鋼坯火焰清理機(jī)中的翻板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),鋼坯火焰清理機(jī)中的翻板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),鋼坯,火焰,清理,清算,中的,板機(jī),設(shè)計(jì) 翻板裝置中各數(shù)據(jù)計(jì)算 一、雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)設(shè)計(jì) 1.1概述 翻板機(jī)是中厚板車間精整工段不可缺少的輔助設(shè)備之一。其作用是將鋼板翻轉(zhuǎn)180°，用來檢查鋼板上、下表面的質(zhì)量。本次鋼坯火焰清理機(jī)設(shè)計(jì)中，對(duì)鋼板上、下兩表面進(jìn)行清理，采用的翻板機(jī)構(gòu)為雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)構(gòu)。雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)、減速機(jī)提供低速大扭矩的動(dòng)力，由兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別帶動(dòng)翻板臂和接板臂的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)翻板的動(dòng)作。 1.2工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圖1.1為雙臂曲柄搖桿式翻板機(jī)的機(jī)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速后，由減速機(jī)的低速軸分別帶動(dòng)兩套曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)曲柄a1、a2有一定的角度位置差，兩搖桿軸上有若干個(gè)翻板臂和接板臂。低速軸帶動(dòng)曲柄做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄a1帶動(dòng)連桿b1，連桿b1帶動(dòng)搖桿c1做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)曲柄a2帶動(dòng)連桿b2，連桿b2帶動(dòng)搖桿c2做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。為了滿足空載啟動(dòng)，在初始位置翻板臂（送料撥桿）先向下偏轉(zhuǎn)5°，接板臂也位于水平面以下偏5°，翻板臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)托起鋼板直到與水平位置成85°，與此同時(shí)，接板臂（接料撥桿）由水平位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)處于與翻板臂平行和接近平行的位置。然后兩臂加持鋼板一起轉(zhuǎn)動(dòng)，開始鋼板的交接（如圖2）。當(dāng)它們共同轉(zhuǎn)過10°后，翻板臂開始返回到水平位置。此時(shí)接板臂也托起鋼板返回，當(dāng)處于水平位置時(shí)，鋼板落到輥道上，完成180°翻面。而此時(shí)接料臂仍繼續(xù)向下偏轉(zhuǎn)5°，最后再回到水平位置。從而完成一次翻板，完成一次翻板的時(shí)間是21s。 圖1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)角度初始位置圖 圖1.2 接送位置角度圖 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1、 兩翻臂的擺動(dòng)角度100°，從水平線下5°擺到過垂直位置5°，當(dāng)減速器輸出軸的曲柄回轉(zhuǎn)360°，通過兩連桿帶動(dòng)兩搖桿在105°來回?cái)[動(dòng)一次，兩翻臂則在100°來回?cái)[動(dòng)一次，兩曲柄相位差22°8′14″，故主動(dòng)翻臂以-5°擺動(dòng)托起鋼板到85°時(shí)，從動(dòng)翻臂擺動(dòng)100°過垂直線5°。 2、 翻臂的擺動(dòng)是由曲柄通過連桿、搖桿、撐桿在翻臂中部撐起而動(dòng)，翻臂軸不承受翻板扭矩，可以做得較小，兩翻臂軸就可以靠的很近（因?yàn)樽畲箐摪搴?00mm，取600mm）。 3、 翻轉(zhuǎn)鋼板時(shí)由于接送撥桿有10°左右的平行移動(dòng)過程，所以交接平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊 4、 在翻臂上安裝自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小托輥，當(dāng)鋼板沒有到規(guī)定位置（翻臂止擋處）而翻板時(shí)，當(dāng)翻臂稍成傾角，鋼板就會(huì)平穩(wěn)而輕快地滾移到位，避免了很大沖擊和噪聲的產(chǎn)生。 