65號）采用節(jié)能的開關(guān)磁阻電機替代高耗能的傳統(tǒng)電機成為企 業(yè)節(jié)能的發(fā)展方向。目前，國外的伺服壓力機技術(shù)采用永磁伺服技術(shù)， 抗沖擊性 能不好，可靠性低、成本高，沒有形成對傳統(tǒng)壓力機的全面替代。1999 年以來，由山東科匯電力自動化有限公司研發(fā)生產(chǎn)的 開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)， 在壓力機領(lǐng)域獲得廣泛應用。 在山東理工大 學趙婷婷教授的技術(shù)支持下， 開關(guān)磁阻伺服壓力機分別在青島益 友鍛壓機械有限公司、 揚力集團等單位進行了研制， 各噸位系列 的開關(guān)磁阻伺服壓力機相繼誕生， 并開始投入批量生產(chǎn)。 實際應 用證明，與現(xiàn)有壓

4、力機比較，開關(guān)磁阻伺服壓力機的優(yōu)勢明顯、 特點突出，特別是高效節(jié)能、 智能數(shù)控自動化與高可靠性的獨特 優(yōu)勢，受到廣大用戶的積極響應，并獲得一致好評。淄博市能源監(jiān)測部門的監(jiān)測， 給出了開關(guān)磁阻伺服螺旋壓力 機比摩擦式螺旋壓力機節(jié)能 67.86%的結(jié)果（引自淄博市能源 監(jiān)測中心檢測報告編號J1010138），由此，當?shù)卣C布文件， 用節(jié)能數(shù)控壓力機強制淘汰摩擦壓力機（引自淄經(jīng)信節(jié)字 201177 號）。電機能效新國標的強制執(zhí)行與開關(guān)磁阻伺服電機技術(shù)的成 熟，為傳統(tǒng)壓力機的升級換代以及沖壓生產(chǎn)節(jié)能智能化帶來發(fā)展 機遇。開關(guān)磁阻伺服壓力機是具有感知、 決策、執(zhí)行功能的智能 鍛壓裝備。智能鍛壓裝備作為

5、高端裝備制造業(yè)的重點發(fā)展方向和 信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)， 大力培育和發(fā)展智能鍛壓 裝備產(chǎn)業(yè)對于加快鍛壓業(yè)轉(zhuǎn)型升級， 提升生產(chǎn)效率、 技術(shù)水平和 產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗， 實現(xiàn)鍛壓生產(chǎn)過程的智能化和綠 色化發(fā)展具有重要意義。1 伺服曲柄壓力機技術(shù)參數(shù)250 噸伺服曲柄壓力機技術(shù)參數(shù) 公稱壓力 Fg / kN ： 2500 公稱壓力行程 Sg/ mm： 13 滑塊行程 S/ mm： 315 行程次數(shù)（額定值） ng / spm ： 20 行程次數(shù)調(diào)速范圍 n/ spm ： 10 402伺服曲柄壓力機原理與性能設(shè)計分析2.1伺服曲柄壓力機原理與分析伺服壓力機由開關(guān)磁阻伺服電機驅(qū)動，與傳

6、統(tǒng)機械壓力機結(jié)構(gòu)不同之處是沒有飛輪、離合器、氣動制動器及其控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)組成為：開關(guān)磁阻伺服電機經(jīng)過減速驅(qū)動曲柄連桿 滑塊運動；電機軸設(shè)置電磁制動器，電機軸與曲軸端設(shè)置位置傳感器；制動器和位置傳感器連接電機控制器（圖 2-1 ）。結(jié)構(gòu)件的連接關(guān)系為：伺服電機輸出軸鍵固連小帶輪，小帶輪通過V帶傳動連接大帶輪，大帶輪鍵固連傳動軸的一端， 傳動軸通過軸承連接機身， 傳動軸的另一端鍵固連小齒輪, 小齒輪與大齒輪相互齒輪傳動，大齒輪鍵固連接曲柄軸的一端，曲柄軸通過軸承連接機身，曲柄軸的中部通過軸承連接連桿的大端，連桿的另一端滑動連接滑塊圖2-1伺服曲柄壓力機原理圖1、開關(guān)磁阻伺服電機2 、角位移傳感器

