自动翻板机的设计-毕业论文

第I页自动翻板机的设计摘 要翻板机是一种应用广泛的专用设备,在各种板类材料的生产加工过程中都有应用。然而翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件进行设计，这就增加了翻板机研究的价值。首先，本文选择对钢铁行业的自动翻板机进行研究。在了解了自动翻板机的工作原理之后，对其关键机构进行设计与校核，同时对核心的翻板机构做了设计与分析，由此完成了对翻板机整体设计。其次，本文根据自动翻板机的工作原理以及工作流程，对比继电器控制系统与PLC的特点，选择了继电器控制系统做设计。第三，本文重点分析了自动翻板机的工作原理，关键机构的设计与校核以及自动控制系统的设计。在工作原理部分，用画原理图的方式对翻板机的工作原理进行了详细地梳理；在关键机构的设计与校核部分，运用所学知识对自动翻板机的核心机构进行计算并校核，校核结果均合格。在控制系统部分，结合了自动翻板机的工作流程，对比了PLC与继电器控制系统的特点，选择了继电器控制系统并设计了一套完整的自动控制体系。最后，文章对全篇做了总结并提出了自己的观点，为自动翻板机的研究提供了研究方向。关键词：翻板机，翻板机构，电气控制第II页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）Design of the automatic plate-turning machineAbstractPlate turning machine is a widely used special equipment, which is used in the production and processing of various kinds of plate materials. However, the specificity of the turn over machine is very strong, so it is necessary to design for different production conditions, which increases the value of the research of the turning machine.First of all, this paper studies the automatic plate machine in the steel industry. After knowing the working principle of the automatic turning machine, the key mechanism is designed and checked, and the design and analysis of the core plate turning mechanism are completed. Thus, the whole design of the plate turning machine has been completed.Secondly, according to the working principle and working flow of the automatic turn over machine, comparing the characteristics of relay control system and PLC, the relay control system is chosen to design.Third, this paper analyzes the working principle of the automatic turning machine, the design and verification of the key mechanism, and the design of the automatic control system. In the principle part, the working principle of turning machine by way of drawing principle in detail carding; design and check in the part of key institutions, to use the knowledge to calculate and check on the core mechanism of automatic turnover machine, check the results are qualified. In the part of the control system, the working flow of the automatic turnover machine is combined. The characteristics of the PLC and the relay control system are compared. The relay control system is selected and a complete automatic control system is designed.Finally, the article summarizes the whole paper and puts forward its