1、一、设计题目 m 设计一初轧机的轧辊机构 图 1 所示轧机是由送料辊送进铸坯，由工作辊将铸坯轧制成一定尺寸的方形、矩形或圆形截面坯料的初 轧 轧机。它在水平面内和铅垂面内各布置一对轧辊 (图中只画了铅垂面内的一对轧辊 )。两对轧辊交替轧制。轧机中工作辊中心 M 应沿轨迹 mm 运动，以适应轧制工作的需要。坯料的截面形状由轧辊的形状来保证。 图 1 轧辊工作 情况 二、原始数据及设计要求 根据轧制工艺，并考虑减轻设备的载 荷 对轧辊中心点 M 的轨迹可提出如下基本要求： (1)在金属变形区末段，应是与轧制中心线平行的直线段 ，在此直线段内轧辊对轧件进行平整，以消除轧件表面因周期间歇轧制引起的波纹
2、。因此，希望该平整段 L 尽可能长些。 (2)轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的，当一个面内的一对轧辊在轧制 时， 另一面内的轧辊正处于空回行程中。从实际结构上考虑，轧辊的轴向尺寸总大于轧制品截面的宽度，所以，要防止两对轧辊在交错而过时发生碰撞。为此，轧辊中心轨迹曲线 mm 除要有适当的形状外，还应有足够的开口度 h，使轧辊在空行程中能让出足够的空间，保证与轧制行程中的轧辊不发 生 “ 拦路 ” 相撞的情况。 (3)在轧制过程中，轧件要受到向后的推力， 为 使 推力尽量小些，以减轻送料辊的载 荷， 故要求轧辊与轧件开始接触时的 啮 入角 尽量小些。 约取 25 左右，坯料 的 单边最大压下 量
3、 约 50mm，从咬 入 到平整段结束的长度约 270mm。 (4)为调整 制 造误差引起的执迹变化或更换轧辊后要求开口度有稍许变化，所选机构应能便于调节轧辊 中 心的轨迹。 (5)要求在一个轧制周期中，轧辊的轧制时间尽可能长些。 三、机构方案讨论 能实现给定平面轨迹要求的机构可以有连杆机构、凸轮机构、凸轮 连杆机构、齿轮 连杆机构等。下面列举其中的几个方案，如 ： 1、 铰链 连杆 机构 (图 2) 利用铰链四 杆 机构 ABCD 连杆上某一点 M，可近似实现要求的轨迹。 2、 双凸轮机构 (图 3) 双滑块构件 3 上点 M 的运动分别由凸轮 1 和 5 来控制。 一 般来 说， 点 M
4、可精确实现 任意 给定的轨迹。 图 2 铰链四杆机构 3、 铰 链 五杆机构 (图 4) 出于铰链五杆机构是两自由度机构 ， 所以可精确实现要求的任意 轨迹，且 构件尺寸可 在 很大范围内任选，但需要给两个主动件，如取连架扦 AB、 DE 为主动 件， 它们的转角与所要实现的轨迹 mm有 关， 即与 ),( yx ， ),( yx 有关。通 常， 要精确实现该两主动件间的运动关系是比较麻烦的，如无必要，可用近似方法实现。联系两主动件间运动关系的机构常用齿轮机构、凸轮机构、连杆机构等。 4、 凸轮 连杆机构 (图 5) 利用凸轮 连杆机构一般可以精确实现要求的轨迹。 5、 齿轮 五连杆机构 (图
5、 6) 利用构件 BC 上的点 M 可近似实现要求的轨迹，且调节 AB 与 DE两构件间的相对位置即可调节点 M 的轨迹 ，故 调节较方便。 图 3 双凸轮机构 图 4 铰链五杆机构 图 5 凸轮连杆机构 图 6 齿轮连杆机构 四、设计步骤 1、选择方案 可根据机器的工作要求，从以下几点出发来考虑： （ 1） 能否实现给定的轨迹。 （ 2） 能否按要求布置在机器中，结构上是否便于实现。 （ 3） 由于本机器中机构的受力较大，应考虑到工作寿命要求。 （ 4） 轨迹和开口度的调节是否可能和方便。 下面以齿轮 五杆机构为例，介绍设计步骤。 2、 按工艺要求确定理想的轨迹 通常可先按轧制最常用规格的钢
