1引言1.1沖壓機(jī)床沖壓是利用壓力機(jī)和沖模對材料施加壓力，使其分離或產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定形狀和尺寸大小制品的一種少無切削加工工藝。這種加工方法通常在常溫下進(jìn)行，主要用于金屬板料成型加工，故又稱為冷沖壓。沖床是制造工業(yè)廣泛采用的沖壓設(shè)備，是生產(chǎn)薄壁零件或一些沖壓零件的主體設(shè)備［1］。1.1.1沖壓機(jī)床的結(jié)構(gòu)沖壓機(jī)構(gòu)組成沖壓機(jī)構(gòu)由機(jī)床本體、傳動系統(tǒng)、動力源、控制系統(tǒng)等組成。其中傳動系統(tǒng)又由伺服電機(jī)、減速機(jī)、齒輪傳動、曲軸傳動、連桿。伺服電機(jī)是在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置，其作用是可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。減速機(jī)是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運(yùn)動的機(jī)械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、 相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點(diǎn)。曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下 (往復(fù))運(yùn)動變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動。是發(fā)動機(jī)上的一個重要的機(jī)件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動和力的桿件 ［So.(2)送料機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)送料機(jī)構(gòu)是由擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，設(shè)計時，應(yīng)先確定搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸，然后再設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)要求作間歇送進(jìn)，比較簡單。1.1.2沖壓機(jī)構(gòu)工作原理沖壓機(jī)構(gòu)及其相配合的送料機(jī)構(gòu).上模先以比較大的速度接近坯料，然后以近似勻速進(jìn)行拉延成形工作，以后，上模繼續(xù)下行將成品快速推出型腔，最后快速返回.上模退出下模以后，送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)⑷。1.1.3工藝過程利用成形板料自動輸送機(jī)構(gòu)或機(jī)械手自動上料，上料到位后，輸送機(jī)構(gòu)迅速返回原位，停歇等待下一循環(huán)。沖頭往下作直線運(yùn)動，對坯料沖壓成形。沖頭(上模)繼續(xù)下行將成品推出型腔，進(jìn)行脫模，最后快速直線返回。將成形脫模后的薄壁零件在輸送帶上送出。上模退出下模后，送料機(jī)構(gòu)從側(cè)面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。1.2沖壓機(jī)床主傳動的分類按主傳動方式，沖床可分為曲柄滑塊式、機(jī)械凸輪式、肘桿式、液壓式。曲柄滑塊式：使用曲柄機(jī)構(gòu)的沖床稱為曲柄滑塊式?jīng)_床，大部分的機(jī)械沖床使用本機(jī)構(gòu)。使用曲柄機(jī)構(gòu)的最多理由是，容易制作、可正確決定行程之下端位置、及滑塊運(yùn)動曲線大體上適用于各種加工。因此，這種形式的沖壓適用于沖切、彎曲、拉伸、熱間鍛造、溫間鍛造、冷間鍛造及其他幾乎所有的沖床加工。機(jī)械凸輪式：在滑塊驅(qū)動機(jī)構(gòu)上使用凸輪機(jī)構(gòu)之沖床稱為凸輪式?jīng)_床。這種沖床的特征式以制作適當(dāng)?shù)耐馆喰螤睿员闳菀椎氐玫剿幕瑝K運(yùn)動曲線。但因凸輪機(jī)構(gòu)之性質(zhì)很難傳達(dá)較大的力量，所以這種沖床能力很小。肘桿伺服式：在滑塊驅(qū)動上使用肘桿機(jī)構(gòu)稱為肘桿式?jīng)_床。這種沖床具有在下死點(diǎn)附近的滑塊速度會變得非常緩慢(和曲柄式?jīng)_床比較)的獨(dú)特滑塊運(yùn)動曲線。而且也正確的決定行程的下死點(diǎn)位置，因此，這種沖床適合于壓印加工及精整等的壓縮加工，現(xiàn)在冷間鍛造使用的最多。液壓式：與上面介紹的機(jī)械式不同，其驅(qū)動力由液壓提供。液壓式?jīng)_床以其使用液體不同，有油壓式?jīng)_床和水壓式?jīng)_床，目前使用油壓式?jīng)_床占多數(shù)，水壓式?jīng)_床則多用于大型機(jī)械或特殊機(jī)械。1.3沖床設(shè)備安全防護(hù)在各類機(jī)械設(shè)備傷害事故中，沖壓設(shè)備所造成傷害的比例最大。由沖壓作業(yè)所發(fā)生的重傷事故，一般要占各種重傷事故總數(shù)的50%左右。因此，對于沖壓設(shè)備安全防護(hù)，必須給予足夠的重視。沖壓設(shè)備事故的主要原因沖壓設(shè)備多數(shù)以機(jī)械傳動為主，其特點(diǎn)是行程速度快，每分鐘幾次到數(shù)百次。在目前機(jī)械化、自動化程度還不高的情況下，多數(shù)沖壓作業(yè)還采用手工操作。操作者在簡單、頻繁、連續(xù)重復(fù)作業(yè)的情況下，容易產(chǎn)生疲勞。一旦操作失誤，放料不準(zhǔn)，模具移位，都有可能發(fā)生沖斷手指等傷害事故。防止沖壓傷害的主要措施：改革工藝、模具和作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)人手模外作業(yè)。對于大批量生產(chǎn)作業(yè)，可從改革工藝和模具入手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。例如，采用自動化，多工位沖壓機(jī)械設(shè)備，采用多工劃具與機(jī)械化進(jìn)出產(chǎn)裝置，采用連續(xù)模、復(fù)合模等合并工序措施。所有這些不僅能保障沖壓作業(yè)的安全，而且能大大提高生產(chǎn)效率，這是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向。小批量、多品種的沖壓生產(chǎn)，當(dāng)前難于實(shí)現(xiàn)自動化，妥善的辦法是盡量采用安全、勞動強(qiáng)度較小、使用方便的工具。同時，還可改革模具的定位、出件、清理廢料等工序，使操作更為安全。改造沖壓設(shè)備，提高生產(chǎn)安全可靠性。