西安交大第4章-压力机

西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所第4章通用机械压力机4.1概论4.2曲柄滑块机构4.3传动系统4.4离合器与制动器

4.1概论

4.1.1通用机械压力机的工作原理机械压力机俗称为曲柄压力机，它是塑性成形设备中最主要的设备。它是一种依靠电动机作为原动机直接拖动的一种机械传动式机器。可分为通用型和专用型两种。而通用机械压力机能进行各种锻造和西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所1.电动机,2.小皮带轮,3.大皮带轮,4.小齿轮,5.大齿轮,6.离合器,7.曲轴,4.制动器,9.连杆,10.滑块，11.上模，12.下模,13.垫板,14.工作台,5.机身冲压工艺，如板料冲压、模锻、挤压(精压)等。虽然其形状和吨位大小不同，但其工作原理及基本组成部分是相同的。左图分别表示其结构和运动原理图。

4.1概论

通用机械压力机的组成工作机构，将曲柄的旋转运动变为滑块的往复运动。通常由曲柄、连杆和滑块组成，从而构成了曲柄连杆机构的工作形式。传动系统，通常包括了皮带传动，齿轮传动。它的作用是传递电动机的运动和能量到工作机构，以满足工件成形的要求。操纵系统，其作用是在电动机经常开动，飞轮不断运转的条件下，控制工作机构的运动或停止，该系统通常是由离合器或者制动器组成的。能源系统，其作用是提供工件变形所需的能量。包括电动机和飞轮两部件。机身，把压力机所有部分联结成一个整体，组成一部完整的机器，并支承其自重。辅助及附属装置，一类是保证压力机正常运转的辅助装置，如润滑系统，超载保护装置，滑块平衡装置，电路系统；另一类是为了工艺方便和扩大压力机工艺应用范围的附属装置，如顶件装置等。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.1概论

4.1.2机械压力机的特点西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所(1)机械压力机属于机械刚性传动，工作时机身形成一个封闭力系，对地面的冲击振动小，机械压力机所能承受的负荷(或工作能力)完全决定于所有受力零件的强度和刚度要求。并且传动系统通常为带有离合器与制动器的皮带及齿轮减速传动。(2)由于曲柄连杆滑块为刚性连接，滑块有严格的运动规律，有固定的下死点，因此，在曲柄压力机上便于实现机械化和自动化，生产率高。(3)机械压力机的机身刚度大，滑块导向性能较好，所以加工出的零件精度高，可以完成挤压、精压等精度较高的少无切削工艺。(4)机械压力机的传动系统具有带飞轮传动的特点。这是由于通常机械压力机承受的是短期高峰的负荷特性，为提高工作的平稳性，降低电机功率，减少对电网的冲击而设置飞轮。

4.1概论

4.1.3机械压力机的主要性能参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所(1)公称压力(kN)，是指滑块运动到距下死点前某一特定距离SP(公称压力行程)或曲柄旋转到离下死点某一特定角度

(公称压力角)时，滑块上允许的最大作用力。公称压力表示了其能提供长期使用的压力，而公称压力为机械压力机的主参数。

(2)滑块行程，指滑块从上死点运动到下死点所走过的距离，它的大小随工艺用途和公称压力不同而不同。很显然，滑块的行程S0等于曲柄半径R的两倍，即S0=2R。滑块行程等于模具的开启高度。拉延压力机的行程比较大，精压机的行程比较小。公称压力滑块行程，滑块每分钟行程次数最大装模高度及装模高度调节量

4.1概论

4.1.3机械压力机的主要性能参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所(3)滑块每分钟行程次数，它是指滑块每分钟从上死点运动到下死点，然后再回到上死点所往复的次数(spm)。有负荷时，实际滑块行程次数小于空载次数，这些由于有负荷时电动机的转速小于空载时的转速。有自动上、下料装置比手工进行上、下料时滑块的实际行程次数高．实际生产率总是小于或等于压力机的生产率，这可用行程利用系数Cn表示。(4)最大装模高度及装模高度调节量，所谓装模高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面到工作垫板上表面之间的距离。如右图所示。当机械压力机的装模高度调整装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达到最大值，称图4-3装模高度（封闭高度）及其调节量之间的关系为最大装模高度Hmax；反之当机械压力机的装模高度调整装置使机械压力机的滑块运动到最下位置时，装模高度达到小值，该高度称为最小装模高度Hmin。

4.2曲柄滑块机构

4.2.1曲柄滑块机构的运动和受力分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所（a）正置（b）正偏置（c）负偏置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析

