一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机
阅读说明：本技术 一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机 (Nine-rod reinforcement type servo hot stamping press with non-circular gear ) 是由 华林 胡志力 汪锐 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机,特点包括对称非圆齿轮副机构、曲柄滑块机构和对称肘杆机构；所述的非圆齿轮副机构包括主动非圆齿轮与从动非圆齿轮；并联驱动的多个伺服电机通过减速装置带动主动非圆齿轮轴匀速转动,主动非圆齿轮带动从动非圆齿轮非匀速转动；从动非圆齿轮带动曲柄轴非匀速转动,推动第滑块上下运动；曲柄滑块机构带动肘杆机构运动；肘杆机构带动冲压滑块实现特定上下变速运动。冲压过程中工作段低速增力、空行程段快速减力、小行程变速增力和减力混合联动,压力机传动系统的机械利益进一步增大,减少电机容量,可获得更好的滑块运动学和动力学特性,结构紧凑、刚度强度高、承载能力大、可靠性高。(The invention discloses a nine-rod reinforcement type servo hot stamping press with a non-circular gear, which is characterized by comprising a symmetrical non-circular gear pair mechanism, a crank slide block mechanism and a symmetrical toggle rod mechanism; the non-circular gear pair mechanism comprises a driving non-circular gear and a driven non-circular gear; a plurality of servo motors driven in parallel drive a driving non-circular gear shaft to rotate at a constant speed through a speed reducer, and the driving non-circular gear drives a driven non-circular gear to rotate at a constant speed; the driven non-circular gear drives the crank shaft to rotate at a non-uniform speed to push the first sliding block to move up and down; the crank slider mechanism drives the toggle rod mechanism to move; the toggle rod mechanism drives the stamping slide block to realize specific up-and-down variable speed movement. In the stamping process, the working section low-speed reinforcement, the idle stroke section rapid force reduction, the small stroke variable speed reinforcement and the force reduction are combined and linked, the mechanical benefit of a transmission system of the press is further increased, the motor capacity is reduced, better slide block kinematics and dynamic characteristics can be obtained, and the stamping machine is compact in structure, high in rigidity and strength, large in bearing capacity and high in reliability.)
技术领域
本发明属于冲压机械领域，尤其涉及一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机。
背景技术