6、材来确定该轨迹 ， 以此进行机构综合，然后调节 AB、 DE 间 的相对位置，再画出点 M 的轨迹，以检验是否能满足不同轧制 工 艺的要求 (如 轨迹、咬 入 角 、平整段长度 L 等 )。 由于该机构只能近似实现给定的轨迹，或只能精确实现轨迹上若干点，所以根据工艺要 求 重点 ，考虑水平平整段和咬 入 角 后， 在轨迹上取五个点，其坐标如下 (单位为米 )(图 7)： M1： (-0.15306， 0.60113) M2： (-O.04l40， 0.63996) M3： (0.06187， 0.65492) M4： (0.10243， 0.65575) M5： (0.1229lP 0.654
7、97) 图 7 轧辊机构参数 3、 确定 AB、 BM 的 长度及 位置 可先用图解法按给定轨迹大致选择 AB 和 BM 的长度。要使 M 能达到轨迹上的任何一点， AB 能作 360 转动，则 A 点 到轨迹的最大 距离 应为 BMABl max ，最小距离 ABBMl min 。再根据选定的 AB、 BM 长度算出点 M 在 M1M5 时对应的连架杆 AB 的转角；或者 直 按选定与该五点所对应的连架杆 AB 的转角，如 01 ， 252 ， 493 ， 604 ， 664 (要注意 AB 是作匀速转动 )。 取定齿轮 1、 3(图 7)间的传动比，可考虑取 113i ，即使两曲柄 AB、
8、 DE 作同向且角速度相等的转动。 利用导向两 杆 组综合 (设计 )方法 (详见附录五 )求得机构参数 Ax 、 Ay 、 a 、 e 、 。 其中 为度量 曲柄 AB 转角 的起始线 AI 与 x 轴的夹角， 设定 逆时针向度 量 为正。 4选定 C 点后 ， 求 CD 和 DE 的长度和位置 取定 b 和 ，如取 b e， 51.5，由导向两 杆 组连 杆 上的点 M 的坐标求出所对应的点 C的坐标。因为 ： )c o s( axx AB )s in( ayy AB BMBMe xx yytg eb 式中， e 、 b 分别为 BM 、 BC 与 x 轴的夹角 所以： bBC bxx c
9、os bBC byy si n 由点 ),( CiCii yxC 和 ii (因为 113i ，且构件 AB 与 DE 同向转动，所以 ii )，54321 、i ，同样利用导向两杆组综合法求得参数 、 cdyx EE ， 其中 为度量构件DE 与 转角 的起始 线 E 与 x 轴的夹角。 5确定齿轮尺寸 以点 A 和 E 作为主、从动齿轮 中 心，设计传动比 113i 的齿轮传动。 6对设计所得的机构进行全面分析、检验 对上面设计所得的机构进行轨迹、速度、加速度等性能分析，检验是否满足 设计要求， 若有不满足 处， 应进行适当 修改， 直至满足要求。 五、设计内容与建议 (1)本题适于用计算
10、机辅助设 计。 (2)在 编 制程序时，最好将导向两杆组综合编成一独立程序，它可适用于任意给定轨迹上五个点及其对应的连架杆转角的导向两杆组的设计。 (3)最后要求画出机构运动简图和整理说明书一份。机构 运动简图可用 2 号或 3 号图纸 做出 ，要求按比例作图，图上应 画 出工作辊中心 M 在整个运动循环中的轨迹和改变构件 AB 和 DE 的相对位置后 ， 点 M 的轨迹。作图应做到线条正确、粗细分明，图面整治、布置匀称。图上应标出必 要 的尺寸和符号。 说明书内容应包括设计题目，原始数据和设计要求 ， 机构方案比 较， 设计步骤，所用设计方法(包括简明的计算过程 )，所得结果及对设计所得机构的评价 ， 并附全部电算程 序， 标识符说明表和打印结果。
