eq情商_伺服曲柄壓力機(jī)設(shè)計說明書

伺服曲柄壓力機(jī)設(shè)計計算目錄0引言1 伺服曲柄壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)2伺服曲柄壓力機(jī)原理與性能設(shè)計分析3 伺服曲柄壓力機(jī)工藝曲線設(shè)計分析4 伺服曲柄壓力機(jī)負(fù)載曲線設(shè)計分析5 伺服曲柄壓力機(jī)電機(jī)功率設(shè)計分析6 伺服曲柄壓力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計7 伺服曲柄壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計0 引言金屬的鍛壓加工大量采用曲柄壓力機(jī)，也稱為沖床，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在用的曲柄壓力機(jī)沖床數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬臺。目前，鍛壓生產(chǎn)所用曲柄壓力機(jī)由高轉(zhuǎn)差率的電動機(jī)驅(qū)動，由剛性離合器和摩擦離合器控制，存在安全性差、能耗高、故障率高的缺陷。高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的效率低于GB18613-2012中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級，從2012年9月1日起被強(qiáng)制淘汰，選用高能效的電動機(jī)成為壓力機(jī)換代升級的首要目標(biāo)?！伴_關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)是一種機(jī)電一體化節(jié)能型調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)。它由開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率變換器及控制器組成。同傳統(tǒng)的直流及交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)比較，具有以下優(yōu)點：電機(jī)結(jié)構(gòu)堅固、制造成本低；效率高，不僅在額定輸出狀態(tài)下，而且在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)也能保持高效率運行；一般系統(tǒng)效率達(dá)80%以上；啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流??；制動性能好，能實現(xiàn)再生制動，節(jié)約電能效果顯著；系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活；具有無刷結(jié)構(gòu)，適合于在高粉塵、高速、易燃易爆等惡劣環(huán)境下運行；可以在各行各業(yè)應(yīng)用?！保ㄕ灾腥A人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 國家環(huán)境保護(hù)總局 公告2005年 第65號）采用節(jié)能的開關(guān)磁阻電機(jī)替代高耗能的傳統(tǒng)電機(jī)成為企業(yè)節(jié)能的發(fā)展方向。目前，國外的伺服壓力機(jī)技術(shù)采用永磁伺服技術(shù)，抗沖擊性能不好，可靠性低、成本高，沒有形成對傳統(tǒng)壓力機(jī)的全面替代。1999年以來，由山東科匯電力自動化有限公司研發(fā)生產(chǎn)的開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)，在壓力機(jī)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在山東理工大學(xué)趙婷婷教授的技術(shù)支持下，開關(guān)磁阻伺服壓力機(jī)分別在青島益友鍛壓機(jī)械有限公司、揚力集團(tuán)等單位進(jìn)行了研制，各噸位系列的開關(guān)磁阻伺服壓力機(jī)相繼誕生，并開始投入批量生產(chǎn)。實際應(yīng)用證明，與現(xiàn)有壓力機(jī)比較，開關(guān)磁阻伺服壓力機(jī)的優(yōu)勢明顯、特點突出，特別是高效節(jié)能、智能數(shù)控自動化與高可靠性的獨特優(yōu)勢，受到廣大用戶的積極響應(yīng)，并獲得一致好評。淄博市能源監(jiān)測部門的監(jiān)測，給出了開關(guān)磁阻伺服螺旋壓力機(jī)比摩擦式螺旋壓力機(jī)節(jié)能67.86%的結(jié)果（引自淄博市能源監(jiān)測中心檢測報告編號J），由此，當(dāng)?shù)卣C布文件，用節(jié)能數(shù)控壓力機(jī)強(qiáng)制淘汰摩擦壓力機(jī)（引自淄經(jīng)信節(jié)字201177號）。電機(jī)能效新國標(biāo)的強(qiáng)制執(zhí)行與開關(guān)磁阻伺服電機(jī)技術(shù)的成熟，為傳統(tǒng)壓力機(jī)的升級換代以及沖壓生產(chǎn)節(jié)能智能化帶來發(fā)展機(jī)遇。