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DW38数控弯管机机械设计 DW38数控弯管机 DW38数控弯管机械设计 弯管机DW38

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中原工学院 毕业设计开题报告 潍 坊 学 院毕 业 设 计 开 题 报 告课题名称： DW38数控弯管机机械设计 学生姓名： 陈振文 学 号： 08011140140 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 08级机制本一 指导教师： 王长春 2011 年 03月1本课题所涉及的内容国内(外)研究现状综述国内外的弯管机设备主要有手动弯管机、半自动弯管机液压自动弯管机和数控全自动弯管机四种类型。由于手动弯管机的弯管精度和质量难以满足制冷技术的发展等对弯管提出的新的质量要求，半自动和自动以及全自动数控的弯管机得到了发展。而且液压自动弯管机和数控弯管机的高生产率更能适宜现代市场的竞争。由他们生产的弯管产品品种多、结构以及质量稳定。按传动方式的不同可以分为：手动弯管机、气动弯管机、机械传动弯管机和液压传动弯管机。按控制方式的不同可以分为人工控制、半自动控制、自动控制和数控弯管机。其特点如下：手动弯管机一般用于弯制管径25mm一下的管件。生产特点：生产效率低、加工精度低、工人劳动量大，只适合单件小批量生产。气动弯管机一般用于弯制管径不超过32mm的管件。其特点是生产效率高、生产成本低，但是产品规格受限，适于大批量生产。机械传动弯管机一般用于弯制管径d不大于159mm的管件，生产效率高，成本低，产品规格多，弯管机通用性好。液动弯管机可以用来弯制各种管径的管件，但是生产投入成本较高，通用性最好，生产效率高，而且易于实现自动化，适用于大批量生产。现在常用的弯管方式由五种：滚弯式弯管法、外压式弯管法、顶弯式弯管法、拉弯式弯管法和缠绕式弯管法。滚压法，常见于电动机平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯机也是采用这种成型方法。缠绕式弯曲法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机采用的都是这种成型法，其特点是产品变形小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行有芯弯曲时管材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小范围内2本课题有待解决的主要关键问题弯头弯管机的动作是：送料夹紧机构夹紧管坯送料机构按照要求的长度向右送料弯曲夹紧机构将管坯夹紧动模与定模合模弯曲（动模随弯曲机构转动）送料夹松开送料机构复位开模（动模复位）切断切断机构复位弯曲机构复位。所以本课题要解决的关键问题是：自动供料夹紧机构的设计、弯曲夹紧以及弯曲机构的设计和切断机构的设计。机构设计时要考虑，机构对弯管质量的影响，应保证产品满足以下要求：消除弯曲成形过程中的管件外弧开裂以及内弧折皱现象。3对课题要求及预期目标的可行性分析 (包括解决关键问题技术和所需条件两方面)本课题任务是DW38数控弯管机机械设计。传统的防外弧开裂以及内弧折皱的方法是在直管中填沙，然后使动模和定模合模，完成弯管这个过程。传统方法的缺点在于填沙这道工序费时费力、工人劳动强度大而且生产效率低，不适合大批量生产。更重要的是传统填沙法生产的管件产品难以保证质量且质量不稳定。本设计拟采用弹簧在弯曲过程中给管件一个轴向的推力，来改善管壁外侧的变薄量。1) 弯曲机构采用回转牵引式弯曲机构，如图1所示图1. 回转牵引式弯曲机构2) 整个U型管弯管机的工作示意图如图2所示图3. 弯管机主机工作示意图剪切机构拟采用由一台小电动机带动一个高速旋转的锯片机构，尽量减小截断面的变形量。 4完成本课题的工作计划及进度安排1、弯管机综述与调研 2周2、弯管机构运动方案论证 2周 3、弯管结构设计与绘图 2周4、零件图设计与绘图 1周5、设计说明书撰写 2周6、外文资料翻译 1周7、评阅 1周8、毕业答辩 1周5指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日6指导小组意见 指导小组组长(签字)： 年 月 日说明：1. 本报告前4项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；2. 本报告必须在第八学期开学两周内交指导教师审阅并提出修改意见；3. 学生须在小组内进行报告，并进行讨论；本报告作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校的抽查。51 编号 潍潍 坊坊 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 技技 术术 报报 告告 课题名称： DW38 数控弯管机机械设计 学生姓名： 陈振文 学 号： 08011140140 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 08 级机制本一 指导教师： 王长春 2012 年 06 潍坊学院本科毕业设计 1 摘 要 管的弯制方法有很多，相应的设备也有很多，但大多数都是用手动或机械弯管 机加工生产出来的，而且多为冷弯。在实际中通常是根据生产对管的质量要求选择 相应的弯管机进行加工。本课题旨在寻求一种新的弯管工艺，在保证弯管质量的前 提下尽可能提高弯管的速度。 本着以上的目的，本课题研究设计了一款 DW38 液压全自动弯管机。它具有生 产效率较高，制造成本低。整台机器共有以下几部分组成：送料夹紧和送料机构、 弯曲夹紧机构、弯曲机构和切断机构四大部分组成。除了切断机构是由一台功率为 0.37kw 的小功率三相异步电动机带动之外，其它的机构均采用了液压传动。弯管 方式采用辗压。在弯管的过程中，定模保持不动，固定在旋转平台上的动模进行靠 模完成管子的加工。 由于主要采用了液压传动的传动方式，和其它的液压设备相同，该液压全自动 弯管机在传动上大为简化，缩短了传动链，从而提高了动力的传动效率。本设备可 以一次完成两根管料的同时加工，所以加工效率较高。 关键词：弯管机 齿轮传动 液压缸 潍坊学院本科毕业设计 2 ABSTRACT There are many bending method of tube, so the corresponding device is a lot. But most bending machine is manual or mechanical processing, and mostly is cold .In practice; the select of bending machine is usually based on the quality of the production requirements on tube. This topic seeks to find a new elbow technology, in ensuring the quality of pipe bends under the premise of improving the speed as much as possible. In the above purpose, the research design of a hydraulic automatic tube bending machine. It has higher production efficiency, low