CN104141755B

CN104141755B - 能调整偏心距的曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统

Info

Publication number: CN104141755B
Application number: CN201410324753.8A
Authority: CN
Inventors: 李兵; 张建设
Original assignee: Jinan Foundry and Metalforming Machinery Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jinan Foundry and Metalforming Machinery Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN104141755A

Abstract

一种能调整偏心距的曲柄连杆传动机构，它包括曲轴和连杆，其特征是在曲轴上并列套装有固定牙嵌套和曲轴偏套，固定牙嵌套与曲轴固定连接，在曲轴偏套和曲轴之间设置第一润滑铜套，在曲轴偏套外缘通过第二润滑铜套套装有连杆和牙嵌套，牙嵌套与连杆固定连接；带有牙嵌装置的转换套套装在曲轴偏套上并能够在曲轴偏套上面滑动；在连杆上设置有转换套驱动装置。本发明主要用于制造冲床主传动系统，具有节约能源，噪音降低，效率提高，工艺优化的优点。可以广泛应用在数控冲压设备中。

Description

能调整偏心距的曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统

本申请是申请日为2012年2月17日，申请号为2012100362681，名称为曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种偏心距可变的曲柄连杆传动机构以及伺服电机作为动力的新型数控转塔冲床的主传动系统。属于机械设计制造技术领域。

背景技术

数控转塔冲床是金属板材冲压加工的关键设备，作为冲压动力的主传动部件，传统采用曲柄连杆机构的机械式设计如图9所示，由曲轴55、连杆53、销轴52和滑块51等组成的曲柄连杆机构以及飞轮56，安装于机身54上。离合器与制动器58分别与曲轴55右侧轴端连接，并由主控阀57控制其动作。工作中，主电机通过皮带带动飞轮56旋转，通过离合器与制动器58的结合作用将动力传递给曲轴55，继而使滑块51上下运动；反之，通过离合器与制动器58的制动作将动力脱离曲轴55并使其停止。虽然该结构较为简单，制造成本较低，但缺点是摩擦片损耗快，污染性强，性能稳定性差，它的偏心距是唯一的，不能改变，适应用差，在冲压不同厚度及材料的板材时不能进行调整，浪费资源，效率低，并且需要经常调整与维修，噪音大。

发明内容

本发明针对已有技术存在的不足，提供一种性能稳定，能调整偏心距的大小，适应不同条件和要求下使用，而且其工作效率高，噪音小的偏心距可变的曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统。

本发明的技术特征是：将传统的曲柄连杆传动机构中的曲轴和连杆之间增加一个曲轴偏套，还有使曲轴和曲轴偏套以不同方式结合的装置，该装置包括转换套、固定牙嵌套、牙嵌套以及配套的气缸。通过这个装置改变曲轴和曲轴偏套的组合方式，从而实现曲柄连杆传动机构的偏心距的改变。

本发明的具体结构是：一种曲柄连杆传动机构，它包括曲轴和连杆，其特征是在曲轴上并列套装有固定牙嵌套和曲轴偏套，固定牙嵌套与曲轴固定连接；在曲轴偏套外缘套装有连杆和牙嵌套，牙嵌套与连杆固定连接；带有牙嵌装置的转换套套装在与之适配的曲轴偏套上，在与曲轴偏套轴向滑配的过程中分别实现与固定牙嵌套和牙嵌套的啮合；在连杆上设置有转换套驱动装置。

本方案的具体特点还有，在曲轴偏套和曲轴之间设置第一润滑铜套，在曲轴偏套外缘通过第二润滑铜套套装有连杆和牙嵌套。

所述转换套驱动装置是指在连杆的外缘固定设置有两套气缸组件以驱动转换套移动。实现偏心距的转换：在不同位置时，通过转换套的移动可以把固定牙嵌套和曲轴偏套连接起来，这样整个曲柄连杆机构的偏心距转换为曲轴与曲轴偏套偏心距的组合；当转换套移动到把曲轴偏套和牙嵌套连接时，曲轴偏套和连杆组合成为新连杆，整个曲柄连杆机构的偏心距转换为曲轴的偏心距。在以不同的偏心距工作时，曲轴在相同位置转动相同角度时，带动连杆所连接的打击杆移动的位置不同，在不同工况下可以选择不同的偏心距工作。

连杆的下端通过销和设置在导向套内的打击杆连接。

本发明还提供一种带有曲柄连杆传动机构的冲床主传动系统。

一种冲床主传动系统，它包括电机以及与之连接的曲柄连杆传动机构，其特征是所述曲柄连杆传动机构包括曲轴和连杆，在曲轴上并列套装有固定牙嵌套和曲轴偏套，固定牙嵌套与曲轴固定连接；在曲轴偏套外缘套装有连杆和牙嵌套，牙嵌套与连杆固定连接；带有牙嵌装置的转换套套装在与之适配的曲轴偏套上，在与曲轴偏套轴向滑配的过程中分别实现与固定牙嵌套和牙嵌套的啮合；在连杆上设置有转换套驱动装置。

