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1、1翻板机曲柄连杆机构的计算机设计及演示邵胜太 (邯郸钢铁集团公司设计院 ,河北 邯郸 056015)摘要 本文利用 VC+6.0 编程,实现了翻板机曲柄连杆机构的设计 计算,并能进行动态演示,根据演示结果任意修改设计参数。最后对机构的荷载进行全面计算。关键字翻板机VC+设计演示TheThe ComputerComputer DesignDesign andand DemonstrationDemonstration ofofthethe PlatePlate TurnorerTurnorer CrankCrank GearGearShao Shengtai (Engineering Insit
2、ituee of Handan Iron&Steel Group Co.Ltd.Handan,Hebei,056015)ABSTRACT:ABSTRACT: In this article,The design and design calculation of the plate turnorer Crank gear is achieved by using Visual C+ program,This system can dynamic demonstrate the design results,alter the design parameters according to the
3、 demonseration ,and overall calculate the load on the crank gear.KEYWORDS:KEYWORDS: Plate turnorer VC+ Design Demonstration1问题的提出翻板机是中厚板生产中的重要精整设备,它将钢板翻转 180 度,2联系人:邵胜太,邯郸(056015)邯郸钢铁集团公司设计院将一侧钢板的下表面,翻转到另一侧变为上表面,以便钢板表面质量检查。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。电机减速器的作用是提供动力和降低转速,为曲柄提供低转速大扭矩的动力;而曲柄连杆机构是翻板机实现正
4、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,因此曲柄连杆机构是翻板机设计的关键。平面连杆机构的设计方法,有实验法,几何作图法和解析法。实验法是用作图试凑或利用各种图谱表格及模型实验来求解,方法简单,精度较低。几何作图法用作图按运动过程的某些位置进行设计,求解速度较快,但精度不够高。解析法是以机构参数来表达各构件的运动关系,从而按给定条件求解未知参数,这种方法精度高,在很多情况下,计算困难复杂。翻板机曲柄连杆机构是由四个四连杆机构组成的,且四个四连杆机构是协调工作,相互影响的,这就使各种设计方法都增加了很大的难度,而实验法,几何作图法由于误差的积累
5、,可能使设计结果更加不准确。本人针对解析法计算困难,应用计算机编程设计计算。以 VC+6.0编程工具,编制了一个实用翻板机设计软件。该软件不仅能够进行曲柄连杆机构的设计计算,荷载计算,还能对设计结果进行动态演示,直接观察翻板机的运行效果。2 机构设计计算32.1 动作原理电机经减速器减速后,由减速器低速轴带动四连杆 1、2 的曲柄逆时针旋转(见图 1) ,四连杆 1、2 的拉杆向右运动。四连杆 1 的摇杆和四连杆 3 的主动摇杆在拉杆的作用下,做逆时针转动,从而使四连杆 3 的推杆向上运动,推动右倾翻臂绕铰点 O5逆时针旋转。四连杆 2 的摇杆和四连杆 4 的主动摇杆在拉杆的作用下,做顺时针转
6、动,从而使四连杆 4 的推杆向上运动,推动左倾翻臂绕铰点 O6顺时针旋转。这样两倾翻臂缓缓升起,在约 90 度的地方完成钢板向左倾翻臂交接。这时四连杆 1、2 的曲柄约转过 180 度。继续旋转,两曲柄带动整个系统反向运动,左右倾翻臂缓缓落下,钢板随左倾翻臂落下,翻板机完成一个工作循环。图 1 中的箭头表示倾翻臂升起时的动作方向。图 1 翻板机曲柄连杆机构分解图2.2 机构分析将翻板机曲柄连杆机构建立四个坐标系,4X1O1Y1,X2O2Y2,X3O3Y3,X4O4Y4,如图 1 所示。可将翻板机曲柄连杆机构分解成四个独立的四连杆机构。其中四连杆 1,2 是曲柄连杆机构,四连杆 3,4 是普通四
7、连杆机构,可用曲柄连杆机构的求解方法求解。2.3 四连杆机构求解方法当曲柄 L1的旋转角度 180 度时,如图 2 所示。将 A 点 C 点联结,作为一条辅助线,利用三角形 OAC 可求出辅助线长度 L0,然后利用三角函数关系可求出角度 1,2,1,2,图 2 曲柄连杆机构求解图一L02=L12+L42-2L1L4cosL0=L12+L42-2L1L4cos(1)由OAC 可知:L12=L02+L42-2L0L4cos11=cos-1(L02+L42-L12)(2L0L4) )(2)同理52=cos-1(L02+L32-L22)(2L0L3) )(3)1=cos-1(L02+L12-L42)(
