畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-鋼管旋切機(jī)設(shè)計(jì)-機(jī)械部分.doc

河南科技學(xué)院2009屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：鋼管旋切機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)械部分學(xué)生姓名：陳君強(qiáng)學(xué)號(hào)：20040315015所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名： 陳錫渠完成時(shí)間：2009年5月20日摘 要本設(shè)計(jì)通過對(duì)薄壁鋼管的工藝性分析和無削切削工藝方案的分析，確定采用理論與實(shí)際相結(jié)合的方式并利用現(xiàn)有的條件來設(shè)計(jì)旋切機(jī)，在此基礎(chǔ)上對(duì)鋼管旋切機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而得出整體結(jié)構(gòu)方案。通過主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)鋼管旋切機(jī)的各部分進(jìn)行材料選擇和尺寸計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)形式，然后對(duì)鋼管旋切機(jī)的其它主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，最終確定其裝配總圖。通過此次設(shè)計(jì)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的主要步驟，對(duì)于ProE3.0/AutoCAD等軟件的應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。關(guān)鍵詞：鋼管，無屑切削，自動(dòng)切割，切管機(jī)AbstractThe design of thin-walled steel tube through the process of analysis and non-cut-cutting program analysis technology to determine the use of theory and practice using a combination of conditions and the use of existing design peeling machine, in this based on the pipe peeling Principle, structure, control system design, so as to arrive at the overall structure of the program.Through the main technical indicators of the steel parts of peeling machine to material selection and dimensions of the calculation to determine the form of its structure, and then peeling machine of steel parts of the other major design and selection, the final assembly to determine their overall plans. With this design, mechanical design mastered the main steps ProE3.0/AutoCAD for applications such as software has been further improved.software application.Keywords：Steel duct, No scrap cutting, Automatic cutting,The machine of cutting duct 目 錄1 緒論.12 設(shè)計(jì)要求.13 主要技術(shù)指標(biāo).14 現(xiàn)在鋼管旋切機(jī)的原理、特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn).14.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.24.2 現(xiàn)有旋切機(jī)的工作原理.24.3 特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn).25 鋼管旋切機(jī)改進(jìn)方案.26 設(shè)計(jì)計(jì)算.26.1 電動(dòng)機(jī)的選擇.26.2 鏈條、鏈輪的選擇.36.3 送料電機(jī)輸出軸處聯(lián)軸器的選擇.36.4 傳動(dòng)比分配.46.5 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速.46.6 計(jì)算各軸的輸入功率.46.7 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩.46.8 減速機(jī)中高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算.56.8.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù).56.8.