切管机工艺设计方案

切管机工艺设计方案1. 确定工艺方案此次的设计任务为设计一简单高效的切管机，为此，对如下几种设计方案进行比较：方案一：用锯弓锯断金属管：需要锯弓往复的切削运动和滑枕摆动的进给与让刀运动。机器的结构比较复杂，锯切运动也不是连续的。当金属直径相差较大时，锯片还要调换，生产效率低。方案二：用切断刀切断金属管：如在车床上切断，但是一般车床主轴不过几十毫米，通不过直径较大的金属管，并且占有一台普通机床，不太经济。或者用专用的切管机，其工作原理是工件夹紧不动，装在旋转刀架上的两把切断刀，既有主切削的旋转运动，又有进给运动，工作效率高，但是机床结构比较复杂。方案三：用砂轮切断金属管：需要砂轮旋转的切削运动和摇臂向下的进给运动。此机构的结构简单，生产效率高，但是砂轮磨损较快费用很高。方案四：用碾压的方法切断金属管：其需要金属管旋转的切削运动和圆盘向下的进给运动。这种方法是连续切削的，生产效率高，机器的结构也不太复杂。但是会使管子的切口内径缩小，一般用于管子要求不高的场合。本次设计的要求为滚子转速n=70r/min,圆盘刀片直径a=80mm,加工管件的直径为3/84，电机额定功率i为P=1.5Kw满载转速为N=1410r/min,每天工作10小时，载荷变动小。根据毕设要求和结合生产实际。在本次设计中选用方案四。工艺方案确定后，并根据有关数据，加上其它一些必要的尺寸，得出工艺方案的原理图如图1-1图图1-1工艺方案原理图方案四管机的工作原理：动力由电动机带轮蜗杆蜗轮直齿轮中间惰轮滚子轴上小齿轮。由于滚子的旋转运动，从而带动工件的旋转，实现切削时的主运动。与此同时，操作手轮，通过螺旋传动，将圆盘刀片向下进给移动，并在不断增加刀片对管子的压力过程中，实现管子的切割工作。2. 传动装置的设计与计算2.1 电动机的选择要选择电动机，必须了解电动机，出厂的每台电动机都有铭牌，上面标有电动机的主要技术参数。因此，要合理地选择电动机，就要比较电动机的这些特性。在进行简单机械设计时，应选择好电动机的类型，转速和功率。2.1.1 类型的选择工业上一般用三相交流电源，所以选用三相交流异步电动机。三相交流异步电机具有结构简单，工作可靠，价格便宜，维护方便等优点，所以应用广泛。在选择电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。在本次设计中由于其载荷变动较小，有灰尘故选择笼式三相交流异步电机。2.1.2 转速的选择 异步电机的转速主要有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min几种。当工作机械的转速较高时，选用同步转速为3000r/min的电机比较合适。如果工作机械的转速太低（即传动装置的总传动比太大）将导致传动装置的结构复杂，价格较高。在本次设计中可选的转速有1500r/min和750r/min。在一般机械中这两种转速的电机适应性大，应用比较普遍。2.1.3 功率的选择选择电动机的容量就是合理确定电动机的额定功率，电动机功率的选择与电动机本身发热、载荷大小、工作时间长短有关，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件决定。故根据电动机的额定功率大于所需功率10%来选择电动机。综上所述，本次设计的切管机电机额定功率为P=1.5Kw满载转速为N=1410r/min,每天工作10小时，载荷变动小用于多尘场合。选用Y90L-4型电动机，其额定功率P电=1.5Kw，满载转速n电=1400r/min，同步转速1500r/min(4极)，最大转矩为2.3Nm。电动机确定后，计算出切管机的传动比为：i总=20 （2-1）2.2 拟订传动方案传动方案的拟定，通常是指传动机构的选择及其布置。这是彼此相联系的两个方面。其运动形式大致分为；（1）传递回转运动的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等；（2）实现往复直线运动或摆动的有：螺旋传动，齿轮齿条传动，凸轮机构，曲柄滑块机构等；（3）实现间歇运动的有棘轮机构和槽轮机构等；（4）实现特定运动规律的有凸轮机构和平面连杆机构等。 传动机构的选择就是根据机器工作机构所要求的运动规律，载荷的性质以及机器的工作循环进行的。然后在全面分析和比较各种传动机构特性的基础上确定一种较好的传动方案。机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力，并可以改变转速、转矩的大小或改变运动形式，以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台车的性能、尺寸、重量和成本都有很大影响，因此需要合理的拟定传动方案。