曲柄转动的角速度为常数图4-5曲柄滑块机构运动示意图在图示位置，滑块位移s

令，则有

代入上式西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析

曲柄转动的角速度为常数图4-5曲柄滑块机构运动示意图一般小于0.3，对于通用机械压力机，一般在0.1-0.2范围内那么上式可简化，根据二项式定理那么滑块位移s为西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析

图4-5曲柄滑块机构运动示意图求出滑块的位移与曲柄偏转角的关系后，将位移s对时间

t求导数就可得到滑块的速度v则有

西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析

图4-5曲柄滑块机构运动示意图将速度v对t继续求导，曲柄的转动角速度

对时间t求导为0，得到滑块加速度和曲柄偏转角的关系得到西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所已知J31-315机械压力机的行程

S为315mm，连杆长度L为1450mm，滑块每分钟的行程次数仍为20s,p.m，曲柄转速n=20转/分，则滑块位移、速度和加速度的曲线曲柄滑块机构的运动分析曲柄旋转900度的多周期情况西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所已知J31-315机械压力机的行程

S为315mm，连杆长度L为1450mm，滑块每分钟的行程次数仍为20s,p.m，曲柄转速n=20转/分，则滑块位移、速度和加速度的曲线曲柄滑块机构的运动分析曲柄旋转180度的多周期情况西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所从以上两张图中可以看出：滑块位移曲线在曲柄处于上死点时位移取到最大值曲柄位于90°及270°附近滑块速度取最大值；而滑块在上下死点时，滑块的速度为零加速度值最大，相应的运动惯性力较大滑块在行程上各点的速度是不同的，上死点速度为零，随后逐渐增加，达到最大值后逐渐降低，下死点速度为零，回程与向下行程一样曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析平锻机——正偏置的曲柄滑块机构以充分利用正偏置时连杆对滑块产生的巨大侧向压力，来避免模锻时滑块产生倾翻，提高模锻件的质量热模锻压力机——负偏置的曲柄滑块机构工作时变形力巨大，为了降低连杆对滑块作用的巨大侧向力对于正偏置与负偏置曲柄滑块机构而言，当曲柄处于上死点时，滑块位移并未达到最大值，这是因为正偏置与负偏置曲柄滑块机构分别存在着急进、急回特性。实际应用特性西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所滑块运动的速度应符合生产工艺的要求，对拉深工艺来讲，滑块速度应不大于被拉深材料塑性变形所允许的最大速度，以避免工件拉延破裂。因为随着应变速率的增加，金属板料拉深时的变形抗力增加，而塑性降低。现有国内通用机械压力机的滑块最大速度可达130～450mm/s。曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析曲柄转动的角速度（t）为一确定的可变函数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析曲柄转动的角速度（t）为一确定的可变函数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的运动分析

曲柄转动的角速度（t）为一确定的可变函数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所机械压力机的滑块在空程向下以及回程向上的两个阶段的速度越快越好，越接近锻冲工件的阶段，则希望速度慢慢下降，而在进行锻冲工件时希望滑块速度尽可能地低一些。曲柄滑块机构的运动分析低的滑块速度有利于提高被加工材料的塑性变形能力，提高产品质量，降低废品率，提高模具寿命，减少冲击振动与噪声，改善工作环境。速度要求意义西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所仍以J31-315机械压力机为例，的行程

S为315mm，连杆长度L为1450mm，滑块每分钟的行程次数仍为20s,p.m，曲柄转速n=20转/分，其周期为3s，若取角速度为，则滑块位移、速度和加速度的曲线曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所J31-315机械压力机变角速度函数曲线曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所J31-315机械压力机在变角速度情况下的夹角、位移、速度和加速度曲线曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所传统的交流伺服电动机驱动的机械压力机无法实现曲柄旋转角速度的快速准确的调节。第三代锻压设备的交流伺服压力机则可方便地通过使交流伺服电动机变速，实现曲柄旋转角速度变化规律的任意设定，达到对滑块速度的有效控制。新型的锻压设备（亦称第三代锻压设备）原动机：交流变频电动机、交流伺服电动机、开关磁阻电动机等在新型电动机与曲柄滑块机构之间设置有减速用的皮带和齿轮系统，以实现对电动机转矩的放大。曲柄滑块机构的运动分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的静力学分析

