電動(dòng)銅管彎管機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

電動(dòng)銅管彎管機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書,電動(dòng),銅管,彎管,設(shè)計(jì),說(shuō)明書,仿單 摘要 Abstract 第一章 概述 1.1 管材彎曲加工的種類及技術(shù)現(xiàn)狀 1.2 模彎曲 1.3 彎管機(jī)彎管要求和工藝分析 1.4 常用的先進(jìn)彎管設(shè)備 1.4.1 機(jī)械傳動(dòng)式彎管機(jī) 1.4.2 多功能彎管機(jī) 1.4.3 數(shù)控彎管機(jī) 1.4.4 中頻感應(yīng)彎管機(jī) 1.5 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)彎管機(jī)發(fā)展概況 1.6 論文背景及內(nèi)容 第二章 電動(dòng)銅管彎管機(jī)基本原理及組成 2.1 電動(dòng)銅管彎管機(jī)工作原理 2.2 電動(dòng)銅管彎管機(jī)加工的特點(diǎn) 2.3 電動(dòng)銅管彎管機(jī)的組成 2.3.1 機(jī)械部分 2.4電動(dòng)銅管彎管機(jī)參數(shù)及特點(diǎn) 2.5 小結(jié) 第三章 電動(dòng)銅管彎管機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)思想 3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思 3.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 3.3.1 模具設(shè)計(jì) 3.3.2 彎曲模的設(shè)計(jì) 3.3.3 夾緊口的計(jì)算 3.3.4 隨動(dòng)模的設(shè)計(jì) 3.3.5 管材彎曲力矩的計(jì)算 3.3.6 所需彎管機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 3.3.7 電動(dòng)銅管彎管機(jī)總體裝配圖 3.4 小結(jié) 第四章 電動(dòng)銅管彎管機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1行星齒輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.1已知條件 4.2選取齒輪的傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 4.3行星輪傳動(dòng)比以及配齒計(jì)算 4.4選輸入端定齒輪精度等級(jí)、材料 4.5按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4.4 小結(jié) 第五章 軸的設(shè)計(jì) 5.1 計(jì)算作用在軸上的力 5.2 計(jì)算支力和彎矩 5.3 截面校核 5.4 小結(jié) 第六章 軸承的選擇 第七章 增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第八章 減速機(jī)構(gòu)箱體的設(shè)計(jì) 第九章 底座的設(shè)計(jì) 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 致謝 第一章 概述 1.1 管材彎曲加工的種類及技術(shù)現(xiàn)狀 管材的彎曲加工，在金屬結(jié)構(gòu)、農(nóng)牧機(jī)械、工程機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械以及鍋爐、石油化工、輕工、管道工程、航空航天等工業(yè)部門，占有十分重要的地位。用管材制造的彎曲管件，無(wú)論是平面彎曲件，還是空間彎曲件，除大量應(yīng)用于氣體、液體的輸送管路外，在金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也十分廣泛。采用管材彎曲加工管件，除了常用鋼、銅、鋁管外，也在使用各種合金及其他金屬管件作為管坯。 管材彎曲加工與板材彎曲加工相比，雖然從變形性質(zhì)等方面看非常相似，但由于管材空心橫斷面的形狀特點(diǎn)，彎曲加工時(shí)不僅易引起橫斷面形狀發(fā)生變化，而且也會(huì)使壁厚發(fā)生變化。因此，在彎曲加工方法、需要解決的工藝難點(diǎn)、產(chǎn)品的缺陷形式和防止措施、彎曲用模具（或工具）及設(shè)備等方面，兩者之間存在很大差別。 