開關(guān)磁阻伺服壓力機(jī)是具有感知、決策、執(zhí)行功能的智能鍛壓裝備。智能鍛壓裝備作為高端裝備制造業(yè)的重點發(fā)展方向和信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)，大力培育和發(fā)展智能鍛壓裝備產(chǎn)業(yè)對于加快鍛壓業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實現(xiàn)鍛壓生產(chǎn)過程的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。1 伺服曲柄壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)250噸伺服曲柄壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)公稱壓力/ kN： 2500 公稱壓力行程/ mm： 13 滑塊行程/ mm： 315 行程次數(shù)（額定值）/ spm： 20 行程次數(shù)調(diào)速范圍n/ spm：10402伺服曲柄壓力機(jī)原理與性能設(shè)計分析2.1 伺服曲柄壓力機(jī)原理與分析伺服壓力機(jī)由開關(guān)磁阻伺服電機(jī)驅(qū)動，與傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)結(jié)構(gòu)不同之處是沒有飛輪、離合器、氣動制動器及其控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)組成為：開關(guān)磁阻伺服電機(jī)經(jīng)過減速驅(qū)動曲柄連桿滑塊運動；電機(jī)軸設(shè)置電磁制動器，電機(jī)軸與曲軸端設(shè)置位置傳感器；制動器和位置傳感器連接電機(jī)控制器（圖2-1）。結(jié)構(gòu)件的連接關(guān)系為：伺服電機(jī)輸出軸鍵固連小帶輪，小帶輪通過V帶傳動連接大帶輪，大帶輪鍵固連傳動軸的一端，傳動軸通過軸承連接機(jī)身，傳動軸的另一端鍵固連小齒輪，小齒輪與大齒輪相互齒輪傳動，大齒輪鍵固連接曲柄軸的一端，曲柄軸通過軸承連接機(jī)身，曲柄軸的中部通過軸承連接連桿的大端，連桿的另一端滑動連接滑塊.圖2-1 伺服曲柄壓力機(jī)原理圖1、開關(guān)磁阻伺服電機(jī) 2、角位移傳感器 3、制動器 4、皮帶傳動 5、傳動軸 6、齒輪傳動 7、曲軸 8、 連桿 9、滑塊 10、傳感器 11、機(jī)身 12、模具 13、液壓缸 14、電機(jī)控制器工作原理：壓力機(jī)起動時，開關(guān)磁阻伺服電機(jī)以大起動轉(zhuǎn)矩由零速加速旋轉(zhuǎn)，通過減速傳動帶動曲柄連桿滑塊運動，電機(jī)在起動加速過程提供的能量儲存于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，其能量為，此能量（可由電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)控值決定）大于等于額定工作能量，壓力行程時，電機(jī)全速降，釋放此能量，實施沖壓；位置傳感器給出滑塊上止點的位置，通過電機(jī)控制器傳給伺服電機(jī)。單擊狀態(tài)下，當(dāng)滑塊靠近上止點時，伺服電機(jī)減速，制動器實施制動，滑塊停在上至點，完成一個工作循環(huán)。開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機(jī)與傳統(tǒng)曲柄壓力機(jī)的原理比較： （2-1）2.2 伺服系統(tǒng)原理與分析伺服系統(tǒng)有永磁伺服系統(tǒng)和無永磁伺服系統(tǒng)兩種?？紤]到壓力機(jī)的沖擊性負(fù)載特性，主運動采用無永磁體的開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)驅(qū)動。，開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)（SRD）由電機(jī)（SRM）及控制器兩大部分組成。其電機(jī)定、轉(zhuǎn)子由沖有凸極和凹槽的硅鋼沖片疊壓而成。轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子的相繞組為集中繞組。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2-2所示。以圖中三相12/8極定、轉(zhuǎn)子的相對位置作為起始位置，依次給BCA相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，則電機(jī)會順時針方向轉(zhuǎn)動。繞組電流是單向的，有效避免了直通短路。當(dāng)絕緣柵雙極晶體管（IGBT）S1、S2導(dǎo)通時，A相繞組從直流電源U吸收電能，而當(dāng)S1、S2關(guān)斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、D2繼續(xù)流通，并回饋給電源U。因此，SRD的特點是具有再生作用，系統(tǒng)節(jié)電、效率高。 