双臂曲柄摇杆式翻板机毕业设计Word文档下载推荐.docx

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3.3.4两拨杆与摇杆间夹角及的确定10

3.3.5两曲柄初始位置及的确定12

4运用ADAMS进行机构的运动仿真14

4.1创建模型14

4.1.1设置建模工作环境14

4.1.2创建物体15

4.1.3创建约束15

4.1.4施加力16

4.2仿真和动画17

4.3输出结果19

5翻板机传动装置的总体设计20

5.1确定传动方式20

5.2电动机的选择21

5.2.1电动机类型的选择21

5.2.2电动机的容量的确定21

5.2.3电动机的转速的确定22

5.2确定传动装置的总传动比并分配各级传动比22

5.3.1求总传动比22

5.3.2分配各级传动机构的传动比22

5.3.3传动装置的运动和动力参数计算23

6具体结构设计分析20

6.1送料拨杆和接料拨杆的设计24

6.2连杆的设计24

6.2辅助件的设计24

7利用ANSYS分析零件27

7.1零件结构及受力分析27

7.1.1结构组成及基本数据27

7.1.2基本分析28

7.2建立模型28

7.2.1定义单元类型28

7.2.2定义材料属性28

7.2.3创建有限元模型28

7.3计算分析31

7.1.1位移分布及分析31

7.1.2应力分布及分析31

8具体结构设计分析33

8.1确定翻板机的润滑方式33

8.2维修要点33

8.2安全防护措施33

9结论34

参考文献36

1绪论

1．1概述

翻板机是中厚板车间精整工段不可或缺的辅助设备之一，通常安装在精整工段。

其作用是将钢板翻转180°

，以便于检查钢板上、下表面的质量。

通常翻板机可以分为以下3类：

①机械翻板机：

按结构又可以细分为四杆和六杆机构等不同类型。

机械翻板机工作相对比较可靠，交接板过程也比较平稳。

但是因为两个同轴的曲柄传递到翻转臂上的运动放大，设备的安装调试较难。

②气动翻板机：

翻板机的动力由汽缸提供，其结构简单、投资也较低，但性能不稳定，翻板周期较难控制，只能翻转比较轻的钢板，生产率较低。

②液压翻板机：

由液压提供翻板动力，一般接板杆与抬起杆均有至少一个液压缸，工作过程比较稳定，但是其同步性控制的难度较大，电器控制难度高，而且液压站成本高，一般只用于大型生产线。

随着市场对钢板质量的要求不断提高，翻版检查已成为生产中必不可少的工序。

而生产率、环保等指标以及钢板质量的控制都对翻板机的功能提出了更为严格的要求。

为保证钢板在翻转过程中要实现尽可能小的冲击，设计者应考虑以下几个方面的问题：

1翻转臂在初始位置时不得与钢板接触，以达到空载起动的目的；

2在翻转过程中不带钢板一侧的翻转臂要快速越过中点，提前和送钢板一侧的翻转臂在不到90°

的位置实现交接，然后接、送两翻臂同时运动到终点以后的位置完成钢板的交接；

3为了减少震动和不产生噪声，要求钢板在即将进行交接时将速度放慢，保证交接平稳，交接完成后应快速返回，从而实现钢板的翻转；

4为了提高生产率，每次翻钢板的过程最好是连续不断地进行。

因此，对翻板机的上述要求就使设计者在设计过程中对翻板机的选型和具体的设计提出了更高的要求。

一般常见的几种翻板机的形式如下：

①齿轮传动双臂翻板机，这是一种最早的翻板机，具有结构简单的特点，但其翻转过程中会产生很大的噪声，而且在接送过程中钢板表面可能有一定的损伤，整个翻转过程电动机还要进行正反转，因此在现代大生产中已经很少使用；

②双臂曲柄摇杆式翻板机，交接过程非常平稳，不会产生噪音，对钢板也不会造成划伤，是目前较为先进的翻板机；

③液压翻板机，在计算机和液压伺服技术不断发展的形式下，液压技术由于其独有的优良特性也被广泛的用于冶金设备中。

液压式翻板机能够实现位置精确控制，动作平稳，可靠、无冲击和自动控制，但其对控制水平要求高，投资较大，所以有一定的局限性。

就目前的发展形式来看，液压控制技术的飞速发展为翻板机的自动控制提供了更加优越的工作环境，使翻版机能平稳、无冲击、无噪声地完成翻板过程，是中厚板行业翻板机的一个发展方向。