目前許多陳舊沖壓設(shè)備的操縱系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)存在很多不安全因素，若繼續(xù)使用對應(yīng)其進(jìn)行技術(shù)改造。沖壓設(shè)備制造廠應(yīng)當(dāng)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，確保沖壓設(shè)備的安全可靠性。安裝防護(hù)裝置。由于生產(chǎn)批量小，在既不以實(shí)現(xiàn)自動化，又不能使用安全沖壓工具的沖壓作業(yè)中，必須安裝安全防護(hù)裝置，以防止由于操作失誤而造成的傷害事故。各種防護(hù)裝置有各自不同的特點(diǎn)和使用范圍，使用不當(dāng)仍然會發(fā)生傷害事故。因此，必須弄清各種防護(hù)裝置的作用，以做到正確使用，保證操作安全⑸。1.4沖壓機(jī)床在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀國外的發(fā)展情況目前，國外沖壓機(jī)床已經(jīng)開始采用伺服電機(jī)+數(shù)控的方式進(jìn)行控制。在現(xiàn)有伺服壓力機(jī)產(chǎn)品方面，有小松公司設(shè)計制造的H1F系列復(fù)合型伺服壓力機(jī)，會田公司的NS1-D系列數(shù)控伺服壓力機(jī)，山田公司的Svo-5型與Mag-24型伺服壓力機(jī)，綱野公司的ServoLink型伺服壓力機(jī)，以及金豐公司的CM1型伺服壓力機(jī)。其中H1F45系列AC伺服壓力機(jī)是小松公司順應(yīng)市場變化開發(fā)的一種新型沖壓設(shè)備，其最大的特點(diǎn)是取消了飛輪、離合器和制動器，而由AC伺服電機(jī)直接驅(qū)動曲柄或螺桿帶動滑塊上下往復(fù)運(yùn)動，可施加350?2000kN的壓力，并且采用高性能CNC系統(tǒng)，滑塊的動作靈活，可在運(yùn)行的過程中隨時加減速或停止，且精度很高［頃。國內(nèi)的發(fā)展情況國內(nèi)數(shù)控壓力機(jī)的研制工作起步較晚，水平也較低。上海第二鍛壓機(jī)床廠曾在1976研制出硬件連接數(shù)控(NC)步?jīng)_壓力機(jī)，其板料進(jìn)給系統(tǒng)由電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動。在從國外引進(jìn)大量的數(shù)控壓力機(jī)后，國內(nèi)對其技術(shù)進(jìn)行了消化、吸收及國產(chǎn)化工作，在科研人員的努力下，國產(chǎn)壓力機(jī)裝備水平也有了一定的提升。如北京機(jī)床研究所與天津重型機(jī)器廠聯(lián)合生產(chǎn)了國內(nèi)第一臺大型數(shù)控壓力機(jī)，通過伺服閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度的位置、壓力控制，并配有人機(jī)界面。浙江鍛壓機(jī)械有限公司也成功研制JZ21K-110型1100kN開式數(shù)控快速返程壓力機(jī)，該機(jī)是以普通的開式曲柄壓力機(jī)為基型，在傳動系統(tǒng)中增設(shè)多連桿機(jī)構(gòu)，在控制系統(tǒng)中增加數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計而成。該機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、操縱控制等方面均處于同類壓力機(jī)領(lǐng)先水平。其主要技術(shù)特點(diǎn)有：應(yīng)用曲柄多連桿機(jī)構(gòu)，使滑塊運(yùn)行速度更適宜板料沖壓要求。該機(jī)滑塊能快速接近公稱力行程區(qū)，沖制完成后又可快速返回上死點(diǎn)?？擅黠@縮短滑塊空程時間，提高生產(chǎn)率。而且，在公稱力行程范圍內(nèi)，該機(jī)滑塊運(yùn)行速度明顯減慢且近似勻速，使上模與工件接觸后的沖擊減少，沖裁噪聲明顯降低，模具使用壽命延長。當(dāng)滑塊運(yùn)行至下死點(diǎn)附近范圍時，可在一定時間內(nèi)保壓，從而提高拉深制件質(zhì)量。采用了美國HELM公司的數(shù)控系統(tǒng)，使主機(jī)具有以下功能：菜單式顯示和設(shè)定壓力機(jī)工作狀態(tài)；實(shí)時顯示曲軸轉(zhuǎn)動角度、滑塊運(yùn)行速度與沖壓力；沖壓速度實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)定；顯示并控制制件計數(shù)；可在線編程電了凸輪；高速模具保護(hù)接口；具有光線式安全保護(hù)裝置；中英文自動顯示故障原因并提示診斷方法；可設(shè)定各類安全密碼；可配置裝模高度傳感器，實(shí)現(xiàn)裝模高度閉環(huán)控制；可配置送料伺服系統(tǒng)［們。1.5論文主要研究內(nèi)容及手段針對課題中出現(xiàn)的幾個問題，將在接下來的時間里通過以下途徑來解決。查閱相關(guān)書籍資料，了解關(guān)于沖床沖壓技術(shù)及傳動系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)。沖床傳動結(jié)構(gòu)總體設(shè)計，根據(jù)所給定的參數(shù)，查閱有關(guān)方面書籍資料，設(shè)計總體的傳動結(jié)構(gòu)。使用三維造型軟件將所設(shè)計的結(jié)構(gòu)模型繪制出來。2曲柄壓力機(jī)曲柄壓力機(jī)是材料成型(塑性成型)種廣泛應(yīng)用的設(shè)備，通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)獲得材料成形時所需的力和直線位移，可進(jìn)行沖壓，擠壓，鍛造等工藝，廣泛應(yīng)用與汽車工業(yè)，航空工業(yè)，電子儀表工業(yè)，五金輕工業(yè)領(lǐng)域［6］。2.1曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)壓力機(jī)各部分零件的功能，可分為如下幾個組成部分：工作機(jī)構(gòu)設(shè)備的工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)由曲柄連桿，滑塊組成，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運(yùn)動。傳動系統(tǒng)由帶傳動和齒輪傳動組成，將電動機(jī)能量傳輸至工作機(jī)構(gòu)，在傳輸過程中，轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)矩逐漸增加。操作機(jī)構(gòu)主要由離合器，制動器以及相應(yīng)電氣系統(tǒng)組成，在電動機(jī)運(yùn)動后，控制工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，使其能間歇或連續(xù)工作。能源部分由電動機(jī)和飛輪組成。