曲柄连杆滑块机构的结构原理及应用

图7-5 曲轴的不同结构形式

a）纯曲轴 b）偏心轴 c）曲拐轴

1.曲轴

（1）曲轴的结构形式及材料 曲轴（主轴）是曲柄压力机传递运动和动力的主要零件，它与滑块的行程和允许作用力有关。通用压力机的曲轴有四种基本形式，如图7-5和图7-6所示。

1）纯曲轴，如图7-5a所示。纯曲轴有两个对称的支承颈和一个曲柄颈，曲柄半径为R，适用于滑块行程较大的压力机。按曲柄数目不同，又可分为单曲柄式和双曲柄式，后者适用于工作台面较大的压力机，如双点或四点压力机。纯曲轴的曲柄直径较小，传动效率高，广泛用于中小型压力机。

2）偏心轴，如图7-5b所示。曲柄颈短而粗，支座间距小，刚性好。缺点是偏心直径大，摩擦损耗多，制造困难。适用于行程小的压力机。该曲轴形式广泛用于热模锻压力机上。

3）曲拐轴，如图7-5c所示。由于曲拐颈在轴的一端形成悬臂，故刚性较差，随着曲柄半径R的增大，摩擦损耗增大，但结构简单、易于制造、维修方便，适用于小行程的开式压力机，并且曲拐轴轴线垂直于机身正面，为纵向放置。

4）偏心齿轮和心轴，如图7-6所示。偏心齿轮通过心轴安装在机身上，心轴与大齿轮同心，大齿轮旋转起曲柄作用。偏心距等于曲柄半径。图7-6所示的三种不同的偏心齿轮和心轴结构，适合用于中大型板料成形的压力机，心轴在压力机工作时不传递转矩，仅承受弯矩作用，故心轴的受力情况有所改善。

5）曲柄压力机的曲轴结构尺寸较大，工作时承受巨大冲击力与高频疲劳载荷，一般用45钢锻造而成，大型曲柄压力机的曲轴用合金钢（如40Cr、40CrMnMo）锻造而成，碳钢的锻造比为2.5～3.0，合金钢的锻造比大于3.0。曲轴锻件在粗加工后调质处理并进行超声波检测。曲轴的支承颈、曲柄颈和圆角处均应进行磨光、滚压强化，以提高使用寿命。

图7-6 偏心齿轮与心轴复合而成的曲轴

a）普通心轴 b）组合整体细心轴 c）两半悬臂心轴

图7-7 滑块许用负荷图

（2）滑块许用负荷图 滑块许用负荷图是指曲柄压力机工作时，滑块上允许的最大力[F]与曲柄转角α的关系曲线，如图7-7所示。在使用曲柄压力机时，需要了解滑块的许用负荷图，保证滑块在任何位置上的作用力不超过相应的许用值，使之处于安全工作状态。

不同结构的曲柄压力机有不同的滑块许用负荷图。要保证曲柄压力机安全工作，滑块上作用的工件变形抗力F必须处于图7-7中折线acd以内的区域。

2.连杆

曲柄连杆滑块机构将曲柄的旋转运动转换成滑块的直线运动，连杆作平面摆动。连杆的大端与曲轴铰接，小端与滑块铰接。

按驱动滑块的连杆个数划分，可分为单点（一根连杆）、双点（两根连杆）、四点（四根连杆）三种形式。

按装模高度H的调节方式划分，连杆可分为长度可调节和不可调节两种结构形式。

（1）长度可调节的连杆 连杆长度是指连杆大小端铰接中心之间的长度。图7-8所示为长度可调节连杆结构。

该连杆由连杆体和调节螺杆组成。调节螺杆下端用球头（见图7-8a）或柱销（见图7-8b）与滑块连接。图7-8中的两种连杆结构均采用手动方式来调节装模高度。

对于大型压力机，由于滑块尺寸大、质量大，通常采用图7-9所示的蜗杆或齿轮机构进行装模高度的机动调节。

（2）长度不可调节的连杆 为了保证连杆有足够的强度、刚度和尺寸精度，受力较大的大中型曲柄压力机多采用长度不可调节的连杆，如图7-10、图7-11所示。

图7-8 长度可调节的连杆结构

a）球头式 b）柱销式

图7-9 J31-315型机械压力机连杆长度调节装置(www.xing528.com)