热冲压工艺通常要求滑块在下行阶段快速，以减少板料与模具和空气热交换导致的温度散失；在滑块冲压阶段要求能够实现变速，防止板料成形过程中由于软化机制被拉裂；在保压过程中要求传动机构的扭矩进一步增大，使板料始终与模具接触良好，并完成淬火效果。伺服电机在额定转速之内是恒转矩输出，超过额定转速后是恒功率输出，随着转速升高转矩下降。传统伺服压力机传动系统，如采用丝杆和肘杆组合传动的典型六杆机构的伺服压力机，电机在额定转速(匀速或者变速)内只能实现额定转矩输出，机构参数确定后无法满足滑块变速和机构机械利益进一步增大的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，该压力机传动系统的机械利益进一步增大，减少电机容量，可获得更好的滑块运动学和动力学特性，结构紧凑、刚度强度高、承载能力大、可靠性高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，包括：机架、动力装置和变速箱，所述变速箱设置于机架顶部，所述变速箱的输入端与动力装置连接，所述变速箱的输出端连接有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮下方的机架具有水平设置的非圆齿轮主动轴，所述非圆齿轮主动轴两端对称设置有非圆主动齿轮，所述非圆齿轮主动轴中部具有从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，所述非圆齿轮主动轴下方设置有非圆齿轮从动轴，所述非圆齿轮从动轴上与非圆主动齿轮位置对应处设置有非圆从动齿轮，所述非圆主动齿轮与非圆从动齿轮啮合，所述非圆齿轮从动轴中部具有偏心轴，所述偏心轴上套装有连杆，所述连杆末端连接有滑块，所述滑块底部对称设置有肘杆机构，所述肘杆机构与滑座铰接，所述滑座底部具有上模具，所述上模具下方具有下模具，所述下模具设置于底座表面，所述下模具表面用于放置工件。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述肘杆机构包括驱动杆、下肘杆和上肘杆，所述驱动杆上部与滑块铰接，所述下肘杆下部与滑座铰接，所述上肘杆上部与机架内侧铰接，所述驱动杆、下肘杆和上肘杆的自由端铰接在一起。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述机架两侧对称设置有平衡气缸，所述平衡气缸的输出端连接有拉杆，所述拉杆末端具有垂直连接的支撑板，所述支撑板与滑座连接。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述动力装置的数量为三个，所述变速箱具有变速大齿轮，所述变速大齿轮周向均匀啮合有三个变速小齿轮，每一所述变速小齿轮与一个动力装置连接。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述非圆主动齿轮与非圆从动齿轮的传动比函数i12为：
其中：非圆主动齿轮的转动角度为时，对应的节曲线向径为r1；非圆从动齿轮的转动角度为对应的节曲线向径为r2。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述非圆主动齿轮与非圆从动齿轮的节曲线方程为：
其中：a为非圆主动齿轮与非圆从动齿轮中心距。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述非圆主动齿轮与非圆从动齿轮的节曲线通过滑座的运动学曲线反求得到；所述非圆主动齿轮与非圆从动齿轮的节曲线通过滑座的运动学曲线由多段自由曲线拟合而成；所述滑座的运动学曲线由变速冲压工艺曲线确定。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，所述滑座输出的力大小FMAX与两组非圆从动齿轮上的共同扭矩M1关系如下：
式中，α、λ、γ是与机构参数相关的角度参数，当α、λ、γ都为15°、l8约为500mm时，FMAX≈48M1≡48×F1×r2，其中F1是非圆从动齿轮所对应向径齿廓处力大小。当非圆齿轮从动轮节曲线向径r2≈400～600mm；
FMAX≈(19.2～28.8)F1。
本发明的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，两组所述非圆主动齿轮(7)上的共同扭矩M0与M1关系如下：
考虑非圆齿轮安装结构与安装设计空间限制，所述的非圆齿轮传动比i12一般在0.5至2之间，即M1＝0.5M0～2M0。在公称行程附近，尤其在低速阶段，非圆齿轮驱动冲压滑块输出的力相对于圆齿轮驱动滑块输出的力，理想增力倍数约为2，则本发明传动机构的增力系数约为9.6～57.6。
本发明产生的有益效果是：提出一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，相比传统伺服压力机传动系统中常采用丝杆和肘杆机构组合传动的典型六杆机构，电机在额定转速(匀速或者变速)内只能实现额定转矩输出，机构参数确定后无法进一步实现增力的不足，本发明提出采用非圆齿轮、曲柄滑块、肘杆机构三种机构组合传动的九杆增力式伺服热冲压压力机，不仅能够逆向设计主、从动非圆齿轮的节曲线、齿廓，实现连续精密的变速热冲压工艺，同时还能够实现冲压过程中工作段低速增力、空行程段快速减力、小行程变速增力和减力混合联动的要求，也满足热冲压过程中板坯的成形与成性要求，进一步提高伺服热冲压压力机的可靠性，改变传统伺服压力机传动系统中螺杆与肘杆运动需要电机频繁正反转的缺点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的示意图；