所述转换套驱动装置是指在连杆的外缘固定设置有两套气缸组件以驱动转换套移动。

连杆的下端通过销和设置在导向套内的打击杆连接。

所述电机为数控伺服电机。

所述数控伺服电机为两台直接与曲柄连杆传动机构相连。

在数控伺服电机和曲柄连杆传动机构之间设置有减速机。

本发明的有益效果是，提供了一种偏心距可变的装置，该传动机构又分为两种不同的形式，一种是有双偏心距转换的机构形式，另一种是有三偏心距转换的机构形式。应用于曲柄连杆机构中，在此基础上采用了伺服电机驱动，省去了中间的飞轮、离合器及制动器环节，不仅保留了原有机械结构的可靠性，还具备了以下的优点：

1．节约能源。适时的控制伺服电机，仅在冲压工作时提供所需要的能量，冲压完成后停止，避免机械式冲压传动机构，电机一直带动飞轮旋转的浪费。

2．降低噪音。通过对偏心距的调节和伺服电机的控制，把滑块的运动过程控制在最合理的范围，从而延长模具的寿命，有效的降低了噪音。

3．提高效率。通过对偏心的调整和伺服电机的控制，使滑块的行程、速度和送料时间达到最优化，从而使冲压次数增加，提高效率。

4．工艺优化。通过对伺服电机的控制能够精确的设定滑块的位置，从而能够提高加工精度。按照不同的冲压工艺和模具类型，来优化程序控制滑块达到最合理的工作方式，如压印、冲孔、成型等。

5. 柔性增加。可以根据工况的不同选择不同的偏心距，达到更好的加工效果，使整个机床能够适应更多加工情况，扩大加工范围。

6. 性价比高。通过增加几个零件就能够实现不同机床的效果。

7. 使用成本低。通过合理的调整主传动达到最优化的效果，大大的降低了使用加工成本。

附图说明

图1为双电机伺服驱动系统主视剖面图。图2为图1局部A视图。图3为单电机伺服驱动系统主视剖面图。图4为减速机、单电机伺服驱动系统主视剖面图。图5为双/三偏心距中大偏心上死点A-A视图。图6为双偏心距转换中间位置/三偏心距中中偏心距下死点A-A视图。图7 双偏心距转换中间位置/三偏心距中小偏心距下死点A-A视图。图8 双偏心距中小偏心距的上死点A-A视图。图9原有机械式主传动部件示意图。图中：1—直通螺母；2—端盖；3—挡板；4—弹簧；5—盖板；6—曲轴；7—连接套；8—水冷套，9—压板， 10—圆环，11—法兰座，12—轴承，13—轴承，14—固定牙嵌套，15—转换套，16—块，17—导向槽，18—牙嵌套，19—连杆， 20—气缸组件，21—第二润滑铜套， 22—曲轴偏套，23—轴承，24—隔挡，25—预磨垫片， 26—隔挡，27—隔挡，28—密封圈，29—预磨垫片，30—连接轴，31—联轴器，32—连接轴，33—编码器，34—销轴，35—无油轴承，36—滑块，37—导套，38—滑块套，39—端盖，40—密封圈，41—支撑板，42—压板，43—盖板，44—伺服电机Ⅰ，45—开关架，46—法兰座，47—减速机，48—伺服电机Ⅱ，49—箱体，50—第一润滑铜套， 51—滑块，52—销轴，53—连杆，54—机身，55—曲轴，56—飞轮，57—主控阀，58—离合器与制动器。

具体实施方式

实施例1：偏心距可变的曲柄连杆传动机构。

一种偏心距可变的曲柄连杆传动机构，该传动机构又分为两种不同的形式，一种是有双偏心距转换的机构形式，另一种是有三偏心距转换的机构形式。两种传动机构都是包括曲轴6、连杆19和偏心距可变装置，偏心距可变装置是由固定牙嵌套14、牙嵌套18、曲轴偏套22、转换套15等组成，固定牙嵌套14通过花键与曲轴6连接；牙嵌套18通过螺钉固定在连杆19上；转换套15通过设置的牙嵌装置套在曲轴偏套22上，并能够在曲轴偏套22上面滑动。

曲轴偏套22套在曲轴6上面，他们之间设置有第一润滑铜套50，起到润滑的作用，连杆19套在曲轴偏套22上，同样中间有润滑作用的第二润滑铜套21，在连杆19的外部装有两套气缸组件20，通过气缸组件20使转换套15移动，实现与固定牙嵌套14和牙嵌套18的结合和脱开达到大、小偏心的转换。