manufacturing cost. The whole machine is a total of the following components: Feeding clamping and feed mechanism, clamp body bending, bending bodies and cut off the bodies of four parts. In addition to cutting off body by a low-power power 0.37kw three phase induction motor drive, the other agencies are using a hydraulic transmission. Rolling Elbow is adopted. In the bending process, scheduled to die remain intact, fixed on the rotating platform, the dynamic model for the tube to complete the processing by the module. Since the main use of the hydraulic drive transmission, and other similar hydraulic equipment, automatic bending machine of the hydraulic drive on the greatly simplified, reducing the transmission chain, resulting in improved power transmission efficiency. The device at once, while two pipe materials processing, so the processing efficiency is higher. Keywords: Bender Motor Hydraulic cylinder 潍坊学院本科毕业设计 3 目 录 中文摘要 外文摘要 第 1 章 管子弯曲方法的选择5 1.1 管料弯曲变形分析5 1.2 常用弯管方法5 1.3 管件的加工6 1.4 弯曲方法的拟定7 第 2 章 弯管机的总体设计拟定7 2.1 弯管机的总体机拟定及分析7 2.2 弯管机总体机构的划分8 第 3 章 弯管机各机构的选择和设计8 3.1 靠模弯曲机构的设计8 3.2 定模和夹块运动的设计9 3.3 顶镦装置的设计9 3.4 切断机构的设计9 第 4 章 传动机构的参数计算和选定.10 4.1 齿轮的拟定.10 4.2 减速箱齿轮的参数计算和拟定.11 4.3 轴的设计与校核 12 4.3.1 输入轴的设计.12 4.3.2 旋转轴的设计.13 4.3.3 旋转轴的校核.13 第 5 章 液压缸的设计.15 5.1 液压缸主要参数的初步计算和拟定.15 5.2 液压缸的验算.15 5.3 液压缸各部分结构形式的拟定.16 5.3.1 缸筒与端盖联接方式的确定.16 5.3.2 活塞结构形式的选取 16 5.3.3 活塞杆的结构拟定以及直径的计算.17 5.3.4 活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封.18 5.3.5 导向套的选择 18 潍坊学院本科毕业设计 4 5.3.6 大液压缸的选择.18 第 7 章 切断电机的选择以及计算.19 结束语22 参考文献23 致 谢.24 附录图纸 潍坊学院本科毕业设计 5 第第 1 章章 管子弯曲方法的选择管子弯曲方法的选择 1.1 管料弯曲变形分析管料弯曲变形分析 管料弯曲基本变形机理与板料弯曲加工是相同的，特殊之处在于管料断面是中 空的，被折弯的管料外侧与内侧壁厚变化相反。管料断面的形状变化，内侧管面的 褶皱缺陷往往成为管料弯曲加工中的问题。 加工过程中管料断面的形状变化如图 1 所示，与板料弯曲相似，管料弯曲时， 弯曲横断面上，外侧壁厚发生拉伸变形，内侧壁厚发生压缩变形。当弯曲达到一定 程度后，内侧管壁在压应力的作用下仍会失稳而发生皱折，外侧管壁在拉应力的作 用下会产生裂纹。另外，弯管外侧的管壁由于受切向拉伸而向内侧转移，导致管料 弯曲后整个断面形状呈椭圆形。 图 1.1 管料弯曲变形示意图 1.2 常用弯管方法常用弯管方法 管材弯曲成型是直接靠特别的磨具来实现的，通常按模具的特征大致可以 分为四类： 冲模强制成型法，其代表就是用冲床来生产弯管件。 滚轮弯曲法，常见于电动三辊卷弯机，其特点是只能卷制不同的弧形，目前 应用最广的是不锈钢装饰行业。 滚压法，常见于电动机平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯机也是采 用这种成型方法。 缠绕式弯曲法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机采用的都是 这种成型法，其特点是产品变形小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行 有芯弯曲时管材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小范围内。 若按采用芯棒情况又可以分为两类，即有芯棒弯曲法和无芯棒弯曲法，液压 弯管机和数控弯管机都是按缠绕式弯曲进行设计的，并都可以进行有芯弯曲 潍坊学院本科毕业设计 6 和无芯弯曲。 管料的压弯和绕弯示意图： 图 1.2 压弯法弯管示意图 图 1.3 管料绕弯示意图 按管子成型方法的不同可以分为以分为：压（顶）弯、滚弯、回弯和挤弯，回 弯又分为辗压式和拉拔式。 1.3 管件的加工管件的加工 管料弯曲制品断面有一定椭圆度是难免的。但不同的加工方法（包括是否使用 芯棒）对椭圆变化程度影响不同。用压缩弯曲或回转牵引弯曲法加工，当 R/d=2.0 时，椭圆率 约为 5%（=(a-b)/a 各符号见图 1） 管料弯曲的加工极限决定于破裂和折皱缺陷的产生。一般对于壁厚 t 和管径 d 之比较小的薄壁管料，折皱是制约加工极限的主要因素；而采用回转牵引弯曲时， 由于整个管料都收拉伸，容易发生破裂，其加工极限决定于是否达到破裂的拉伸极 限。 随着工业技术的发展，为了获得紧凑的结构。这类管件的弯制目前可以采用以 下加工方法，但第二和第三种已不属于弯曲变形。 带有轴向顶镦装置的机械冷弯如图 4 所示： 图 1.4 轴向顶镦机械冷弯示意图 图 1.5 切向应力叠加 潍坊学院本科毕业设计 7 如图 4 所示，为了改善弯头的质量，采用顶镦装置，即在管子末端施加了轴向 推力。在轴向推力的作用下，可以使管子外侧拉伸区的切向拉伸应力由+1 减小 大+3，使弯曲中性线外移（图 5 中由 R2 移到 R1）.这样，弯头截面的畸变和外 侧壁厚减薄都得到改善。但内侧压缩区的压缩应力-1 增大至-3，这样将增加 内壁产生皱折的可能性，为此在内侧加防皱板。轴向推力的大小根据具体要求而定。 通常以中性线外移至等于平均弯曲半径的原则来确定。 1.4 弯曲方法的拟定弯曲方法的拟定 本设备初步拟定采用辗压式的加工方法。管子弯曲过程弯曲意图如图 6 所示： 图 1.6 管子弯曲过程示意图 潍坊学院本科毕业设计 8 第第 2 章章 弯管机的总体设计拟定弯管机的总体设计拟定 2.1 弯管机的总体机拟定及分析弯管机的总体机拟定及分析 弯管机的总体构思如图 7 所示 图 2.1 弯管机的总体工作示意图 2.2 弯管机总体机构的划分弯管机总体机构的划分 弯管机的总体结构可以分为送料夹紧、送料、弯曲夹紧、靠模弯曲和切断机构 五个部分。