own point of view, which provides the research direction for the research of automatic turning machine.Key Words: Plate-turning machine, Plate turning mechanism, Electric control第IV页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）目录1 绪论11.1 翻板机的发展11.2翻板机的分类11.3翻板机在不同领域的应用21.3.1在钢铁冶金行业的应用21.3.2在汽车行业的应用31.3.3其它行业41.4研究本课题的意义及内容52 自动翻板机的工作原理62.1 本文设计的翻板机的结构组成62.2自动翻板机的运动过程73 翻板机的关键机构的设计与校核103.1 分配传动比103.2传动装置的运动和动力参数计算113.2.1计算各轴的功率113.2.2计算各轴的转速113.2.3计算各轴的转矩123.3齿轮的选择与校核123.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数123.3.2按齿面接触疲劳强度设计133.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计163.3.4几何尺寸计算183.3.5圆整中心距后的强度校核193.3.6主要设计结论213.4主驱动轴的设计与校核223.4.1初步估算轴的直径223.4.2 联轴器的选择223.4.3轴承的选择233.4.4轴的校核243.5轴承的校核283.6曲柄摇杆机构分析293.6.1机构原理293.6.2机构设计303.6.3机构分析324 自动翻板机的继电器控制系统设计344.1自动翻板机的工作流程及控制要求344.2自动翻板机的调速控制线路354.2.1基本概念354.2.2变极调速354.2.3变极调速控制线路设计37结论39致谢41参考文献42第 44 页 自动翻板机的设计1 绪论1.1 翻板机的发展钢板、铜板、石膏、玻璃、纱布、纸卷等产品,在生产制造、产品检验以及产品运输的某一过程中,要求其以某种特定状态（立式或卧式、上表面或下表面）存在,这样就需要一种用于给产品进行状态转换的设备。翻转设备正是为此而设计的,它是相关产品必不可少的一种设备1。本论文研究的翻板机就属于翻转设备的一种。翻板机是一种应用十分广泛的专用机械设备,在各种板类、卷类材料的生产加工过程中都有应用。然而恰恰是由于翻板机的应用场合十分广泛,并且每一种翻板机应用的工况和要求都各不相同,导致了翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件和要求进行自行设计。翻板机的设计情况目前多为各厂家自行设计,只为达到各自的设计目的,因此很难形成一个统一的标准,再加上设计水平参差不齐,设计手段不够专业,市场上充斥着大量标准各异的设备，这对企业选购产品带来了极大的不便，但于与此同时也加大了翻板机研究的价值2。1.2翻板机的分类翻板机由于它的应用领域十分广泛,因此它的形式也呈现出多样性的特点。在目前的实际生产中存在着多类型的自动翻板机。在实际生产线上的通常采用的翻板机构可分为以下三类：（1）气动翻板，翻板力是由气缸产生的，其结构简单、投资较低，但其性能不稳定，翻板周期较难控制，容易产生折板、碎板等现象，生产效率较低。（2）液压翻板，由液压系统提供翻板动力，一般接板杆与抬起杆上均至少有一个液压缸，工作过程比较稳定。但是其同步性控制难度较大，电控部分比较麻烦，液压站成本高，一般只用于大型生产线。（3）机械翻板，按结构又可以细分为四杆机构和六杆机构等不同类型。它由离合器、减速机、曲柄摇杆机构和两组四杆机构等联接而成实现翻板，由于每隔一定时间才进行一次翻板，离合器的作用是在电机连续运转下使翻板机完成间歇作业。机械翻板机工作比较可靠，交接板过程比较平稳。具有翻板周期可控制，工作状态平稳，不易产生折板、碎板等优点。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3。随着市场对钢板质量要求的不断提高，翻板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控制都对翻板机的功能提出了更严格的要求。“为保证钢板在翻转过程中要实现尽可能小的冲击，应考虑以下几方面的问题：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；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臂在不到 90的位置实现交接，然后接送两翻臂同时运动到中点以后的位置完成钢板的交接；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；为了提高生产率，翻钢板的过程最好是连续不断地进行4”。除了按上述驱动方式分类的方法之外，还可根据外形、用途、传动机构等方法进行分类，在此就不多赘述了。1.3翻板机在不同领域的应用1.3.1在钢铁冶金行业的应用在钢板的生产过程中,钢板的翻板检查是生产厂必不可少的一道工序,为减轻工人的劳动强度,提高生产效率,翻板机就是钢厂不可缺少的主要设备之一。