旋管式切管機

旋管式切管機,旋管式切管機 目錄 引言 1 1旋管式切管機傳動方案的選擇 3 1.1傳動方案 3 1.2傳動方案的選擇 4 2旋管式切管機傳動裝置設(shè)計與計算 5 2.1傳動裝置的總體設(shè)計與計算 5 2.1.1電動機的選擇 5 2.1.2電動機功率的選擇 5 2.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 6 2.1.4電動機型號確定 6 2.1.5傳動方案的擬定 6 2.1.6各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 6 2.2進行傳動機構(gòu)設(shè)計與計算 8 2.2.1帶輪的設(shè)計與計算 8 2.2.2渦輪蝸桿的傳動與計算 10 2.2.3齒輪的設(shè)計與計算 13 3滾筒系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的設(shè)計 21 3.1滾筒系統(tǒng)的設(shè)計 21 3.2進給系統(tǒng)的設(shè)計 22 3.3總體設(shè)計 22 結(jié)論 23 致謝 23 參考文獻: 24 旋管式切管機的設(shè)計 083010101 陳紅 浙江勝達機械廠生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)部 工程師 章魏 紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系 指導(dǎo)教師：蔡曉霞 摘要：金屬切管機是一種主要用于車輛，工業(yè)或建材生產(chǎn)中的下料工作的機器。工作對象主要為各種型號各種材料的管材。 此次的設(shè)計主要是針對車輛用金屬管材進行加工的切管機，完成的工作主要是切管機中滾子，機體和減速箱部分的設(shè)計。包括傳動裝置的設(shè)計和計算，其中有電動機的選擇，傳動方案的擬訂，各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩的計算。 此次設(shè)計所完成的產(chǎn)品主要用于車用通風(fēng)，通水管。本產(chǎn)品在生產(chǎn)中應(yīng)用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，降低勞動強度。 關(guān)鍵詞：切管機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 方案 設(shè)計計算 引言 鋼管主要用來輸送流體和用作鍋爐等的熱交換器管。 鋼管是一種多功能的經(jīng)濟斷面鋼材。它在國民經(jīng)濟各部門應(yīng)用愈來愈廣泛，需求量也越來越大。管材的需要量之所以急劇增長，是因為管子能用各種材料來制造。而且質(zhì)量和精度也高。 鋼管作為輸送管廣泛地用于輸送油、氣、水等各種流體，如石油及天然氣的鉆探開采與輸送、鍋爐的油水與蒸汽管道、一般的水煤氣管道?；げ块T一般用管道化方式生產(chǎn)與運輸各種化工產(chǎn)品。所以鋼管被人們稱為工業(yè)的“血管”。 鋼管作為結(jié)構(gòu)管大量地用于機械制造業(yè)和建筑工業(yè)，如用于制作房架、塔吊、鋼管柱、各種車輛的構(gòu)架等。在斷面面積相同的條見下，鋼管比圓鋼、方鋼等的抗彎能力大，剛性好，其單位體積的重量輕。因此，鋼管是一種抗彎能力較強的結(jié)構(gòu)材料。 鋼管還作為中空的零件毛坯用于制造滾動軸承、液壓支柱、液壓缸簡體、空心軸、花鍵套、螺母以及手表殼等，這既節(jié)約金屬又節(jié)省加工工時。 鋼管又是軍隊工業(yè)中的重要材料，如用于制造槍管、炮筒及其他武器。隨著航空、火箭、導(dǎo)彈、原子能與宇宙空間技術(shù)等的發(fā)展，精密、薄壁、高強度鋼管的需求量正迅速增長。 隨著鋼管的需求量的日益增大，鋼管的生產(chǎn)也顯得尤其的重要，因此切管機的設(shè)計生產(chǎn)就成了當(dāng)前所急需解決的課題。 下面是一般產(chǎn)品的設(shè)計流程，我將按下面的流程進程切管機的設(shè)計： 此次設(shè)計的切管機，主要用于常用的通風(fēng)、通水管。因此，下料所要求的精度不高。本切管機主要切削大量的薄壁的金屬管。如果用手工切斷，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差。因此，需要一臺，通用性好，耐用以及抗磨損的切管機。 切管機的主要參數(shù)為，滾子的轉(zhuǎn)速為70r/min,電動機的額定功率為1.5千瓦，滿載轉(zhuǎn)速1410r/min，每天工作八小時，工作載荷變動小。