弯曲夹紧、弯曲靠模以及动模的运动考虑采用液压缸液压传动来实现， 传动链简短而且机构简单易于实现。切断机构采用小电机驱动锯片旋转来实现。 潍坊学院本科毕业设计 9 第第 3 章章 弯管机各机构的选择和设计弯管机各机构的选择和设计 3.1 靠模弯曲机构的设计靠模弯曲机构的设计 动模固定在旋转平台上，而定模固定在主机机体上，靠模过程靠动模和定模的 相对运动来实现，定模在靠模过程中保持不动，动模绕着定模和导槽旋转中心所在 的轴线旋转。旋转平台的运动由一个液压缸驱动。管子内壁受到挤应力的作用，外 壁受拉应力的作用，从而弯曲形成要求弯度。 旋转平台旋转运动的实现：由一个大液压缸推动齿条滑动，齿条与直齿圆柱齿 轮相啮合把转矩传递到齿轮安装轴上，轴和旋转平台间通过键连接，从而带动旋转 平台实现转动，动模固定在旋转平台上随旋转平台一块转动。如图 8 所示： 图 3.1 弯管机工作原理示意图 3.2 定模和夹块运动的设计定模和夹块运动的设计 定模和夹块在各自轴线方向上的运动均由一个小行程液压缸驱动，当送料机构 把管料送到夹块所在位置处时，处于远距离的夹料液压缸推动弯曲夹紧机构的夹块 向前移动完成弯曲夹紧这一动作。 弯曲夹紧动作完成后，动模液压缸推动动模沿轴向移动完成合模动作。并保持 合模状态，直到弯制成功再复位。 3.3 顶镦装置的设计顶镦装置的设计 由于管子在弯曲过程中经常出现外壁拉裂的情况所以考虑采用一个顶镦装置给 管子施加轴向的一个推力，来改善管子拉裂状况。此顶镦装置主要由两个受压的弹 簧作用，送料时管料被送到顶镦装置的左挡板处，放在两挡板中间的两个弹簧受压， 潍坊学院本科毕业设计 10 产生反方向的推力作用于管子的轴线上，从而起到减弱管子弯曲过程中外壁的拉应 力，减弱管子的拉裂。 3.4 切断机构的设计切断机构的设计 可以考虑的切割方式有以下两种： 由机械传动用锯条切割，特点是切割机构所占空间较大，且机械传动复杂。 由一台小功率电动机直接带动合金工具钢锯片高速旋转进行切割。特点是 传动简单，管子切割截面处得变形小。 综合考虑采用方案 2。由于机构相互位置关系的影响，切断机构还必须有轴向 方向的移动。轴向的移动采用一个液压缸驱动。 潍坊学院本科毕业设计 11 第第 4 章章 传动机构的参数计算和选定传动机构的参数计算和选定 4.1 齿轮的拟定齿轮的拟定 旋转轴的运动由齿轮啮合，齿轮转动带动轴运动完成。由于该弯管机属于轻负 载机械，旋转平台的转动速度约为 N 平台=10r/min，所以直齿圆柱齿轮齿轮即可满 足设计要求。 初选齿轮的参数如下： 模数 m=2, z=30，分度圆压力角 =20 齿距：P=m=3.142=6.28mm 齿顶高：ha=m=2mm 齿根高：hf=1.25m=2.5mm 齿高：h=2.25m=4.5mm 齿顶圆直径：da=m(z+2)=64mm 分度圆直径：d=mz=60mm 齿根圆直径：df=m(z-2.5)=55mm 分度圆周长：c=d=188.4mm 图 4.1.1 旋转轴齿轮 潍坊学院本科毕业设计 12 4.2 减速箱齿轮的参数计算和拟定减速箱齿轮的参数计算和拟定 模数 m=2, z=60，分度圆压力角 =20 齿距：P=m=3.142=6.28mm 齿顶高：ha=m=2mm 齿根高：hf=1.25m=2.5mm 齿高：h=2.25m=4.5mm 齿顶圆直径：da=m(z+2)=176mm 分度圆直径：d=mz=168mm 齿根圆直径：df=m(z-2.5)=158mm 分度圆周长：c=d=528mm 图 4.2.1 减速箱齿轮 潍坊学院本科毕业设计 13 4.3 轴的设计与校核轴的设计与校核 4.3.1 输入轴的设计 1） 选择轴的材料 选取 45 钢，调质，硬度 230HBS，强度极限=640MP ，屈服极限=355MP ， a a 弯曲疲劳极限=275MP ，剪切疲劳极限=155MP ，对称循环变应力的许用应 1 a1 a 力=60MP 1 a 2) 初步估算轴的最小直径 取 A =112 则减速器输入轴的最小直径： 0 d= A=18.0 min0 3 1 1 P n 考虑到与小带轮连接处键槽对轴的影响，需要 d=19mm min 3) 轴的结构设计 1 2 3 4 5 图 4.3.1 输入轴 轴的各段直径的确定 潍坊学院本科毕业设计 14 自左向右，第一段轴的直径: d =20mm；第二段轴直径：d =25mm;第三段轴 12 的直径：d =25mm;第四段轴的直径：d =20mm；第五段轴的直径：d =19mm 345 c. 轴上零件的周向定位 输出轴与从动轮的周向定位采用平键连接。选 618GB/T1096- 79（b=6mm,h=6mm.L=18mm） 。为保证良好的传动效果，选配合为 H7/r6.滚动轴承 与轴的周向定位为过渡配合，此处选住的直径尺寸公差为 m6，书橱轮选普通键 616GB/T1096-79（b=6mm,h=6mm,L=18mm） 。 d. 轴肩处的过渡圆角 查得各轴肩处过渡圆角半径都取 r=2mm。轴的两端倒角为 245 退刀槽处倒角为 245。 4）校核轴的强度 在轴上主要是承受扭矩，所以校核的时候只需校核扭矩产生的剪切应力 5） 精确校核轴的疲劳强度 a. 分析危险面 比较可知，2 处截面扭矩大于其他截面，直径比较大，故截面 2 险的截面，应 对该界面进行疲劳强度精确计算。 b. 截面 2 劳强度的精确计算 截面 5 左侧的扭转剪切应力为： 150=91.1MPa t T W 轴的材料为 45 钢，调质处理。硬度为 230HBS，强度极限，屈服 a MP640 B 极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限。 as MP355 a MP275 1 a MP155 1 4.3.2 旋转轴的设计 1） 旋转轴的材料 仍选取 45 钢，调质，硬度 230HBS，强度极限=640MP ，屈服极限 B a =355MP ，弯曲疲劳极限=275MP ，剪切疲劳极限=155MP ，对称循环变 s a 1 a1 a 应力的许用应力=60MP 。 1 a 2） 初步估算轴的最小直径 潍坊学院本科毕业设计 15 取 A =112 则旋转轴的最小直径： 0 d= A=18 min0 3 2 2 P n 考虑到连接处键槽对轴的影响，需要净增加 9%，取 d=20mm min 3) 旋转轴的设计 4 3 2 1 图 4.3.2 旋转轴 a. 轴的各段直径的确定 自右向左，第一段轴的直径: d =20mm;第二段轴的直径：d =30（轴承型 12 号 51208）mm;第三段轴的直径：d =40mm;第四段轴的直径：d =60mm； 34 b. 轴的各段长度的确定 自右向左，第一段轴的长度: L =20mm;第二段轴的长度：L =29mm;第三段轴 12 的长度：L =237mm;第四段轴的长度：L =5mm； 34 c. 轴上零件的周向定位 轴周向定位采用单圆头普通平键连接。选 828 GB/T1096-79 (b=8mm,h=7mm,L=28mm)，为保证与轴之间配合的紧密性，选配合为 H7/n6。滚动 轴承与轴的周向定位为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为 h11，3 处选普通平 键 1263GB/T1096-79(b=12mm,h=8mm,L=63mm)。 d. 轴肩处的过渡圆角 查得各轴肩处过渡圆角半径都取 r=2mm。轴的两端倒角为 245，退刀槽 潍坊学院本科毕业设计 16 处倒角为 245。 旋转轴的外形尺寸如图所示 图 4.3.3 旋转轴外形图和受力图 此旋转轴的材料采用 45 钢。硬度为 230HBS,剪切疲劳极限 =155MPa。轴的 主要作用是驱动旋转平台的转动，承受的力主要是扭转产生的扭矩。