其作用就是将钢板翻转“180”,即钢板的下表面翻转为上表面,以便于检查钢板的表面质量,同时也方便工人对钢板表面进行相应的修整（如图1.1、图1.2）。图1.1 翻板机机构简图图1.2 翻板机的三维模型“双臂曲柄摇杆式翻板机就是一种这样的设备。它由一台交流电动机驱动相互连接的两套四杆机构组成。主动驱动为一曲柄摇杆机构,而翻板为双摇杆机构。两套机构由中间长轴和一个成直角拐的作为中间连接。整个传动系统由减速器的低速轴两端各装一个有一定偏角的曲柄,分别带动两套四杆机构7”。1.3.2在汽车行业的应用在汽车制造行业中,车身覆盖件在加工成形过程中,根据工艺安排,有时需要对其进行上下翻转。以前要完成这一工序,主要依靠工人的手工操作,费时又费力;采用自动翻板机,不但减轻劳动强度,而且大大提高了工作效率。目前此类设备多数依赖进口,设备投资大,且维修费用高。因此,汽车自动翻板机的研制具有非常重要的现实意义8。（plc文献）汽车自动翻板机是将放置在垛料夹持装置上的垛料进行翻转的装置，可用于整垛板料的整体翻转，分为O型闭式和C型开式两种结构方式。翻转机可从控制操作柜上手动操作，或由PLC系统自动控制运行。本篇所述的汽车翻板机为开卷落料线的有机组成部分，O型闭式，分为A、B上下两个面，翻板机可将落料线生产的料片整垛反转，实现一个模具生产的料片，可用于汽车上左右对称的部件使用，比如左右车门，可减少模具数量，同时降低模具更换次数，节约成本，提高效率9。1-测电机；2-送料小车；3-活动台板；4-侧挡；5-上横梁；6-夹紧梁图1.3 汽车翻板机结构图对汽车自动翻板机运动原理作简单描述。汽车自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分（如图1-2）。侧工作台部分主要包括侧电机和送料小车,用来完成进料或出料任务;翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘,分别由液压马达和液压油缸来驱动,用来完成夹紧和翻料任务。汽车自动翻板机的工作流程是:物料由侧工作台送至翻转圆盘上，夹紧梁向下夹紧物料后开始翻转，达到合适位置时停止翻转，加紧梁撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出。要求系统具有的功能是能够根据物料吨位的不同，适当地调整夹紧力的大小并确保物料能被夹紧、翻转;能够方便地进行参数设置、手动调试;具有实时监控的功能。自动翻板机使用PLC进行控制，具有安全性高、稳定性好、易于控制和调试等优点。用PLC进行控制，实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作,极大地方便了操作人员的使用8。1.3.3其它行业在生产以及运输92寸以上的大片玻璃时,由于玻璃板比人体高2530寸,不仅记忆破损,而且很不安全。因此，玻璃厂家设计制造了一种玻璃翻板机,将大片高玻璃翻倒横放,既减轻劳动强度,又保证人员安全。还有，生产石膏板时同样也需要一种翻转设备。那么，在翻转过程中保证石膏板能平稳运行，石膏板不摔板就显得十分重要。要完成这一项工作，翻转装置的设计变得十分关键。除此之外，钢卷、纱布以及纸卷等产品同样需要用到翻转设备。1.4研究本课题的意义及内容本论文的主要任务是以双臂曲柄摇杆式自动翻板机作为研究对象，设计比较完善的继电器控制系统以及合理的曲柄连杆机构，并探讨适合于翻转钢板的方法，具体内容如下。（1）熟悉了解自动翻板机的工作原理，在此基础上分析自动翻板机的结构和运动过程。（2）根据自动翻板机的实际性能指标，选择驱动电机的类型。（3）对自动翻板机减速器进行设计并验证其可行性。（4）根据自动翻板机结构的设计要求，设计曲柄摇杆机构。（5）根据自动翻板机控制系统的要求对其进行控制系统的设计，将所设计的系统进行仿真，并与设计要求比较，验证此设计的正确性与合理性。2 自动翻板机的工作原理自动翻板机属于翻转设备的一种，它在钢铁冶金行业有着广泛的应用，是一种十分实用的专用机械设备。在钢板的生产过程中，随着市场对钢板质量要求的不断提高，翻板检查已成为生产中必不可少的工序。自动翻板机，又称双臂曲柄摇杆式翻板机，采用机械驱动的方式，具有翻板周期可控制，工作状态平稳，不易产生折板、碎板等优点。本章通过对其工作原理的详细描述，进一步简化解读自动翻板机的结构组成和运行过程。2.1 本文设计的翻板机的结构组成自动翻板机的主要结构由电机、减速器、翻板机构以及控制台组成。其中，翻板机的传动系统由电机、联轴器、减速器和曲柄连杆机构组成。“电机的作用是为自动翻板机提供动力，减速器的作用是降低转速的同时提高输出扭矩，为翻板机构中的曲柄连杆机构提供低转速、大扭矩的动力，而曲柄连杆机构则是翻板机实现正确动作的变换机构。它将减速器低速轴的回转运动最终变为左右倾翻臂的升降，使左右倾翻臂协调动作，因此翻板机构是自动翻板机设计的关键之一11”。1-连接臂；2-同步轴；3-曲柄轴；4-曲柄；5-压杆；6-压杆头；7-连接板；8-翻转臂；9-钢板图2.1 翻版机单（右）侧机构三维模型如图2.1所示，是自动翻板机的翻板机构的单(右)侧机构。图中所示为自动翻板机的翻板机构三维模型，翻板机构主要由连接臂、曲柄、压杆、压杆头、连接板和翻转臂组成。当翻板机启动时，钢板被送入由多个翻转臂组成的平面上，每个翻转臂由连接臂固定在相同的一根同步轴上，以此来保证多个翻转臂能保持相同转速来传递扭矩。下面对翻板机的曲柄工作原理作简要描述。