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钢坯火焰清理机中的翻板机构设计,钢坯,火焰,清理,中的,板机,设计
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翻板装置中各数据计算 一、双臂曲柄摇杆式翻板机设计1.1概述翻板机是中厚板车间精整工段不可缺少的辅助设备之一。其作用是将钢板翻转180，用来检查钢板上、下表面的质量。本次钢坯火焰清理机设计中，对钢板上、下两表面进行清理，采用的翻板机构为双臂曲柄摇杆式翻板机构。双臂曲柄摇杆式翻板机由电机、减速机、曲柄连杆机构组成。电机、减速机提供低速大扭矩的动力，由两个曲柄连杆机构分别带动翻板臂和接板臂的旋转，从而实现翻板的动作。1.2工作原理和结构特点图1.1为双臂曲柄摇杆式翻板机的机构示意简图。电机经减速机减速后，由减速机的低速轴分别带动两套曲柄四连杆机构，两个曲柄a1、a2有一定的角度位置差，两摇杆轴上有若干个翻板臂和接板臂。低速轴带动曲柄做逆时针转动，曲柄a1带动连杆b1，连杆b1带动摇杆c1做逆时针转动；同时曲柄a2带动连杆b2，连杆b2带动摇杆c2做顺时针转动。为了满足空载启动，在初始位置翻板臂（送料拨杆）先向下偏转5，接板臂也位于水平面以下偏5，翻板臂逆时针旋转托起钢板直到与水平位置成85，与此同时，接板臂（接料拨杆）由水平位置顺时针旋转处于与翻板臂平行和接近平行的位置。然后两臂加持钢板一起转动，开始钢板的交接（如图2）。当它们共同转过10后，翻板臂开始返回到水平位置。此时接板臂也托起钢板返回，当处于水平位置时，钢板落到辊道上，完成180翻面。而此时接料臂仍继续向下偏转5，最后再回到水平位置。从而完成一次翻板，完成一次翻板的时间是21s。图1.1 转动角度初始位置图 图1.2 接送位置角度图结构特点：1、 两翻臂的摆动角度100，从水平线下5摆到过垂直位置5，当减速器输出轴的曲柄回转360，通过两连杆带动两摇杆在105来回摆动一次，两翻臂则在100来回摆动一次，两曲柄相位差22814，故主动翻臂以-5摆动托起钢板到85时，从动翻臂摆动100过垂直线5。2、 翻臂的摆动是由曲柄通过连杆、摇杆、撑杆在翻臂中部撑起而动，翻臂轴不承受翻板扭矩，可以做得较小，两翻臂轴就可以靠的很近（因为最大钢板厚300mm，取600mm）。3、 翻转钢板时由于接送拨杆有10左右的平行移动过程，所以交接平稳，不产生冲击4、 在翻臂上安装自由转动的小托辊，当钢板没有到规定位置（翻臂止挡处）而翻板时，当翻臂稍成倾角，钢板就会平稳而轻快地滚移到位，避免了很大冲击和噪声的产生。1.3机构尺寸确定1、两套四杆机构极位夹角的确定两套四杆机构用OA1B1C1和OA2B2C2表示（如图1.3）图1.3 两套四杆机构极位夹角图因为钢坯交接过程中，要平稳可靠，两翻转臂加持钢板需同时旋转，并基本保持同步旋转。故两套四杆机构的极位夹角（如图1.4）必须相同，并且当其值为零时，没有机会运动，同步性最优。、即：1=2=0图1.4 两套连杆机构的极位夹角图二、机构尺寸确定在设计中，由于场地等因素的限制，可预先确定L1、L2和h。即两套四杆机构的机架长度d1、d2。2.1第一套四杆机构尺寸的确定 图2.1 第一套四杆机构极限位置图预先确定摇杆长度c1,根据=0，机架长度d1及摇杆摆角可以作出图2.1，从而求得其余杆件的尺寸。在图5中，OB1=b1-a1,OB1=b1+a1,B1B1=OB1-OB1=2a1，a1,b1分别为曲柄和连杆长度。故a1= B1B1/2又因B1B1=2c1/sin(/2),所以a1=c1*sin(/2),设C1O长为d1，从图5中可以求得d1=L12+H21/2 b1= d12-(c1*cos)2 取值L1=3000mm,H=500mm，C1=700mm, =105（在设计中，由于场地等因素的限制，可预先确定L1，L2和H，即两套四杆机构的机架长度d1和d2）故a1=c1*sin(/2)=555mm 连杆b1=L12+H2- (c1*cos)212 =9250000-181589.334=3011.4 d1= (L12+H2)12 =3041.42.2第二套四杆机构尺寸的确定图2.2 第二套四杆机构极限位置图按照确定第一套机构尺寸同样的方法，可方便的求得第二套机构尺寸。预先确定C2=700mm，H1=H2=500mm。a2=c2sin=555mm d2= （L1+L2）2+H212=5024.9b2=d22-(c2cos)212=25250000-181589.312=5006.842.3曲柄存在条件及传动角的验算当两套四杆机构的尺寸确定以后，还要进行曲柄存在条件及传动角大小的验算。