曲柄滑块机构的静力学分析理由：通用机械压力机进行锻冲工作过程时主要受力零部件的强度分析采用静力分析结果已能满足工业实际要求。意义：机械压力机的电动机与飞轮设计时，工件锻冲变形阶段的功能分析也需要曲柄滑块机构的静力学分析结果机械压力机的关键零部件的应力集中区域、疲劳强度校核和高速压力机时宜采用动力学、有限元与模态分析的方法西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄、连杆、滑块受力分析简图曲柄滑块机构的静力学分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的静力学分析（1）不考虑所有的摩擦时

B点受力平衡由于一般的通用压力机的工作行程β角较小，因此，

上述二式可简化为曲柄上所受的扭矩那么，曲柄上承受的最大扭矩为西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲柄滑块机构的静力学分析（2）考虑摩擦时总的当量力臂：摩擦当量力臂：当滑块上需要产生向下的变形力P时，曲轴上所需传递的总扭矩为：由于四个部分产生的摩擦，必然增大了驱动曲轴产生旋转运动所需的力矩，由该摩擦造成的曲轴上所需增加的传递扭矩为

4.2曲柄滑块机构

4.2.2曲柄滑块机构的设计计算西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴连杆滑块与导轨

曲轴的结构形式与材料

曲轴的强度计算滑块许用负荷西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料

曲轴(主轴)是曲柄压力机传递运动和动力的主要零件，它与滑块的行程和允许作用力有关。通用压力机的曲轴有四种基本形式：①纯曲轴②偏心轴③曲拐轴④偏心齿轮和芯轴①②③西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料两个对称的支承颈和一个曲柄颈曲柄半径为R适用于滑块行程较大的压力机按曲柄数目，又可分为单曲柄和双曲柄，后者适用于工作台面较大的压力机，如双点或四点压力机纯曲轴的曲柄直径较小，传动效率高，在中、小型压力机上广泛采用。纯曲轴

西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料曲柄颈短而粗支座间距小结构刚性好缺点：偏心直径大，摩擦损耗多，制造困难，适用于行程小的压力机该曲轴形式，广泛应用在热模锻压力机上偏心轴西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料曲拐颈在轴的一端，形成悬臂，刚性较差随着曲柄半径R的增大，摩擦损耗增大结构简单、容易制造、维修方便适用于小行程开式单柱压力机，并且曲拐轴轴线垂直于机身正面，为纵向放置曲拐轴西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料曲柄颈是大齿轮上所带的偏心部分，所以成为偏心齿轮。偏心齿轮通过芯轴安装在机身上，芯轴与大齿轮同心，大齿轮旋转时偏心茎起曲柄作用。偏心距等于曲柄半径。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的结构形式及材料机械压力机中曲轴结构尺寸大，工作时承受着巨大的冲击力与高频次的疲劳作用载荷，所以机械压力机中的曲轴一般用45#号钢锻制而成大型机械压力机的曲轴用合金钢(如40Cr，40CrMnMo)锻造而成锻造比：碳钢为2.5～3.0、合金钢应大于3.0曲轴锻件在粗加工后调质处理并进行超声波检验。曲轴中的支承颈、曲柄颈和圆角处均应进行磨光，滚压强化，以提高其使用寿命。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的强度计算经大量的理论及试验结果分析表明：对通用机械压力机可只校核C—C截面的抗弯强度和B—B截面的抗扭强度。纯曲轴受力情况西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所纯曲轴的C-C截面的抗弯强度条件若令，则C-C截面决定的滑块上的许用负荷对于大型机械压力机，应按第三、第四强度理论校核曲轴的强度计算西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所纯曲轴的B-B截面的最大剪应力若令，则B-B截面决定的滑块上的许用负荷当忽略当量摩擦力臂的变化时，则有曲轴的强度计算西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所曲轴的强度计算上述强度计算得各个公式中，n为安全系数，曲2.5-3.5，曲轴刚度要求高的取上限，刚度要求低的取下限常见材料的许用应力如下表西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所滑块许用负荷图【滑块许用负荷图】机械压力机在工作时，滑块上的允许最大力[P]与曲柄转角α之间的关系曲线。在使用机械压力机时，需要知道滑块上的许用负荷图，这样才能保证滑块在任何位置上的作用力不超过相应的许用值，使其能安全工作。滑块许用负荷图西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所滑块许用负荷图不同结构的机械压力机，有不同的滑块许用负荷图对某一实际使用的曲柄压力机来讲，曲轴C-C截面强度决定的允许滑块作用力[P]C-C

