第５期 何予鹏等：机械压力机双电机驱动传动系统研究 ５８９ 定轴轮系和１个曲柄滑块机构串联而成．由于差动 轮系有２个自由度，再用１个自由度的行星轮系， 定轴轮系和曲柄滑块机构与其串联，整个系统仍然 保持２个自由度．把２个驱动电机连接到差动轮系 ２个中心轮上，整个传动系统就有确定的运动．通 过控制２个电机运动和停止，再通过差动轮系和行 星轮系的变速运动，就可以得到不同转速的曲柄运 动，最终得到速度变化范围较大的滑块运动． 图１ 机械压力机双电机驱动传动系统 Ｆｉｇ．１ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｅｓｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ｔｗｏ ｍｏｔｏｒｓ 机械压力机滑块在锻冲工件时要求较低的工 作速度，但是还要保证机械压力机具有一定的工作 效率，即保证每分钟工作频率一定，因此就应该让 滑块在锻冲工作阶段的速度较低，在进给和返回阶 段的工作速度尽量的快 ・引．所以可以把滑块的运 动速度划分为２种类型：一种是低速锻冲运动；一 种是快速进给和返回运动． ２ 设计理论 设电机１和电机２的转速分别为ｎ。和 ：．可 以分别列出差动轮系，行星轮系和定轴轮系的运动 方程 为 ｎｔ—ｎⅣ ２ ３ — 一————＝一Ｕ・ （１） ｎ３一ｎⅣ Ｉ ２， ｎ４一ｎⅣ， ５ ６ 一ｎⅣ， ４ ５， ‘ （２） 一＝一一：一 ＝一Ｕ，： （３）【ｊ Ｊ ｎ３ ７ 式中： Ｉ， ２， ２，， ３， ， ， ，， ， ７分别代表各个齿 轮的齿数；ｎ ，ｎ：，ｎ，， ，ｎ ，ｎ ，分别代表各个轴的 转速；ｕ。，ｕ：，ｕ，分别代表差动轮系，行星轮系和定 轴轮系的齿数比． 因为 ＝ｎ ，联立求解（１），（２），（３）式可得 曲柄的转速 ＝ （ （４） 令ｕ，＝ｕ：＝ｕ，则（４）式变为 ｎＨ， １ ｎｔ＋ ｕ １ （５） 从（５）式可以明显的看出，当ｎ 和ｎ：分别转 动和停止时，可以得到４种不同的曲柄转速ｎ 它 们分另Ｕ是：（１）ｎ。＝０，ｎ：＝０；（２）ｎ。≠０，ｎ：≠０；（３） ｎ。≠０，ｎ：＝０；（４）ｎ。＝０，ｎ：≠０．机械压力机仅需要 快速和慢速２种运动 引，因此选择情况（２）作为 快速运动，选择情况（３）或者情况（４）作为慢速 ● 运动． 从（５）式可以看出曲柄的转速是由电机１转 速ｎ。乘以传动比系数１／（１＋ｕ） ，与电机２的转 速ｎ：乘以传动比系数ｕ／（（１ ｕ） ｕ，）的代数和． 从图１中可以看出差动轮系和行星轮系的相对传 动是２级传动比，因此通常情况下它比外齿轮啮合 １级传动比ｕ，要大．所以电机转速ｎ：对ｎ ，的贡献 要大于电机转速ｎ 对ｎ 的贡献．因此选择情况 （３）作为曲柄的慢速运动．从而可以得到曲柄的慢 速和快速２种运动为 （６） ｎｉｌ，ｈ ＋ （７） ３ 计算实例 ＪＨ２３—２００型机械压力机工作次数为４０ 次・ｒａｉｎ～，滑块行程１４０ ｍｍ；压力２ ０００ ｋＮ；发生 压力时滑块距下死点１２ ｍｍ．要求在满足该机械压 力机这些基本参数条件下，设计出双电机驱动传动 系统． ３．１计算曲柄．工作转角 根据滑块的行程１４０ ｍｍ，可以知道曲柄半径 Ｒ＝７０ ｍｍ．取曲柄半径与连杆半径之比Ａ Ｒ／Ｌ＝ ０．１ ＇ ，根据（８）式可以计算出当滑块的工作行 程为ｓ＝１２ ｍｍ时曲柄的工作转角（ ） ＣＯＳ ＝牛 — 『等 ＝ ㈩ （ ） 将以上各个已知量代人（８）式，可计算出曲柄 的工作转角ａ＝３２．５３６ ８。．曲柄工作转角ａ，快速进 给转角卢和快速返回转角ｙ之间的关系见图２． ３．２确定曲柄高转速 维普资讯 http://www.cqvip.com 河南农业图２ 曲柄各个转角的关系 Ｆｉｇ．２ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ｃｒａｎｋ ｔｕｒｎ ａｎｇｌｅｓ ｂｙ ｔｗｏ ｍｏｔｏｒｓ 设机械压力机低速工作时曲柄的转速ｎ删＝ １０ ｒ・ｍｉｎ～，根据公式 ３６０￣ｏｔ———４０ ：—１０＋旦± ｒ９、 ’ ｎ日．＾ 由此，可以计算出曲柄高速转速ｎ ＝ ５６ ｒ．ｍｉｎ－。． ３．