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì).56.8.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì).66.8.4 幾何尺寸計(jì)算.76.9 減速機(jī)中低級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算.76.10 設(shè)計(jì)減速機(jī)的輸出軸.86.10.1 求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩.86.10.2 求作用在齒輪上的力.86.10.3 初步確定軸的最小直徑.86.10.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).86.10.5 求軸上的載荷.106.10.6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度.106.11 鏈輪軸處滾動(dòng)軸承的選擇.117 切割工藝分析.117.1 工藝特點(diǎn).127.2 鋼管軋切過程.127.2.1 切割階段分析.12 7.2.2 管子的旋轉(zhuǎn)條件.13 7.3 選取刀具.147.3.1 計(jì)算切削功率.147.3.2 選擇切削用電機(jī).157.4 切割電機(jī)處傳送帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).157.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).157.6 滾筒的設(shè)計(jì).167.7 液壓缸的選擇.167.8 鋼管軋切時(shí)的變形分析.167.9 各參數(shù)對(duì)軋切工藝的影響.17 7.9.1 壓下量的影響.17 7.9.2 軋切速度的影響.18 7.9.3 刀具參數(shù)的影響.18 7.10 結(jié)論.188 運(yùn)動(dòng)部分分析.198.1 儲(chǔ)料和上料部分.19 8.2 裝料與進(jìn)料部分.19 8.3 軋切部分.209 結(jié)束語.20致謝.21參考文獻(xiàn).221 緒論鋼管在我們生活中起著非常重要的作用，可以說是隨處可見，出現(xiàn)在建筑，交通，汽車等生活中的諸多領(lǐng)域。在不同領(lǐng)域?qū)︿摴艿男阅?，精度，?guī)格要求也不近相同，以至于鋼管的種類也繁多，對(duì)它的制造和加工方法也很多。目前我國機(jī)械工業(yè)鋼管使用量已達(dá)到數(shù)千噸以上，鋼管的切割量非常大；隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時(shí)提高。但是對(duì)于薄壁鋼管的切割目前的方法多不理想，切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。之所以選鋼管旋切機(jī)這個(gè)課題，就是為了提高薄壁鋼管的切斷精度，防止切削時(shí)鋼管變形，降低材料浪費(fèi)，防止工業(yè)污染，實(shí)現(xiàn)無屑切屑。使鋼管旋切機(jī)的技術(shù)水平、整機(jī)性能不斷取得進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足人們的需要。該鋼管旋切機(jī)是機(jī)電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工旋切機(jī)相比，鋼管旋切機(jī)的加工精度更高、柔性化好，對(duì)制造業(yè)來說，可以說是一次大的跨步。此鋼管旋切機(jī)主要應(yīng)用于薄壁鋼管材料的加工，隨著國內(nèi)企業(yè)融入世界的程度逐步加深，這種新的加工技術(shù)必將受到廣大用戶的接受和采用。2 設(shè)計(jì)要求鋼管旋切機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求為：（1）對(duì)現(xiàn)有鋼管旋切機(jī)的原理、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，擬定改進(jìn)方案。（2）進(jìn)行鋼管旋切機(jī)的工作原理設(shè)計(jì)。（3）對(duì)鋼管旋切機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4）對(duì)鋼管旋切機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（5）利用Pro/ENGINEER軟件設(shè)計(jì)出鋼材旋切機(jī)各主要涉及部件的形狀及鋼管旋切機(jī)的總體形狀。3 主要技術(shù)指標(biāo)（1） 切管直徑5080mm （2） 割管壁厚 1.55mm（3） 割管長度201000mm （4） 鋼管長度6m（5） 軋切精度0.15mm （6） 液壓工作壓力7.85MPa （7） 壓縮空氣壓力0.49MPa4 現(xiàn)有鋼管旋切機(jī)的原理、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)4.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋼管旋切機(jī)在上世紀(jì)80年代到90年代，在西方發(fā)達(dá)國家日漸成熟并得到廣泛的應(yīng)用，顯示出巨大的優(yōu)越性和市場(chǎng)空間。我國在90年代末及本世紀(jì)初，鋼管旋切工藝技術(shù)的制造水平有了重大突破，關(guān)鍵傳感器件實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，機(jī)電一體化技術(shù)也有了很大的發(fā)展，在集成上述技術(shù)與裝備的基礎(chǔ)上，我國自行研制的旋切技術(shù)誕生了。