伺服曲柄压力机设计说明书

伺服曲柄压力机设

计说明书

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伺服曲柄压力机设计计算

目录

。引言

1伺服曲柄压力机技术参数

2伺服曲柄压力机原理与性能设计分析

3伺服曲柄压力机工艺曲线设计分析

4伺服曲柄压力机负载曲线设计分析

5伺服曲柄压力机电机功率设计分析

6伺服曲柄压力机传动机构设计

7伺服曲柄压力机工作机构设计

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。引言

金属的锻压加工大量采用曲柄压力机，也称为冲床，据不

完全统计,中国在用的曲柄压力机冲床数量高达数百万台。当

前，锻压生产所用曲柄压力机由高转差率的电动机3仅动日刚

性离合器和摩擦离合器控制，存在安全性差、能耗高、故障率

高的缺陷。

高转差率电动机的效率低于GB18613-〈中小型三相异

步电动机能效限定值及能效等级,，从9月1日起被强制淘汰,

选用高能效的电动机成为压力机换代升级的首要目标。

”开关磁阻电机系统是一种机电一体化节能型调速电机

系统。它由开关磁阻电动机、功率变换器及控制器组成。同

传统的直流及交流电机调速系统比较，具有以下优点:电机结

构坚固、制造成本低;效率高，不但在额定输出状态下,而且在

宽广的调速范围内也能保持高效率运行;一般系统效率达

80%以上;启动转矩大、启动电流小;制动性能好，能实现再生

制动,节约电能效果显著;系统调控性能好，四象限控制灵活;具

有无刷结构，适合于在高粉尘、高速、易燃易爆等恶劣环境下

运行;能够在各行各业应用。”（摘臼〈中华人民共和国国家发

展和改革委员会中华人民共和国科学技术部国家环境保护

总局公告第65号〉）采用节能的开关磁阻电机替代高耗能

的传统电机成为企业节能的发展方向。

当前，国外的伺服压力机技术采用永磁伺服技术,抗冲击

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效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗，实现锻压生

产过程的智能化和绿色化发展具有重要意义。

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1伺服曲柄压力机技术参数

250吨伺服曲柄压力机技术参数

公称压力产/kN:2500

公称压力行程Sjmm:13

滑块行程S/mm:315

行程次数（额定值）%/spm:20

行程次数调速范围n/spm:10—40

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2伺服曲柄压力机原理与性能设计分析

2.1伺服曲柄压力机原理与分析

伺服压力机由开关磁阻伺服电机驱动，与传统机械压力机结构

不同之处是没有飞轮、离合器、气动制动器及其控制系统。结构

组成为:开关磁阻伺服电机经过减速驱动曲柄连杆滑块运动;电机轴

设置电磁制动器,电机轴与曲轴端设置位置传感器;制动器和位置传

感器连接电机控制器（图2-1）。

结构件的连接关系为:伺服电机输出轴键固连小带轮，小带轮经

过V带传动连接大带轮,大带轮键固连传动轴的一端，传动轴经过

轴承连接机身传动轴的另一端键固连小齿轮,小齿轮与大齿轮相互

齿轮传动，大齿轮键固连接曲柄轴的一端,曲柄轴经过轴承连接机身,

曲柄轴的中部经过轴承连接连杆的大端，连杆的另一端滑动连接滑

块.

图2-1伺服曲柄压力机原理图

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1、开关磁阻伺服电机2、角位移传感器3、制动器4、皮

带传动5、传动轴6、齿轮传动7、曲轴8、连杆9、滑块

10、传感器11、机身12、模具13、液压缸14、电机控制

器

工作原理：

压力机起动时，开关磁阻伺服电机以大起动转矩由零速加速旋

转，经过减速传动带动曲柄连杆滑块运动，电机在起动加速过程提供

的能量储存于系统转动惯量，其能量为^0工此能量(可由电机转

速数控值决定)大于等于额定工作能量E.，压力行程时，电机全速降,

释放此能量，实施冲压;位置传感器给出滑块上止点的位置，经过电

机控制器传给伺服电机。单击状态下，当滑块靠近上止点时,伺服电

机减速，制动器实施制动，滑块停在上至点,完成一个工作循环。

开关磁阻伺服曲柄压力机与传统曲柄压力机的原理比较：

E=J⑷2_宕)(2-1)