轉(zhuǎn)子上固定有齒盤，定子上裝有檢測齒盤轉(zhuǎn)動的光電傳感器，轉(zhuǎn)子角位移以電脈沖信號的方式傳送給SRD控制器，由SRD控制器控制電機(jī)的工作運動。 SRD控制器包括嵌入式微處理器、PLD可編程邏輯器件、IGBT驅(qū)動電路、光電隔離、通信接口、顯示屏、鍵盤、電力電子器件及軟件（圖2-3）。微處理器把輸入信息、反饋信息處理計算，結(jié)果傳給可編程邏輯器件，PLD控制驅(qū)動單元和IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，因定、轉(zhuǎn)子的兩凸極對齊位置下電感最大，不對齊位置下電感最小，可通過控制電流的斬波值、開通角和關(guān)斷角，來控制電機(jī)運行。圖2-2 SRM控制原理圖2.3 曲柄壓力機(jī)數(shù)控方法設(shè)計驅(qū)動壓力機(jī)的開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)工作在用戶設(shè)定的轉(zhuǎn)速數(shù)值。具體數(shù)控方法如下：電機(jī)定子相電流和轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)矩及其運動方程為： （2-2） （2-3）式中 -相電流(A) -轉(zhuǎn)子角位移-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 (Nm)-時間(s)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm)-電機(jī)轉(zhuǎn)子及工作運動部分的轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）-相電感(H)-電機(jī)角速度(s-1)考慮電感上升沿或下降沿的斜率近似為，則電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可寫為 （2-4） 在額定轉(zhuǎn)速以下電機(jī)運行在電流斬波狀態(tài)，把（2-3）、（2-4）式合并，并寫成數(shù)值的形式，則斬波電流瞬時值為： （2-5）由電流計算值，給定電流上限幅值和下限幅值。若檢測電流值，IGBT S1、S2同時關(guān)斷，迫使電流下降；若檢測電流，IGBT導(dǎo)通，電流又開始上升，以此實現(xiàn)對電流斬波值的限定。圖2-3 SRD控制器系統(tǒng)框圖數(shù)控方法由圖3的控制電路實現(xiàn)。根據(jù)反饋的轉(zhuǎn)子位置信號，確定上止點和下止點的位置，并計算出轉(zhuǎn)速反饋值，根據(jù)PID 算法使逼近，根據(jù)公式（5）計算電流斬波值；PLD根據(jù)位置編碼通過驅(qū)動電路控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。2.4 開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機(jī)的特性分析開關(guān)磁阻伺服系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點：（1） 系統(tǒng)效率高開關(guān)磁阻伺服在其寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，整體效率比其它調(diào)速系統(tǒng)高出至少10%。在低轉(zhuǎn)速及非額定負(fù)載下高效率則更加明顯。（2） 調(diào)速范圍寬，低速下可長期運轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻調(diào)速帶負(fù)荷長期運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍可在零到最高轉(zhuǎn)速內(nèi)，電機(jī)及控制器的溫升低于工作在額定負(fù)載時的溫升。（3） 無過沖起動電流開關(guān)磁阻伺服具有軟起動特性，電機(jī)起動過程沒有交流電機(jī)起動電流大于額定電流57倍的現(xiàn)象，而是起動電流平滑增加至所需的電流。設(shè)定的電機(jī)起動時間越長，起動電流越小。（4） 高起動轉(zhuǎn)矩，低起動電流開關(guān)磁阻伺服起動轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的150%時，起動電流僅為額定電流的30%。 （5） 三相輸入電源缺相或控制器輸出缺相不燒電動機(jī) 開關(guān)磁阻伺服若三相輸入電源缺相或者欠功率運行或者停轉(zhuǎn)，不會燒毀電機(jī)和控制器。電動機(jī)輸入缺相只會導(dǎo)致電動機(jī)輸出功率減小，或者有可能導(dǎo)致電動機(jī)無法起動。（6） 過載能力強(qiáng)開關(guān)磁阻伺服過載能力強(qiáng)，當(dāng)負(fù)載短時大于額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速下降，保持最大輸出功率，不出現(xiàn)過流現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時，轉(zhuǎn)速恢復(fù)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。