對(duì)管材進(jìn)行彎曲加工，必須在充分考慮管材的橫斷面形狀特點(diǎn)和影響彎曲加工的各種因素的基礎(chǔ)上，注重解決一下工藝問(wèn)題： 根據(jù)管件的材料種類、精度要求及相對(duì)彎曲半徑、相對(duì)厚度，選用合適的彎曲加工方法；采用適當(dāng)?shù)氖┘油饬蛲饬氐姆椒安扇”匾墓に嚧胧?，使管件的斷面形狀畸變和壁厚變化量盡可能小；采用的彎曲模具及設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單、通用，操作盡可能方便、安全；應(yīng)保證一定的生產(chǎn)率，加工成本盡可能低。 管材彎曲方法頗多。按彎曲方式可分為繞彎、推彎、壓彎和滾彎；按彎曲時(shí)加熱與否可分為冷彎和熱彎；按彎曲時(shí)有無(wú)填充物可分為有芯（填料）彎管和無(wú)芯（填料）彎管。有時(shí)為滿足管件的特定形狀要求，或?yàn)闇p輕彎曲加工工藝難度，也采用其他的特殊彎管方法，如折皺彎管方法等。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于生產(chǎn)批量不大且具有一定長(zhǎng)度的彎管件，在無(wú)專用彎管設(shè)備的情況下，可利用簡(jiǎn)單的彎管裝置進(jìn)行手工繞彎；而當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，應(yīng)在專用彎管設(shè)備上繞彎。對(duì)于生產(chǎn)中最為常見的彎管頭，一般均用模具壓彎或推彎。為了提高棺材的可塑性，以便獲得較大的變形程度，通常應(yīng)采用加熱彎曲，例如熱壓彎頭、芯棒式熱推彎頭以及中頻感應(yīng)電熱彎管和火焰加熱彎管等。為了減少?gòu)澒芙孛娴幕?，往往需在管?nèi)充填填料或芯棒后進(jìn)行彎曲。對(duì)于曲率半徑要求大的厚壁管件，尤其是要求彎制成環(huán)形或螺旋線形的管件，在生產(chǎn)中采用滾彎成形特別方便。 現(xiàn)將生產(chǎn)中常用的彎管方法歸納如下： 繞彎，是在立式或臥式彎管機(jī)上進(jìn)行彎曲加工。根據(jù)其工藝特點(diǎn)，又可分為有芯彎管、無(wú)芯彎管和頂壓彎管三種。管材的冷作彎曲加工，大都是采用繞彎方式。另外，在生產(chǎn)中也常利用彎管裝置進(jìn)行手工彎管，它也屬于繞彎方式。由于這類彎管裝置制造成本低，調(diào)節(jié)使用也方便，故適用于沒(méi)有專用彎管設(shè)備的小批量生產(chǎn)中。 推彎，是在一般壓力機(jī)、液壓機(jī)或?qū)Ｓ猛浦茩C(jī)上進(jìn)行彎曲加工，主要用于彎制彎頭。根據(jù)推彎工藝特點(diǎn)，又可分為型模式冷推彎管和芯棒式熱推彎管兩種。型模式冷推彎管是在常溫下將管坯壓入帶有彎曲空腔的型模中，從而形成管彎頭。芯棒式熱推彎管是在推力和牛角芯棒阻力的作用下，邊加熱邊推制，使管坯產(chǎn)生周向擴(kuò)展和軸向彎曲變形，從而將較小直徑的管坯推制成較大直徑的彎頭。 壓彎，是最早用于管材彎曲加工的工藝方法，它是在液壓機(jī)上利用模具或胎具對(duì)管坯進(jìn)行彎曲加工，壓彎方法既可彎制帶直段的管件，又可彎制彎頭。目前，壓彎主要用于壓制彎頭，它在彎頭生產(chǎn)中已獲得廣泛應(yīng)用。 滾彎，是用三個(gè)驅(qū)動(dòng)輥輪對(duì)管材進(jìn)行彎曲加工，其滾彎方法及滾彎?rùn)C(jī)工作原理與板材滾彎基本相同，區(qū)別僅在于管材滾彎所用的輥輪具有與彎曲管坯斷面形狀相吻合的工作表面，通過(guò)改變輥輪的間隔，就可作任意曲率半徑的彎曲。滾彎方法對(duì)彎曲半徑有一定限制，僅適用于曲率半徑要求大的厚壁管件，尤其對(duì)彎制環(huán)形或螺旋線形彎管件特別方便。 3.2 設(shè)計(jì)要求 （1）銅管Ф22，壁厚1.5mm和，Ф16，壁厚1.2mm； （2）手電鉆功率700~800W，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)左右/min； （3）銅管彎成90?，大約時(shí)間在8~10秒； （4）銅管不能起皺。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，計(jì)算銅管彎成90?（1/4周），大約時(shí)間在8~10秒時(shí)的轉(zhuǎn)速。