（见图2.2）图2.2 翻板机机构简图“双臂曲柄摇杆机构翻板机为两套四杆机构OABC 与 OEFG，两套四杆机构的曲柄以一定的角度差安装在同一减速机轴上，两摇杆轴上分别装有若干根翻转臂。由减速机轴传动曲柄做逆时针转动，曲柄 OA 带动连杆 AB，连杆 AB 带动摇杆 BCD 做逆时针运动，同时曲柄 OE 带动连杆 EF，连杆 EF 带动摇杆 FGH 做顺时针运动12”。2.2自动翻板机的运动过程从翻板机交接板过程截取的几个瞬间位置进行详细分析。其最大的特点就是有一个钢板的接送过程。在初始位置时，板坯在右侧存放平台（或辊道）上，翻板机两边的转臂均在平台（或辊道）的下面（平台或辊道为水平面）；在翻板机启动时，因为右侧的翻转臂距平台上表面（或辊道上表面）有一定的距离，因此右侧的翻转臂是空载起动的；然后，当右侧的翻转臂接触到钢板后就将钢板缓缓抬起，而与此同时左侧的翻转臂则以较快的速度抬起；左侧转臂由于转速较快，它能较早的到达竖直位置，并且翻过竖直位置（如图2.2所示）；然后，两侧转臂同时从右向左缓缓转动，如图2.3所示，此时的位置是两侧转臂都转到竖直位置时的情况；而随着两侧转臂继续从右往左旋转，要翻转的钢板就会从右边的翻转臂翻到左边的翻转臂上，直至如图2.4所示位置时，右侧的翻转臂继续缓缓往右转，左侧的翻转臂则开始以较快的速度往左转，最后两侧翻转臂到达结束位置，这样板坯就被翻到了左侧平台（或辊道）上，并且将原底面朝上。而当逆向翻板时，只需将电机逆向旋转即可。图2.3 翻板机低 图2.4 翻板机准备翻板图2.5 翻板机高位 图2.6 翻板完毕 图2.7 翻板机低位（反向） 图2.8 翻板机准备翻板（反向）图2.9 翻板机高位（反向） 图2.10 翻版完毕（反向）自动翻板机在我国各行各业的运用已经多年，本文以钢铁行业中较为普遍应用的机械翻板机曲柄摇杆式自动翻板机为主要方向进行探讨研究。“由于自动翻板机的翻转技术综合了众多学科领域的知识，在实际的应用生产上，仍存在着诸多的问题。国内对于自动翻板机的设计标准、机械加工水平、精度上仍然存在差距。即使从国外引进，在实际运用中也不能完全发挥作用。同时，由于我国工业的高速发展,生产的自动化、无污染和高效率等一系列要求也越来越高。而本人查阅大量的资料,尚未发现国内有较为系统的介绍翻板机的资料和专著,所以更加深入地对此进行研究具有重大意义7”。本章内容从两个不同的角度，分别是工作原理以及结构组成两个方面，对自动翻板机进行了详细描述。在工作原理方面，对自动翻板机的运行过程、曲柄机构的工作过程进行了介绍，并对翻板过程的每一步进行了详细描述；在结构组成方面，对核心构件翻板机构用画三维立体图的方式进行描述同时也通过画结构简图的方式介绍了翻板机构中的关键部分曲柄机构。本章补充了第一章的内容并为第三、四章的设计部分做了准备。3 翻板机的关键机构的设计与校核3.1 分配传动比电机型号为Y355L1-8。其中，额定功率、额定电压、额定转速、电机效率。减速机总传动比为取联轴器的效率，圆柱直齿轮的传动效率，轴承选择滚动轴承，传动效率取。分配传动比过程如下：查机械设计手册可得，三级圆柱齿轮减速器的传动比按等强度条件，并获得较小的外形尺寸和重量时，传动比分配可按图选取：图3.1 三级齿轮传动比分配图因为三级圆柱齿轮减速器的总转动比为由图查得，3.2传动装置的运动和动力参数计算3.2.1计算各轴的功率0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：3.2.2计算各轴的转速0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：3.2.3计算各轴的转矩0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：3.3齿轮的选择与校核3.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用斜齿圆柱齿轮传动，压力角取为，初选螺旋角。（2）自动翻板机为一般机器，参考各类机器所用齿轮传动的精度等级范围表，选用7级精度。（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBS。（4）选小齿轮齿数大齿轮齿数3.3.2按齿面接触疲劳强度设计（1）试算小齿轮分度圆直径，即 （3.1）1）确定公式中的各参数值试选载荷系数计算小齿轮传递的转矩。查表选取齿宽系数区域系数查表得材料的弹性影响系数计算接触疲劳强度用重合度系数螺旋角系数计算接触疲劳许用应力查图得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为=600Mpa、=550Mpa。计算应力循环次数：查图取接触疲劳寿命系数取失效概率为1%、安全系数S=1，取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即2）试算小齿轮分度圆直径（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备.圆周速度v齿宽b2）计算实际载荷系数。查表得使用系数根据v=4.328m/s、7级精度，查图得动载系数齿轮的圆周力查表得齿间载荷分配系数用插值法查表得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷系数由此，得到实际载荷系数3）可得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数3.