切管機的工作原理如下：動力由電動機經(jīng)過三角帶輸出，渦輪減速箱，開始齒輪傳動傳到一對磙子。從而帶動工件的旋轉(zhuǎn)。實現(xiàn)切削時的主運動。與此同時，操作手輪，通過螺旋傳動，將圓環(huán)刀片向下運動，并在不斷增加刀片對管子的壓力過程中，實現(xiàn)管子的切割工作。為了順利實現(xiàn)上面的運動，要對傳動系統(tǒng)中的電動機做出選擇，擬定傳動方案，并且對于各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩以及各主要傳動件的參數(shù)（包括帶傳動的設(shè)計、齒輪模數(shù)的確定以及蝸桿蝸輪模數(shù)的確定和齒數(shù)的確定）進行設(shè)計與計算，對于各軸的最小直徑，各主要傳動件的尺寸，包括（V帶輪，齒輪，蝸桿蝸輪），也要給出相應(yīng)的計算。由于產(chǎn)品較大，大致可以分為五個部分：刀頭架，滾子，機柜，電器和減速箱。而各部分時分開設(shè)計的，因此要注意考慮各部分的裝配關(guān)系。其中減速箱部分需要著重進行設(shè)計，由于這里結(jié)構(gòu)眾多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而整個箱體又時在整體焊接后需要進行裝配密封的部件，所以需要詳細標(biāo)注。 切管機的運用，主要是為了降低勞動強度，節(jié)省人力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，保證經(jīng)濟性也是這次設(shè)計的重要考慮項目之一。 由于切管機在實際生產(chǎn)中早已廣泛應(yīng)用，在使用與制造方面，已有一定的經(jīng)驗，本次設(shè)計中有關(guān)切管機的一些參數(shù)，都采用已有的規(guī)定。因水平有限，論文中不免有疏忽與錯誤的地方，敬請批閱老師指正。 1旋管式切管機傳動方案的選擇 1.1傳動方案 本次設(shè)計共有三個方案供參考，方案如下： 圖1-1 方案一 圖1-2 方案二 圖1-3 方案三 1.2傳動方案的選擇 表1-1 方案特性比較 特性 類型 V帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 主要特點 中心距變化范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能緩沖，可起過載安全保險的作用 外觀尺寸小，傳動比準確，效率高，壽命長，設(shè)用的效率和速度范圍大 外廓尺寸小，傳動比大且準確，工作平穩(wěn)，可制成自鎖的傳動 主要缺點 外廓尺寸大，軸上受力較大，傳動比不能嚴格保證，壽命低 要求制造精度高，不能緩沖，高速傳動精度不夠時有噪音 效率低。中，高速傳動裝置需價格較高的青銅材料，要求制造精度高，加工較麻煩 效率 V帶0.96 開式加工齒輪0.92-0.96；閉式0.95-0.99 開式0.70-0.75 閉式0.7-0.94 自鎖0.40-0.45 功率（KM） 小于等于100 常在30以下 常在50以下 速度V，m/s 小于30 小于等于18/36/100 小于50 單級傳動比 2-4 2-4小于等于5-8 10-40 外廓尺寸 較大 小 小 使用壽命 較短 長 中 表1-2 機構(gòu)類型比較 機構(gòu)類型 主要性能特點 平面連桿機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，行程距離較大，連接處為面接觸，能承受較大載荷；設(shè)計時往往只能近似滿足所需的運動規(guī)律 凸輪機構(gòu) 可滿足工作需要的任意運動規(guī)律，適用于各種自動機械；但一般行程較短，凸輪制作復(fù)雜，凸輪和從動桿接觸面易磨損，高速運轉(zhuǎn)時沖擊較大 螺旋機構(gòu) 運動精度較高，工作平穩(wěn)，故多用于機床的進給機構(gòu)及機械的調(diào)整裝置。可傳遞較大的軸向力，且易實現(xiàn)反行自鎖，故常用于起重升降，但機械效率低，螺紋易磨損。若采用滾珠螺旋，情況大為改善 齒輪齒條機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于行程較大的地方；但運動精度及平穩(wěn)不如螺旋機構(gòu) 方案c的基本參數(shù)給出，傳動比為20，綜合各方面因素選擇方案c。 2旋管式切管機傳動裝置設(shè)計與計算 2.1傳動裝置的總體設(shè)計與計算 傳動裝置用來將原動機輸出的運動和動力，以一定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或推力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。 