近年來，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和消化吸收，中國造的鋼管旋切機(jī)在質(zhì)量、功能、穩(wěn)定性、靈敏度、精度等方面與國外知名品牌的同類產(chǎn)品差距進(jìn)一步逐漸縮小，并以理想的性價(jià)比得到了廣大用戶的青睞。4.2 現(xiàn)有鋼管旋切機(jī)的工作原理主運(yùn)動(dòng)：一臺(tái)主電機(jī)加一組減速機(jī)構(gòu)和一組切割片。主電機(jī)通過減速裝置進(jìn)而帶動(dòng)切割片旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：主電機(jī)裝在一機(jī)架上，通過移動(dòng)機(jī)架，使切割片對(duì)固定的壁鋼管進(jìn)行切割4.3 特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工作原理簡(jiǎn)單，工作可靠，使用維護(hù)方便，便于攜帶運(yùn)輸，價(jià)格便宜，適用于加工精度不高的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：加工精度不高，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，浪費(fèi)資源，不利與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度大。5 鋼管旋切機(jī)改進(jìn)方案根據(jù)現(xiàn)在旋切機(jī)加工精度不高，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，浪費(fèi)資源，不宜與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，做如下改進(jìn)：采用無屑軋切工藝，生產(chǎn)效率高管材利用好，可對(duì)不同直徑，壁厚和長度的鋼管作定長切斷，鋼管自動(dòng)上料，自動(dòng)切斷，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，有可編程控制器對(duì)液壓缸，電機(jī)，電磁閥，傳感器等系統(tǒng)進(jìn)行控制，從上料，裝料，定位，進(jìn)料到軋切，整個(gè)加工過程完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。6 設(shè)計(jì)計(jì)算6.1 電動(dòng)機(jī)選擇 工作機(jī)構(gòu)所需的電動(dòng)機(jī)的輸出功率20= 6-1鋼管重量=0.25（外徑平方-內(nèi)徑平方）L鋼鐵比重則鋼管的最大重量=29.4kg，則壓力F=mg=288.1N，取鏈輪的有效拉力為2500N，則壓力G=2500N，取傳動(dòng)鏈的效率=0.87，則工作機(jī)構(gòu)所需功率 =FV/1000=1.5KW 6-2取0.95，電動(dòng)機(jī)輸出功率=/=1.6KW選擇三相異步交流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速選750r/min，Y160M1-8，額定功率Pe=4kw，同步轉(zhuǎn)速750r/min，滿載轉(zhuǎn)速720r/min，傳動(dòng)的裝置的總傳動(dòng)比9.42。幾種電動(dòng)機(jī)型號(hào)如表1所示。表1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率kw電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y160M1-847507202Y132M1-6410009603Y112M-44150014406.2 鏈條、鏈輪的選擇 由鏈速30m/min=0.5m/s，依ISO鏈號(hào)選用48B鏈條,節(jié)距P=76.2mm，排距為91.21mm。因鏈條的節(jié)數(shù)通常為偶數(shù)，并盡可能與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)，故取鏈輪齒數(shù)z=21，兩輪齒數(shù)都取21，則分度圓直徑23d=511.4mm 由線速度=轉(zhuǎn)速2r=nD 可得出主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為n=0.31r/s=18.6r/min，鏈輪如圖1所示。 圖1 鏈輪6.3 送料電機(jī)輸出軸處聯(lián)軸器的選擇公稱轉(zhuǎn)矩21T=9550000P/n=53.06N.mm，查表得=1.7故計(jì)算轉(zhuǎn)矩為=T=90.19N.m 6-3從GB 4323-2002中查得LT6型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為250N.m，許用轉(zhuǎn)速為3800r/min，軸頸為3242mm之間，故合適，其余計(jì)算從略。6.4 傳動(dòng)比分配依據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，可求得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為= =720/18.6=38.7 6-4傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比=. 