機(jī)器運(yùn)行的能源由電動機(jī)提供，開機(jī)后電動機(jī)對飛輪進(jìn)行加速，壓力機(jī)短時工作能量則由飛輪提供，飛輪起著儲存和釋放能量的作用。支承部分由機(jī)身，工作臺和緊固件等組成。它把壓力機(jī)所有零部件連成一個整體。輔助系統(tǒng)包括氣路系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，過載保護(hù)裝置，氣墊快換模，打料裝置，監(jiān)控裝置等。它提供高壓力計的安全性和操作方便性。對新型壓力機(jī)，此系統(tǒng)成本所占比例有提升趨勢⑺。2.2曲柄壓力機(jī)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，亦是壓力機(jī)的核心部分，它將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線上下運(yùn)動，提供給磨具工作所需的成形力和位移，同時提供一些輔助功能，如裝模高度調(diào)節(jié)，過載保護(hù)頂件等。按曲柄形式，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)主要有如下幾種：(1)曲軸式曲軸兩端由設(shè)備床身支撐，當(dāng)曲軸繞支撐軸轉(zhuǎn)動時，滑塊在導(dǎo)軌的約束下上下運(yùn)動，上下位置之差值為2R，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用與較大行程的中小型壓力機(jī)上。(2)偏心齒輪式偏心齒輪安裝在芯軸上并繞芯軸轉(zhuǎn)動通過偏心齒輪與芯軸的偏心距為R，實(shí)現(xiàn)曲柄機(jī)構(gòu)動作，應(yīng)用于中大型壓力機(jī)，芯軸僅受彎矩，偏心齒輪受彎矩作用，負(fù)荷分配合理，加工制作也方便，但偏心軸直徑較大，有一定磨損功耗W"2.3曲柄壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的布置方式(1)上傳動及下傳動的比較傳動系統(tǒng)設(shè)置在壓力機(jī)工作臺之上的為上傳動，在工作臺之下的為下傳動。現(xiàn)有的通用壓力機(jī)大多數(shù)采用上傳動機(jī)構(gòu)。(2)曲軸縱放和橫放的比較傳動系統(tǒng)曲軸安裝形式有垂直與壓力機(jī)正面(稱為縱放)及平行與壓力機(jī)正面(稱為橫放)兩種形式。舊式通用壓力機(jī)多采用橫放的安裝模式。這種布置曲軸和傳動軸比較長，受力點(diǎn)與支承的距離比較大，外形不夠美觀，現(xiàn)代壓力機(jī)越來越多的采用縱放的安裝模式。傳動系統(tǒng)剛性好，外觀美觀。(3)開式及閉式傳動的比較開式及閉式傳動系統(tǒng)指傳動齒輪安放在機(jī)身外還是機(jī)身內(nèi)。開式傳動齒輪工作條件差，外形不美觀，但安裝維修方便，而閉式傳動齒輪工作條件較好，但安裝維修困難?，F(xiàn)較多的采用開式傳動結(jié)構(gòu)。單邊和雙邊齒輪傳動的比較對于一般的壓力機(jī)均采用單邊傳動［8"2.4曲柄壓力機(jī)傳動級數(shù)及速比的分配壓力機(jī)的傳動級數(shù)與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘行程次數(shù)有關(guān)，行程次數(shù)低，則總速比大，傳動級數(shù)就應(yīng)多些，否則每級的速比過大，結(jié)構(gòu)不緊湊?，F(xiàn)有開式壓力機(jī)傳動級數(shù)一般不超過三級。行程次數(shù)在80次/分以上的用單級傳動。80次/分?40次/分的用二級傳動。40次/分?10次/分的用三級傳動。齒輪傳動中心距與模數(shù)的確定見表2.1。表2.1齒輪傳動中心距與模數(shù)傳動形式齒輪付位置中心距模數(shù)小齒輪齒數(shù)鑄鐵齒輪鋼齒輪鑄鐵齒輪鋼齒輪單邊傳動低速付(5~6.5)do(5?6.5)do0.1do0.09do14?21高速付(3?3.5)do(3?3.5)do0.072do0.064do16?21雙邊傳動低速付(4.3?5.6)do(3.5?4.6)do0.085do0.07do14?22高速付(3?3.7)do(2?2.3)do(0.056?0.084)do(0.084?0.064)do14?242.5本課題傳動系統(tǒng)選型2.5.1傳統(tǒng)沖壓機(jī)床傳統(tǒng)沖壓機(jī)床工作原理如圖4.1所示，電動機(jī)1通過三角皮帶驅(qū)動大皮帶輪3,經(jīng)過離合器5和齒輪6、7、8帶動偏心齒輪9,帶動滑塊13和凸模14直線下行，沖壓工作完成后滑塊回程上行，離合器自動脫開，同時制動器4接通，使滑塊停止在上死點(diǎn)附近，大皮帶輪同時起到飛輪的作用，偏心齒輪9和曲軸的作用相同。機(jī)械壓力機(jī)的載荷是沖擊性的，即在一個工作周期內(nèi)沖壓工作的時間很短，短時的最大功率比平均功率大十幾倍以上，因此在傳動系統(tǒng)中都設(shè)置有飛輪，按平均功率選用的電動機(jī)啟動后，飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，積蓄動能。凸模接觸坯料開始鍛壓工作后，電動機(jī)的驅(qū)動功率小于載荷，轉(zhuǎn)速降低，飛輪釋放出積蓄的動能進(jìn)行補(bǔ)償。鍛壓工作完成后，飛輪再次加速積蓄動能，以備下次使用。機(jī)械壓力機(jī)上的離合器與制動器設(shè)有機(jī)械或電氣連鎖，以保證離合器接合前制動器一定松開，制動器制動前離合器一定脫開。生產(chǎn)中，有可能發(fā)生超載現(xiàn)象，為保證設(shè)備和人員安全，常在壓力機(jī)上裝設(shè)有過載保護(hù)裝置和光電保護(hù)裝置。

1—電動機(jī)，2一小皮市輪，3一大皮市輪，4一制動器，5—離合器6、8—小齒輪，7—大齒輪，9—偏心齒輪，10—芯軸，11一機(jī)身，12—連桿13-滑塊，14一凸模，15一凹模，16一墊板，17—工作臺，18一液壓氣墊圖2.1機(jī)械壓力機(jī)工作原理圖該類機(jī)床驅(qū)動結(jié)構(gòu)上仍是落后的飛輪、離合器一制動器組合模式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、臃腫，多環(huán)節(jié)傳動精度差，噪音大；該壓力機(jī)雖然采用了流行的PLC控制，但主要集中在電氣、電機(jī)的起停、油路、氣路上，控制動作多為開關(guān)量，而對于滑塊的位置速度無法做到有效的控制，對不同工件的沖裁適應(yīng)性差，尤其是可塑性差、易脆裂等難加工材料制品的沖裁和拉深加工；同時，加工過程中壓力機(jī)狀態(tài)采用指示燈顯示，缺乏直觀的狀態(tài)與故障監(jiān)控，生產(chǎn)及工藝管理也無從談起［1?！?.5.2總體方案選型及設(shè)計針對傳統(tǒng)壓力機(jī)存在的不足，參照第三代壓力機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，提出設(shè)計目標(biāo)為：摒棄傳統(tǒng)的飛輪、離合器一制動器，以大功率交流伺服電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流異步電機(jī)，通過一級齒輪減速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動作。同時，控制功能在原有的邏輯控制基礎(chǔ)上增加上位機(jī)監(jiān)控和運(yùn)動控制，分別實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)的實(shí)時監(jiān)控和滑塊位置速度可調(diào)，提高壓力機(jī)的加工“柔性”。基于伺服電機(jī)直接伺服電機(jī)直接驅(qū)動壓力機(jī)設(shè)計方案如圖2.2所示。

