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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410500332.6 (22)申请日 2014.09.25 B21J 9/18(2006.01) (71)申请人 南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29 号 (72)发明人 唐敦兵 杨俊 孙竞伟 张泽群 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237 代理人 贺翔 (54) 发明名称 行程可调的多杆增力传动机构及其调整方法 (57) 摘要 本发明公开了一种适用于锻压设备传动系统 的行程可调的多杆增力传动机构及其调整方法， 包括驱动电机， 双曲柄机构， 双偏心轮机构以及曲 柄连杆机构， 驱动电机经。
2、齿轮减速传动机构带动 双曲柄机构， 进而驱动与双曲柄机构固连的双偏 心轮机构绕固定轴转动， 通过与双偏心轮外侧偏 心轮机构铰接的连杆带动工作滑块做上下往复运 动， 完成基本的锻压工艺操作， 且双曲柄机构运动 传递杆由两段连杆经螺纹连接机构连接共同组 成， 可在合理范围内对杆长进行调整， 由双偏心轮 机构代替传统曲柄机构， 提高系统的承载能力的 同时可以通过改变偏心轮相对位置实现对滑块行 程的调整， 该发明具有结构布局紧凑， 滑块运动特 性可调， 承载能力强等特点。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)。
3、申请公布号 CN 104439004 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104439004 A 1/1 页 2 1.一种行程可调的多杆增力传动机构， 其特征在于 ： 包括第一基座 (1), 第二基座 (2) ； 还包括安装于第一基座 (1) 和第二基座 (2) 之间的双曲柄机构 , 该双曲柄机构依次由 主动连杆 (3)、 运动传递杆 (4)、 从动连杆 (5) 组成， 其中运动传递杆 (4) 长度可通过长度调 整装置调节 ； 还包括双偏心轮机构， 该双偏心轮机构由相对位置可调且调整后相对位置固定的小偏 心轮 (1) 和大偏心轮 (2) 组成 ； 其中双偏心轮机构与双曲柄机构的。
4、杆 (3) 固连 ； 还包括由直线导轨(10)约束的滑块(9)， 以及一端与大偏心轮(7)铰接， 另一端与滑块 (9) 铰接的连杆 (8) ； 还包括约束滑块直线运动的直线导轨 (10)。 2.根据权利要求 1 所述行程可调多杆增力传动机构的传动方法， 其特征在于包括以下 过程 ： 从动连杆 (5) 在电机带动下绕第二基座 (2) 旋转， 将运动通过与从动连杆 (5) 铰接的 运动传递杆 (4) 传递给主动连杆 (3)， 使主动连杆 (3) 绕第一基座 (1) 旋转 ； 主动连杆 (3) 带动固连其上的双偏心轮机构绕第一基座 (1) 旋转 ； 双偏心轮机构驱动与其铰接的连杆 (8)， 连杆 (。
5、8) 带动滑块 (9) 沿直线导轨 (10) 往复运动 ； 其中， 滑块 (9) 的行程 S 2L, 其中 L 为连杆 (8) 与大偏心轮 (7) 的铰接点与第一基 座 (1) 之间的距离 ； 通过调整小偏心轮 (6) 和大偏心轮 (7) 的相对位置来调整 L 长度， 从而 实现对滑块 (9) 行程的调整 ； 其中， 滑块 (9) 的速度由 两个公式共同决定， 其中 为前一公式中的 3的一次导数 ； 式中 A 2l1l3sin2， B 2l3(l1cos1+l4)，其中 1为 双曲柄机构主动曲柄与竖直方向的夹角 ； 2为双曲柄机构运动传递杆与水平方向的夹角 ； 3为双曲柄机构从动曲柄与机架间的。