为一水平线，如图中的abc线所示;对于行程较大的拉深压力机而言许用滑块力[P]的曲线不是一条直线。对于曲轴上的B-B截面来讲,滑块上的许用力[P]随着曲柄转角的不同而变化,α增大[P]B-B减小。因此,由曲柄B-B截面的材料强度决定的滑块上的许用力[P]B-B,如图中的ecd线所示。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所要保证曲柄压力机安全工作，则滑块上的作用的工件变形抗力P必须落在图中的acd折线以内的区域。当及为临界工作状态。此时，对于-α曲线ecd来讲，当时，滑块许用负荷图西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所滑块许用负荷图西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆机械压力机的曲柄连杆滑块工作机构将曲柄的旋转运动转换成滑块的直线运动，而连杆则做平面运动。连杆的大端与曲轴铰接，其小端则与滑块铰接。按驱动同一滑块运动的连杆个数划分，可将机械压力机分为单点（一根连杆）、双点（两根连杆）、四点（四根连杆）三种不同类型。按机械压力机装模高度调节方式的不同，可将机械压力机中的连杆可分为长度可调节的连杆和长度不可调节的连杆两种结构形式。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆连杆的长度，指连杆大小端铰接中心之间的长度。图中的连杆长度可调节。该连杆由连杆体和调节螺杆组成，调节螺杆下端用球头(如图(a))或柱销(如图(b))和滑块连接。图中的两种结构均采用手动方式进行装模高度的调节。长度可调节的连杆（a）球头式(b)柱销式图4-14长度可调的连杆具体结构西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆而对大型压力机，由于滑块尺寸大，重量大，往往采用如图4-15的蜗轮或齿轮机构进行装模高度的机动调节。图4-15J31-315型机械压力机连杆长度调节装置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆为保证连杆有足够的强度、刚度和尺寸精度，受力较大的大中型机械压力机多采用长度不可调节的连杆，如图4-16、4-17所示。图4-17中的导向柱塞式连杆常用在大型压力机上。长度不可调节的连杆西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.2.2连杆1.蜗轮2.调节螺杆3.导套4.连杆1.偏心齿轮2.连杆3.上横梁

5.蜗杆6.滑块7.顶料杆8.连杆销4.导套5.调节螺杆图4-16JA31-160连杆及装模高度调节装置图4-17柱塞式导向连杆及在装模高度调节装置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆上图两种结构形式中连杆大小端的长度不变。但曲柄压力机的封闭高度又必须要能调节，为此，对该结构的连杆采用调节连杆小端与滑块下表面之间的距离的方法来达到对封闭高度调节的目的。图4-18封闭高度调节原理对任何一台通用机械压力机而言，工作台上表面距曲轴回转中心的长度是一个不变的值L0=常数，如图4-18所示。这样从图4-18可得机械压力机的封闭高度H为

H=L0-R-(L1+L2)（1）西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.3连杆通常，曲柄半径R是不可调节的，这样（L0-R）就是一个不变的常数C。这样式(1)就可进一步简化为

H=C-(L1-L2)

（2）可通过改变L1或L2的任何一个对封闭高度H进行调节。所以，上述连杆长度可调的结构(如图4-14)是通过改变式(2)中的L1来达到对H的调节，而图4-16和图2-17则是通过改变式(1)中的L2来达到对H的调节。而热模锻压力机则是通过改变LO来达到对H的调节。连杆体一般用ZG35铸钢或HT21-40灰铸铸成，调节螺杆一般用45号钢锻成，圆球传力部分表面硬度为HRC42，圆柱销用40Cr锻成、表面硬度为HRC52。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨滑块将连杆的摆动转变为直线往复运动，为模具提供初步的导向。

所谓初步导向是因为锻冲工艺要求的精确导向还要进一步靠模具上的导柱导销、导板来保证。滑块将连杆传递来的作用力通过模具传递给工件，在工作时连杆产生的侧向力通过滑块导轨传至机身获得平衡。此外，在滑块上还要安装其它辅助装置，如打料杆、超载保护装置、装模高度调节装置等。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨开式压力机滑块的结构(如图4-14)为箱形件，滑块底面中心有模柄孔，模具通过夹持块夹紧，而对大中型压力机(如图4-15)，上模则用T形螺栓通过T型槽和滑块相连。图4-14长度可调的连杆具体结构图4-15J31-315型机械压力机连杆长度调节装置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨常见的滑块导轨形式如下图所示，图(a)、(b)所示有两个V型导轨，一个固定，一个活动，起只能单面调节导轨间隙，这种导轨形式主要用于小吨位压力机。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨图(c)所示，有四个导向面，其中两个面是固定的，承受滑块工作时的侧压力，另外两个成450的面是可调的，通过螺栓来调节导轨间隙，这种结构形式多用于大中型闭式压力机上。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨图4-19(d)所示，有四个成450的导向面，每个导向面都可通过螺栓进行调节，使各个方面能得到较为精确的间隙。这种结构主要用于滑块比较重，又不能作水平移动的压力机上。例如带有附加导向柱塞连杆的偏心齿轮压力机上。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.2.4滑块与导轨图4-19(e)为近期发展起来的，一种结构。有八个导向面，每个导向面都有一组推拉螺钉，进行单独调节，这种结构导向精度高，调节方便。