切管機工藝方案如下： 圖2-1 工藝方案 2.1.1電動機的選擇 一般機械裝置設(shè)計中，原動機多選用電動機。電動機輸出連續(xù)轉(zhuǎn)動，工作時經(jīng)傳動裝置調(diào)整和轉(zhuǎn)矩，可滿足工作機的各種運動和動力要求。 2.1.2電動機功率的選擇 電動機工作環(huán)境為連續(xù)工作，變化很少，并且載荷穩(wěn)定的場合。一般Pm＞Pr10% 此處：Pm已經(jīng)給出 所以：Pm＝1.5kw 2.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 此處電動機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)給出 n＝1410r/min 2.1.4電動機型號確定 經(jīng)查表，得同一功率的三相異步電動機有以下三種型號、轉(zhuǎn)速的選擇： Y90S-2 2840r/min Y90L-4 1400r/min Y100L-6 940r/min 根據(jù)要求，最終選定三相異步電動機的型號是： Y90L-4 參考文獻[2][15] 2.1.5傳動方案的擬定 總的傳動比ｉ的確定： 綜合考慮各方面要求，確定傳動方案如下： 初定傳動比： 2.1.6各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 已知電動機的數(shù)據(jù)如下： 查表可知各級傳動效率如下： （1）計算各軸轉(zhuǎn)速如下： （2）各軸功率計算如下： （3）各軸傳遞的轉(zhuǎn)矩計算如下： 注：軸3為設(shè)計上特別增加的惰輪（過渡齒輪），所以，軸3不承受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。 表2-1 軸號 電動機軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 傳動比 2 50 1.5 1/7.5 效率 0.96 0.72 0.92 0.99 轉(zhuǎn)速r/min 1400 700 14 9.3 70 功率kw 1.5 1.44 1.03 0.94 0.85 轉(zhuǎn)矩kg.cm 104.5 200.64 6852.9 593.2 2.2進行傳動機構(gòu)設(shè)計與計算 參考文獻[2][1][9] 2.2.1帶輪的設(shè)計與計算 工況系數(shù) 查表得 計算功率 選擇帶的型號 查表得 A型 小帶輪直徑 查表得 取 大帶輪直徑 大帶輪轉(zhuǎn)速 （2）計算帶長 求 求 初取中心距 帶長 由V帶基準長度圖表，可得 （3）求中心距與包角 中心距 小帶輪包角 > (4)求帶的根數(shù) 帶速 傳動比 帶的根數(shù) 由查表得 由查表得 由查表得 由查表得 所以 （5）求軸上載荷 張緊力 軸上載荷 (6)V帶輪的尺寸計算 1）小帶輪 小帶輪直徑 查表 得 mm 輪寬 外徑 孔徑 此處的孔徑依據(jù)電機的輸出軸為準 由查表 2）大帶輪 大帶輪直徑 查表得 mm 外徑 3）結(jié)構(gòu)選擇 選擇輻板式結(jié)構(gòu) 輪緣直徑 輪轂直徑 mm 輻板孔圓周定位尺寸 2.2.2渦輪蝸桿的傳動與計算 參考文獻[1][2][9][11][15] 查表選?。何仐U采用45鋼、表面硬度>45HRC。 蝸輪的材料選用ZCuSn10P1、砂型鑄造 (1) 初選【】的值 當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) ； 由查表取最大值 【】 、 、 、 （2）中心距的計算 蝸輪轉(zhuǎn)矩 使用系數(shù) 查表 得 轉(zhuǎn)速系數(shù) 彈性系數(shù) 根據(jù)蝸輪副材料查表 得 壽命系數(shù) 接觸系數(shù) 由查表得 接觸疲勞極限 由查表得 接觸疲勞最小安全系數(shù)自定 中心距 （3）傳動基本尺寸 蝸桿頭數(shù) 由查圖表得 、 蝸輪齒數(shù) 模數(shù) 蝸桿分度圓直徑 取 蝸輪分度圓直徑 蝸桿導(dǎo)程角 蝸輪寬度 蝸桿圓周速度 相對滑動速度 當(dāng)量摩擦系數(shù) 經(jīng)查表 得 （4）齒面接觸疲勞強度計算 許用接觸應(yīng)力 最大接觸應(yīng)力 應(yīng)為105MPa<173MPa 所以 合格 （5）齒輪彎曲疲勞強度驗算 齒根彎曲疲勞強度極限 由查表得 彎曲疲勞最小安全系數(shù)自取 許用彎曲疲勞應(yīng)力 齒輪最大彎曲應(yīng)力 