2.2伺服系统原理与分析

伺服系统有永磁伺服系统和无永磁伺服系统两种。考虑到压

力机的冲击性负载特性,主运动采用无永磁体的开关磁阻伺服系统

3仅动。，

开关磁阻伺服系统(SRD)由电机(SRM)及控制器两大部分组

成。其电机定、转子由冲有凸极和凹槽的硅钢冲片叠压而成。转

子上既无绕组也无永磁体,定子的相绕组为集中绕组。结构设计如

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图2.2所示。以图中三相12/8极定、转子的相对位置作为起始位

置,依次给B-C-A相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针

方向连续旋转;反之,则电机会顺时针方向转动。绕组电流是单向的,

有效避免了直通短路。

当绝缘栅双极晶体管(IGBT)Sl、S2导通时,A相绕组从直流电

源U吸收电能，而当SI、S2关断时，绕组电流经续流二极管DU

D2继续流通,并回馈给电源Uo因此,SRD的特点是具有再生作用,

系统节电、效率高。

转子上固定有齿盘，定子上装有检测齿盘转动的光电传感器，转

子角位移以电脉冲信号的方式传送给SRD控制器，由SRD控制器

控制电机的工作运动。

SRD控制器包括嵌入式微处理器、PLD可编程逻辑器件、

IGBT驱动电路、光电隔离、通信接口、显示屏、键盘、电力电子

器件及软件(图2.3)。微处理器把输入信息、反馈信息处理计算，结

果传给可编程逻辑器件,PLD控制驱动单元和IGBT的导通与关断,

因定、转子的两凸极对齐位置下电感最大4a、,不对齐位置下电感

最小％°，可经过控制电流的斩波值〃开通角%和关断角%,，来控

制电机运行。

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图2.2SRM控制原理图

2.3曲柄压力机数控方法设计

驱动压力机的开关磁阻伺服系统工作在用户设定的转速数

值。具体数控方法如下：

电机定子相电流和转子瞬时转矩及其运动方程为：

⑹嘤(2-2)

2dO

(2-3)

dt

式中一相电流(A)

转子角位移

此,一电机转矩(N•m)

一时间(s)

S,为负载转矩(N・m)

J-电机转子及工作运动部分的转动惯量(kg•n?)

L-相电感(H)

切-电机角速度(媪)

考虑&电感上升沿或下降沿的斜率近似为K，则电机的转矩可

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写为

^Ki\co^>con

M,=乙,KwR+(2-4)

2

--Ki,cofl+]<con

在额定转速以下电机运行在电流斩波状态，把（2・3）、（2-4）式合

并，并写成数值的形式，则斩波电流瞬时值为：

(2-5)