（7） 功率器件控制錯誤不會引起短路開關(guān)磁阻伺服的上下橋臂功率器件和電機(jī)的繞組串聯(lián)，不存在發(fā)生功率器件控制錯誤導(dǎo)致短路而燒毀的現(xiàn)象。（8） 可靠性高 開關(guān)磁阻伺服的轉(zhuǎn)子無繞組和鼠籠條，電機(jī)可高速運轉(zhuǎn)而不變形，機(jī)械強(qiáng)度和可靠性均高于其它類設(shè)備。定子線圈嵌裝容易，端部短而牢固，熱耗大部分在定子，易于冷卻。轉(zhuǎn)子無永磁體，可有較高的最大允許溫升。（9） 功率因數(shù)高普通交流電機(jī)空載時功率因數(shù)為0.20.4，滿載時為0.860.89；而開關(guān)磁阻伺服的功率因數(shù)空載時可達(dá)0.995，滿載時可達(dá)0.98。與現(xiàn)有壓力機(jī)比較，開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機(jī)的突出優(yōu)勢為：(1) 運動數(shù)控 曲柄壓力機(jī)滑塊速度，電機(jī)角速度的閉環(huán)數(shù)控，使滑塊運動曲線可根據(jù)工藝要求進(jìn)行數(shù)字設(shè)置，可以設(shè)計特殊的工作特性曲線，進(jìn)行高難度、高精度加工，能夠?qū)崿F(xiàn)低速鍛沖急回的變速功能。(2) 生產(chǎn)率高 可以根據(jù)工況和自動化連線的需要，在較大范圍內(nèi)數(shù)字設(shè)定滑塊行程次數(shù)，其寬范圍調(diào)速功能，可以有效提高生產(chǎn)率，徹底解決了“不能用連續(xù)行程壓延較大較深的零件”的難題。(3) 能量數(shù)控 開關(guān)磁阻數(shù)控曲柄壓力機(jī)加壓能量可數(shù)控，數(shù)控其速度，即數(shù)控其能量。(4) 智能數(shù)控 對不同工藝、不同材料可調(diào)用計算機(jī)存儲的不同工作曲線，使壓力機(jī)的加工性能、加工范圍大大提高。工藝曲線、時間、產(chǎn)量、耗電量等數(shù)據(jù)可由微機(jī)智能存儲和處理，易實現(xiàn)制造過程信息化管理的目標(biāo)。（5）制件精度高 沒有液壓過載保護(hù)裝置，不存在液體受壓變形影響閉合高度，床身彈性變形誤差小，壓力重復(fù)精度高，制件精度高。（6）可視化 加壓速度、壓力、壓制時間等工藝參數(shù)實時反饋并顯示。(7) 通用性提高 現(xiàn)有壓力機(jī)根據(jù)工藝不同而種類繁多，開關(guān)磁阻數(shù)控壓力機(jī)可依工藝調(diào)節(jié)，而滿足不同工藝的需求，使同一臺壓力機(jī)工作在不同工況。(8) 模具壽命高 因壓制工件的能量和速度可準(zhǔn)確數(shù)控，使模具受沖擊速度減小，壽命提高。(9) 結(jié)構(gòu)簡化 曲柄壓力機(jī)沒有了大皮帶輪、離合器、液壓過載保護(hù)裝置等，結(jié)構(gòu)極大地得到簡化。因滑塊能量數(shù)控，在噸位儀指示下，打擊力不會超載，無需過載保護(hù)裝置。(11) 上止點位置可控 擺動工藝的上止點可以任意設(shè)定， 正常停機(jī)時，確保滑塊停在上止點，編碼器反饋位置信號，在停機(jī)前電機(jī)減速；當(dāng)滑塊處在上止點時，電機(jī)軸制動，確?；瑝K停在上止點。(12) 安全性高 在電機(jī)制動和制動器作用下，滑塊可以在任何位置緊急制動停止。(13) 節(jié)能 在額定點以下工作，開關(guān)磁阻電機(jī)比其他電機(jī)耗能低；在低速階段，節(jié)能更加明顯。數(shù)控伺服壓力機(jī)沒有離合器結(jié)合能耗，滑塊停止后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，也沒有了電機(jī)、皮帶輪空轉(zhuǎn)，能耗顯著降低。同時，開關(guān)磁阻電機(jī)在制動時可變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，能量回饋，重新利用。 (14) 工作可靠性高 與其他電機(jī)系統(tǒng)相比，開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子即無繞組也無永磁體，機(jī)械強(qiáng)度高；電機(jī)在三相輸入電源缺相或者欠功率運行或者悶車的情況下，不會燒毀電機(jī)和控制器；功率器件不會發(fā)生因控制錯誤導(dǎo)致短路而燒毀的現(xiàn)象，并且溫升低。（15）不會悶車 當(dāng)故障停車時，電機(jī)反轉(zhuǎn)回程，不會發(fā)生悶車現(xiàn)象。（16） 可以保壓 在下止點壓緊工件時，滑塊可以短時間停留，實現(xiàn)液壓機(jī)的保壓功能。（17）易維護(hù) 沒有易損易耗件，減少了維護(hù)工作、維護(hù)時間和維護(hù)費用。（18）使用方便 模具調(diào)試時，能夠以極慢的速度寸動下行，不會發(fā)生故障，不用配置微調(diào)傳動，調(diào)模試模極為方便，需要外設(shè)調(diào)模試模液壓機(jī)，可以在導(dǎo)柱導(dǎo)套接觸后，試沖工件，不會發(fā)生悶車。