【正文】 率變換器及控制器組成。 1 伺服曲柄壓力機設計計算 目錄 0 引言 1 伺服曲柄壓力機技術參數(shù) 2 伺服曲柄壓力機原理與性能設計分析 3 伺服曲柄壓力機工藝曲線設計分析 4 伺服曲柄壓力機負載曲線設計分析 5 伺服曲柄壓力機電機功率設計分析 6 伺服曲柄壓力機傳動機構設計 7 伺服曲柄壓力機工作機構設計 2 0 引言 金屬的鍛壓加工大量采用曲柄壓力機，也稱為沖床，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在用的曲柄壓力機沖床數(shù)量高達數(shù)百萬臺。 “開關磁阻電機系統(tǒng)是一種機電一體化節(jié)能型調(diào)速電機系統(tǒng)。 目前，國外的伺服壓力機技術采用永磁伺服技術，抗沖擊性能不好，可靠性低、成本高，沒有形成對傳統(tǒng)壓力機的全面替代。 淄博市能源監(jiān)測部門的監(jiān)測，給出了開關磁阻伺服螺旋壓力機比摩擦式螺旋壓力機節(jié)能 %的結果（引自《淄博市能 源監(jiān)測中心檢測報告》編號 J1010138），由此，當?shù)卣C布文件，用節(jié)能數(shù)控壓力機強制淘汰摩擦壓力機（引自淄經(jīng)信節(jié)字[2021]77 號）。 4 1 伺服曲柄壓力機技術參數(shù) 250 噸伺服曲柄壓力機技術參數(shù) 公稱壓力 gF / kN： 2500 公稱壓力行程 gS / mm： 13 滑塊行程 S / mm： 315 行程次數(shù)（額定值） gn / spm： 20 行程次數(shù)調(diào)速范圍 n/ spm： 10— 40 5 2 伺服曲柄壓力 機原理與性能設計分析 伺服曲柄壓力機原理與分析 伺服壓力機由開關磁阻伺服電機驅(qū)動，與傳統(tǒng)機械壓力機結構不同之處是沒有飛輪、離合器、氣動制動器及其控制系統(tǒng)。 開關磁阻伺服曲柄壓力機與傳統(tǒng)曲柄壓力機的原理比較： )(2121 22212 ??? ??? JJE ee （ 21） 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。轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子的相繞組為集中繞組。 當絕緣柵雙極晶體管（ IGBT） S S2 導通時， A相繞組從直流電源 U吸收電能，而當S S2 關斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管 D D2 繼續(xù)流通，并回饋給電源 U。微處理器把輸入信息、反饋信息處理計算，結果傳給可編程邏輯器件， PLD 控制驅(qū)動單元和 IGBT 的導通與關斷，因定、轉(zhuǎn)子的兩凸極對齊位置下電感最大 maxL ，不對齊位置下電感最小 minL ，可通過控制電流的斬波值 i 、開通角 on? 和關斷角 off? ，來控制電機運行。 m) J 電機轉(zhuǎn)子及工作運動部分的轉(zhuǎn)動慣量 （ kg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 n? ，根據(jù) PID 算法使 1?n? 逼近 ? ，根據(jù)公式（ 5）計算電流斬波值 i ； PLD 根據(jù)位置編碼通過驅(qū)動電路控制 IGBT 的導通與關斷。 （ 3） 無過沖起動電流 開關磁阻伺服具有軟起動特性，電機起動過程沒有交流電機起動電流大于額定電流 5~7倍的現(xiàn)象，而是 起動電流平滑增加至所需的電流。電動機輸入缺相只會導致電動機輸出功率減小，或者有可能導致電動機無法起動。 （ 8） 可靠性高 開關磁阻伺服的轉(zhuǎn)子無繞組和鼠籠條，電機可高速運轉(zhuǎn)而不變形，機械強度和可靠性均 9 高于其它類設備。 與現(xiàn)有壓力 機比較，開關磁阻 伺服曲柄 壓力機的突出 優(yōu)勢 為： (1) 運動數(shù)控 曲柄壓力機滑塊速度 s in s in 22evRi? ???????????