曲柄滑块机构的结构

曲柄滑块机构的运动分析2coscos2sin2sinsin2cos122RaRVRS•由图可以看出，尽管曲柄作匀速转动，但滑块在其行程中各点的运动速度是不相同的。滑块在上止点（α＝１８０°）和下止点（α＝０°）时，其运动速度为零，即ｖ＝０；•而滑块在行程中点（α＝７５°～９０°和α＝２７０°～２８５°）时，其运动速度为最大，近似取α＝９０°和α＝２７０°时的滑块速度作为滑块的最大速度节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。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。曲柄滑块机构的受力分析曲柄滑块机构的结构驱动形式：主要为曲轴式、曲拐式和偏心齿轮式。a、曲轴式：曲柄半径是固定的，曲柄行程不可调。b、曲拐式：行程可调，但悬臂结构使受力情况较差。c、偏心齿轮式：受力状况较好，刚度较大，适用于大、中型压力机。•曲轴式结构可以设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是一定的，故行程不可调。作为压力机的主要零件之一，曲轴的工作条件比较复杂，它在工作中，既承受弯矩，又承受扭矩，而且所受的力是不断变化的，所以加工技术要求较高。由于大型曲轴的锻造困难，因此，曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上的应用受到限制。•曲拐轴式曲柄滑块机构便于实现可调行程且结构较简单，但由于曲柄悬伸，受力情况较差，因此主要在中、小型机械压力机上应用。•偏心齿轮工作时只传递扭矩，弯矩由芯轴承受，因此偏心齿轮的受力比曲轴简单些，芯轴只承受弯矩，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及滑块机构常用于大中型压力机。滑块与导轨结构•压力机上的滑块是一个箱形结构，它的上部与连杆连接，下面开有“Ｔ”形槽或模柄孔，用以安装模具的上模。•滑块在曲柄连杆的驱动下，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。•为了保证滑块底平面和工作台上平面的平行度，保证滑块运动方向与工作台面的垂直度，滑块的导向面必须与底平面垂直。(下平面的平面度，导向面的平面度，下平面对导向面的垂直度，导向面对母线的直线度）•为了保证滑块的运动精度，滑块的导向面应尽量长，因而滑块的高度要足够高，滑块高度与宽度的比值，在闭式单点压力机上约为１．０８～１．３２，在开式压力机上则高达１．７左右。•滑块还应该越轻越好，质量轻的滑块上升时消耗的能量小，可以减少滑块停止在上止点位置时的制动力。•滑块还应有足够的强度，小型压力机的滑块常用ＨＴ２００铸造。中型压力机的滑块常用ＨＴ２００或稀土球铁铸造，或用Ｑ２３５钢板焊接而成。•大型压力机的滑块一般用Ｑ２３５钢板焊成，焊后进行退火处理。导轨滑动面的材料一般用ＨＴ２００制造。速度高、偏心载荷大的则用铸造青铜ＺＣｕＳｎ６Ｚｎ６Ｐｂ３或铸造黄铜ＺＣｕＺｎ３８Ｍｎ２Ｐｂ２制造。•导轨和滑块的导向面应保持一定的间隙，间隙大了无法保证滑块的运动精度，影响上下模对中，承受偏心载荷时滑块会产生较大的偏转；间隙太小润滑条件太差，摩擦阻力大，会加剧磨损，增加能量损失，降低传动效率。因此，导向间隙必须是可调的，这也便于导轨滑块导向面磨损后调整间隙。•除了增大导向长度来保证滑块的运动精度外，导轨的形式也是影响滑块运动精度的一个重要因素。导轨的形式有多种。在开式压力机上，目前绝大多数采用成双对称布置的９０°Ｖ形导轨。如下图所示的矩形导轨是开式压力机上较理想的形式，其导向精度高，而摩擦损失小，只是间隙调整比Ｖ形导轨难些。目前，国内外高性能压力机均采用这一形式。•近年来，在一些通用压力机上采用八面平导轨，如下图所示，８个导轨面可以单独调节，每个调节面都有一组推拉螺钉。这种结构导向精度既高，调节又方便。此外，滑块导向还有利用滚针加预压负载，消除间隙，从而进行高速精密运转的形式，一般用于高速压力机。