滑块是一个复杂的箱形结构，用铸铁铸成或用钢板焊成，常用的材料有H‘121-40，HT24-44铸铁和A3，16Mn钢板等。导轨滑动面常用的材料有HT20-40，ZQSn6-6-3，ZHMn58-2-2和酚醛层压布板等。4.3.1传动系统布置的类型西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

曲轴纵放结构曲轴纵放与横放曲轴纵放：曲轴中心线垂直于压力机正面。大中型压力机特别是多点压力机常采用纵放形式。曲轴纵放结构便于将传动系统封闭在机身之内，进行集中润滑，外形美观，美国、日本的小型压力机均采用这一结构形式，我国进口的通用开式压力机均采用曲轴纵放形式

曲轴横放：曲轴中心线平行于压力机正面。目前小型开式压力机常采用曲轴横放结构形式，这种形式曲轴及传动轴尺寸较长，受力不好，外形不美观，但安装维修方便。4.3.1传动系统布置的类型西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

开式与闭式传动开式传动：齿轮安装在机身外面暴露在空气中的传动。开式传动齿轮润滑不良，磨损严重。闭式传动：传动齿轮常处于机身内的润滑油箱内，使齿轮得到良好的润滑，机床外形美观。

日本及美国的绝大部分开式压力机均为闭式传动，而我国绝大多数开式压力机均为开式传动。而采用曲轴纵放的结构方式易实现闭式传动，而曲轴横放的结构方式较难实现闭式传动。4.3.1传动系统布置的类型西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

双边传动与单边传动单边传动：机械压力机的曲轴或传动轴仅由一端的齿轮驱动的传动方式。双边传动：曲轴由两端的齿轮同时驱动。双边传动齿轮传递的扭矩理论上为单边的一半，所以可减小齿轮模数，改善轴的受力条件。但制造成本提高，安装调整不便。

单边传动方式4.3.1传动系统布置的类型西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

上传动与下传动上传动：机械压力机的传动系统可置于工作台之上。上传动方式4.3.1传动系统布置的类型西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

上传动与下传动下传动：机械压力机的传动系统置于工作台以下。下传动具有重心低，运转平稳；地面高度小；有增加滑块高度和导轨长度的可能性，因而提高了滑块的运动精度；由于连杆承受工作变形力，故机身的立柱和上梁的受力情况得到改善。但下传动平面尺寸大，重量大，传动系统置于地坑之中，检修传动部件不便。下传动开式压力机传动原理4.3.2传动级数与各级速比分配西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

总传动比决定于选用电动机的转速和滑块的每分钟行程次数。而滑块行程次数n，电动机转速nc和传动级数可见表4-5的对应关系表4-5由滑块行程次数决定的电动机同步转速、传动级数滑块行程次数（s.p.m）70～80>8070～8030～10<10电动机同步转速(r.p.m)75010001500/10001500/10001500/1000传动级数112344.3.2传动级数与各级速比分配西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

各级最大传动比有一定限制，皮带传动为6～8，齿轮传动为7～9。各级速比分配遵循“最大速比原则”和“速比递增原则”。即各级传动尽量用到允许的最大速比，从高速轴到低速轴按(2.0～2.5)；(2.9～3.9)；(5.5～8.5)递增；并且各级传动比最好安排成不循环小数，以避免总是齿轮的部分齿受力。

4.3.3离合器与制动器的安放位置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

机械压力机的传动系统属于减速方式，离合器和制动器常安放在同一轴之上，或制动器放在比离合器安放轴转速更低的下一级轴之上。

单级传动压力机的离合器和制动器只能置于曲轴上。采用刚性离合器的压力机，由于刚性离合器的结构原因，且不宜在高速下工作，离合器只能置于曲轴之上；制动器相应地也只能置于曲轴之上。目前刚性离合器由于存在诸多弊端，属于被淘汰的对象。4.3.3离合器与制动器的安放位置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