其受力图（扭 矩图）如图所示： 图 8.2 轴的扭矩图 分析之 M=M1=M2= MT=630.4Nm，且直径大小为 30mm 处得截面积最小， 属于危险截面，所以只需对 d=30mm 处进行强度校核即可。 潍坊学院本科毕业设计 17 d=30mm 处得扭转剪应力大小为： t W M 实心轴的抗扭截面系数为：,轴危险截面处的直径为 D=30mm。 16 3 D WT 经计算得，所以轴的强度满足使用要求。MPaMPaPa155 9 . 11810 9 . 118 6 潍坊学院本科毕业设计 18 第第 5 章章 液压缸的设计液压缸的设计 5.1 液压缸主要参数的初步计算和拟定液压缸主要参数的初步计算和拟定 由于本弯管机的弯曲部分的弯曲夹紧力和动模的压料力都比较小，为了设计和 计算的方便，初步拟定弯曲夹紧部分的夹紧液压缸和压料液压缸采用同种型号。初 定小液压缸的工作力大小为 F=500N。 此液压缸的压力按低压来设计。初定压力为 P=3.0MPa,液压缸的额定工作压 力大小为 Pn=3.0MPa。 最高允许工作压力为 Pmax1.5Pn=1.53.0=4.5 MPa 初步选定液压缸内径为 D=20mm 初步拟定液压缸的外径 d=30mm 活塞杆的直径初定为 d杆=10mm 初定液压缸的行程 L=50mm 由以上各数据可以计算得到液压缸向前推进时推力大小为： F=P(A1-A2) 106 A1=(d2)2 A2=(D2)2 经计算得推力 F=706.86N 5.2 液压缸的验算液压缸的验算 由于该液压缸尺寸较小，为了加工制造的方便，缸筒材料采用 ZG230-450，缸 筒与两端盖间采用内螺纹联接。 缸筒壁厚的验算 前面初定液压缸的外径 d=30mm,内径 D=20mm,壁厚 =5.0mm 缸筒壁厚 =0+C1+C2 (C1、C2分别为缸筒外径公差余量和腐蚀余 量) /D=0.250.08，符合 /D=0.08 0.3 的情况 0PmaxD/(2.3p-3Pmax) ZG230-450 材料的许用应力 p=b/n(取安全系数 n=5) p=108 MPa 计算可得 00.38mm 缸筒底部厚度的验算 1=PD0m/(4p) 潍坊学院本科毕业设计 19 径计算得 1=0.625mm =5.0mm0.625mm，所以满足要求 5.3 液压缸各部分结构形式的拟定液压缸各部分结构形式的拟定 5.3.1 缸筒与端盖联接方式的确定 常用的缸筒与端盖的联接方式有三种： 拉杆型液压缸 结构简单，制造和安装方便，缸筒是用内径经过研磨的无 缝钢管半成品，按行程要求的长度切割。端盖和活塞均为通用件。但这类缸 受行程长度、缸内径和额定工作压力的限制。当行程即拉杆长度过长时，安 装时容易偏歪，致使缸筒端部泄露。这类缸的一个很大的特点是缸的外形尺 寸比较大。 焊接型液压缸 缸体有杆侧的端盖与缸筒之间为内外螺纹联接、内外卡环、 卡圈联接，后端盖与缸筒常采用焊接联接。这类缸暴露在外面的零件较少， 外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶略的外界环境条件。但 由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因此不能用于过大的缸内 径和较高的工作压力。缸内径常用于 D200mm,额定压力 Pn25MPa。 法兰型液压缸 缸体的两个端盖均用法兰螺钉（螺栓）联接；缸底为 焊接，而缸前盖用法兰联接的结构。这类缸的外形尺寸较大，适用于大中型液 压缸，缸内径通常大于 100mm，额定工作压力 Pn=25 40MPa，能承受较大的冲 击负荷和恶劣的外界环境条件，属于重型缸，多用于重型机械、冶金机械。 本设计所研究的弯管机是轻负载型机械，而且由于弯曲夹紧机构、切断机 构以及动模的靠模运动的影响，该液压缸的外形适于采用小型的液压缸。初步 选定液压缸缸筒与端盖的联接方式为焊接型液压缸。由于该液压缸的外径和内 径较小，承受的工作压力小，缸筒与两端盖的联接方式都采用螺纹联接的方式。 并且易于拆卸维修。 5.3.2 活塞结构形式的选取 由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复运动，因此它与缸筒间的配合应适当， 既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效 率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露， 降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。 活塞的结构形式根据密封装置来选定。常用的活塞结构形式有整体式活塞和组 合式活塞。 潍坊学院本科毕业设计 20 整体活塞在圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但是加工比较困难，密封 圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封形式决定。组合式 活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环的大量使用，多 数密封圈与导向环大量使用，大大降低了活塞的加工成本。 综合考虑活塞的选用条件，该小型液压缸可以采用整体式活塞。因为该液压缸 工作环境为低压、行程较短且液压缸的尺寸小。活塞与液压缸缸筒内径的配合采用 小间隙配合。 5.3.3 活塞杆的结构拟定以及直径的计算 活塞杆的杆体由两种：实心杆和空心杆。该液压缸的活塞杆直径较小 所以应采用实心杆。 由于缸工作时轴线固定不动，所以活塞杆的杆头联接形式采用小螺栓 头形式。活塞杆的材料采用 45 钢，调质处理。 活塞杆直径的拟定： 活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等 多种作用力，必须有足够的强度和刚度。对于无速比要求的液压缸，其活塞杆直径 d 可以根据往复运动速比（无杆侧和有杆侧的面积比）来确定。 d=Dm 式（5-1） 1 本设计对液压缸无速比要求，可根据液压缸的推力和拉力确定，也可以根据 公式：m D缸筒内径Dd) 5 1 3 1 ( 计算得 d=20/320/5mm，由于该活塞杆的直径较小所以为了加工制造的方便 将 d 圆整为 d=10mm。 活塞杆的强度计算： 活塞杆的工作压力稳定，只受轴向推力，所以可以按公式 2 来对活塞杆进行简 单的强度验算： MPa 式(5-2) p d F 2 6 4 10 式（5-3） n s p 经计算得=1360MPa=6.37MPa，所以满足设计要求 p p 潍坊学院本科毕业设计 21 5.3.4 活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封 活塞与活塞杆的联接方式有许多种形式，常用的由三种：卡环型、轴套型和螺 母型。卡环型拆装方便，在低速时使用广泛。本设计活塞与活塞杆联接方式采用卡 环型。 由于该液压缸工作压力低，推力小活塞的密封以及缸筒与端盖的密封采用简 单的 O 型密封即可满足要求。 5.3.5 导向套的选择 导向套安装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装 置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰 尘以及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的典型结构有轴套式和端盖式 两种。本设计采用轴套式导向套，材料采用磨差系数小耐磨的青铜。 