機(jī)床開關(guān)量人機(jī)界面圖2.2伺服電機(jī)直接驅(qū)動壓力機(jī)系統(tǒng)框圖儲能電容Ji控制系統(tǒng)工作臺機(jī)床開關(guān)量人機(jī)界面圖2.2伺服電機(jī)直接驅(qū)動壓力機(jī)系統(tǒng)框圖儲能電容Ji控制系統(tǒng)工作臺在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，伺服電機(jī)只通過一級減速齒輪，再依靠連桿帶動滑塊上下運(yùn)動，這樣有效降低了傳動誤差，提高了滑塊位置精度，并且轉(zhuǎn)動慣量的減小使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)更快。同時，通過一級齒輪減速，可減小電機(jī)的調(diào)速范圍，增大出力比，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。緊急制動裝置采用電磁制動器，在過載、故障、電源斷電時需要緊急停車時，電磁制動器斷電，彈簧作用于制動盤上，使處于銜鐵與電機(jī)端蓋之間的制動盤被夾緊，依靠摩擦力矩使電機(jī)軸停轉(zhuǎn)；當(dāng)制動器通電時，電磁鐵心將銜鐵吸合，制動盤被釋放，即制動器被打開[11-13]3傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1主要設(shè)計參數(shù)沖床設(shè)計的主要參數(shù)：＞公稱力：Pg=600KN＞滑塊行程：S=140mm＞公稱力行程：Sg=5mm＞行程次數(shù)：平均行程次數(shù)：57spm(spm表示每分鐘滑塊動作次數(shù))，滑塊在行程內(nèi)最高為75spm，最低為25spm；＞最大裝模高度：H=320mm＞裝模高度調(diào)節(jié)量：^H=80mm＞齒輪減速比：10＞曲柄半徑：R=70mm?連桿長度：L=640mm3.2曲軸的確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，亦是壓力機(jī)的核心部分，分析它的運(yùn)動與受力特點(diǎn)是設(shè)計曲柄壓力機(jī)的關(guān)鍵。其主要計算S-a曲線的繪制，滑塊速度的計算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強(qiáng)度的計算。S-a曲線的繪制S=R[(1-COSa)+人/4(1-COS2a)]mm (3-1)R=70mm,L=640mm人=R/L=70/640?0.1S=70[(1-COSa)+0.1/4(1-COS2a)]mm當(dāng)a=0。時(即下死點(diǎn))S=70[(1-1)+0.1/4(1-1)]=0當(dāng)a=90。時S=70[(1-0)+0.1/4(1+1)]=73.5mm當(dāng)a=180。時(上死點(diǎn))S=70[(1+1)+0.1/4(1-1)]=140mm當(dāng)a=270。時S=70[(1-0)+0.1/4(1+1)]=73.5mm當(dāng)a=360。時S=70[(1-1)+0.1/4(1-1)]=0曲柄滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖如圖3.1所示圖3.1圖3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖滑塊速度計算v=wR(sin以+sin2以)m/min (3-2)W-曲柄角速度 w=兀R/30=0.105R=0.105x70=7.35曲柄在90°時，滑塊速度最大，最大速度Vmax=wR總0.105〃Rn--滑塊行程次數(shù)Vmax=0.105x70=0.55m/min（3）曲軸公稱轉(zhuǎn)角agag=cos-1=cos-1=cos-1R2+(R+2-Sg)ag=cos-1=cos-1=cos702+(70+640-5)2-6402

2x70(70__+640-5)9232598100=20.7°曲軸尺寸的確定曲軸直徑do do=(4.4-5\.Pgmm=(4.4-5^600=108?125mm取do為120mm曲軸其它部位尺寸如圖3.2所示圖3.2曲軸基本尺寸其各個部分的公式分別為：dA=(1.1-1.4)do=(1.1-1.4)x120=132~168mmlo=(1.5-2.2)do=(1.5-2.2)x120=180~264mmlg=(2.5-3.0)do=(2.5-3.0)x120=300~360mmla=(1.3-1.7)do=(1.3-1.7)x120=156~204mm

r=(0.08-0.1)do=(0.08-0.1)x120=9.6~12mmrA-曲柄半徑取值為75mmrB-連桿球頭或銷軸半徑；此方案選用球頭，用公式dB=(4—5fmm=(4-5.5^600=98~135mm取其值為dB=120mm則rB=60mm曲軸扭矩的計算曲軸在公稱轉(zhuǎn)角口g時發(fā)生公稱力Pg。曲軸傳遞的扭矩按下式求得，其中日-曲柄連桿機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)，對于開式壓力機(jī)日=0.04Mkg=Pg[R(sinag+業(yè)sin2ag)+旦[(1+入)rA+X(rB+ro)]NM (3-3)2帶入數(shù)據(jù)計算得Mkg=18360NM曲軸強(qiáng)度的計算齒輪對軸的作用力要比連桿對曲軸的作用力小得多，忽略不計。連桿對曲軸的作用力近似等于公稱力，并分別以1/2Pg作用在連桿瓦兩側(cè)距曲柄臂2r處。曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂2r處。曲柄頸所受扭矩要比彎矩小得多，忽略不計。反之支承頸彎矩小得多，忽略

