1、设计任务1.1 项目说明图5.1所示轧机是由送料辊送进铸坯，由工作辊将铸坯制成一定尺寸的方形、矩形或圆形截面坯料的初轧机。它在水平面内和铅垂面内各布置一对轧辊（图中只画出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。在金属变形区模的末段，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。轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的，当一面内的一对轧辊在轧制时，另一面轧辊正处于空回程中。从实际结构考虑，轧辊的轴向尺寸总大于轧制品截面宽度，所以，要防止两对轧辊交错而过时发生碰撞。为此，轧辊中心轨迹曲线mm除要有适应的形状外，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，保证与轧制行程中的轧辊不发生“拦路”相撞的情况。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，故要求轧辊与轧件接触时咬入角尽量小些。图1.1图1.2 图1.31.2 原始数据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) 轧辊中心点M的轨迹在AB段要求满足图5.2的曲线，开口度h大于140mm,咬入角约为25，坯料的单边最大压下量约为50mm，从咬入到平整段结束的长度l 约270mm，平整阶段长度L约为100mm.。2) 轧制过程中所受的生产阻力如图5.3所示，工作辊重15kg。3) 实现轧制钢1500mm/min的生产效率。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，行程速度比系数K=1.2，机器运动不均匀系数不超过0.05；6）力源为三相380伏交流电，电机转速n=14501500rpm。1.3 设计任务1) 轧辊机构运动方案设计，并以1张2号图纸表述设计的机构简图、机构传动系统图及运动循环图。2）轧辊机构的运动分析与力的分析（解析法），并提供如下结果：轧辊中心M运动位移、速度和加速度曲线；原动件平衡力矩曲线，机架总反力曲线，等效驱动力矩和阻力矩曲线，等效转动惯量和飞轮转动惯量；电机型号（功率、额定同步转速）。3）编写设计说明书。2、机构选型及评价 1）、凸轮-连杆组合机构（如图2.1）优点：能准确实现任意复杂运动轨迹。缺点：凸轮廓线设计复杂，加工困难。 2）、连杆机构（如图2.2） 图2.2优点：可实现复杂轨迹的设计要求，可以传动较大动力，几何形状简单便于加工。缺点：不能准确实现轨迹，且累计误差较大：不适于用在高速场合。3、机构设计（连杆机构设计）3.1 尺寸设计 图谱法（见参考文献【2】 (德) K. 洛克, K.-H. 莫德勒编著 机械原理分析、综合、优化 北京：机械工业出版社，2003 第二章 机构系统学 2.6.5四杆机构的连杆曲线中图2.51 曲柄摇杆机构不同连杆点K的连杆曲线）根据M点轨迹选取较接近的图，查出各杆杆长，具体尺寸如图3.1图3.13.2验证行程速比系数K 1.24、机构运动及力的分析 （数学模型）4.1运动分析杆组法：,- 24 - M点和E点是一个4.2 机构力的分析解析法： 如图4.2.2所示(M是将轧辊的重力和阻力和BCM重力都转移到B点上的力矩) 图4.2.1 对于BC杆对于AB杆（如图4.2.2）所示 对于CD杆（如图4.2.3） 图4.2.2 图4.2.3 解得：等效阻力矩 等效转动惯量其中 ； ； ； 、为杆AB、杆BCM、杆CM质心的速度。5、运动循环图见附录二6、传动机构设计 由于 L100mm,生产率为1500mm/min, 所以曲柄转速=15r/min rad/s又因为，电机转速为14501500rpm,取1500rpm 所以，i=100由于传动比较大，我们采用了混合轮系作为传动机构，该机构具有结构紧凑，体积小，能传动大功率的特点。传动系统如图6.1。各齿轮齿数机传动比计算如下：各轮齿数：=26 =50 =18 =94 =18 =35 =88 带轮直径：=125mm =200mm所以传动比=1.6 图6.1 对差动轮系来说，有 即 (a)对定轴轮系来说，有 即 (b) 由于齿轮3和3为一个构件，故 (c) 将(c)式带入(a)式得 整理后可得 故 7、小结 设计终于要做完了，虽然看上去只有薄薄的一本纸，但其中浓缩的辛勤和汗水，却是这些值中看不出来的，而我们得到的远比这多得多，甚至受用终生。 