曲柄存在条件是:曲柄为最短杆；机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和验算两套机构杆的尺寸：曲柄a1,a2、连杆b1,b2、摇杆c1,c2、连架杆d1,d2应满足下列条件：a1+d1c1+b1和a2+d2c2+b2 a1+d1=555+3041.4=3596.4c1+b1=700+3011.4+3711.4a1+d1 符合要求 a2+b2=555+5024.9=5579.9c2+d2=700+5006.8=5706.8a2+d2 符合要求传动角的验算如下（见图2.3）图2.3 传动角的极限大小图7当曲柄a转到与连架杆g成一直线或重合的两极限位置时传动角u有最大值和最小值。 umax=cos-1b2+c2-(d+a)2/2bc umin=cos-1 b2+c2-(d-a)2/2bc若电动机力矩变化不大，为了提高效率，传动角应尽量在90附近一般umax150， umin30。代入第一套数据umax=143.2150、umin=36.8，umax=142.7150、umin=37.25。均满足要求2.4 第三套机构尺寸e的确定根据场地的条件限制，取定H2=2300mm，L4=400mm，f2=1200mm,(翻板臂整长为2400mm)当手臂处于水平时，支撑杆与翻臂垂直或接近垂直时受力最大，设定角F2E2D2为90。L3=L2/2-L4/2=800mm，f2-L2=D2O=400C2=（C2D2-D2O）1/2=（14002-4002）1/2=1341.67mme1=C2O+H2=3642摇杆摆角及板臂（以下简称拨杆）下偏角的选取原则根据翻板机的工作特性，为满足两拨杆在一定角度范围内（一般在85-95）基本上能同步旋转，除按上节介绍的方法设计外，还应正确地选择及，和不能随意选取，事实上它们之间存在有某种联系，现推导如下，如图2.4图2.4 摇臂的极限位置图假设工艺要求两拨杆在角度处开始交接钢板，此时送料拨杆1所转过的角度为A1=+2左侧接料拨杆所转过的角度为A2=-+由工作原理我们知道，当两拨杆开始钢板交接时，它们所转过的角度相等。即：A1=A2由上面三式可得+2=-+由图可知=-180-(-)整理以上式子，可知-2=90.1另外，为保证两拨杆至少在85位置开始钢板交接，即-952可以用1、2俩式来确定及的大小。三、整个曲柄连杆机构的载荷计算3.1 e2载荷和大小计算为简化计算，只考虑钢板的荷载（钢板重24吨），其它构件的荷载忽略不计，也不考虑加速度引起的动负荷。由于a1、b1、c1、d1、e1和a2、b2、c2、d2、e2是两套一样的连杆机构，算前面一套的数据就可以把另外一套的数据确定。除了b1、b2的根据布局不同选取的长度不同外，其它的数据都是一样。3.1 翻转臂是往下转5脱离钢板以后再通过e2给翻臂一个向上的力托起钢板使其翻转。由5到刚接触钢板的零界图可以知道e2在垂直的往上顶的时候所受到的荷载是最小的。如下图： 图3.1 局部受力和机座分布示意图如图3.1 按e2垂直翻转臂和钢板计算。连杆需要较高的屈服强度，综合性能需求选45号钢做连杆材料。GB/T699-1999标准规定的45钢经850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa，= s/n,n为安全系数，取5，则满足要求。连架杆e2的载荷和大小计算过程如下：e2载荷：max=AF/= s/ns 取ns=5 , s=355MP。得到=71MP。F=24103Kg10N/kg=240000N,A=3380.28mm2,1d2/43380.28mm2d65.6mm,取80mm。3.2 摇杆d2、C2的载荷和大小计算：根据3.1图所示可以知道两机座之间的距离是2460mm，两翻臂轴中心孔的距离是600mm。算出C2到G的距离：D2G=1200-（1230-300）=270mm根据图上的受力分析可以知道摇杆C2D2在D2处的受力情况。利用三角形相似定理可得到连架杆作用在上面的力为24000N，垂直摇杆C2D2的力为F=2400010270140046285.71N。 一边5套相同的C2D2，将力F除5得到单个力为9257.14N。抗扭截面模量Wt=D /16 T / Wt=FL / Wt =9257.141400(D /16)0.53555 D （9257.14140016）（ * 35.5）=1856401.074mmD122.9mm ，取D为130mm。C2杆的计算：根据力矩守恒有F1*C2D2 = F2*C2B2 ，得到F2=2F1 。抗扭截面模量Wt=D /16 T / Wt=FL / Wt 则有D31629257.1470035.53.141860230.88mm =D122.99mm。3.3 连架杆和摇臂直接的连接轴大小和载荷计算当摇臂水平不动承受钢板载荷时，连架杆和摇臂直接的轴与摇杆d2与连架杆之间的轴是一样的。