钢管固定式Q119型切管机设计（全套含CAD图纸）
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钢管
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of in . is of il of ,of to 62 kg 8kg 10kg 3kg 0.5 kg In of is is of of , 003, .4 003, of . 6 9% 0 4% 1.4 of in is in he of on an on an in 0% of in of on of is to up to to of as as of by 985, 000 to to of 06000 $to or to of In of of of of On to of to he by of o of to is of In of of of is by In 0 in of In to of to at 2. of s a PI L A, B, L, of in . 33 of 19- 24005. 2- 25. 4 mm is 0 003, in in .7 t/ 04mm mm 001 003, to of by of to of to 0 998, 711 10. 72 1040 002, 65, 610 7. 1 86 003, 6107. 19 725 3. of of of in s of At by is to in of to be 1. 80 2. 3. 4. IC 5. O2 6. 7. of he by 125( as 1)125 is as 2)of it is to it is is to of 135 125,is a in VN is by )=y (10. of a in 150 to to of to by on in or is is y)2,is in is on of of is a in is in on an a as is of up of as in to As a to is in of to of as in a By of be of 1by to to of 5%,0%,0%. to is of is in it in by of PI or on as a in 4. he a a a PT to to to 中国石油 管 产业 的 现状和前景 管是石油工业 的基础 石油管主要有两种 ： 油井用管 (钻杆 、 钻铤 、套管、配 管等等 ),和 石油和天然气 输送 管。在油探险和开发期间需要 钻杆 和 钻铤 , 油井 的加强需要套管 ,而油的回收需要配 管。 依照统计学数据，以 1米深的油井为例， 62公斤 的 油井 用 管是不可或缺的 ,包括 48公斤套管 、 10公斤油管、 3公斤 钻杆 、 铤 等等 。 近几年来，油井 用管的年 消费 量 是大约一百三十万吨。 管道 输送 是 石 油和 天然气 运输 的最经济的而且最合理的方法。 在中国 由于管道 运输的迅速发展， 石油和天然气输送管的需 求 大幅地在中国增加。 几年 以前， 输送管的需求量只有 油井用管的 1/3,而 在 2003年 ， 对 输送管的需求量却 超过一百四十万吨。 2003 年，中国 无缝管的消费 量 是 六千 六百万吨 , 包括 19%油井用管 (一百二十六万吨 )。 中国的焊接 管消费 量 是一千万吨 ， 包括 14%石油和天然气输送管 ,一百四十万吨。用于石油工业钢管用量仅少于建筑业 。 管的质量和特性 对石油 工业有着重要的影响 第一，石油管 在石油 工 业中无论从量上还是价值上都扮演着重要的角色 。 石 油管的投资在石油 工 业中 约 占 投资总数的 20%。 第二，石油管的质量和特性 对石油 工 业的发展产生重要的影响 。 例来说， 套管和配管除了承受内部和外部的 压力之外 ,还有数百至数以千计的大气 压力 ，连同数百吨的拉力 ， 同时，它们长期受到高温和腐蚀的 影响。在 1985年 之前，每年在中国 大约 有 1000个 意外事件 发生 , 被归结为管的 破裂。 依照 每件意外事件的损失大概 是 106000美元 。 一方面，与钻杆或套管 有关的意外事件 有时 可能 导致油井的报废 。 除此之外， 套管的寿命 直接地决定油井的 寿命 ，而且油井的 寿命 决定油田的寿命 。 另一方面，与输送 管有关的意外事件更损失惨重。 石油管 的 安全 性 和可靠 度、寿命和经济 性都关系到 石油 工 业。 格的质量和特性要 求 促使钢铁工业的 发展 为了满足油井管和输送管的性能要求 , 对化学成分、机械性能、治金质量 和尺寸精 度的要求越来越严格 。钢铁 工业一直支撑着 石油 工 业 , 而且是它的基础。 