螺旋压力机的改进

第39卷第2期 2003年2月

机 械 工 程 学 报

CHINESE JOURNAL OF MECHANICA L ENGINEERING

Vo l.39 N o.2 Feb. 2003

螺旋压力机的改进

娄洁峰 寿冬伟

（浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310014）

指导教师：应富强

摘要：通过机械设计课程的学习，为了进一步实践在螺旋传动方面的学习和锻炼，我们查阅了相关的知识，并且在前人设计螺旋压力机的参考下，做了一部分的创新研究，并完善了螺旋压力机的性能。该螺旋压力机为螺旋传动的典型应用，其作用是提供一种传动装置，使主螺母螺纹只在滑块压制工件时受力，而在滑块的非压制工件行程中，主螺母不受液压缸推力作用，以便让润滑油被充到螺旋承压面内，从而改善螺母、螺杆的润滑工况。另外通过液压启动，2次螺旋加压，使压工件的过程相对容易，进而延长使用寿命。 关键词：螺旋压力机 液压 双螺旋增压

一 序言

螺旋压力机是最古老的成形设备之一，具有十分悠久的发展历史。很久以前，欧洲就有木制螺旋压力机，用以压制葡萄汁和橄榄油。15世纪德国人Johann Gensleisch （1400-1468）在木制螺旋压力机的基础上制成了螺旋印刷机，它可以说是螺旋压力机和其他机械压力机的老祖宗。在欧洲语言中，压力机和印刷（press ）这两个词同词根。16世纪初，意大利人采用螺旋压力机压制金属艺术品和硬币。下图为18世纪中叶由人力驱动的螺旋压力

机。

早用于现代工业大生产的螺旋压力机靠摩擦盘传递动力，简称摩擦压力机，它在19世纪初开始使用，1877年德国公布了摩擦压力机的首个专利。

由于结构简单，工作可靠，摩擦压力机至今仍在广泛应用。其最大的缺点是摩擦传动效率低，约为50%-55%，其总效率仅为20%-25%。近百年来，人们一直在寻求改进的方法，主要目标是：（1）提高传动效率，降低能耗；（2）加大设备的吨位，提高工作能力，（3）提高打击能量的控制精度和操作的自动化程度。

20世纪是螺旋压力机大发展的时期，20年代，人们开始研制液压螺旋压力机，40年代末投入工业应用。30年代，前苏联开始电动螺旋压力机研制，50年代末期德国开始生产，到70年代末，德国辛-佩坎公司研制成功离合式螺旋压力机。20世纪末期，日本Enomoto 公司开始研制成功伺服驱动电动螺旋压力机。

进入21世纪，螺旋压力机这一古老的成形设备仍在蓬勃发展，已经形成品种多种多样，规格齐全，自动化程度较高的特色，为人类文明的发展继续做出贡献。现代对于压力机的定义是：压力机是一种结构精巧的通用性压力机。具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。机械压力机工作时由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮(通常兼作飞轮)，经过齿轮副和离合器

带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。机械压力机在锻压工作完成后滑块程上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的自动器接通，使滑块停止在上止点附近。

二总体方案设计

螺旋式压力机是螺旋压力机用螺杆、螺母作为传动机构，并靠螺旋传动将飞轮的正反向回转运动转变为滑块的上下往复运动的锻压机械。工作时，电动机使飞轮加速旋转以储蓄能量，同时通过螺杆、螺母推动滑块向下运动。当滑块接触工件时，飞轮被迫减速至完全停止，储存的旋转动能转变为冲击电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置。我们所改进的螺旋压力机包括机身、螺杆、螺母、滑块、惯性轮和液压缸，螺杆位于机身中心轴位置并通过轴承安装在机身上，螺杆上端与惯性轮联接为一体，螺杆与螺母以螺纹配合，螺母通过法兰与滑块联接为一体，同时我们设计有两个螺母，螺杆机构，实现两次增压。机身内以中心轴对称安装有导轨，滑块沿导轨滑动连接，液压缸以机身中心轴对称安装在机身上，液压缸之活塞部与滑块铰支联接，该压力机采用液压缸直接推动滑块和主螺母回程，通过主螺母与螺杆的螺纹配合，驱动螺杆和惯性轮旋转。

2.1 压力机工作原理

操作控制阀向活塞缸上腔充填压力流体，推动活塞杆向下运动并把推动传至副滑块和副螺母，使之沿导轨向下运动，通过副螺母之螺纹驱动螺杆和惯性轮正向转动，通过主螺母之螺纹把螺杆的正向旋转变化为主滑块沿导轨向下运动。惯性轮的转速由小到大，动能也由小到大，动能的大小由液压缸9中的充填压力流体之压力和体积所决定。当滑块下滑到模具压制工件时，主力增加，惯性轮减速并释放动能，动过螺杆和主滑母变成主滑块向下的压力，使工件成型。操作控制阀向液压缸下腔充填压力流体，推动活塞杆向上运动，并把推力传至副滑块和副螺母，使之沿导轨向上运动，通过副螺母之螺纹驱动螺杆和惯性轮反向转动，过主螺母之螺纹把螺杆的正向旋转变化为主滑块沿导轨向上运动。增加液压缸体上腔中流体的排放阻力，可以减少主滑块向上运动的速度，直至停止；此时封住液压缸中的流体，可使主滑块停止在任何位置。

惯性轮

液压缸

主滑块

螺杆

主螺母副螺母

副滑块

活塞杆

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其中的液压装置我们的设计方案是：

三位四通液动换向阀

节流阀

液压缸

溢流阀

油箱

液压泵

用一个节流阀作为操作控制阀，控制液压缸中的压力流体的流量，完成主滑块可在任何位置停止的任务。用三位四通换向阀来控制压力流体进入液压缸的方向，实现主滑块的上下运动。同时也可以直接将液压油回流至油缸，结束压力机的工作。而溢流阀的主要目的主要是为了防止液压泵提供的液压油过多，回流一部分液压油。

三 创新点分析

3.1 工作平台设置成可调节式

考虑到人体工程学原理，并可应用用于各种体积工件的加压过程，我们将工件放置平台设计成如下图的可调结构：

工作平台通过将底部螺杆的转动转化为自身的平移运动，带动整个平台上升和下降，同时由于螺纹自锁，工作平台可以停止在任意位置，两侧导轨起引导作用。

3.2主滑块上装有压磨夹具定位孔

工作平台上为了能够适合各种不同形状的工件放置，我们专门设计了能够安装定位夹具的螺纹孔，这样工件就可以安装在定位夹具上，提高工件的精度。

3.3液压与双螺旋增压

用液压装置来代替传统的电动机作为动力，有利于提高压力机工作的稳定性，同时由于功率体积比大，可以输出大功率，实现增压。