在本次毕业设计中，已知切管机的i总=20，若用蜗杆，一次降速原本可以达到，其方案如图2-1。但是由于切割的管子最大直径为4，如图1-1故两个滚筒的中心距不能小于108mm，因此带动两个滚筒的齿轮外径不能大于滚筒的直径（100mm）。若取蜗杆z1=2，蜗轮z2=40，m=4，则蜗轮分度圆直径d2=160mm,比同一轴上的齿轮大，按图2-2-1的布置，蜗轮将要和滚筒相撞，为此，应该加大两轴之间的中心距。这样就要加上一个惰轮，才可以解决这个问题，如图2-2-2。在本次设计中，取蜗轮齿数为z2=50,模数m=4。由于带传动具有缓冲和过载打滑的特性，故可将最为在电机之后的第一级传动，此外开式齿轮传动不宜放在高速级，因为在这种条件下工作容易产生冲击和噪音，故应将齿轮传动放在底速级。一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉以及使用维护方便。经比较各种传动方案，在本次设计中确定采用带传动、蜗杆传动、齿轮传动等机构组成的传动方案。并初步画出其传动系统图，如图2-2-3。 图2-2-1蜗轮蜗杆传动方案图图2-2-2蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图在传动方案确定后,根据i总=i1i2的关系分配传动比.下面对个机构的主要特性进行比较,如表2-2-1:图2-2-3带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图表2-2-1几种主要传动机构的特性比较特 性类 型带传动齿轮传动蜗杆传动主要优点中心距变化范围较大,结构简单,传动平稳,能缓冲,起过载安全保护作用外廓尺寸小,传动比准确,效率高,寿命长,适用的功率和速度范围大外廓尺寸小,传动比大而准确,工作平稳,可制成自锁的传动单级传动比,i开口平型带:24,最大值6,三角带型: 24, 最大值7有张紧轮平型带:35最大值8开式圆柱齿轮: 46,最大值15. 开式圆柱正齿轮: 34,最大值10. 闭式圆柱齿轮: 23,最大值6闭式: 1040,最大值100开式: 1560,最大值100外廓尺寸大中,小小成本低中高效率平型带0.920.98三角带0.90.96开式加工齿0.920.96闭式0.950.99开式0.50.7闭式0.70.94自锁0.400.45 考虑到传动装置的结构,尺寸,重量,工作条件和制造安装等因素,必须对传动比进行合理的分配.根据公式T=9550(Nm)可知:当传动的功率P(Kw)一定时,转速n(r/min)越高,转矩T就越小.为此,在进行传动比的分配时遵循”降速要先少后多”.V带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过减速器的中心高，造成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难，又因为齿轮在降速传动中,如果降速比较大,就会使被动齿轮直径过大,而增加径向尺寸,或者因小齿轮的齿数太少而产生根切现象.而其在升速传动中,如果升速比过大,则容易引起强烈的震动和噪音,造成传动不平稳,影响机器的工作性能.为此,各机构的传动比分配情况如下:i1=1.2;i2=50;i3=1.5;i4= （2-2）i总= i1i2 i3i4=1.2501.5=20 （2-3）注:传动系统只大齿轮是个惰轮,它不改变传动比只起加大中心距,改变滚筒旋转方向的作用.2.3 计算各轴的转速、功率和转矩由表一我们可知，取带=0.96，蜗=0.72，齿=0.94，滚=0.99（一对滚动轴承的效率），根据公式： （2-5）可知各轴的转速为： （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） 各轴的功率为： （2-10） （2-11） （2-12） （2-13）各轴传递的转矩为： （2-14） （2-15） （2-16）第三轴，因为装的是过渡齿轮（惰轮），所以此轴不承受转矩，只受弯矩，它是一根心轴。（2-17）将以上各数据制成如表2-3-1所示的表格：表2-3-1各轴计算结果轴号电机轴传动比i1.2501.51/4.5转速n(r/min)1410116.723.315.570功率P(Kw)1.51.441.030.960.89转矩T（Nm）10.2311.78420.02122.3在计算传动比的时候，当带轮直径和齿轮模数确定后，实际传动比就等于两带轮直径之比，或者两齿轮齿数之比，其结果可能出现与上表数据不一致。当i5时，容许误差不大于+ -2.5%；当i5时，则不容许大于+ -4%。