1/4周8~10秒，1周為： 4×(8~10）=（32~40）秒/每周 x轉(zhuǎn)/分=x轉(zhuǎn)/60秒=1轉(zhuǎn)/(32~40）秒 x = 60/(32~40) = (1.875~1.5)轉(zhuǎn)/分 即， 輸入轉(zhuǎn)速：n1=800 r/min 輸出轉(zhuǎn)速：n2=1.875~1.5 r/min 減速比：i=n1/n2=800/1.875~1.5=(426~533)/1 3.3 電動(dòng)銅管彎管機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 3.3.1模具設(shè)計(jì) 模具是彎管過(guò)程中的核心結(jié)構(gòu)，好的模具能彎出高質(zhì)量的管件，大大降低廢品的產(chǎn)生，彎管模具主要包括彎曲模、夾緊口、隨動(dòng)模。 3.3.2彎曲模 當(dāng)所彎管件規(guī)格(管件外徑D、壁厚s、彎曲半徑R、屈服極限σs四項(xiàng)簡(jiǎn)稱四要素)確定以后，設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)，一般要考慮管材的回彈因素，以確定模具的彎曲半徑R'： R'=R1+2mσsRxE 式中:R一一管件彎曲半徑(回彈后彎曲半徑); σs一一管件屈服極限，N/mm2; E一一管件彈性模數(shù)，N/mm2 ; Rx一一相對(duì)彎曲半徑，Rx=R/D ; m=K1十K0/2Rx, K1為管材截面形狀系數(shù)，K0為鋼材的相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)。 所得R'直徑圓整后，可作為設(shè)計(jì)參數(shù)使用。 通常，為簡(jiǎn)便起見，當(dāng)Rx=2~10時(shí).還可按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定: 彎曲合金鋼管時(shí)R'=0.94R; 彎曲碳鋼管時(shí)R’=(0.96~0.98)R。 當(dāng)Rx≤1.5時(shí)，可不考慮回彈因素。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求管件彎曲半徑R=60mm，所以彎曲模的半徑為58mm。 設(shè)計(jì)的彎曲模結(jié)構(gòu)如圖1： 圖1 彎曲模結(jié)構(gòu) 3.3.3夾緊口設(shè)計(jì) 管坯一段固定在彎管機(jī)底部缺口處 3.3.4隨動(dòng)模的設(shè)計(jì) 隨動(dòng)模壓緊力大小一般由經(jīng)驗(yàn)決定，該力過(guò)小，易引起管件內(nèi)壁起皺，反之，該力過(guò)大，則管件外壁減薄明顯，均影響彎管質(zhì)量，一般經(jīng)試彎管件后，必須將其調(diào)至適當(dāng)狀態(tài)。隨動(dòng)模如圖2： 圖2 隨動(dòng)模 隨動(dòng)模的長(zhǎng)度L'不易過(guò)大，通常情況下，L'可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算: L'=2πR360α+1.6D 式中：α——所彎管的最大彎曲角度 由設(shè)計(jì)要求，R=60mm，α=120°，大管D=22mm，小管D=16mm分別算得， L’=2π×60×120/360 + 1.6×22≈160mm (大管) L’=2π×60×120/360 + 1.6×16≈150mm (小管) 所以，隨動(dòng)摩長(zhǎng)度分別為160mm和150mm。 3.3.5管材彎曲力矩的計(jì)算 管材彎曲力矩的計(jì)算是決定彎管機(jī)最重要的力能參數(shù)。只有計(jì)算出管材的彎曲力矩后，才能確定彎管機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)力矩、主傳動(dòng)軸機(jī)構(gòu)各部件結(jié)構(gòu)尺寸、夾緊力大小以及彎管模半徑等一系列參數(shù)。 由于管材彎曲成形過(guò)程是一個(gè)包括幾何非線性、材料非線性和接觸非線性的復(fù)雜問(wèn)題，彎曲時(shí)的力矩不僅取決于管材的材料性能、斷面形狀與尺寸以及彎曲半徑等基本參數(shù)，同時(shí)也與彎曲方法、使用的模具結(jié)構(gòu)等因素有很大的關(guān)系，因此要從理論上精確計(jì)算出管材的彎曲力矩是非常難的。大多是利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。 圖3管材彎曲狀態(tài) 由于彎管機(jī)所彎管件是完全對(duì)稱且材質(zhì)均勻的空心管件，同時(shí)管材彎曲基本上屬于純彎曲。假設(shè)彎曲(如圖3)后變形區(qū)仍為平剖面，卸載前后應(yīng)力中性層在斷面中的位置不變，并通過(guò)斷面重心，如圖管材厚度方向上的壓應(yīng)力和圓周方向的變形均忽略不計(jì)?？梢圆捎媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算管材彎曲力矩。 