6、夹角 ； l 1， l2， l3， l4依次为双曲柄机构主动曲柄， 运动 连接杆， 从动曲柄以及机架的长度 ； R 为曲柄连杆机构曲柄长度， 为连杆系数 ； 为曲柄 连杆机构曲柄转角 ； 为曲柄连杆机构曲柄角速度。 权 利 要 求 书 CN 104439004 A 2 1/4 页 3 行程可调的多杆增力传动机构及其调整方法 技术领域 0001 本发明涉及一种行程可调的多杆增力传动机构及其调整方法， 属于机械制造技术 领域。 技术背景 0002 传统机械压力机多以曲柄连杆机构作为主传动机构， 通过曲柄连杆机构将电机的 转动传递给滑块， 从而实现运动形式的转换以及能量的传递。 由于曲柄、 连杆尺寸。
7、一经设计 完成， 其滑块运动输出特性随之确定， 这就降低了设备的工艺适应性， 限制了工艺装备的加 工工艺类别。所以， 曲柄压力机往往不适于进行深拉伸， 压印等工艺操作。 0003 在锻压装备领域， 改变滑块的运动输出特性， 尤其是对滑块下死点位置附近的运 动特性进行优化调整， 不仅能够有效地提高材料的成形性能， 预防各种加工工艺缺陷的产 生， 而且由于减少了合模时机床及模具的冲击力， 能够显著降低噪音， 提高模具及机床的使 用寿命。 为实现对滑块运动输出特性的调整， 设计上一般采用两种方式 ： 一种为设计满足特 定工艺加工要求的多连杆机构作为锻压设备的主传动机构， 一般为多连杆机构， 如由济南。
8、 二机床集团公司设计研发的20000KN级LS4-2000A型闭式四点多连杆压力机即为采用多连 杆机构作为传动机构实现对滑块运动输出特性的调整， 又如金丰机器工业股份有限公司公 布的一种液压马达减速齿轮箱压力机也是采用多连杆机构， 实现了放大马达输出扭矩， 节 省能源及增加经济效益的目的 ； 另一种是用伺服电机取代传统电机， 通过对输出端速度的 调整实现滑块运动输出特性的动态调节， 现有典型产品如日本小松 KOMATSU 公司先后推出 的 H1F、 H2F、 H2W 和 HCP 系列复合型伺服压力机。前者只能实现对滑块运动输出特性的单次 调整， 一次调整后， 滑块运动输出特性也随之固定， 对于。
9、设备加工柔性和工艺适应性的提高 有限 ； 后者的设计一直为国外公司所垄断， 国内伺服锻压设备的研发设计受到低速大扭矩 电机成本等问题的限制， 一直不能得到有效的推广。 发明内容 0004 本发明旨在提供一种结构紧凑的， 能够实现滑块运动输出特性的动态调整的一种 锻压设备的主传动机构， 以克服已有机构的不足。 0005 一种行程可调的多杆增力传动机构， 其特征在于 ： 包括第一基座 , 第二基座 ； 0006 还包括安装于第一基座和第二基座之间的双曲柄机构 , 该双曲柄机构依次由主 动连杆、 运动传递杆、 从动连杆组成， 其中运动传递杆长度可通过长度调整装置调节 ； 0007 还包括双偏心轮机构。
10、， 该双偏心轮机构由相对位置可调且调整后相对位置固定的 小偏心轮和大偏心轮组成 ； 其中双偏心轮机构与双曲柄机构的杆固连 ； 0008 还包括由直线导轨约束的滑块， 以及一端与大偏心轮铰接， 另一端与滑块铰接的 连杆 ； 还包括约束滑块直线运动的直线导轨。 0009 所述行程可调多杆增力传动机构的传动方法， 其特征在于包括以下过程 ： 0010 从动连杆在电机带动下绕第二基座旋转， 将运动通过与从动连杆铰接的运动传 说 明 书 CN 104439004 A 3 2/4 页 4 递杆传递给主动连杆， 使主动连杆绕第一基座旋转 ； 主动连杆带动固连其上的双偏心轮机 构绕第一基座旋转 ； 双偏心轮机。
11、构驱动与其铰接的连杆， 连杆带动滑块沿直线导轨往复运 动 ； 0011 其中， 滑块的行程 S 2L, 其中 L 为连杆与大偏心轮的铰接点与第一基座之间的 距离 ； 通过调整小偏心轮和大偏心轮的相对位置来调整 L 长度， 从而实现对滑块行程的调 整 ； 0012 其中， 滑块的速度 v 由 0013 0014 两个公式共同决定， 其中 为前一公式中的 3的一次导数 ； 式中 0015 A 2l1l3sin2， B 2l3(l1cos1+l4)，其中 1为双曲柄机构主动曲柄与竖直方向的夹角 ； 2为双曲柄机构运动传递杆与水平方向的 夹角 ； 3为双曲柄机构从动曲柄与机架间的夹角 ； l 1， l。