不計[13。不計[13。C-C和B-B截面圖如圖3.3所示圖3.3C-C與B-B截面圖(3-4)危險截面C-C的彎矩為:(3-4)Mw=[(lg-la+8r)/4]xPgNM帶入數(shù)據(jù)計算得Mw=34500NM最大彎矩應(yīng)力b為：(3-5)Mw(lg-la+8r)Pgb (3-5)w 0.4HA3帶入數(shù)據(jù)計算得b=1.38x108Pa由上式可知，曲軸彎曲應(yīng)力當(dāng)曲軸尺寸一定時b值為一定值。危險截面B-B的扭矩Mk為：Mk=PgxMk最大剪切應(yīng)力T為：MkPgxMkT= = Wn0.2do3由上式可知，曲拐剪切應(yīng)力為當(dāng)量力臂的函數(shù)，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化而變化。許用值表見表3.1。表3.1g］與［t］許用值材料g]x105pa[t]材料g]x105pa[t]x105pa45調(diào)制100?1400750?100040C調(diào)制18CMMn調(diào)制1400?20002100?30001000?15001600?2300根據(jù)b根據(jù)b，計算值，令b=［q］,=［t］。由上式得:截面C-C：[p]=0.4如[q]帶入數(shù)據(jù)得[P]=8.4x105N

lg-la+8r截面B-B：[截面B-B：[p]=0.2如[t]

MO+M^由上式得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時滑塊的許用負(fù)荷曲線，如圖由上式得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時滑塊的許用負(fù)荷曲線，如圖3.4所示圖3.4許用負(fù)荷曲線綜合所有計算最后所得曲軸尺寸如圖圖3.4許用負(fù)荷曲線綜合所有計算最后所得曲軸尺寸如圖3.5所示3.3齒輪的計算齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛。齒輪材料的種類很多，在選擇時應(yīng)考慮的因素很多，類如必需滿足工作條件的要求，應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小，毛坯成形方法及熱處理和制造工藝等。齒輪傳動需要很大的力與扭矩，因此需要進(jìn)行齒輪強(qiáng)度的計算與校核［1幻3.3.1齒輪的初定經(jīng)查得相關(guān)資料得齒輪中心距二(5-6.5)do帶入do=120得中心距=600--780mm此設(shè)計方案種選擇600mm模數(shù)二0.09do=0.09x120=10.8mm小齒輪齒數(shù)取20則小齒輪的分度圓直徑為d小=20x10.8=216mm又因?yàn)橹行木?吃+d大=600mm2所以求得d工=984mm大因?yàn)闇p速比為10所以大齒輪的齒數(shù)為200由此可將大齒輪初定為齒數(shù)200，分度圓直徑為984mm，模數(shù)為10.8小齒輪初定為齒數(shù)20，分度圓直徑為216mm,模數(shù)為10.8大此輪初定后，還需要校核圓周速度VV=兀-Do-n/(60x1000)m/sec (3-6)=3.14x984x57/(60x1000)=2.9m/sec符合要求。3.3.2齒輪強(qiáng)度計算齒輪寬度B的選定B=(10-12.5)m (3-7)=(10-12.5)x10.8=108--135mm齒輪寬度選120mm大齒輪的彎曲強(qiáng)度計算:(3-8)式入C= =0.01,k取1,k取1.3,M=18360NM,Y(3-8)式入C= =0.01,k取1,k取1.3,M=18360NM,Y=2.12w2ZCOSa j d kg 22將數(shù)據(jù)帶入式中求得a展=80.4x105pa<[a^]小齒輪的彎曲強(qiáng)度計算：a=CwWkg

wim2BYi(3-9)式中w1 Zicosa ，取1，匕取1.3，Mkg=18360NM，Y1=2.80將數(shù)據(jù)帶入式中求得aw1=60.9x105pa<[a^]參考值Y1Y2查于《機(jī)械設(shè)計第八版》對于開式傳動齒輪，除計算彎曲強(qiáng)度外，還需要驗(yàn)算接觸強(qiáng)度否則會引起蝕破壞，計算公式如下:a=a_^kkMkJBM=M-k^=18360=1836NmK1 i10囚a=1(3-10)將數(shù)據(jù)帶入公式中求得ac=5x104pa根據(jù)大齒輪aW2計算值，令aw2=[aw2]，由[°w2]計算公式得[P]=一mBY[aw2]一NCkk(m+m)w2jd0u(3-11)由式(3-11)求得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時，滑塊許用負(fù)荷曲線如圖3.5所示圖3.5滑塊許用負(fù)荷曲線綜合上面有關(guān)大齒輪與小齒輪的彎曲強(qiáng)度計算與接觸強(qiáng)度的計算與校核，得出的結(jié)果為aw2<gw2］，c^1<gwi］符合該設(shè)計方案的要求。3.4連桿及滑塊的計算連桿與滑塊通過球頭螺桿連接在一起與曲軸連接，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成連桿上下往復(fù)運(yùn)動，對工件進(jìn)行沖壓，是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中重要組成部分，因此分析它是設(shè)計曲柄壓力機(jī)不可缺少的一部分［13］。3.4.1球頭螺桿尺寸的確定連桿分為長度可調(diào)與長度不可調(diào)兩種形式，長度可調(diào)連桿由連桿體與球頭調(diào)節(jié)螺桿組成。用手動或機(jī)械的方式改變二者的位置就可以改變連桿長度，從而改變壓力機(jī)的裝模高度。調(diào)節(jié)方式視壓力機(jī)的公稱力大小，可直接用扳手調(diào)節(jié)螺桿或通過螺輪付，棘輪棘爪等手動形式和由電動機(jī)通過渦輪付驅(qū)動的機(jī)動方式［14］。這種球頭可調(diào)節(jié)連桿，加工簡單，裝配調(diào)整維修容易，結(jié)構(gòu)緊湊，連桿系數(shù)小，滑塊導(dǎo)軌所受側(cè)壓力及曲軸所受扭矩也較小。長度不可調(diào)的典型機(jī)構(gòu)是連桿下端與圓柱銷與調(diào)節(jié)螺母連接，連桿剛性較好，和球頭相比，加工方便，該結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)螺桿不承受彎矩，但由于連桿系數(shù)略有增加，滑塊側(cè)壓力較大，軸齒輪受扭矩也有所增加，且銷軸所受面積比球頭小，如采用三點(diǎn)式支承或圓柱面接觸傳遞扭矩，由于加工困難，維修方便，故采用較少［15］。連桿有關(guān)的主要尺寸，可有表3.2初定：