由电流计算值，给定电流上限幅值品=»+加。和下限幅值

乙="加。。若检测电流值S2同时关断，迫使电流下

降:若检测中流导通,中流又开始卜升，以此实现对电流

斩波值的限定。

I显示与，盘I

S=|"/D转换已

RS232

与通讯接口占嵌入式微处理器

,D/A转

CPU

------„------模拟量输入/输出

可编程器件PLD4光，坐隔高户

u|继电器|=

开关量谕入/输出

I光电隔而I电IGBT驱动

流

检

测

制动单元

工阻电机）

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图2-3SRD控制器系统框图

数控方法由图3的控制电路实现。根据反馈的转子位置信号,

确定上止点和下止点的位置，并计算出转速反馈值?，根据PID算

法使以“逼近。，根据公式⑸计算电流斩波值i；PLD根据位置编码

经过3丛动电路控制IGBT的导通与关断。

2.4开关磁阻伺服曲柄压力机的特性分析

开关磁阻伺服系统与其它系统相比有以下优点：

（1）系统效率高

开关磁阻伺服在其宽广的调速范围内,整体效率比其它调速

系统高出至少10%。在低转速及非额定负载下高效率则更加明

显。

（2）调速范瑞宽，低速下可长期运转

开关磁阻调速带负荷长期运转的转速范围可在零到最高转速

内，电机及控制器的温升低于工作在额定负载时的温升。

（3）无过冲起动电流

开关磁阻伺服具有软起动特性，电机起动过程没有交流电机起

动电流大于额定电流5〜7倍的现象，而是起动电流平滑增加至所需

的电流。设定的电机起动时间越长，起动电流越小。

（4）高起动转矩，低起动电流

开关磁阻伺服起动转矩达到额定转矩的150%时，起动电流仅

为额定电流的30%o

⑸三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电动机

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开关磁阻伺服若三相输入电源缺相或者欠功率运行或者停转，不

会烧毁电机和控制器。电动机输入缺相只会导致电动机输出功率

减小,或者有可能导致电动机无法起动。

（6）过载能力强

升天磁阻伺服过载能力强,当伉载短时大十额定位载时，转速卜

降，保持最大输出功率，不出现过流现象。当负载恢复正常时，转速

恢复到设定转速。

⑺功率器件控制错误不会引起短路

开关磁阻伺服的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联,不存在

发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。

（8）可靠性高

开关磁阻伺服的转子无绕组和鼠笼条,电机可高速运转而不变形,

机械强度和可靠性均高于其它类设备。定子线圈嵌装容易,端部短

而牢固，热耗大部分在定子，易于冷却。转子无永磁体，可有较高的

最大允许温升。

（9）功率因数高

普通交流电机空载时功率因数为0.2〜0.4,满载时为0.86〜0.89;

而开关磁阻伺服的功率因数空载时可达0.995,满载时可达0.98。

与现有压力机比较,开关磁阻伺服曲柄压力机的突出优势为：

（1）运动数控曲柄压力机滑块速度I，岩小诬++m20）国机

角速度4的闭环数控，使滑块运动曲线可根据工艺要求进行数字设

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置，能够设计特殊的工作特性曲线,进行高难度、高精度加工，能够

实现低速锻冲急回的变速功能。

(2)生产率高能够根据工况和自动化连线的需要，在较大范围

内数字设定滑块行程次数，其宽范围调速功能，能够有效提高生产率,

彻底解决了“不能用连续行程压延较大较深的零件”的难题。

(3)能量数控开关磁阻数控曲柄压力机加压能量可数控，数控

其速度，即数控其能量。

(4)智能数控对不同工艺、不同材料可调用计算机存储的不

同工作曲线，使压力机的加工性能、加工范围大大提高。工艺曲

线、时间、产量、耗电量等数据可由微机智能存储和处理,易实现

制造过程信息化管理的目标。

(5)制件精度高没有液压过载保护装置,不存在液体受压变形

影响闭合高度，床身弹性变形误差小，压力重复精度高，制件精度

Bo

(6)可视化加压速度、压力、压制时间等工艺参数实时反馈

并显

(7)通用性提高现有压力机根据工艺不同而种类繁多，开关

磁阻数控压力机可依工艺调节，而满足不同工艺的需求，使同一台压

力机工作在不同工况。

(8)模具寿命高因压制工件的能量和速度可准确数控,使模具

受冲击速度减小，寿命提高。

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(9)结构简化曲柄压力机没有了大皮带轮、离合器、液压过

载保护装置等，结构极大地得到简化。因滑块能量数控，在吨位仪指

示下，打击力不会超载,无需过载保护装置。

(11)上止点位置可控摆动工艺的上止点能够任意设定,正常

停机时，确保滑块停在上止点，编码器反馈位置信号,在停机前电机

减速;当滑块处在上止点时，电机轴制动，确保滑块停在上止点。

(12)安全性高在电机制动和制动器作用下，滑块能够在任何

位置紧急制动停止。

(13)节能在额定点以下工作，开关逊阻电机比其它电机耗能

低;在低速阶段，节能更加明显。数控伺服压力机没有离合器结合能

耗，滑块停止后，电机停转，也没有了电机、皮带轮空转，能耗显著降

低。同时，开关磁阻电机在制动时可变为发电机，能量回馈,重新利

用。

(14)工作可靠性高与其它电机系统相比，开关磁阻电机转子

即无绕组也无永磁体，机械强度高;电机在三相输入电源缺相或者欠

功率运行或者闷车的情况下，不会烧毁电机和控制器;功率器件不会

发生因控制错误导致短路而烧毁的现象,而且温升低。

(15)不会闷车当故障停车时，电机反转回程，不会发生闷车现

象。

(16)能够保压在下止点压紧工件时，滑块能够短时间停留，实

现液压机的保压功能。

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(17)易维护没有易损易耗件，减少了维护工作、维护时间和维

