通用压力机- 离合器飞轮

冲压与塑压设备第二章 通用压力机 通用压力机第一节 概述第二节 曲柄滑块机构第四节 辅助装置第五节 压力机的选择、使用与维修第三节 离合器、制动器、电动机及飞轮 一、离合器二、制动器三、电动机及飞轮第三节 离合器、制动器、电动机及飞轮 在通用压力机的动力传动系统和工作机构中，根据工作需要，滑块的工作方式可以有单次行程、 连续行程、 寸动行程和紧急停止四种。滑块的不同工作方式是通过操纵机构对离合器和制动器进行脱开和接合控制实现的，从操作的可靠性和安全性考虑，操纵系统必须符合以下要求： 操纵系统 1.离合器和制动器的动作必须协调未工作时离合器是脱开状态，制动器是制动状态。要开始工作时，操纵机构动作开始前，制动器要先脱开，离合器稍微滞后一点时间再接合；冲压工作结束空行程时，离合器先脱开，制动器稍微滞后一点时间再接合。否则会互相干涉，不仅造成能量损耗，而且加剧离合器和制动器的磨损、 过热，甚至损坏压力机。 操纵系统 2. 工作正确，不能有误动作单次行程时不能出现连续行程动作。小型压力机没有紧急停止装置，这是不安全的。 操纵系统 3. 动作要灵敏、 稳定、 可靠正常停机时滑块应准确停止在上死点位置。紧急停车和寸动行程时滑块应准确停止在预定位置上。 操纵系统 （一）刚性离合器1.抽键式刚性离合器2.转键式刚性离合器3.离合器的操纵机构（二）摩擦离合器一、离合器 压力机的离合器由主动部分、 从动部分、 连接零件以及操纵机构组成。刚性离合器一般靠接合零件把主动部分和从动部分刚性地连接起来，按接合零件的结构不同又分为抽键式、 转键式、 牙嵌式、 滚柱式四种。摩擦离合器的接合件是主动摩擦片和从动摩擦片，它们依靠摩擦力接合在一起，这类离合器按其工作情况分为干式离合器和湿式离合器。按摩擦面的形状又分为圆盘式、 浮动镶块式和圆锥式。一、离合器 工作原理为：由踏板带动操纵机构，使离合器闸叉 5 下移，抽键 4 因弹簧 7 的作用而前移，插入飞轮 2 的月形凹槽 3 内，因离合器体 9 是用平键 8 和曲轴 1 连接的，故飞轮 2 带动离合器旋转时,曲轴 1 也一起旋转。当松开踏板时，闸叉 5 的斜楔作用，将抽键从飞1轮的月形凹槽 3 内抽出，使离合器分离，飞轮空转，曲轴和滑块停止工作。抽键式刚性离合器 1曲轴2飞轮3月形凹槽4抽键 5闸叉 6、7弹簧8平键9离合器体 转键式离合器按转键的数目分为单转键式和双转键式。转键中部的形状有半圆形和矩形两种，即半圆形转键离合器和矩形转键离合器，后者又称切向转键离合器。主动部分包括大齿轮 8、 中套 4 和两个滑动轴承 1、 5 等；从动部分包括曲轴 3、 内套 2 和外套 6等；接合件是工作键16和副键 15；操纵机构由关闭器9 等组成( C - C 剖视图)。中套用平键 14 与大齿轮连接 ( D - D 剖视图的左图)，其内缘有四个半圆形槽。转键式刚性离合器 转键式刚性离合器 曲轴的右端以及内、外套的内缘上也各有两个半圆形槽，直径与中套上的半圆形槽直径相同，转键（即工作键和副键）的两端为圆柱轴颈，支承在由曲轴和内、 外套上的半圆式槽组成的孔中；转键中部的内缘与曲轴上的半圆形槽配合，外缘与曲轴的外表面构成一个圆。当中套上的半圆形槽与曲轴上的半圆形槽恰好对正并形成整圆时，在操纵机构的控制下，转键便绕自己的轴线转动，进入离合器的接合位置。