7、3、制動器4、皮帶傳動5、傳動軸6 、齒輪傳動7、曲軸8、 連桿 9、滑塊10 、傳感器11 、機身 12 、模具13 、液壓缸 14、電通過減速傳動帶動曲其能量為丄Je e2，2機控制器工作原理:壓力機起動時，開關(guān)磁阻伺服電機以大起動轉(zhuǎn)矩由零速加速旋轉(zhuǎn), 柄連桿滑塊運動，電機在起動加速過程提供的能量儲存于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量, 此能量（可由電機轉(zhuǎn)速數(shù)控值決定）大于等于額定工作能量 Eg ,壓力行程時，電機全速降,釋放此能量，實施沖壓；位置傳感器給出滑塊上止點的位置，通過電機控制器傳給伺服電機。單擊狀態(tài)下，當滑塊靠近上止點時，伺服電機減速，制動器實施制動，滑塊停在上至點，完 成一個工作循環(huán)。開關(guān)磁阻伺

8、服曲柄壓力機與傳統(tǒng)曲柄壓力機的原理比較：1 2 1 2 2E gJe e 訂（12 ）（ 2-1）2.2伺服系統(tǒng)原理與分析伺服系統(tǒng)有永磁伺服系統(tǒng)和無永磁伺服系統(tǒng)兩種?？紤]到壓力機的沖擊性負載特性，主運動采用無永磁體的開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)驅(qū)動。，開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)（SRD）由電機（SRM ）及控制器兩大部分組成。其電機定、轉(zhuǎn)子 由沖有凸極和凹槽的硅鋼沖片疊壓而成。轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子的相繞組為集中繞組。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 2-2所示。以圖中三相 12/8極定、轉(zhuǎn)子的相對位置作為起始位置，依 次給B-C-A相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，則電機 會順時針方向轉(zhuǎn)動。繞組電流

9、是單向的，有效避免了直通短路。當絕緣柵雙極晶體管（IGBT ） S1、S2導通時，A相繞組從直流電源 U吸收電能，而當 S1、S2關(guān)斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、D2繼續(xù)流通，并回饋給電源 U。因此，SRD的特點是具有再生作用，系統(tǒng)節(jié)電、效率高。轉(zhuǎn)子上固定有齒盤，定子上裝有檢測齒盤轉(zhuǎn)動的光電傳感器，轉(zhuǎn)子角位移以電脈沖信號的方式傳送給SRD控制器，由SRD控制器控制電機的工作運動。SRD控制器包括嵌入式微處理器、 PLD可編程邏輯器件、IGBT驅(qū)動電路、光電隔離、 通信接口、顯示屏、鍵盤、電力電子器件及軟件（圖2-3）。微處理器把輸入信息、反饋信息處理計算，結(jié)果傳給可編程邏輯器件，PLD控制驅(qū)

10、動單元和IGBT的導通與關(guān)斷，因定、轉(zhuǎn)子的兩凸極對齊位置下電感最大 Lmax，不對齊位置下電感最小 Lmin，可通過控制電流的Dilj斬波值i、開通角?！昂完P(guān)斷角off，來控制電機運行。 I圖2-2 SRM控制原理圖2.3曲柄壓力機數(shù)控方法設(shè)計驅(qū)動壓力機的開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)工作在用戶設(shè)定的轉(zhuǎn)速數(shù)值。具體數(shù)控方法如下:電機定子相電流和轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)矩及其運動方程為：1 2 dLMe -i( )(2-2)2 dMe Ml J-( 2-3)dt式中i-相電流(A)-轉(zhuǎn)子角位移Me-電機轉(zhuǎn)矩(N m)t-時間(s)M L為負載轉(zhuǎn)矩(N m)2 J -電機轉(zhuǎn)子及工作運動部分的轉(zhuǎn)動慣量(kg m)L-相電感(H

11、)-1-電機角速度(s )pl I考慮電感上升沿或下降沿的斜率近似為K，則電機的轉(zhuǎn)矩可寫為dn(2-4),K Rn在額定轉(zhuǎn)速以下電機運行在電流斬波狀態(tài)，把(2-3)、(2-4)式合并，并寫成數(shù)值的形式，則斬波電流瞬時值為：J-M lt n 1 tnK/2n(2-5)K/2由電流計算值，給定電流上限幅值iH ii0和下限幅值iL ii0。若檢測電流值ic iH , IGBT S1、S2同時關(guān)斷，迫使電流下降；若檢測電流 ic iL , IGBT導通，電流又 開始上升，以此實現(xiàn)對電流斬波值的限定。數(shù)控方法由圖3的控制電路實現(xiàn)。根據(jù)反饋的轉(zhuǎn)子位置信號，確定上止點和下止點的位置，并計算出轉(zhuǎn)速反饋值n

