棒料校直机机构
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第一章概述
背景
棒料校直是机械零件加工前的一道准备工序,区别于调直或矫直,校直主要用于对热处理后的金属件的校直。若棒料弯曲,就要用大棒料才能加工出一个小零件,如图1所示,材料利用率不高,经济性差。故在加工零件前需将棒料校直。现要求设计一短棒料校直机。确定机构运动方案并进行执行机构与传动系统的设计。我将完成校直机的送料机构和校直机构等及整体系统的设计。
图1待校直的弯曲棒料
设计需求
技术要求:
棒料材料为45钢,棒料校直机其他原始设计数据如表1所示。
设计数据:
表1棒料校直机原始设计数据
设计要求:
1)给出机构运动方案,至少两个方案并比较优缺点
2)根据已知数据确定构件运动尺寸,并绘制机构运动简图。(A3)
3)针对所选机构绘制装配图(A2)
4)绘制两个主要零件的零件图。(2xA2)
5)编写课程设计说明书
工作原理
校直机的工作原理:辊子的位置与被校直制品运动方向成某种角度,两个或三个大的是主动压力辊,由电动机带动作同方向旋转,另一边的若干个小辊是从动的压力辊,它们是靠着旋转着的圆棒或管材摩擦力使之旋转的。为了达到辊子对制品所要求的压缩,这些小辊可以同时或分别向前或向后调整位置,一般辊子的数目越多,校直后制品精度越高。制品被辊子咬入之后,不断地作直线或旋转运动,因而使制品承受各方面的压缩、弯曲、压扁等变形,最后达到校直的目的.
1)用平面压板搓滚棒料校直(图2)。此方法的优点是简单易行,缺点是因材料的回弹,材料校得不很直。
2)用槽压板搓滚棒料校直。考虑到“纠枉必须过正”,故将静搓板作成带槽的形状,动、静搓板的横截面作成图3所示形状。用这种方法既可能将弯的棒料校直,但也可能将直的棒料弄弯了,不很理想。
3)用压杆校直。设计一个类似于图4所示的机械装置,通过一电动机,一方面让棒料回转,另一方面通过凸轮使压杆的压下量逐渐减小,以达到校直的目的。其优点是可将棒料校得很直;缺点是生产率低,装卸棒料需停车。
4)用斜槽压板搓滚校直。静搓板的纵截面形状如图5所示,其槽深是由深变浅而最后消失。其工作原理与上一方案使压下量逐渐减小是相同的,故也能将棒料校得很直。其缺点是动搓板作往复运动,有空程,生产效率不够高。虽可利用如图所示的偏置曲柄滑块机构的急回作用,来减少空程损失,但因动搓板质量大,又作往复运动,其所产生的惯性力不易平衡,限制了机器运转速度的提高,故生产率仍不理想。
5)行星式搓滚校直。如图6所示,其动搓板变成了滚子1,作连续回转运动,静搓板变成弧形构件3,其上开的槽也是由深变浅而最后消失。这种方案不仅能将棒料校得很直,而且自动化程度和生产率高,所以最后确定采用此工作原理。
图2平面压
板搓滚棒料校
直图3槽压板搓
滚棒料校直
图
4压杆校直
图5斜槽压板搓滚校直图6行星式搓滚校直
第二章总体方案设计
执行机构运动方案的拟定
滚子弧形搓板弹簧
图7给出了两种校直机构方案,其中图a)为曲柄摇杆机构与齿轮、齿条机构组合,
图b)为摆动推杆盘形凸轮机构与导杆滑块机构的组合,曲柄(或凸轮)每转一周
送出一根棒料。由于凸轮机构能使送料机构的动作和搓板滚子的运动能更好的协
调,故图b)的执行机构运动方案优于图a),下面设计计算针对图b)方案进行。
a)b)
图7行星式棒料校直机执行机构运动方案
传动系统运动方案的拟定
初步拟定的传动方案如图8所示。驱使动搓板滚子1转动的为主传动链,为提
高其传动效率,主传动链应尽可能简短,而且还要求冲击振动小,故图中采用了一
级带传动和一级齿轮传动。传动链的第一级采用带传动有下列优点:电动机的布置较自由,电动机的安装精度要求较低,带传动有缓冲减振和过载保护作用。
图8行星式棒料校直机
传动方案
第三章机构设计计算
执行机构设计
由于动搓板滚子1直接装在机器主轴上,只有执行构件,没有执行机构,故只需对送料机构进行设计。
对于图7b)所示得运动方案,送料机构的设计,实际上就是摆动推杆盘状凸轮机构的设计。
凸轮轴的转动是由滚子轴(传动主轴)的转动经过齿轮机构传动减速而得到的。下面来讨论滚子轴与凸轮轴间的传动比应如何确定。
应注意在校直棒料时,不允许两根棒料同时进入校直区,否则将因两根棒料的相互干扰,可能一根棒料也未被校直。所以一定要待前一根棒料退出落下后,后一根棒料才能进入校直区。
滚子设计
设滚子1的直径,棒料的直径为,校直区的工作角为,从棒料进入到退出工作区,滚子1的转角为。因在棒料校直时的运动状态跟行星轮系传动一样,弧形搓板相当于固定的内齿轮,其内径为,角相当于行星架的转角,根据周转轮系的计算式,即可求得滚子1的相应转角,即
故=120x2(224+32)/32
设已确定为了校直棒料,棒料需在校直区转过的转数为,校直区的工作角为,则滚子1的直径,可由下式确定:
为了保证不出现两根棒料同时在校直区的现象,应在滚子1转过角度时,送料凸轮4才转一转,由此可定出齿轮的传动比为
图中采用了二级齿轮减速。
对于题目数据,设校直区的工作角为=1200,则由上面公式可求得滚子1的直径=224mm,滚子1的转角为=19200,故取
=19500,从而求得齿轮的传动比为
1
i g=5.41。分配传动比i ab xi bc=3x1.8故取Zc=130,Zb=72,Za=24。
滑块设计
送料滑块应将棒料推送到A点,设推送距离对应的圆心角为300,则可求得滑块行程约为120mm。
弹簧设计
设计速度为50根/分。弹簧拉回速度要快。
F=kx
弹簧的弹性系数k取F/x=20
摆杆设计
若取摆杆长l
=400mm,则其摆角为17.25o。
CF
凸轮设计(略)
弧形搓板设计(略)
传动系统设计
原动机选为Y100L2-4异步电动机,电动机额定功率P=3KW,满载转速n=1420rpm,则传动系统的总传动比为i=n/n1,其中n1为滚子1的转速。对于题目数据,n1=19500×50/3600=271,总传动比为i=5.24,若取带传动的传动比为i b=2.0,则齿轮减速器的传动比为i g=5.24/2.0=2.63,故采用单级斜齿圆柱齿轮减速器。