一种双偏心距转换的曲柄连杆机构（参见图1），为大偏心下死点的工作状态，此时转换套15把固定牙嵌套14和曲轴偏套连接22在一起，该主传动的偏心距为曲轴6的偏心距加上曲轴偏套22的偏心距。

在实现大偏心距转换小偏心距工作时要进行以下的动作：通过电机转动带动曲轴6旋转180°，使主传动到达大偏心上死点的状态（参见图5），此时电机停止，然后两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与固定牙嵌套14脱开并且与牙嵌套18相结合，此时通过转换套15把连杆19和曲轴偏套22连接在一起，该主传动的偏心距值为曲轴6的偏心距；此时电机启动带动曲轴6旋转180°然后停止（参见图6），两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与牙嵌套18脱开并且与固定牙嵌套14结合，转换套15把固定牙嵌套14和曲轴偏套22连接在一起，此时主传动的偏心距值为曲轴6偏心距减去曲轴偏套22偏心距的绝对值；电机启动带动曲轴旋转180°然后停止（参见图7），两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与固定牙嵌套14脱开并且与牙嵌套18相结合，主传动的状态转化为小偏心的上死点（参见图8），该主传动的偏心距为曲轴偏心距22的大小，完成了大偏心转化为小偏心的过程，这样主传动机构就以小偏心的方式进行工作。

小偏心转化为大偏心的过程是上述过程的反过程，主传动到达小偏心上死点的状态（参见图8），此时转换套15把连杆19和曲轴偏套22连接在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距，两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与牙嵌套18脱开并且与固定牙嵌套14相结合，此时曲轴6、固定牙嵌套14和曲轴偏套22固定在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距减去曲轴偏套22偏心距的绝对值；电机启动，通过电机带动曲轴6、固定牙嵌套14和曲轴偏套22转180°，然后电机停止（参见图7），两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与固定牙嵌套14脱开并且与牙嵌套18相结合，此时连杆19和曲轴偏套22连接在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距；电机启动，电机带动曲轴6旋转180°然后停止（参见图6），最后两件气缸组件20通气工作，带动转换套15在曲轴偏套22上滑动，与牙嵌套18脱开并且与固定牙嵌套14相结合，此时曲轴6和曲轴偏套22固定在一起，主传动的的偏心距为曲轴6偏心距加上曲轴偏套22的偏心距（参见图5），完成了小偏心转化为大偏心的过程，这样主传动机构就以大偏心的方式进行工作。

一种三偏心距转换的曲柄连杆机构，分为大，中，小三种偏心距，如图5所示为大偏心的上死点工作状态。在工作时，状态的转换分为大偏心距转中偏心距，中偏心转小偏心距，小偏心转中偏心距，中偏心转大偏心距。

如图5所示为大偏心的上死点，曲轴6和曲轴偏套22固定在一起，主传动的偏心距为曲轴6偏心距加上曲轴偏套22的偏心距，在大偏心距转中偏心距时，此时电机停止不动，两件气缸组件20通气，气缸杆收回，带动转换套15与固定牙嵌套14脱开，并且与牙嵌套18结合，此时转换套15把曲轴偏套22和连杆19固定在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距，此时的状态为中偏心距的上死点位置，完成大偏心转中偏心距的工作过程，此时就可以以中偏心距工作；在中偏心距转小偏心距时，在中偏心距的上死点位置，电机启动带动曲轴旋转180°，到达中偏心距的下死点位置时电机停止不动，然后两件气缸组件20通气，气缸杆伸出，带动转换套15与牙嵌套18脱开，并且与固定牙嵌套14结合，转换套15把曲轴6和曲轴偏套22固定在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距减去曲轴偏套22的偏心距，此时的状态为小偏心距的下死点位置（参见图7），完成中偏心距转换小偏心距的工作过程，此时就可以以小偏心距进行工作；在小偏心距转中偏心距时，在小偏心距下死点位置，此时电机停止，两件气缸组件20通气，气缸杆收回，带动转换套15与固定牙嵌套14脱开，并且与牙嵌套18结合，转换套15把连杆19和曲轴偏套22固定在一起，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距，此时的状态为中偏心距的下死点位置，完成小偏心距转中偏心距的转换过程，此时就可以以中偏心距进行工作；中偏心距转为大偏心距时，在中偏心距的下死点位置，此时电机启动带动曲轴6旋转180°，到达中偏心距的上死点位置时电机停止不动，然后两件气缸组件20通气，气缸杆伸出，带动转换套15与牙嵌套18脱开，并且与固定牙嵌套14结合，主传动的偏心距为曲轴6的偏心距加上曲轴偏套22的偏心距，此时的状态为大偏心距的上死点位置，完成中偏心距转换小偏心距的工作过程。