12、,根據(jù)PID算法使n 1逼近，根據(jù)公式（5）計算電流斬波值i ; PLD根據(jù)位置編碼通過驅(qū)動電路控制IGBT的導通與關(guān)斷。2.4開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機的特性分析開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點：（1）系統(tǒng)效率高開關(guān)磁阻伺服在其寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，整體效率比其它調(diào)速系統(tǒng)高出至少10%。在低轉(zhuǎn)速及非額定負載下高效率則更加明顯。（2）調(diào)速范圍寬，低速下可長期運轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻調(diào)速帶負荷長期運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍可在零到最高轉(zhuǎn)速內(nèi)，電機及控制器的溫升低于工作在額定負載時的溫升。（3）無過沖起動電流開關(guān)磁阻伺服具有軟起動特性，電機起動過程沒有交流電機起動電流大于額定電流57倍的現(xiàn)象，而是起動電流平滑增加至所需的

13、電流。設(shè)定的電機起動時間越長， 起動電流越小。（4）高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流開關(guān)磁阻伺服起動轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩的150%時，起動電流僅為額定電流的30%。（5）三相輸入電源缺相或控制器輸出缺相不燒電動機開關(guān)磁阻伺服若三相輸入電源缺相或者欠功率運行或者停轉(zhuǎn)，不會燒毀電機和控制器。電動機輸入缺相只會導致電動機輸出功率減小，或者有可能導致電動機無法起動。（6）過載能力強開關(guān)磁阻伺服過載能力強，當負載短時大于額定負載時，轉(zhuǎn)速下降，保持最大輸出功率， 不出現(xiàn)過流現(xiàn)象。當負載恢復正常時，轉(zhuǎn)速恢復到設(shè)定轉(zhuǎn)速。（7）功率器件控制錯誤不會引起短路開關(guān)磁阻伺服的上下橋臂功率器件和電機的繞組串聯(lián)，不存在發(fā)生功率器件控制

14、錯誤導致短路而燒毀的現(xiàn)象。（8）可靠性高開關(guān)磁阻伺服的轉(zhuǎn)子無繞組和鼠籠條，電機可高速運轉(zhuǎn)而不變形，機械強度和可靠性均 高于其它類設(shè)備。定子線圈嵌裝容易，端部短而牢固，熱耗大部分在定子，易于冷卻。轉(zhuǎn)子 無永磁體，可有較高的最大允許溫升。(9) 功率因數(shù)高普通交流電機空載時功率因數(shù)為0.20.4,滿載時為0.860.89 ;而開關(guān)磁阻伺服的功率因數(shù)空載時可達 0.995，滿載時可達0.98。與現(xiàn)有壓力機比較，開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機的突出優(yōu)勢為：(1) 運動數(shù)控曲柄壓力機滑塊速度 v R sin sin2 ，電機角速度 e的i2閉環(huán)數(shù)控，使滑塊運動曲線可根據(jù)工藝要求進行數(shù)字設(shè)置，可以設(shè)計特殊的工作特

15、性曲線， 進行高難度、高精度加工，能夠?qū)崿F(xiàn)低速鍛沖急回的變速功能。(2) 生產(chǎn)率高 可以根據(jù)工況和自動化連線的需要，在較大范圍內(nèi)數(shù)字設(shè)定滑塊行程次數(shù)，其寬范圍調(diào)速功能，可以有效提高生產(chǎn)率，徹底解決了“不能用連續(xù)行程壓延較大較深的零件”的難題。(3) 能量數(shù)控 開關(guān)磁阻數(shù)控曲柄壓力機加壓能量可數(shù)控， 數(shù)控其速度，即數(shù)控其能量。(4) 智能數(shù)控 對不同工藝、不同材料可調(diào)用計算機存儲的不同工作曲線， 使壓力機的 加工性能、加工范圍大大提高。工藝曲線、時間、產(chǎn)量、耗電量等數(shù)據(jù)可由微機智能存儲和處理，易實現(xiàn)制造過程信息化管理的目標。(5) 制件精度高沒有液壓過載保護裝置， 不存在液體受壓變形影響閉合高度