转键式刚性离合器 双转键式离合器：工作键16(又称主键)和副键15(又称填充键)。两键的右端都装有键柄，两键柄又由拉板 17 相连( E 向视图的右图) ，副键跟着工作键转动，但两者转向相反。当压力机用拉深垫或弹性压边圈进行拉深加工时，副键可以防止滑块回程时由于拉深垫或弹性压边圈的回弹力而引起的 “超前” 现象。装设副键后，在调整模具时能够使曲柄反转。转键式刚性离合器 当需要离合器接合时，就使关闭器转动，让开尾板 10，尾板连同工作键在弹簧 11 的作用下，有向反时针方向旋转的趋势。最多旋转 90，只要中套上的半圆形槽与曲轴上的半圆形槽对正，工作键便立即向反时针方向转过一个角度，离合器完成接合，大齿轮则经过中套和工作键的中部带动曲轴向反时针方向旋转。转键式刚性离合器 当需要离合器脱开时，操纵机构的复位弹簧使关闭器返回原位，挡住尾板迫使尾板连同工作键向顺时针方向转至原位( D - D 剖视图的左图)，工作键中部的外缘又与曲轴的外表面构成一个整圆，于是曲轴与中套脱开，大齿轮空转，曲轴在制动器作用下停止转动, 滑块停于上止点。 转键式刚性离合器 矩形转键离合器：转键的中部呈近似的矩形截面，强度较好，但转动惯量较大，冲击较大。转键式刚性离合器 离合器的操纵机构1齿轮2凸块3打棒4台阶面 5拉杆6电磁铁7衔铁8摆杆9机身10关闭器11销子12齿条 离合器的操纵机构1齿轮2凸块3打棒4台阶面 5拉杆6电磁铁7衔铁8摆杆9机身10关闭器11销子12齿条 预先用销子 11 将拉杆 5 与右边的打棒 3 连接起来，形成单次行程工作状态。工作时踩下踏板，使电磁铁 6 通电，衔铁上吸，拉杆 5 向下拉打棒 3，由于打棒的台阶面 4 压在齿条12 上面，于是齿条也跟着向下，齿条带动齿轮 1 和关闭器 10 转过一定角度，尾板与转键便在拉簧的作用下转动，离合器接合，曲轴旋转，滑块向下运动。 离合器的操纵机构单次行程 在曲轴旋转一周之前，操纵者即使松开操纵踏板，电磁铁仍然处于通电状态。但随曲轴一起旋转的凸块 2将撞开打棒3，齿条与打棒脱离，并在下端弹簧的作用下向上运动，经齿轮带动关闭器回到原位置，离合器脱开，曲轴在制动器作用下停止转动，滑块完成单次行程。若要再次进行单次行程，必须先使电磁铁断电，让打棒在它下面的弹簧作用下复位，并重新压住齿条，才能实现再次行程。离合器的操纵机构单次行程 先用销子将拉杆 5 与左边齿条 12 连接起来，形成连续行程工作状态。工作时使电磁铁通电，衔铁上吸，拉杆向下拉齿条，经齿轮带动关闭器10转过一定角度，离合器接合，曲轴旋转。凸块2和打棒3已不起作用，如不松开踏板使电磁铁断电，滑块便作连续行程。要使离合器脱开和曲轴停止转动，必须松开踏板切断电磁铁的电源，齿条才能在它下面弹簧的作用下向上移动，经齿轮使关闭器10复位并挡住尾板。 离合器的操纵机构连续行程 采用上述操纵机构，由单次行程转换成连续行程时，需要拆装拉杆上的销子，改变拉杆的位置，使用不够方便。在某些压力机的转键离合器的操纵机构中，改变为拉杆直接与齿条连接，由电器控制线路与操纵机构配合，要改变转换开关的位置，即可实现单次行程与连续行程的变换，使用比较方便，而且结构简单。离合器的操纵机构单次行程与连续行程的变换 通用压力机上的摩擦离合器 - 制动器的结构型式很多，按工作情况分为干式和湿式两种。 干式摩擦离合器 - 制动器的摩擦面暴露在空气中。湿式摩擦离合器 - 制动器由多对摩擦片组成，浸泡在润滑油里，接合平稳，噪音小，散热情况好，但结构复杂，造价高。