导向套主要尺寸的计算： 导向套的主要尺寸是支撑长度，通常按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材 料的承压能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。通常可采用两端导向段， 每段宽度一般约为 d/3，两段中活塞杆导向套尺寸配置线间距离取 2d/3。由于该液 压缸的尺寸小，工作压力低，对导向的要求也比较低，所以导向套可以做成整体式 的，长度为 L=d(活塞杆直径)=10mm。 5.3.6 大液压缸的选择 本设计中驱动旋转轴旋转和切断电机横向移动的两个液压缸的工作力比较大， 为了设计和计算的方便，将两个液压缸选为同一型号的液压缸，但是对两缸的活塞 杆行程要求不同，因此拟选取两个同型号不同行程的液压缸作为两个工作液压缸。 本设计拟采用轻型拉杆式液压缸。轻型拉杆式液压缸，缸筒采用无缝钢管，根 据工作压力不同，选择不同壁厚的钢管，其内径加工精度高，重量轻，结构紧凑， 安装形式多样，且易于变换，尤其是具有良好的低速性能。压力范围从 MPa。广泛应用在机床、轻工、纺织、塑料加工、农业机械等设备上。5 . 25 . 3 压力的选定 由于本设备的负载较小，压力的选定应为中低压。初选液压 缸的额定工作压力为 7MPa，在实际使用时，可以根据需要对液压缸的工 作压力进行调节，但不宜大于 7MPa。最高工作压力为 10.5 MPa。 允许最高工作速度为 Vmax=300mm/s 最低工作速度为 Vmin=8mm/s 潍坊学院本科毕业设计 22 最高使用温度为8010 缸径为 D=32mm 由于该液压缸是轻型所以活塞杆直径应取为 D杆=16mm 推力大小为 F=5.63KN 液压缸的安装方式均为轴向底座式 行程的选定 切断电机移动用行程为 50mm 的液压缸；旋转轴驱动用行程 为 120mm 的液压缸。 所以大液压缸的型号选定为：切断电机移动用 B-LB-1-32-D-7-N-50-A 旋转轴驱动用 B-LB-1-32-D-7-N-120-A 潍坊学院本科毕业设计 23 第第 7 章章 切断电机的选择以及计算切断电机的选择以及计算 切断机构由一台小功率三相异步电动机带动锯片高速旋转，完成管件的切割加 工。拟选用 YS 系列三相异步电动机（JB/T1009-2007）71 系列，铁心数为 2，额 定功率 P=370W，n=1400r/min。电机的额定转矩为 T=2.4N/m。安装型式为 IMB3 型。 电机负载的分析：本切断机构的作用是切断最大外径 d=16mm,壁厚为 =2.5mm 的铜管。根据工作状况知电机的负载式冲击性负载，而且是短时 的无需调速。根据机械设计手册减（变）速器电机与电器表 16- 1-7，生产机械的负载特性 n=f(TL)的分类应属于恒转矩反抗性负载。按照 一般要求电机电压选用 380V。 初选电机功率 此电机的工作按一般旋转运动的机械来考虑。粗略估计负载的转矩大小为 T=2.0N/m,取锯片转速 n=1400r/min 式(7-1) 9550 Tn P 切断类机械的负载功率按一般旋转类机械来设计考虑，按公式 3 计算可得该切 断机构的负载功率为 P=0.293Kw 及电机的额定功率 P 应满足 P0.293Kw，转速为 n=1400r/min,满足此条件的 小功率电动机由两种如下表所示： 表 7.1 电机参数 电机电机 型号型号 机座代号机座代号功率功率 P/KwP/Kw额定电压额定电压 U/VU/V额定转速额定转速 n/(r/min) 堵转电流堵转电流 Ie/A Ys7137038028000.96 Ys7137038014001.12 相比之下 Ys 系列，n=1400r/min 的电动机的额定转矩略大于 n=2800r/min 的 电机，而且 n=1400r/min 完全满足使用要求。故选用 n=1400r/min,机座号为 71， 额定功率 P=370W 的电动机作为切断电机。 潍坊学院本科毕业设计 24 结束语结束语 本次毕业设计我的课题为 DW38 弯管机的机械结构设计。在设计的整个过程中， 我确实学到了很多东西。由于对市场的调研以及社会的考察，我对弯管机的工作原 理以及国内外常用的弯管设备的特点了很好的认识和了解。 本课题我们设计的弯管机，它虽说是小型，比起结构较大型的数控和液压弯管 机要简单的多，但是它的机构还是很复杂的，尤其是在考虑弯管机的弯管功能如何 让实现，各个机构如何布局还是很费心思的。整个弯管机分为五大块：送料夹紧、 送料、弯曲夹紧、弯曲以及切断部分。 通过本次设计，我对自己大学四年所学的专业知识在进行了这一次系统的应用 之后有了一个新的认识。自己确实学到了不少东西。除了对机械专业的相关知识进 行系统学习外，这次设计还让我对 Autocad 等软件的运用提升了一个层次。但是同 样的由于个人能力的限制，各方面做的相对来说比较粗糙。 总之这次设计锻炼了我，让我重新认识以及体验了机械设计人员设计的整个流 程，也让我的业务知识得到了很大的提升。感谢学校在我们毕业之际给我们提供了 这么好的一个实践的平台。 潍坊学院本科毕业设计 25 参考文献参考文献 1余国琮.化工机械工程手册(上册).机械工业出版社出版，2003 2余国琮.化工机械工程手册(下册).机械工业出版社出版，2002 3刘力.机械制图. 北京：高等教育出版社，2000 4林明星. 电气控制既可编程序控制器.机械工业出版社出版，2004 5邓海燕.废旧轮胎资源综合利用技术. 中国轮胎橡胶资源网 6朱东华,樊智敏.工程力学（）.机械工业出版社出版，2004 7边文风,李晓玲.工程力学（）.机械工业出版社出版，2004 8李庆余,张佳.机械制造装备.机械工业出版社出版，2004 9王长春，孙步功.互换性与测量技术基础（第 2 版）. 北京大学出版社，2010.8 10成大先.机械设计手册（第 1 篇）.化学工业出版社出版，2004 11成大先.机械设计手册（第 5 篇）.化学工业出版社出版，2004 12成大先.机械设计手册（第 6 篇）.化学工业出版社出版，2004 13成大先.机械设计手册（第 79 篇）.化学工业出版社出版，2004 14成大先.机械设计手册（第 1718 篇）.化学工业出版社出版，2004 15吴宗泽.机械设计实用手册.化学工业出版社出版，2003 潍坊学院本科毕业设计 26 致致 谢谢 本毕业设计是在王长春老师的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的毕业设计 中无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的 奉献精神使我深受启迪，从尊敬的老师身上，我学到了扎实的专业知识，从老师的 为人师表，我也学到了做人的道理，在此我要向我的恩师致以最衷心的感谢和最崇 高的敬意。 本毕业设计在写作过程中参考了许多中外学者的各种文献资料，对他们的工作 成就表示由衷的谢意。在此，向所有关心和帮助我的领导、老师、同学和朋友表示 由衷的谢意，衷心地感谢在百忙之中评阅毕业设计和参加答辩的各位领导、老师。 1 编号 潍潍 坊坊 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 技技 术术 报报 告告 课题名称： DW38 数控弯管机机械设计 学生姓名： 陈振文 学 号： 08011140140 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 08 级机制本一 指导教师： 王长春 2012 年 06 摘 要 管的弯制方法有很多，相应的设备也有很多，但大多数都是用手动或机械弯管 机加工生产出来的，而且多为冷弯。在实际中通常是根据生产对管的质量要求选择 相应的弯管机进行加工。