设计轧辊机工作辊和送料辊机构.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸

机械设计基础A1课程设计任务书

沈阳理工大学机械工程学院

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设计题目：设计轧辊机工作辊和送料辊机构

目录

一、设计课题————————————————————————— -3-

二、技术参数和设计要求———————————————————— -4-

三、功能分析和工作原理———————————————————— -4-

四、工作辊机构、送料辊机构的选型——————————————— -4-

五、运动循环图及说明————————————————————— -4-

六、设计方案及其评价————————————————————— -5-

七、机械传动系统的速比和变速机构———————————————— -8-

八、尺寸确定————————————————————————— -9-

九、基于UG的运动仿真及分析图表——————————————— -9-

十、参考资料———————————————————————— -13-

十一、课程设计体会—————————————————————— -14-

一、 设计课题
设计一初轧机的轧辊机构。
设计一个初轧机的轧辊机构，下图给出轧辊机有关部件的工作情况。图示轧机是由送料辊送进铸坯，由工作辊将铸坯轧制成一定尺寸的方形、矩形或圆形截面坯料的初轧轧机。它在水平面内和铅垂面内各布置一对轧辊（图中只画了铅垂面内的一对轧辊）。两对轧辊交替轧制。轧机中工作辊中心M应沿轨迹mm运动，以适应轧制工作的需要。坯料的截面形状由轧辊的形状来保证。

二、 技术参数和设计要求

根据轧制工艺，并考虑减轻设备的载荷对轧辊中心点M的轨迹可提出如下基本要求：
(1) 在金属变形区末段，应是与轧制中心线平行的直线段，在此直线段内轧辊对轧件进行平整，以消除轧件表面因周期间歇轧制引起的波纹。因此，希望该平整段L尽可能长些。
(2) 轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的，当一个面内的一对轧辊在轧制时，另一面内的轧辊正处于空回行程中。从实际结构上考虑，轧辊的轴向尺寸总大于轧制品截面的宽度，所以，要防止两对轧辊在交错而过时发生碰撞。为此，轧辊中心轨迹曲线mm除要有适当的形 状外，还应有足够的开口度h，使轧辊在空行程中能让出足够的空间。 (3) 在轧制过程中，轧件要受到向后的推力，为使推力尽量小些，以减轻送料辊的载荷，故要求轧辊与轧件开始接触时的啮入角γ尽量小些。γ约取25º左右，坯料的单边最大压下量约50mm，从咬入到平整段结束的长度约270mm。
(4) 为调整制造误差引起的轨迹变化或更换轧辊后要求开口度有稍许变化，所选机构应能便于调节轧辊中心的轨迹。
(5) 要求在一个轧制周期中，轧辊的轧制时间尽可能长些。
三、 功能分析和工作原理：
l 此轧辊机为垂直四辊轧制，水平轧辊要和竖直轧辊交替工作，避免发生碰撞，且轧辊啮入角要足够小，以免影响送料辊的工作；送料辊采用传动系统带动滚轮利用摩擦来工作。
l 送料辊将坯料送到指定位置，竖直轧辊开始轧制，之后脱离工作行程进入返回行程，同时水平轧辊开始进入工作行程，依次交替进行。

四、 送料辊以及工作辊机构选型：送料辊有槽轮机构
工作机构要求实现预定轨迹，所以工作辊机构有：连杆机构、凸轮机构、凸轮—连杆机构、齿轮连杆机构等

五、 运动循环图：
用运动循环图表示各机构动作的配合协调，如下图表所示以轧辊机构主动件转角360度为一个循环周期，水平轧辊以工作行程起始点为起始位置，竖直轧辊以回程行程起点为起始位置。
送料辊
工作
水平工作辊
工作行程
回程行程
竖直工作辊
回程行程
工作行程
轧辊机构主动件转角
0-180
180-360

六、 设计方案
l 方案一：
1. 送料辊和主动件由齿轮传动带动，速度可由各齿轮间的传动比确定
2. 轧辊机构采用齿轮-连杆组合机构。主动轮1同时带动齿轮2和3转动，连杆上的M点描绘出图示的轨迹，对此轨迹的要求是：轧辊与铸坯开始接触点的咬入角宜小，以减轻送料辊的载荷；直线段L宜长，以提高轧制的质量；轧辊采用
3. 其中可直接手动调节两轧辊间的距离，送料辊采用摩擦原理运送铸坯
4. 传动系统采用齿轮传动
5. 此方案是我比较满意的，不仅可以承受较大的压力，而且工作比较稳定，但五杆机构，尺寸及位置较难确定。

l 方案二：
采用凸轮连杆机构，凸轮为主动件，带动连杆1和推杆4，在设计此机构时，先根据结构条件选定构件1、2及3的尺寸，并设在构件1等速回转的同时，连杆上的M点沿预定轨迹曲线mm运动，这时构件4的运动即可确定，于是可求得构件4与构件1的运动关系；然后按此关系设计出与构件1固连的凸轮轮廓曲线。此设计虽然比较简单，但是凸轮轮廓曲线较复杂，不容易制作，对于技术要求过高，考虑到生产效率问题，我不打算用此设计。