在同 时中，石油 工业的发展也推动 钢铁 工 业 的发展 (油钢管工业 )。举例来说，石油和天然气的输送 提出越来越严格的质量要 求 推动了测线管和输送管发展 。在最近的 30年中，渠道 钢已经变得低合金钢领域和高强度钢以及微合金钢中最有潜力 的而且最重要的 分支 。 在世界上， 钢 管厂是以他们的先进技术而闻 名并备受所有的钢制造业者的关注 。在中国 ,为实现钢管的自己自足 , 政府投资建立 天津无缝 钢管 厂 和 宝钢 ,并引进了当 时的先进外国的设备和技术。 中国的 螺旋钢管 和 大口径直缝埋弧焊 管 的 生产能力在技术改造 之后每年已经超过二百万吨。而且等级含盖了美国石油协会制定的 5 B， 产标准按美国石油协会制定的 5 消费者的补充技术上 的 需求 而定 。 对 螺旋钢管 而言，只有 6家 钢管厂 年产量 超过 133万 吨，钢管直径和管厚分别在 219- 2400毫米 , 产品种类超过 50个品种 。 直到 2003底， 螺旋钢管 的总产 量和销售 量已经达到 八百万吨。 而 大口径直缝埋弧焊 管 才 刚刚投产 年产量 已经超过七十万 吨 , 产品直径和厚度分别在 304从 2001年 到 2003年 ， 总产 量和销售 量总计 三十六万吨。每个钢管生产商已被授权使用美国石油协会标志 ， 而且已经获得 而且得到 由 中国政府发行的工业生产的产品许可证书。 随着 中 国管线钢的迅速发展 ， 现在已不仅 供 给国内市场 , 而且还对外输出数千计 吨管线钢 超过 50个国家。比如 苏丹、印度、韩国、蒙古、美国、意大利 、澳洲、菲律宾人、巴基斯坦、哈萨克 , 等等。 在 1998年 ,苏丹 地 石油发展计划 , 711毫米 1040公里 ； 在 2002年 , 管线 , 610毫米 725公里 ； 在 2003年 ，苏丹 域原油输出管线 , 610毫米 , 725公里。 面对石油 工业的越来越严格的产品 技术 要求，中国的钢管制造业和研究学会正在开发新的产品，以使中国油钢管制造工业复兴 。 目前，输送管 面对 的挑战是天然气输送管道过长，高压， 寒冷的天气，深海，沙漠和地质学灾难。因此，输送管线下列类型需要 发展。 (。 境下 的管线钢 。 防腐能力 的 管线钢 。 构 的复杂管。 管和套管用高表现 不可或缺的高性能的套管和油管被 用于 深井作业和其他 严峻的情况 ： 用超过 的等级的超级 高强度 套管 (同时具有高强度和高性能 )。 困难的点依下列各项 ： (1)使套管与它的超过 题是当今 世界级难题 。 (2)较高 强度的钢难以 改善 它的 坚硬超过 度和可塑性和钢的有黏性成反 比例。因为钻孔机以在 面的 钢管，它 的等级和 用在 性需要 极端地高 ， 这近几年来已经成为 一个焦点。那教英国能源部的科技文件规定给压力管的横 截面 最小的 计算 式 :)= y(10。 一些年以前，深处的油田在中国西部被发现 ， 导致损失 超过 了 一亿元 。 根据分析，螺旋形的裂缝 起因 是由于高的负载和潜在的螺旋管 上 的缺陷 。 固有的缺点或损害对油管和套管 的影响 是不可避免的。它的关键性能 是与 ( y)2有关 ， 即套管是具有较高的强度 ， 和较高的黏性 。 中国石 油协会的研究中心现在正在致力 于油井管的强度和黏性实验 ， 包括改良黏性的方法 。 扩张的套管 可扩张的管状技术是近几年来 一种新的 尖端 的技术。可扩张的套管线在洞中 内部 穿梭，看起来好像包含扩充圆锥体串联而成，液体被抽入 工作线路。水压的压力 强迫圆锥体上升套管 ,借此扩张套管。可扩张的套管包括坚硬的可扩张的套管， 坚硬可扩张的套管的主要用途 依下列各项 ： 小型 地域封闭和高度 淤水 排除 ， 粉碎的 封闭的地域 ， 套管片则 穿孔于套管封隔器 ， 此法 为传统的尾管吊骨和尾管吊骨封隔器维持洞大小。当改善油井生产 时 ， 可扩张的套管新 技术 主要被 用于封闭的粉碎的地域和 撒沙网状组织 的 扩充。 在可扩张套管的产生 之前，钻杆必须以比较小直径管前进到指定区域 ， 然后再深入其中 ,造成一个被 嵌进 的导管。 凭借 钻进期间使用 的 可扩张 管状技术，洞的大小能被 很好的 维护而且 到达的目标有了很好的保障 。 面临 21世纪的挑战 ， 套管与可扩张的能力设计显得势在必行 。 研究员估计的坚硬的可扩张的套管技术 ， 可以大量减少钻进费用 ， 能减少装备领域 费用和水泥，用水量等方面的费用 。 该如何为可扩张的套管选择钢 种 是主要技术之一。可扩张的套管在洞中被扩大 ,即发生了塑性变形损坏。然后是它在恶劣 的环境 ， 腐蚀媒体 的 感应 和外部的外力、内在的压力和腐蚀等 。可扩张的 套管有塑性毁坏的适应能力。在扩充许用范围 、它的机械特性和尺寸精密区 间 上 应该符合美国石油协会标准或其他的有关 的产品 规格。 在可扩张的套管上的研究 已经在中国持续 了 3年 ， 整体而言仍然 停留在实验阶段，并没有投入实际的生产 。 