本课题旨在寻求一种新的弯管工艺，在保证弯管质量的前 提下尽可能提高弯管的速度。 本着以上的目的，本课题研究设计了一款 DW38 液压全自动弯管机。它具有生 产效率较高，制造成本低。整台机器共有以下几部分组成：送料夹紧和送料机构、 弯曲夹紧机构、弯曲机构和切断机构四大部分组成。除了切断机构是由一台功率为 0.37kw 的小功率三相异步电动机带动之外，其它的机构均采用了液压传动。弯管 方式采用辗压。在弯管的过程中，定模保持不动，固定在旋转平台上的动模进行靠 模完成管子的加工。 由于主要采用了液压传动的传动方式，和其它的液压设备相同，该液压全自动 弯管机在传动上大为简化，缩短了传动链，从而提高了动力的传动效率。本设备可 以一次完成两根管料的同时加工，所以加工效率较高。 关键词：弯管机 齿轮传动 液压缸 潍坊学院本科毕业论文 1 ABSTRACT There are many bending method of tube, so the corresponding device is a lot. But most bending machine is manual or mechanical processing, and mostly is cold .In practice; the select of bending machine is usually based on the quality of the production requirements on tube. This topic seeks to find a new elbow technology, in ensuring the quality of pipe bends under the premise of improving the speed as much as possible. In the above purpose, the research design of a hydraulic automatic tube bending machine. It has higher production efficiency, low manufacturing cost. The whole machine is a total of the following components: Feeding clamping and feed mechanism, clamp body bending, bending bodies and cut off the bodies of four parts. In addition to cutting off body by a low-power power 0.37kw three phase induction motor drive, the other agencies are using a hydraulic transmission. Rolling Elbow is adopted. In the bending process, scheduled to die remain intact, fixed on the rotating platform, the dynamic model for the tube to complete the processing by the module. Since the main use of the hydraulic drive transmission, and other similar hydraulic equipment, automatic bending machine of the hydraulic drive on the greatly simplified, reducing the transmission chain, resulting in improved power transmission efficiency. The device at once, while two pipe materials processing, so the processing efficiency is higher. Keywords: Bender, Motor, Gear, Hydraulic cylinder 潍坊学院本科毕业论文 2 目 录 第 1 章 管子弯曲方法的选择4 1.1 管料弯曲变形分析4 1.2 常用弯管方法4 1.4 弯曲方法的拟定6 第 2 章 弯管机的总体设计拟定6 2.1 弯管机的总体机拟定及分析6 2.2 弯管机总体机构的划分7 第 3 章 弯管机各机构的选择和设计7 3.1 靠模弯曲机构的设计7 3.2 定模和夹块运动的设计8 3.3 顶镦装置的设计8 3.4 切断机构的设计8 第 4 章 齿轮的参数计算和选定9 4.1 齿轮的拟定9 4.2 齿条的参数计算和拟定9 第 5 章 液压缸的设计9 5.1 液压缸主要参数的初步计算和拟定9 5.2 液压缸的验算10 5.3 液压缸各部分结构形式的拟定.10 5.3.1缸筒与端盖联接方式的确定10 5.3.2活塞结构形式的选取11 5.3.3活塞杆的结构拟定以及直径的计算11 5.3.4活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封12 5.3.5导向套的选择12 第 6 章 大液压缸的选择.13 第 7 章 切断电机的选择以及计算.13 第 8 章 冷弯工艺参数的计算.14 8.1 冷弯工艺参数的计算.14 8.1.1弯头伸长量的计算14 潍坊学院本科毕业论文 3 8.1.2旋转力矩的计算15 8.1.3夹紧力和压料力的计算15 第 9 章 旋转轴的校核.16 结束语18 参考文献18 致 谢.19 潍坊学院本科毕业论文 4 第第 1 章章 管子弯曲管子弯曲方方法的选择法的选择 1.1 管料弯曲变形分析 管料弯曲基本变形机理与板料弯曲加工是相同的，特殊之处在于管料断面是中 空的，被折弯的管料外侧与内侧壁厚变化相反。管料断面的形状变化，内侧管面的 褶皱缺陷往往成为管料弯曲加工中的问题。 加工过程中管料断面的形状变化如图 1 所示，与板料弯曲相似，管料弯曲时， 弯曲横断面上，外侧壁厚发生拉伸变形，内侧壁厚发生压缩变形。当弯曲达到一定 程度后，内侧管壁在压应力的作用下仍会失稳而发生皱折，外侧管壁在拉应力的作 用下会产生裂纹。另外，弯管外侧的管壁由于受切向拉伸而向内侧转移，导致管料 弯曲后整个断面形状呈椭圆形。 图 1.1 管料弯曲变形示意图 1.2 常用弯管方法 管材弯曲成型是直接靠特别的磨具来实现的，通常按模具的特征大致可以 分为四类： 冲模强制成型法，其代表就是用冲床来生产弯管件。 滚轮弯曲法，常见于电动三辊卷弯机，其特点是只能卷制不同的弧形，目前 应用最广的是不锈钢装饰行业。 滚压法，常见于电动机平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯机也是采 用这种成型方法。 缠绕式弯曲法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机采用的都是 这种成型法，其特点是产品变形小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行 有芯弯曲时管材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小范围内。 若按采用芯棒情况又可以分为两类，即有芯棒弯曲法和无芯棒弯曲法，液压 弯管机和数控弯管机都是按缠绕式弯曲进行设计的，并都可以进行有芯弯曲 潍坊学院本科毕业论文 5 和无芯弯曲。 