棒料校直机机构

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

参数直径d2

(mm) 长度L

(mm)

校直前最大

曲率半径ρ

(mm)

最大校直力

(KN)

棒料在校直

时转数

(转)

生产率

(

根/分)

1 3

2 100 300 1.9 2 50 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7 b）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 1=19500,从而求得齿轮的传动比为i g＝5.41。分配传动比i ab x i 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。