内拉式双曲肘机构的机械效率

　　双曲肘合模机构具有良好的运动特性以及机械效率,而且可超载,即合模装置在注塑动作进行时,假若模内压力欲顶开模具时,会导致拉杆(哥林柱)变形量的增加,因此合模力将自动地调整增大以防止被顶开。该机构具有较大的行程放大比和力放大比,是注塑机常用的合模装置[ 1-5 ]。用描点法手工绘制机构特性曲线既繁琐又难以做到准确,机构的实际运动状况也较难控制,即可能出现运动干涉现象,这给设计的准确性带来不利影响。在理论上若无摩擦力的作用,当曲肘伸直时,机构具有无限大的力量放大倍率;但实际上曲肘旋转接头或关节处的摩擦效应会造成机械效率的下降,换言之,曲肘旋转接头处的摩擦效应可能扮演着相当重要的角色。目前注塑机业界对本身机器中曲肘关节处的摩擦状况并不清楚,习惯用20倍左右的力比来选用液压缸或马达出力大小,这样可能造成选用过大的液压缸或马达,使得机械效率下降或过低;也有可能高估力比而无法达到需要的合模力,会造成注塑机合模装置与模具超载过多而导致破坏。另外在选用曲肘合模的液压缸或马达大小时,往往依据机构力量的放大倍率,并没有直接求得十字头所需的推力,再推算液压缸或马达的大小。事实上在真正合模过程中,液压缸或马达大小的选用不仅与机构力量的放大倍率有关,还须要知道所需克服的拉杆变形力,以及考虑关节处的摩擦效应。下面提出一种新分析方法可以直接计算十字头所需的推力,并同时到考虑摩擦效应以及曲肘机构的变形效应。

　　1　机械效率分析

　　内拉式双曲肘合模机构为一个自由度的机构(见图1)。注塑机曲肘合模机构在公母模即将接触时,为防止模子受损,模板的速度会大大降低,刚接触之后曲肘机构将承受相当大的压力,这是由于曲肘机构为了克服拉杆的变形力来建立合模力。当合模动作真正发生时即公母模刚接触之后,拉杆会伸长变形,同时也使合模装置中的曲肘机构产生压缩变形。因此这里采用下列五项基本假设: (1)小变形及不考虑弯曲变形效应, (2)不考虑惯性效应, (3)不考虑调模板与平台间的摩擦, (4)模具与模板相对曲肘与拉杆而言视为刚体, (5)使用Coulomb friction考虑旋转接头处的摩擦效应而且各个曲肘关节处的摩擦系数相同。由平衡方程式推导出十字头所需之推力,拉杆( tiebars)变形力与锁模力的关系。

　　当锁模力(或拉杆变形力)已知,可采用二分法解出非线性平衡方程式的解。图1中F0为十字头推力,Fc为拉杆拉力,Fcl为锁模力;A、B、C、D、E为杆与杆的旋转接头处。

　　2　数值分析