护费用。

(18)使用方便模具调试时，能够以极慢的速度寸动下行,K会

发生故障，不用配置微调传动，调模试模极为方便，需要外设调模试

模液压机，能够在导柱导套接触后，试冲工件，不会发生闷车。

(19)多机同步控制多台压机连线时，开关磁阻数控系统更容易

实现同步控制。

开关磁阻伺服曲柄压力机即保持了机械驱动的种种优点，又

改变了其工作特性不可调的缺点,能极方便地改变滑块的运动曲线,

获得不同的工件变形速度,使机械3仅动的成形装备也具有了柔性化

和智能化的特点，工作性能和工艺适应性大大提高，保证了冲压件的

质量;同时，结构简化，重量减轻,安装、调试、使用方便，无离合器及

其气动系统，减少维修、降低能耗，可靠性提高皮全性提高,实现主

运动的数字化信息化控制。

开关磁阻伺服曲柄压力机的高效节能、智能数控性能优越,

能够逐步替代现有的交流电机和直流电机驱动的各种曲柄压力机,

实现传统产\||/的升级换代。开关磁阻伺服压力机提升了成形加工

产业的制件精度的整体水平，将使中国制造业水平进入了高技未低

消耗的新阶段。

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3伺服曲柄压力机工艺曲线设计分析

3.1工艺曲线设计需求分析

由于冲压工艺有冲裁、弯曲、拉深等多种加工方法，不同的加工

方法对压力行程、速度等工艺参数有相应的要求，伺服曲柄压刀机

应满足不同工艺的参数即运动曲线要求。

3.2曲柄滑块运动分析

空载状态下的运动分析如下.

3.2.1滑块位移与曲柄转角的关系

图3-1曲柄连杆滑块机构运动分析图

图3-1中：

(1)。点为曲柄的回转中心；

(2)A点为连杆与曲柄的连接点；

(3)B点为连杆与滑块的连接点,B点的运动代表滑块的运动(即

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分析时滑块可看作点运动)；

(4)5K表示曲柄半径R;

(5)通表示连杆长度L;

(6)为曲柄与铅垂线的夹角，顺时针为正方向；

(7)。曲柄旋转的角速度，逆时针为正方向；

(8)$代表滑块距下死点的距离，向上为正；

(9)〃代表滑块作往复直线运动的速度，向下为正方向；

(10)曲轴在最高点为180。,最低点为0。度。曲轴从180。逆时针正转

经过90。到0。，随后正转经过-90。到-180。为一工作周期。

根据图3-2，滑块位移s的数学表示式为

s=R-\-L-(Rcosa+Lcos^)(3-1)

2(“连杆系数)

由三角函数公式可得:cosp=-sin/

由图3-2结构,可得:sinp="sMa=4sina

L

cos/?=Jl-sin2B=71-/i2sin2a

/.s=R[(\-coscz)+—(1-Jl-万sin2a)]

将COS6按泰勒公式展开,取前两项得：

cos/?=1-sin2

v-7.1-cos2cr

乂•/sm~2a=-----------

:.s=R(1-cos«)+—2(1-cos2«)(3-2)

假设，曲柄上止点为0度，下止点为180度。令

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a=r-e

:.s=R(l+cos^)+—A(1-cos2^)(3-3)

4

(3-3)式半，s为滑块位移，向上为正方向；2为连杆系

数，4=贵；R为曲柄半径。

3.2.2滑块速度与曲柄转角的关系

根据运动学中位移和速度的微分方程「与

dt

又因速度正方向向下，可列以下速度公式

d(2R—s)dsdsda

v=-----------=-----sina+-4sin2a

dtdtdadt2

其中一。啜

令a=兀-e

v=coRsin。-耳sin26j(3-4)