（19）多機(jī)同步控制 多臺壓機(jī)連線時，開關(guān)磁阻數(shù)控系統(tǒng)更容易實現(xiàn)同步控制。開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機(jī)即保持了機(jī)械驅(qū)動的種種優(yōu)點，又改變了其工作特性不可調(diào)的缺點，能極方便地改變滑塊的運動曲線，獲得不同的工件變形速度，使機(jī)械驅(qū)動的成形裝備也具有了柔性化和智能化的特點，工作性能和工藝適應(yīng)性大大提高，保證了沖壓件的質(zhì)量；同時，結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕，安裝、調(diào)試、使用方便，無離合器及其氣動系統(tǒng)，減少維修、降低能耗，可靠性提高，安全性提高，實現(xiàn)主運動的數(shù)字化信息化控制。開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機(jī)的高效節(jié)能、智能數(shù)控性能優(yōu)越，能夠逐步替代現(xiàn)有的交流電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動的各種曲柄壓力機(jī)，實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級換代。開關(guān)磁阻伺服壓力機(jī)提升了成形加工產(chǎn)業(yè)的制件精度的整體水平，將使我國制造業(yè)水平進(jìn)入了高技術(shù)低消耗的新階段。3 伺服曲柄壓力機(jī)工藝曲線設(shè)計分析3.1工藝曲線設(shè)計需求分析 由于沖壓工藝有沖裁、彎曲、拉深等多種加工方法，不同的加工方法對壓力行程、速度等工藝參數(shù)有相應(yīng)的要求，伺服曲柄壓力機(jī)應(yīng)滿足不同工藝的參數(shù)即運動曲線要求。3.2曲柄滑塊運動分析空載狀態(tài)下的運動分析如下.3.2.1滑塊位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 圖3-1曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)運動分析圖圖3-1中：（ 1 ） O點為曲柄的回轉(zhuǎn)中心；（ 2 ） A點為連桿與曲柄的連接點；（ 3 ） B點為連桿與滑塊的連接點，B點的運動代表滑塊的運動（即分析時滑塊可看作點運動）；（ 4 ） 表示曲柄半徑R；（ 5 ） 表示連桿長度L；（ 6 ） a為曲柄與鉛垂線的夾角，順時針為正方向；（ 7 ） 曲柄旋轉(zhuǎn)的角速度，逆時針為正方向；（ 8 ） 代表滑塊距下死點的距離，向上為正；（ 9 ） 代表滑塊作往復(fù)直線運動的速度，向下為正方向；（ 10） 曲軸在最高點為，最低點為度。曲軸從逆時針正轉(zhuǎn)經(jīng)過到，隨后正轉(zhuǎn)經(jīng)過-到為一工作周期。根據(jù)圖3-2，滑塊位移的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （3-1）（連桿系數(shù)） 由三角函數(shù)公式可得： 由圖3-2結(jié)構(gòu)，可得： 將cos按泰勒公式展開，取前兩項得： 又 （3-2）假設(shè)，曲柄上止點為0度，下止點為180度。令 （3-3）（3-3）式中，為滑塊位移，向上為正方向； 為連桿系數(shù) ，； R為曲柄半徑。3.2.2 滑塊速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)運動學(xué)中位移和速度的微分方程 又因速度正方向向下，可列以下速度公式 其中 -= 令 （3-4）（3-4）式中，為曲柄的角速度，為滑塊速度，向下為正方向。3.2.3滑塊加速度與轉(zhuǎn)角的關(guān)系 利用相同的原理可對速度公式進(jìn)行時間求導(dǎo)得滑塊的角加速度 令（3-5）由以上分析可得滑塊的運動學(xué)公式：滑塊運動與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系式 （3-6）滑塊運動與時間的關(guān)系式勻速運動時，令 （3-7）由公式（3-6）、（3-7）可知：1）滑塊的運動特性在曲柄角速度一定時只與曲柄轉(zhuǎn)角剛性有關(guān)，與其他因素沒有關(guān)系。不同的行程次數(shù)時，由于滑塊的速度v，加速度a都與曲柄的角速度有關(guān)，在不同的行程次數(shù)下，滑塊的速度v，加速度a 是變化的。2 ）滑塊的行程只是在上下止點間循環(huán)滑動，不可隨意的剛性縮短或增長。3）是曲柄滑塊的轉(zhuǎn)速，其大小是由伺服電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)按照一定的傳動比轉(zhuǎn)換過來參數(shù)（= ，i為傳動比），所以計算機(jī)控制伺服電動機(jī)的角速度可以直接控制滑塊的運動?？紤]到 ，滑塊運動曲線隨時間發(fā)生變化。3.3曲柄滑塊運動工藝曲線設(shè)計計算3.3.1 滑塊運動工藝曲線與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)位移s、速度v、加速度a的公式，式中， 為曲柄半徑， 為連桿系數(shù)，=0.1 為曲柄轉(zhuǎn)角。