开式伺服压力机课程设计

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

课程设计说明书J21-400伺服曲柄压力机设计分析

学院：机械工程学院

专业：材料成型及控制工程

学生姓名：###

学号：03#######

指导教师：***

2012 年7月

目录

第一章引言 (1)

1.1伺服压力机的最新进展 (1)

1.2本设计的技术参数与设计内容 (5)

1.3本设计的目的与意义 (5)

第二章伺服曲柄压力机的设计分析 (6)

2.1工作原理 (6)

2.2运动分析 (6)

2.3受力分析 (10)

第三章伺服曲柄压力机的设计计算 (14)

3.1动力系统设计 (14)

3.2工作机构设计 (15)

第四章伺服曲柄压力机的设计制图 (16)

4.1工作机构设计制图 (16)

4.2整机结构设计制图 (17)

第五章结束语 (18)

符号说明

AB F 为连杆作用力

Q 为导轨作用力

F 为负载作用力

g F 标称压力

λ为连杆长度系数

α为曲柄转角

S 为滑块固定行程

g s 为标称压力行程

n 为压力行程次数

P 为电动机功率

0P 为电动机设计功率

n M 为电动机转矩

L M 为曲柄受转矩

gL M 为曲柄在标称压力角处扭矩值

q M 为曲轴上的总转矩

第一章引言

1.1伺服压力机的最新进展

（1）伺服压力机的发展历程

传统的机械式压力机其传动方式主要是由

电机的转动经过飞轮、曲轴连杆机构转变成滑

块的直线运动, 并用离合器控制滑块的运动与

停止。压力机的历史相对于机械工业来说非常

长,但是它的革新进展却非常慢。自从1 9 60 年

欧洲和美国联合开发了连杆机构与连杆运动以来, 驱动机构与压力机滑块运动已经有 4 0 年没有明显的改变或进步。现代制造技术的发展要求压力机不仅能够高速度、高精度、大负载地运转,而且应具有更大的柔性,能迅速、方便地改变输出运动规律。近年来,快速发展的粉末成形、难成形材料成形、复杂形状零件成形、复合成形以及高精度成形技术对冲压设备的工作性能提出了更严格的要求,迫切需要开发新一代柔性机械压力机。随着微电子技术、控制技术和计算机技术的飞速进步,各种电机调速与伺服控制技术获得了突飞猛进的发展,经历了从步进伺服系统到直流伺服系统,进而到交流伺服系统的发展历程。伺服驱动系统的应用几乎遍及社会的各个领域,尤其是在制造业中应用最广,各种机床运动部件的速度控制、运动轨迹控制、位置控制等,都是利用各种伺服控制系统来实现的。可以说,电机调速与伺服控制技术的发展,对我国装备制造业技术水平的发展起到了重要的促进作用。但是,与金属切削机床相比,锻压机械的伺服化、数字化的开发进程落后了数十年。在上世纪90年代，世界工业发达国家兴起了伺服压力机的研究。美国的WIEDEMANN和W.A.WHITNEY 公司、德国的TRUMPF和NIXOORF DARADORN公司、日本的AIDA和NISSHINBO公司以及瑞士的RASKIN公司等都对交流伺服压力机进行了研究。Tokuz建立了交流伺服电机驱动四杆机构的系统模型；R.F.Fung和K.W.Chen通过对压力机的运

动学和动力学分析，研究了交流伺服电机——曲柄滑块机构的动态模型；Yan和Chen提出一种由交流伺服电机驱动的变转速曲柄滑块冲床，对于不同的冲压加工，冲床可提供不同的输入转速；日本会田（AIDA）和小松（KOMATSU）公司先后推出的新型数控压力机，在传动结构上采用伺服电机经一级齿轮传动直接驱动曲柄连杆机构工作。这些交流伺服压力机类型有：机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机、液压式精密伺服压力机和液压式伺服压力机等等，压力机规格从40kN到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服压力机为日本网野公司（AMINO）研制的25000kN机械连杆伺服压力机。网野公司自1995年开始研制大型伺服压力机，已经生产出了机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机和液压式精密伺服压力机等多种类型的伺服压力机，并于2005年开发出世界上最大吨位的25 000 KN大型机械连杆伺服压力机。

目前，国内对于伺服压力机的研究也日趋广泛和深入。广东工业大学孙友松教授等对直流伺服电动机直接驱动的机械压力进行了深入的研究，采用超大容量的电容构成的“电子飞轮”来代替传统机械压力机的飞轮。天津大学孟彩芳教授也研究了交流伺服混合输入式机械压力机。于2004年、 2005年又分别开发出了24000kN 和25000 k N 世界最大级的机械肘杆式伺服压力机, 随后日本KOMATSU 也开发了30000 kN 多工位伺服压力机。近几年, 中国的浙江锻压机械集团、江苏徐州锻压机床厂集团有限公司、扬州锻压机床集团有限公司等推出了1000kN 以下的机械曲柄式伺服压力机。 2007年, 济南二机床厂开发出一种10000kN 级的混合驱动型伺服压力机,2008年齐齐哈尔第二机床集团公司开发了10000kN 级的具有自主知识产权的机械式伺服压力机, 广东锻压机床厂也开发了一种机械肘杆传动式的2000kN 级伺服压力机, 在国内形成了一股压力机伺服化的潮流。随着计算机技术、电力电子技术、数字化控制技术的发展，一种新型的动力系统——开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）应运而生，它是以现代电力电子与微机数控技术为基础的机电一体化产品，由于其独有的性能，使其非常适用于压力机的动力系统，解决现有动力系统存在的问题，提升压力机的性能。

（2）伺服压力机的未来趋势

伺服压力机所具有的复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪声、节能环保