6-5選用二級(jí)圓柱齒輪減速器，設(shè)高速機(jī)傳動(dòng)比為，低速機(jī)的傳動(dòng)比為，高速機(jī)傳動(dòng)的傳動(dòng)比可取為=(1.31.4) ，=1.3 6-6 則可得=5.5 =7.16.5 計(jì)算各軸的的轉(zhuǎn)速軸=720r/min，軸= =101.4r/min，軸=/=18.6r/min6.6 計(jì)算各軸的輸入功率軸=3.8kw，軸=3.61kw 6-7軸=3.36kw 6-8=0.96、=0.99、=0.97、=0.976.7 各軸的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)軸=9550/=53.01 N.m，軸=9550/=47.75N.m軸=9550/=339.9N.m，軸=9550/=1725.2N.m 各軸計(jì)算參數(shù)如表2所示。 表2 各軸的計(jì)算參數(shù)軸號(hào)功率P/kw轉(zhuǎn)矩T/N.m轉(zhuǎn)速n/(r)傳動(dòng)比效率電動(dòng)機(jī)軸453.017503.847.757200.953.61339.9101.47.10.943.361752.218.65.50.926.8 減速器中高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算6.8.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1)以圖中所示的的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。(2)輸送機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。(3)選擇材料。由表選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS.(4)選小齒輪齒數(shù)=24,大齒輪齒數(shù)=7.124=170.4，取=170。6.8.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即20 2.32 6-9(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=53100N.mm 6-10 2) 試選載荷系數(shù)Kt=1.3。 查表選取齒寬系數(shù)d=1。查表得材料的彈性影響系數(shù)Ze=189.8MPa。按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550Mpa。由式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)。 =60j =3.11 6-11= =4.38 6-123)由圖取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90，=0.95。4)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,由式（10-12）得1=540MPa，2=522.5MPa 6-13（2）計(jì)算1）將以上數(shù)值代入公式6.8.2-1，代入中較小的值。得小齒輪分度圓直徑=53.01mm 。 2）計(jì)算圓周速度v。 V=m/s=1.75m/s 6-143）計(jì)算齒寬b b=153.01mm=53.01mm 4）計(jì)算齒高與齒寬之比 模數(shù) =2.21mm 齒高 h=2.25=4.97mm，=10.675）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)V=2.67m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.12； 直齒輪，=1； 由表查得使用系數(shù)=1；由表用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，=1.423。由=10.67，=1.423查圖得=1.35；故載荷系數(shù)K=1.5946）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得到的分度圓直徑，由式（10-10a）得=53.01=56.74mm 6-15 7）計(jì)算模數(shù)m。 m=2.36mm6.8.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 M 6-16（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限=380MPa;由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85，=0.88；2）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,由式得=303.57MPa ， =238.86MPa 6-173）計(jì)算載荷系數(shù)K。K=11.1211.35=1.512 4）查取齒形系數(shù)。查表查得=2.65；=2.226。5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。查表查得=1.58；=1.764。 7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。=0.01379 =0.01644 6-18 大齒輪的數(shù)值大8）設(shè)計(jì)計(jì)算m=2.01mm 6-19 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.01并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,按接觸強(qiáng)度算得：分度圓直徑=56.74mm,算出24 圖2 齒輪小齒輪齒數(shù)=28 大齒輪齒數(shù) =7.128=198.8，取=199。