l 方案三:
采用四杆机构，可以实现运动轨迹，杆1为主动件，根据四杆机构的传动特性，由设计要求确定传动角及杆1的长度、再利用图解法大致确定其他杆长，并选出可实现运动轨迹的点M.此机构能近似的实现运动轨迹。但是四杆机构具有死点，会影响机构的运转。不予采用。

l 总结：经过评定与判断，我还是觉得方案一较好，以下给出具体设计。

七、 机械传动系统的速比和变速机构:
l 由于此设计要求工作平稳，我打算选择转速为600r/min的驱动电动机，
l 设轧辊机构主动件的转速为5r/min.则机械传动系统中驱动工作辊的总传动比为
i总=n电机/n执行主轴=600/5=120
机械传动系统的第一级采用带传动，设速比为4；之后的传动为齿轮传动，传动比为30。
l 设送料辊的转速为20r/min,则机械传动系统中驱动送料辊的总传动比为
i总=n电机/n执行主轴=600/20=30

带传动比为4；之后的传动比为7.5；

l 齿轮连杆机构的传动比i12,i13为5.
l 由所设计的系统传动图得
(z3*z4*z8)/(z1*z3＇*z4＇)*i12＝30
(z3*z5*z9*z12)/(z1* z3＇*z5＇*z10)*i12=30
（z2*z6）/(z1*z2＇)=7.5
l 选则
z1=20, z2=30,z2＇=10,z3=60, z3＇=20,z4=40,z4＇=30,z6=25,
z7=z8=30，z5=40,z5＇＝30,z9=30,z10=20,z12=z11=40；
选择模数m=4mm,ha*=1,c*=0.25；
其余尺寸用公式计算

八、 尺寸确定：
l 由设计要求中所提轧辊啮入角应小于25度可计算出曲线开口度h

h>2R,R*sin(90-25)+s=R,s=50(mm)，求得h>769(mm)
l 对于杆长的要求，经过分析，将该机构进行杆组拆分，杆BC和杆DE组成一个RRRⅡ级杆组，进行解析法计算；再用UG进行运动仿真，将各杆长进行参数化，经过试凑法达到下图效果，取AB=DE=60mm,BM=160mm,CM=80mm,BC=150mm,CD=230mm；AE=192mm ；
轧辊机构齿轮1的转速为5r/min,齿轮2和3的转速定为1r/min,选择齿轮2和3齿数均为40,则齿轮1的齿数为8

九、基于UG的运动仿真及分析图表：

l 下面三个表分别为点M的水平位移，水平速度和水平加速度

l 下面的图为送料辊运动仿真

十、参考资料：
l 《机械原理》 高等教育出版社 2005年
l 《机械原理课程设计》 科学出版社 2009年
l 《UG NX2 运动分析培训教程》 清华大学出版社 2005年
l 《UGNX 实例引导教程》 兵器工业出版社 2009年

十一、课程设计体会
这是大二的第一个课程设计，也是本专业知识的第一个课程设计，对于我们来说确实很重要，这是考验我们活学活用能力的宝贵机会，值得我的珍惜。
当我看到我的课题题目时，我发现这次设计将会困难重重，如我所料，对于这个设计，我连最初的设计方案都感到困难，我觉得我对于机械设计的了解太少了，上课所学的知识，根本不知道如何运用，而且对于设计题目都不能理解清楚，我被难住了。
后来问了老师，才逐渐了解了设计题目，又上网进行了多次查找，终于向前走了一步。之后的方案设计很侥幸，让我在课本上找到了类似的机构，于是就套用了，老师评价后，确认方案可以实行。但方案知识设计的一角，在之后的设计中又遇到了很多问题，比如传动系统的速比设计，齿轮—五连杆机构的尺寸设计等，因为课题中给的参数实在太少了，只有3个，还是非常模糊的数字，不知道如何利用，一直想了几天都没能想出。后来老师又向我解释到，五杆机构确实不好确定尺寸，尤其是实现曲线轨迹的机构，老师建议运用设计工具进行仿真模拟，之后用试凑法试试。我的天啊，我得试到什么时候啊?对于试凑法我感到误差太大了，可实在没办法呀。但在此之前，我必须掌握一种能够进行运动仿真的软件，我选择了UG，经过两三天的学习，总算是将运动仿真搞懂了，不容易呀，可又有什么办法。之后开始进行设计仿真，又花了我一天时间，运行之后，实现了近似的要求轨迹，又经多次改变杆长，以及驱动，总算将轨迹达到了设计要求。呵呵，一次小小的成功！
之后开始了整体的设计，从运动分析到最终的设计完成，都是那么的困难，但我真的都很用心，这个设计我知道有很多地方达不到设计要求，不算真正的完成，但我相信我会努力的学习更多的知识，逐一的将它们都解决，我想这会对我以后的路会很有帮助。

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