16、，床身彈性變形誤差小，壓力重復精度高，制件精度高。(6) 可視化 加壓速度、壓力、壓制時間等工藝參數(shù)實時反饋并顯示。(7) 通用性提高現(xiàn)有壓力機根據(jù)工藝不同而種類繁多，開關(guān)磁阻數(shù)控壓力機可依工藝調(diào)節(jié)，而滿足不同工藝的需求，使同一臺壓力機工作在不同工況。(8) 模具壽命高因壓制工件的能量和速度可準確數(shù)控，使模具受沖擊速度減小，壽命提高。(9) 結(jié)構(gòu)簡化 曲柄壓力機沒有了大皮帶輪、離合器、液壓過載保護裝置等，結(jié)構(gòu)極大 地得到簡化。因滑塊能量數(shù)控，在噸位儀指示下，打擊力不會超載，無需過載保護裝置。(11) 上止點位置可控擺動工藝的上止點可以任意設(shè)定，正常停機時，確?；瑝K停在上止點，編碼器反饋位置信號

17、，在停機前電機減速；當滑塊處在上止點時，電機軸制動，確?；瑝K停在上止點。(12) 安全性高在電機制動和制動器作用下，滑塊可以在任何位置緊急制動停止。(13) 節(jié)能 在額定點以下工作，開關(guān)磁阻電機比其他電機耗能低；在低速階段，節(jié)能 更加明顯。數(shù)控伺服壓力機沒有離合器結(jié)合能耗，滑塊停止后，電機停轉(zhuǎn)，也沒有了電機、 皮帶輪空轉(zhuǎn)，能耗顯著降低。同時，開關(guān)磁阻電機在制動時可變?yōu)榘l(fā)電機，能量回饋，重新 利用。（14）工作可靠性高 與其他電機系統(tǒng)相比， 開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子即無繞組也無永磁體， 機械強度高； 電機在三相輸入電源缺相或者欠功率運行或者悶車的情況下， 不會燒毀電機和 控制器；功率器件不會發(fā)生因控制錯

18、誤導致短路而燒毀的現(xiàn)象，并且溫升低。（ 15）不會悶車 當故障停車時，電機反轉(zhuǎn)回程，不會發(fā)生悶車現(xiàn)象。（ 16） 可以保壓 在下止點壓緊工件時，滑塊可以短時間停留，實現(xiàn)液壓機的保壓功 能。（ 17）易維護 沒有易損易耗件，減少了維護工作、維護時間和維護費用。（ 18）使用方便 模具調(diào)試時，能夠以極慢的速度寸動下行，不會發(fā)生故障，不用配置 微調(diào)傳動， 調(diào)模試模極為方便， 需要外設(shè)調(diào)模試模液壓機，可以在導柱導套接觸后，試沖工 件，不會發(fā)生悶車。（ 19）多機同步控制 多臺壓機連線時，開關(guān)磁阻數(shù)控系統(tǒng)更容易實現(xiàn)同步控制。開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機即保持了機械驅(qū)動的種種優(yōu)點，又改變了其工作特性不可調(diào) 的缺

19、點， 能極方便地改變滑塊的運動曲線， 獲得不同的工件變形速度， 使機械驅(qū)動的成形裝 備也具有了柔性化和智能化的特點， 工作性能和工藝適應性大大提高， 保證了沖壓件的質(zhì)量； 同時，結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕，安裝、調(diào)試、使用方便，無離合器及其氣動系統(tǒng)，減少維修、 降低能耗，可靠性提高，安全性提高，實現(xiàn)主運動的數(shù)字化信息化控制。開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機的高效節(jié)能、智能數(shù)控性能優(yōu)越，能夠逐步替代現(xiàn)有的交流 電機和直流電機驅(qū)動的各種曲柄壓力機， 實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級換代。 開關(guān)磁阻伺服壓力機提 升了成形加工產(chǎn)業(yè)的制件精度的整體水平， 將使我國制造業(yè)水平進入了高技術(shù)低消耗的新階 段。3伺服曲柄壓力機工藝曲線設(shè)計分析

20、3.1工藝曲線設(shè)計需求分析由于沖壓工藝有沖裁、彎曲、拉深等多種加工方法，不同的加工方法對壓力行程、速度 等工藝參數(shù)有相應的要求，伺服曲柄壓力機應滿足不同工藝的參數(shù)即運動曲線要求。3.2曲柄滑塊運動分析空載狀態(tài)下的運動分析如下.3.2.1滑塊位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖3-1曲柄連桿滑塊機構(gòu)運動分析圖圖3-1中：（1）0點為曲柄的回轉(zhuǎn)中心；（2）A點為連桿與曲柄的連接點；（3）B點為連桿與滑塊的連接點，B點的運動代表滑塊的運動（即分析時滑塊可看作點運動）；（4）0A表示曲柄半徑R；（5）Ab表示連桿長度L ；（6）為曲柄與鉛垂線的夾角，順時針為正方向；(7 )曲柄旋轉(zhuǎn)的角速度，逆時針為正方向；(8 )