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计（1）试算模数，即 （3.2）1）确定公式中的各参数值试选。计算弯曲疲劳强度用重合度系数。计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数计算。由当量齿数查图得齿形系数查图得应力修正系数查图得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为、。查图得弯曲疲劳寿命系数、。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，因为大齿轮的大于小齿轮，所以取2）试算模数（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度v齿宽b宽高比b/h2）计算实际载荷系数。根据v=4.36m/s，7级精度，查图得动载系数由，查表得齿间载荷系数。用插值法查表得，结合b/h=9.16查图得。则载荷系数为3）可得按实际载荷系数算得的齿轮模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数5.783mm并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数。取，则大齿轮齿数，取，与互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.3.4几何尺寸计算（1）计算中心距圆整为500mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角（3）计算分度圆直径计算齿轮宽度考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（510）mm，即。取，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即。3.3.5圆整中心距后的强度校核将中心距圆整至（1）齿面接触疲劳强度校核按前述类似做法，各参数计算结果：小齿轮传递的转矩齿宽系数分度圆直径传动比区域系数材料的弹性影响系数重新计算接触疲劳强度用重合度系数螺旋角系数计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数将它们代入下式得到齿面接触疲劳强度满足要求。（2）齿根弯曲疲劳强度校核按前述类似做法，各参数计算结果：小齿轮传递的转矩齿形系数应力修正系数弯曲疲劳强度用重合度系数齿宽系数模数小齿轮齿数将它们代入下式得到齿根弯曲疲劳强度满足要求。3.3.6主要设计结论齿数、，模数，压力角，螺旋角，变位系数，中心距，齿宽、。小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮材料为45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。3.4主驱动轴的设计与校核3.4.1初步估算轴的直径选择轴的材料为45钢，经调质处理。查表，得材料的力学性能数据为，按轴所受的转矩进行估算轴的最小直径，有经验公式： （.）查表，由于材料为45钢，取A=115，则得：考虑到安装联轴器，需将其轴径增加4%5%，故取最小径为75mm。3.4.2 联轴器的选择联轴器用来把两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将连接拆开后，两轴才能分离。选择一种合适的联轴器应该考虑以下几点： 所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求 联轴器的工作转速的高低和引起的离心力的大小。对于高速轴，应该选用平衡精度高的联轴器。 两轴相对位移的大小和方向。在安装调整过程中，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中产生较大的附加相对位移时，应该选用挠性联轴器。 联轴器的可靠性和工作环境。 联轴器的制造、安装、维护和成本（1）类型选择在选择联轴器是应根据使用要求和工作条件，如承载能力、转速、两轴相对位移以及装拆难易等等条件综合分析来确定。具体选择时可以考虑一下几点：选择联轴器原动机和工作机的机械特性。一是原动机的类型不同，其输出功率和转速，有的是平稳恒定的，有的是波动不均匀的。而各种原动机的裁荷性质差异更大，有的平稳，有的冲击甚至强烈冲击或振动。这将直接影响联轴器类型的选择，是选型的首耍依据之一。对于载荷为平稳的，则可选用刚性联轴器，否则宜选用弹性联轴器；二是联轴器联接的轴系及其运转情况。对于联接轴系的质量大、转动惯量大，而又经常起动、变速或反转的，则应考虑选用能承受较大瞬时过载并能缓冲吸振的弹性联轴器。根据自动翻板机的工作情况，选择弹性联轴器。（2）载荷计算联轴器的公称转矩：由于机器启动时动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应该按轴上的最大转矩作为联轴器的计算转矩，并按下式计算： （.）式中：T公称转矩，工况系数，查表可得，（转矩变化和冲击载荷中等）（3）选取联轴器的型号，确定联轴器的尺寸参数根据联轴器所在轴段直径及计算转矩选取联轴器型号，确定联轴器型号为JS9，其主要参数如下：允许的最大转矩为；许用转速为；轴孔直径为75mm，轴孔长度120mm；联轴器总长245mm；配合类型。