， 電機角速度 e? 的閉環(huán)數(shù)控 ， 使滑塊運動曲線可根據(jù)工藝要求進行數(shù)字設置 ， 可以設計特殊的工作特性曲線 ，進行高難度、高精度加工 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)低速鍛沖急回的變速功能。工藝曲線、時間、產(chǎn)量、耗電量等數(shù)據(jù)可由微機智能存儲和處理 ， 易實現(xiàn)制造過程信息化管理的目標。 (8) 模具壽命高 因壓制工件的能量和速度可準確數(shù)控 ， 使模具受沖擊速度減小，壽命提高。 (12) 安全性高 在電機制動和制動器作用下 ， 滑塊可以在任何位置緊急制動停止。 (14) 工作可靠性高 與其他電機系統(tǒng)相比 ， 開關磁阻電機轉(zhuǎn)子即無繞組也無永磁體 ，機械強度高；電機在三相輸入電源缺相或者欠功 率運行或者悶車的情況下 ， 不會燒毀電機和控制器；功率器件不會發(fā)生因控制錯誤導致短路而燒毀的現(xiàn)象 ， 并且溫升低。 （ 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，需要外設調(diào)模試模液壓機，可以在導柱導套接觸后，試沖工件，不會發(fā)生悶車。 開關磁阻伺服 壓力機提升了成形加工產(chǎn)業(yè)的制件精度的整體水平，將使我國制造業(yè)水平進入了高技術低消耗的新階段。 根據(jù)圖 32，滑塊位移 s 的數(shù)學表達式為 )c o sc o s( ?? LRLRs ???? （ 31） LR?? （ ? 連桿系數(shù)） 由三角函數(shù)公式可得： ?? 2sin1co s ?? 由圖 32 結構，可得： ???? s ins ins in ?? LR ???? 222 s i n1s i n1c o s ???? )]s i n11(1)c os1[( 22 ???? ?????? Rs 將 cosβ按泰勒公式展開，取前兩項得： ??? 22 sin211c os ?? 又 2 2c os1sin 2 ?? ??? ?????? ????? )2c os1(41)c os1( ???Rs （ 32） 假設，曲柄上止點為 0 度，下止點為 180 度。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，在不同的行程次數(shù)下，滑塊的速度 v，加速度 a 是變化的。 曲柄滑塊運動工藝曲線設計計算 滑塊運動工藝曲線與曲柄轉(zhuǎn)角的關系 根據(jù)位移 s、速度 v、加速度 a 的公式， ?????? ????? )2c os1(41)c os1( ???Rs ?????? ?? ???? 2s in2s inRv ? ????? 2c o sc o s2 Ra ? 式中， R 為曲柄半徑， ??? ， 15 ? 為連桿系數(shù)， λ= ?為曲柄轉(zhuǎn)角。 位移 s/mm 曲軸轉(zhuǎn)速n1/rpm 滑塊速度 v1/mm?s1 滑塊加速度 a1/mm?s2 1 0 15 0 2 30 3 60 4 90 5 120 6 150 關鍵點 Sg=13 7 160 8 170 9 180 0 0 10 210 11 240 12 270 13 300 14 330 15 360 0 18 圖 35 角度、位移 速度曲線圖 圖 36 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 ? /176。 ωβαF ABALBFDFn 圖 41 曲柄連桿滑塊 機構受力分析圖 圖中， ABF 為連桿作用力， Q 為導軌作用力， F 為負載的作用力， ? 為連桿的長度系數(shù)， ? 為曲柄轉(zhuǎn)角。時， )( 5163900F 1 ????? ? 根據(jù) g??? 時， gFF? 30 g??? 時，? ?? ?)2s in2(s in2s in2s in????????????? ??RFFggg 許用負荷圖如下 圖 18 許用負荷圖 在額定行程次數(shù)下，可把滑塊的運動與受力綜合為圖 15。 