一种多连杆双点压力机

万正东，闻开斌，周晓敏

（扬州锻压机床股份有限公司，江苏 扬州225128）

1 引言

现有的曲柄连杆机构压力机在冲裁中厚板时，断面有2/3 左右的撕裂带，工件需进行进一步加工，增加工序，影响生产效率。因此，如何精确冲压中厚板是需要解决的技术问题。

本技术涉及多连杆双点压力机技术领域，其包括曲轴、连杆组、滑块和导轨，其中，曲轴转动并驱动连杆组运动，连杆组借助于活动连接点驱动滑块沿导轨运动；曲轴可转动地支承在压力机机身连接点处。

本技术在传统的曲柄连杆机构之上，增加了多连杆结构，使曲柄处受力仅为滑块处所受公称力的四分之一至五分之一，大大改善了驱动部件的受力状态，并大幅降低了驱动电机的功率，而且滑块的运动轨迹在下死点，连杆角度停留30°～40°。本技术适用于大型级进模的精冲及精压，在刹车片钢背、薄型齿轮等领域可代替精冲机使用。

2 技术方案

本技术特征在于，第一连杆的第一连接点与曲轴的连接点A 活动链接，第二连接点与上肘杆的第一连接点B 活动连接；上肘杆的第二连接点D 与下肘杆的第一连接点活动连接；下肘杆的第二连接点与滑块的连接点E 活动连接；上肘杆的第三连接点C 与压力机的机身活动连接；直线段BC 为上肘杆的第一连接点B 与其第三连接点C 之间的连线，直线段CD 为上肘杆的第三连接点C 与其第二连接点D 之间的连线，上肘杆的角度θ 为直线段BC 和直线段CD 之间的夹角；直线段OC 与直线段CE 之间的夹角大于或等于90°；直线段OC 为连接点O 与第三连接点C 之间直线相连的线段，直线段CE 为第三连接点C 与连接点E 之间直线相连的线段。本技术的多连杆双点压力机达到了能够精确冲压中厚板的技术效果。

图1 结构示意图

图2 力学分析

3 实例分析

直线段OC 与直线段CE 间的夹角在90°～180°之间，优选95°、100°、110°。

与现有技术相比，本技术的多连杆双点压力机对直线段OC 与直线段CE 之间的夹角进行具体限定，发现能够达到在曲柄处的受力仅为滑块所受公称力的1/4～1/5 的技术效果。

如图1 所示，上肘杆3 的角度θ 优选为钝角。这有利于将作用力部分传递至支承点C 上，减轻支承点O 的受力。由于支承点C 的存在，因而分担了支承点O 承受的作用力。

本设计的要点在于，设置直线段CD 的长度、直线段BC 的长度和角度θ 等运动系统参数，使得曲轴1 处的受力仅为滑块5 所受公称力的1/2～1/8。

为此，参照图2，对本技术的多连杆双点压力机进行力学分析，找到直线段CD 的长度、直线段BC的长度和角度θ 等运动系统参数之间的关系：

式中：α1——直线段OC 与直线段OA 之间的夹角；

P——第一连杆2 沿其纵向所受的作用力，其为角度α1的函数；

Pg——下肘杆4 沿其纵向所受的作用力；

BC——直线段BC 的长度；

CD——直线段CD 的长度；

DE——下肘杆4 的长度；

CE——第三连接点C 和连接点E 之间的直线段的长度，其为角度α1的函数，其中

β——直线段CD 与直线段CE 之间的夹角，其为角度α1的函数，其中

ω——直线段BC 与直线段BA 之间的夹角，其为角度α1的函数，其中，直线段BA 为第一连接点B 与连接点A 之间直线相连的线段，且直线段BA 的长度为L，且

其中，R 为曲轴半径，且OC 为连接点O 与第三连接点C 之间的直线相连的线段长度。

如图2 所示，

作为设计与计算实例，选取参数如下：

公称力（N）：Pg=2000×103

公称力行程（mm）：s=5

滑块行程（mm）：S=120

行程次数（SPM）：SP=80

得到：PAB=P（α1）PAB=3.904×105

其中，PAB就是第一连杆2 沿其纵向所受的作用力，也对应曲轴1 所受的作用力分量。

Pg就是下肘杆4 沿其纵向所受的作用力，也对应滑块5 所受的作用力分量。

可以得出：PAB≈1/5Pg。

图3 示出本技术的多连杆双点压力机与现有技术中普通的曲柄压力机的计算比对数据图。

如图1 所示，上肘杆3 的形状可选为三角形，其中，三角形的顶点对应为第一连接点B、第二连接点D 和第三连接点C。

如图2 所示，上肘杆3 的形状为V 字形，其中，V 字形的尖部对应第三连接点C。

图3 比对数据图

连杆组的运动是平面运动。这样的布置可以降低机构复杂性，保证运动可靠，制造成本合理。当然，连杆组的运动可以是三维运动。

曲轴1、连杆组和滑块5 之间的关联运动是平面运动。多连杆双点压力机的整个运动系统作平面运动可以降低机构复杂性，保证运动可靠，制造成本合理。

通过曲轴、连杆、上下肘杆、滑块等五个主要部件共同组成一种新型多连杆双点压力机：曲轴驱动连杆运动，连杆推动上下肘杆带动滑块做往复运动。

4 结论

该多连杆结构在传统的曲柄连杆机构之上，增加了多连杆结构，使曲柄处受力仅为滑块处所受公称力的四分之一至五分之一，大大改善了驱动部件的受力状态，并大幅降低了驱动电机的功率，而且滑块的运动轨迹在下死点，连杆角度停留30°～40°；适用于大型级进模的精冲及精压，在刹车片钢背，薄型齿轮等领域可代替精冲机进行使用。

[1]俞新陆.锻压手册.北京：机械工业出版社，1993.

[2]范宏才.现代锻压机械.北京：机械工业出版社，1994.

[3]何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1989.

[4]王义质，李叔涵.工程力学[M].重庆：重庆大学出版社，1994.