計算 得：表0 角度-位移的對應(yīng)數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm10315.0230295.9360242.2490165.4512084.70615023.10關(guān)鍵點 =22.4 Sg=13716010.4081702.600918001021023.101124084.7012270165.413300242.214330295.915360315.0圖3-2角度-位移曲線圖當(dāng)行程次數(shù)分別為：n1= ng /2=10，n2=15,ng=20，n4=1.5 ng =30,n5=2 ng =40,（/min-1）時，計算得如下數(shù)據(jù)： 表1 行程次數(shù)n1=10，滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm滑塊速度v1/mms-1滑塊加速度a1/mms-210315.0100155.4230295.975.30140.9360242.2135.794.90490165.4164.917.30512084.70149.9-77.70615023.1089.60-158.1關(guān)鍵點 157.6Sg=1368.60-171.9716010.4061.70-175.581702.60031.50-186.3918000-189.91021023.10-89.60-158.21124084.70-149.9-77.7012270165.4-164.917.3013300242.2-135.794.9014330295.9-75.30140.915360315.00155.4圖3-3 角度、位移-速度曲線圖圖3-4角度、位移-加速度曲線圖 表 2 行程次數(shù)ng=15，滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm滑塊速度v1/mms-1滑塊加速度a1/mms-210315.0150349.4230295.9112.9316.8360242.2203.4213.5490165.4247.338.80512084.70224.9-174.7615023.10134.3-355.6關(guān)鍵點 157.6Sg=13102.9-386.5716010.4092.50-394.581702.60047.20-418.8918000-427.01021023.10-134.4-355.61124084.70-224.9-174.712270165.4-247.338.8013300242.2-203.4213.514330295.9-112.9316.815360315.0-0349.4圖3-5角度、位移-速度曲線圖 圖3-6角度、位移-加速度曲線圖表 3 行程次數(shù)ng=20，滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm滑塊速度v1/mms-1滑塊加速度a1/mms-210315.0200619.2230295.9150.3561.4360242.2270.8378.4490165.4329.268.80512084.70299.3-309.6615023.10178.8-630.2關(guān)鍵點 157.6Sg=13137.0-684.8716010.40123.2-699.281702.60062.80-742.2918000-756.71021023.10-178.8-630.21124084.70-299.3-309.612270165.4-329.268.8013300242.2-270.8378.414330295.9-150.3561.415360315.00619.2圖3-7角度、位移-加速度曲線圖圖3-8角度、位移-加速度曲線圖表 4 行程次數(shù)ng=30，滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm滑塊速度v1/mms-1滑塊加速度a1/mms-210315.03001398230295.9225.91267360242.2406.9854.1490165.4494.6155.3512084.70449.7-698.8615023.10268.7-1423關(guān)鍵點 157.6Sg=13205.9-1546716010.40185.0-157881702.60094.30-167591800010-268.770-449.7-698.812270165.4-494.6155.313300242.2-406.9854.114330295.9-225.9126715360315.001398圖3-9角度、位移-加速度曲線圖圖3-10角度、位移-加速度曲線圖表 5 行程次數(shù)n=40，滑塊速度、加速度數(shù)據(jù)序號角度/位移s/mm曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm滑塊速度v1/mms-1滑塊加速度a1/mms-210315.04002485230295.9301.22253360242.2542.51519490165.4659.5276.1512084.70599.7-1243615023.10358.3-2529關(guān)鍵點 