軋輥機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)

1、機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：軋輥機(jī)設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名：謝自力學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院班 級(jí)：09913學(xué) 號(hào)：10909010329指 導(dǎo) 老 師：黃霞 目錄1. 設(shè)計(jì)題目2. 工作原理及工藝動(dòng)作分解.3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型4. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定5. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖6. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理7. 軋輥機(jī)機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì)8. 原動(dòng)機(jī)的選擇與裝配要求9. 參考文獻(xiàn)與資料一·設(shè)計(jì)題目：軋輥機(jī)設(shè)計(jì)1）工作原理及工藝動(dòng)作過程圖1 所示軋輥機(jī)是由送料輥送進(jìn)鑄坯，由工作輥將鑄坯軋制成一定尺寸的方形、矩形或圓形截面坯料的初軋軋機(jī)。它在水平面內(nèi)和鉛垂面內(nèi)各布置一對(duì)軋輥（圖中只畫了鉛垂面內(nèi)的一

2、對(duì)軋輥）。兩對(duì)軋輥交替軋制。軋機(jī)中工作輥中心M應(yīng)沿軌跡mm運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)軋制工作的需要。坯料的截面形狀由軋輥的形狀來保證。因此，軋輥機(jī)主要由工作輥和送料輥機(jī)構(gòu)組成。2)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求根據(jù)軋制工藝，并考慮減輕設(shè)備的載荷對(duì)軋輥中心點(diǎn)M的軌跡可提出如下基本要求：（a）在金屬變形區(qū)末段，應(yīng)是與軋制中心線平行的直線段，在此直線段內(nèi)軋輥對(duì)軋件進(jìn)行平整，以消除軋件表面因周期間歇軋制引起的波紋。因此，希望該平整段L盡可能長些。（b）軋制是在鉛垂面和水平面內(nèi)交替進(jìn)行的，當(dāng)一個(gè)面內(nèi)的一對(duì)軋輥在軋制時(shí)，另一面內(nèi)的軋輥正處于空回行程中。從實(shí)際結(jié)構(gòu)上考慮，軋輥的軸向尺寸總大于軋制品截面的寬度，所以，要防止兩對(duì)軋輥在交

3、錯(cuò)而過時(shí)發(fā)生碰撞。為此，軋輥中心軌跡曲線mm除要有適當(dāng)?shù)男螤钔?，還應(yīng)有足夠的開口度h，使軋輥在空行程中能讓出足夠的空間，保證與軋制行程中的軋輥不發(fā)生“攔路”相撞的情況。(c)在軋制過程中，軋件要受到向后的推力，為使推力盡量小些，以減輕送料輥的載荷，故要求軋輥與軋件開始接觸時(shí)的嚙入角盡量小些。約取25º左右，坯料的單邊最大壓下量約50mm，從咬入到平整段結(jié)束的長度約270mm。(d)為調(diào)整制造誤差引起的軌跡變化或更換軋輥后要求開口度有稍許變化，所選機(jī)構(gòu)應(yīng)能便于調(diào)節(jié)軋輥中心的軌跡。(e)要求在一個(gè)軋制周期中，軋輥的軋制時(shí)間盡可能長些。3)設(shè)計(jì)方案提示(a)能實(shí)現(xiàn)給定平面軌跡要求的機(jī)構(gòu)可以

4、有鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)、雙凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)、齒輪連桿機(jī)構(gòu)等。(b)采用兩自由度的五桿機(jī)構(gòu)，可精確實(shí)現(xiàn)要求的任意軌跡，且構(gòu)件尺寸可在很大范圍內(nèi)任選，但需要給兩個(gè)主動(dòng)件，聯(lián)系兩主動(dòng)件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的機(jī)構(gòu)常用齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。(c)由于本機(jī)器中機(jī)構(gòu)的受力較大，應(yīng)考慮到工作壽命要求。(d)工作輥的方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮軌跡和開口度的調(diào)節(jié)是否可能和方便，能否按要求布置在機(jī)器中，結(jié)構(gòu)上是否便于實(shí)現(xiàn)。(e)送料輥的運(yùn)動(dòng)方案可以通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來完成。4)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求(a)根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；(b)進(jìn)行工作輥機(jī)構(gòu)、送料輥機(jī)構(gòu)的選型；(c)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇；(d)根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)

5、和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，(e)分配傳動(dòng)比，并畫出傳動(dòng)方案圖；(f)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算；(g)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，畫出運(yùn)動(dòng)線圖；(h)畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡圖；(i)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。二·工作原理及工藝動(dòng)作分解根據(jù)工藝過程，由兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成：送料機(jī)構(gòu)、軋制機(jī)構(gòu)。其中必需完成的動(dòng)作：送料、軋制1） 送料：采用送料輥連續(xù)運(yùn)動(dòng)送料2） 軋制： 由工作輥將鑄坯軋制成一定尺寸的方形、矩形或圓形截面坯料 因此，軋輥機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮送料與軋制機(jī)構(gòu)這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問題。三設(shè)計(jì)方案詳解：1） 軋輥中心點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)要求2）設(shè)計(jì)方案的擬定和比較根據(jù)設(shè)