(3.4)式口,3为曲柄的角速度,y为滑块速度，向下为正方

向。

323滑块加速度与转角的关系

利用相同的原理可对速度公式进行时间求导得滑块的角加速

度

dvdvdad6^sina+g4sin2a(-6y)=-co1R(co^a+2cos2a)

ci———---------——

dtdadtda

令。=兀一O

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a=(o~/?(cos0-Xcos2^2)(3-5)

由以上分析可得滑块的运动学公式：

滑块运动与曲柄转角的关系式

s=R(1+cos^)+—^.(1-cos2^)

4

v=o"sine—'sin2。)

a=co2R(cos3-Xcos2。)

(3-6)

滑块运动与时间的关系式

匀速运动时，令e=cot

s=R(1+cos0/)+—"1-cos2。7)

4

v=sincot--sinIcot

I2J

a=co2R(coscot-Acos2o)t)(3-7)

由公式(3.6)、(3.7)可知：

1)滑块的运动特性在曲柄角速度一定时只与曲柄转角刚性有

关，与其它因素没有关系。不同的行程次数时，由于滑块的速度K加

速度a都与曲柄的角速度有关,在不同的行程次数下，滑块的速度v,

加速度a是变化的。

2)滑块的行程只是在上下止点间循环滑动，不可随意的刚性

缩短或增长。

3)①是曲柄滑块的转速，其大小是由伺服电机经过传动机构按

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照一定的传动比转换过来参数(%=①曲xi,i为传动比)，因此计算

机控制伺服电动机的角速度能够直接控制滑块的运动。考点到

。二做，滑块运动曲线随时间发生变化。

3.3曲柄滑块运动工艺曲线设计计算

3.3.1滑块运动工艺曲线与曲柄转角的关系

根据位移s、速度V、加速度a的公式，

:.s=R(1+cos0)+-A(\-cos20)

4

v=coRsin°-,sin20)

a=<y*R(cos9-2cos2/9)

式中,R为曲柄半径,R=S/2=315/2=157.5mm,

2为连杆系数入二。」

。为曲柄转角。

计算得：

表0角度■位移的对应数据

序号角度。/。位移s/mm

10315.0

230295.9

360242.2

490

165.4

512084.70

615023.10

关键点%=22.4Sg=13

716010.40

81702.600

91800

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1021023.10

1124084.70

12270165.4

13300242.2

14330295.9

15360315.0

)50

角度

位移

图3.2角度.位移曲线图

当行程次数分别为：

m=ng/2=10,

n2=15,

ng=20,

n4=1.5ng=30,

n5=2ng=40,(/min")时，

计算得如下数据：

表1行程次数m=10,滑块速度、加速度数据

羸w曲轴转速滑块速度滑块加速度

s/mmm/rpmvi/mm-s-1ai/mm-s'2

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10315.0100155.4

230295.975.30140.9

360242.2135.794.90

490

165.4164.917.30

512084.70149.9-77.70

615023.1089.60-158.1

关键点157.6Sg=1368.60-171.9

716010.4061.70-175.5

81702.60031.50-186.3

918000-189.9

1021023.10-89.60-158.2

1124084.70-149.9-77.70

12270165.4-164.917.3()

