力机惯性力平衡装置及其特性研究一

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1、文章编号：１６７２—０１２１（２００５）０４－００２７－０４高速压力机惯性力平衡装置及其特性研究（一）赵升吨。张学来，高长字，柳伟，张永（西安交通大学机械工程学院，陕西西安７１００４９）摘要：在分析高速压力机惯性力平衡问题研究的必要性基础上，根据高速压力机的工作特点，论述了高速压力机的惯性力降低及平衡的途径，明确指出在高速压力机上不宜采用气动缸平衡装置。对目前广泛采用的５种惯性力平衡机构的工作特点进行了分析，提出了高速压力机惯性力平衡效果的科学评价指标。从而为研制高速压力机新的高性能平衡机构奠定了基础。关键词：机械制

2、造；惯性力平衡装置；高速压力机；研究中图分类号：ＴＧ３８５．１文献标识码：Ａ０引言锻压机床厂、厦门锻压机床厂、诸城锻压机床厂和宁高速压力机因为具备自动、高效、精密的优点而被广泛应用于工业生产之中，特别在我国加入ＷＴＯ之后，世界制造业向中国的转移，趋于标准化、系列化、批量化的功能性冲压零件市场需求量猛增，中国国内对高速压力机的需求量很大。除大量进口国外高速压力机（日本２００多台，美国、德国、英国等合计几千台）外，国内企业也纷纷斥资生产高速压力机。自从１９１０年美国亨利拉特公司首创四柱式底传动高速压力机至今已有近百

3、年历史【１１，但中国起步较晚，１９８２年才由济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂开始共同研制我国第一台高速压力机Ｊ７５Ｇ系列６００ｋＮ／４００ｓ．Ｐ．ｉｎ，随后又研制成功了３００ｋＮ／６００ｓ．Ｐ．ｉｎ高速压力机。尔后齐齐哈尔第二机床厂、上海第二锻压机床厂先后从德国舒勒公司（Ｓｃｈｕｌｅｒ）、江机床厂，产品结构有开式和闭式，公称力６０ｋＮ－２０００ｋＮ、滑块行程次数１２０ｓ．Ｐ．ｍ～８００ｓ．ｐ．Ｉｎ。但由于我国高速压力机设计及制造水平较低，产品性能和国外仍有较大差距，特别在噪声及振动、精密化和高速化方面，差距更大。

4、因此，对高速压力机惯性力平衡问题的研究显得十分必要。本文探讨了高速压力机惯性力的正确计算方法，并建立了相应准确和简化的计算公式，探讨了高速压力机降低惯性力及动平衡的途径。分析并明确指出高速压力机上不宜采用滑块动平衡缸。进一步对国内外高速压力机的不同动平衡机构工作原理及其特点进行了分析，从而为完善高速压力机设计理论，对促进我国高速压力机制造业的发展具有重要意义。豪立克一罗斯（ＨＡＵＬＩＣＫ—ＲＯＯＳ）公司引进了多个品１曲柄连杆滑块机构惯性力的计算种的高速压力机技术，此后营口锻压机床厂也研制出了高速精密压力机。国内在

5、高速压力机的发展上用２０多年的时间所达到的水平，比国外少了整整８０年。但这主要是从国外引进技术而发展起来的。近年来日本、韩国，特别是台湾地区的高速压力机，正在大量涌人中国市场，或直接出口产品或在大陆办厂。现今大陆生产高速压力机的企业有上海第二基金项目：全国高校优秀博士学位论文专项基金项目资助（１９９９３０）陕西省科技攻关计划项目（２００３Ｋ０６一Ｇ２０）收稿日期：２００５一０５—０６作者简介：赵升吨（１９３６一），男，教授，博导，全国锻压设备委委员，从１．１准确的惯性力计算公式的建立为了平衡高速压力机曲柄连杆滑块机

6、构在工作时所产生的不平衡惯性力ｔ２］，应对其正确计算。由达朗伯尔原理对曲柄连杆滑块机构进行惯性力分析可得如图１的结果，该惯性力通过作用于曲轴支承端处的垂直力Ｆｏ。、水平力如和作用于滑块导轨面上的力ｐ而使机身产生振动。由文献［３】可知，图１中的Ｒ－、如和Ｑ大小分别为：Ｆｏｌ＝ａｏ＋ｂｏｃｏｓａ＋ＣｏＣＯＳ２０ｔ－ｄｏｃｏｓ３０ｔ－ｅｏｅｏｓ４ａ（１），矗响ｉｎ理－ｇｏｓｉｎ２ａ－ｈｏｓｉｎ３ｃＥ＋ｉｏｓｉｎ４理＋ｊｏｓｉｎ５０ｔ（２）事锻压设备及控制方面的研究Ｑ＝ｋｏｓｉｎｃｔ＋／ｏｓｉｎ２ｃＥ＋ｍｏｓｉｎ３ｃＥ（

7、３）鬻、薯碎ｈ爵＊撼囊一圩群田一卜■害ｏ２７　万方数据从３个等效惯性力Ｒ。，％和Ｑ的分量表达式可以看出，垂直分量Ｒ。中包含有０９、２０Ｊ、３ｔｏ和４∞频率成分，水平分量％中包含有∞、２∞、３山、４∞和２７０。图１曲柄连杆滑块机构的受力简图ｍ，一曲柄质量耽一连杆质量ｍ厂滑块质量胁ｌ一机构外加主动力矩Ｆｏ。、Ｒ一机身在铰链０点对曲柄的约束作用力ｐ一机身在导轨处对滑块的约束作用力ａｌ、ｏａ、∞一‘分别为曲柄，连杆和滑块质心处的加速度肘。一曲柄上的１外加驱动力矩甜一曲柄轴角速度∞“一连杆相对于滑块Ｂ点的旋转角速度鉴于高速压力

8、机的连杆系数Ａ通常很小（小于０．１），因此，计算时Ａ的平方项及更高次项可以忽略不计。对本文作者所设计的１０００ｋＮ／１２５０ｓ．Ｐ．ｍ高速压力机而言，忽略入平方及其更高次项后，上述垂直惯性力娲，和水平力％及导轨侧向力Ｑ的计算结果相对误差都小于Ｏ．３％。由此可见，忽略Ａ的平方及其更高次项是可行的。这样，各惯性力的表达式可化简为：５∞；Ｑ中也含有