dB(3.9-5.7)：pvgdo(0.59-0.83)dBd2(0.83-1.0)dod3(0.9-1.0)dBd4(1.5-1.86)doH(1.5-2.3)do推薦尺寸符號球頭式連桿如圖3.6所示二=^Zz二］寺Ir^w-lH.-~s—?—R-圖3.6球頭式連桿尺寸由上表可得球頭螺桿各尺寸：dB=(3.9-5.7K'600=96-140mm取120mmd=(0.59-0.83)dB=70.8-99.6mm取90mmd2=(0.83-1.0)d=74.7-90mm取80mmd3=(0.9-1.0)dB=108-120mm取120mmd4=(1.5=1.86)d=135-167.4mm取150mmH=(1.5-2.3)d=135-207mm取200mm連桿常用鑄鐵ZG35或鑄鐵HT200制造，經(jīng)正火或退火，調(diào)節(jié)螺桿用45號調(diào)質(zhì)處理，球頭表面淬火，硬度HRC40-45,螺桿采用三角形螺紋。3.4.2連桿計算連桿的計算簡圖如圖3.7所示圖3.7連桿的計算簡圖連桿受到壓應(yīng)力及彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用，危險截面A-A處的合成應(yīng)力由下式計算：a=。+。＜[b]pa式中c-危險截面壓應(yīng)力pab=p/FAPg—壓力機(jī)公稱力FA—危險截面A-A截面積F=兀x(?)2=5024mm2 (3-12)a=600x103/5024=119.4paa"-危險截面的彎曲應(yīng)力paa=MA/WA式中WA--危險截面的截面模數(shù)m3對圓形截面WA=0.1d3MA--危險截面的彎矩 NmM=|iP[r-X(r+r)/L] (3-13)A gB ABH--摩擦系數(shù)取^=0.05r=75mmr=60mmX--危險截面至球頭中心的距離為60mmL--連桿長度640mm將數(shù)據(jù)帶入式中求得M=1419p c=1538.4p由于調(diào)節(jié)螺紋的抗彎強(qiáng)度均比擠壓強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度低，且連桿體的材質(zhì)比螺桿差，所以只需驗(yàn)算連桿體螺紋的彎曲應(yīng)力[1&綜合所有計算最后所得連桿尺寸如圖3.8所示圖3.8連桿尺寸圖3.4.3 滑塊的確定對于普通的型的開式壓力機(jī)，滑塊導(dǎo)向長度與寬度之比L/B為1.3-1.6,滑塊導(dǎo)向長度與滑塊行程有關(guān)，行程越大，導(dǎo)向長度越長，一般取L=(5.5-7)S，則L=(5.5-7)x140mm=770-980mm取900mm因?yàn)長/B=1.3-1.6取1.4則B=640mm滑塊尺寸圖如圖3.9所示

圖3.9滑塊的尺寸圖4伺服電機(jī)選型4.1伺服電機(jī)直接驅(qū)動可行性分析在直接驅(qū)動技術(shù)最初研究中，由于受到不少技術(shù)的局限性而無法得以實(shí)現(xiàn)。隨著新材料、電力電子及微處理技術(shù)、控制理論與電機(jī)理論的發(fā)展，壓力機(jī)采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動的條件已逐漸成熟。大功率伺服電機(jī)的研制驅(qū)動裝置是所有機(jī)電系統(tǒng)的核心，提供裝備所需動力并實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動。長期以來，重載驅(qū)動場合均采用直流電機(jī)，但由于其結(jié)構(gòu)存在機(jī)械換向和電刷這一致命弱點(diǎn)，而伺服電機(jī)功率不足，限制了其在壓力機(jī)中的應(yīng)用。1983年日本和美國分別發(fā)明了稀土制作的強(qiáng)永磁合金釹鐵硼(NdFeB)，經(jīng)過三代發(fā)展，現(xiàn)已成為性能最好的永磁材料，其磁能積高出鐵氧體一個數(shù)量極以上。用這種強(qiáng)磁合金制造的同步電機(jī)體積小、重量輕、出力大，效率高，動作快。同時，在工業(yè)應(yīng)用中，交流同步伺服電機(jī)相比于異步伺服電機(jī)在可控性、過載能力、可靠性、體積、重量、節(jié)能、效率及耐受環(huán)境等方面具有較大的優(yōu)勢。此外，同步電機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)電氣制動，儲存制動能量，這對于間歇工作的成形裝備，具有重要的意義。大轉(zhuǎn)矩、高效率的永磁同步伺服電機(jī)應(yīng)用到機(jī)械壓力機(jī)具有明顯的潛力。日本FANUC、安川公司都已研制出了最高功率高達(dá)150kw的交流伺服系列電機(jī)。電機(jī)儲能及電網(wǎng)沖擊曲柄壓力機(jī)的負(fù)載屬于沖擊負(fù)載，在短時間內(nèi)達(dá)到較高的工作負(fù)荷，依此時間內(nèi)計算的功率選擇電機(jī)，電機(jī)的容量將會很大，因此傳統(tǒng)方式是設(shè)置飛輪以減少電機(jī)功率。在交流伺服驅(qū)動的機(jī)械壓力機(jī)中，為獲得運(yùn)動的可控性，取消了飛輪，使傳動部分的慣量減到最小，工作負(fù)荷全部靠電機(jī)瞬時轉(zhuǎn)矩克服。但如果僅以電機(jī)來驅(qū)動負(fù)載，同樣存在著電機(jī)容量大，價格昂貴的問題。通過理論及試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)可以通過在控制電路中增加“電子飛輪”一儲能電容的方式來實(shí)現(xiàn)原本由飛輪來完成的能量存儲及瞬時能量釋放。壓力機(jī)空行程時電機(jī)可低功率運(yùn)行，而在工作行程內(nèi)，通過電容瞬時放電輔助，輸出所需的沖壓力矩，這樣可大大減少電機(jī)的體積、功率。同時，在伺服電機(jī)直接驅(qū)動情況下，無飛輪儲能，電機(jī)釋放瞬時扭矩來克服工作負(fù)荷時將產(chǎn)生很大的電流沖擊，若不采取相應(yīng)措施，將對電網(wǎng)造成隱患。伺服電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)置的儲能裝置，將起到“飛輪”的作用，空行程時儲存電能，工作行程中為電機(jī)提供瞬時大電流，減速時，采用電磁制動，電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，產(chǎn)生的能量由儲能電容儲存。驅(qū)動控制技術(shù)的進(jìn)步交流同步伺服電機(jī)的運(yùn)行離不開驅(qū)動控制電路，電力電子技術(shù)及微處理技術(shù)進(jìn)一步推動了同步伺服電機(jī)在成形裝備中的實(shí)用價值。隨著功率開關(guān)管從早期的晶閘管發(fā)展到目前的智能模塊(IPM)，使)電機(jī)的驅(qū)動裝置向著重量輕、體積小、高效率、高可靠性、高性能、高精度、多功能及智能化方向發(fā)展。同時，高速微處理器和DSP器件的出現(xiàn)，使控制器實(shí)現(xiàn)了半數(shù)字化的數(shù)?；旌峡刂坪腿珨?shù)字化的控制，運(yùn)行速度、處理能力提高很大，而且還有專用的控制芯片出現(xiàn)。4.2電機(jī)選型分析壓力機(jī)加工具有負(fù)載大、沖擊強(qiáng)的特征，直接驅(qū)動用伺服電機(jī)與傳統(tǒng)壓力機(jī)用電機(jī)相比，需要輸出更大的扭矩，具備更強(qiáng)的抗擾動能力。因此，有必要對直接驅(qū)動用伺服電機(jī)選型進(jìn)行分析。電機(jī)兩個主要選型參數(shù)為額定功率和額定輸出扭矩，其中電機(jī)功率計算除了分析壓力機(jī)一個工作周期所消耗的能量，還應(yīng)考慮加減速動態(tài)過程。4.2.1功率計算已知曲柄壓力機(jī)參數(shù):公稱壓力Pg=600KN，滑塊行程140mm，公稱力行程5mm，平均行程次數(shù)為57spm(25?75)，封高調(diào)節(jié)量為80mm，公稱壓力角以g=19.629，曲柄半徑R=70mm，連桿長度L=640mm，連桿系數(shù)*=R/L=。?109，齒輪傳動機(jī)構(gòu)減速比為10。本項(xiàng)目中計算伺服電機(jī)功率時，應(yīng)考慮兩部分：首先是恒速驅(qū)動時一個工作周期所消耗的能量，其次是加速時消耗的能量。(1)恒速驅(qū)動下電機(jī)功率計算壓力機(jī)一個工作循環(huán)所消耗的能量A為：A=A+A+A+A+A /A1、12345 (4-1)式(4-1)中：Ai為工件變形功(屬有效能量)；A2為拉深墊工作功，即進(jìn)行拉深工藝時壓邊所需的功(屬有效能量);A3為工作行程中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量；