上传动方式采用摩擦离合器时，对于具有两级和两级以上传动的压力机，离合器可置于转速较低的曲轴上，也可置于中间传动轴上。摩擦离合器通常与飞轮一起安装在同一传动轴上，而制动器位置总是与离合器同轴。采用带偏心齿轮的闭式传动时，离合器通常只能置于转速较高的传动轴上，尤其对板料冲压用的闭式压力机，离合器与制器几乎全都和飞轮一起被安放在高速轴上。4.3.3离合器与制动器的安放位置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

从机械压力机能量消耗来看上传动方式

摩擦离合器安放在低速轴上时，由于从动系统的零件数较少，离合器接合时摩擦功值也较小，因而离合器磨损发热小，工作条件良好。由功率守恒原理可知，在低速轴上离合器需要传递的扭矩较大，结构尺寸大；离合器处于较高速轴的情况正好和上述情况相反。4.3.3离合器与制动器的安放位置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

通常，行程次数较高的压力机(如热模锻压力机)离合器最好安装在曲轴上，这样:特别对热模锻压力机来讲，公称压力很大，工作时易发生“闷车”事故，所以更应设法改善离合器工作条件，降低其发热磨损，延长寿命。从动系统的零部件数量少，从动系统转动惯量小，离合器与制动器动作过程产生的损耗功少，相应的摩擦面的磨损与发热小，工作条件改善。可利用大齿轮的飞轮作用，能量损失小，离合器工作条件也较好。4.3.3离合器与制动器的安放位置西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

而对大中型通用板料成形的机械压力机，离合器常置于高速轴上，且常安放在设备顶部敞开的空间，一方面离合器结构尺寸小，另一方面维修与更换摩擦材料方便。如图所示的闭式压力机的离合器与制动器均安放在最高速的飞轮轴之上。（a）三级传动方式(b)四级传动方式图4-21闭式单点压力机的传动系统4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

机械压力机的传动系统通常都是由高速级的皮带传动与（或）中低速级的齿轮减速系统组成。传动系统的布置：指传动轴的位置布放方式和齿轮的数量。

传动轴的数量决定于传动级数，传动级数决定于总传动比和各级传动比的允许最大值。机械压力机的传动系统有各种布置方式，传动布置影响传动系统的空间尺寸、机械压力机的轮廓尺寸及美观程度。传动系统的布置对提高产品的市场竞争力，保证产品质量，方便维修和使用至关重要。4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

传动系统的齿轮数量除决定于传动级数之外，还决定于传动类型、旋转方向及齿轮模数，为减小大齿轮模数可采用双齿轮传动或双边传动，为调整双点(或四点)压力机偏心齿轮的转向需要增加惰轮(过桥齿轮)等，都需要增加齿轮和传动轴的数量。如表4-6所示为现有通用机械压力机的主传动参数。由表4-6可看出，公称压力31.5～160kN的小规格开式压力机常采用一级传动。公称压力为250～160kN采用两级传动，个别的(J23—100A)采用三级传动。4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

我国济南第二机床厂生产的J31—250、J31—315和J31—400压力机采用图4-21（a）所示的布置，J31-630和J31-1250采用图4-21(b)所示的布置，前者为两级齿轮传动，后者为三级齿传动。后者采用两个小齿轮带动末级大齿轮，大齿轮模数可减小，齿轮啮合的径向力可部分抵消。（a）三级传动方式(b)四级传动方式图4-21闭式单点压力机的传动系统4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

下图表示闭式双点压力机齿轮和传动轴的几种布置方式。图4-21(a)可获得曲轴同向旋转，图4-22(b)可获得异向旋转。利用异向旋转可抵消连杆施加于滑块上的侧向力。(a).两曲轴同向旋转(b).两曲轴异向旋转

4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

而利用图4-22(c)、(d)可以增大和减小连杆间的距离，分别适应不同台面尺寸的要求。其中图4-22(d)要加大大齿轮模数，而图4-22(b)、(c)均需增加传动轴和齿轮的数量，增大了制造费用。(c).异向旋转两曲轴间距较大(d).异向旋转两曲轴间距较小

4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

如图为四级传动的双边传动方式，此时驱动偏心齿轮绕芯轴旋转的为两端的小齿轮。减小了大齿轮的模数，但双边传动若制造装配精度不高，会造成传力不均匀等情况，使得某个齿轮受力情况恶劣、寿命降低。图4-23低速级采用双边齿轮的四级传动方案4.3.4传动系统的布置与传动参数西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.3传动系统

a)日本小松压力机的布置方案：同向旋转，两连杆间距大，滑块尺寸大，但同向旋转的曲轴的两连杆会在滑块上造成较大的侧向力。b)英国维尔金·米切尔的压力机传动系统:异向旋转,连杆相距小，滑块尺寸小，但两连杆产生的侧向力相互抵消，从而提高滑块的导向精度。图4-24为两种四点压力机的传动方式，(a)同向且间距大(b)异向间距小图4-24曲轴旋转方向不同的传动方案

