基于曲柄压力机中曲柄滑块机构的运动分析及其研究

应用研究

基于曲柄压力机中曲柄滑块机构的运动分析及其研究林翠青

(州南洋理工职业学院广东广州 5l 9 0广 8) O

[摘要]柄滑块机构广泛应用在诸多机械领域中，如活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等。以压力机中的曲柄滑块为研究对象，曲 针对滑块的速度 v,位移 S加速度 a,曲柄转角 a的改变分析其运动特性，在压力机强度允许条件下，曲柄转角 c及滑块许用负荷，【问的关系。列举了常见的曲柄滑块机构的三种驱动形式的特点及应用场合。 【键词】关曲柄滑块机构[图分类号J中 TP3 9l压力机连杆冲压 f献标识码】文 A

【章编号] 0 7 4 6 ( 0 0 0—0 6—0 文 1 0 -9 1 2 1 ) 7 07 2

1引亩压力机是冲床生产中最基本和应用最广泛的一种设备，以曲柄滑块机构作为工作机构。 利用传动系统把电动机的能量和运动传递给工作机构，通过滑块对模具施加压力，从而使毛坯产生塑性变形，可以完成

柄下行侧时，称为结点负偏置，如图】 () c所示。它们的受力状态和运动特性是有差异的，结点偏置机构主要用于改善压力机的受力状态和运动特性，从而适应工艺要求。例如，负偏置机构，滑块有急回特性， 其工作行程速度较小，回程速度较大，有利于冷挤压工艺，常在冷挤压机中采用。 正偏置机构，滑块有急进特性，常在平锻机中采用。下面讨论常见的结点正置的曲柄滑块机构的运动规律。 当曲柄以角速度∞等速转动时，滑块的位移 S速度 u、加速度 a是随曲柄转角、 c的变化而改变的。由图 2所示的几何关 【系，可得滑块位移 s与曲柄转角 q之间的关系：

对于通用压力机， R/L一般在 0 1~0 . . 2范围内，这时式 ( -3中根号部分可作 2 )如下近似：一

所以，式s: R

(—3)变为： 2

板料的冲裁弯曲、浅拉深和成型等工序， 即将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，使滑块沿机身导轨上下往复运动，并直接承受

上模传来的工艺反力，从而完成冲压过程。

\ s s a f 0+ / ( ) a二i] 2 1 Lz - _ c n 4

式中：S~滑块位移，从下止点算起，

向上方向为正；∞一曲柄转角，从下止点算起，与曲柄旋转方向相反为正，以下相

同；R一曲柄半径；L一连杆长度 (当连杆长度可调时，取最短时数值 )。

2曲柄滑块机构的运动规律分析和许用负荷曲线2.曲柄滑块机构的运动规律分析 1根据滑块与连杆的连结点 B的运动轨

将式 ( -4对时问求导，可得滑块的 2 )速度公式为：: R

O=O+ B CSc+√一 s Q) B C C=R O c ( i n●。。。。。。。。。。。●___ __●。-_。。一

迹是否位于曲柄旋转中心 0和连结点 B的连线上，将曲柄滑块机构分为结点正置， 如图 1 ( )所示，以及结点偏置两种，结 a点偏置又有正偏置和负偏置之分。当结点 B的运动轨迹偏离 OB连线位于曲柄上行侧时，称为结点正偏置，如图 1 (所示； b) 当结点 B的运动轨迹偏离 0B连线位于曲

=RC SG+L,一( 一) O【 f— 1‘S= R+L-B

』

RsnⅡ, i

(一1 2 )

\+ i/ 2『a n () sa - s二 2 5 i n 1n 6弧度 Sl/ 0, -;

式中： u一滑块速度，向下方向为正； ∞一曲柄角速度，∞ 2

将式 (-1代人式 2 )厂

s(o)l=卜汕+ Rc L( -3 2 )

( a)结点正置

( b)结点正偏置图 1曲柄滑块机构的运动简图

( C)结点负偏置图2结点正置的曲柄滑块

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n一曲柄转速，即滑块行程次数，次/ i a r n;