12、2， l3， l4依次为双曲柄机构主动曲 柄， 运动连接杆， 从动曲柄以及机架的长度 ； R 为曲柄连杆机构曲柄长度， 为连杆系数 ； 为曲柄连杆机构曲柄转角 ； 为曲柄连杆机构曲柄角速度。 0016 本发明其创新点在于 ： 0017 双曲柄机构主动连杆在电机带动下绕基座旋转， 将运动通过运动传递杆传递给被 动连杆， 驱动其绕另一个基座旋转并带动固连其上的双偏心轮机构绕基座旋转， 其中运动 传递杆长度可调 ； 双偏心轮机构驱动与其铰接的连杆带动滑块沿直线导轨往复运动， 其中 双曲柄机构可以通过调整大小偏心轮的相对位置实现偏心距的调整。 0018 由以上给出的技术解决方案可以明了， 本发明由于采。
13、用了可变杆长的双曲柄机 构， 不但能够达到降低输入端扭矩， 达到增力的目的， 还能够通过调整运动传递杆的长度实 现对滑块运动输出特性的调整， 从而适应不同加工工艺的要求 ； 同时采用双偏心轮机构直 接驱动连杆的方式实现运动形式的转换， 不但可以通过调整两个偏心轮的相对位置实现滑 块行程的调整， 还能显著提高机构的承载能力。 附图说明 0019 图 1 是本发明的结构示意图 ； 0020 图中标号名称 ： 1第一基座 ； 2第二基座 ； 3双曲柄机构主动连杆 ； 4双曲柄 机构运动传递杆 ； 5双曲柄机构从动连杆 ； 6小偏心轮 ； 7大偏心轮 ； 8连杆 ； 9滑 块 ； 10导轨 ； 002。
14、1 图 2 是双曲柄机构及曲柄连杆机构运动原理图 ； 0022 图 3 是本发明与传统曲柄连杆机构运动特性对比图 ； 0023 图 4 是不同运动传递杆长度条件下滑块运动特性对比图。 具体实施方式 0024 本发明机构运动原理如图 1。 0025 一种可调行程的多杆增力传动机构， 包括由主动连杆3,运动传递杆4,从动连杆5 及第一基座 1, 第二基座 2 组成的双曲柄机构 , 由小偏心轮 6 和大偏心轮 7 组成的双偏心 说 明 书 CN 104439004 A 4 3/4 页 5 轮机构， 由双偏心轮机构与连杆 8 共同组成的曲柄连杆机构。 0026 所述双曲柄机构中的运动传递杆 4 由一个。
15、连接装置将两段连杆连接共同组成连 杆 4 ； 其运动原理图如图 2 左， 其中 0027 图 2 中标号名称 ： H1H2双曲柄机构主动连杆 ； H2H3双曲柄机构运动传递杆 ； H3H4双曲柄机构从动连杆 ； H1H4机架 ； l1主动曲柄连杆长度 ； l2 运动传递杆长度 ； l3从动曲柄连杆长度 ； l4机架连杆长度 ； 1， 1H1H2中点到 H 1位置矢量 ； 1， 2H1H2中 点到 H2位置矢量 ； 2， 2H2H3中点到 H2位置矢量 ； 2， 3H2H3中点到 H3位置矢量 ； 3， 3 H3H4中点到 H 3位置矢量 ； 3， 4H3H4中点到 H4位置矢量 ； r1H1点。
16、到连杆 H1H2中点位置矢 量 ； r2H1点到连杆 H 2H3中点位置矢量 ； r3H1点到连杆 H3H4中点位置矢量 ； r0， 4H1点到 H4点位置矢量 ； 1主动连杆与竖直方向夹角 ； 2运动传递杆与水平方向夹角 ； 3从 动连杆与水平方向夹角 ； M1连杆 H1H2所受扭矩矢量 ； M 2连杆 H2H3所受扭矩矢量 ； M3连 杆 H3H4所受扭矩矢量 ； F 1连杆 H1H2所受外力矢量 ； F2连杆 H2H3所受外力矢量 ； F3连杆 H3H4所受外力矢量 ； 1连杆 H1H2与水平方向夹角 ； 2连杆 H2H3与水平方向夹角 ； 3 连杆 H3H4与水平方向夹角 ； OA曲柄。
