[發明專利]一種高速沖床曲柄連桿滑塊機構慣性力平衡方法無效
| 申請號： | 200810018388.2 | 申請日： | 2008-06-05 |
| 公開（公告）號： | CN101303061A | 公開（公告）日： | 2008-11-12 |
| 發明（設計）人： | 趙升噸;王軍;郝永江 | 申請（專利權）人： | 西安交通大學 |
| 主分類號： | F16F15/26 | 分類號： | F16F15/26;G06F17/50 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責任公司 | 代理人： | 朱海臨 |
| 地址： | 710049*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 高速 沖床 曲柄 連桿 機構 慣性力 平衡 方法 | ||
1.一種高速沖床曲柄連桿滑塊機構慣性力平衡方法，其特征在于，包括下述步驟：
步驟1、在對曲柄旋轉角速度ω為常量的對心正置曲柄連桿滑塊機構動力學分析的基礎上，建立該機構滑塊的位移S、速度V分別為：
然后根據式(1)(2)得到滑塊的加速度a3、連桿的角速度ωAB及其擺動角加速度εAB的表達式分別為：
a3＝Rω2(cosα+λcos?2α)????????????????????????????(3)
ωAB＝λωcosα??????????????????????????????????????(6)
εAB＝-λω2sinα????????????????????????????????????(7)
式中：λ為連桿系數；R為曲柄半徑；α為曲柄轉角；
通過曲柄連桿滑塊機構運動分析和式(6)式(7)，從而可進一步推導獲得曲柄質心D的向心加速度aIn、連桿質心C的平移、向心、切向三個加速度a3、a2n、a2τ的表達式：
a2τ＝LcεAB＝-λω2Lcsinα??????????????????????????(9)
a1n＝RDω2???????????????????????????????????????????(10)
式中：ω為曲柄角速度；RD為曲柄質心半徑；LC為連桿質心C到連桿與滑塊鉸接點B的距離；
其中連桿質心C的平移加速度a3也即滑塊的加速度式(3)；
步驟2、通過對曲柄連桿滑塊機構的受力分析，分別建立曲柄、連桿、滑塊構件產生的慣性力表達式；
曲柄定軸等速旋轉時，只存在沿徑向的向心慣性力F1n＝m1a1n，而慣性力矩等于0；滑塊因為作平動，故其慣性力F3大小為F3＝m3(g+a3)；連桿平面運動時產生的慣性力可分解為三個分量：垂直分量F2g＝m2(g+a3)、向心分量F2n＝m2a2n、切向分量F2τ＝m2a2τ，所產生的慣性力偶矩Mc＝J2cεAB，Mc的轉向與角加速度εAB的方向相反；式中；m1、m2、m3分別為曲軸、連桿、滑塊的質量；g為重力加速度；J2c為連桿相對于C點的轉動慣量，
如果在忽略摩擦的情況下，曲柄連桿滑塊機構在空轉運行時僅承受來自于外界機身及轉軸四個力的作用：即曲柄支承對曲軸所作用的水平和垂直方向的力Fo1和Fo2、曲柄上受到的外加轉矩Mo、導軌對滑塊的水平作用力Q，當以上假設成立，則可得出這四個力對機身所產生的慣性作用力的計算表達式：
然后分別將G1＝m1g、F1n＝m1a1n、F2g＝m2(g+a3)、F2n＝m2a2n、F2τ＝m2a2τ、F3＝m3(g+a3)、Mc＝J2cεAB，a3≈Rω2(cosα+λcos2α)、εAB＝-λω2sinα、a2τ＝LcεAB＝-λω2Lcsinα、a1n＝RDω2、sinβ＝λsina、代入式(16)可得：
式中：L為連桿長度；LA為連桿質心C到連桿與曲柄鉸接點A的距離；β為連桿與垂直方向的夾角。
步驟3、采用曲柄旋轉方向相反的兩套曲柄連桿滑塊機構，包括兩根曲軸及等半徑的兩個曲柄、4根結構尺寸完全相同的連桿帶動同一滑塊運動，使兩套曲柄連桿水平慣性力Fo2、Q及旋轉慣性力Mo均相互抵消為0，僅存在垂直方向上的慣性力Fo1未被平衡，通過兩塊分別布置在主、從動齒輪輪緣上的扇形平衡塊，并通過平衡塊質量的計算來平衡掉上述垂直方向的慣性力Fo1。
上述方案中，步驟3所述平衡塊質量的計算包括以下步驟：
(1)由于4個曲柄連桿滑塊的垂直慣性力Fo1方向相同而迭加，總的垂直方向的慣性力為Fy＝4Fo1，由式(17)式并忽略λ4項可得：
Fy＝4[(m1+m2+m3)g+(m1RD+m2R+m3R)ω2cosα+(m2+m3)Rω2λcos2α
????????????????????????????????????????????????????????????????(21)
-m2λ2ω2LCcos2α]
(2)將上式對α求導，并令可以得到Fy的最大值Fymax和最小值Fymin分別為：
Fymax＝Fy|α＝0＝4[(m1+m2+m3)g+(m1RD+m2R+m3R)ω2
+(m2+m3)Rω2λ-m2λ2ω2LC]?????????????????????????????????????????(23)
Fymin＝Fy|α＝π＝4[(m1+m2+m3)g-(m1RD+m2R+m3R)ω2
+(m2+m3)Rω2λ-m2λ2ω2LC]?????????????????????????????????????????(24)
從而可得Fy的均值為：
則垂直方向慣性力的振幅為：
(3)設平衡塊的等效旋轉半徑為ρ，四個平衡塊的總質量為4m，則平衡塊所產生的離心力的振幅：
AF＝4mρω2????????????????????????????????????????????????????(27)
當時，即可達到良好的平衡，由此可求得平衡塊的總質量m為
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