按照下面經(jīng)驗(yàn)公式，可確定管材的彎曲力矩。 M=W σs W——抗彎截面系數(shù)(mm3)，對(duì)圓形管 W= π/32×223×(224-194)/224 = 33434.72/32×(1-（19/22)4)=1044.835×（1-0.5563）=463.593 mm3 σ許= 120MPa，青銅QSn4-3，（12~25）mm，σb≥370MPa, 所以取σs = 185MPa 需要扭矩M =σs×W = 185 N/mm2×463.593 mm3 = 85764.705Nmm =85.765 Nm（銅管Ф16×1.2的為18.75 Nm） 所需力F=185N/mm2×（222-192）×3.14/4=17862.675N （銅管Ф16×1.2的為10316.784N） 所以，M=M1+M2=85.765+18.75=104.515Nm； F=17862.675+10316.784=28179.5N。 3.3.6 所需彎管機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 為防止彎曲件斷面形狀的畸變，新型彎管機(jī)采用尖頭式芯棒來(lái)支撐管材彎曲變形區(qū)的斷面。但是，由于彎管過(guò)程中芯棒與管壁之間的摩擦阻力極大，故芯棒的使用在提高彎制管件質(zhì)量的同時(shí)，也使彎管機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)力矩大幅度增加。另外，為了防止管子在水平面內(nèi)發(fā)生偏擺而影響繞彎工作的正常進(jìn)行，我們使用了滑槽式壓料裝置(隨動(dòng)模)，該滑槽與管坯之間也存在摩擦阻力。因此，新型彎管機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩要克服管子彎曲變形的阻抗力矩，即 MT = M + MYM MT——彎管機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩(Nm)； M——管材彎曲力矩(Nm)； MYM——隨動(dòng)模摩擦力矩（Nm）。 因?yàn)樾景襞c管壁接觸處的摩擦力受到諸如管材的表面狀態(tài)、芯棒的形狀及位置及壓料力的大小等多重因素的影響，目前還不可能準(zhǔn)確地用計(jì)算公式表示出來(lái)，在生產(chǎn)中只能進(jìn)行估算。當(dāng)采用移動(dòng)式滑槽（隨動(dòng)模）時(shí)，壓料摩擦力矩MYM=0.12M；當(dāng)相對(duì)壁厚Sx=t/D = 0.068，相對(duì)彎曲半徑Rx= 2.73時(shí)，芯軸摩擦力矩MXM=1.6M。將它們代入上式，得 MT=M+0.12M =1.12M 將前面的管材彎曲力矩M=372Nm代入上式，得 MT=2.72M=1.12×104.515=117.04Nm 第四章 電動(dòng)銅管彎管機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1行星齒輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.1已知條件 使用功率700-800W，轉(zhuǎn)速800r/min左右的便攜式手電鉆，根據(jù)之前計(jì)算，經(jīng)減速器輸出取2r/min。 4.2選取齒輪的傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 由于手電鉆轉(zhuǎn)速高，輸入800r/min，經(jīng)過(guò)減速器后輸出2r/min進(jìn)行彎管，轉(zhuǎn)速比400:1，而且減速機(jī)構(gòu)要小，Ф120×35的體積內(nèi)，所以使用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖4所示： 圖4 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.3行星輪傳動(dòng)比以及配齒計(jì)算 齒輪1、雙聯(lián)齒輪2-2’、齒輪3和系桿H組成行星齒輪系，有公式： i1H=1-i13H i13H=（-1）2z2z3z1z2’ i1H=ω1ωH=1400 所以取齒輪1齒數(shù)為z1=20,齒輪2齒數(shù)z2=21,齒輪2’齒數(shù)z2’=20，齒輪3齒數(shù)z3=19。 4.4選定輸入端齒輪精度等級(jí)、材料 行星齒輪減速器，速度不高，故選用7級(jí)精度(GB10095-88) 材料選擇 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-1選擇小齒輪材料為 (調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。 