几种伺服压力机传动结构方案的分析与比较.pdf

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几种伺服压力机传动结构方案的分析与比较文章编号：1672一0121(2008)05—0035-04EQUIPMENT苏敏，王隆太(扬州大学机电研究所，江苏扬州225009)摘要：介绍了几种不同的单驱动和混合驱动伺服压力机传动结构方案，对各自的运动学和功率特性进行了分析；在同一的负载条件下，对曲柄连杆式、单肘杆式、双肘杆式不同传动结构的单驱动伺服压力机的滑块行程、速度曲线、作用扭矩和功率消耗进行了比较；构建了轮系混合驱动三维结构模型，并从结构特征、伺服电机与常规电机所需功率以及两者间的功率比，对轮系混合驱动和杆系混合驱动伺服压力机的传动结构进行了分析。为伺服压力机的开发研究和设计制造提供了有益参考。关键词：机械制造；传动结构；伺服压力机；特性中图分类号：TG315．5文献标识码：B1引言机械压力机是金属成形领域使用最为广泛的一种锻压加工设备。近年来，随着交流伺服控制技术的成熟和发展，先后出现了多种不同形式的伺服压力机，如：日本小松(KOMATSU)H1F系列单肘杆伺服压力机Ⅲ；日本会田(AIDA)低转速大扭矩直接驱动伺服压力机闭；香港中文大学研制的杆系混合驱动伺服压力机【习；日本某公司推出的轮系混合驱动伺服压力机；国内一些锻压机床企业所研制的曲柄连杆式传动结构的伺服压力机等。若从压力机传动结构看，可将当前流行的伺服压力机概括为单一驱动式和混合驱动式两大类。前者通过单只伺服电机实现对压力机滑块工作速度的调节，以满足不同的冲压工艺要求，其结构形式有曲柄连杆式、肘杆式等；后者是以大功率常速电机和小功率伺服电机作为动力源，通过运动合成机构对压力机滑块速度进行有效控制，常用于大吨位大功率的伺服压力机，其运动合成机构有差动轮系机构和多杆机构两类不同形式。本文就上述提及的不同传动结构伺服压力机的运动学特征和功率消耗进行了分析与比较，并对各自的特点和应用范围进行了讨论，以供相关设计人员参考和借鉴。2曲柄连杆式单驱动伺服压力机这类伺服压力机与传统机械压力机结构较为类似，是以伺服电机代替普通电机实现滑块的变速运动。图l为国内某锻压机床企业在原有机械压力机基础上所研制的800kN伺服压力机，其伺服电机经传动系统的减速实现对滑块的控制。这类伺服压力机结构简单，易于开发，是国内不少企业首选的伺服压力机传动结构，但机器存在传动链长、传动精度难以提高的不足。为此，日本AIDA公司以低速大扭矩伺服电机的专利技术研制了直接驱动伺服压力机(图2)，该压力机传动链收稿日期：2008—07—28作者简介：苏敏(1985一)，男，硕士在读，主攻锻压设备开发研究伺服电机皮带传动图1国内某企业伺服压力机传动结构
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萱；：、、；；i赣霸簿≮⋯：⋯一二≯⋯y⋯EQUIPMENT有较为理想的速度特性，是现代伺服压力机中常见的一种传动结构形式。图3为日本小松公司H1F系列伺服压力机传动结构¨1，伺服电机通过一级皮带和一对齿轮减速后由肘杆机构驱动滑块实现加工运动，具有电机功耗小、传动效率高的特点；图4为日本网野公司所采用的对称式肘杆结构伺服压力机【41，该压力机传动结构对床身作用有对称的工作载荷，工作平稳，可长期维持压力机的精度；图5为美国俄亥俄州立大学所研制的双肘杆伺服压力机传动结构四，伺服电机通过两个肘杆将其运动转化为滑块的直线运动，具有驱动刚性好、负荷工作区域长的特点，可获得较好的速度特性和压力特性。4单驱动伺服压力机不同传动方案的比较笔者以公称力800kN、行程140mm、冲压速度60min一的同一工作参数，对上面提及的曲柄连杆式(图1，2)、单肘杆式(图3)、双肘杆式(图5)三种典机传动结构的运动特征和功率和比较，得到如图6—8所示的速度比较曲线以及扭矩比较曲曲线可以清楚地看出：①在滑肘杆传动结构有较好的低速特而传统的曲柄连杆传动结构在下死点附近处的低速性能最差；②在系统急回特性方面，若用滑块下行历经时间t。和上行历经时间t口的比值q=to／t。进行度量，则单肘杆式、双肘杆式和曲柄连杆式传动结构的急回特性参数值分别为1．05、1．03、1，可见单肘杆传动结构具有一定的急回特性，而传统曲柄连杆传动结构没有急回特性。图7为三种传动结构的速度比较曲线图，纵坐标滑块行程，横坐标滑块各行程点的速度。为了提高可比性，在滑块140mm全行程内分别计算出三种传动结构在滑块同一行程点的运动速度，从而得到同一条件下三种不同的速度曲线，每条曲线在滑块上死点和下死点的速度均为零。由图可见：①曲柄连杆式传动结构滑块下行和上行的速度曲线为对称结构，而单肘杆和双肘杆式传动结构的滑块速度曲线为非对称结构；②在滑块工作区域内单肘杆的工作速度最低，曲柄连杆式结构的速度最高，在5mm滑块行程处单肘杆、双肘杆和曲柄连杆式传动机构的滑块工作速度分别为102．75mm／s、125．46mm／s、