1.3機(jī)構(gòu)尺寸確定 1、兩套四桿機(jī)構(gòu)極位夾角的確定 兩套四桿機(jī)構(gòu)用OA1B1C1和OA2B2C2表示（如圖1.3） 圖1.3 兩套四桿機(jī)構(gòu)極位夾角圖 因?yàn)殇撆鹘唤舆^程中，要平穩(wěn)可靠，兩翻轉(zhuǎn)臂加持鋼板需同時(shí)旋轉(zhuǎn)，并基本保持同步旋轉(zhuǎn)。故兩套四桿機(jī)構(gòu)的極位夾角（如圖1.4）必須相同，并且當(dāng)其值為零時(shí)，沒有機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)，同步性最優(yōu)。、即：θ1=θ2=0 圖1.4 兩套連桿機(jī)構(gòu)的極位夾角圖 二、機(jī)構(gòu)尺寸確定 在設(shè)計(jì)中，由于場(chǎng)地等因素的限制，可預(yù)先確定L1、L2和h。即兩套四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架長(zhǎng)度d1、d2。 2.1第一套四桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定 圖2.1 第一套四桿機(jī)構(gòu)極限位置圖 預(yù)先確定搖桿長(zhǎng)度c1,根據(jù)θ′=0，機(jī)架長(zhǎng)度d1及搖桿擺角Φ可以作出圖2.1，從而求得其余桿件的尺寸。 在圖5中，OB1′=b1-a1,OB1=b1+a1,B1B1′=OB1-OB1′=2a1，a1,b1分別為曲柄和連桿長(zhǎng)度。故 a1= B1B1′/2 又因B1B1′=2c1/sin(Φ/2),所以a1=c1*sin(Φ/2),設(shè)C1O長(zhǎng)為d1，從圖5中可以求得d1=L12+H21/2 b1= d12-(c1*cos)2 取值L1=3000mm,H=500mm，C1=700mm, Φ=105° （在設(shè)計(jì)中，由于場(chǎng)地等因素的限制，可預(yù)先確定L1，L2和H，即兩套四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架長(zhǎng)度d1和d2） 故a1=c1*sin(Φ/2)=555mm 連桿b1=L12+H2- (c1*cos)21\2 =[9250000-181589.334]=3011.4 d1= (L12+H2)1\2 =3041.4 2.2第二套四桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定 圖2.2 第二套四桿機(jī)構(gòu)極限位置圖 按照確定第一套機(jī)構(gòu)尺寸同樣的方法，可方便的求得第二套機(jī)構(gòu)尺寸。 預(yù)先確定C2=700mm，H1=H2=500mm。 a2=c2sin=555mm d2= [（L1+L2）2+H2]1\2=5024.9 b2=[d22-(c2cos)2]1\2=[25250000-181589.3]1\2=5006.84 2.3曲柄存在條件及傳動(dòng)角的驗(yàn)算 當(dāng)兩套四桿機(jī)構(gòu)的尺寸確定以后，還要進(jìn)行曲柄存在條件及傳動(dòng)角大小的驗(yàn)算。曲柄存在條件是:①曲柄為最短桿；②機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和 驗(yàn)算兩套機(jī)構(gòu)桿的尺寸：曲柄a1,a2、連桿b1,b2、搖桿c1,c2、連架桿d1,d2應(yīng)滿足下列條件： a1+d1＜c1+b1和a2+d2＜c2+b2 ① a1+d1=555+3041.4=3596.4 c1+b1=700+3011.4+3711.4＞a1+d1 符合要求 ② a2+b2=555+5024.9=5579.9 c2+d2=700+5006.8=5706.8＞a2+d2 符合要求 傳動(dòng)角的驗(yàn)算如下（見圖2.3） 圖2.3 傳動(dòng)角的極限大小圖 7當(dāng)曲柄a轉(zhuǎn)到與連架桿g成一直線或重合的兩極限位置時(shí)傳動(dòng)角u有最大值和最小值。 umax=cos-1{[b2+c2-(d+a)2]/2bc} umin=cos-1{ [b2+c2-(d-a)2]/2bc} 若電動(dòng)機(jī)力矩變化不大，為了提高效率，傳動(dòng)角應(yīng)盡量在90°附近一般umax≦150°， umin≥30°。代入第一套數(shù)據(jù)umax=143.2°≦150°、umin=36.8°，umax=142.7°≤150°、umin=37.25°。均滿足要求 2.4 第三套機(jī)構(gòu)尺寸e的確定 根據(jù)場(chǎng)地的條件限制，取定H2=2300mm，L4=400mm，f2=1200mm,(翻板臂整長(zhǎng)為2400mm) 當(dāng)手臂處于水平時(shí)，支撐桿與翻臂垂直或接近垂直時(shí)受力最大，設(shè)定角F2E2D2為90°。 