21、s代表滑塊距下死點的距離，向上為正；(9) 代表滑塊作往復直線運動的速度，向下為正方向；(10) 曲軸在最高點為1800，最低點為00度。曲軸從1800逆時針正轉(zhuǎn)經(jīng)過900到00，隨后正轉(zhuǎn)經(jīng)過-900到1800為一工作周期。根據(jù)圖3-2，滑塊位移s的數(shù)學表達式為s R L (RcosL cos )+ (連桿系數(shù))由三角函數(shù)公式可得：cos由圖3-2結(jié)構(gòu)，可得：sin(3-1).1 sin2RsinsinLcos .,1 sin2. 12 sin21:2 2s R(1 cos ) (112 sin2 )將cos眩泰勒公式展開，取前兩項得： 12.2cos 1 sin221 cos2乂 sin 2

22、1s R (1 cos ) - (1 cos2 )(3-2)4假設(shè)，曲柄上止點為0度，下止點為180度。令1s R (1 cos )(1 cos 2 )(3-3)4(3-3)式中，s為滑塊位移，向上為正方向；為連桿系數(shù)，p ； R為曲柄半徑。3.2.2滑塊速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)運動學中位移和速度的微分方程dsdtd(2R s)dtdsdtds dd dt和)Rsinsin 22又因速度正方向向下，可列以下速度公式其中一 =g_八dt令v R sin sin 2( 3-4)2(3-4)式中，為曲柄的角速度,為滑塊速度，向下為正方向。3.2.3滑塊加速度與轉(zhuǎn)角的關(guān)系利用相同的原理可對速度公式進行

23、時間求導得滑塊的角加速度dvdv ddR sin12 _cos2asin 2R cosdtd dt d2令a 2 R cos - cos2( 3-5)由以上分析可得滑塊的運動學公式:滑塊運動與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系式R (1 cos )丄(1 cos 2 )4v R sinsin 22a 2 R cos - cos 2(3-6)滑塊運動與時間的關(guān)系式勻速運動時，令tR (1 cos t)丄(1 cos2 t)4v R sin t sin2 t2a 2R cos t- cos2 t (3-7)由公式(3-6)、(3-7)可知：1) 滑塊的運動特性在曲柄角速度一定時只與曲柄轉(zhuǎn)角剛性有關(guān)，與其他因 素沒有關(guān)

24、系。不同的行程次數(shù)時，由于滑塊的速度 v,加速度a都與曲柄的角速 度有關(guān)，在不同的行程次數(shù)下，滑塊的速度 V，加速度a是變化的。2) 滑塊的行程只是在上下止點間循環(huán)滑動，不可隨意的剛性縮短或增長。3) 是曲柄滑塊的轉(zhuǎn)速，其大小是由伺服電機通過傳動機構(gòu)按照一定的傳動比轉(zhuǎn)換過來參數(shù)(電= 曲i，i為傳動比)，所以計算機控制伺服電動機的角速度可以直接控制滑塊的運動?？紤]到t ，滑塊運動曲線隨時間發(fā)生變化。3.3曲柄滑塊運動工藝曲線設(shè)計計算3.3.1滑塊運動工藝曲線與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)位移s、速度V、加速度a的公式，1s R (1 cos )(1 cos 2 )4v R sinsin2a 2R cos

25、 - cos2式中，R為曲柄半徑，R S/2315/2 157.5mm，為連桿系數(shù)，2=0.1為曲柄轉(zhuǎn)角。計算得：表0 角度-位移的對應數(shù)據(jù)序號角度/ °位移s/mm10315.0230295.9360242.2490165.4512084.70615023.10關(guān)鍵點g=22.4Sg=13716010.4081702.600918001021023.101124084.7012270165.413300242.214330295.915360315.0托虔圖3-2角度-位移曲線圖當行程次數(shù)分別為:ni= ng /2=10， n2=15,ng=20,n4=1.5 ng =30,n5=

26、2 ng =40, (/min-1)時, 計算得如下數(shù)據(jù)：表1行程次數(shù)ni=10,滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/ °位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n 1/rpm滑塊速度v1/mm s-1滑塊加速度a1/mm s-210315.0100155.4230295.975.30140.9360242.2135.794.90490165.4164.917.30512084.70149.9-77.70615023.1089.60-158.1關(guān)鍵點157.6Sg=1368.60-171.9716010.4061.70-175.581702.60031.50-186.3918000-189.91021023.