双偏心距转换方式的特点：保证了两种偏心距的下死点不变，偏心距的转换过程不经过下死点，能够避免碰撞模具，但是转换过程比较复杂。三偏心距转换方式的特点：保证了小偏心和中偏心的下死点不变，大偏心的下死点超过了中、小偏心距的范围，所以在大偏心工作时电机不能圆周运动，只能进行摆动，这样能够达到更高的速度，缺点转换成为了优点，转换的过程比较简单，容易控制，但是偏心距转换时需要过下死点，所以对模具有一定的影响。可以根据不同的工作方式和需求来选择偏心距转换方式。

实施例2：以数控单/双伺服电机作为动力的新型数控转塔冲床主传动系统。

一种偏心距可变的曲柄连杆传动机构的冲床伺服主传动系统，包括依次相连的伺服电机、实施例1所述曲柄连杆传动机构、与实施例1所述曲柄连杆传动机构相连的导套37、滑块36及冲头，其特征是单/双伺服电机44直接和实施例1所述曲柄连杆传动机构相连接，直接驱动实施例1所述的曲柄连杆传动机构运动，带动与曲柄连杆传动机构相连的导套37、滑块36及冲头的工作，完成冲压动作。

如图1、图3所示，是以数控单/双伺服电机作为动力的新型数控转塔冲床主传动系统，该系统直接控制伺服电机来输出所需要的功率、转速及旋转位置等来达到冲压的效果。与传统的机械式结构相比，拥有响应时间短，效率高，耗能低，维修率低，噪音小，冲压精度高，可以精确的掌握冲压频率和冲压位置等优点。可以根据实际的工况条件选择单电机单边驱动，或者选择双伺服电机双边对称驱动。单伺服电机电机驱动控制比较简单，适用于工况比较好的条件下，但是单边受力比较大。双伺服电机双边驱动可以很好的改变单边受力比较大的问题，使整个结构受力均匀，机械结构稳定，大大降低了机械故障率，并且输出的功率比较大，适合在工况比较恶劣，需要大功率时使用，适应能力强，双伺服电机在安装上两边都是采用单电机的结构，主要是靠伺服驱动系统来保证两个电机的同步。

实施例3：以数控伺服电机和减速机作为动力的新型数控转塔冲床主传动系统。

如图4所示，采用与实施例1相同的曲柄连杆传动机构和实施例2相似的伺服电机控制系统，并且增加了减速机的结构。依次连接实施例1所述曲柄连杆机构，减速机47和伺服电机Ⅱ48。通过减速机47的降速可以提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比；减速机47减速的同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。

Claims

1.一种能调整偏心距的曲柄连杆传动机构，它包括曲轴和连杆，其特征是在曲轴上并列套装有固定牙嵌套和曲轴偏套，固定牙嵌套与曲轴固定连接；在曲轴偏套外缘套装有连杆和牙嵌套，牙嵌套与连杆固定连接；带有牙嵌装置的转换套套装在与之适配的曲轴偏套上，在与曲轴偏套轴向滑配的过程中分别实现与固定牙嵌套和牙嵌套的啮合；在连杆上设置有转换套驱动装置；在曲轴偏套和曲轴之间设置第一润滑铜套，在曲轴偏套外缘通过第二润滑铜套套装有连杆和牙嵌套；

2.根据权利要求1所述的能调整偏心距的曲柄连杆传动机构，其特征是连杆的下端通过销和设置在导向套内的打击杆连接。

3.一种数控转塔冲床主传动系统，它包括电机以及与之连接的能调整偏心距的曲柄连杆传动机构，其特征是所述曲柄连杆传动机构包括曲轴和连杆，在曲轴上并列套装有固定牙嵌套和曲轴偏套，固定牙嵌套与曲轴固定连接，在曲轴偏套和曲轴之间设置第一润滑铜套，在曲轴偏套外缘通过第二润滑铜套套装有连杆和牙嵌套，牙嵌套与连杆固定连接；带有牙嵌装置的转换套套装在曲轴偏套上并能够在曲轴偏套上面滑动；在连杆上设置有转换套驱动装置；所述转换套驱动装置是指在连杆的外缘固定设置有两套气缸组件以驱动转换套移动；连杆的下端通过销和设置在导向套内的打击杆连接。

4.根据权利要求3所述的数控转塔冲床主传动系统，其特征是所述电机为数控伺服电机。

5.根据权利要求4所述的数控转塔冲床主传动系统，其特征是所述数控伺服电机为两台，数控伺服电机直接与曲柄连杆传动机构相连。

6.根据权利要求5所述的数控转塔冲床主传动系统，其特征是在数控伺服电机和曲柄连杆传动机构之间设置有减速机。