高速压力机对称动平衡机构设计与实例分析.pdf

文章编号：1672—0121(2015)o2—0030—02 高速压力机对称动平衡机构设计与实例分析 胡战胜，欧汝康，欧建业，支志昆，胡景锋 (顺德荣兴锻压设备有限公司技术中心，广东顺德528312) 摘要：高速压力机往复运动件质量及回转部分不平衡质量所产生周期性变化的惯性力会引起机床的强 烈振动和摆动，严重影响压力机正常运转和动态性能，降低模具寿命。本文用解析法简要分析了对称动平衡 机构设计的原理，并以公司研发的HSD一125型高速压力机动平衡机构为例进行了实例分析。 关键词：机械设计；高速压力机；动平衡机构；振动；优化 中图分类号：TG315．5 文献标识码：A DOI~10．16316／j．issn．1672—0121．2015．02．007 1引言 曲柄连杆式高速压力机运转时，往复运动件质 量所产生的惯性力与压力机每分钟行程次数n的平 7s及滑块行程长度日成正比。虽然行程长度比较 小，但往复件质量产生的惯性力却可达到滑块质量 的数倍，如果在结构上不采取措施，惯性力将作用在 支承轴、滑块导轨以及车间地面，使机器在基础上不 稳；而回转部分不平衡质量所产生的周期性变化水 平惯性分力还将引起压力机强烈的振动和摆动，严 重影响压力机的正常运转和动态性能，尤其是下死 点精度不稳定会加剧模具的磨损，从而降低模具的 寿命。因此，动平衡机构是高速压力机设计时必须考 虑的重要部件。 为平衡工作滑块、工作连杆、偏心轴等运动部件 在高速运动时产生的惯性力，动平衡机构在设计时 须满足下述基本要求：①完全平衡压力机内部工作 滑块和工作连杆的垂直及水平惯性分力；②在行程 长度及上模重量发生变化时不影响平衡效果；③尽 可能减小回转部件的质量，减小压力机的制动角。 为满足上述要求，在同一机架上设置两套完全 相反的运动，使机架上的惯性力相互抵消，利用上、 下曲柄连杆结构对支承点的质径积相等的条件来平 衡主轴上的惯性力。 在定行程曲柄滑块式高速压力机动平衡机构设 其原理 连杆及 滑块运 机构虽 及项目管 然平衡滑块比主滑块质量小得多，但因其行程长度 比主滑块行程长度大，所以加速度也大，因此能起到 很好的平衡作用。 综合上述曲柄连杆式高速压力机动平衡机构设 计的要求，顺德荣兴锻压设备有限公司设计了一种 平衡块质量可适当进行动态调整的对称动平衡机 构，用于公司生产的HSD一125型定行程高速压力机 结构中，在实际使用中取得了良好效果。 2对称布置的动平衡机构设计 2．1对称布置动平衡机构原理解析 为简化惯性力计算，如图1所示，按静力等效条 件用两质量代换法，把连杆质量等效地转化到连杆 与曲柄销的铰接点P2和连杆与滑块的铰接点P4 P3 图1机构简化图 上。然后将P2点的质量作为回转质 量与偏心轴合并计算回转惯性力， 而将P4点的质量作为往复质量与 滑块合并计算往复运动的惯性力。 设 、m、 分别为机构运动构 件的总惯性力、总质量和总质心S 的加速度，如作用于机架上的总惯 性力得到平衡，必须使 ：一mas=O。 式中m不可能为零，故必须使as为 零，即总质心S应作等速直线运动 或者静止不动。由于各构件的运动 是循环的，故总质心S也总是沿一 封闭曲线运动。平衡的本质是调整 各运动构件的质量分布使其总质 心在机构工作时静止不动。 对称布置的动平衡机构动力 学理论详细计算方法、步骤，在很 多文献中已有详细论述，在此不予赘述。 2．2对称布置动平衡机构结构原理及设计要点分 析 2．2．1主要结构组成 如图2所示，对称布置动平衡机构包括上横梁， 上横梁横向设有①、②、③、④四点支承同轴孔，其中 ①、④孔内设有支承座，其内部装设有由滚子轴承和 支承颈铜套组合的轴承A；上横梁②、③孔内设有支 承颈铜衬；偏心轴装设于上横梁横孔内并依靠①、 ②、③、④四点支承；偏心轴上设有两段同轴心偏心 值为6 的工作偏心段，其外圆柱面套设有由连杆瓦 和连杆轴承组成的组合轴承B，组合轴承B的外面 过盈配合有工作连杆；在偏心轴两工作偏心段正中 间设有与两工作偏心段呈180。方向布置的反向偏 心值为6 的动平衡偏心轴段，且8 >6。；动平衡偏心 轴段外圆套设有动平衡连杆瓦、动平衡连杆和动平 衡连杆盖；动平衡连杆经销轴连接有动平衡连杆座， 其上固定有动平衡块，动平衡连杆可在动平衡连杆 座内腔绕销轴前后摆动；动平衡连杆座在动导向座 内沿导向衬套内孔上下滑动；动平衡块经由连接支 架与设有储气桶的气囊连接。这种对称布置的动平 衡机构主要结构特点是：反向对称布置的动平衡机 构设在偏心轴上，且动平衡块的质量可通过调节储 气桶内压缩空气压力来适当调整。 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 l 图2对称布置的动平衡机构 1．上横梁2．工作偏心段3．支承颈铜衬4．偏心轴5．动平 衡连杆盖6．动平衡连杆瓦7．动平衡偏心段8．