MKZ84125轧辊磨床轴承箱体翻转机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 自动数控 磨床是钢材板材轧制生产线的重要配套设备，其磨削精度和磨削效率直接影响钢板的轧制质量与生产效率。 它的作用是进行各种性质不同的钢材板材磨削，主要应用于钢材、铝箔和造纸行业等。然而其在磨削工作辊的过程中，两端的轴承箱体会与砂轮架发生干涉，而频繁的装卸轴承箱体则会使加工过程变得繁琐，因此设计了翻箱机构，将工件翻转 90 度。设计翻箱机构，包括翻箱机构的工作原理、机床各部件的组成、其操作要求和方法以及翻箱机构技术要求进行了概述，并详细设计了 辊磨床的翻箱机构，其中包括法案的选择，电机的确 定以及蜗轮蜗杆与各个轴以及齿轮的选择并画出了机床总装图，翻箱机构总装配图以及部分重要零件的部件图。其设计过程主要特点是采用三相异步电动机带动蜗轮蜗杆以及齿轮传动，以达到将工件翻转 90 度的效果，方便磨床加工。翻箱机构结构简单紧凑，操作简单，维护方便，翻转工件效率高。 关键词 :翻箱机构；三相异步电动机；蜗轮蜗杆；齿轮传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he NC is an by of is to of it in of of it 0 it of of of an of of s I It of of of In I of of of of to to to 0 It of is It is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 录 . 绪论 . 1 题依据 . 1 箱机构的研究 现状 . 1 2 床总体设计 . 4 床的技术参数 . 4 床总体布局设计 . 4 局方案 的选择 . 4 部件的布局 . 5 床各部件的方案介绍 . 5 身 . 5 架 . 6 架 . 6 轮主轴系统 . 7 轮架 . 7 油系统 . 7 心架 . 8 量系统 . 8 3 轴承箱体翻转机构设计 . 9 计的基本参数 . 9 箱方案的选择 . 9 箱机构的总体设计 . 9 动机的选择 . 10 择电动机类型 . 10 择电动机的容量 . 10 动机转速的确定 . 11 传动比和分配各级传动比的计算 . 12 动装置的运动和动力参数的计算 . 12 轴转速 . 12 轴功率 . 12 轴转矩 . 12 动零件的设计计算 . 13 轴器的类型的选择 . 13 杆传动的设计 . 13 一级齿轮传动的设计 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二 级齿轮传动的设计 . 19 箱机构的结构设计 . 21 1 的结构设计 . 21 2 的结构设计 . 22 3 的结构设计 . 23 箱机构其余部分的结构设计 . 24 4 轴的校核 . 26 1 的校核 . 26 2 的校核 . 28 3 的校核 . 30 5 结论与展望 . 33 论 . 33 足之处及未来展望 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 34 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 题依据 该课题来自于无锡上机磨床有限公司的生产实际。 辊磨床它的磨削机理具有一般大型外圆磨床特点，但又不同于一般的外圆磨床的运动复杂得多，除砂轮 与工件辊作相对回转运动外，还要求砂轮、工件二者作相对纵向运动的同时，作一定的径向相对位移，而且这个径向位移是不同于磨削锥度的复合运动。因此，它的传动机构比较复杂，机床工作精度要求也较高。 工作辊是在造纸厂和轧钢厂的生产中用来轧制纸张和钢板的重要部件。其工作情况如图 示。 图 辊磨床工作辊工作示意图 由于工作辊在使用过程中磨损较快，平均两到三个小时就要进行修整磨削，否则将达不到所要求的加工精度。自动数控轧辊磨床在磨削工作辊的过程中，两 端的轴承箱体会与砂轮架发生干涉，从而影响加工精度，而频繁的装卸轴承箱体则会使加工过程变得繁琐。 现在有客户提出希望上机磨床有限公司在设计轧辊磨床的同时能配上在线翻箱机构，在磨削工作辊时将轴承箱体翻转 90，既避免了在加工过程中轴承箱体和砂轮架干涉，又保证了加工的效率。 