3.4.3轴承的选择根据轴承所受载荷为中等载荷以及同时承受径向力和轴向力的作用，选取角接触球轴承。参照工作要求并根据，查表选取7217AC型角接触球轴承，其尺寸为，故；而。齿轮轮毂宽度为135mm，为了使套筒端面压紧齿轮，装齿轮的轴段略短于轮毂宽度，故取，轴的基本尺寸如下图所示。图3.2 轴的设计简图3.4.4轴的校核通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。（1）做出轴的计算简图（即力学模型）图3.3 轴的力学模型（2）轮齿受力分析如下：圆周力：径向力：轴向力：（3）计算支反力过程如下：水平方向：垂直方向：（4）做出弯矩图分别按水平面和垂直面计算弯矩：水平方向弯矩：垂直方向弯矩：总弯矩：做出弯矩图（(含扭矩图）如下：图3.4 弯矩图（含扭矩图）（5）按照第三强度理论进行校核 （3.）式3.中，折合系数，考虑了弯曲应力和扭转切应力循环特性不同的影响。取（扭转切应力为对称循环变应力）；弯曲应力；扭转切应力。弯曲应力计算： （3.）式3.中，W抗弯截面刚度；抗弯截面系数计算：所以扭转切应力计算： （.）式3.中，抗扭截面刚度；抗扭截面系数计算：所以将上述数值代入式3.5得前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得。因此，故安全。3.5轴承的校核前文设计轴的部分已选轴承，型号为7217AC角接触球轴承，轴承正装，预计工作时间为40000小时，转速111r/m。（1）计算轴承数据如下：查表可得，7217AC角接触球轴承的派生轴向力（2）判断松紧端所以轴承左端放松，右端压紧。则得，放松端轴承承受的轴向力为：压紧端轴承承受的轴向力为：（3）计算轴承的当量动载荷则得，可得轴承的当量动载荷： （.）式3.中，载荷系数，根据经验而定，取1。所以，则（4）计算轴承寿命 （.）式3.中，温度系数，查表可取。指数，对于球轴承，。C基本额定动载荷，查表可得C=65.5Kn将上述数据代入可得，3.6曲柄摇杆机构分析曲柄连杆机构则是翻板机实现正确动作的变换机构。它将减速器低速轴的回转运动最终变为左右倾翻臂的升降，使左右倾翻臂协调动作，因此翻板机构是自动翻板机设计的关键之一。3.6.1机构原理“双臂曲柄摇杆机构翻板机为两套四杆机构OABC 与 OEFG，两套四杆机构的曲柄以一定的角度差安装在同一减速机轴上，两摇杆轴上分别装有若干根翻转臂。由减速机轴传动曲柄做逆时针转动，曲柄 OA 带动连杆 AB，连杆 AB 带动摇杆 BCD 做逆时针运动，同时曲柄 OE 带动连杆 EF，连杆 EF 带动摇杆 FGH 做顺时针运动图1是这种翻板机的机构简图12”。事实上它是由两套四杆机构在曲柄轴上刚性固结组合而成。曲柄安装在减速器低速轴的两端,两曲柄间具有一定的位置差。两摇杆轴上分别装有若干根拨料杆。图3.5 机构原理图运动开始,送料拨杆先向下偏转5，以达到空载起动,然后逆时针旋转托起钢板直到与水平位置成85，与此同时接料拨杆由水平位置旋转,处于与送料拨杆平行或接近平行的位置。然后两拨杆夹持钢板一起转动,开始钢板的交接。当它们共同旋转100后,送料拨杆开始返回直到水平位置。此时接料拨杆也托着钢板返回,当它处于水平位置时,钢板落到辊道上,完成180翻面。而此时接料拨杆仍继续向下偏转5，最后再回到起始的水平位置，从而完成一次翻板。可逆翻板是上述过程的逆过程。3.6.2机构设计为了使交接钢板的过程平稳可靠,钢板由送料拨杆倒向接料拨杆时的冲击、噪音较小,这种翻板机设计的关键是合理确定两套四杆机构的尺寸及两曲柄的初始位置和两拨杆与摇杆间的夹角,以保证在两拨杆夹持钢板旋转时能做到基本同步。下面对曲柄连杆机构尺寸进行初步计算。根据参考文献13，在设计中,根据场地等条件的限制,可预先确定l1、l2和h。即两套四杆机构的机架长度d1和d2已经确定。第一套四杆机构尺寸的确定预先确定摇杆长度c1，根据机架长度d1及摇杆摆角可以作出图3-6(a）,从而便可求得其余杆件的尺寸。图3.6(a) 第一套四杆机构尺寸关系图 图3.6(b) 第二套四杆机构尺寸关系图在图3.6(a)中 （3.10） （3.11） （3.12）故 （3.13）又因为 （3.14）所以 （3.15）另外，从图3.6中我们也可以方便地求出连杆长度b1 （3.16）其中 （3.17）第二套四杆机构尺寸的确定与第一套方法相同。3.6.3机构分析翻板机是中厚板车间精整工段不可缺少的辅助设备之一。双臂曲柄摇杆式翻板机以其较优越的特性,被广大的厂家所采用。为实现可靠的翻板过程,双臂曲柄摇杆机构的参数设计就成了翻板机设计的主要难点和主要任务。平面机构常用的设计方法有:试验法、几何法和解析法。三者都有各自的优点和缺点。但是翻板机是由2个四杆机构组成,机构之间又有相互影响的关系。因而很难用常规的方法检查设计的正确性与合理性,所以更加深入地对此进行研究具有重大意义。根据参考文献14的结果，引用其对机构进行分析的方法。对机构进行正确性检查后,开始对翻板机进行分析。通过设置合适的参数,可以细致的观察翻板机的动作过程,再现翻板机的交接板过程。可以发现,初步确定的机构参数交接板过程并不是十分的理想。此时，可修改相应的模型参数然后再进行分析，这样直至最后得到一组最佳的机构参数，可使交接板过程非常理想。从而完成翻板机机构的参数设计。从左拨料杆的角度变化可以看出,左拨料杆先向下偏转,目的是为了让电机空载启动,有利用保护从得到的结果数据可以看出,在曲柄转过的过程中,左右拨料杆的角度差范围不超标,这样使得交接板过程比较平稳。