6、計(jì)要求，軋輥中心點(diǎn)M可走下圖所示軌跡，而且在長度約300mm工作行程中作勻速運(yùn)動(dòng)，在其前后作變速運(yùn)動(dòng)，回程時(shí)有急回運(yùn)動(dòng)特性。對(duì)這種運(yùn)動(dòng)要求。通常，要用若干個(gè)基本機(jī)構(gòu)組合成的組合機(jī)構(gòu)，各司其職，協(xié)調(diào)動(dòng)作，才能實(shí)現(xiàn)。在選擇機(jī)構(gòu)時(shí)，一般先考慮選擇滿足軌跡要求的機(jī)構(gòu)(基礎(chǔ)機(jī)構(gòu))，而沿軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度要求，則往往通過改變基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度來滿足。能實(shí)現(xiàn)給定平面軌跡要求的機(jī)構(gòu)可以有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)、齒輪連桿機(jī)構(gòu)等。下面我們列舉其中的幾個(gè)方案，如：方案一方案(一)：鉸鏈連桿機(jī)構(gòu), 利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD連桿上某一點(diǎn)M，可近似實(shí)現(xiàn)要求的軌跡。 方案二方案(二)：雙凸輪機(jī)構(gòu), 雙滑塊構(gòu)件

7、3上點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)分別由凸輪1和5來控制。一般來說，點(diǎn)M可精確實(shí)現(xiàn)任意給定的軌跡。 方案三方案(三)：鉸鏈五桿機(jī)構(gòu), 出于鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)是兩自由度機(jī)構(gòu)，所以可精確實(shí)現(xiàn)要求的任意軌跡，且構(gòu)件尺寸可在很大范圍內(nèi)任選，但需要給兩個(gè)主動(dòng)件，如取連架桿AB、DE為主動(dòng)件，它們的轉(zhuǎn)角與所要實(shí)現(xiàn)的軌跡mm有關(guān)，即與，有關(guān)。通常，要精確實(shí)現(xiàn)該兩主動(dòng)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是比較麻煩的，如無必要，可用近似方法實(shí)現(xiàn)。聯(lián)系兩主動(dòng)件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的機(jī)構(gòu)常用齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。方案四方案(四)：凸輪連桿機(jī)構(gòu), 利用凸輪連桿機(jī)構(gòu)一般可以精確實(shí)現(xiàn)要求的軌跡。方案五方案(五)：齒輪五連桿機(jī)構(gòu)，利用構(gòu)件BC上的點(diǎn)M可近似實(shí)現(xiàn)要求的軌跡

8、，且調(diào)節(jié)AB與DE兩構(gòu)件間的相對(duì)位置即可調(diào)節(jié)點(diǎn)M的軌跡，故調(diào)節(jié)較方便。另外，可用全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡，但該機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)是由于要求的水平方向軌跡太長，勢必造成凸輪尺寸過大。分析結(jié)果：綜上所述，方案(一)是滿足設(shè)計(jì)要求的最佳機(jī)構(gòu)。五、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖六、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理1)基本數(shù)學(xué)原理：(a)平面上兩點(diǎn)確定一條直線。(b)若直線上線段一端點(diǎn)和線段長度已知，則另一端點(diǎn)位置唯一確定。(c)若一動(dòng)點(diǎn)在任意時(shí)刻的縱坐標(biāo)保持不變，則該動(dòng)點(diǎn)作水平運(yùn)動(dòng)。(d)動(dòng)點(diǎn)位移曲線對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為動(dòng)點(diǎn)的速度，二階導(dǎo)數(shù)為動(dòng)點(diǎn)的加速度。(e)平面解析幾何基本原理2）軋制變形軋制變形區(qū)中軋件和軋輥水平速度的分布及兩者相互關(guān)系的圖

9、解(見圖)。沿變形區(qū)軋輥的水平速度vx=vcos，式中v為軋輥圓周速度；為變形區(qū)接觸弧上任一點(diǎn)相應(yīng)的圓心角。在變形區(qū)的入口截面=，軋輥水平vH=vcos;在變形區(qū)出口=0，軋輥水平速度vh=v，即由入口截面到出口截面軋輥的水平速度由vcost逐漸增加到v。軋制過程運(yùn)動(dòng)學(xué)圖示   圖1 3種典型情況的單位壓力及摩擦力分布曲線    n一薄件軋制；6一中件軋制；c高件軋制 圖3典型軋制情況的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征n一薄件軋制；6一中件軋制；c  高件軋制 3）機(jī)構(gòu)各構(gòu)件功能分析：連桿AB、連桿CD：確定運(yùn)動(dòng)平面