管料的压弯和绕弯示意图： 图 1.2 压弯法弯管示意图 图 1.3 管料绕弯示意图 按管子成型方法的不同可以分为以分为：压（顶）弯、滚弯、回弯和挤弯，回 弯又分为辗压式和拉拔式。 1.3 管件的加工 管料弯曲制品断面有一定椭圆度是难免的。但不同的加工方法（包括是否使用 芯棒）对椭圆变化程度影响不同。用压缩弯曲或回转牵引弯曲法加工，当 R/d=2.0 时，椭圆率 约为 5%（=(a-b)/a 各符号见图 1） 管料弯曲的加工极限决定于破裂和折皱缺陷的产生。一般对于壁厚 t 和管径 d 之比较小的薄壁管料，折皱是制约加工极限的主要因素；而采用回转牵引弯曲时， 由于整个管料都收拉伸，容易发生破裂，其加工极限决定于是否达到破裂的拉伸极 限。 随着工业技术的发展，为了获得紧凑的结构。这类管件的弯制目前可以采用以 下加工方法，但第二和第三种已不属于弯曲变形。 带有轴向顶镦装置的机械冷弯如图 4 所示： 图 1.4 轴向顶镦机械冷弯示意图 如图 4 所示，为了改善弯头的质量，采用顶镦装置，即在管子末端施加了轴向 图 1.5 切向应力叠加 潍坊学院本科毕业论文 6 推力。在轴向推力的作用下，可以使管子外侧拉伸区的切向拉伸应力由+1 减小 大+3，使弯曲中性线外移（图 5 中由 R2 移到 R1）.这样，弯头截面的畸变和外 侧壁厚减薄都得到改善。但内侧压缩区的压缩应力-1 增大至-3，这样将增加 内壁产生皱折的可能性，为此在内侧加防皱板。轴向推力的大小根据具体要求而定。 通常以中性线外移至等于平均弯曲半径的原则来确定。 1.4 弯曲方法的拟定 本设备初步拟定采用辗压式的加工方法。管子弯曲过程弯曲意图如图 6 所示： 图 1.6 管子弯曲过程示意图 第第 2 章章 弯管机的总体设计拟定弯管机的总体设计拟定 2.1 弯管机的总体机拟定及分析 弯管机的总体构思如图 7 所示 潍坊学院本科毕业论文 7 图 2.1 弯管机的总体工作示意图 2.2 弯管机总体机构的划分 弯管机的总体结构可以分为送料夹紧、送料、弯曲夹紧、靠模弯曲和切断机构 五个部分。弯曲夹紧、弯曲靠模以及动模的运动考虑采用液压缸液压传动来实现， 传动链简短而且机构简单易于实现。切断机构采用小电机驱动锯片旋转来实现。 第第 3 章章 弯管机各机构的选择和设计弯管机各机构的选择和设计 3.1 靠模弯曲机构的设计 动模固定在旋转平台上，而定模固定在主机机体上，靠模过程靠动模和定模的 相对运动来实现，定模在靠模过程中保持不动，动模绕着定模和导槽旋转中心所在 的轴线旋转。旋转平台的运动由一个液压缸驱动。管子内壁受到挤应力的作用，外 壁受拉应力的作用，从而弯曲形成要求弯度。 旋转平台旋转运动的实现：由一个大液压缸推动齿条滑动，齿条与直齿圆柱齿 轮相啮合把转矩传递到齿轮安装轴上，轴和旋转平台间通过键连接，从而带动旋转 平台实现转动，动模固定在旋转平台上随旋转平台一块转动。如图 8 所示： 潍坊学院本科毕业论文 8 图 3.1 弯管机工作原理示意图 3.2 定模和夹块运动的设计 定模和夹块在各自轴线方向上的运动均由一个小行程液压缸驱动，当送料机构 把管料送到夹块所在位置处时，处于远距离的夹料液压缸推动弯曲夹紧机构的夹块 向前移动完成弯曲夹紧这一动作。 弯曲夹紧动作完成后，动模液压缸推动动模沿轴向移动完成合模动作。并保持 合模状态，直到弯制成功再复位。 3.3 顶镦装置的设计 由于管子在弯曲过程中经常出现外壁拉裂的情况所以考虑采用一个顶镦装置给 管子施加轴向的一个推力，来改善管子拉裂状况。此顶镦装置主要由两个受压的弹 簧作用，送料时管料被送到顶镦装置的左挡板处，放在两挡板中间的两个弹簧受压， 产生反方向的推力作用于管子的轴线上，从而起到减弱管子弯曲过程中外壁的拉应 力，减弱管子的拉裂。 3.4 切断机构的设计 可以考虑的切割方式有以下两种： 由机械传动用锯条切割，特点是切割机构所占空间较大，且机械传动复杂。 由一台小功率电动机直接带动合金工具钢锯片高速旋转进行切割。特点是 传动简单，管子切割截面处得变形小。 综合考虑采用方案 2。由于机构相互位置关系的影响，切断机构还必须有轴向 潍坊学院本科毕业论文 9 方向的移动。轴向的移动采用一个液压缸驱动。 第第 4 章章 齿轮的参数计算和选定齿轮的参数计算和选定 4.1 齿轮的拟定 旋转轴的运动由齿条和齿轮啮合，齿轮转动带动轴运动完成。由于该弯管机属 于轻负载机械，旋转平台的转动速度约为 N 平台=10r/min，所以直齿圆柱齿轮齿轮 即可满足设计要求。 初选齿轮的参数如下： 模数 m=2, z=30，分度圆压力角 =20 齿距：P=m=3.142=6.28mm 齿顶高：ha=m=2mm 齿根高：hf=1.25m=2.5mm 齿高：h=2.25m=4.5mm 齿顶圆直径：da=m(z+2)=64mm 分度圆直径：d=mz=60mm 齿根圆直径：df=m(z-2.5)=55mm 分度圆周长：c=d=188.4mm 4.2 齿条的参数计算和拟定 模数 m=2，压力角 =20 齿顶高：ha=m=2mm 齿根高：hf=1.25m=2.5mm 齿条长度 LC/2=99.2mm 初选 L=120mm 第第 5 章章 液压缸的设计液压缸的设计 5.1 液压缸主要参数的初步计算和拟定 由于本弯管机的弯曲部分的弯曲夹紧力和动模的压料力都比较小，为了设计和 计算的方便，初步拟定弯曲夹紧部分的夹紧液压缸和压料液压缸采用同种型号。初 定小液压缸的工作力大小为 F=500N。 此液压缸的压力按低压来设计。初定压力为 P=3.0MPa,液压缸的额定工作压 力大小为 Pn=3.0MPa。 潍坊学院本科毕业论文 10 最高允许工作压力为 Pmax1.5Pn=1.53.0=4.5 MPa 初步选定液压缸内径为 D=20mm 初步拟定液压缸的外径 d=30mm 活塞杆的直径初定为 d杆=10mm 初定液压缸的行程 L=50mm 由以上各数据可以计算得到液压缸向前推进时推力大小为： F=P(A1-A2) 106 A1=(d2)2 A2=(D2)2 经计算得推力 F=706.86N 5.2 液压缸的验算 由于该液压缸尺寸较小，为了加工制造的方便，缸筒材料采用 ZG230-450，缸 筒与两端盖间采用内螺纹联接。 缸筒壁厚的验算 前面初定液压缸的外径 d=30mm,内径 D=20mm,壁厚 =5.0mm 缸筒壁厚 =0+C1+C2 (C1、C2分别为缸筒外径公差余量和腐蚀余 量) /D=0.250.08，符合 /D=0.08 0.3 的情况 0PmaxD/(2.3p-3Pmax) ZG230-450 材料的许用应力 p=b/n(取安全系数 n=5) p=108 MPa 计算可得 00.38mm 缸筒底部厚度的验算 1=PD0m/(4p) 径计算得 1=0.625mm =5.0mm0.625mm，所以满足要求 5.3 液压缸各部分结构形式的拟定液压缸各部分结构形式的拟定 5.3.1 缸筒与端盖联接方式的确定缸筒与端盖联接方式的确定 常用的缸筒与端盖的联接方式有三种： 拉杆型液压缸 结构简单，制造和安装方便，缸筒是用内径经过研磨的无 缝钢管半成品，按行程要求的长度切割。端盖和活塞均为通用件。但这类缸 潍坊学院本科毕业论文 11 受行程长度、缸内径和额定工作压力的限制。当行程即拉杆长度过长时，安 装时容易偏歪，致使缸筒端部泄露。这类缸的一个很大的特点是缸的外形尺 寸比较大。 焊接型液压缸 缸体有杆侧的端盖与缸筒之间为内外螺纹联接、内外卡环、 卡圈联接，后端盖与缸筒常采用焊接联接。这类缸暴露在外面的零件较少， 外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶略的外界环境条件。但 由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因此不能用于过大的缸内 径和较高的工作压力。