本课题在进行 动数控轧辊磨床整体设计的基础上，根据上机磨床厂给定的关于机床的尺寸参数，翻箱动作的具体要求以及大连重工集团有限公司设计的待加工工作辊的相关资料，对在 动数控轧辊磨床上使用的翻箱机构进行设计，解决上机磨床厂和其客户在生产实际中的问题。 箱机构的研究现状 轧辊磨床上的翻箱机构设计是一个较新的课题。目前国内外关于这方面的研究均较少。 现在有两种翻箱机构，连杆翻箱机构和齿轮翻箱机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 连杆翻箱机构的构造如图 示辊轴轴承翻箱机构。 图 杆翻箱机构 其特征包括机架 1，摆动油缸 2，油缸 2 的活塞杆连接摆杆 3，摆杆 3 通过摆杆 4 的连接摆杆 7，摆杆 7 连接托块 6，摆杆 3 通过摆杆 4 连接构件 9，构件 9 连接构件 10,构件 10安装于机架 1，构件 9 连接托块 6，构件 9、摆杆 4、构件 10、机架 1 和摆杆 4、 摆杆 7、托块 6、构件 9 分别构成四连杆。 5 为轴承箱， 8 为工件床身。 其工作原理为油缸 2 活塞杆推动摆杆 3 旋转，摆杆 3 以转轴 11 为支点带动摆杆 4 转动，与此同时，与摆杆 4 连接的构件 9 以及构件 7 一起转动，构件 9、摆杆 4、油缸 2、机架 1构成以机架以机架 1 为基体的四连杆，摆杆 4、摆杆 7、托块 6、构件 9 构成以构件 9 为基体的四连杆，两个四连杆同时运动，实现对托块 6 以及安装于托块 6 上的轴承箱 5 的翻转。通过该翻转机构可以方便、快捷的实现对轴承箱的翻转，确保磨床对辊轴凸、凹工作面的磨削 1。 齿轮翻箱机构的实例为如图 示的 焊接变位机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 接变位机 焊接变位机作为焊接辅助设备，与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。目前我国的焊接变位机制造已经日趋完善，使用范围也变得很广。然而由于现在焊接变位机的功能很完善，因此各企业和个人对其的发展非常看好。 焊接变位机的构成与应用主要是通过工作台的升降、回转、翻转等运动使工件处于最佳焊接位置，有侧翻式 、头尾式、升降式及双回转等多种结构形式。可与焊接操作架等配套组成自动焊接专机，还可与机器人等配套实现自动化焊接。同时可根据用户的工件和工艺要求， 设计 定制各种特制焊接变位机。 然而焊接变位机的结构也有 多 种，一是单回转式，使用比较广，为了适应不同工件装夹需要，还有三种基本型式，立式、卧式和双座式。双座还分尾架固定和尾架移动两种型式。还有一种是双回转式，这主要是为了适应不同工件装夹需要和考虑结构受力合理，也设计有三种基本型式， L 型、 C 型、 H 型。最后一种是倾翻 也有不同的结构设计。 关于焊接变位机的功能设 计主要可从四个方面来解释： （ 1）普通型：回转运动为定速传动 ； （ 2）调速型：至少有一个回转运动设计为变速传动 ； （ 3）联控型：除具有调速功能外，采用 微机控制，使多机和多自由度联动工作 ； （ 4） 机器人配套型：作为机器人外部轴使用或参加焊接 ； 或仅做工位变换，不参加焊接。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 床总体设计 床的技术参数 最大磨削直径： 1250大磨削长度： 7500件最大重量 ： 25/35 吨 床总体布局设计 局方案的选择 由于机床的总体布局关系 着机床的性能，质量和整体的合理性，所以决定机床的布局时应注意以下几个方面： （ 1）保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。支撑部件应力求有足够的刚度，运动部件在不影响本身刚度的条件下，应尽可能的做到体积小，重量轻。 （ 2）机床的布局应尽量使传动链较短，以简化结构，提高传动精度和效率，减少功率损失和发热量，降低制造成本。 一般有两种形式：卧式和立式。加工圆柱形工件的车床，内外圆磨床、螺纹磨床以及各种专门化的磨床布局，大都是卧式的。行星式内圆磨床，加工工件孔的钻床等是立式的。由于轧辊磨床是加工圆柱形工 件的专门化机床，所以选择卧式的布局形式。 （ 3）机床操作与调整要简单 ，装拆与维修要方便，排屑与冷却要流畅，连锁与防护要安全可靠。在考虑机床布局时必须重视减轻工人劳动强度，改善劳动条件和劳动环境，如操作手柄位置高低适当，尽量集中，应考虑吸尘、冷却液的过滤和调换方便等问题。 （ 4）机床的外型轮廓应美观，协调大方。 