旋管式切管機

旋管式切管機,旋管式切管機 2009屆畢業(yè)設計（論文） （金屬切管機的設計） 專業(yè)名稱： 班 級： 學 號： 作 者: 指導教師: 二零零九年六月 金屬切管機的設計 Mental pipe cutting machine 畢業(yè)設計（論文）題目：金屬切管機的設計 一、畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達到的指標和應做的實驗等） 設計一用于切割3/8英寸---4英寸的金屬管的機械設備。 工作要求：運動和動力由電機經(jīng)皮帶傳動、蝸輪減速器、開式齒輪傳動傳到一對滾子，從而帶動金屬管的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)切割時的主運動，與此同時，操縱手輪，通過螺旋傳動，將圓盤刀片向下進給移動，并在不斷增加刀片對金屬管的壓力過程中，實現(xiàn)金屬管的切割工作。 主要參數(shù)：滾子的轉(zhuǎn)速為70r/min,電機額定功率約為1.5kw ,滿載轉(zhuǎn)速約為1400 r/min。 二、完成后應交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等） 1、畢業(yè)論文 1份 2、總裝配圖 1份 3、主要零部件圖 若干份 4、外文資料 1份 三、完成日期及進度 自 2009 年 3 月 16 日起至 2009 年 6 月 14 日止 進度安排： 3.16—3.22 明確設計任務，調(diào)研、搜集資料； 3.23—4.05 工藝方案設計（工藝方案原理圖）； 4.06—4.26 傳動裝置的設計（傳動示意圖，總體方案圖）； 4.27—6.07 結(jié)構(gòu)設計（裝配圖，零件圖）； 6.08—6.14 編寫論文，準備答辯； 6.15—6.19 畢業(yè)答辯。 四、同組設計者（若無則留空）： 五、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）: 1、申永勝主編．機械原理教程．第1版．北京：清華大學出版社，1999 2、邱宣懷主編．機械設計．第4版．北京：高等教育出版社，1995 3、黃純穎主編．機械創(chuàng)新設計．北京：高等教育出版社，2000 4、何珍秀主編．機械系統(tǒng)設計．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001 5、徐灝主編．　機械設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2001 6、孟憲源主編．現(xiàn)代機構(gòu)手冊．北京：機械工業(yè)出版社，1994 系(教研室)主任： （簽章） 年 月 日 學院主管領(lǐng)導： （簽章） 年 月 日 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計。包括傳動裝置的設計和計算，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?？傮w結(jié)構(gòu)的設計，其中有各軸尺寸的設計，各主要傳動件的結(jié)構(gòu)尺寸的設計。并且針對以上的設計計算進行了詳細的校核。最后通過得到的數(shù)據(jù)，繪制了總體裝配圖，減速機和滾子部分的裝配圖。然后又針對各主要基本件，繪制了多張零件圖。 此次設計所完成的產(chǎn)品主要用于車用通風，通水管。本產(chǎn)品在生產(chǎn)中應用可以提高產(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)設計 方案 設計計算 Abstract Mental pipe cutting machine is the one mainly be used in the production of cars, industry and some work of putting materials. The work need to be finished is the design of body of the machine and the roll of it. It includes the design and calculate of the slowing speed box,. The choose of the electromotor, the design of the gearing, the rev, the measure design of the main deliver parts. Than do the emandation work. After all ,get the data and drawing the engineering picture. It includes one final assembling picture, two assembling pictures of each parts, some small pictures of the important accessary. The design work we do this time is to the purpose of be used at the place of fanning pipe and draining pipe. This product also can be used at the situation of enhancing the efficiency of production. Make the working effection upon and low down the labor force. Key words: pipe cutting machine, design of structure,plan,design and calculation 目 錄 第一章 前言 1 第二章 切管機傳動裝置的設計計算 2 2.1電動機的選擇 3 2.1.1電動機功率的選擇 3 2.1.2電動機轉(zhuǎn)速的選擇 3 2.1.3電動機類型的選擇 3 2.2 傳動方案的擬定 3 2.3計算各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 4 2.4進行傳動機構(gòu)的設計與計算 5 2.4.1帶傳動的設計與計算 5 2.4.2蝸桿蝸輪傳動的設計與計算 8 2.4.3齒輪傳動的設計與計算 10 第三章 結(jié)構(gòu)計算 18 3.1各傳動軸尺寸的計算與校核 18 3.1.1蝸桿軸的尺寸計算與校核 18 3.1.2蝸輪軸的尺寸計算與校核 19 3.1.3滾輪軸的尺寸計算與校核 21 第四章 繪制設計裝配圖與零件圖 25 第五章 結(jié)論 26 第六章 致謝 27 參考文獻 28 VIII 第一章 前言 此次設計的切管機，主要用于機車車輛上所用通風、通水管。