３选择电机转速，确定各级传动比 选电机１的转速ｎ ＝７５０ ｒ・ｍｉｎ～，根据（６） 式，把曲柄低转速代入（６）式，取行星轮系的相对 传动比“ ＝７可以计算出差动轮系相对传动比 “Ｉ＝８．３７５ ０，选电机２的转速ｎ ＝１ ５００ ｒ・ｍｉｎ～， 将各个已知数据代入（７）式，可以计算出定轴轮系 的传动比“，＝３．６４１ ３．由于采用了双联齿轮，差动 轮系和行星轮系的相对传动比数值就不是很大了． 进一步分配各级齿轮的传动比 ／ｚ。＝３， ／ｚ ．＝ ２．７９２，Ｚ５／ｚ４＝３．５，Ｚ ／Ｚ ．＝２，这样各级齿轮都是 在齿轮的正常传动比范围内工作． ３．４计算滑块的工作速度 可以计算出在曲柄的工作转角 ＝３２．５３６ ８。 的位置时，当曲柄的转速为ｎ ＝１０ ｒ・ｍｉｎ 时， 滑块的速度为 ＝４２．８６４ ０ ｍｍ・ｓ～．这个速度比 原机械压力机滑块在该位置的速度 ＝１７１．４５６ ０ ｍｍ・ｓ 降低了８０％左右，这将非常有利于机械压 力机的低速锻冲，提高其工作性能． 大学学报 第４１卷 ４ 结论 采用差动轮系和行星轮系作为传动机构并且 采用双电机驱动的机械压力机传动系统，完全可以 满足机械压力机的低速锻冲工作要求．以２ ０００ ｋＮ 机械压力机的运动参数为工程背景，通过计算曲柄 工作转角，确定曲柄最高转速，合理分配各级传动 比，最后计算出滑块的工作速度比原传动系统的滑 块速度降低了８０％左右，完全可以满足机械压力 机低速锻冲的工作要求．由此可知这种机械压力机 双电机驱动传动系统完全可以在实际生产中应用． 参考文献： ［１］ＴＳＯ Ｐ Ｌ，ＬＩＡＮＧ Ｋ ｃ．Ａ ｎｉｎｅ－ｂａｒ ｌｉｎｋａｇｅ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉ－ ｃａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｅｓｓｅｓ［Ｊ］，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００２，４２（１）： Ｉ３９—１４５． ［２］ ＷＡＮＧ Ｊ Ｓ，ＴＡＮＧ Ｘ Ｑ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｈｙｂｒｉｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００３。４３ （５）：６４７—６５５． ［３］ ＹＡＮ Ｈ Ｓ，ＣＨＥＮ Ｗ Ｒ．Ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｐｕｔ ｓｐｅｅｄ ａｐ－ ｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｍｏｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｗａｔｔ－ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２０００，４０（４）：６７５—６９０． ［４］ 何予鹏，邹彩虹，袁志华，等．多连杆机械压力机遗传 算法优化设计［Ｊ］．河南农业大学学报，２００５。３９ （４）：４５３—４５５． ［５］ 赵升吨，何予鹏，王 军．机械压力机低速锻冲急回 机构运动特性的研究［Ｊ］．锻压装备与制造技术． ２００４，３８（３）：２４—３２． ［６］ 华大年．连杆机构设计［Ｍ］．上海：上海科学技术出 版社。１９９５． ［７］ 孟彩芳，卢宗武，张 策．可控机械压力机机构选型 ［Ｊ］．锻压机械，２００２，３７（６）：１７—１９． ［８］ 周双林，邹慧君，姚燕安，等．混合输入五杆机构构型 的分析［Ｊ］．上海交通大学学报，２００１，３５（７）： １０４５—１０４８． ［９］ 绕振钢．行星传动机构设计［Ｍ］．北京：化学工业出 版社，２００３． ［１０］何德誉．曲柄压力机［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，１９８１． （责任编辑：蒋国良）
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容