應(yīng)為< 所以 合格 （6）蝸桿軸撓度驗算 軸的慣性距 允許蝸桿撓度 蝸桿軸撓度 合格 2.2.3齒輪的設(shè)計與計算 參考文獻[1][2][11][15][17] 第一對齒輪（齒輪2為惰輪） 齒輪材料選擇 小齒輪材料：40Gr 、采用調(diào)制處理，硬度241HB-286HB 、取平均260HB 大齒輪材料：45鋼、 采用調(diào)制處理，硬度 229HB-286HB 、 取平均240HB （1） 齒面接觸疲勞強度計算 1） 初步計算 轉(zhuǎn)矩 齒寬系數(shù)由查表得 接觸疲勞極限由查圖 得 初步計算得許用接觸應(yīng)力 值 由查表得 初步計算小齒輪直徑 取 初步齒寬b 取 2）校核計算 圓周速度 精度等級 由查表得 選取八級精度 齒數(shù)z與模數(shù)m 初取齒數(shù) 取 則 使用系數(shù) 由查表 得 動載系數(shù) 由查表 得 齒間載荷分配系數(shù) 先求 由此 得 齒向載荷分布系數(shù) 由查表得 載荷系數(shù) 彈性系由查表得 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由查表得 接觸最小安全系數(shù) 由查表得 總工作時間 接觸壽命系數(shù) 由查表得 許用接觸應(yīng)力 MPa 驗算 因為小于690MPa 合格 計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 （2）確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑 mm 中心距 齒寬 （3）齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 經(jīng)查表 齒間載荷分布系數(shù) 載荷系數(shù) 齒形系數(shù) 由圖表得 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖表得 彎曲疲勞極限 由圖表得 彎曲最小安全系數(shù)由圖表得 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由查表得 彎曲壽命系數(shù) 由查表得 許用彎曲應(yīng)力 彎曲壽命 由查表得 驗算 第二對齒輪的計算 齒輪2 為惰輪，即此處的大齒輪。材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度為229HB-286HB。 平均取 240HB（主動）。 齒輪3 為小齒輪，材料選擇40Gr，調(diào)制處理，硬度值為241HB~286HB,平均取 260HB. (1)齒面接觸疲勞強度計算 1)初步計算 轉(zhuǎn)矩 齒寬系數(shù) 由查表得 接觸疲勞極限由查圖得 初步齒寬b 取 2）校核計算 圓周速度 精度等級 由查表得 選取八級精度 齒數(shù)z與模數(shù)m 已知 使用系數(shù) 由查表得 動載系數(shù) 由查表得 齒間載荷分配系數(shù) 先求 由此得 齒向載荷分布系數(shù) 由查表得 載荷系數(shù) 彈性系數(shù) 由查得 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由查表得 接觸最小安全系數(shù) 由查表得 總工作時間 接觸壽命系數(shù) 由查表得 許用接觸應(yīng)力 驗算 因為小于884MPa 所以合格 計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 3）確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑 mm 中心距 齒寬 （2）齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 經(jīng)查表 載荷系數(shù) 齒形系數(shù) 由圖表得 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖表得 彎曲疲勞極限 由圖表得 彎曲最小安全系數(shù) 由圖表得 彎曲壽命系數(shù) 由查表得 許用彎曲應(yīng)力 彎曲壽命 由查表得 驗算 根據(jù)以上計算，初步確定減速機為以下結(jié)構(gòu)： 圖2-2減速器效果圖 3滾筒系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的設(shè)計 3.1滾筒系統(tǒng)的設(shè)計 參考文獻[1][9][11][15][5][14] 滾筒主要通過惰輪帶動兩個連接在滾筒上的齒輪轉(zhuǎn)動來旋轉(zhuǎn)，從而帶動滾筒上的工件旋轉(zhuǎn)，滾筒的粗糙度設(shè)定為Ra25,采用T7碳素工具鋼，滾筒上設(shè)計有螺旋槽，主要是工作時可及時有效的排出加工廢料，保證工件與滾筒接觸良好。 