按其摩擦面的形状，又有圆盘式、 浮动镶块式和圆锥式等。目前常用的干式摩擦离合器 - 制动器是圆盘式结构。 摩擦离合器 摩擦离合器 - 制动器结构复杂，制造成本高，需要气源，应用上受到一定的限制。摩擦离合器 - 制动器必须安全、 可靠，制动时间短，制动器工作温度低，通常摩擦离合器和制动器的工作温度不得超过70 ，最高不得超过100 。左：离合器右：制动器用推杆5刚性连锁。 摩擦离合器 由大带轮(飞轮)7、 离合器内齿圈 8、 主动摩擦片 9、 气缸 1、 活塞 2 和推杆 5 等组成。在大带轮上固接离合器内齿圈，离合器内齿圈与主动摩擦片的轮齿相啮合。只要压力机电动机旋转，大带轮、 离合器内齿圈、 主动摩擦片就不停旋转。 摩擦离合器主动部分 由空心传动轴 4、 从动摩擦片 6、 离合器外齿圈 3 以及制动器外齿圈 13 和摩擦片12 等组成。空心传动轴上固接离合器外齿圈，离合器外齿圈与从动摩擦片的轮齿相啮合。大带轮并不直接与空心传动轴装在一起，而是支承在滚动轴承上，因此平时大带轮旋转时空心传动轴并不旋转。接合件是主动摩擦片和从动摩擦片。摩擦片的 材料多为铜基粉末冶金摩擦材料。 摩擦离合器从动部分 电磁空气分配阀通电开启后，压缩空气进入离合器气缸，向右推动活塞，使离合器主、 从动摩擦片被压紧，大带轮便可以带动空心传动轴转动；同时空心传动轴内的推杆向右移动，带动制动器外齿圈压缩制动弹簧，于是制动器在离合器接合之前已经脱开。电磁空气分配阀断电后，离合器气缸与大气相通，气缸排气，在制动弹簧作用下，空心传动轴内的推杆推动活塞向左移动，离合器脱开；同时制动弹簧释放，于是制动器摩擦片被压紧，产生制动作用，从而迫使从动部分停止运动。 摩擦离合器动作过程 由气缸、 活塞和压缩空气控制系统等组成。离合器和制动器接合和脱开的先后次序是靠推杆完成的，又称为机械连锁的离合器 - 制动器。两端悬臂的浮动镶块式摩擦离合器 - 制动器、 两端悬臂的圆盘式离合器 - 制动器。干式摩擦离合器 - 制动器往往出现离合器过热和摩擦片(块)容易损坏，摩擦片(块)寿命低，噪音大。由于离合器传递扭矩比较大，使得离合器外形尺寸较大，不能满足高档压力机的需要。摩擦离合器操纵机构 与干式摩擦离合器 - 制动器大致相同， 但湿式摩擦离合器 - 制动器浸泡在油里，主、 从动摩擦片之间充入机油，靠剪切油液产生的摩擦力传递扭矩，主、从动摩擦片之间不接触，因此不会磨损，噪音小，散热好，寿命长，但结构复杂，制造成本高。由于油的切应力通常比摩擦系数小，同等条件下，湿式摩擦离合器 - 制动器传递扭矩能力不如干式摩擦离合器 - 制动器。摩擦离合器湿式摩擦离合器- 制动器 摩擦离合器比刚性离合器结构复杂，价格高，但是性能优于刚性离合器。摩擦离合器和刚性离合器的性能对比见表。 摩擦离合器湿式摩擦离合器- 制动器 制动器分为圆盘式、 带式和闸瓦式三种，都通过摩擦作用产生制动力矩。带式分为偏心式、 凸轮式和气动式三种。 带式制动器 制动器分为圆盘式、 带式和闸瓦式三种，都通过摩擦作用产生制动力矩。带式分为偏心式、 凸轮式和气动式三种。 带式制动器 由制动轮 6、 制动带 4、 摩擦材料 5、 制动弹簧 2 和调节螺钉 1 等组成。摩擦材料铆接在制动带上，制动带的紧边 7 固定在机身上，松边3 用制动弹簧张紧，制动轮和曲轴用平键相连，其外圆对曲轴轴颈有一偏心矩。