13300242.2-135.794.90

14330295.9-75.30140.9

15360315.00155.4

图3-3角度、位移-速度曲线图

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图3-4角度、位移-加速度曲线图

表2行程次数出二15,滑块速度、加速度数据

序号角度位移曲轴转速滑块速度滑块加速度

0/0s/mmm/rpmvi/mm-s-1ai/mms'2

10315.0150349.4

230295.9112.9316.8

360242.2203.4213.5

490

165.4247.338.80

512084.70224.9-174.7

615023.10134.3-355.6

关键点157.6Sg=13102.9-386.5

716010.4092.50-394.5

817()2.60047.20-418.8

918000-427.0

1021023.10-134.4-355.6

1124084.70-224.9-174.7

12270165.4-247.338.80

13300242.2-203.4213.5

14330295.9-112.9316.8

15360315.0-0349.4

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图3-5角度、位移■速度曲线图

图3-6角度、位移-加速度曲线图

表3行程次数出二20,滑块速度、加速度数据

序号角度位移曲轴转速滑块速度滑块加速度

0/0s/mmm/rpmvi/mm-s"1ai/mm-s-2

10315.0200619.2

23()295.9150.3561.4

360242.2270.8378.4

4

90165.4329.268.80

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512084.70299.3-309.6

615023.10178.8-630.2

关键点157.6Sg=13137.0-684.8

716010.40123.2-699.2

817()2.60062.80-742.2

918000-756.7

1021023.10-178.8-630.2

1124084.70-299.3-309.6

12270165.4-329.268.80

13300242.2-270.8378.4

14330295.9-150.3561.4

15360315.00619.2

速度3

图3-8角度、位移-加速度曲线图

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表4行程次数出=30,滑块速度、加速度数据

序号角度位移曲轴转速滑块速度滑块加速度

0/°s/mmm/rpmvi/mm-s'1ai/mms'2

10315.03()01398

230295.9225.91267

360242.2406.9854.1

490

165.4494.6155.3

512084.70449.7-698.8

615023.10268.7-1423

关键点157.6Sg=13205.9-1546

716010.40185.0-1578

81702.60094.30-1675

918()00-1708

1021023.10-268.7-1423

1124084.70-449.7-698.8

12270165.4-494.6155.3

13300242.2-406.9854.1

1433()295.9-225.91267

15360315.()01398

速度4

图3-9角度、位移.加速度曲线图

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加速度4

图3-10角度、位移■加速度曲线图

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表5行程次数n=40,滑块速度、加速度数据

序号角度位移曲轴转速滑块速度滑块加速度

ors/mmni/rpmvi/mm-s'1ai/mm-s'2

10315.04002485

23()295.9301.22253

360242.2542.51519

490165.4659.5276.1

512084.70599.7-1243

615023.10358.3-2529

关键点157.6Sg=13274.5-2749

716010.40246.7-2806

81702.600125.8-2979

918()00-3037

1021023.10-358.3-2529

1124084.70-599.7-1243

12270165.4-659.5276.1

13300242.2-542.51519

14330295.9-301.22253

15360315.002485

图3-11角度、位移-速度曲线图

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加速度5

图3-12角度、位移-加速度曲线图

—建度1

—里度2

—速度3

一遑厦4

—逢隋5

图3-13角度、位移■速度范围图

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图3.14角度、位移■加速度范围图

3.3.2滑块运动工艺曲线与时间的关系

令O=ajt

.?=/?(1+cos〃》)+—7(1-cos2/7)/)

4_

v=<y/qsinfyr--sin

I2)

a=co~R(coscot-2cos2c»)