机床总体布局设计的一般步骤是，先根据工艺分析分配机床部件的运动，选择传动形式和支承形式 ， 从磨床的运动布局来看，有以下两种方案： 方案一：工件在工作台上作纵向往复运动 该方案对于重量较大的工件，作纵向 往复运动容易使床身变形，降低动态刚度，直接影响了工件的加工精度。在这种方案下工件床身的长度为： 工件尾头床 （ 式（ 明了往复运动时床身长度与头架、尾架、工件之间的关系。 对于所要加工长度较短工件的机床，按此种方案设计。 方案二：砂轮架随拖板作纵向往复运动。 该方案中工件不需要做往复运动。工件床身的长度为： 工件尾头床 （ 式（ 明 了不做往复运动时床身长度与头架、尾架、工件之间的关系。 按此种方案设计，工件床身的长度可以比第一种方案短一个工件的长度，当工件越长，这个效果越显著，能有效的减少机床长度。这种方案也存在一些缺点，由于砂轮床身面积加大，相应的增加了床身的重量，纵向和横向进给运动的关系也相对复杂了 2。 由于 最大磨削重量在 25/35t，磨削工件最大长度为 7500磨削工件重量较大，长度较长的情况，所以选方案二：砂轮架随拖板作纵向往复运动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 部件的布局 一台数控自动化轧辊磨床一般由砂轮床身、 工件床身、砂轮架、头架、中心架、尾架、量系统、供油系统和冷却系统等组成。 现对各部件的布局设计如下： 本机床工件床身与砂轮架床身采用分体结构，减少因工件重量引起的加工精度变化。砂轮主轴采用高精度动静压轴承（径向和轴向），主轴精度高，刚度大。砂轮床身 配 备 伸缩 式不 锈钢 防 护罩，保证永不生锈。 根据所需要磨削的工件的尺寸可确定砂轮架的行程和极限位置，同时结合砂轮架的尺寸，从而可确定砂轮床身的长度和防护罩的长度。根据砂轮需要实现的横向进给，可确定出砂轮床身的宽度和防护罩的宽度。工件床身的长度确定，需要在磨床的最 长磨削长度的前提下，考虑到工件床身上布置的头架、尾架、中心架、软着陆机构、翻箱机构等的尺寸和安装位置，会比工件的最大磨削长度长一定的尺寸。 砂轮架、头架、中心架、尾架和翻箱机构在床身上的布置位置如图 示。 图 床整体布局图 为方便进行操作和测量， 量系统布置于砂轮架的上方，可沿导轨进行运动。 托瓦润滑油箱、磨头润滑油箱、动力油箱、油温控制器和冷却水箱等集中布置在床身的尾架侧。为了机床整体布局的整洁美观和使用方便，各根油管、水 管均由床身下方的拖链集中连接到所需位置。 机床整体布局的结构如图 示，其中各个部分的名称如下： 12345678910 床各部件的方案介绍 身 床身采用砂轮床身与工件床身分离的结构。床身调整垫铁间距短，刚性强，床身精度不易变化。砂轮床身配备的伸缩式不锈钢防护罩保证永不生锈，安装在砂轮床身内的精密买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 滚珠丝杆，用于驱动大拖板 (Z 轴 ） 2。 床身如图 示。 图 身 架 头架由直流电 动 机驱动，通过皮带传动， 由 偏心套及摆杆机构调整皮带松紧，由直 流调速装置无级调速。 头架润滑系统选用了油脂泵，可实现自动定时给油。 当磨削超过 25吨重的工件时，头架部份装辅助启动装置，能保证迅速达到预定转速。 头架如图 示。 图 架 架 尾架采用二层 结构，整个部件刚度要高。其 移动采用电动驱动方式，液压自动锁紧。尾架配备大行程液压套筒 ，顶紧力可由传感器测定后数码显示。 尾架示意图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 架 轮主轴系统 砂轮主轴前后径后轴承均采用高精度动静压轴承，主轴轴向采用高精度推力轴承。另外，在后轴承设计中增强了工作腔动静压轴承的静态压力效果，以克服较大皮带拉力对轴瓦造成的损伤。主轴动静压轴承具有回转精度高，稳定性好，动态刚性强，不易振动等特点。 轮架 砂轮架 采用大偏心套和动静压轴承结构，导轨采用封闭式贴塑静压导轨 ，主轴为分体式氮化砂轮主轴，吸振能力强。 砂轮主轴由直流电机驱动、数字式调速系统无级调速、带传动 。 主轴轴承采用动静压轴承，皮带拉力和砂轮切削力均作用在轴承 中 心，使主轴产生最小的挠度，刚度特别强，可 适合于重负荷，高效率粗磨和高精度 、 高光洁度精磨。磨头主轴中间装有砂轮自动平衡装置，能自动平衡砂轮 3。 砂轮架示意图如图 示 图 轮架 油系统 该系统由 3 个润滑油箱 和一 个 油温控制箱组成。