4.5按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 d≥ 2.32 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 試選載荷系數(shù) Kt=1.3。 2） 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9550×0.8/800=9550Nmm 3) 由表10-7可查得取齒寬系數(shù)= 0.4 。 4）由表10-6可查得材料的彈性影響系數(shù) Z= 189.8 MPa 。 5) 齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 = 590 MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 = 500 MPa 。 6) 接觸疲勞壽命系數(shù) K= 1.05 , K= 1.18 。 7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù) S= 1.1，則接觸疲勞許用應(yīng)力為： []= = = 563.13 MPa []= = = 490.91 MPa 8）計(jì)算 (a) 試算小齒輪分度圓直徑d，代入[]中較小的值。 d≥ 2.32 ?(1.3×9550/0.4)×（1.05+1）/1×（189/490.91）2 =49.18 mm (b) 計(jì)算圓周速度v。 v = = 3.14×49.18×800/60/1000=2.06 m/s (c) 計(jì)算齒寬 b。 b = ?? d = 0.4 49.18 = 19.67 mm (d) 計(jì)算齒寬與齒高之比 。 模數(shù) m= = 49.18/19 = 2.59mm 齒高 h = 2.25 m = 2.252.59 = 5.83 mm 齒高比 =19.67/5.83 = 3.37 (e) 計(jì)算載荷系數(shù)。 K = K K K K 根據(jù)v =2.06m/s ，7級(jí)精度,查得動(dòng)載荷系數(shù) K= 1.05 ；直齒齒輪的齒間載荷分配系數(shù) K= K= 1 ；由表10-2可查得使用系數(shù)K= 1 ；由表10-4用插值法可以查得7級(jí)精度、小齒輪由相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，K = 1.056 ；由 = 3.37 ， K = 1.056 查得 K= 1.045 。將各數(shù)值代入上式，載荷系數(shù)為： K = 1 1.05 1 1.056 = 1.1088 (f) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，校正公式如下： d = d 代入數(shù)值可得： d =49.18 = 46.63 mm (g) 計(jì)算模數(shù) m m = = 46.63/19= 2.45 mm 4.6按照齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： m ≥ 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (a) 由圖10-20c可查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 = 400 MPa ,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度=310 MPa ； (b) 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) K= 0.90 , K= 0.95 ； (c) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S = 1.4，則彎曲疲勞許用應(yīng)力為： [] = = = 257.14 MPa [] = = = 210.36 MPa (d) 計(jì)算載荷系數(shù) K K = K K K K= 1 × 1.05 × 1 × 1.045 = 1.097 (e) 查取齒形系數(shù)以及應(yīng)力校正系數(shù) 由表10-5查得： 齒形系數(shù) Y = 2.80 Y = 2.41 應(yīng)力校正系數(shù) Y = 1.55 Y = 1.666 (f) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = = O.O1688 = = 0.01909 大齒輪的數(shù)值較大。 14