1為工作行程時壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量;A5為壓力機(jī)空程向下和空程向上時所消耗的能量。（a）工件變形功1s一滑塊行程P一變形力圖4.3壓力機(jī)工作負(fù)荷圖PgS0h在沖裁工件時，當(dāng)沖頭進(jìn)入到板料厚度的0.4?0.5倍時板料即斷裂，因此通常取h=0.45h0(4-2)式中hQ為板料厚度，h為切斷厚度。將圖4.3s一滑塊行程P一變形力圖4.3壓力機(jī)工作負(fù)荷圖PgS0h在沖裁工件時，當(dāng)沖頭進(jìn)入到板料厚度的0.4?0.5倍時板料即斷裂，因此通常取h=0.45h0(4-2)式中hQ為板料厚度，h為切斷厚度。將圖4.3中的曲線視為三角形，則沖裁時的變形功為A=1ph(4-3)考慮到曲線為鼓形，應(yīng)增加裕量，則:A=0.7Ph(4-4)將式（4-2）代入（4-4）得:A1=0.315Ph(4-5)對于單級傳動壓力機(jī)，有以下經(jīng)驗(yàn)公式:(4-6)則：A=0.315x600x103x0.2^.600x10-3=926J(b)拉深墊工作功氣對于帶拉深墊的壓力機(jī)，應(yīng)按淺拉深工藝來計算工藝變形功。根據(jù)文獻(xiàn)介紹，當(dāng)量淺拉深功略大于式(4-5)計算出的厚板沖裁功。為設(shè)計方便，用厚板沖裁功代替淺拉深功。但應(yīng)考慮工件壓邊所需的功，即拉深墊工作功，消耗的能量大小取決于壓緊力和工作行程。拉深墊工作功計算公式為：11 PS ?fA -S= (4-7)26g6 36式中P8為壓力機(jī)公稱壓力，S為滑塊行程長度。則A2=600x103x0.14/36=2333.3J(C)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量A3對于通用壓力機(jī)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量可由如下公式表示:A=0.5mPa (4-8)3 mgg其中m為摩擦當(dāng)量力臂，Pg為公稱壓力，以g為公稱壓力角。1m計算公式為m=-m[(1+l)d+ld+d]，已知參數(shù)摩擦系數(shù)R=0.04，入=日 日2A B o0.109,曲軸曲柄頸直徑dA=160mm，球頭直徑dB=150mm，曲軸支承頸直徑do=130mm，則氣=0.04[1.109X160+0.109X150+130]/2=6.47mm。因此，A3=0.5X0.00647X600X103X0.342=663.8J(d)壓力機(jī)受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的功A4壓力機(jī)處于工作行程中時，機(jī)身和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等受力系統(tǒng)因受載產(chǎn)生彈性變形，因而引起能量損耗，有時一部分的彈性變形能量可以轉(zhuǎn)化為有用能量，為了安全，認(rèn)為全部彈性變形能量都已損失。A=2PAh (4-9)其中Ah表示壓力機(jī)總的垂直變形，Ah=§，為壓力機(jī)垂直剛度，查表得開式h壓力機(jī)Ch推薦值為400kN/mm,=600/400=1.5mm。貝QA4=600X103X1.5X10-3/2=450J

(e)空程向下和空程向上時所消耗的能量A5根據(jù)文獻(xiàn)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，查表得到對應(yīng)60噸壓力機(jī)空程損耗功為978J,因此A5=978J。綜合以上分析，壓力機(jī)一個工作循環(huán)所消耗的總能量：A=A+A+A+A+A=926+2333.3+663.8+450+978=5351.1J1 2 3 4 5壓力機(jī)一個工作循環(huán)電機(jī)平均功率為：N=—— (4-10)式中k為電機(jī)安全系數(shù)，查表得k=1.5；七為工作循環(huán)時間，仁上，n為滑塊nCn行程次數(shù)，n=57，C為行程利用系數(shù)，手動送料時C=0.5，則t=一60一=n n 57X0.52.1s,門為壓力機(jī)總效率，帶拉深墊且為手動送料時為0.45。因此N=因此N=5351.1xl.52.1x0.45=8.5(kW)。(2)電機(jī)加速或減速時電機(jī)功率計算在一個沖壓行程中，伺服電機(jī)的速度經(jīng)歷勻速、減速、加速的變化過程，因此在確定伺服電機(jī)的功率時，還需考慮其加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化由電機(jī)的運(yùn)動方程決定，電機(jī)的運(yùn)動方程為：T-T「T廣J% (4-11)其中T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，Tl為折算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Tf為機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸的摩擦轉(zhuǎn)矩，①為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速，J為折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量。圖4.4為變速驅(qū)動時伺服電機(jī)運(yùn)動模型，七到匕為減速區(qū)，匕到J為加速區(qū)，其余時段為勻速區(qū)。系統(tǒng)加速時，T＞T+T，即竺＞0，電機(jī)提供加速力矩；當(dāng)系統(tǒng)減Lfdt速時，TVT+T，即竺＜0，電機(jī)提供制動力矩。Lfdt圖4.4伺服電機(jī)變速運(yùn)動模型首先討論系統(tǒng)加速，設(shè)加速力矩為T，則T=J竺，已知電機(jī)軸上的總慣量為aadt0.574kgm2,滑塊最高行程次數(shù)為75,則電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速為750rpm,滑塊一個工作循環(huán)所用的時間為1.05s,滑塊行程為140mm,工作行程為5mm。在此預(yù)先按一級減速計算。