因此，下料所要求的精度不高。車輛廠平時需要切削大量的3/8和4/8英寸的金屬管。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，滾珠轉(zhuǎn)速70r/min,圓盤刀片的直徑為80mm,加工管件的直徑范圍為3/8-4/8英寸，電動機的額定功率為1.5千瓦，滿載轉(zhuǎn)速1400r/min，每天工作十小時，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）進行設計與計算，對于各軸的最小直徑，各主要傳動件的尺寸，包括（三角帶輪，齒輪，蝸桿蝸輪），也要給出相應的計算。接著，對各數(shù)值進行校核。最后再由經(jīng)過計算的數(shù)值來繪制裝配圖，完成設計。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計，由于這里結(jié)構(gòu)眾多且結(jié)構(gòu)復雜，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。當然，保證性價比也是這次設計的重要考慮項目之一。 由于切管機在實際生產(chǎn)中早已廣泛應用，在使用與制造方面，已有一定的經(jīng)驗，本次設計中有關(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。 第二章 切管機傳動裝置的設計計算 傳動裝置的設計與動力的選擇有關(guān)，在動力選擇好之后就可以擬定傳動方案，進行運動學的計算。 工藝方案原理圖如下： 方案說明： 用碾壓的方法切斷金屬管，需要金屬旋轉(zhuǎn)的切削運動和圓盤刀片向下的進給運動。這種方法是連續(xù)切削的。生產(chǎn)效率高，機器的結(jié)構(gòu)不太復雜。但是這種傳動方案的一大缺點是，在切削時的擠壓過程中，管子的內(nèi)徑會縮小。一般用于對管子要求不高的場合。 2.1電動機的選擇 2.1.1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 2.1.2電動機轉(zhuǎn)速的選擇 此處電動機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)給出 n＝1400r/min 2.1.3電動機類型的選擇 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 2.2 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： 傳動方案示意圖如下： 2.3計算各軸的轉(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為設計上特別增加的惰輪，所以，軸3不承受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。 2.4進行傳動機構(gòu)的設計與計算 2.4.1帶傳動的設計與計算 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 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 2.4.2蝸桿蝸輪傳動的設計與計算 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 當量摩擦系數(shù) 設 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 蝸桿導程角 蝸輪寬度 蝸桿圓周速度 相對滑動速度 當量摩擦系數(shù) 經(jīng)查表 得 （4）齒面接觸疲勞強度計算 許用接觸應力 最大接觸應力 應為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 許用彎曲疲勞應力 齒輪最大彎曲應力 應為< 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 2.4.3齒輪傳動的設計與計算 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-086HB 、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) 彈性系數(shù) 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 （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 齒間載荷分布系數(shù) 載荷系數(shù) 齒形系數(shù) 由圖表 得 應力修正系數(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 許用彎曲應力 彎曲壽命 由查表 得 驗算 第三章 結(jié)構(gòu)計算 3.1各傳動軸尺寸的計算與校核 3.1.1蝸桿軸的尺寸計算與校核 （1）估計軸的基本直徑。材料選用 45鋼、正火處理。 查表 得：硬度（HBS）17.~217 強度極限， 屈服極限， 彎曲疲勞極限 查表 取 （2）初估直徑 應為最小處開有鍵所以直徑增大 （3）軸的受力分析 1.