27、10-89.60-158.21124084.70-149.9-77.7012270165.4-164.917.3013300242.2-135.794.9014330295.9-75.30140.915360315.00155.4圖3-3角度、位移-速度曲線圖圖3-4角度、位移-加速度曲線圖表2行程次數(shù)ng=15.滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度位移曲軸轉(zhuǎn)速滑塊速度滑塊加速度/ °s/mmn 1/rpmv1/mm s-1a1/mm s-210315.0150349.4230295.9112.9316.8360242.2203.4213.5490165.4247.338.80512084.

28、70224.9-174.7615023.10134.3-355.6關(guān)鍵點157.6Sg=13102.9-386.5716010.4092.50-394.581702.60047.20-418.8918000-427.01021023.10-134.4-355.61124084.70-224.9-174.712270165.4-247.338.8013300242.2-203.4213.514330295.9-112.9316.815360315.0-0349.4加速度2甜速摩2圖3-6角度、位移-加速度曲線圖表3行程次數(shù)ng=20,滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度位移曲軸轉(zhuǎn)速滑塊速度滑塊加速度/

29、°s/mmn 1/rpmv1/mm s-1a1/mm s-210315.0200619.2230295.9150.3561.4360242.2270.8378.4490165.4329.268.80512084.70299.3-309.6615023.10178.8-630.2關(guān)鍵點157.6Sg=13137.0-684.8716010.40123.2-699.281702.60062.80-742.2918000-756.71021023.10-178.8-630.21124084.70-299.3-309.612270165.4-329.268.8013300242.2-270.

30、8378.414330295.9-150.3561.415360315.00619.2圖3-8角度、位移-加速度曲線圖表4 行程次數(shù)ng=30,滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度位移曲軸轉(zhuǎn)速滑塊速度滑塊加速度/ °s/mmn 1/rpmv1/mm s-1a1/mm s-210315.03001398230295.9225.91267360242.2406.9854.1490165.4494.6155.3512084.70449.7-698.8615023.10268.7-1423關(guān)鍵點157.6Sg=13205.9-1546716010.40185.0-157881702.60094.30

31、-167591800010-268.770-449.7-698.812270165.4-494.6155.313300242.2-406.9854.114330295.9-225.9126715360315.001398速度4圖3-9角度、位移-加速度曲線圖加速度4加速度&圖3-10角度、位移-加速度曲線圖表5行程次數(shù)n=40,滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度位移曲軸轉(zhuǎn)速滑塊速度滑塊加速度/ °s/mmn 1/rpmv1/mm s-1a1/mm s-210315.04002485230295.9301.22253360242.2

32、542.51519490165.4659.5276.1512084.70599.7-1243615023.10358.3-2529關(guān)鍵點157.6Sg=13274.5-2749716010.40246.7-280681702.600125.8-2979918000-30371021023.10-358.3-25291124084.70-599.7-124312270165.4-659.5276.113300242.2-542.5151914330295.9-301.2225315360315.002485速度5圖3-11角度、位移-速度曲線圖加速度5加謹度§圖3-12角度、位移-加速

33、度曲線圖3006004002000230400逮度1速箜2-一速！知速廃4速虞5300圖3-13 角度、位移-速度范圍圖圖3-14角度、位移-加速度范圍圖332滑塊運動工藝曲線與時間的關(guān)系R (1 cos t)-(1 cos2 t)4v R si nt sin 2 t22a R cos t - cos2 t22.4N=360/ g =16時間步長t=60/(nN)，關(guān)鍵點為位移 S=Sg=13, S=0 表6位移數(shù)據(jù)單位：mm時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400315.0315.0315.0315.0315.01 t314.5314.5314.5314.5314.52

34、 t308.2308.3308.3308.3308.33 t285.0285.0285.2285.0285.04 t236.3236.4236.8236.4236.45 t164.5164.6165.3164.6164.66 t85.6085.7086.4085.7085.707 t23.6023.7024.2023.7023.708 t000009 t23.4023.3022.7023.3023.3010 t85.4085.1083.9085.1085.2011 t164.3164.0162.6164.0164.212 t236.1235.9234.7235.9235.913 t284.92