8、2L0L1) )(4)2=cos-1(L02+L22-L32)(2L0L2) )(5)=cos-1(L22+L32-L02)(2L2L3) )(6)由图可知=1 +2(7)=1 +2(8)当曲柄 L1 的旋转角度 ang1180 度时,如图 2 所示。=1 -2(9)=1 -2(10)图 3 曲柄连杆机构求解图二2.4 单个四连杆荷载计算见图 2 图 3,摇杆 L3的力矩 M3是已知的,根据上一步的计算,角度 , 已经求出,因此连杆 L2上的力F2=M3/(L3sin)(11)6曲柄 L1上的力矩M1=F2L1sin(12)2.5 整个曲柄连杆机构的荷载计算为简化计算,只考虑钢板的荷载和倾翻臂
9、的荷载,其它构件的荷载忽略不计,也不考虑加速度引起的动负荷,荷载的计算简化如下:左倾翻臂力矩(即四连杆 4 杆 3 的力矩):M3=G1R1cos(13)G1为倾翻臂重量,牛顿。R1倾翻臂重心至铰点 O6的距离,米。 为左倾翻臂水平夹角调用单个四连杆的荷载求解方法,即可求出四连杆 4 杆 2 的力和杆 1 的力矩(即四连杆 2 杆 3 的力矩) 。再调用单个四连杆的荷载求解方法,即可求出四连杆 2 杆 2 的力和杆 1 的力矩(曲柄 2 的力矩) 。右倾翻臂力矩(即四连杆 3 杆 3 的力矩):M3=G1R1cos+G2R2cos(14)G1为倾翻臂重量,牛顿。R1倾翻臂重心至铰点 O5的距离
10、,米。 为右倾翻臂水平夹角G2为钢板重量,牛顿。7R2钢板重心至铰点 O5的距离,米。调用单个四连杆的荷载求解方法,即可求出四连杆 3 杆 2 的力和杆 1 的力矩(即四连杆 1 杆 3 的力矩) 。再调用单个四连杆的荷载求解方法,即可求出四连杆 1 杆 2 的力和杆 1 的力矩(曲柄 1 的力矩) 。3 程序设计进入 VC+6.0,利用应用程序向导,建立一个单文档/视模式的应用程序。3.1 在文档类中添加如下函数:初始化设计参数函数。四连杆机构求解函数。翻板机求解函数。翻板机设计结果输出函数。四连杆荷载计算函数。翻板机荷载求解及输出函数。3.2 在视图类中添加如下函数:初始化窗口客户区函数。
11、坐标点转换函数。显示设计结果函数。画固定铰接点函数。画倾翻臂函数。定时器消息响应函数。8最后为 OnDraww()函数添加显示代码。3.3 打开对话框资源编辑器,编辑设计参数输入对话框。然后建立一个新的对话框类,为单选按扭和确定按扭添加消息处理函数。3.4 打开对话框资源编辑器,编辑演示过程设置对话框。然后建立一个新的对话框类,为确定按扭添加消息处理函数。3.5 打开菜单资源编辑器,为文件菜单添加打印机设置菜单和打印菜单,并添加相应的消息影射。3.6 打开菜单资源编辑器,为编辑菜单添加输入/修改参数菜单和演示过程设置菜单,利用类向导添加相应的消息处理函数,在函数中添加实现代码。3.7 打开菜单
12、资源编辑器,为运行菜单添加置初始状态菜单,单步演示菜单,演示继续/暂停菜单,输出设计结果菜单,输出计算荷载菜单。利用类向导添加相应的消息处理函数,在函数中添加实现代码。3.8 打开工具条资源编辑器,为置初始状态,单步演示,演示继续/暂停三个命令添加工具按扭。3.9 打开快捷键表,为置初始状态,单步演示,演示继续/暂停三个命令添加快捷键 F7,F8,F9。最后,经编译连接调试,生成可执行文件 Fbj.exe。4 程序的运行4.1 运行 fbj.exe 文件,程序启动后界面如图 4 所示9图 4 翻板机曲柄连杆机构设计演示程序窗口界面4.2 输入设计参数启动输入设计参数对话框,如图 5 所示用户可
13、选择使用默认设计参数或用户自定义参数运行程序,当用户选择自定义参数并修改了设计参数,程序会检查四连杆 1、2 的参数是否满足有曲柄的条件,不满足条件会自动重新打开对话框,请用户修改数据。图 5 设计参数输入对话框4.3 结果演示参数修改完毕后,即可进行效果演示。单步演示执行一次即停止,10供设计人员详细观察;继续/暂停演示执行一次,程序即从当前位置开始连续演示,可供设计人员观察整个机构连续运行效果,再执行一次即暂停。单步演示和继续/暂停演示可任意组合切换。演示过程设置可进行演示速度和步长的设置。4.4 结果输出输出设计结果可将曲柄回转 360 度,按当前步长进行计算,将计算结果输出到文件 fa
14、bj1.txt,输出计算荷载可计算出各个四连杆各个位置的荷载,并将结果输出到文件 fbj2.txt。打印命令可将当前窗口图形直接打印输出。5 应用邯钢中板厂进行翻板机的设计,应用本软件,求出了最大荷载的大小和位置,为减速器设计和电机选择提供了可靠依据,成功地解决了设计中的技术难题。图 6 为该翻板机总图。11图 6翻板机总图该翻板机主要参数:钢板最大重量: 8000 KgJZQ850 减速器:速比I=40.172 台主减速器:速比I=5.252 台电动机:型号YZR280S-1037KW2 台钢板翻转 180 度所需时间: 21 秒6 结束语机械构件设计计算较为繁琐,本文在这方面的探索,寻求一种新的方法。为减轻设计人员劳动,提高设计效率和设计质量,进行了一次有益的尝试。参 考 文 献1 徐灏,机械设计手册(第 2 卷) ,北京:机械工业出版社,1998.8,3- 150 页 2 林俊杰,Visual C+6 程序设计经典,北京:科学出版社,1999.11 3 Robert D.Thompson ,MFC 开发人员参考手册,北京:机械工业出版社, 1998.8