缸内径常用于 D200mm,额定压力 Pn25MPa。 法兰型液压缸 缸体的两个端盖均用法兰螺钉（螺栓）联接；缸底为 焊接，而缸前盖用法兰联接的结构。这类缸的外形尺寸较大，适用于大中型液 压缸，缸内径通常大于 100mm，额定工作压力 Pn=25 40MPa，能承受较大的冲 击负荷和恶劣的外界环境条件，属于重型缸，多用于重型机械、冶金机械。 本设计所研究的弯管机是轻负载型机械，而且由于弯曲夹紧机构、切断机 构以及动模的靠模运动的影响，该液压缸的外形适于采用小型的液压缸。初步 选定液压缸缸筒与端盖的联接方式为焊接型液压缸。由于该液压缸的外径和内 径较小，承受的工作压力小，缸筒与两端盖的联接方式都采用螺纹联接的方式。 并且易于拆卸维修。 5.3.2活塞结构形式的选取活塞结构形式的选取 由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复运动，因此它与缸筒间的配合应适当， 既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效 率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露， 降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。 活塞的结构形式根据密封装置来选定。常用的活塞结构形式有整体式活塞和组 合式活塞。 整体活塞在圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但是加工比较困难，密封 圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封形式决定。组合式 活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环的大量使用，多 数密封圈与导向环大量使用，大大降低了活塞的加工成本。 综合考虑活塞的选用条件，该小型液压缸可以采用整体式活塞。因为该液压缸 工作环境为低压、行程较短且液压缸的尺寸小。活塞与液压缸缸筒内径的配合采用 小间隙配合。 潍坊学院本科毕业论文 12 5.3.3 活塞杆的结构拟定以及直径的计算活塞杆的结构拟定以及直径的计算 活塞杆的杆体由两种：实心杆和空心杆。该液压缸的活塞杆直径较小 所以应采用实心杆。 由于缸工作时轴线固定不动，所以活塞杆的杆头联接形式采用小螺栓 头形式。活塞杆的材料采用 45 钢，调质处理。 活塞杆直径的拟定： 活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等 多种作用力，必须有足够的强度和刚度。对于无速比要求的液压缸，其活塞杆直径 d 可以根据往复运动速比（无杆侧和有杆侧的面积比）来确定。 d=Dm 式（5-1） 1 本设计对液压缸无速比要求，可根据液压缸的推力和拉力确定，也可以根据 公式：m D缸筒内径Dd) 5 1 3 1 ( 计算得 d=20/320/5mm，由于该活塞杆的直径较小所以为了加工制造的方便 将 d 圆整为 d=10mm。 活塞杆的强度计算： 活塞杆的工作压力稳定，只受轴向推力，所以可以按公式 2 来对活塞杆进行简 单的强度验算： MPa 式(5-2) p d F 2 6 4 10 式（5-3） n s p 经计算得=1360MPa=6.37MPa，所以满足设计要求 p p 5.3.4 活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封 活塞与活塞杆的联接方式有许多种形式，常用的由三种：卡环型、轴套型和螺 母型。卡环型拆装方便，在低速时使用广泛。本设计活塞与活塞杆联接方式采用卡 环型。 由于该液压缸工作压力低，推力小活塞的密封以及缸筒与端盖的密封采用简 单的 O 型密封即可满足要求。 潍坊学院本科毕业论文 13 5.3.5导向套的选择导向套的选择 导向套安装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装 置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰 尘以及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的典型结构有轴套式和端盖式 两种。本设计采用轴套式导向套，材料采用磨差系数小耐磨的青铜。 导向套主要尺寸的计算： 导向套的主要尺寸是支撑长度，通常按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材 料的承压能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。通常可采用两端导向段， 每段宽度一般约为 d/3，两段中活塞杆导向套尺寸配置线间距离取 2d/3。由于该液 压缸的尺寸小，工作压力低，对导向的要求也比较低，所以导向套可以做成整体式 的，长度为 L=d(活塞杆直径)=10mm。 第第 6 章章 大液压缸的选择大液压缸的选择 本设计中驱动旋转轴旋转和切断电机横向移动的两个液压缸的工作力比较大， 为了设计和计算的方便，将两个液压缸选为同一型号的液压缸，但是对两缸的活塞 杆行程要求不同，因此拟选取两个同型号不同行程的液压缸作为两个工作液压缸。 本设计拟采用轻型拉杆式液压缸。轻型拉杆式液压缸，缸筒采用无缝钢管，根 据工作压力不同，选择不同壁厚的钢管，其内径加工精度高，重量轻，结构紧凑， 安装形式多样，且易于变换，尤其是具有良好的低速性能。压力范围从 MPa。广泛应用在机床、轻工、纺织、塑料加工、农业机械等设备上。5 . 25 . 3 压力的选定 由于本设备的负载较小，压力的选定应为中低压。初选液压 缸的额定工作压力为 7MPa，在实际使用时，可以根据需要对液压缸的工 作压力进行调节，但不宜大于 7MPa。最高工作压力为 10.5 MPa。 允许最高工作速度为 Vmax=300mm/s 最低工作速度为 Vmin=8mm/s 最高使用温度为8010 缸径为 D=32mm 由于该液压缸是轻型所以活塞杆直径应取为 D杆=16mm 推力大小为 F=5.63KN 液压缸的安装方式均为轴向底座式 行程的选定 切断电机移动用行程为 50mm 的液压缸；旋转轴驱动用行程 为 120mm 的液压缸。 所以大液压缸的型号选定为：切断电机移动用 B-LB-1-32-D-7-N-50-A 潍坊学院本科毕业论文 14 旋转轴驱动用 B-LB-1-32-D-7-N-120-A 第第 7 章章 切断电机的选择以及计算切断电机的选择以及计算 切断机构由一台小功率三相异步电动机带动锯片高速旋转，完成管件的切割加 工。拟选用 YS 系列三相异步电动机（JB/T1009-2007）71 系列，铁心数为 2，额 定功率 P=370W，n=1400r/min。电机的额定转矩为 T=2.4N/m。安装型式为 IMB3 型。 电机负载的分析：本切断机构的作用是切断最大外径 d=16mm,壁厚为 =2.5mm 的铜管。根据工作状况知电机的负载式冲击性负载，而且是短时 的无需调速。根据机械设计手册减（变）速器电机与电器表 16- 1-7，生产机械的负载特性 n=f(TL)的分类应属于恒转矩反抗性负载。按照 一般要求电机电压选用 380V。 初选电机功率 此电机的工作按一般旋转运动的机械来考虑。粗略估计负载的转矩大小为 T=2.0N/m,取锯片转速 n=1400r/min 式(7-1) 9550 Tn P 切断类机械的负载功率按一般旋转类机械来设计考虑，按公式 3 计算可得该切 断机构的负载功率