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞輕度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。如圖2。6.8.4 幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑=m=282mm=56mm，=m =1992mm=398mm 6-20（2）計(jì)算中心距 a=227mm 6-21（3）計(jì)算齒輪寬度 b=56mm 取=56mm, =60mm。（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（從略）。6.9 減速器中低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算大小齒輪的設(shè)計(jì)步驟同6.8模數(shù)為3，算出 =35，=192分度圓直徑 =m=105mm，=m =576mm 6-22中心距 a=340mm 6-23 齒輪寬度取 =105mm，=110mm。6.10 設(shè)計(jì)減速機(jī)的輸出軸6.10.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)）=0.97，則 =3.36kw 又因 =18.6r/min于是 =9550000=9550000N.mm=1.72N.mm 6-246.10.2 求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為=576mm而 =5990N =5990N=2202.2N 6-25 =tan=5990tanN=853.6N 6-26 圓周力，徑向力及軸向力的方向如圖所示。 6.10.3 初步確定軸的最小直徑 先按式初步估計(jì)軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表取=112，于是得 =112mm=63.3mm輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩=1.51.72N.mm=2580000 N.mm 6-27按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-2003或手冊(cè)，選用HL6型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為3150000N.mm。半聯(lián)軸器的孔徑=70mm，故取=70mm，半聯(lián)軸器長度L=142mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=107mm。 6.10.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）擬定軸上零件的裝配方案 本題的裝配方案已在前面分析比較，現(xiàn)選用圖所示的方案。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，-軸段左端需制出一軸肩，故取-段的直徑=77mm；右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=80mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=107mm，為了保證軸端只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取=105mm。2）初步選取滾動(dòng)軸承。因軸承主要承受徑向力的作用，故選取深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)=77mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0尺寸系列的深溝球軸承6016，其尺寸為dDB=80mm125mm22mm，故=80mm；而=50mm。左端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得6016型軸承的定位軸肩高度h=6mm，因此取=85mm。3）取安裝齒輪處的軸段的直徑=85mm；齒輪的左端與軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為105mm，為了使套筒斷面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取=101mm。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h0.07d,故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑=97mm，軸環(huán)寬度b1.4h，取=12mm。4） 軸承端蓋的總寬度為22mm（由減速器和軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，（參看圖），故取=77mm。5） 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=16mm，兩齒輪之間的距離c=20mm(參看圖)?？