组合轴承A 9．工作连杆lO．组合轴承B 11．支撑座12．动平衡连杆 13．动平衡连杆座 l4．导向铜衬15．导向座16．气囊17．联 接支架18．动平衡块19．销轴衬套20．销轴21．储气筒 2．2．2动平衡机构的工作原理及设计分析 2．2．2．1对称布置动平衡机构的工作原理 主电机经带轮传动，驱动四点支承的偏心轴转 动，带动与偏心轴联接的工作连杆及动平衡连杆运 转，其中工作连杆驱动工作滑块在导轨内做上下往 复运动，而动平衡连杆则驱动动平衡连杆座、动平衡 块沿装设于导向座内孔的导向铜衬内壁做上下往复 运动，由于工作偏心段与动平衡偏心段沿偏心轴旋 转中心呈180。反向对称布置，因此，工作连杆驱动 的滑块与动平衡机构运动的方向完全相反，从而起 到惯性力平衡的作用。 2．2．2．2对称布置的动平衡机构设计要点 为提高高速压力机的惯性力平衡效果，实例中 采取的优化设计措施及特点为： (1)偏心轴采用四点支承及组合轴承结构，大大 提高其刚性，尽可能减小偏心轴因变形或与支承点 的配合间隙大而增加的额外惯性力和冲击。 (2)动平衡偏心段设于两工作偏心段的正中呈 180。反向对称布置，且使偏心值82>8 ；另外，动平衡 连杆长度设计成比工作连杆的长；以上两设计要点 都能大大减小动平衡机构的尺寸，实现优化设计的 目的。 (3)为达到动态平衡的理想效果，在平衡块的两 侧设置了平衡气囊，通过调整给气囊供气的储气桶 内的压缩空气压力，可调整参与惯性力平衡的动平 衡块的质量，从而可有效减小因动平衡计算偏差、材 料选择、加工装配精度、偏载等情况的存在影响动平 衡效果。 3结束语 对定行程闭式双点高速压力机，采用平衡布置 的动平衡机构，配以优化设计过的偏心轴结构，并辅 设气压调整气囊调整参与惯性力平衡的动平衡块的 质量，可有效提高高速压力机的动平衡效果，提升产 品技术水平，提高模具使用寿命。上述结构的对称动 平衡机构，经在公司HSD一125型闭式双点高速压力 机产品的实际生产应用，验证其具有结构简单、布局 合理，易于实现动态调整、平衡效果显著等优点，值 得推广应用。 【参考文献】 [1]余发国，杨明川．高速压力机的动平衡分析与优化『J1_金属加工， [2]钟维明，李玉兰．机械压力机动平衡装置的作用和计算方法【 压装备与制造技术，2001，36(6)：19—20． [3]张晓阳，王兴松，等．闭式高速曲柄压力机动平衡优化设计[ 压技术，2006，31(6)：96—99． [4]范宏才，等，现代锻压机械[M]．北京：机械工业出版社，1994． 文章编号：1672一O121(2015)02—0032—03 弯管机自动速度的跟随与曲线设定 李亚忠。翟庆余。周健 (江阴机械制造有限公司，江苏江阴214400) 摘要：为实现锅炉、石化、制冷等行业要求体积小、效率高的产品要求，其产品的主要组成部分一一管道的 弯曲半径越来越小，迫切需要小半径弯管机。借助触摸屏与F'LC控制比例阀，使顶推速度与压力、弯曲速度 相匹配，从而达到弯曲效果。实验证明了其可行性。 关键词：弯管机械；顶镦；跟踪；比例阀；触摸屏；PLC 中图分类号：TG386．43 文献标识码：B DOI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．02．008 0概述 顶镦型小半径弯管机采用冷拉弯缠绕弯曲方式 将管件弯曲成相对弯曲半径≥1的弯头。广泛应用 于锅炉、石化、车辆、制冷等工业领域。它采用了计算 机+液压比例控制顶推油缸的技术，在常规拉弯时管 材后部施加一个变化的顶推力，使管材变形时的中 心层外移，从而减少管材内壁处的拉应力和减薄率， 并减少管件弯曲后的椭圆度。设备由软件部分将输 入的弯管参数经计算后转化为电信号来驱动比例 阀，实现压力及流量的控制，从而使顶推油缸产生的 速度与主缸移动速度相匹配，顶推缸的压力根据计 算机设定的变压力曲线来改变，速度与力则与功率 相匹配，从而达到最佳弯曲状态。 1弯管方法 弯管方法采用冷拉弯加顶镦力方式。即“主轴扭 矩M+顶镦力P’’弯管方法。弯曲时主轴带动主模体 旋转，模体前部为夹紧装置，侧面为导板装置。在管 件的末端顶推油缸通过后夹紧块将顶镦力作用在管 收稿日期：2014—05—14 作者简介：李亚忠(1971一)，女，工程师，从事电气及软件开发设计 件轴线上，前部的管件缠绕在管模的圆槽中，将管件 弯曲成需要的角度，后部顶推油缸将跟随管件的回 转线速度，同时在管件弯曲过程中改变施加的顶推 力，使管件的变形范围控制在最小范围。如图1所示。 图1管件弯曲示意图 2电气系统的控制 2．1电气系统 电气系统采用触摸屏+可编程序控制器PLC控 制，人机界面操作方便，菜单显示，故障提示，顶推速 度、位置动态显示，多管号储存，多状态工作方式。采 用全自动工作方式：由于小半径弯管特点为转矩大， 顶推力控制难度大，变化大，一般手动调整难以达到