这次课题设计的翻板机为双臂曲柄摇杆式，也是目前运用的最广泛的翻板机。

双臂曲柄摇杆式翻板机由电机、减速机、曲柄连杆机构组成。

电机、减速机提供低速大扭矩的动力，由两个曲柄连杆机构分别带动翻版臂和接板臂的旋转，从而实现翻板的动作。

双臂曲柄摇杆式翻板机与其它型式的电动翻板机相比具有更优越的特性。

如工作可靠，交接过程比较平稳，使钢板平稳翻转，并且不磨损钢板表面，能实现可逆翻转，一次翻版不需要电机正反转等等。

再加上其投资比较适中，因此被广大的厂家所采用。

1.2研究背景

国内最早使用的双臂曲柄摇杆式翻板机几乎都是从国外引进的设备，或者是仿制。

而后中国许多研究机构及厂家开始自主研发，也对设备进行不断地改进。

例如早在1994年，重庆大学的王勇勤就发表了相关论文，从机械优化的角度对双臂曲柄摇杆式翻板机进行了分析，并得到了一系列有益的结论。

他在论文中给出了这种翻板机的机构参数的确定方法，并利用此方法对2800中板车间现行的翻板机进行了分析并提出了改进意见。

此后，国内很多专家还在继续着这方面的研究，并且都有各自的成果。

例如在结构分析方面，重庆钢铁设计院的胡坚对中板翻板机典型结构进行了运动分析，其中就包含了对双臂曲柄摇杆式翻板机的运动分析及受力分析。

2010年贾景珍和荀凤超也发表了相关论文，他们采用了坐标约束轮换法，建立目标函数，对翻板机构和链板机构的传动角、杆件尺寸、夹角等主要参数进行了优化，优化后的翻板、接板过程更加顺畅。

随着科技的发展，人们对机构的运动分析以及结构设计不仅仅限于传统的方法，还开始利用如ADMAS、Mathcad、ANSYS等软件辅助设计。

例如，中冶赛迪的刘歌和王勤曾利用ADMAS软件进行了翻板机的运动仿真，从而得到所需的机构参数，完成了翻板机的机构设计。

永州职业技术学院的谢晓华在进行曲柄摇杆机构的运动分析和优化设计时也利用了Pro/E系统的行为建模技术。

近些年来许多专家都进行了这方面的研究，通过对机构的仿真来进行优化设计，这样的研究具有很大的意义。

在实际安装及生产过程中，曲柄摇杆式翻板机最大的缺点是安装调试比较困难。

这是因为在设

备零部件的加工装配过程中会产生加工装配误差，并且基础也有误差，在安装时还会产生安装误差，所以安装完毕后的翻板机给杆件的实际尺寸跟理论尺寸必然会有一定的偏差。

而机构任何一个尺寸变化都会引起整个翻板过程的变化，甚至可能导致翻板失败。

通过采用仿真技术就能很好的解决这个问题，不需要浪费太多的人力物理和时间，而且它能够使机构的造型形象化、可视化，也能使整个机构的设计在精确、高效的基础上更加形象、生动。

在此次课题中，没有这方面的要求，但是我也会尝试着运用。

虽然国内外对于曲柄摇杆式翻板机的研究已经进行了很多年了，而且也有很多的改进，但是不得不承认它还有很多值得改进的地方，我们期待着更好的翻板机的产生。

1.3设计内容

这次课题的目的首先是要弄清双臂曲柄摇杆式翻板机的基本原理，根据项目提供的原始参数，运用运动学原理，计算双臂曲柄摇杆式翻板机的运动参数，以此确定翻板机的主要结构尺寸，包括机构的传动角、杆件尺寸、夹角等。