速度为零；滑块在行程中点时，速度最大； 近似取Ⅸ=9和， -2 0的滑块速度作为 0. I- 7 . -最大值。由式 (—5可得： 2 )∞ i x=±∞ R=± 2丌 1R/60±丌 na 3=

L一连杆长度 (连杆长度可调时，取最当短时数值 )其余符号同式 (—4); 2。将式 (—5对时间冉次求导，

可得滑 2 )块的加速度公式为：

3 2曲拐轴驱动的曲柄滑块机构 .特点及使用场合：曲拐轴式曲柄滑块机构便于实现调节行程且结构较简单，但由于曲柄悬伸，受力情况较差，因此，主要在中小型压力机上应用。

n/ 0 S 6

(-7 2 )

a一“2 O Q G CS a】= )Rl S+ -O 2 CL

厂

一、

上式表明滑块最大速度等于连杆与曲

(- )柄连接点的线速度，并与滑块行程次数和 26滑块行程的乘积成正比。而且滑块的速度与冲压工艺有关。若滑块速度高，可以提高普通冲裁件的断面质量，但对拉深 1艺：就不利，会引起拉深件的破裂。另外工件材料的不同，拉深时所允许压力机滑块速度也不同。目前国产通用压力机滑块的最大速度为 0 1 5 0 4 5/。为了提高生 .~ . 3 m s 3产率，雎力机滑块速度有提高的趋势。

3.偏心齿轮驱动的曲柄滑块机构 3特点及应用场合：偏心齿轮工作时只

式中：a滑块加速度，向 F方向为正，一 m/ 0负号是因为坐标的关系而加上的。 s,

传递扭矩，弯矩由心轴承受，因此偏心齿

其余符号同式 (—4)和式 (—5。 2 2 )由式 (—4) (—5及 (—6可得 2、 2 ) 2 )出曲柄滑块机构的运动线图。如图 3所 示。图中表明滑块在上止点和下止点时，

轮的受力比曲轴简单，心轴只承受弯矩，受力情况也比曲轴好，且刚度较大。此外，偏心齿轮的铸造比曲轴锻造容易解决，但总体结构相对复杂些。所以，偏心齿轮驱动 的曲柄滑块机构常用于大中型压力机中。

4结语曲柄滑块机构的应用极为广泛，利用曲柄的连续转动转换成滑块的往复移动。本文分析了曲柄压力机滑块机构的运动规律，其目的是表明滑块的速度与零件的冲压工艺有关，滑块的行程反应压力机的工作范围，滑块的运动对压力机的运动情况有直接的影响。在曲柄压力机不超载条件下，对滑块使用时的允许承受载荷有一定的限制。由于曲柄滑块

机构的结构可以进行演化而得到不同的机构，从而满足各种工作的需要。

2.压力机滑块许用负荷曲线 2为 r使压力机不超载，规定了曲柄压力机滑块的许用负荷曲线。如图 4所示。在使用压力机时要注意曲柄的工作角度，应使工作雎力落在安全区内，以保证曲柄及齿轮不致造成强烈破坏。

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3常见的压力机曲柄滑块机构的三种驱动形式的特点及应用场合3 1曲轴驱动的曲柄滑块机构 .特点及使用场合：曲轴式结构可以设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定的，故滑块的行程也不可调节。在工作中，曲轴既受弯矩又受扭矩，而且力是不断变化的。所以，加工技术要求较高，又由于大型曲轴锻造困难，因此，曲轴式的曲柄滑块机构在犬型压力机上的应用受到限制

【参考文献][]王浩钢 .压与塑压设备 .京： 1冲北人民邮电出版社， 0 8 20 .

[】张英， 2李玉生 .械设计基础 .机北京：机械工业出版社， 0 6. 20

O 1 2 3 40 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 O 0

图4 6 0 N力机滑块许用负荷曲线 3K压

[]郑文纬，克坚 .械原理 (七 3吴机第版 ).京：等教育出版社， 9 北高 1 6. 9

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图 3曲柄滑块机构的运动线图

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