主要泵阀都 选用 德国力士乐公司 的产品 。 供油系统示意图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 油系统 心架 中心架有头架侧中心架和尾架侧中心架 。中心架 与自动测量装置一起能校准工件轴线与床身导轨平行。托瓦伸缩有手动或自动调整两种配置形式 。 中心架的示意图如图 示。 图 心架 量系统 量系统用于测量工件圆度、同轴度、辊形误差、工件直径 。 与中心架配合，可用来校准工件轴线与砂轮床身导轨的平行度，测量可在磨前、磨后和磨削中进行，测量结果在显示屏上显示，可直接打印 。 量系统的示意图如图 示 图 量系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 3 轴承箱体翻转机构 设计 计的基本参数 轴承箱体重量： 1000承箱体重心偏离辊子回转中心偏心距： 足轴承箱体不干涉所需翻转角度： 90左右 翻转 90所需时间： 15作时间： 15 年 每年工作 300 天：每天磨 10 根工作辊 箱方案的选择 第一种方案：采用平面连杆机构。连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触、压力较小、承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易。连杆机构可通过设计满足不同的运动规律和不同形状的运动轨迹，但设计过程比较繁琐。连杆机构的传动路线较长，容易产生 较大的累积误差，同时也使机械效率降低。在连杆机构的运动中，连杆和滑块所产生惯性力难以用一般的平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动，如果在本课题的翻箱机构中使用将需要选择减速机或者进行减速器的设计 4。 第二种方案：采用齿轮机构。齿轮机构依靠齿轮齿廓直接接触来传递空间两轴间的运动和动力。传动效率高，结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小，工作可靠、寿命长，传动比稳定。但齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合 5。 本课题的翻箱机构是安装在机床 工件床身的导轨上的，由于安装尺寸的限制，翻箱机构体积不宜过大，并且方案一已经申请了专利，故此我们选择第二种方案，采用齿轮机构进行翻箱。 箱机构的总体设计 在 辊磨床磨削工件的过程以及该过程中翻箱机构所实现的工作动作如下：工件床身上的软着陆机构升起，工件由起吊装置放置于软着陆机构上，软着陆机构下降，翻箱机构将轴承箱体翻转 90，托起轴承箱体的油缸升起，头尾架各部分运动到预定位置，正式开始磨削工件，磨削停止后头架尾架各部分退回到预定位置，托起轴承箱体的油缸下降到起始位置，翻箱机构将轴承 箱体回转 90，回到自然位置，工件被吊起。 根据上述要求，翻箱机构工作时开关控制如下：当按下正转启动按钮，将轴承箱体由自然位置翻转 90，到位以后触发行程开关，停止翻转。当按下反转的启动按钮，轴承箱体将被回转到自然位置，到位后触发行程开关，停止翻转 6。 翻箱机构采用电动机带动齿轮传动。由于在运动过程中需要满足电动机停止运动则翻箱机构也需停止运动，所以传动需要满足自锁，故此处使用满足自锁条件的蜗轮蜗杆机构。 由于蜗杆传动在高速级时传动效率较高，因此此处设计为使用联轴器联接电动机和蜗轮蜗杆。 根据给定的机床 工件床身的宽度确定出翻箱机构的宽度在 1500右，翻转导轨的半径在 700750 初步确定传动方按如图 示，蜗杆传动中采用蜗杆下置的方式，蜗杆在图中略去买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 未画： 图 动方案 由于齿轮 3 上需要设置翻转机架，且考虑到和工件的干涉等因素，齿轮 3 没有安装在轴上，而是依靠机架上的导轨进行转动。 由于齿轮 1 和齿轮 3 各自的半径和它们之间的中心距需要同时满足翻箱机构的尺寸限定和与齿轮 3 固连的翻转的机架的转速限定，所以应考虑设置齿轮 2，齿轮 2 用于配凑齿轮 1 和齿轮 3 的中心距。 动机的选择 择电动机类型 选择电动机类型时，首先考虑的是由电动机的性能应满足翻箱机构的负载要求，如启动性能，正反运转，调速性能，过载能力等。在这个条件下，优先选择结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机。