同时对比参考文献中的结果数据,本组结果显示交接板过程效果更好。通过分析自动翻板机的翻板过程，对翻板机的工作过程进行总结如下：1）自动翻板机开始工作，拨料杆与接料杆均处于水平状态。2）拨料杆与接料杆以相同的速度同时开始运动，拨料杆先向下运动5，再往上运动至与水平成85，此时拨料杆与接料杆均已运行95，接料杆已运行至行程极限位置（与水平面成95），拨料杆继续运行准备翻板。3）接料杆往回运动，拨料杆继续往前运动10，这个过程即为翻板过程。4）拨料杆运行至与水平面成95，拨料杆已运行至极限位置开始往回运动，此时接料杆与水平面成85，翻板过程结束。5）拨料杆往回运动95后与水平面保持平行。接料杆先运动85至水平面，钢板正式翻面并落到辊道上，接料杆继续向下运动5，再往回运动5最后回到水平面，此时一次翻板结束。通过上述过程分析可得，拨料杆与接料杆以相同速度运行，一次完整的翻板过程中翻过相同的角度（200），此时曲柄转过一圈，即曲柄转过360，翻版一次。4 自动翻板机的继电器控制系统设计自动翻板机在工作的过程中需要控制系统对自动翻板机的工作流程进行自动控制以此来保证自动翻板机的工作流程自动化，如此能节省大量的人力资源、时间资源以及降低了经济成本。本章就对自动翻板机的控制部分进行说明。在选择控制系统的时候，因为自动翻板机控制输入输出点较少，尽管PLC各方面都优于继电器控制系统，考虑到需要用到的功能不多以及价格相较于继电器控制系统略高的情况下，选择了继电器控制系统。4.1自动翻板机的工作流程及控制要求自动翻板机的工作流程如下流程图（图4.1）所示：当电动机未启动时，需要进行翻转的钢板已经上料完成并放在预先设定好的区域等待翻板，故第一次上料的工作是在电机启动之前完成的。接着启动电机，电机直接开始翻转，等到钢板翻转完成后，此时拨料杆与接料杆均已回答初始位置等待下一步的工作。这时，拨料杆进行上料工作，接料杆进行下料工作。上料下料工作完成后，翻板机继续翻转工作，如此循环往复，直至电机停止工作。图4.1 工作流程图在自动翻板机的一次完整的翻板流程里，需要对其进行精准控制的是上料下料的时间以及翻转一次的时间，只有在规定时间内进行上料下料，才能保证自动翻板机的循环工作不会受到影响，才能循环往复的进行翻板工作。结合论文前几章的内容，初步设计上料下料时间5s，翻转一次时间为25s。除了需要对自动翻板机进行精准的时间控制之外，我们还需要对它的转速增加可调控这一项，即需要设置一种调速控制线路，使电动机能够以两种不同的转速工作，来满足不同的工作需求。当电动机以低速运转时，自动翻板机可以进行正常的翻板工作；当电动机以较高的转速运转时，此时的目的在于实现对空载状态下的自动翻板机的快速定位、在装配过程中自动翻板机的检查、在维护过程中自动翻板机的检修等等要求。4.2自动翻板机的调速控制线路在很多领域里，都要求三相异步电动机能够无极调速，它的目的是实现自动控制，来提高产品质量。例如钢铁行业中的轧钢机，机床行业中的加工中心等，都要求了可调速的三相异步电动机。4.2.1基本概念电机调速的分类从广义上来说，一是定速电机与变速联轴节配合的调速方式，二是自身可调速的电机。前者一般都是采用机械或油压式变速器，不好的地方在于调速范围小、效率低；后者一般是电动机直接调速，调速方法较多，例如更改极对数p的变极调速和变频调速。变极调速控制比较简单，价格比较便宜但是无法实现无极调速。而变频调速控制复杂，但是性能较好，现在经开始广泛应用自动控制领域中。三相笼型异步电动机的转速公式是： （4.1）式4.1中：电动机的同步转速电机极对数电机转差率供电电源频率由上式可以看出，电动机有三种方式可以调速：分别是改变电机的极对数p的变极调速、改变电机的转差率s的降压调速；改变电机的供电频率的变频调速。4.2.2变极调速变极调速这一调速方法是通过改变接触器触点，从而改变电动机绕组的接线方式来达到目的。变极电机有三种变速：双速、三速和四速；后两者变速需要两套绕组。下面以单相绕组为示例来简单介绍一下变极原理。图4.2(a) 四极绕组展形图 图4.2(b) 二级绕组展开图上图中是极对数等于2的一相绕组展形图，它是用两部分相同的绕组串联成的，两个部分中每一个部分都称为半相绕组，前者半相绕组的末端X1与后者半相绕组前端A2联结；两个的绕组的电流方向是相同的，都是从前端进入，末端输出。图（b）两个半相绕组并联起来后的展开图，从图中可以看出磁极数目减为一半了，极对数也变为了1；两半相绕组的电流方向是相反的，一个绕组是从前端进入，末端输出时，另一绕组则从末端输入，前端输出。所以改变极数之后是将绕组中的电流反向之后的结果。图4.3 三角形双星形转换图4.3中的a图是电动机在低速运转时的的三相绕组连接图（四极），U1、V1、W1接入了电路；b图是电动机在高速运转时的的三相绕组连接图（二极），U2、V2、W2接入了电路。由原理可知，电机极数在由一变为二的过程中，电流的方向会发生变化，电动机的旋转方向将会发生变化，对设备造成影响，所以变极后必须改变绕组的相序。4.2.3变极调速控制线路设计根据上文提到的要求，自动翻板机调速的目的很简单，只需要两种不同的速度即可，所以变极调速选择装有一套绕组的双速电动机。双速电动机调速控制线路如图所示。图4.4 主电路图图中接触器QA1工作时，电动机为低速运行；接触器QA2和QA3工作时，电动机为高速运行。当电动机以低速运行时，自动翻板机处于正常工作状态；当电动机以高速运行时，自动翻板机没有负载。