157.6Sg=13274.5-2749716010.40246.7-280681702.600125.8-2979918000-30371021023.10-358.3-25291124084.70-599.7-124312270165.4-659.5276.113300242.2-542.5151914330295.9-301.2225315360315.002485圖3-11角度、位移-速度曲線圖圖3-12角度、位移-加速度曲線圖圖3-13 角度、位移-速度范圍圖圖 3-14 角度、位移-加速度范圍圖3.3.2 滑塊運動工藝曲線與時間的關(guān)系令 N=360/=16時間步長Dt=60/(nN)，關(guān)鍵點為位移S=Sg=13，S=0表6 位移數(shù)據(jù) 單位：mm時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400315.0315.0315.0315.0315.01Dt314.5314.5314.5314.5314.52Dt308.2308.3308.3308.3308.33Dt285.0285.0285.2285.0285.04Dt236.3236.4236.8236.4236.45Dt164.5164.6165.3164.6164.66Dt85.6085.7086.4085.7085.707Dt23.6023.7024.2023.7023.708Dt000009Dt23.4023.3022.7023.3023.3010Dt85.4085.1083.9085.1085.2011Dt164.3164.0162.6164.0164.212Dt236.1235.9234.7235.9235.913Dt284.9284.8284.0284.8284.814Dt308.2308.2307.9308.2308.215Dt314.5314.5314.5314.5314.516Dt315.0315.0315.0315.0315.0圖3-15時間-位移曲線圖 時間步長Dt=6/n2，關(guān)鍵點為位移S=Sg=10 ，速度為0點 和最大值點表7 速度數(shù)據(jù) 單位：mms-1時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400000001Dt57.3085.80114.1171.7228.92Dt108.3162.4215.9324.8433.23Dt146.5219.6292.1439.3585.84Dt164.9247.3329.1494.5659.45Dt158.2237.3316.2474.5632.76Dt124.9187.4250.4374.8499.77Dt69.00103.7139.5207.4276.48Dt0.1000.4002.4000.9000.9009Dt-68.80-102.9-135.2-205.9-274.710Dt-124.8-186.9-247.3-373.7-498.511Dt-158.1-237.0-314.8-474.1-632.212Dt-164.9-247.3-329.5-494.7-659.613Dt-146.6-219.9-294.1-439.9-586.614Dt-108.5-162.9-218.9-325.9-434.415Dt-57.40-86.50-117.8-173.0-230.516Dt0-0.700-3.900-1.400-1.600圖3-16 時間-速度曲線圖時間步長Dt=6/n2，關(guān)鍵點為加速度為0點 和最大值點表8 加速度數(shù)據(jù) 單位：mms-2時間tn1=10n2=15ng=20n 3=30n 4=400155.4349.4619.2139824851Dt147.3331.2587.1132523562Dt122.1274.6487.0109819533Dt78.3176.2313.3704.812534Dt17.339.171.1156.5277.95Dt-53.8-120.7-211.6-482.8-858.96Dt-122.0-274.1-483.4-1096-19507Dt-171.7-385.8-682.2-1543-27458Dt-189.9-427.0-756.8-1708-30379Dt-171.8-386.5-686.9-1546-274810Dt-122.2-275.2-491.6-1101-195711Dt-54.0-122.0-221.3-488.1-866.812Dt17.137.961.9151.6270.513Dt78.1175.2306.1700.9124714Dt122.0274.0482.41096194915Dt147.3330.9584.91324235416Dt155.4349.4619.113982485圖3-17時間-加速度曲線圖4 伺服曲柄壓力機(jī)負(fù)載曲線設(shè)計分析4.1曲柄、連桿與滑塊 曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)受力分析如圖4-1。 圖4-1曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)受力分析圖圖中，為連桿作用力，為導(dǎo)軌作用力，為負(fù)載的作用力，為連桿的長度系數(shù)，為曲柄轉(zhuǎn)角。