進(jìn)彳芋拉深工藝時，滑塊行程次數(shù)變化最大為25spm加速到75spm,25spm時電機(jī)轉(zhuǎn)速為25X10=150rpm,因此，電機(jī)從250rpm加速到最大角速度750rpm才能滿足工藝及速率要求。t到下死點(diǎn)的時間為：-Lx兀/(15W)=0.07s。綜合生產(chǎn)效率和節(jié)能的考慮，1 140 60初步設(shè)定加速時間為0.2s，則電機(jī)的最大加速度為：些=財"%=(750-250)2兀=261.7(rad/s2)dt At 0.2x60則T=J竺=261.7X0.574=150.2Nm。adt電機(jī)按最大的加速度加速到750rpm時的瞬時動態(tài)功率為：P=『Ta=750X2X3.14X150.2/60=11.8(kW)a60電機(jī)通過再生制動減速，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時將產(chǎn)生能量反饋到直流母線，因此沒有消耗能量，無需考慮在電機(jī)功率內(nèi)。4.2.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩計算(1)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)輸出軸上的扭矩，計算公式為：其中P=600kN，曲柄半徑R=70mm,p=0,i=10。g則T=600x103x0.07xsin19.629/10=1411Nm（2）電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩工作時壓力機(jī)的轉(zhuǎn)動部件上的摩擦轉(zhuǎn)矩是不可忽略的。主要的摩擦有四處：（a）滑塊導(dǎo)軌面；（b）曲軸（或芯軸）支承）和軸承之間的摩擦；（c）曲柄頸和連桿大端軸承之間的摩擦；（d）球頭與球頭座之間的摩擦。據(jù)此，機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩為：1T了=2P日[（1+人虬+人dB+dQ] （4-13）其中Tf為機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩，日為機(jī)械摩擦系數(shù)，對開式壓力機(jī)日=0.04?0.05；1%=2叩1+人）dA+MB+d0],在計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)摩擦消耗的能量已求得mh=6.48mm，則t了=600x103x0.00648=3888Nm。機(jī)械摩擦總轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：T=T/（in）=3888/（10X0.9）=432Nmfjf因此，電機(jī)軸上的最大轉(zhuǎn)矩T=Tl+T§=1411+432=1843Nm。在工作行程內(nèi)，電機(jī)工作在過載狀態(tài)，設(shè)計過載倍數(shù)為3，因此T=1843/3=614.3Nm。根據(jù)以上計算，以滿足工作最大力矩的條件選擇伺服電機(jī)的功率。確定電機(jī)參數(shù)為：額定功率30kW，額定轉(zhuǎn)速為750rpm，額定電壓為220V，額定電流為70A，額定轉(zhuǎn)矩為615Nm[13-15]5傳動系統(tǒng)三維造型設(shè)計5.1三維造型軟件的概述Pro/ENGINEER是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)推出的功能強(qiáng)大的參數(shù)設(shè)計軟件包，是當(dāng)今世界上最普及的三維CAD/CAM系統(tǒng)軟件之一，具有零件設(shè)計，產(chǎn)品裝配,模具開發(fā)，鈑金件設(shè)計,NC開發(fā)，造型設(shè)計，機(jī)構(gòu)仿真和鑄造件設(shè)計等強(qiáng)大功能,廣泛應(yīng)用在航空航天，機(jī)械，電子，汽車，家電及玩具等工程領(lǐng)域.由于其強(qiáng)大而完美的功能，Pro/ENGINEER正在成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟，它在國內(nèi)外高等院校已經(jīng)成為工科必修的專業(yè)課程，并成為工程設(shè)計人員必備的技術(shù)。作為高生產(chǎn)率和競爭力的有效手段，Pro/ENGINEER在國內(nèi)形成一個廣泛應(yīng)用的熱潮［16］。Pro/ENGINEER簡稱pro/E,是美國PTC公司推出的一套由設(shè)計到制造的一體化三維軟件，采用參數(shù)化和特征化的實(shí)體模型系統(tǒng)，系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的，關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，如果任何一處有更改，其它地方都會相應(yīng)的改變。在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)設(shè)計中，三維設(shè)計占有重要地位。Pro/ENGINEER是一款功能強(qiáng)大的三維設(shè)計軟件，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件或組件從概念設(shè)計到制造全過程設(shè)計的自動化，提供了以參數(shù)化為基礎(chǔ)，基于特征的實(shí)體造型技術(shù)。廣泛應(yīng)用于航空，航天，機(jī)械，電子，模具，汽車，家電，玩具等行業(yè)［16-18］。5.2各組成部分三維模型設(shè)計(1)曲軸的三維設(shè)計

(2)連桿的三維設(shè)計(3)滑塊的三維設(shè)計

5.3裝配圖的設(shè)計結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡欉@次畢業(yè)設(shè)計，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這段畢業(yè)設(shè)計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。對我來說，收獲最大的是方法和能力一一那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn)，沒有感性的認(rèn)識，空有理論知識，有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié)。此次設(shè)計需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進(jìn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的一一只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相