圖3-1滾筒效果圖 3.2進給系統(tǒng)的設(shè)計 參考文獻[1][9][11][14][15][4][6][8] 本設(shè)計主要采用了螺旋傳動的設(shè)計方法，通過轉(zhuǎn)動手輪使刀片均勻進給，其優(yōu)點是1摩擦阻力小，傳動效率高，具有傳動可逆性2運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，工作壽命長，不易發(fā)生故障。 采用滑動螺旋傳動，螺紋為梯形螺紋，螺桿和螺母的材料為鋼對青銅，螺紋牙強度為鋼0.6Mpa,青銅30-40Mpa 。 滑動螺旋副采用梯形螺紋，牙形角α=30°，螺紋副的大徑和小徑處有相等的徑向間隙。 刀具是由高速工具鋼為材料的圓盤刀片，配備一臺Y801-2三相異步電動機。 3.3總體設(shè)計 參考文獻[1][2][9][10][11][12][14][15][16][17] 通過對切管機的減速箱體的各個零部件的計算，運用所計算出的各個零部件的尺寸，進行總體機構(gòu)的設(shè)計。 結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計的題目是金屬切管機的設(shè)計，在整個設(shè)計的過程中，充分回顧了在大學(xué)所學(xué)習(xí)的機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、理論力學(xué)、工程制圖學(xué)等等的科目。從這一設(shè)計題目的綜合運用中，更是把所學(xué)的這些知識有了一個大的融會與應(yīng)用，從而所學(xué)的知識也不再是死的，有了一個比較全面的復(fù)習(xí)。在設(shè)計與計算的過程中，也遇到了許多的困難與問題。通過查找資料，將這些問題解決的這種獨立的解決問題和思考的方法，是在這次設(shè)計中我得到的一個最大的收獲。當(dāng)然，從中也大致了解了一些產(chǎn)品設(shè)計的基本方法，這也將是一次寶貴的實踐經(jīng)驗。相信在以后的工作中，將會有很大幫助。 致謝 在此，最要感謝導(dǎo)我這次畢業(yè)設(shè)計的老師，他不厭其煩的指導(dǎo)和幫助，以及其本人嚴謹而認真的工作研究態(tài)度，也給我留下了深刻的印象。最后，再次向在我的這次畢業(yè)設(shè)計中幫助、指導(dǎo)我的各位老師與同學(xué)，表達最真誠的謝意。 參考文獻: [1]濮良貴 機械設(shè)計（第八版） 高等教育出版社2008.4 [2]王大康 機械設(shè)計綜合課程設(shè)計 機械工業(yè)出版社 2007.12 [3]王明華 旋管式切管機的設(shè)計與實踐 《煤礦機械》第三十卷20期 [4]安虎平 切管機傳動系統(tǒng)方案的研究 《煤礦技術(shù)》第28卷第2期 [5]徐文琴、 孫達英 新型切管機的設(shè)計與實踐 《制造技術(shù)與機床》2009第二期 [6]李精毅 飛銑式切管機的設(shè)計與應(yīng)用 [7]張震宇 大中直徑螺旋焊管切管機的試驗研究 《成都大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報》1993-4 [8]賓煥男 半自動車銑切管機 《金屬加工》 2009年2期 [9]洪鐘德 簡明機械設(shè)計手冊 同濟大學(xué)出版社 2002.5 [10]西北工業(yè)大學(xué)工程制圖教研室 畫法幾何及機械制圖 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 2005．8 [11]申永勝 機械原理教程 清華大學(xué)出版社 2005.12 [12]甘永立 幾何量公差與檢測 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2008.1 [13]賓煥南 半自動車銑切管機 《金屬加工》2009.11期 [14]金屬切削刀具 樂兌謙 機械工業(yè)出版社 1985 [15]機械設(shè)計手冊 成大先 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 [16]機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 張世昌 高等教育出版社 2007 [17]工程力學(xué) 畢秦勝 北京大學(xué)出版社 2007 24