4. 结论 石油管生产正在迅速的 发展。 油井管和 石油和天然气的输送 管 的生产已经达到 一个 较高水平了。 许多新的类型已经被研发，几乎包含的所有的 等级和尺寸。 几乎 所有的 钢 铁 公司、 钢管制造业公司和研究学会正在研发性能优异的钢管，并提供较好的服 务给用户 。 摘 要 钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求量也越来 越大。管材的需要量之所以急剧增长，是因为管子 能用各种材料来制造。而且质量和精度也高。随着钢管的需求量的日益增大，钢管的生产也显得尤其的重要，至此， 这里 先对 切管机这一 钢管 生产 中的 设备做一下介绍。首先，切管机在钢管精整工段中占有很重要的地位。根据钢管产品标准的规定，凡是成品钢管共两端必须切齐整，且切头断面应与钢管中心线垂直。而热轧并经矫直后的管子均达不到上述技术条件的要求，钢管两端往往有裂纹、撕破、结疤和壁厚不均等缺陷，故 需要切头尾。成品钢管按订货要求的定尺或倍尺，还有待处理品的改尺，均需要切断。此外，冷拔冷轧钢管生产时，中间管料和成品钢管都需切断和切头尾。 本设计对钢管固定式 切管机的主传动部分进行原理性设计。包括切削功率的计算，主传动部分的设计和校核等。 详细内容见正文部分。 关键词：钢管 ； 切管机 ； 切削功率 ； 校核 is of It in of a is to by to in to in to is be to to to or of to to to In to on to 119 so 目 录 1 绪论 错误 !未定义书签。 言 错误 !未定义书签。 管机的作用 错误 !未定义书签。 内外切管机的发展状况 错误 !未定义书签。 究内容与方法 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 2 方案选择与评述 错误 !未定义书签。 管机功能原理设计 错误 !未定义书签。 管机的结 构设计 错误 !未定义书签。 3 主要参数选择与计算 错误 !未定义书签。 机容量选择 错误 !未定义书签。 动装置的设计 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 动装置的整体布置 错误 !未定义书签。 动装置的运动和动力参数计算 错误 !未定义书签。 4 主要零件的设计及强度计算 错误 !未定义书签。 带传动的设计计算 错误 !未定义书签。 轮传动的设计计算 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 的设计及轴承的选择 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 承的强度校核 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 的较核 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 5 减速器齿轮轴的应力分析 错误 !未定义书签。 结束语 错误 !未定义书签。 致谢 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 摘 要 钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求量也越来越大。管材的需要量之所以急剧增长，是因为管子能用各种材料来制造。而且质量和精度也高。随着钢管的需求量的日益增大，钢管的生产也显得尤其的重要，至此，这里先对切管机这一钢管生产中的设备做一下介绍。首先，切管机在钢管精整工段中占有很重要的地位。根据钢管产品标准的规定，凡是成品钢管共两端必须切齐整，且切头断面应与钢管中心线垂直。而热轧并经矫直后的管子均达不到上述技术条件的要求，钢管两端往往有裂纹、撕破、结疤和壁厚不均等缺陷，故 需要切头尾。成品钢管按订货要求的定尺或倍尺，还有待处理品的改尺，均需要切断。此外，冷拔冷轧钢管生产时，中间管料和成品钢管都需切断和切头尾。本设计对钢管固定式 切管机的主传动部分进行原理性设计。包括切削功率的计算，主传动部分的设计和校核等。详细内容见正文部分。 关键词：钢管 ； 切管机 ； 切削功率 ； 校核 is of It in of a is to by to in to in to is be to to to or of to to to In to on to 119 so 录 1 绪论 错误 !未定义书签。 言 错误 !未定义书签。 管机的作用 错误 !未定义书签。 内外切管机的发展状况 错误 !未定义书签。 究内容与方法 错误 !未定义书签。 管机在现场的布置 错误 !未定义书签。 究内容与方法 错误 !未定义书签。 2 方案选择与评述 错误 !