图2是本发明实施例的上模具在上死点时的结构示意图；
图3是本发明实施例的变速箱俯视图；
图4是本发明实施例的传动机构简图；
图5是本发明实施例拟构造的冲压曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，包括：机架1、动力装置2和变速箱3，所述变速箱3设置于机架1顶部，所述变速箱3的输入端与动力装置2连接，所述变速箱3的输出端连接有主动锥齿轮4，所述主动锥齿轮4下方的机架1具有水平设置的非圆齿轮主动轴5，所述非圆齿轮主动轴5两端对称设置有非圆主动齿轮7，所述非圆齿轮主动轴5中部具有从动锥齿轮6，所述主动锥齿轮4与从动锥齿轮6啮合，所述非圆齿轮主动轴5下方设置有非圆齿轮从动轴8，所述非圆齿轮从动轴8上与非圆主动齿轮7位置对应处设置有非圆从动齿轮9，所述非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9啮合，所述非圆齿轮从动轴8中部具有偏心轴10，所述偏心轴10上套装有连杆11，所述连杆11末端连接有滑块12，所述滑块12底部对称设置有肘杆机构，所述肘杆机构与滑座15铰接，所述滑座15底部具有上模具17，所述上模具17下方具有下模具19，所述下模具19设置于底座20表面，所述下模具19表面用于放置工件18。
本发明的优选实施例中，所述肘杆机构包括驱动杆13、下肘杆14和上肘杆15，所述驱动杆13上部与滑块12铰接，所述下肘杆14下部与滑座15铰接，所述上肘杆15上部与机架1内侧铰接，所述驱动杆13、下肘杆14和上肘杆15的自由端铰接在一起。
本发明的优选实施例中，所述机架1两侧对称设置有平衡气缸21，所述平衡气缸21的输出端连接有拉杆22，所述拉杆22末端具有垂直连接的支撑板23，所述支撑板23与滑座15连接。
本发明的优选实施例中，所述动力装置2的数量为三个，所述变速箱3具有变速大齿轮301，所述变速大齿轮301周向均匀啮合有三个变速小齿轮302，每一所述变速小齿轮302与一个动力装置2连接。
本发明的优选实施例中，所述非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9的传动比函数i12为：
其中：非圆主动齿轮7的转动角度为时，对应的节曲线向径为r1；非圆从动齿轮9的转动角度为对应的节曲线向径为r2。
本发明的优选实施例中，所述非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9的节曲线方程为：
其中：a为非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9中心距。
本发明的优选实施例中，所述非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9的节曲线通过滑座15的运动学曲线反求得到；所述非圆主动齿轮7与非圆从动齿轮9的节曲线通过滑座15的运动学曲线由多段自由曲线拟合而成；所述滑座15的运动学曲线由变速冲压工艺曲线确定。
10.根据权利要求7所述的一种具有非圆齿轮的九杆增力式伺服热冲压压力机，其特征在于，所述滑座15输出的力大小FMAX与两组非圆从动齿轮9上的共同扭矩M1关系如下：
式中，α、λ、γ是与机构参数相关的角度参数，当α、λ、γ都为15°、l8约为500mm时，FMAX≈48M1≡48×F1×r2，其中F1是非圆从动齿轮所对应向径齿廓处力大小。当非圆齿轮从动轮节曲线向径r2≈400～600mm，FMAX≈(19.2～28.8)F1。
本发明的优选实施例中，两组所述非圆主动齿轮7上的共同扭矩M0与M1关系如下：
考虑非圆齿轮安装结构与安装设计空间限制，所述的非圆齿轮传动比i12一般在0.5至2之间，即M1＝0.5M0～2M0。在公称行程附近，尤其在低速阶段，非圆齿轮驱动冲压滑块输出的力相对于圆齿轮驱动滑块输出的力，理想增力倍数约为2，则本发明传动机构的增力系数约为9.6～57.6。
本发明有以下特点：包括对称非圆齿轮副机构、曲柄滑块机构和对称肘杆机构；非圆齿轮副机构包括主动非圆齿轮与从动非圆齿轮；并联驱动的多个伺服电机通过减速装置带动主动非圆齿轮轴匀速转动，主动非圆齿轮带动从动非圆齿轮非匀速转动；从动非圆齿轮带动曲柄轴非匀速转动，推动滑块上下运动；曲柄滑块机构带动肘杆机构运动；肘杆机构带动冲压滑座实现特定上下变速运动。优点是能够实现连续精密的变速热冲压工艺，冲压过程中工作段低速增力、空行程段快速减力、小行程变速增力和减力混合联动，压力机传动系统的机械利益进一步增大，减少电机容量，可获得更好的滑块运动学和动力学特性，结构紧凑、刚度强度高、承载能力大、可靠性高。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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