4=22.4。N=360/a=16

e*b

时间步长t=60/(nN),关键点为位移S=Sg=13,S=0

表6位移数据单位:mm

时间tm=10112=15ng=20n3=3()n4=40

0315.0315.0315.0315.0315.0

1AI314.5314.5314.5314.5314.5

2At308.2308.3308.3308.3308.3

3AI285.0285.0285.2285.0285.0

4At236.3236.4236.8236.4236.4

5At164.5164.6165.3164.6164.6

6At85.6085.7086.4085.7085.70

7At23.6023.7024.2023.7023.70

8At00000

9AI23.4023.3022.7023.3023.30

10A(85.4085.1083.9085.1085.20

11At164.3164.0162.6164.0164.2

12At236.1235.9234.7235.9235.9

13At284.9284.8284.0284.8284.8

14At308.2308.2307.9308.2308.2

15At314.5314.5314.5314.5314.5

16At315.0315.0315.0315.0315.0

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—位31

1■位号2

----位移3

____

----位移5

图3/5时间-位移曲线图

时间步长t=6/m,关键点为位移S=Sg=10，速度为0点和最大值点

表7速度数据单位:mms-1

112=15

时间tm=10ng=20n3=3()n4=40

000000

lAt57.3085.80114.1171.7228.9

2At108.3162.4215.9324.8433.2

3AI146.5219.6292.1439.3585.8

4At164.9247.3329.1494.5659.4

5At158.2237.3316.2474.5632.7

6At124.9187.4250.4374.8499.7

7At69.00103.7139.5207.4276.4

8At0.1000.4002.4000.9000.900

9AI-68.80-102.9-135.2-205.9-274.7

10A(-124.8-186.9-247.3-373.7-498.5

11At-158.1-237.0-314.8-474.1-632.2

12At-164.9-247.3-329.5-494.7-659.6

13At-146.6-219.9-294.1-439.9-586.6

14At-108.5-162.9-218.9-325.9-434.4

15At-57.40-86.50-117.8-173.0-230.5

16At0-0.700-3.900-1.400-1.600

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图3.16时间-速度曲线图

时间步长t=6/m,关键点为加速度为0点和最大值点

表8加速度数据单位:mms-2

时间tm=10112=15ng=20n3=3()n4=40

0155.4349.4619.213982485

lAt147.3331.2587.113252356

2At122.1274.6487.010981953

3AI78.3176.2313.3704.81253

4At17.339.171.1156.5277.9

5At-53.8-120.7-211.6-482.8-858.9

6At-122.0-274.1-483.4-1096-1950

7At-171.7-385.8-682.2-1543-2745

8At-189.9-427.0-756.8-1708-3037

9At-171.8-386.5-686.9-1546-2748

lOAt-122.2-275.2-491.6-1101-1957

11At-54.0-122.0-221.3-488.1-866.8

12At17.137.961.9151.6270.5

13At78.1175.2306.1700.91247

14At122.0274.0482.410961949

15At147.3330.9584.913242354

16At155.4349.4619.113982485

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图3/7时间.加速度曲线图

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4伺服曲柄压力机负载曲线设计分析

4.1曲柄、连杆与滑块

曲柄连杆滑块机构受力分析如图4-1。

L----——

B

F

图4-1曲柄连杆滑块机构受力分析图

图中,却为连杆作用力，。为导轨作用力,F为负载的作用力,2为连

杆的长度系数,。为曲柄转角。

4.2.1连杆与滑块的受力分析

由图4-1受力分析：

-F+FABcos6+mg=ma(4-1)

修8—尸=。(4-2)

Q=Flanfl(4-4)

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在一般情况下,4Y0.3，且通用压力机的a一般小于3(y,

对应的cos夕大于0.95,故上式可化简为

FABxF(4-5)

Q«FAsina(4-6)

4.2.2曲轴受转矩：

由转矩公式:M二/x/得

ML=FAB而(而为曲柄相对于旋转中心的力矩)

由机械简图和三角公式可

得:OD=Rsin(a+4)=R(sinacos(+cosasin⑶(4-7)

其中:cos/?alFAB«F(4-8)

sinp«Asina

OD=R(sina+2sinacosa)二Rsina+—sin2a(4-9)

2

因止匕A/L=sincz+—sin2cz(4-10)

由于曲轴强度有限，不能承载无限大的弯矩，因此现定义一临界

角(标称压力角％)，在此点能承受的工件变形抗力称为标称压力外

.2.2aj令相(=Rsina+(sin2。

M『FGRsina„+—sinKM=FJ%

2L

2y1

许用负载公式sina+—sin2a(4-11)

RI2)

考虑摩擦

Mgq=F/gq

=4,R(sin%+ysin2%)+1[(1+")/芬+

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针对250吨曲柄压力机,

标称压力Fg:2500KN

曲柄半径R：157.5mm

标称压力行程:13mm

连杆长度L:1575mm(由L=R/,0.1)

标称压力角:

R2+(/?+L-5J2-L2

cos4A=0.9247

2R(R+f)

「.%=22.4°

根据许用扭矩的公式:

许用扭矩(不计摩擦)的公式:

M1=FR(sin«+〈sin2a)

代入数据:

2

MgL=E,R(sina0+=sin2a.)

=2500xl03x0.1575x(0.381+0.05x0.7046)

=163.%N・m

许用压力F=M^-(sina+〈sin2a)T

R2

a=30