35、84.8284.0284.8284.814 t308.2308.2307.9308.2308.215 t314.5314.5314.5314.5314.516 t315.0315.0315.0315.0315.0位 fia 位務2 位槨3 位穆斗 位移5圖3-15時間-位移曲線圖時間步長t=6/n 2,關(guān)鍵點為位移S=Sg=10 ,速度為0點 和最大值點 表7速度數(shù)據(jù)單位：mms-1時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400000001 t57.3085.80114.1171.7228.92 t108.3162.4215.9324.8433.23 t146.5219.629

36、2.1439.3585.84 t164.9247.3329.1494.5659.45 t158.2237.3316.2474.5632.76 t124.9187.4250.4374.8499.77 t69.00103.7139.5207.4276.48 t0.1000.4002.4000.9000.9009 t-68.80-102.9-135.2-205.9-274.710 t-124.8-186.9-247.3-373.7-498.511 t-158.1-237.0-314.8-474.1-632.212 t-164.9-247.3-329.5-494.7-659.613 t-146.6-2

37、19.9-294.1-439.9-586.614 t-108.5-162.9-218.9-325.9-434.415 t-57.40-86.50-117.8-173.0-230.516 t0-0.700-3.900-1.400-1.600300too4002000 -200 -400 00 -StMJ速曜1速曜左速度也速度5圖3-16時間-速度曲線圖時間步長t=6/n2,關(guān)鍵點為加速度為0點 和最大值點表8 加速度數(shù)據(jù)單位：mm s-2時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400155.4349.4619.2139824851 t147.3331.2587.113252356

38、2 t122.1274.6487.0109819533 t78.3176.2313.3704.812534 t17.339.171.1156.5277.95 t-53.8-120.7-211.6-482.8-858.96 t-122.0-274.1-483.4-1096-19507 t-171.7-385.8-682.2-1543-27458 t-189.9-427.0-756.8-1708-30379 t-171.8-386.5-686.9-1546-274810 t-122.2-275.2-491.6-1101-195711 t-54.0-122.0-221.3-488.1-866.812

39、 t17.137.961.9151.6270.513 t78.1175.2306.1700.9124714 t122.0274.0482.41096194915 t147.3330.9584.91324235416 t155.4349.4619.11398248520'JOlOfJO0 1000 2000 -30OD -4W0加速曜1加速毘2加速曜V加速度也速度5圖3-17時間-加速度曲線圖Fn3BL宀aA-F Fab cosmg ma(4-1)Fab F 0(4-2)fcos(4-3)Q F tan(4-4)4伺服曲柄壓力機負載曲線設(shè)計分析4.1曲柄、連桿與滑塊曲柄連桿滑塊機構(gòu)受力分

40、析如圖4-1 oFabD圖4-1曲柄連桿滑塊機構(gòu)受力分析圖圖中，F(xiàn)ab為連桿作用力，Q為導軌作用力，F(xiàn)為負載的作用力，為連桿的長度系數(shù)，為曲柄轉(zhuǎn)角。4.2.1連桿與滑塊的受力分析由圖4-1受力分析:在一般情況下，0.3，且通用壓力機的一般小于30 ,對應的cos大于0.95，故上式可化簡為Fab F （4-5）Q F sin（4-6）422曲軸受轉(zhuǎn)矩：由轉(zhuǎn)矩公式：M = F I得Ml Fab.OD （ OD為曲柄相對于旋轉(zhuǎn)中心的力矩）機械簡圖和三角公式可得：OD Rsi nR sin coscos sin（4-7）其中：cos1F ABf（4-8）sinsinODR sinsincosR si

41、nsin 22（4-9）所以M LFR sinsin 22（4-10）由于曲軸強度有限，不能承載無限大的彎矩，所以現(xiàn)定義一臨界角（標稱壓力角g），在此點能承受的工件變形抗力稱為標稱壓力 FgMgLFgR singsin 2g 2g令miLR sin sin 22M L F .mL許用負載公式fMgLRsin1 sin 22（4-11）考慮摩擦M gqFg mgqFg R(sin g2sin2 g)12(1)dAdBdO(4-12)針對250噸曲柄壓力機,標稱壓力Fg：2500KN曲柄半徑R：157.5mm標稱壓力行程Sg: 13mm連桿長度L:1575mm(由 L=R/ ,0.1)標稱壓力角：