L3=L2/2-L4/2=800mm， f2-L2=D2O′=400 C2=（C2D2-D2O′）1/2=（14002-4002）1/2=1341.67mm e1=C2O′+H2=3642 搖桿擺角Φ及板臂（以下簡(jiǎn)稱撥桿）下偏角α的選取原則 根據(jù)翻板機(jī)的工作特性，為滿足兩撥桿在一定角度范圍內(nèi)（一般在85°--95°）基本上能同步旋轉(zhuǎn)，除按上節(jié)介紹的方法設(shè)計(jì)外，還應(yīng)正確地選擇Φ及α，Φ和α不能隨意選取，事實(shí)上它們之間存在有某種聯(lián)系， 現(xiàn)推導(dǎo)如下，如圖2.4 圖2.4 搖臂的極限位置圖 假設(shè)工藝要求兩撥桿在γ角度處開始交接鋼板，此時(shí)送料撥桿1所轉(zhuǎn)過的角度為A1=γ+2α 左側(cè)接料撥桿所轉(zhuǎn)過的角度為 A2=Φ-α+β 由工作原理我們知道，當(dāng)兩撥桿開始鋼板交接時(shí)，它們所轉(zhuǎn)過的角度相等。 即：A1=A2 由上面三式可得 γ+2α=Φ-α+β 由圖可知 β=γ-[180°-(Φ-α)] 整理以上式子，可知 Φ-2α=90°………………….1 另外，為保證兩撥桿至少在85°位置開始鋼板交接，即 Φ-α95°……………………2 可以用1、2倆式來確定Φ及α的大小。 三、整個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的載荷計(jì)算 3.1 e2載荷和大小計(jì)算 為簡(jiǎn)化計(jì)算，只考慮鋼板的荷載（鋼板重24噸），其它構(gòu)件的荷載忽略不計(jì)，也不考慮加速度引起的動(dòng)負(fù)荷。 由于a1、b1、c1、d1、e1和a2、b2、c2、d2、e2是兩套一樣的連桿機(jī)構(gòu)，算前面一套的數(shù)據(jù)就可以把另外一套的數(shù)據(jù)確定。除了b1、b2的根據(jù)布局不同選取的長(zhǎng)度不同外，其它的數(shù)據(jù)都是一樣。 3.1 翻轉(zhuǎn)臂是往下轉(zhuǎn)5°脫離鋼板以后再通過e2給翻臂一個(gè)向上的力托起鋼板使其翻轉(zhuǎn)。由5°到剛接觸鋼板的零界圖可以知道e2在垂直的往上頂?shù)臅r(shí)候所受到的荷載是最小的。 如下圖： 圖3.1 局部受力和機(jī)座分布示意圖 如圖3.1 按e2垂直翻轉(zhuǎn)臂和鋼板計(jì)算。 連桿需要較高的屈服強(qiáng)度，綜合性能需求選45號(hào)鋼做連桿材料。GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的45鋼經(jīng)850℃正火、840℃淬火、600℃回火，達(dá)到的性能為屈服強(qiáng)度≥355MPa，[σ]= σs/n,n為安全系數(shù)，取5，則滿足要求。連架桿e2的載荷和大小計(jì)算過程如下： e2載荷：σmax=≤[σ]＝＞A≥F/[σ] [σ]= σs/ns 取ns=5 , σs=355MP。 得到[σ]==71MP。 F=24×103Kg×10N/kg=240000N, A≥=3380.28mm2, 1πd2/4≥3380.28mm2 ＝＞d≥65.6mm,取80mm。 3.2 搖桿d2、C2的載荷和大小計(jì)算： 根據(jù)3.1圖所示可以知道兩機(jī)座之間的距離是2460mm，兩翻臂軸中心孔的距離是600mm。 算出C2到G的距離：D2G=1200-（1230-300）=270mm 根據(jù)圖上的受力分析可以知道搖桿C2D2在D2處的受力情況。利用三角形相似定理可得到連架桿作用在上面的力為24000N，垂直搖桿C2D2的力為F=24000×10×270÷140046285.71N。 一邊5套相同的C2D2，將力F除5得到單個(gè)力為9257.14N。 抗扭截面模量Wt=πD3 /16 T / Wt=FL / Wt =9257.14×1400÷(πD3 /16)＜0.5×355÷5 ＝＞D3 ＞（9257.14×1400×16）÷（π * 35.5）=1856401.074mm3 ＝＞D＞122.9mm ，取D為130mm。 C2桿的計(jì)算： 根據(jù)力矩守恒有F1*C2D2 = F2*C2B2 ，得到F2=2F1 。 抗扭截面模量Wt=πD3 /16 T / Wt=FL / Wt 則有D3＞16×2×9257.14×700÷35.5÷3.14≈1860230.88mm =＞D＞122.99mm。 3.3 連架桿和搖臂直接的連接軸大小和載荷計(jì)算 當(dāng)搖臂水平不動(dòng)承受鋼板載荷時(shí)，連架桿和搖臂直接的軸與搖桿d2與連架桿之間的軸是一樣的。 5個(gè)搖臂受力分析得每個(gè)受力為24000×10÷5=48000N， 取連桿軸長(zhǎng)度為350mm， 軸受到的最大剪應(yīng)力為=16T/πD3＜0.5δs/5， 得D3＞5×16FL/0.5πδs=5×16×48000×350÷3.14÷0.5÷355=2411411.14mm3 ＝＞D＞134.10mm 3.4 連桿b與搖桿c之間的連接軸計(jì)算 按上面受力分析得F2=2×9257.14N,軸還是取350mm長(zhǎng)， 則Wt=πD3 /16 ， T / Wt=FL / Wt， 則有D3＞16×2×9257.14×350÷35.5÷3.14=930115.44mm3；D＞97.6mm。 