当曲轴靠近上止点时，制动带绷得最紧，制动力矩最大；曲轴在其他角度时，制动带也不完全松开，仍然保持一定的制动力矩，用以克服刚性离合器的超前现象。 制动力矩的大小可用调节螺钉进行调节。 偏心带式制动器 1调节螺钉2制动弹簧3松边4制动带5摩擦材料6制动轮7紧边8机身 偏心带式制动器结构简单，常处于制动状态会增加压力机的能量消耗，加速摩擦材料的磨损。偏心带式制动器与刚性离合器配合使用，安置在曲轴的另一端，用于小型压力机上。带式制动器 1调节螺钉2制动弹簧3松边4制动带5摩擦材料6制动轮7紧边8机身 凸轮带式制动器的张紧依靠弹簧，松开依靠凸轮和杠杆。压力机在非制动行程时，可以完全松开制动带，能量损耗较小。气动带式制动器的张紧和松开依靠弹簧和气缸，能量损耗小，但结构较复杂，需用气源。带式制动器 摩擦离合器和制动器是靠摩擦副的摩擦传递力矩的，摩擦副的性能和工作能力取决于摩擦片材料的质量和性能。对压力机摩擦离合器和制动器所用摩擦片材料的要求是： 具有足够高的摩擦系数，特别是在一定温度范围内保持摩擦系数的热稳定性。 摩擦片有较长的使用寿命，在一定温度内有较高的耐磨性。 为使离合器、 制动器在接合、 制动时产生的热量能够及时散出，摩擦片材料应具有良好的热传导性。 为了保证摩擦面的良好接触，摩擦片材料应具有良好的磨合性。 为了保证摩擦面无咬合和粘结现象，摩擦片材料应具有良好的抗咬合性。摩擦片材料 石棉树脂摩擦材料以石棉纤维为基本材料，占材料的 40%60%。石棉纤维具有较高的耐热性、 耐磨性和强度。粘结剂为酚醛树脂、 各种改性的酚醛树脂和橡胶，占材料的 20%30%。粘结剂将各种材料均匀地粘结在一起，不同的粘结剂和不同的配比量对摩擦片材料的性能和强度有较大的影响。其余材料为填料，如矾土、 硫酸钡、 三氧化二铁、 石英、 金刚砂、 沥青和橡胶粉末等材料。上述材料搅拌均匀，在一定温度下模压成型。石棉树脂摩擦片材料 国产石棉树脂摩擦材料 M219 的性能为：摩擦系数= 0 .270 .37；摩擦表面温度为450 ；许用磨损系数 K = 170180 Nm/ ( cm2min)；磨损率W = 0.510-7cm3/( Nm)；摩擦面允许单位压力 p = 1.8106Pa。石棉树脂摩擦片材料 铜基粉末冶金材料，铜基粉末材料占 60%90%，其余为锡、 铅、 锌、 铁等粉末材料，混合后模压、 烧结而成。铁基粉末冶金材料，铁基粉末材料占 50%70%，其余为镍、 铬、 钼粉末材料和二硫化钼，混合后模压、 烧结而成。粉末冶金摩擦材料 国产某铜基粉末冶金材料的性能(干式)为：静摩擦系数j = 0 .320 .42；动摩擦系数d =0 .250 .33；摩擦面允许单位压力 p = 2 .5106Pa；磨损率W = 0 .310-7cm3/( Ncm)。 粉末冶金摩擦材料 以钢纤维为基本材料，再加入金属或金属氧化物粉末、 填充物、 粘结剂和润滑剂等，混合后在一定温度下模压成型。半金属摩擦材料比石棉树脂摩擦材料的性能、 使用寿命要高，生产成本也高，但使用时无粉末，无污染。半金属摩擦材料 国产 SSMFM-88 半金属摩擦材料的性能为：静摩擦系数= 0 .436；摩擦面允许单位压力 p = 1 .2106Pa；摩擦表面温度为 300 ；磨损率W = 0 .26910-7cm3/(Nm)。半金属摩擦材料 摩擦离合器-制动器的操纵系统一般采用压缩空气或液压传动。