机身•机身是压力机的一个基本部件。压力机所有的零部件都安装在机身上（某些下传动压力机除外）。机身不仅要承受压力机工作时全部的变形力，还要承受各种装置和各个部件的重力。另外，机身上的导轨为滑块提供导向，保证滑块的运动精度。机身的强度和刚度对压力机的质量影响很大，而且影响冲压制件质量和模具寿命。•压力机的机身按照结构形式不同分为开式机身和闭式机身两大类。•机身的结构形式有：铸造式、焊接式、铸焊组合式三大类。•常用材料有：HT200、球铁、和铸钢ZG270-500，Q235、Q345等。•铸造或焊接后进行人工时效处理，消除内应力。•不同形式的机身承载能力有差异，工艺用途也不一样。•双柱可倾式机身便于从机身背部卸料，有利于冲压工作的机械化与自动化。但随着压力机速度的提高和气动顶推装置的普及，可倾式机身的作用将逐渐变小。•升降台式机身可以在较大范围内改变压力机的装模高度，运用工艺范围较广，但其承载能力较小。•单柱固定台式机身承载能力相对较大，所以，一般用于标称压力较大的压力机。•闭式机身有整体式和组合式两种。闭式机身承载能力大，刚度较好。所以，从小型精密压力机到超大型压力机大都采用这种形式。•组合式（见图ｂ）机身是用拉紧螺栓将上梁、立柱和底座拉紧，紧固成为一体的，加工和运输比较方便，大中型压力机应用较广。•整体式机身（见图ａ），有时为了增强刚性也有使用拉紧螺栓的。虽然整体式机身加工装配工作量较小，但需要大型加工设备，运输也较困难。因此，一般被限制在３０００ｋＮ以下的压力机上应用。机身变形对冲压工艺的影响•冲压件的精度取决于模具的精度和冲压作业所处的各种环境状态。压力机的作业状态便是影响因素之一。压力机的精度和作业时的变形直接影响被加工工件的精度和模具的寿命。•压力机的精度可用以下项目来衡量：•①工作台（或垫板）上平面及滑块下平面的平面度；•②滑块的上下运动轨迹线与工作台（或垫板）上平面的垂直度；•③模柄安装孔与滑块下平面的垂直度；•④各连接点的综合间隙。•而压力机作业时的变形决定于压力机的刚度，包括机身刚度、传动刚度和导向刚度３部分，只有压力机的刚度足够时，其静态精度（空载时测量所得的精度）才能在受工作载荷作用的条件下保持下来（作业状态下所测的精度，称为动态精度），否则其静态精度也就失去意义了。就机身而言，若其刚度较差，在承受工作负荷时就会产生较大的变形，直接影响冲压工艺。•压力机的工作台、垫板及滑块，在负荷状态下，如果出现如下图所示那样的挠度，平面度就会被严重破坏，尤其在双动或双点压力机中，这一点特别明显。•这种变形会造成模具的安装面和垫板上平面以及滑块下平面接触不紧密，引起模具变形。•对于冲裁工艺，在冲裁终了时，压力机各受力部件突然卸载，机身变形恢复，会使凸模以很高的速度冲入凹模刃口内较大的深度，结果加速了模具的磨损，降低了模具寿命和冲裁件质量，并且产生较大的振动和噪声。•对于开式机身的压力机，在负荷的作用下将形成前开状态的变形，如下图所示，致使平行度和垂直度大大降低。•该变形包括使装模高度产生改变的垂直变形ΔＨ和使滑块运动方向产生倾斜的角变形Δα。前者对冲压工艺的影响与上述闭式机身情形相似，而角变形将严重影响工件精度、模具寿命和加速滑块导向部分的磨损。•开式机身压力机的弹性变形、机身的角变形使滑块下平面与垫板（或工作台）上平面的平行度下降，引起模具的导柱导套和滑块导轨过热，严重磨损，使加工出的零件精度降低，尤其对压印加工或整形加工，这种不良影响可以说是致命的缺陷，如后图ａ所示。•另外，角变形造成滑块的上下运动与工作台（或垫板）上平面的垂直度的降低，将使冲头和凹模倾斜一角度，促使模具间隙不均匀，并产生水平方向的侧压力，不仅影响冲压件的尺寸精度，而且还会加速模具的磨损甚至使冲头折断，特别是对薄板冲压加工工艺影响尤其严重，如后图ｂ、ｃ所示。•综上所述，机身变形对冲压工艺的影响是至关重要的，必须给予重视。不同刚度的压力机，在同样的工作负荷下，刚度小的变形大，刚度大的变形小；而对同一台压力机，工作负荷越大，变形也越大。这是在选择压力机时必须考虑的因素。