下面分别描述电动机以低速和高速运行时的动作以及低速与高速之间的切换。SF1和SF3分别为低速和高速启动按钮，若按下低速启动按钮SF1，接触器QA1通电，电动机结成三角形，低速运转；若按下高速启动按钮SF3，则电机直接启动，接触器QA2、QA3通电自锁，电动机高速运转。图4.5 控制线路图当电动机以低速状态运行时，启动开关SF1闭合，接触器QA1通电，时间继电器KF1通电，第一次计时25s开始，此时自动翻板机同时开始工作。计时结束后，延时触点KF1产生动作，常闭触电断开，常开触点闭合。所以接触器QA1断开，时间继电器KF2开始工作，第二次计时5s开始。此时自动翻板机翻板完成，等待上料下料。计时结束后，延时触点KF2产生动作，常闭触电断开，常开触点闭合。所以时间继电器KF1断开，触电KF1回到原始状态，接触器QA1重新通电，电动机重新开始工作，如此一个工作循环结束。当电动机以高速运状态行时，因为不需要在工作状态下对低速与高速进行切换，所以若需要以高速状态运行，只需按动开关SF3，使QA2通电自锁，使QA3通电，即可启动电机高速运行。结论自动翻板机应用十分广泛备,在各种板类材料的生产加工过程中都有应用。然而每一种翻板机应用的工况和要求并不相同，导致了翻板机的标准不同，再加上设计水平、设计手段参差不齐等原因，翻板机研究的价值也就增加了。由于翻板机的形式呈现出多样性的，所以目前存在着多类型的自动翻板机。在实际生产线上通常采用的翻板机构可分为气动翻板机、液压翻板机和机械翻板机。翻板机是钢厂不可缺少的设备，其作用是将钢板的下表面翻转为上表面，便于检查钢板的表面质量，同时也方便工人对钢板表面进行相应的修整。自动翻板机的主要结构由电机、减速器、翻板机构以及控制台组成。其中，翻板机的传动系统由电机、联轴器、减速器和曲柄连杆机构组成。曲柄连杆机构是翻板机实现正确动作的变换机构，它将减速器低速轴的回转运动最终变为左右倾翻臂的升降。翻板机构主要由连接臂、曲柄、压杆、压杆头、连接板和翻转臂组成。当翻板机启动时，钢板被送入由多个翻转臂组成的平面上，每个翻转臂由连接臂固定在相同的一根同步轴上，以此来保证多个翻转臂能保持相同转速来传递扭矩。自动翻板机的核心机构设计包括减速器的设计，减速器的设计包含齿轮、轴以及轴承等零件的设计与校核。除此之外还有翻板机构中的曲柄机构的设计与分析，其中包含自动翻板机的翻板过程：自动翻板机开始工作，拨料杆与接料杆均处于水平状态。拨料杆与接料杆同时开始运动，接料杆运行至行程极限位置，拨料杆继续运行准备翻板。开始交接板材后，接料杆往回运动，拨料杆继续运动，这个过程即为翻板过程。自动翻板机的控制系统需要精准控制上料下料的时间以及翻转一次的时间，只有在规定时间内进行上料下料，才能保证自动翻板机的循环工作不会受到影响，才能循环往复的进行翻板工作。除了需要对自动翻板机进行精准的时间控制之外，还需要对转速可调控，设置一种调速控制线路，使电动机能够以两种不同的转速工作，来满足不同的工作需求。当电动机以低速运转时，自动翻板机可以进行正常的翻板工作；当电动机以较高的转速运转时，此时的目的在于实现对空载状态下的自动翻板机的快速定位、在装配过程中自动翻板机的检查、在维护过程中自动翻板机的检修等等要求。毕业论文将理论与实际相结合，通过这次毕业设计，让我的理论知识和实际设计相结合，锻炼了我的综合运用所学的专业知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册以及电脑制图等其他专业能力水平。通过对整体设计的掌控，对局部设计的分析，对细节的处理，使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质也得到了不同程度的提升。当然，本次论文的设计仍有不足之处，主要在于自动翻板机减速器低速轴的回转运动最终变为左右倾翻臂的升降运动的分析程度仍存在上升的空间，如果将这一点的分析做到最好，我相信对于自动翻板机的工作有百利而无一害，只可惜学生能力不足，只能等有识之士作进一步研究与分析。总体来说，此次毕业论文从无到有，我也收获了很多，给大学生活画上了完整的句号。致谢光阴似箭日月如梭，大学四年的学习生活转眼就要结束。即将要告别母校，告别我敬爱的老师和亲爱的同学们，在此借机会向他们表达深深的谢意。首先感谢我的导师王鹤。本文从开篇、写作直至最终定稿，王老师给予了我诸多建设性建议，并在百忙之中多次阅稿。恩师严谨的治学态度、科学的教学方法、渊博的知识、诲人不倦的工作精神和平易近人的作风都令我景仰和敬慕，并将使我终生受益。感谢我的辅导员老师，感谢我的母校所有教过我的老师们和使我受教的老师们，他们无私的传道、授业、解惑，让我能够辨事理、明是非，让我在人生的路上向前不断迈进。还要感谢长期以来一直给予我许许多多帮助的同学们，你们的友情将是我一生最值得珍惜的财富。参考文献1王广收，铜阴极板专用翻板机的研发与动力学仿真分析D昆明理工大学，20082王勇勤计算机辅助曲柄摇杆式翻板机的最优化设计J有色设备，1993(4)：14-183运洪良，吴云云，胡广庆，等基于莱钢宽厚板翻板机装配方法改进技术的研究与应用J硅谷，2011(2)：100-1004刘云，段丽娟特厚板翻板机设计J一重技术，2012(3)：25-275谢康林，李浙昆基于ADAMS的双臂曲柄摇杆式翻板机的仿真设计J新技术新工艺，2013(6)：94-966 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