4.4离合器与制动器

机械压力机设置离合器和制动器的原因1.鉴于机械压力机目前基本上是采用交流异步电动机作为原动机，交流异步电动机起动电流是额定电流的5～7倍；且交流异步电动机的起动与停止过程动作迟缓，机械压力机所需的电动机功率很大。而机械压力机锻冲工作时又常常需要频繁地使滑块运动与停止，所以通过每分钟十几、几十次频繁地使机械压力机的电动机通断电的启停来实现机械压力机的锻冲工作是不可行。2.机械压力机承受的往往是短期高峰负荷，因此机械压力机的传动系统往往都带有大惯量的飞轮，锻冲工作的主要能量来自于飞轮的旋转动能的输出。3.方便操作工人调试模具，保证工人的人身安全西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.4.1结构形式刚性离合器仅用于小型压力机（公称压力1000kN以下），并且常和带式制动器配合使用。牙嵌式和滑销式刚性离合器是老式淘汰结构，已基本上被转键式及超越式离合器所取代。刚性离合器由于存在诸多弊端，属于要淘汰的结构形式。摩擦离合器传递的扭矩大、工作平稳、没有冲击，滑块可在任意位置使离合器离合，调整模具方便，超负荷时，摩擦片之间打滑可起一定的保险作用。按照摩擦副所处的环境分为干式（空气中）和湿式（液体），驱动摩擦盘运动的动力通常主要有压缩空气、液压油与电磁力三种。根据摩擦材料的形状，摩擦离合器可分为圆盘式和浮动镶块式两种。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式气动摩擦离合器与气动摩擦制动器气动摩擦离合器与气动摩擦制动器（PnumaticFrictionClutchandPnumaticFrictionClutch，以下简称为PFC&PFB）是通用机械压力机的心脏部件，广泛应用于机械压力机之中。PFB往往又采用的是气压脱开摩擦副，弹簧压力压紧PFB摩擦副，使其产生机械制动的方式。为了使PFC&PFB动作协调工作而不发生干涉，常要求两者应具有正确的联锁关系，即要求在PFC摩擦副接合前，PFB摩擦副应先分离而不制动；而在PFB摩擦副接触进行机械制动前，PFC摩擦副先分离。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.4.1结构形式离合器结构分析找到摩擦工作副，由于摩擦材料常采用交叉剖面线或涂黑部分表示，所以在图中很容易找到。以摩擦副为分界线，找出主动及从动部分有关零件，通常和离合器轴紧固在一起或随其同时转动的部分为从动部分，和飞轮(或大齿轮)紧固在一起的为主动部分。控制操纵离合部件。通常摩擦离合器与制动器均采用气动方式进行离合动作。而这一操纵力常采用气缸内的活塞来产生。联锁方式。离合器与制动器的动作协调性要求。摩擦副间隙调整装置。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式摩擦制动器结构分析确定摩擦工作副寻找运动部分和不动部分分析控制摩擦副合分的机构工作原理摩擦副调整机构的工作原理分析西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式气阀连锁的结构分析所谓气阀式联锁的PFC&PFB是指两者协调工作不发生干涉，实现正确的联锁要求是通过控制两者气动系统中的气阀进排气的先后次序等来实现的。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4离合器与制动器4.4.1结构形式如图所示为中国济南第二机床厂所生产的J31-315型机械压力机上采用的典型的气阀PFC&PFB结构，图中左端是悬臂布置的制动器而在两PFC轴的两轴承之间的是离合器，PFC与PFB有各自单独的气缸，离合器与飞轮及大皮带轮成一体。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.4.1结构形式动摩擦离合器－制动器动作过程当需要离合器接合时，通过电磁空气分配阀，使压缩空气从左端经从动轴中心的孔道、旋转密封环和连接管，进入离合器气缸（在大皮带轮上），气压力推动离合器活塞向右移动，使活塞盘、摩擦镶块和支承从动盘紧贴在一起，是飞轮的运动通过PFC摩擦副驱动从动摩擦盘和从动轴运转。当需要离合器脱开时，通过电磁空气分配阀使离合器气缸排气。离合器活塞盘便在其脱开弹簧的作用下，向左复位。离合器摩擦副脱开，从动轴失去驱动力而减速，而大皮带轮在电动机的驱动下仍高速运转。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4离合器与制动器4.4.1结构形式当需要制动器制动时，应先使PFC摩擦副脱开，然后图左边的制动器气缸排气，在制动弹簧的力作用下，其活塞向右运动，通过压紧圆盘和外摩擦盘（与轴承座组成同一零件）压住摩擦镶块，迫使内摩擦盘和从动轴减速直至停止转动，完成机械制动过程。如制动器气缸进气，其活塞朝左运动，这样同时带动压紧圆移动并压缩制动弹簧，这时压紧圆盘不再压住镶块，制动器也就脱开盘向左。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所4.4.1结构形式刚性连锁的结构分析所谓PFC&PFB刚性联锁方式是指其在结构上采用了PFC的摩擦盘和PFB的摩擦盘之间存在一种机械刚性互动的结构关系，从而使得在PFC接合过程中PFC气缸的气动力先克服制动弹簧的压缩正压力，迫使PFB摩擦副先分离，再继续使气缸的活塞运动将PFC摩擦副压紧，完成PFC摩擦接合的动作，反之，在气缸排气后，PFB制动弹簧先将PFC摩擦副分离开，然后再使活塞后退将PFB摩擦副压紧。这种联锁方式可靠地保证了PFC&PFB之间正确的联锁关系。这种联锁方式的PFC&PFB往往采用同一个气缸，目前常见的PFC&PFB的刚性联锁结构有轴中心推力杆式和PFC&PFB组合结构式两种。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式如图所示为一种组合式PFC&PFB刚性联锁结构。该设备用于由上海第二锻压机床厂仿造日本会田公司生产的JH23-63型机械压力机上。JH23-63型机械压力机的气动摩擦离合器－制动器在结构上是一个整体，采用机械刚性联锁的方式，两者共用一个气缸。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式该气动摩擦离合器－制动器动作过程如下：当PFC气缸所需压缩空气进入离合器气缸后，气动力推动气缸盘向左运动，先压缩制动弹簧，使制动器摩擦面先分离，气缸盘再继续向左运动，离合器主、从动摩擦片被压紧而传递动力和扭矩，大皮带轮带动从动轴转动，完成PFC的接合；而当离合器气缸与大气相通时，在制动弹簧力的作用下，离合器气缸盘向右运动，离合器摩擦副先脱开，气缸盘再继续向右运动，制动器的摩擦片被压紧，产生机械摩擦制动作用，从而迫使从动部分停止运动。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式当PFC与PFB采用分别悬臂地布置于PFC&PFB轴的支撑轴承之外的形式时，左端为离合器，右端是制动器，两者的控制操纵活塞2和制动器内齿圈13通过推杆5零件刚性联锁。离合器的主动部分包括大皮带轮(飞轮)7，离合器内齿圈s，主动摩擦片9、气缸1、活塞2和推杆等。从动部分包括带有小齿轮“的空心传动轴4，从动摩擦片6，离合器外齿圈3以及制动器外齿圈13和摩擦片12等。摩擦副为主动摩擦片和从动摩擦片，操纵机构由气缸、活塞和压缩空气控制系统等组成。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.1结构形式西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