5个摇臂受力分析得每个受力为24000105=48000N，取连杆轴长度为350mm，轴受到的最大剪应力为=16T/D30.5s/5，得D3516FL/0.5s=516480003503.140.5355=2411411.14mm3D134.10mm3.4 连杆b与摇杆c之间的连接轴计算按上面受力分析得F2=29257.14N,轴还是取350mm长，则Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt，则有D31629257.1435035.53.14=930115.44mm3；D97.6mm。3.5连杆b的大小计算上面求得F2为29257.14N，受力分析得到F合为29257.141400270=95999.97N。max=AF/= s/ns 取ns=5 , s=355MP。得到=71MP。F合=95999.97N,A=1352.11mm2,1d2/41352.11mm2d41.5mm， 取100mm。3.6 曲柄a的大小和强度计算取曲柄长度为555mm，连杆机构损耗率为0.8.由上面可以知道电动机输出力矩为24000101.20.8=360000Nm，则曲柄的切线方向的力的大小为3600000.555N=648648.65N。则Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt =0.5s/5，则有D316648648.6555535.53.14=51673096.01mm3；D372.47mm。曲柄与连杆的连接轴取连接轴长为250mm，按上面受力分析得F=648648.65N,则Wt=D /16 ， T / Wt=FL / Wt，则有D316648648.6525035.53.14=23276169.37mm3；D285.52mm。四. 电动机和减速器的选取 由前面讲叙的翻臂翻转一次再回到原来位置的要用21s，曲柄转动一周也是t=21s。圆周长s=2r=23.140.555=3.4854m。曲柄切线方向的力为F=648648.65N，那电动机的输出功率为P=FS/T=107657.1431w=107.66kw。选取电动机为YZR355M-10型号的额定功率为110Kw,转速为581r/min。 曲柄21s内完成一次循环，一分钟转2.857圈，总传动比i=5812.857204 将额定功率和传动比告诉厂家可以定到符合规格的电动机和减速器。结论与展望本文对曲柄翻板机的一些关键数据进行了计算，获得了一些成果与结论。我们求出了翻版过程受力和四杆机构中各个杆件的强度及大小，现已经能够熟练的操作SolidWorks制图软件。同时我们对机构的尺寸确定、传动角及各角度的验算、电动机的选取方法都有了一定的掌握。原本要通过比较繁琐的单一的翻转在这套机构出现以后大大的改进了生产流程，节约了时间和人力，也给工人们增强了安全保障。电机、减速机提供低速大扭矩的动力，由两个曲柄连杆机构分别带动翻板臂和接板臂的旋转，由此带动钢板翻转。翻转工程中各杆件和摇臂的载荷、角度的变化迫切需要本文的出现。通过本文的研究分析得出的结论我们有理由相信：随着我国制造业的不断发展，不同类型的钢板需求越来越大。这给钢板生产家也带来了技术更新的压力，在结合生产经验和各厂家场地的不同，曲柄四杆机构翻板机将更加完善。在不久的将来曲柄连杆翻版机构将会广泛运用于加工和检测中，人工和维修性都会降低，生产效率将大大提高。参考文献1秦大同机械传动科学与技术北京：清华大学出版社，20032纪名钢. 机械设计.8版.北京：高等教育出版社，20063罗迎社.材料力学.武汉：武汉理工大学出版社，20014吴宗泽.机械设计课程设计手册.6版.北京：高等教育出版社，20065王勇勤.双臂曲柄摇杆式翻板机机构设计及改进.冶金设备94年第2期，20046 张锡玉 ，刘建波 ，汤武初. 曲柄摇杆式翻板机的仿真设计及改进. CFHITECHNOLOGY 09年第2期。20097胡坚.几种中板翻转机典型结构的运动分析.重钢技术.重钢设计院，20088孙桓，葛文杰，陈作模.机械原理，第7版.高等教育出版社，20069 邵胜太，刘少阳. 翻板机曲柄连杆机构的计算机设计及演示，河北冶金01年第3期.200110 于文妍. 翻板机构的分析及其理论计算，内蒙古科技与经济08年10月.2008致谢这次毕业设计即将完成的时候，其突然意识到四年的大学生涯即将画上一个句号。当我在外实习两个月回来开始毕业设计时，还不清楚留给我们将来可以还念的四年就要过去。在即将到来的工作岗位上所面临的就是不同的生活方式，完全不同与之前的16年学生生涯。要是
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