2.4 进行传动机构的设计与计算2.4.1 带传动设计带传动适用的场合：中心距变化范围较大，结构简单，传动平稳，能缓冲，可起过载安全保险的作用。缺点是外廓尺寸大，轴上受力较大，传动比不能严格保证，寿命低（约30005000小时）在本次设计中，取带的工作情况系数K=1.1，则计算功率为：P计= KP电=1.11.5=1.65(Kw) （2-18）由P计和n1=1400r/min，可查知，选用A型三角带。初步选定小带轮直径d1=100mm,大带轮直径d2=i1d1=1.2100=120mm,取其标准直径d2=125mm验算带轮： （2-19）小于25m/s，适合。初定中心距a0，按公式：0.7（d1+d2）a0160mm，可采用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径d缘= d 顶2-10m=168-30=138mm轮毂外径d毂=1.6d轴2=1.645=72mm(d轴2齿轮的孔径，由表三可知d轴2=45mm)辐板厚度c=0.3B=0.330=9mm辐板孔圆周定位尺寸：d0=0.5(d缘+d毂) =0.5(138+72)=105mm （3-5）辐板孔直径：d孔=0.25(d缘- d毂)=0.25(138-72)=16.5mm，取d孔=17mm。齿轮示意图如图3-2-1 图3-2-1轴齿轮示意图2）已知轴上齿轮z3=81，m=3，则：分度圆直径d3=mz3=381=243mm齿顶圆直径d顶3=m(z3+2)=3(81+2)=249mm齿根圆直径d根3=m(z3-2.5)=3(81-2.5)=235.5mm齿宽B=30mm。由于d根3160mm，可采用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径d缘= d顶3-10m=249-30=219mm轮毂外径d毂=1.6d轴3=1.650=80mm(d轴3齿轮的孔径，由表三可知d轴3=50mm)辐板厚度c=0.3B=0.330=9mm辐板孔圆周定位尺寸：d0=0.5(d缘+d毂) =0.5(219+80)=149.5mm （3-6）辐板孔直径：d孔=0.25(d缘- d毂)=0.25(219-80)=34.75mm，取d孔=35mm。、轴的中心距： （3-7）轴上齿轮如图3-2-2图3-2-2轴齿轮示意图3）已知轴上的齿轮z4=18,m=3则：分度圆直径d4=mz4=318=54mm齿顶圆直径d顶4=m(z4+2)=3(18+2)=60mm齿根圆直径d根4=m(z4-2.5)=3(18-2.5)=46.5mm齿宽B=30mm。由于d根3 d1+2r r倒圆直径，查阅手册中非配合处的过度圆角半径用凸肩定位时按此式计算，用套筒定位时另取带轮的定位靠套筒，此处的d2是指套筒外径d3安装滚动轴承处的直径dd3 d2dd3 d1无套筒的；套筒的d3必须符合轴承的标准由于采用205型轴承，d3=25mmd4装在两滚动轴承之间齿轮（蜗轮）处的直径dd4 d3+2rr倒圆角半径，查阅手册确定如如轴d5一般轴肩和轴环的直径dd5d4+2a a轴肩或轴环的高度，a=(0.070.1) d4如如轴，d4=55mm，a=3.855.5mm,取a=5mm,则d5=55+2*5=65mm因此处d4相当于d3=25，a=0.1 d4则d5=25+2*2.5=30mmd6滚动轴承定位轴肩直径查阅手册轴承部分的D1值L7安装旋转零件的轴头长度LL7=（1.21.6）ddd-轴头直径一般要求L7要比旋转零件的轮毂宽度要短一些L8轴环长度L81.4a或L8（0.10.15）d如轴L81.4*5=7mm减速箱焊接图如图3-4-3图3-4-3减速箱焊接图3.5 绘制零件工作图 机械零件有两种：一类需要自行设计制作的，叫基本件；基本件必须根据设计装配图，全部拆画，并对细部结构进行设计。在本次设计中选取其中我滚筒工作图和蜗杆工作图作为零件图拆画： 滚筒零件图如图3-5-1图3-5-1滚筒零件图 蜗杆零件图如图3-5-2图3-5-2蜗杆零件图4. 结论4.1 设计主要工作通过对相关资料的查阅和对切管机的设计计算，并且对切管机进行了初步的设计。在设计过程中，主要的工作有如下几点：对传动方案的选择和对机构的设计计算,其中包括选择合适的传动方案和对减速箱部分各个零件的设计计算以及校核。设计计算结束后，在已有数据的基础之上，画出了总体装配图的轮廓，通过对各个参数的进一步确定，最后终于得到了总体装配图。对几个主要的零部件进行了绘制,其中包括滚子零件的工作图，蜗杆的零件图等。参考文献1 璞良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，20012 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