3.5連桿b的大小計(jì)算 上面求得F2為2×9257.14N，受力分析得到F合為2×9257.14×1400÷270=95999.97N。 σmax=≤[σ]＝＞A≥F/[σ] [σ]= σs/ns 取ns=5 , σs=355MP。 得到[σ]==71MP。 F合=95999.97N, A≥=1352.11mm2, 1πd2/4≥1352.11mm2 ＝＞d≥41.5mm， 取100mm。 3.6 曲柄a的大小和強(qiáng)度計(jì)算 取曲柄長(zhǎng)度為555mm，連桿機(jī)構(gòu)損耗率為0.8.由上面可以知道電動(dòng)機(jī)輸出力矩為24000×10×1.2÷0.8=360000N·m，則曲柄的切線方向的力的大小為360000÷0.555N=648648.65N。 則Wt=πD3 /16 ， T / Wt=FL / Wt＜[σ] =0.5δs/5， 則有D3＞16×648648.65×555÷35.5÷3.14=51673096.01mm3；D＞372.47mm。 曲柄與連桿的連接軸取連接軸長(zhǎng)為250mm，按上面受力分析得F=648648.65N, 則Wt=πD3 /16 ， T / Wt=FL / Wt， 則有D3＞16×648648.65×250÷35.5÷3.14=23276169.37mm3；D＞285.52mm。 四. 電動(dòng)機(jī)和減速器的選取 由前面講敘的翻臂翻轉(zhuǎn)一次再回到原來位置的要用21s，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周也是t=21s。圓周長(zhǎng)s=2πr=2×3.14×0.555=3.4854m。 曲柄切線方向的力為F=648648.65N，那電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P=FS/T=107657.1431w=107.66kw。 選取電動(dòng)機(jī)為YZR355M-10型號(hào)的額定功率為110Kw,轉(zhuǎn)速為581r/min。 曲柄21s內(nèi)完成一次循環(huán)，一分鐘轉(zhuǎn)2.857圈，總傳動(dòng)比i==581÷2.857≈204 將額定功率和傳動(dòng)比告訴廠家可以定到符合規(guī)格的電動(dòng)機(jī)和減速器。 結(jié)論與展望 本文對(duì)曲柄翻板機(jī)的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，獲得了一些成果與結(jié)論。我們求出了翻版過程受力和四桿機(jī)構(gòu)中各個(gè)桿件的強(qiáng)度及大小，現(xiàn)已經(jīng)能夠熟練的操作SolidWorks制圖軟件。同時(shí)我們對(duì)機(jī)構(gòu)的尺寸確定、傳動(dòng)角及各角度的驗(yàn)算、電動(dòng)機(jī)的選取方法都有了一定的掌握。原本要通過比較繁瑣的單一的翻轉(zhuǎn)在這套機(jī)構(gòu)出現(xiàn)以后大大的改進(jìn)了生產(chǎn)流程，節(jié)約了時(shí)間和人力，也給工人們?cè)鰪?qiáng)了安全保障。電機(jī)、減速機(jī)提供低速大扭矩的動(dòng)力，由兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別帶動(dòng)翻板臂和接板臂的旋轉(zhuǎn)，由此帶動(dòng)鋼板翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)工程中各桿件和搖臂的載荷、角度的變化迫切需要本文的出現(xiàn)。 通過本文的研究分析得出的結(jié)論我們有理由相信：隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展，不同類型的鋼板需求越來越大。這給鋼板生產(chǎn)家也帶來了技術(shù)更新的壓力，在結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和各廠家場(chǎng)地的不同，曲柄四桿機(jī)構(gòu)翻板機(jī)將更加完善。在不久的將來曲柄連桿翻版機(jī)構(gòu)將會(huì)廣泛運(yùn)用于加工和檢測(cè)中，人工和維修性都會(huì)降低，生產(chǎn)效率將大大提高。 參考文獻(xiàn) [1]秦大同．機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)與技術(shù)．．北京：清華大學(xué)出版社，2003． [2]紀(jì)名鋼. 機(jī)械設(shè)計(jì).8版.北京：高等教育出版社，2006 [3]羅迎社.材料力學(xué).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001 [4]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).6版.北京：高等教育出版社，2006 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