我和徐寅峰分到一组，首先我们要克服的是合作问题，男生女生一组肯定没有男生和男生那么方便，讨论的时间也很少，不想男生们睡觉前在寝室还可以讨论，这是第一大问题。然而我们配合得很好，每个人都独立的思考，然后在有效的时间整合讨论，得出最优结果。锻炼了我们独立思考，提纲挈领的能力。第二，开始以为我们的问题很简单，机构确定了，很普通的四杆，我们都有点轻敌，然而真正的分析起来却没有想象的那么简单容易，所以我们学会了对任何一件事都要认真对待，不要眼高手低。原来word文档也不是那么容易就写好的！第三，我们都觉得能够很好的合作才是最大的收获。现在无论工作也好、学习也好，都要与人沟通交流，这次课程设计给我们提供了一个合作交流的机会。对我们以后步入社会走上工作岗位，提供了莫大的帮助。第四，这次课程设计我们用到了许多以前学过的知识、软件，我们又一次重新巩固了这些知识，同时也学到了许多新的东西。例如，对机构的运动分析是在上学期的课程中学的，这次我们又用到了，我们对课程上讲的方法有了深入的理解，也知道了在什么情况下能够用到这些方法。最后，感谢老师的指导，我们对课程有了深入的理解，学过的知识也得到了巩固。附录一 源程序 Visual BasicDim Lab, Lbc, Lcd, Lad, w, w2, w3, jd, d, j1, j2, j7, E, F, e2, e3 As DoubleDim Fax, Fay, Fbx, Fby, Fcx, Fcy, Fdx, Fdy, Md, Mr, p, Pab, Pbcm, Pcd, Pn, Pm As DoubleDim j3, j4, j5, j6, j0 As DoubleDim Mm, Mbcm, Mcd, Fabn, Fbcmn, Fbcm7, Fcdn, Fcd7 As DoubleDim xn, yn, Lbn As DoubleDim i As IntegerPrivate Sub cmdstart_Click()Dim xlApp As Excel.ApplicationDim xlBook As Excel.WorkbookDim xlSheet As Excel.WorksheetSet xlApp = New Excel.ApplicationSet xlBook = xlApp.Workbooks.AddSet xlSheet = xlBook.Worksheets.Add-Lab = txtLab.TextLbc = txtLbc.TextLcd = txtLcd.TextLad = txtLad.TextLbm = txtLbm.TextLcm = txtLcm.Textw = txtW.Textjd = txtjd.Textxa = txtxa.Textxb = txtya.Textxd = txtxd.Textyd = txtyd.TextFor i = 1 To 90j0 = (jd + i) * 0.017453292 * 4xb = xa + Lab * Cos(j0)yb = ya + Lab * Sin(j0)Vbx = -w * Sin(j0)Vby = w * Cos(j0)Abx = -w * w * Cos(j0)Aby = -w * w * Sin(j0)d = Sqr(xd - xb) * (xd - xb) + (yd - yb) * (yd - yb)j1 = Atn(yd - yb) / (xd - xb)j2 = Atn(-(d * d + Lbc * Lbc - Lcd * Lcd) / (2 * d * Lbc) / Sqr(-(d * d + Lbc * Lbc - Lcd * Lcd) / (2 * d * Lbc) * (d * d + Lbc * Lbc - Lcd * Lcd) / (2 * d * Lbc) + 1) + 2 * Atn(1)j3 = j1 + j2 -注意正负号的修改xc = xb + Lbc * Cos(j3)yc = yb + Lbc * Sin(j3)j4 = Atn(yc - yd) / (xc - xd)w2 = (Vdx - Vbx) * (xc - xd) + (Vdy - Vby) * (yc - yd) / (yc - yd) * (xc - xb) - (yc - yb) * (xc - xd)w3 = (Vdx - Vbx) * (xc - xb) + (Vdy - Vby) * (yc - yb) / (yc - yd) * (xc - xb) - (yc - yb) * (xc - xd)Vcx = Vbx - w2 * (yc - yb