電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與壓力機負載扭矩的關系 ： 壓力機負載扭矩： )s in22s in(RFMggggL ??? ?? )(3?? ?????? k 曲軸動力轉(zhuǎn)矩 ?/PM? =45000/= 曲軸動力轉(zhuǎn)矩是負載轉(zhuǎn)矩的 ?gLn MM / ?163900/ %左右。 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 1）、總傳動比 ?i 為 25205000 ???? gnni （式 61） 式中，0n為電機額定轉(zhuǎn)速；gn為滑塊行程次數(shù)。 )( )( ???????? LC kkPP PZ ?, （式 615） 取 Z=4根。 槽形尺寸：如圖 32所示， 35 圖 32 v 帶輪槽形尺寸 查表知， 輪槽與端面距離 mmf 19min ? 帶輪槽角 ?? ??? 帶輪寬： fezB 2)1( ??? （式 619） 式中， z 帶根數(shù)； e 槽 間距； f 輪槽與端面距離。 接觸疲勞極限 查表取 M PaH 12101lim ?? ， M PaH 12021lim ?? 初步計算許用接觸應力 ][ HH ?? ? （式 620） a1 0 8 91 2 1 ][ 1lim1 MPHH ???? ?? a1 0 8 01 2 0 ][ 2lim2 MPHH ???? ?? 36 計算參數(shù)一：以電機方向傳來的轉(zhuǎn)矩為計算依據(jù) （ 1）小齒輪 轉(zhuǎn)矩 mm41 322 12104451000955010009550 1 ??????? NnPT （式 621） 式中， P 為電機功率， P=45kW； 1n 為 小齒輪轉(zhuǎn)速 104r/min； （ 2）小齒輪直徑 3 21 1][ uuTAdHdd????? （式 622） d? 齒寬系數(shù)； 1/dbd ?? = dA 值 查表取 90?dA ， u 為齒輪傳動比， ?u 。 以不考慮摩擦的曲軸轉(zhuǎn)矩計算 （ 1）、小齒輪轉(zhuǎn)矩 mm3152021 0 00g ???? NiMT g L （ 2） 、 小齒輪直徑 3 21 1][ uuTAdHdd????? d? 齒寬系數(shù)； 1/dbd ?? = dA 值 查表取 90?dA ， u 為齒輪傳動比， ?u 。 以考慮摩擦的曲軸轉(zhuǎn)矩計算 43 （ 1）、小齒輪轉(zhuǎn)矩 mm5769230 0 00g ???? NiMT g L （ 2） 、 小齒輪直徑 3 21 1][ uuTAdHdd????? d? 齒寬系數(shù)； 1/dbd ?? = dA 值 查表取 90?dA ， u 為齒輪傳動比， ?u 。 7 伺服曲柄壓力機工作機構設計 工作機構裝配圖 裝模高度手動調(diào)整式 圖 裝模高度電動調(diào)整式 47 實物樣機 圖 5 首臺開關磁阻伺服曲柄壓力機（一級齒輪傳動改造型） 圖 6 首臺開關磁阻伺服曲柄壓力機（皮帶 齒輪傳動） 48 參考文獻 [1] 趙婷婷，賈明全 . 開關磁阻調(diào)速數(shù)控成形設備方案與設計 [J].制造技術與機床，2021，（ 3）： 7274. [2] 趙婷婷，賈明全 .開關磁阻調(diào)速式數(shù)控螺旋壓力機 [J].鍛壓技術， 2021， 32（ 3）：8588. [3] 趙婷婷，賈明全 .螺旋壓力機的傳動及其數(shù)控機理比較研究 [J].機械傳動， 2021，31（ 4）： 8586， 96. [4] 趙婷婷，賈明全，韓建軍 .開關磁阻數(shù)控壓力機開發(fā)與應用 [J].鍛壓裝備與制造技術， 2021， 42（ 3）： 3133. [5] 趙婷婷，賈明全，周秀成 .開關磁阻調(diào)速式車床主軸及其數(shù)控方法 [J].機床與液壓， 2021， 35（ 7）： 4