多电机转盘轴承与行星齿轮对称组合式伺服热模锻压力机

本发明属于锻压设备领域中的热模锻压力机种类，具体涉及一种多电机转盘轴承与行星齿轮对称组合式伺服热模锻压力机。

背景技术：

1、热模锻压力机依靠曲柄连杆机构，将偏心轴的旋转运动高效转化为滑块的直线往复运动，通过滑块的精准下压动作完成各类锻压加工作业。具有运行效率高、刚性好、能耗低、结构简单、工作稳定等特点，广泛用于汽车制造、拖拉机生产、轨道交通、石油化工及军工等多个工业领域。随着高强度、难变形金属在航空航天、军事工业等领域的应用不断扩大，以及高端装备对复杂冲压板件的性能需求日益增加，对热模锻压力机锻造能力、设备刚度要求不断提高，同时对热模锻压力机传动轮系的减速增矩能力、结构简化等要求不断提高。

2、传统热模锻压力机往往采用交流异步电动机作为动力源驱动传动轮系，该电机虽然具备基础运行可靠、成本低的优势，但自身调速性能差、轻载工况功率因数与运行效率偏低，难以适配压力机长时间的空载待机、瞬时冲击锻压的间歇工况。异步电机在载荷突变时转速波动明显，电机本身不具备优良的制动能力，造成热模锻压力机的气动摩擦离合器和制动器的尺寸庞大、结构复杂、成本高。依靠庞大尺寸的气动离合器和制动器实现滑块的精准启停，不仅增加整机结构复杂度，离合器、制动器长期承受高频冲击载荷，磨损严重，设备后期维护成本显著提升。

3、传统的热模锻压力机按照传动轮系结构的不同可以分为单级传动式热模锻压力机、多级传动式热模锻压力机和行星齿轮传动式热模锻压力机。

4、上述的单级传动式热模锻压力机的核心传动路线为电机—飞轮—曲轴直连减速传动，整套动力传递路径依靠皮带轮传动副搭配一组啮合齿轮完成动力转换与减速。该传动方案零部件数量少、装配逻辑简洁，整机生产加工难度较低，能够有效控制整机制造成本，后期齿轮、皮带等易损件的检修、更换操作简单便捷，日常保养维护工作量小。但该传动形式减速能力有限，整体减速比偏小，经传动放大后的输出扭矩存在明显上限，难以满足大吨位锻造、冲压工况的出力需求。

5、当设备设计公称压力不断提高，中小吨位适用的单级传动无法匹配大扭矩输出要求，因此大型重型热模锻压力机普遍改用多级传动结构，依靠两级或更多级齿轮副逐级啮合传动，实现大减速比，大幅放大输出扭矩，设备承载能力与输出功率显著提升，可适配大载荷热模锻、厚板冲压等重型加工场景。不过多级齿轮传动需要布置多组齿轮、传动轴与配套轴承，传动系统零部件数量大幅增加，整机结构复杂度显著上升，传动箱体积更大，直接造成设备整体机身占用空间增加，设备加工、装配与后期检修维护难度同步提高。

6、近年来，随着重型模锻设备大型化发展，行星齿轮传动逐步成为超大型热模锻压力机主流传动形式。该方案融合单级、多级传动的综合优势，不仅可实现大传动比、高传动效率与大功率输出，适配大吨位锻压工况，同时整体结构紧凑，多行星轮同步啮合使载荷分布均匀，设备运行振动与噪声更低。综合性能优势突出，行星齿轮传动型压力机现已成为大型、超大型热模锻压力机的优选机型。

7、传统行星轮系普遍采用中心小直径轮毂配套小直径轴承对行星齿轮组的飞轮进行支撑定位。这种支撑结构的支撑回转直径偏小，整体支撑刚性不足，整套行星轮系的全部自重、冲击载荷均由这一组中心小型轴承单独承担，轴承长期处于重载、交变冲击的恶劣受力工况下，极易出现磨损、点蚀、发热等损伤，大幅缩短轴承使用寿命，设备检修更换频次高。同时，传统行星齿轮机构仅承担电机输出扭矩的传递功能，结构设计上未考虑抗倾覆、抗径向冲击的需求，自身承载能力有限，难以承受设备工作时产生的大倾覆力矩、强径向载荷以及冲压带来的偏心载荷。而压力机的行星齿轮机构直接装配在偏心轴上，滑块锻打产生的巨大偏载会直接作用于偏心轴，为抵抗持续偏载带来的弯曲变形，偏心轴必须加大轴径、加厚截面，由此带来偏心轴整体尺寸偏大、材料用料多、整机自重上升、制造成本增加等一系列缺陷。

8、综上所述，目前通用的热模锻压力机存在以下不足：

9、（1）其多采用交流异步电动机作为动力源，该类电机调速能力不足、轻载能效较差，易产生转速波动，无优良电气制动性能，造成气动摩擦离合器和制动器的尺寸庞大、结构复杂，摩擦部件持续承受冲击磨损，运维成本居高不下。

10、（2）其行星齿轮传动方式多采用单电机单侧传动，为满足冲压瞬时巨大冲击扭矩和成型力需求，所需驱动电机功率规格大；同时单侧单个齿轮独自承受全部交变载荷，齿轮模数必须足够大。