紤]到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s,取s=8mm（參看圖），已知滾動(dòng)軸承寬度B=22mm，大齒輪輪轂長L=105mm, =B+s+a+(105-101)=(22+8+16+4)mm=50mm 6-28=L+c+a+s-=(105+20+16+8-12)mm=137mm 6-29 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的軸向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表6-1查得平鍵截面bh=25mm14mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為80mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為20mm12mm80mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。（4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表，取軸端倒角為2，各軸肩處的圓角半徑見圖。6.10.5 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支撐位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于6016型深溝球軸承，由手冊(cè)中查得a=20mm。因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距+=76mm+201mm=277mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎距圖和扭矩圖。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的、及M的值列入下表。+=5990N +=2202N 6-30+= -=0 6-31帶入已知數(shù)據(jù)解得：=3886N，=2004N，=1678N，=524N，詳細(xì)數(shù)值如表3所示。表3 軸上各計(jì)算數(shù)值載荷水平面H垂直面V支反力F=3886N，=2004N=1678N，=524N彎矩M=275906N.mm=119138N，=73884N總彎矩=300524N.mm=285604N.mm扭矩T=1720000 N.mm6.10.6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)， 通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力因主要承受的是徑向載荷，故查表后軸承選用6014的深溝球軸承。又因低速級(jí)小齒輪直徑較小，符合做成齒輪軸的要求，故將低速級(jí)的小齒輪做成齒輪軸。6.11 鏈輪軸處滾動(dòng)軸承的選擇 因?yàn)檩敵鲚S的最小直徑為63.3mm，所選的半聯(lián)軸器的孔徑為d=70mm,又因軸承主要承受徑向力的作用，故由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取6014的深溝球軸承=MPa=31.3MPa 6-32前已選定軸的材料為45鋼，由表差得=60MPa。因此，故安全。軸的參數(shù)：=45mm，=56mm，=50mm，=45mm，=42mm， =40mm，=56mm，=193mm，=40mm，=60mm，=82mm。因主要承受的是徑向載荷，故查表后軸承選用6009的深溝球軸承。又因高速級(jí)小齒輪直徑較小，符合做成齒輪軸的要求，故將高速級(jí) 的小齒輪做成齒輪軸。 圖3 軸2軸的參數(shù)：=70mm，=75mm，=87mm，=75mm，=105mm，=70mm，=48mm，=52mm，=12mm，=75mm，=110mm，=48mm。7 切割工藝分析此鋼管切割機(jī)是利用金屬材料的塑性，對(duì)鋼管進(jìn)行塑性切斷，以此來滿足下道加工工序要求的、符合規(guī)定形狀和尺寸的坯件。 7.1 工藝特點(diǎn)此設(shè)備是利用管料塑性軋制切斷，簡(jiǎn)稱塑性軋切工藝它具有如下特點(diǎn)： （1） 效率高-軋切速度為12mm/s，與普通車削工藝相比，可提高功效10倍以上。 圖4 軸3（2） 材料利用率高-因?yàn)闊o屑切削，切斷過程中不產(chǎn)生切屑，管材可得到充分利用。同有屑切斷工藝相比，材料利用率可提高13%左右，割管長度越短，效果越為明顯。（3） 精度高采用專門的機(jī)械定位裝置，切割長度偏差不超過士0.15mm,，表面粗糙度可達(dá)1.6。（4） 斷口直接成形凡對(duì)斷口形狀有一定要求的工件，利用刀具刀刃形狀，就可一次直接成形。（5） 刀具形狀簡(jiǎn)單與斜軋或楔橫軋所用的軋輥相比，本工藝所用刀具形狀簡(jiǎn)單，因而易于制造，成本低廉，且安裝、調(diào)整方便。在軋切工藝中，各工藝參數(shù)、刀具形狀參數(shù)及軋切溫度等因素對(duì)軋切過程與軋切質(zhì)量均有較大的影響。減速箱 如圖5所示22 。 圖5 減速箱7.2 鋼管軋切過程 7.2.1 切割階段分析 如圖6所示，被軋切的管子2 置于一對(duì)托輪3上，首先刀具1先旋轉(zhuǎn)，隨后液壓缸帶動(dòng)連桿迫使刀具向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割。整個(gè)切割過程可分為三個(gè)階段：(1) 切入階段旋轉(zhuǎn)的刀具開始切入靜止的管子，并通過摩擦力帶動(dòng)管子轉(zhuǎn)動(dòng)；(2) 軋切階段 刀具在帶動(dòng)管子轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)軋切工件，此時(shí)，管子材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形， 刀具刃口下部的管材沿徑向、軸向和切向三個(gè)方向產(chǎn)生流動(dòng)，使管壁厚度逐漸減小。