基于磁粉离合器的柔性板料折弯机设计

基于磁粉离合器的柔性板料折弯机设计

板料折叠机是完成板料折叠的压力设备。采用简单的一般模型，可以将金属板的材料折叠到一定的几何形状。配用相应的模具，还可以作冲槽、浅拉伸、冲压和压波纹等。在生产实践中，我们发现在电器、电子、仪器仪表、日用五金等工业部门，急需一种吨位可调、安全可靠的折弯设备。目前广泛使用的折弯机是采用电器控制液压加载，即采用一对油缸直接作用于导轨两边，油缸压力驱动装有折弯模具的滑块。如果板料没有放在中心位置，或两个油缸中有泄漏情形时，往往因偏载滑块出现倾斜，导致被折弯零件的加工质量和精度下降。针对上述问题，可以对其结构进行改进，解决承受偏载时，滑块倾斜问题。图1为改进后的液压折弯机结构示意图，图中轴销A、B、C固定在机架上，主油缸水平放置，当活塞杆2伸出时，主摆杆3通过连杆4使被动摆杆5同步转动，它们同时推动滑块6向下运动。这样即使承受偏载时，滑块仍能保持水平，不会倾斜。1液压传动效率较低上述折弯设备工作平稳，振动噪声可以达到设计要求，虽然能在较大范围内实现无级调速，柔性加载，适合需大吨位的板料加工，但是由于传动压力损失和泄漏，液压传动效率较低，一般仅为75%～80%，影响工作机的正常运行，泄漏存在安全隐患等缺陷，污染场地，这些都严重限制在对环境要求较高的制造业中的应用，如电器电子、仪器仪表制造中。为此，我们应用磁粉离合器的工作特性，设计了结构简单，可实现无级调速，柔性加载的板料折弯机。1.1励磁圈连通保护重新设计的柔性板料折弯机机构运动简图如图2所示。电动机通过换向器驱动磁粉离合器转子，磁粉离合器在没有励磁电流时，由于散沙似的磁粉象液体一样不能阻碍主、从动件之间的相对运动，离合器处于分离状态；励磁线圈通电，所产生的主磁通沿设置的磁路形成闭合回路，磁粉离合器转子与定子之间的磁粉迅速磁化，并沿磁路结成链状固态，定子与转子产生啮合力，从而实现力矩传递。这个啮合力大小与励线圈的电流或电压呈线性关系，如图3所示，只要通过改变励磁线圈的电流或电压可以得到所需要的相应大小转矩。经减速器，主动被动齿轮增矩和传动螺母传动螺杆、主摆杆增力，就可获得滑块上所需要的压力。2磁粉器设计2.1温度对磁粉转子的影响普通磁粉离合器结构如图4所示，它虽有较好的工作特性，但是在高速端运行时，由于定子、转子分别与磁粉圆周摩擦，摩擦面积大，导到磁粉离合器发热，工作温度迅速增高甚至达到居里温度磁性消失，即使采用其它的一些冷却方式，由于温度变化引起励磁线圈电阻变化，从而导致励磁电流变化，由于励磁电流直接影响转矩，所以导致工作机工作压力不稳定。2.2星架回转系统一种行星式磁粉离合器的设计，很好的解决了普通磁粉离合器发热的问题，这种行星式磁粉离合器在高速端运行时只须与相应的电机输出转矩匹配，其优势更为明显。所以它的体积可以更小，制造成本更低。其结构图如图5所示。行星式磁粉离合器的工作原理是：电机驱动行星架转动。励磁线圈没有通电时，行星轮5以电机的输入转速绕定子（外壳）4公转，由于采用了特殊非饱合磁路设计和200目以上球状磁粉，线圈产生的有效磁通能在瞬间（0.005～0.01s）起作用。因此，当接通电源时，行星轮上的磁粉带，能快速与定子（外壳）啮合。由于磁粉离合器的励磁电流或电压与转矩形成的线性关系，随着励磁电流或电压的增大，行星轮上的磁粉带与定子（外壳）的啮合力也随之增大，输出转矩增大。同时，由图6特性曲线可知，输出转矩只对应某一电流值，而与转速无关，因此，通过励磁电流或电压的值改变输出转速和转矩。通过多次试验，行星式磁粉离合器由于摩擦是一个点的啮合摩擦，摩擦面积小，且装在高速端运行输出转矩小，很好地解决了磁粉离合器发热的问题。同时在制造过程中，采用了剩磁较少的工业纯铁，所以这种行星式磁粉离合器输出转矩重复性大大提高。2.3电机转速的确定电机的调整范围是指电动机拖动额定负载时所能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比：当励磁电流最大时，由于在电磁吸引力的作用下，随着转速升高，吸引力越大，5和4两轮啮合越紧密，使其5n=0,iH54=0,此时n5max=n1,即最大输出转速为电机额定转速。当励磁电流=0时，即行星轮5上的磁粉带与转动定子（外壳）脱离，此时n4max=0，由此可知，此结构的离合器使机器在0至额定转速间实现无级调速。2.4多级加载的电机系统加载的柔性和稳定性是指当滑块接触到加工零件时，即不能冲击也不能无力。为了达到稳定柔和的加载效果，电机功率不变，通过增加磁粉离合器的励磁电流或电压，就可达到工作所需的压力。为了实现这一目的，设计中采用了无级加载的方式。如图7所示，由于采用了电压可从0～100v内任意调整，即实现了无级加载。滑块的工作压力也能从