42、R2 (R L Sg)2-L2cos gg0.9247g2R(R L-Sg)22.4根據(jù)許用扭矩的公式: 許用扭矩（不計摩擦）的公式:M gL FgR(sin g §sin2 g)代入數(shù)據(jù):M gL FgR(sin g2sin2 g)32500 100.1575(0.3810.050.7046)163.9kN ?m許用壓力FMg(sinR=30° 時，F(xiàn)1639000.1575(0.50.05)11915.4KN2=60° 時,1639000.15750.05 ) 11144.4 KN2=90 ° 時,1639000.1575(10.050) 11040

43、.6 KNFg根據(jù)時,Fg sin gsin 22R(sin sin 2)2許用負荷圖如下負戦/KN角度f度圖18許用負荷圖5伺服曲柄壓力機電機功率設(shè)計分析 5.1伺服曲柄壓力機的能量設(shè)計分析最大有效能量Ao : Ao A1 A2A1為工件變形功。A 2為拉深墊工作功A,0.7Fgh 0.7 O.45ho O.315Fghoho0.2. Fg，快速型般工況下,Ai 0.126 Fg3Ao A, 0.126 2500 , 250015750J 16kJA1工作能量 E A =16/0.3=53.3kJ,亠nA120 16工作功率P0 A/t 17.8kW6060 0.3360度的電機工作循環(huán)下電

44、機功率 P：P KnA 1 / 60 KP 01 .217 .8kW 21 .3KW選用Y200-L2-6型電機22kW。5.2伺服電機功率考慮伺服曲柄壓力機，無離合器，電機在曲軸轉(zhuǎn)角180度范圍內(nèi)儲能，考慮開關(guān)磁阻電機具備起動轉(zhuǎn)矩2倍以上的過載能力，設(shè)計電機功率為45kW。5.3電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與壓力機負載扭矩的關(guān)系：壓力機負載扭矩：嘰FgR(sin g -sin2 g)2500 103 0.1575 (0.381 0.05 0.7046)163.9kN ?m曲軸動力轉(zhuǎn)矩 M P/ =45000/2.09=21531.1Nm曲軸動力轉(zhuǎn)矩是負載轉(zhuǎn)矩的 Mn/MgL 21531.1/163900 1

45、3.1%左右考慮摩擦，曲軸動力轉(zhuǎn)矩是負載轉(zhuǎn)矩的 21531.1/320000=6.7%左右曲柄連桿機構(gòu)增力效果大于10倍6.傳動裝置的總體設(shè)計6.1選定電機選擇開關(guān)磁阻伺服電機，型號：SRM315L2-7.5,額定功率110KV，額定轉(zhuǎn)速 750r/min，額定轉(zhuǎn)矩 1401 N m。2、確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比1）、總傳動比i為n0500i 025ng20式中，n°為電機額定轉(zhuǎn)速；ng為滑塊行程次數(shù)2）、分配傳動比 式中，i為帶傳動的傳動比,i為齒輪傳動的傳動比。（式 6-1）（式 6-2）ii i選 i 4.55，i 5.53、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1）、各軸的轉(zhuǎn)

46、速電機軸n。500 r/min（式 6-3）I軸n皿 109.9 r/mini（式 6-4）II軸nn20 n min i（式 6-5）6.2帶傳動設(shè)計（1）、定V帶的型號工作情況系數(shù)查表得Ka=1.5計算功率PC KA P01.5 4567.5KW（式 6-6）選擇25J型窄V帶小輪直徑查表得D1 =315mm大帶輪直徑D2(1D.n.)1n2(式 6-7)(1 1%)315 5001419mm109.9式中，&為帶傳動的滑動率； m為小帶輪轉(zhuǎn)速；n2為大帶輪轉(zhuǎn)速。查表選 Dn2104=1500mm大帶輪轉(zhuǎn)速n2 (1D1 n1D2(1 1%)315 5001500104r/min(

47、式 6-8)(2) 、計算帶長Dm ( D1 D2)/2(1500 315)/2907.5mm(式 6-9)(D1 D2)/2(1500 315)/2592.5mm(式 6-10)初取中心距a=1250mm-H-h X, 帶長2LDm 2a /a3.14159 907.5 2 1250 592.52/1250 5630.4mm(式 6-11)基準長度查表得Ld =5690mm(3) )中心距和包角LDm 1 ''/ig 2 o 2a(L Dm)8445690 3.14159 907.5 1 22(5690 3.14159 907.5)2 8 592.5241283.5mm(式 6-12)小輪包角 1180D2D1a601500 31518060124.61283