1(3) 切斷階段在刀具持續(xù)軋切下，管壁越來越薄，直到管子被切斷為止。32圖6 管子軋切示意圖1刀具；2工件；3托輪7.2.2 管子的旋轉(zhuǎn)條件為使旋轉(zhuǎn)的刀具壓住管子后能帶動(dòng)它轉(zhuǎn)動(dòng)，某些工藝參數(shù)和刀具參數(shù)必須滿足一定條件, 稱之為旋轉(zhuǎn)條件。軋切初期，沿刀刃和管子之間的接觸圓弧A B，工件受到刀刃所加的壓力，該壓力是一種分布載荷，同時(shí)工件還與刀刃處于轉(zhuǎn)動(dòng)接觸狀態(tài)，而受到摩擦力的作用，如圖2所示。為簡(jiǎn)化分析起見, 作如下兩點(diǎn)假設(shè)17。(1) 刀刃作用于工件的分布?jí)毫偷度信c工件間的摩擦力均看作為集中力，它們均作用于接觸弧的中點(diǎn)C; 刀刃對(duì)工件的壓力以P 表示，其方向?yàn)檠氐毒叻ㄏ颍?摩擦力以T 表示，方向沿刀具的切向，順轉(zhuǎn)向?yàn)檎?2) 工件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所受的其他阻力忽略不計(jì)。圖7中aT 力離工件中心的垂直距離； bP 力離工件中心的垂直距離；接觸弧AB所對(duì)的刀具圓心角；r0工件入口處的半徑；r工件出口處的半徑； R刀具半徑。Z 壓下量，可得 Z = r0 - r 由圖7可知，作用于管子的力P與T分別產(chǎn)生軋制力矩和摩擦力矩， 為滿足旋轉(zhuǎn)條件，必須大于或等于，即， 或TaPb。因T=P，得到b/a，其中為摩擦系數(shù)。由圖7分析可得可得a=r-R(1/cos/2-1)cos/2 7-1將b = (R + r) sin/2， 7-2 及a = r - R ( 1/cos/2- 1) cos/2 7-3代入上式，且當(dāng) 0 時(shí)，cos/2 1 ，可得 (1 + R/r) tg/2 7-4經(jīng)變換，可簡(jiǎn)化為(1+d/D)*(Z/d)或Z/d(1+d/D) 7-5由上式可見，值越大，旋轉(zhuǎn)條件越容易滿足，這是很顯然的。當(dāng)摩擦系數(shù)，管子與刀具直徑之比d/D 一定時(shí)，存在有一個(gè)相應(yīng)的滿足旋轉(zhuǎn)條件的極限相對(duì)壓下量Z/d 。當(dāng)管子與刀具直徑之比d/D較大時(shí)，相對(duì)壓下量必須取較小的值，而d/D 較小時(shí)，則允許的相對(duì)壓下量就比較大。圖7 軋切力分析當(dāng)?shù)毒咧睆紻 = 300mm ，管子直徑d = 70mm ，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況取摩擦系數(shù)= 0.1時(shí)，可算出極限壓下量Zmax = 0. 6mm 。而設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際壓下量僅0.10.2mm，故旋轉(zhuǎn)條件能充分得到滿足。7.3 選取刀具根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況，摩擦系數(shù)，結(jié)合設(shè)備的具體參數(shù)，當(dāng)?shù)毒咧睆紻=300mm,管子直徑d=70mm，取0.1時(shí)，可算出極限壓下量=0.5mm，而設(shè)備的實(shí)際壓下量Z=0.10.2mm，如圖8所示 6 。 圖8 軋刀d為鋼管直徑，D刀具直徑，較大時(shí)，Z取較小的值，較小時(shí)，Z取較大的值。 將管子的最小直徑和最大直徑50、80兩數(shù)值代入式（1+）中計(jì)算后得到旋轉(zhuǎn)條件都能充分得到滿足。故符合設(shè)計(jì)要求。7.3.1 計(jì)算切削功率軋切速度V=2mm/s=0.12m/min，設(shè)刀具切削力F=1000N則切削功率P=kw=0.12kw 7-67.3.2 選擇切削用電機(jī) 由切削功率P=0.12kw選取型號(hào)Y132S-8的電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速750r/min，滿載轉(zhuǎn)速710r/min，額定功率2.2kw，如表4所示。表4 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率kw電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y132S-82.27507102Y132M-837507103Y160M1-847507207.4 切割電機(jī)處傳送帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）帶速23V=7.1m/s 7-7此數(shù)值小于膠帆布平帶=30m/s，故所選符合要求，不需重新計(jì)算的值。（2）帶厚（）=4560 7-8（3）=1.2，P=2.2kw，=1.1kw，=1.1，=1.0 帶的截面積A=218.2 7-9（4）帶寬b=45mm 取帶厚=4.8mm 7-10（5）軸間距a=(1.52)（+）=540720，選650mm 7-11（6）所需帶長L=2a+=1865.2mm 7-12 傳送帶各參數(shù)如表5所示。 表5 傳送帶的參數(shù)帶速V帶厚帶的截面積A帶寬b軸間距a所需帶長30m/s4560218.245mm650mm1865.2mm7.