连杆机构增力气动压力机设计.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 21 2 01 5 0 1 0 0 1 1 - 0 2 连 杆 机 构 增 力气 动压 力机 设 计 张寒 。张冰 蔚 江 苏科 技 大学机械 工程 学 院 ， 江苏镇江 21 2 0 0 3 摘 要 介 绍 了一种机 械一气 动传 动压 力 机 的工作 原 理 ， 给 出了力 学受 力和 行程 计 算公 式 。该 压力 机 采用 摆 动 气缸 ， 在 气缸 直径 和 气体压 力 不 变 时通 过连 杆机 构增 力 ， 使 压 力机 的工作 压力 显著 提高 。 关 键词 压力 机 ； 气 动 ； 连 杆机 构 ； 增力 ； 气缸 行 程 ‘ 中 图 分 类 号 T G3 1 5 ． 5 文 献 标 识 码 A DOI 1 0 ． 1 6 3 1 6 ． i s s n ． 1 6 7 2 - 0 1 21 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 2 气 动 压力 机是 一种 通用 的压力 机械 ，广泛 应 用 于 电器 、 仪 器 仪表 、 家 电 、 五金 等行业 ， 可对 薄板 进 行 剪 切 、 冲孑 L、 落 料 、 成形 、 弯 曲 、 铆合 等工 序 ， 适合 有 色 金属 、 塑 料件 等 的加 工 。 气 动 压力 机 一 般 采 用 压缩 机 产 生 的高 压气 体 ， 通过管 道将压缩 气体 输送 至 电磁 阀 ， 通过 控制 电磁 阀 的动 作来 控 制气 缸 的工作 和 返 回 ，实 现 各种 工艺 动 作 。压缩 空 气也 可 以存储 在 储气 罐 中 ， 随时取 用 。 若 直接 将气 缸 的输 出力 作 为工作 压 力 ，当需 要 大 的 公 称 输 出力 时 ， 只 能 通 过 增 加 活 塞 面 积 而 采 用 结构 尺 寸庞 72 的大 缸径 气缸 ， 不 仅气 缸 昂贵 ， 而且 耗 气量 较 大 ， 也增 大 了设备 体 积 ， 不 符合 美 观要 求 。 即 便 如此 ， 设 备 的工作 输 出力 提高 也非 常有 限 。为此 ， 考 虑将 气缸 和增 力 机构 进行 有 机组合 ，使设 备 的 工 作 输 出力 显著 提高 。 1工 作 原 理 如 图 1所 示 为 气 缸 与 连 杆 机 构 组 成 的 气 动 压 力 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 2 5 作者 简介 张 寒 1 9 9 1 一 ， 女， 硕士在读 杆 头 图 1 气缸与连杆机构组合 机 ，摆 动气 缸 固定 在机 身上 同时 与两 铰杆 相连 ，上 端 的 铰杆 与机 身铰 接 ，下端 的铰 杆 与 压 头 铰 接 形 成 连 杆 机 构 。 当 气 缸 活 塞 向 左 运 动 时 ， 由连 杆推 动压 头 沿机 身导 轨 向下 运 动 ， 实 现 压 制 动 作 ， 输 出 力 P随 的 减 小 而 增 大 ， 当达 到设 定 的最小 O ／ 值 时 ， 该 加 工过程 结束 ， 气 缸 活 塞 向 右 运 动 ， 压 头 回程 ， 完 成 一 个 循 环 。 值 大 小 可 以通 过机 械 限位装 置微 调来 控 制气缸 行 程下 限来 实 现 。 2受 力分析 及行 程计 算 2 ． 1受 力 分 析 建 立 的力 学模 型如 图 2所 示 ， F是 气 缸 活塞 杆 对 圆柱 销 A 的拉力 ， P是工 件 给压头 的反 力 。 如不计 摩 擦 力 和 零 件 重 量 ，进 行 如 下 受 力 分 析 ，如 图 3所 示 ， 分别 取 圆柱 销 A、 连 杆 A c和 压 头 为 研 究 对 象 ， 在 平 面汇交 力 系作用 下平 衡 ， 分别 列 出下列 方程 F A1 c o s o F A， C O S O t 1 De v e l o pme nt t r e n d o f ne w t y pe o f r e t a r di ng me c ha ni s m i n s e r v o pr e s s C UI Mi n c h a o ， Z HAO S h e n g d u n ， Ch e n C h a o ， Z HU J u n ， L I Xu e S c h o o l o f M Abs t r ac t Ba s e d p r e s s h a v e be e n a n a l y z d e v e l o p me n t t r e n d o f t l me c h a n i s m s t r u c t u r e i n d e v e l o pme n t t r e n d o f f o l Ke y wor ds Se r v o I F A 2 图 2 力学模型 图3 受力分析 F A l s i n a F A 2 i n a F 2 F A F A F C F C 3 FC 2 c o s c P 4 由 以 上各 式 可 推 出 P 0 ． 5 F c o t ，增 力 比 P ／ F 0 ． 5 c o t a。 如 取 1 5 。 ， 增 力 比 为 1 ． 8 6 6 ； 如 取 1 0 。 ， 增 力 比为 2 ． 8 3 6 。 当 很 小 时 ， 压 力 P急 剧增 大 ， 会使 连 杆 产 生 过 大 变 形 ， 设计 时建议 一般 不小 于 5 。 。 2 ． 2气 缸 行 程 计 算 当 满 足 压 头 工 作 行 程 时 需 知 所 用 气 缸 的 行 程 ， 现 推 导 如 下 。 如 图 4所 示 ， 连 杆 A C 的 长 度 为 ， J ， 当 压 头 在 死 点 时 ，连 杆 机 构 为 双 点 划 线 B A C 所 在 的 位 置 ， 气 缸 与 机 身 铰 接 点 D 与 销 A 的 距 离 O A ， 当J 二 作 下 行行 程 日 时 ， 压 头 在 下 死 点 位 置 ， 连 杆 机 构 为 B A C 所 在 的 位 置 ， 气 缸 与 机 身 铰 图4 气缸行程计算 接 点 0与 销 A 的距 离 为 O A ， 故 所 需气 缸 行程 为 DA 一DA 。 OA N／ -OD2 A D2＼ 可 式 中 OF O A- AF L 1 一 L o s i n o ； FDEA 、 、 ／ 一 Lo c o s a一 0． 5 H ； A D0． 5H D4 一04 L 一 L o s i n 、 ／ 二 0 ． 5 H 。一 L， 5 3设 计计 算实 例 现设 计一 气 动压 力 机 ，要 求压 力 机公 程 力 P 5 吨 ， 系统空气 最高压 力 0 ． 6 MP a ， 压头 工作行 程 4 0 ram， 连 杆 长 度 L 。 1 5 0 ram， 压 头 在 下 死 点 时 o 1 5 。 ， 气 缸 与机 身铰 接点 O与 销 D 的距 离 L。 2 5 0 mm。 所 需 气 缸 力 F P ／ 0 ． 5 c o t 1 5 。 2 ． 6 8吨 ， 根 据 系 统 空气 最 高压 力 0 ． 6 MP a ， 可 很 方便 地计 算 出气缸 活 塞 的直 径 ， 在此不 再进 行详 细计 算 。 所需 气缸 行程 由式 5 计 算得 D4 一OA 44． 9ram 4结 束 语 采 用 上 述 气 动 一 机 械 增 力 机 构 组 成 的 压 力 机 ， 可 弥 补单 纯气 压传 动压 力机 的不 足 ，在气 缸压 力 不变 的情况 下 ， 只需在 下死 点取 不 同的 角 ， 即可实 现不 同的增 力要 求 。而且 只需 对各 铰接 点轴 承 和连 杆强 度 进 行 校 核 即 可 ， 为 压 力 机 的设 计 带 来 了 便 捷 。 【 参考 文 献 】 [ 1 ] 林文焕 ， 陈奉 通， 编著．机床夹具手册 l M] ． 北京 国防 [ 业 出版社 ， l 9 8 7 ． 【 2 】2 范文雄 ， 等舡 杆极 限技术 高倍增力压力机的研制I J 1 ． 锻压装备 与制造技术 ， 1 9 9 1 ， 2 6 4 ． [ 3 ] 王啸宇． 国外机 械一 液压压力机的最新研究成果 『 J 1 ． 锻压装备 与制 造技术 ， 1 9 9 4 ， 2 9 3 ． De s i g n o f p ne uma t i c pr e s s wi t h i n c r e a s i ng f o r c e f r o m c o n ne c t i n g r o d ZHANG Ha n，ZHANG Bi n g we i e