1—连杆体 2—调节螺杆 3—滑块 4—拨块 5—蜗轮 6—过载保护装置 7—偏心齿轮 8—心轴 9—调模电动机 10—蜗杆

图7-10 JA31-160型压力机的连杆及装模高度调节装置

1—蜗轮 2—调节螺杆 3—导套 4—连杆 5—蜗杆 6—滑块 7—顶料杆 8—连杆销

图7-11 柱塞式导向连杆及装模高度调节装置

1—偏心齿轮 2—连杆 3—上横梁 4—导套 5—调节螺杆

（3）调节装模高度 图7-11中的柱塞式导向连杆常用在大型压力机上。图7-10、图7-11所示结构的连杆大小端长度不变，可通过调节连杆小端与滑块下表面的距离来调节封闭高度。这是因为曲柄压力机工作台上表面距曲轴回转中心的长度L₀＝常数，如图7-12所示。

由图7-12可知曲柄压力机的封闭高度h＝L₀-R-（L₁+L₂）。

通常，曲柄半径R是不可调节的，故L₀-R是一个不变的常数C。因此，封闭高度为

h＝C-（L₁-L₂）

显然，改变L₁或L₂均可对封闭高度h进行调节。连杆长度可调节结构（见图7-8、图7-9）是通过改变L₁，连杆长度不可调节结构（见图7-10、图7-11）是通过改变L₂来调节封闭高度h的。而热模锻压力机则是通过改变L₀来实现调节封闭高度h的。

图7-12 封闭高度

装模高度H＝h-δ，δ为图7-12中的垫板厚度，装模高度H和封闭高度h相差δ。调节封闭高度h即是调节装模高度H。

（4）连杆等的材料与表面硬度 连杆体一般用ZG270-500或HT200铸成，调节螺杆一般用45钢锻成，圆球传力部分表面硬度为42HRC，圆柱销用40Cr锻成，表面硬度为52HRC。

3.滑块与导轨

滑块将连杆的摆动转变为直线往复运动，为模具提供初步的导向。所谓初步导向，是因为冲压工艺要求的精确导向要进一步靠模具上的导向来保证。在工作时，滑块将连杆传递的作用力通过模具作用于工件，连杆产生的侧向力通过滑块导轨传至机身获得平衡。此外，在滑块上还要安装其他辅助装置，如打料杆、超载保护装置、装模高度调节装置等。

压力机的滑块结构一般为箱形件。滑块底面设有T形槽，小型压力机的滑块底面中心还有模柄孔，以便将上模与滑块相连。

常见的滑块导向形式如图7-13所示。

图7-13 滑块导向形式

a）双面V形导轨 b）单面V形导轨 c）后平面、前斜面导轨 d）前后均斜面导轨 e）八面均平导轨

图7-13a所示的滑块有两个V形导轨，一个固定，另一个可单面调节导轨间隙。图7-13b中滑块有两个带后面导向的导轨，一个固定，另一个可单面调节导轨间隙。图7-13a、b所示的导轨形式适用于曲轴横置的小型开式压力机。图7-13c、d、e所示的导轨形式适用于曲轴纵置的闭式压力机，因其滑块尺寸较大，故前后均应设置导向。

图7-13c所示的导轨有四个导向面，其中两个后面的固定，两个前面的成45°，可通过螺栓来调节导轨间隙，这种结构形式多用于大中型闭式压力机。

图7-13d所示的导轨有四个成45°的导向面，每个导向面均可调节导轨间隙。这种结构主要用于滑块比较重，又不能作水平移动的压力机。例如，带附加导向柱塞连杆的偏心齿轮压力机即采用这种结构形式。

图7-13e所示为一种新结构，有八个导向面，每个导向面都有一组推拉螺钉，进行单独调节，这种结构导向精度高，调节方便。

滑块是一个复杂的箱形结构，可用铸铁铸造而成或用钢板焊接而成，常用的材料有HT200、Q235、Q345（16Mn）等。导轨滑动面常用的材料有HT200、ZCuZn38Mn2Pb2和酚醛层压布板等。