在没有特殊要的情况下，均应选择交流电动机。故此处选择 Y 系列三相异步电动机。该电机适用于不易燃，不易爆、无腐蚀性气体的场合，适用于无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机等 7。 择电动机的容量 由于标准电动机的容量由额定功率 表示，并且所选电机的功率应等于或稍大于工作要求的功率。 翻箱机构所需功率应由其工作阻力和运动参数求得 8，即： ）（ n （ 式 （ 说明了功率和阻力矩和转速的关系。 式中： T 翻箱机构的阻力矩（ Nm）； 翻转机架的转速 (r/ w 翻转机架的效率，取为 从轴承箱体自然位置翻转到 90的过程中，翻箱机构的阻力矩不断增大，翻转到 90买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 位置时，阻力矩达到最大值 6 0 0M g a x （ 式（ 明了质量和偏离距离的关系。 式中： M 轴承箱体的质量 ( g 重力加速度 ( 2； S 轴承箱体偏心距 (m)。 取安全系数 S=，则： 3 6 0m a x 将翻转 90所需要的时间暂取为 18s， 则翻转机架的转速 ： m w 因此： ）（ n 由于所需电动机功率为： ）（ (式（ 明了功率和总效率之间的关系。 式中： 电动机至翻箱机架之间传动装置的总效率。 查机械设计课程设计手册 1到各机械传动副效率的概略值如下 9： 弹性联轴器 滚动轴承（一对） 单头蜗杆 圆柱齿轮传动 齿轮 3 与导轨间摩擦的效率取： 总效率为： 5 8 故： ) 4 3 所以将电动机的额定功率取为 P= 动机转速的确定 按照翻箱机构转速要求和传动机构的合理传动比范围，可以推算电动机转速的可选范围。对 Y 系列电动机，通常多选用同步转速为 1500r/ 1000r/电动机，如无特殊需要，不选用低于 750r/电动机。同时考虑到翻箱机构需要安装在机床的工件床身导轨上且有尺寸的限制，故电动机的重量和尺寸不宜太大 10。此处选择电动机的同步转速为 1500r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据以上数据，查机械设计课程设计手册 12到电机的选择情况如下 9： 表 3机参数 电动机型号 额定功率 载转速 r/转转矩 /额定转矩 最大转矩 /额定转矩 400 步转速 1500r/4 极，质量 27 传动比和分配各级传动比的计算 传动装置的总传动比应为： 7 88 3 0 0 式（ 明了传动比 与转速的关系。 式中： 电动机满载转速 (r/ 查机械设计 11照蜗杆传动满足自锁条件选取蜗杆传动的传动比为1i=628。 初步确定的翻箱机构的宽度尺寸和导轨部分的半径范围，取齿轮 1 和齿轮 2 之间的传动按比 2i =轮 2 和齿轮 3 之间的传动比3i= 在分配各级传动比后计算此时的 总传动比 ： 1 66 8 误差在允许的范围内。 动装置的运动和动力参数的计算 从电动机到翻转机架一共有 3 根轴，其转速分别设为 1n 、 2n 和3n，齿轮 3 的转速设为4n 。 轴转速 m 6 5 8 0 0m 4 0 03342232121轴功率 11 1 . 2 4 6 0 . 9 9 1 . 2 3 4 k W 2 1 2 3 1 . 2 3 4 0 . 9 9 0 . 7 0 . 8 5 5P P k W 3 2 2 4 0 . 8 5 5 0 . 9 9 0 . 9 6 0 . 8 1 3P P k W 4 3 2 4 0 . 8 1 3 0 . 9 9 0 . 9 6 0 . 7 7 3P P k W 轴转矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 电动机轴的输出转矩： 1 . 2 4 69 5 5 0 9 5 5 0 8 . 5 01400dd 则各轴的输入转矩为： 11 8 . 5 0 0 . 9 9 8 . 4 1 5 N m 2 1 1 2 3 8 . 4 1 5 6 2 0 . 9 9 0 . 7 3 6 1 . 5 5 9T T i N m 3 2 2 2 4 3 6 1 . 5 5 9 5 . 5 6 9 0 . 9 9 0 . 9 6 1 9 1 3 . 6 5 1T T i N m 4 3 3 2 4 1 9 1 3 . 6 5 1 4 . 6 8 2 0 . 9 9 0 .