当电磁空气分配阀通电开启后，压缩空气进入离合器气缸，向右推动活塞2，空心传动轴4内的推杆5向右移动，压缩制动弹簧10，于是制动器松开，离合器主、从动摩擦片被压紧，大皮带轮7便可带动从动轴4转动；电磁空气分配阀断电后，离合器气缸与大气相通，在制动弹簧力l0的作用下，空心传动轴4内的推杆5推动活塞2向左移动，离合器脱开，制动器的摩擦片被压紧，产生制动作用，从而吸收从动部分动能，使从动部分停止运动。这种离合器一制动器的从动摩擦片使用铜基粉末冶金材料，当摩擦材料过度磨损后，需要重新调整间隙。调整时，只要松开右端制动器上的锁紧螺钉和圆螺母，扳动螺旋，即可达到调整摩擦副间隙的目的。4.4.2摩擦离合器的设计计算选择摩擦材料离合器与制动器的摩擦材料的要求：摩擦系数大，并在一定的温度范围内保持稳定，耐磨，耐热，使用寿命长：有足够的强度，良好的跑合性能，胶合能力强。西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

4.4离合器与制动器

4.4.2摩擦离合器的设计计算最大扭矩和摩擦面尺寸的确定机械压力机完成规定的锻冲任务，即施加在曲轴上的力矩应大于

，需要离合器摩擦面传递的扭矩为是储备系数，Mq为曲轴所需传递的扭矩,i是安装离合器的轴