[发明专利]伺服机械压力机三角肘杆工作机构及其优化设计方法

说明书

技术领域

本发明是一种伺服机械压力机三角肘杆工作机构及其优化设计方法，属于机械传动领域的创新设计。

背景技术

普通机械压力机一般采用普通交流异步电动机驱动，采用大型飞轮储能；而伺服机械压力机用交流伺服电动机代替交流异步电动机，并取消飞轮，不仅可简化传动链，提高设备的自动化、智能化水平和工作可靠性，还可大幅度节省能量、降低噪声，对制造业节能减排具有十分重要的意义。伺服机械压力机由于没有飞轮，工作压力主要靠电动机的瞬时扭矩产生，因而驱动电动机容量较普通压力机要大很多。大容量伺服电动机的采用导致设备造价高，成为伺服机械压力机推广应用的一大障碍。

通过改进工作机构，增加工作机构的增力比，可以减少电动机驱动扭矩，对于减少电动机容量、降低伺服机械压力机造价，进而推动该技术的工程应用具有决定性的作用。传统机械压力机的工作机构一般采用曲柄连杆、对称肘杆或多连杆结构。曲柄连杆具有结构简单的优点，但公称压力行程小，增力比小，只能适用于小型伺服机械压力机，如中国专利号为ZL200320118186.8中公开的一种压力机；对称肘杆虽然有空行程急回和工作行程近似停歇特性，但增力比仍不够大，如中国专利号为ZL 200720054117.3、ZL 200820082737.2中公开的机构；而多连杆机构可以改善滑块在工作行程的运动特性，仍有增力比不是最优及结构复杂等缺点，如中国专利号为ZL 200820030514.1公开的机构。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种在保证机身机构紧凑、滑块行程足够、滑块下行单调的情况下，具有较高的增力比，可大幅降低曲柄处所需的驱动扭矩，进而降低伺服电动机的容量和成本的伺服机械压力机三角肘杆工作机构。

本发明的另一目的在于提供一种简单方便的伺服机械压力机三角肘杆工作机构的优化设计方法。

本发明的技术方案是：本发明伺服机械压力机三角肘杆工作机构，包括有由A点和B点构建的曲柄AB，由B点、C点和E点构建连杆BCE，由C点和D点构建的上肘杆CD，由E点和F点构建的下肘杆EF，由F点构建的滑块，A点建立曲轴与机身之间的旋转副，在B点建立曲轴与三角连杆之间的旋转副，在C点建立三角连杆与上肘杆之间的旋转副，在D点建立上肘杆与机身之间的旋转副，在E点建立三角肘杆与下肘杆之间的旋转副，在F点建立下肘杆与滑块之间的旋转副，在滑块与机身之间建立移动副，其特征在于上肘杆CD与下肘杆EF不等长，且上肘杆CD短于下肘杆EF，D点与F点处于垂直线上，由B点、C点和E点构建连杆为三角连杆BCE。

上述三角形连杆BCE的CE边为最短边，夹角∠CBE不超过30°。

上述曲轴AB的曲轴中心与上肘杆固定铰接点的位置关系用矢量l₁表示；滑块处于上限位置时，AB、DC、FE相交于一点，滑块处于下限位置时，C点和E点不一定位于DF线上。

本发明伺服机械压力机三角肘杆工作机构的优化设计方法，包括如下步骤:

1)构建参数化的机构模型

构建参数化的机构模型，需要确定可描述三角肘杆机构的最少结构参数，采用矢量l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆构成的两个封闭矢量环来描述机构的尺度，三角肘杆机构的一组最少结构参数包括：上肘杆固定铰接点至曲轴中心距离l₁、曲柄长度l₂、三角形连杆上边长度l₃、三角形连杆下边长度l₄、下肘杆长度l₆，以及上肘杆固定铰接点至曲轴中心矢量l₁的方位角φ₁₁、曲柄矢量l₂的方位角φ₂₁、三角形连杆上边矢量l₃的方位角φ₃₁、三角形连杆上下边矢量夹角γ、下肘杆矢量的方位角φ₆₁,其中，坐标系采用右手笛卡尔坐标系，坐标原点建立在曲轴中心上，所有方位角都是起始于X轴正向，并以逆时针旋转方向为正；

2)建立参数化虚拟样机模型