求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 2.蝸桿上圓周力 蝸桿上徑向 蝸桿上軸向力 畫出受力圖（b） 3.計算支反力 水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力圖 見圖（c） 垂直面（xz）受力圖 見圖（e） 4.畫軸的彎矩圖 水平面彎矩圖 見圖（d） 圖 垂直面彎矩圖 見圖（f） 圖 合成彎矩圖 見圖（g） 5.畫軸的轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖 見圖（h） 6.許用應力 許用應力值 查表 得 7.畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩 當量彎矩 蝸輪中間截面處 右軸頸中間截面處 3.1.2蝸輪軸的尺寸計算與校核 （1）估計軸的基本直徑。材料選用 45鋼、正火處理。 查表 得：硬度（HBS）170-217 強度極限， 屈服極限， 彎曲疲勞極限 查表 取 （2）初估直徑 應為最小處開有鍵所以直徑增大 （3）軸的受力分析 1.求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 2.蝸桿上圓周力 蝸桿上徑向 蝸桿上軸向力 畫出受力圖（b） 3.計算支反力 水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力圖 見圖（c） 垂直面（xz）受力圖 見圖（e） 4.畫軸的彎矩圖 水平面彎矩圖 垂直面彎矩圖 合成彎矩圖 見圖（g） 5.畫軸的轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖 見圖（h） 6.許用應力 許用應力值 查表 得 7.畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩 當量彎矩 蝸輪中間截面處 3.1.3滾輪軸的尺寸計算與校核 （1）估計軸的基本直徑。材料選用 45鋼、正火處理。 查表 得：硬度（HBS）170-217 強度極限， 屈服極限， 彎曲疲勞極限 查表 取 （2）初估直徑 應為最小處開有鍵所以直徑增大 （3）軸的受力分析 1.求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 2.蝸桿上圓周力 蝸桿上徑向 蝸桿上軸向力 畫出受力圖（b） 3.計算支反力 水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力圖 見圖（c） 垂直面（xz）受力圖 見圖（e） 4.畫軸的彎矩圖 水平面彎矩圖 合成彎矩圖 5.畫軸的轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖 見圖（h） 6.許用應力 許用應力值 查表 得 7.畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩 當量彎矩 第四章 繪制設計裝配圖及零件圖 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，進行裝配圖的繪制。 根據(jù)裝配圖，拆畫零件圖，主要零件包括：齒輪，蝸桿軸，蝸輪軸。在切管機的各部分裝配圖繪制完成后，進行整機的裝配，畫出總體裝配圖。 第五章 結(jié)論 此次畢業(yè)設計的題目是金屬切管機的設計，在整個設計的過程中，充分回顧了在大學四年里所學習的機械原理、機械設計、材料力學、理論力學、工程制圖學等等的科目。從這一設計題目的綜合運用中，更是把所學的這些知識有了一個大的融會與應用，從而所學的知識也不再是死的，有了一個比較全面的復習。在設計與計算的過程中，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，是在這次設計中我得到的一個最大的收獲。當然，從中也大致了解了一些產(chǎn)品設計的基本方法，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。 第六章 致謝 在此，最要感謝的是指導我這次畢業(yè)設計的老師。他不厭其煩的指導和幫助，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)設計中幫助、指導我的各位老師與同學，表達最真誠的謝意。 第七章 參考文獻 [1] 邱宣懷. 機械設計（第四版）. 高等教育出版社， 1997：233-237、317-319 [2] 紀名剛. 機械設計（第七版）. 高等教育出版社，2001：344-376 [3] 黃純穎．機械創(chuàng)新設計．高等教育出版社，2000：87-98 [4] 何珍秀．機械系統(tǒng)設計．哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001：324-354 [5] 孫桓. 機械原理（第七版）. 高等教育出版社， 2006：217-233、345-434 [6] 申永勝．機械原理教程(第1版)．清華大學出版社，1999：1-56 [7] 單輝祖. 材料力學（第二版）. 高等教育出版社， 2004：162-178 [8] 徐祖茂. 機械工程圖學. 上海交通大學出版社， 2005：1-10 [9] 張黎華. 新編機械設計手冊. 人民郵電出版社， 2008：239-601 [10] 成大先. 機械設計手冊. 化學工業(yè)出版社， 2004：150-200 [11] 龔溎義. 機械零件課程設計圖冊. 人民教育出版社， 1993：45-149 [12] 徐灝．　機械設計手冊．機械工業(yè)出版社，2001：165-243 [13] 孟憲源．現(xiàn)代機構(gòu)手冊．機械工業(yè)出版社，1994：122-256 [14] Steven R.Schmid. 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