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）由傳遞的功率P=2.2kw，轉(zhuǎn)速 n=750r/min帶輪直徑d=(11001350)=157.4193.1mm 查表取帶輪直徑d=180mm，兩帶輪直徑都取180mm，輻板式，輻板厚度S=10mm 圖9 帶輪（2）由V=7.1m/s30m/s，經(jīng)查表帶輪材料選擇灰鑄鐵HT200 （3）動(dòng)平衡，因?yàn)橐话銠C(jī)械帶輪，故允許重心偏移量50/，精度等級(jí)G6.3, 軸頸d=38mm，=（）B=6.511.3mm，取=9mm =(1.82)d=(68.476)mm，取72 mm，=146mmL=(1.52)d=(5776)mm，取60mm，如圖9所示。7.6 滾筒的設(shè)計(jì) 取兩滾筒的直徑都為90mm，長為150mm，滾筒的兩邊都選6016的深溝球軸承，基本尺寸為d=80mm，D=125mm，B=22mm，如圖10所示。7.7 液壓缸的選擇活塞的推力F=1000N，需要克服的阻力為500N，活塞桿的壓力為P=7.85MPa。將以上已知數(shù)據(jù)代入由26F=PA=P， 圖10 滾筒 可得d=15.6mm，如圖11所示。 因液壓缸的工作壓力P=7.85MPa7MPa，由下表取往復(fù)速度比=1.33液壓缸的內(nèi)徑D=31.2mm，活塞的寬度B=(0.61)D=18.731.2mm取B=20mm，活塞桿的導(dǎo)向長度A=(0.61.5)D=18.746.8mm。7.8 鋼管軋切時(shí)的變形分析軋切時(shí)，隨著楔形刀刃的軋入，鋼管在徑向壓力的作用下，產(chǎn)生劇烈而復(fù)雜的變形，這種變形，是由刀刃刃口及兩側(cè)作用于鋼管所引起的。刃口作用于鋼管主要產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴(kuò)展及軸向延伸等變形。其中徑向壓縮包括鋼管的徑向壓縮和材料本身 圖11 液壓缸的徑向壓縮，前者指材料向鋼管內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生的減徑作用后者則是軋切的主要變形，唯此鋼管才得以被塑性切斷。刀刃軋入工件后，部分材料沿切向流動(dòng)，使工件呈橢圓狀。刀刃下部的材料還會(huì)沿軸向延伸而變形，這時(shí)在連皮材料內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力，成為延伸變形的阻力。刀刃側(cè)面作用于鋼管，使材料產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴(kuò)展、軸向壓縮和外徑擴(kuò)展等變形。其中徑向壓縮和切向擴(kuò)展同刀刃刃口作用時(shí)所產(chǎn)生的變形情況相似。軸向壓縮使刃口下部的連皮材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，外徑擴(kuò)展是指切口斜面受壓后，材料向管子外徑方向流動(dòng)，致使工件沿切口外徑邊緣處略微鼓起并呈橢圓狀。以上凡由切向擴(kuò)展和外徑擴(kuò)展所引起的橢圓變形，在整個(gè)軋切過程中沿整個(gè)圓周不斷重復(fù)交替出現(xiàn)，隨著軋切深度的增加將逐漸減弱，甚至接近消失。因外徑擴(kuò)展產(chǎn)生的凸起狀，將在托輪的對(duì)滾碾壓作用下漸趨敷平。刀刃兩側(cè)作用于管子，使管子材料產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴(kuò)展、軸向壓縮和外徑擴(kuò)展等變形。其中，徑向壓縮和切向擴(kuò)展同刃口作用時(shí)情況相似。軸向壓縮使刃口下部尚相連部分材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，外徑擴(kuò)展是指材料向管子外徑方向流動(dòng)， 致使切口外徑邊緣處略顯鼓起并呈橢圓狀。由切向擴(kuò)展和外徑擴(kuò)展共同引起的橢圓變形，在整個(gè)軋切階段中，沿整個(gè)圓周不斷地重復(fù)交替出現(xiàn)，隨著軋切深度的增加，這種變形逐漸減小，甚至近乎消失。至于外徑擴(kuò)展產(chǎn)生的突起狀，將在托輪的對(duì)滾碾壓作用下趨于敷平。在軋切初期，變形主要由刃口的作用引起，到軋切后期，刀刃兩側(cè)造成的軸向壓縮變形所產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力起主要作用，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的拉伸強(qiáng)度時(shí)，管子就被切斷根據(jù)以上的工藝分析，在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)各有關(guān)的工藝參數(shù)、刀具形狀、參數(shù)、軋切溫度等因素，作了細(xì)致、合理的選擇，實(shí)踐表明本設(shè)備的工藝要求能得到充分的滿足。7.9 各參數(shù)對(duì)軋切工藝的影響7.9.1 壓下量的影響壓下量Z 一方面影響到管子的旋轉(zhuǎn)，另一方面影響到軋切壓力、軋切力矩與軋切效率。壓下量Z 越大，軋切效率就越高，但軋切壓力與軋切力矩也越大，對(duì)機(jī)床的力學(xué)要求也就越高，當(dāng)然壓下量的增大受到極限壓下量Zmax 的限制，否則將影響軋切過程的順利進(jìn)行。壓下量Z 越小，軋切壓力與軋切力矩就越小，但軋切效率也就越低。在軋切初期刀刃開始作用于管子時(shí)，刀刃與管子摩擦?xí)r間增多，刀刃受到的沖擊力增多。在軋切時(shí)刀刃兩側(cè)與管子的摩擦?xí)r間增多，特別在管子不直時(shí)，刀刃受到的軸向沖擊力增多，刀具極易崩刃。另外，壓下量Z 越大，在軋切時(shí)每一瞬時(shí)對(duì)管子端面的壓下量也大，在軋切結(jié)束時(shí)管子端面的不平整程度就大，成形質(zhì)量差，尺寸精度下降，反之成形質(zhì)量好，尺寸精度高。故應(yīng)從整體上選擇合適的壓