10、上BC桿的斜率。BC桿 ： 通過M端連接的軋輥中心點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軋輥按設(shè)計(jì)軌跡運(yùn)動(dòng)。七、構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)桿BC長度：94.6mm折桿ABCD ：AB=21.1mm AD=72.0mm CD=78.11mm桿BC： BC=94.0mm 連桿輪廓線具體形狀軌跡通?？上劝窜堉谱畛Ｓ靡?guī)格的鋼材來確定該軌跡，以此進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，然后調(diào)節(jié)AB、DE間的相對(duì)位置，再畫出點(diǎn)M的軌跡，以檢驗(yàn)是否能滿足不同軋制工藝的要求(如軌跡、咬入角、平整段長度L等)。由于該機(jī)構(gòu)只能近似實(shí)現(xiàn)給定的軌跡，或只能精確實(shí)現(xiàn)軌跡上若干點(diǎn)，所以根據(jù)工藝要求重點(diǎn)，考慮水平平整段和咬入角后，在軌跡上取五個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)如下(單位為米)(圖7)： M1：(-

11、0.15306，0.60113) M2：(-O.04l40，0.63996) M3：(0.06187，0.65492) M4：(0.10243，0.65575) M5：(0.1229lP 0.65497)圖7 軋輥機(jī)構(gòu)參數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)為調(diào)整制造誤差引起的軌跡變化或更換軋輥后要求開口度有稍許變化，所選機(jī)構(gòu)應(yīng)能便于調(diào)節(jié)軋輥中心的軌跡。軋輥中心點(diǎn)M的軌跡滿足上圖中的曲線，開口度h應(yīng)大于140mm,咬入角大約為25，坯料的單邊最大壓下量約為50mm，從咬入到平整段結(jié)束的長度約270mm，平整階段長度L約為100mm.。由于 L100mm,生產(chǎn)率為1500mm/min, 所以曲柄轉(zhuǎn)速=15r/mi

12、n rad/s又因?yàn)?，電機(jī)轉(zhuǎn)速為14501500rpm,取1500rpm 所以，i=100由于傳動(dòng)比較大，我們采用了混合輪系作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能傳動(dòng)大功率的特點(diǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖各齒輪齒數(shù)機(jī)傳動(dòng)比計(jì)算如下：各輪齒數(shù)：=26 =50 =18 =94 =18 =35 =88 帶輪直徑：=125mm =200mm所以傳動(dòng)比=1.6對(duì)差動(dòng)輪系來說，有 即 (a)對(duì)定軸輪系來說，有 即 (b) 由于齒輪3和3為一個(gè)構(gòu)件，故 (c) 將(c)式帶入(a)式得 整理后可得 故 嚙入角等的分析在軋制過程中，軋件要受到向后的推力，為使推力盡量小些，以減輕送料輥的載荷，故要求軋輥與軋件開始接觸

13、時(shí)的嚙入角盡量小些。約取25º左右，坯料的單邊最大壓下量約50mm，從咬入到平整段結(jié)束的長度約270mm。如下圖所示：各個(gè)量之間的定性分析：八、原動(dòng)機(jī)的選擇與裝配要求：1）原動(dòng)機(jī)的選擇適用性分析：(a)該機(jī)構(gòu)需要長時(shí)間的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)且具有穩(wěn)定的速度，即要求原動(dòng)件具有恒定的速度，即需要電機(jī)有恒定的轉(zhuǎn)速。(b)籠型三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易維護(hù)，價(jià)格低，壽命長，連續(xù)運(yùn)行性好。轉(zhuǎn)速受負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)影響小，剛好滿足軋輥機(jī)構(gòu)的要求。(c)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求軋輥中心點(diǎn)M平均速度為v=45mm/s，返回的平均速度為工作行程三倍。兩凸輪設(shè)計(jì)時(shí)的分度為30度，故凸輪轉(zhuǎn)速n=(30/360)*(45/1

14、00)=3/80(r/s)=2.25(r/min) 。(d)軋輥機(jī)構(gòu)對(duì)功率的要求較高，故對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩要求較高。同時(shí)還需考慮變速問題和經(jīng)濟(jì)因素。結(jié)論：動(dòng)力選擇三相異步電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 750r/min(8極),50HZ,380V2）原動(dòng)機(jī)裝配要求需求分析：(a)必須保證兩連桿同步同速旋轉(zhuǎn)，且連桿轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2.25r/min左右。(b)機(jī)構(gòu)變速過程對(duì)噪聲、軸力等都無特殊要求，故可選取直齒輪變速或變速箱變速。(c)輸入與輸出的傳動(dòng)比i=750/2.25(d)裝配位置有諸多影響因素結(jié)論：電機(jī)軸心位于兩連桿圓心連線的垂直平分線上，兩主動(dòng)曲柄同軸裝配的兩齒輪齒數(shù)模數(shù)完全相同，且同時(shí)與主動(dòng)軸上齒輪外嚙合。輸入輸出傳動(dòng)比i=750/2.25，即主動(dòng)從動(dòng)輪齒數(shù)比為2.25/750 。九參考文獻(xiàn)與資料(a)裘建新，機(jī)械原理課