在此基础上对翻板机机械部分进行设计，并尽可能优化其尺寸。

也就是说在完成课题的过程中大致过程可以总结为：

基本原理阐述、运动参数确定、机构设计和机械部分设计。

设计过程中双臂曲柄摇杆机构的参数设计是翻板机设计的主要任务和难点。

在机械工作过程中，机构的运动性能和动力性能影响着整个机器的工作效率和加工产品的质量，所以机构的设计尤为重要。

而在翻板机的翻版过程中，两个曲柄连杆机构要素要协调工作，相互影响，又增加了优化设计曲柄连杆机构的难度。

曲柄摇杆机构也是翻板机的主传动机构，我们从具体的翻版过程也能了解为什么主传动机构的设计会如此重要。

翻板机的传动方式为：

减速机曲柄带动大拉杆，大拉杆带动摇杆主轴，摇杆主轴通过撑杆驱动翻板臂，从而实现翻板臂动作为实现可靠的翻版过程。

翻板机在实际的使用过程中，可能会因受力不均匀、冲击力大、启动频繁等原因，引起翻板机传动主轴摇杆在使用中相对于传动主轴转动，使得撑杆支撑长度不统一，翻板臂不在同一平面上，引起减速机及中间轴损坏，同时开口不一致，当其中一部分开口度过大时，会经常发生掉钢事故，引起机器作业率下降，使得检修时间增多，严重影响生产。

所以我们必须要重视主传动机构的设计。

平面机构常用的设计方法有：

试验法、几何法和解析法。

三者各有优缺点。

相比之下，此次课题中利用解析法更能够算出启动阶段、交接钢板阶段、放钢阶段的翻板机运动轨迹参数。

但解析法的计算比较复杂，运算量也比较大。

曲柄摇

杆机构设计复杂，在研究这个问题时许多人采用目标优化的方法，将曲柄摇杆机构的设计问题转化为求解多目标约束函数最优化问题，并通过权重系数的调整实现对侧重点的要求，采用复合行法求解实现了全局优化的目的。

孟维云和鹿晓阳就曾发表了一篇关于运用这种方法对曲柄摇杆机构的综合优化设计的文章。

前面提到的贾景珍和荀凤超两位也采用的是同类方法。

同时也可以采用计算机辅助的方法，例如运用建模技术则可以使设计在很短时间内找到完成任务的方案，使得产品设计变得更好更快。

此次我所采用的方法是参照重庆大学的王勇勤提出的优化设计方法。

在设计完了翻板机的机构以后还必须要进行运动仿真，以此来观测所设计的机构是否合理，本次设计采用的仿真软件为ADAMS。

通过仿真得到翻板机的运作的动画

翻板机主减速器是翻板机的重要组成部分，由电机直接带动，经过齿轮多级减速后将扭矩放大输出，由输出轴与翻板机的两个曲柄翻板臂联结。

翻板机减速器的输出性能直接影响到曲柄翻板臂的工作性能。

例如，翻板机在将钢板翻起和放下时，产生的冲击载荷将传递到减速器中的各个齿轮、减速器箱体、箱盖、轴及轴承上，引起上述零件产生不同程度的变形，加之不可避免的制造误差，是齿轮工作时产生啮入啮出冲击、振动并引起齿廓齿向的偏载。

这样一来，齿轮的啮合性能和承载能力下降就会影响到翻板机主减速器的输出性能。

这个问题成沛祥和王聪在他们发表的论文中提到了，并且提出了改善的方法。

所以减速器的设计也是翻板机机械部分设计中的一部分。

在进行翻板机的运动分析和结构设计时，还要充分考虑翻板机可能出现的失效问题，这样就可以从结构上改进，使翻板机的性能更佳。

我们也可以对其中的某些零件进行强度分析，观测其受力情况和变形情况，以此来确定其是否符合要求。

例如在翻版过程中常会出现两个问题，即翻板失效和翻臂的断裂。

引起翻板失效的本质是驱动翻板机两侧翻臂运动的双曲柄摇杆机构中的各受力杆件在运动周期内，个别构件的运动方式偏离了设定的运动轨迹。

而接触钢板的工作表面存在不同时接触钢板时会使翻臂受到非均匀分布的力，这样一来，翻臂下的撑杆就容易发生弯曲变形或者断裂事故。

对于失效的分析和调整方法董军等人一起发表了相关论文，可供参考。

设计完后还要考虑一些使用上的实际问题，例如确定润滑方式维修要点等等，这些都是设计内容的一部分。

2双臂曲柄摇杆式翻板机的工作原理

图2.1是双臂曲柄摇杆式翻板机的机构简图。

从图中可以看出，该机构是由两个曲柄