11、（3）其行星齿轮结构中尺寸和重量均很大的飞轮仅依靠中心小直径滚动轴承支撑，其中心轴承受力条件恶劣、寿命短，飞轮旋转过程中造成的悬臂振动噪声比较大。

12、（4）其飞轮和行星齿轮减速结构采用分开独立布置结构，传动路径上还需增设传动轴、支撑座等零件进行动力衔接，整体空间占用量大。

13、（5）其齿轮传动常常采用外齿传动结构，密封难度高，齿轮运行过程中车间内的粉尘等易进入齿面，加速齿轮磨损；同时该结构润滑条件受限，进一步劣化齿轮工作工况。

技术实现思路

1、为了克服上述传统技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多电机转盘轴承与行星齿轮传动组合式对称驱动的热模锻压力机，结合转盘轴承和行星齿轮传动，在满足大传动比、高传动效率的前提下，实现整机结构的简化，使热模锻压力机能够满足高强度、难变形金属复杂零件的快速批量制造要求。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多电机转盘轴承与行星齿轮传动组合式对称驱动的热模锻压力机，包括转盘轴承和行星齿轮组合式减速驱动机构、传动机构和机身。

4、所述转盘轴承与行星齿轮组合式减速机构包括电机与转盘轴承外齿圈子系统、转盘轴承外齿圈与飞轮子系统、行星齿轮与转盘轴承内齿圈子系统。电机与转盘轴承外齿圈子系统包括伺服电机、驱动齿轮、转盘轴承外齿圈。转盘轴承外齿圈与飞轮子系统包括转盘轴承外齿圈、飞轮、连接螺钉、滚子。行星齿轮与转盘轴承内齿圈子系统包括转盘轴承内齿圈、行星轮、太阳轮、轴承、系杆、中心齿轮。所述转盘轴承包括转盘轴承外齿圈、滚子和转盘轴承内齿圈，转盘轴承内齿圈与上横梁固定辅助支撑轮系，转盘轴承外齿圈与安装在伺服电机上的驱动齿轮啮合，转盘轴承外齿圈上用连接螺钉固定飞轮，飞轮和太阳轮通过飞轮上的花键槽和太阳轮上的花键实现啮合，允许飞轮沿花键相对于太阳轮轴向运动，太阳轮、行星轮和转盘轴承内齿圈构成行星轮系，行星轮与中心齿轮通过系杆过盈配合连接，实现旋转运动的传递，中心齿轮与偏心轴通过平键连接实现动力传递。

5、所述传动机构包括偏心轴、平衡缸盖、平衡缸壁、平衡缸底、平衡缸拉杆、滑块、连接板、中间杆、连接销、连杆小端轴承、连杆、连杆大端轴承、支撑颈轴承、挡圈。偏心轴通过支撑颈轴承固定在上横梁上，连杆通过连杆大端轴承、挡圈和支撑颈轴承与偏心轴配合，中间杆和连杆经由连杆小端轴承、连接销配合，中间杆通过连接板与滑块连接，并通过由平衡缸盖、平衡缸壁、平衡缸底、平衡缸拉杆组成的平衡缸机构平衡滑块自重。

6、所述机架包括平衡梁、立柱、下横梁、工作台、导轨、装拆套筒、推螺钉、拉螺钉、上横梁、拉紧螺栓、拉紧螺母。平衡梁、立柱、下横梁、上横梁焊接为一个整体，立柱上安装导轨保证滑块轴向运动稳定，导轨通过推螺钉和拉螺钉来调节导轨间距，立柱、上横梁和下横梁通过拉紧螺栓和拉紧螺母固定减小机身纵向变形。

7、和传统技术相比，本发明具备以下优点：

8、（1）本发明构建的多电机转盘轴承与行星齿轮对称组合式传动方式，采用伺服电动机替代异步电动机匹配热模锻间歇工况，自带电气制动特性，能够简化离合器与制动器结构，减小部件磨损。

9、（2）本发明构建的多电机转盘轴承与行星齿轮对称组合式传动方式，摒弃了传统的单电机单侧传动，在满足所需的冲击扭矩和成型力的基础上，实现了对电机功率规格和齿轮模数的减小。

10、（3）本发明构建的转盘轴承与行星齿轮对称组合式传动方式，利用转盘轴承内外齿圈独立转动的特点，将尺寸和重量均很大的飞轮与转盘轴承外齿圈相连，辅助中心小直径滚动轴承支撑飞轮，减小轴承受力、延长轴承寿命。

11、（4）本发明结合转盘轴承与行星齿轮系的结构特点，利用转盘轴承内齿圈充当行星齿轮系的齿圈，转盘轴承外齿圈与飞轮连接，将飞轮和行星齿轮减速结构组合在一起，减小了整体空间的占用量。

12、（5）本发明构建的多电机转盘轴承与行星齿轮对称组合式传动方式，仅有一个外齿传动，其余传动部分均包络在转盘轴承内齿圈内，能有效的防止外部杂质进入传动系内加剧磨损失效，并提升了系统的润滑条件。