4.2.1連桿與滑塊的受力分析由圖4-1受力分析： （4-1） （4-2） （4-3） （4-4）在一般情況下，且通用壓力機(jī)的一般小于，對應(yīng)的大于0.95，故上式可化簡為 （4-5） （4-6） 4.2.2曲軸受轉(zhuǎn)矩： 由轉(zhuǎn)矩公式：= 得 （為曲柄相對于旋轉(zhuǎn)中心的力矩）由機(jī)械簡圖和三角公式可得： （4-7） 其中： （4-8） （4-9） 所以 （4-10）由于曲軸強(qiáng)度有限，不能承載無限大的彎矩，所以現(xiàn)定義一臨界角（標(biāo)稱壓力角），在此點能承受的工件變形抗力稱為標(biāo)稱壓力 令 許用負(fù)載公式 （4-11）考慮摩擦 （4-12）針對250噸曲柄壓力機(jī)，標(biāo)稱壓力Fg： 2500KN曲柄半徑R： 157.5mm標(biāo)稱壓力行程：13mm連桿長度L: 1575mm(由L=R/l, l0.1)標(biāo)稱壓力角：根據(jù)許用扭矩的公式：許用扭矩（不計摩擦）的公式：代入數(shù)據(jù)：許用壓力=30時， =60時， =90時，根據(jù)時，時， 許用負(fù)荷圖如下圖18 許用負(fù)荷圖 在額定行程次數(shù)下，可把滑塊的運動與受力綜合為圖15。圖15 角度、位移-滑塊速度、加速度、許用負(fù)荷圖5 伺服曲柄壓力機(jī)電機(jī)功率設(shè)計分析5.1伺服曲柄壓力機(jī)的能量設(shè)計分析最大有效能量：為工件變形功。為拉深墊工作功一般工況下，工作能量=16/0.3=53.3kJ工作功率 360度的電機(jī)工作循環(huán)下電機(jī)功率P：選用Y200-L2-6型電機(jī)22kW。5.2 伺服電機(jī)功率考慮伺服曲柄壓力機(jī)，無離合器，電機(jī)在曲軸轉(zhuǎn)角180度范圍內(nèi)儲能，考慮開關(guān)磁阻電機(jī)具備起動轉(zhuǎn)矩2倍以上的過載能力，設(shè)計電機(jī)功率為45kW。5.3電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與壓力機(jī)負(fù)載扭矩的關(guān)系：壓力機(jī)負(fù)載扭矩：曲軸動力轉(zhuǎn)矩=45000/2.09=21531.1Nm曲軸動力轉(zhuǎn)矩是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的13.1%左右?？紤]摩擦，曲軸動力轉(zhuǎn)矩是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的=6.7%左右。曲柄連桿機(jī)構(gòu)增力效果大于10倍。6. 傳動裝置的總體設(shè)計6.1 選定電機(jī) 選擇開關(guān)磁阻伺服電機(jī)，型號：SRM315L2-7.5,額定功率110KW，額定轉(zhuǎn)速750r/min，額定轉(zhuǎn)矩1401。2、 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比1）、總傳動比為 （式6-1）式中，為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；為滑塊行程次數(shù)。2）、分配傳動比 （式6-2）式中，為帶傳動的傳動比，為齒輪傳動的傳動比。選，3.、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1）、各軸的轉(zhuǎn)速 電機(jī)軸 （式6-3） I軸 （式6-4）II軸 （式6-5）6.2帶傳動設(shè)計（1）、定V帶的型號工作情況系數(shù) 查表得 =1.5計算功率 （式6-6）選擇25J型窄V帶小輪直徑 查表得 =315mm大帶輪直徑 （式6-7）式中，為帶傳動的滑動率；為小帶輪轉(zhuǎn)速；為大帶輪轉(zhuǎn)速。 查表 選=1500mm大帶輪轉(zhuǎn)速 （式6-8） (2)、計算帶長 （式6-9） （式6-10）初取中心距 a=1250mm帶長 （式6-11）基準(zhǔn)長度 查表得 =5690mm（3）、中心距和包角 （式6-12）小輪包角 （式6-13）（4）、求帶的根數(shù)帶速 （式6-14）傳動比 帶根數(shù) 查表得P=19.75KW, P=2.5KW， =0.85，=0.98。 , （式6-15） 取Z=4根。 式中，為包角系數(shù)；為長度系數(shù)；P為單根窄V帶所能傳遞的功率；P為單根窄V帶時傳遞功率的增量.（5）求軸上載荷：張緊力： （式6-16） 式中，-帶質(zhì)量，查表?。?-計算功率； -帶根數(shù)； -帶速； -包角修正系數(shù)。 軸上載荷： （式6-17）式中，-帶根數(shù)； -張緊力； -小帶輪包角。 （式6-18） （8）帶輪結(jié)構(gòu)：大帶輪采用腹板式。槽形尺寸：如圖3-2所示，圖3-2 v帶輪槽形尺寸 查表知， 輪槽與端面距離 帶輪槽角 帶輪寬： （式6-19） 式中，-帶根數(shù)； -槽間距； -輪槽與端面距離。得：6.3齒輪傳動計算 采用開式標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB286HB，表面淬火HRC 5055；大齒輪用ZG35CrMnSi，正火處理，硬度為169HB229HB，表面淬