17、连杆机构曲柄 ； AB曲柄连杆机构连杆 ； B滑块 ； S 滑块运动行程 ； R曲柄长度 ； L连杆长度 ； 连杆系数 ； 曲柄转角 ； 曲柄角速 度 ； 0028 其中， H1H2对应图 1 中的从动连杆 5， H 2H3对应图 1 中的运动传递杆 4， H3H4对应图 1 中的主动连杆 3， H1H4对应图 1 中由第一基座 1， 第二基座 2， OA 可由图 1 中由双偏心轮简 化而成， AB 对应图 1 中的连杆 8。对该发明的运动学及动力学推导如下 ： 0029 1. 双曲柄机构运动学分析 0030 在双曲柄机构 H1H2H3H4中， 各杆矢量构成构成了封闭的约束方程 0031 H1。
18、H2+H2H3 H 1H4+H4H3 (1) 0032 为求解 2， 将方程 (1) 转换为 H2H3 H 1H4+H4H3-H1H2设 |H1H2| l1， |H2H3| l2， |H3H4| l3， |H1H4| l4， 等式左右两边各自点积， 可得 0033 0034 令 A 2l1l3sin2， B 2l3(l1cos1+l4)，则有 Asin3+Bcos3+C 0 0035 求解得 0036 2. 双曲柄机构动力学分析 0037 采用牛顿 - 欧拉方程对如图 2 所示的平面铰链四杆机构进行运动求解， 分别针对 构件 H1H2， H1H2， H1H2进行动力学分析， 列写牛顿 - 欧拉。
19、方程如下 ： 0038 对构件 H1H2有 ： 0039 0040 对构件 H2H3有 ： 0041 说 明 书 CN 104439004 A 5 4/4 页 6 0042 对构件 H3H4 有 ： 0043 0044 上述矢量方程展开后， 共有 9 个标量方程， 同时， 采用局部坐标系建立方法， 对每 个转动副邻接刚体坐标之间的关系建立约束方程， 分别有 0045 r1+1， 1 r 0， 1 (6) 0046 r1+1， 2 r 2+2， 2 (7) 0047 r2+2， 3 r 3+3， 3 (8) 0048 r0， 4 r 3+3， 4 (9) 0049 上述矢量方程展开后， 共有 8。
20、 个标量方程， 方程 (1) (9) 共同构成封闭的方程 组， 组成了平面铰链四杆机构的系统动力学笛卡尔数学模型， 如图 3 为双曲柄机构特性曲 线与传统曲柄连杆机构对比。 0050 所述双偏心轮机构与双曲柄机构末端固连， 由被动曲柄 3 带动绕第一基座 1 转 动 ； 0051 所述双偏心轮机构完成了传统锻压机构中偏心齿轮机构的部分功能， 通过驱动套 接在外侧偏心轮上的连杆8， 驱动滑块9沿导轨往复运动， 其简化的运动原理图如图2右， 其 中 0052 滑块行程 ： 0053 滑块速度 ： 0054 滑块加速度 ： 0055 其中， 曲柄连杆机构曲柄转速与双曲柄机构从动曲柄转速相同， 即 由。
21、公式 (2) 的一阶导数确定， 这样通过 (1)(10) 方程推导即可得到本发明完整动力学和运动学的理 论推导公式。 0056 本发明可以有效的提高锻压设备的工艺适应性。 本发明利用变杆长双曲柄机构以 及双偏心轮机构的配合， 可以在一定范围内有效调整滑块的运动输出特性， 在不改变驱动 电机转速的情况下， 通过调整螺纹连接机构改变连杆长度， 从而获得多种滑块运动加工输 出曲线， 如图4， 不同连杆长度条件下， 滑块的速度-时间曲线表现出明显的不同。 同时本发 明具有结构紧凑， 承载能力强， 急回特性好的特点。 说 明 书 CN 104439004 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104439004 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104439004 A 8 3/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104439004 A 9 。