从安全性考虑，应该使用压缩空气或液压推动离合器接合，而用弹簧对制动器进行制动。因为在压缩空气或液压传动发生故障时，没有了动力，离合器会自动脱开，同时制动器制动，压力机停止工作。摩擦离合器-制动器的操纵系统 根据离合器和制动器之间的动作联锁形式不同，有机械刚性联锁和非刚性联锁。机械刚性联锁的离合器和制动器，是通过推杆把离合器和制动器连接起来。非刚性联锁的离合器和制动器分别通过其他装置进行连接和互锁，如双阀与柔性阀装置、 正联锁电磁阀与单向节流阀装置等。气动操纵系统 摩擦离合器采用液压操纵系统时，所需油压比压缩空气要高，约为压缩空气的 10 倍，达到4.06.0 MPa。 液压控制时，离合器接合噪音小，改善了劳动条件，而且安全，易调节，无污染。液压操纵系统 电动机的功能是为压力机提供原始能量和转速。曲柄压力机的负载属于冲击负载，即在一个工作周期的较短时间内承受工作负载，而较长的时间是空程运转，若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率，则其功率将会很大。例如用 J31 - 315 型压力机冲裁直径为 100 mm、 厚度为23 mm 的 Q235 钢板时，工件变形力为 3 150 kN，工件变形功为 22 800 J，所需功率为456 kW。为减小电动机功率,在传动系统中设置了飞轮。 电动机和飞轮 当滑块不动时，电动机带动飞轮旋转，使其储备动能，而在冲压工件的瞬时，主要靠飞轮释放能量。工件冲压完毕后负载减小，于是电动机带动飞轮加速旋转，使其在冲压下一个工件前恢复到原来的角速度。这样，冲压工件所需的能量，不是直接由电动机供给，而是主要由飞轮供给，所以电动机所需的功率便可大大减小。例如，J31 - 315 型压力机传动系统中装置飞轮后，电动机功率仅用 30 kW 即可，为不用飞轮时的 7%左右。 电动机和飞轮 飞轮的机械调速作用是用来保证压力机在高峰负荷期间，电动机不致超出允许转差率范围，同时由于其巨大的惯性力释放出的能量，使压力机的工作机构能够提供制件冲压所需的变形力。另外，在冲压工作行程中，飞轮释放能量使其转速有所下降，而在压力机空程运转时电动机能使飞轮的转速迅速升高，恢复能量。 电动机和飞轮 由于电动机的功率小于压力机工作行程的瞬时功率，在压力机进入工作行程时，工作机构受到很大的阻力，电动机的负载增大，转差率随之增大。一旦电动机瞬时转差率大于电动机临界转差率，电动机转矩反而下降，甚至迅速停止转动，这种现象称为电动机颠覆。电动机在超载条件下运行会严重发热。给电动机配置一个飞轮，相当于增大了电动机转子的转动惯量。在曲柄压力机传动中，飞轮的惯性拖动的扭矩占总扭矩的 85%以上，故没有飞轮电动机就不能正常工作。 电动机和飞轮 飞轮是储存能量的，它的尺寸、 质量和转速对能量有很大影响。飞轮材料常采用铸铁或铸钢。由于飞轮转速过高会使飞轮破裂，因此铸铁飞轮圆转速应小于或等于 25 m/ s，最高不超过30 m/ s；铸钢飞轮圆转速小于或等于 40 m/s，最高不超过 50 m/ s。 电动机和飞轮 使用飞轮时还应注意两点：在下一个工作周期开始工作之前，电动机应能使飞轮恢复到应有的转速；电动机带动飞轮起动的时间不得超过 20 s。否则，如果时间太长，由于电动机电流过大，线圈过热将加速绝缘老化，缩短电动机使用寿命，甚至会引起电动机的烧毁或跳闸。 电动机和飞轮