未定义书签。 管机功能原理设计 错误 !未定义书签。 管机的结构设计 错误 !未定义书签。 3 主要参数选择与计算 错误 !未定义书签。 机容量选择 错误 !未定义书签。 动装置的设计 错误 !未定义书签。 配传动比 错误 !未定义书签。 动装置的整体布置 错误 !未定义书签。 动装置的运动和动力参数计算 错误 !未定义书签。 4 主要零件的设计及强度计算 错误 !未定义书签。 带传动的设计计算 错误 !未定义书签。 轮传动的设计计算 错误 !未定义书签。 速轴与中间轴之间的齿轮啮合 错误 !未定义书签。 速轴与中间轴之间的齿轮啮合 错误 !未定义书签。 轮的润滑 错误 !未定义书签。 的设计及轴承的选择 错误 !未定义书签。 的设计 错误 !未定义书签。 的强度校核 错误 !未定义书签。 承的强度校核 错误 !未定义书签。 速轴上的轴承强度校核 错误 !未定义书签。 间轴上的轴承强度校核 错误 !未定义书签。 的较核 错误 !未定义书签。 速轴上的键校核 错误 !未定义书签。 间轴上的键校核 错误 !未定义书签。 5 减速器齿轮轴的应力分析 错误 !未定义书签。 结束语 错误 !未定义书签。 致谢 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 1 绪论 言 钢管主要用来输送流体 (一般叫做输送管、英文叫“ )和用作锅炉等的热交换器管 (叫做管子，英文叫“ )。 钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求量也越来 越大。管材的需要量之所以急剧增长，是因为管子能用各种材料来制造。 而且质量和精度也高。 钢管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及天然气的钻探开采与输送、锅炉的油水与蒸汽管道、一般的水煤气管道。化工部门一般用管道化方式生产与运输各种化工产品。所以钢管被人们称为工业的“血管”。 钢管作为结构管大量地用于机械制造业和建筑工业，如用于制作房架、塔吊、钢 管柱、各种车辆的构架等。在断面面积相同的条见下，钢管比圆钢、方钢等的抗弯能力大，刚性好，其单位体积的重量轻。因此，钢管是一种抗弯能力较强的结构材料。 钢管还作为中空的零件毛坯用于制造滚动轴承、液压支柱、液压缸简体、空心轴、花键套、螺母以及手表壳等，这既节约金属又节省加工工时。 钢管又是军 队工业中的重要材料，如用于制造枪管、炮筒及其他武器。随着航空、火箭、导弹、原子能与宇宙空间技术等的发展，精密、薄壁、高强度钢管的需求量正迅速增长。 随着钢管的需求量的日益增大，钢管的生产也显得尤其的重要，至此，本文将对切管机 这一生产设备做一下介绍。 管机的作用 首先， 切管 机 在钢管精整工段中占有很重要的地位。根据钢管产品标准的规定，凡是成品钢管共两端必须切齐整，且切头断面应与钢管中心线垂直。而热轧并经矫直后的管子均达不到上述技术条件的要求，钢管两端往往有裂纹、撕破、结疤和壁厚不均等缺陷，故需要切头尾。成品钢管按订货要求的定尺或倍尺，还有待处理品的改尺，均需要切断。此外，冷拔冷轧钢管生产时，中间管料和成品钢管都需切断和切头尾。 其次，在长距离输油气管线建设与维护作业中，管材必须经切管机切断，然后才能使用。 总体上讲切管机的作用是： (1)按合同要求将飞锯、矫直后的钢管切成定尺长度或通常长度； (2)对钢管端而进行加工，使符合技术标准的要求； (3)对有缺陷的待修钢管进行中间切断，切除缺陷部分，钢管改尺 (通常长度或短尺长度 )交货； (4)将飞锯切断的倍尺长度的钢管切成单倍尺长度。 内外切管机的发展状况 管材在机械制造、石油化工、压力容器、民用家电等行业的大量使用 ,促进了研 究设计人员对管材加工工艺方法及加工设备的相关研究。而下料工序是管材加工后续工序的基础 ,通 常采用普通机床 (如车床、锯床等 )来分割管材 近年来 ,切管机床的研制取得了很大进展。 早在上个世纪 六、 七十年代， 我国就已经能够自主研发并生产各种型号的切管机及其辅助设备。尤其是 应城 县，它们生产的 切管机遍及全国钢铁、锅炉、汽车等上百家企业。到九十年代， 由于我国科学技术的发展并不断的 吸收国外先进技术，针对客户不同需求，开发出新一代的高速切管机、 数控切管机等等 。这些新产品已经用于国内主要的无缝钢管生产企业、全国五大锅炉厂、一汽、二汽等汽车行业。 但是和国外的一些尖端设备相比还是有一定的差距的。 国外的切管机的 设计研发工作一直走在我国的前面。现如今像 司已经成功开发出了智能化高速切管机，它将智能化软件应用其中，使的切削过程更加精确化，切削后钢管的质量更高。同时，其切管直径更大，以适应现代化生产的需要。 究内容与方法 管机在现场的布置 为了缩短切管的时间，提高切管机组的生产效率，在两台切管机中心线上的辊道之间再增加一条辊道。这条辊道用来将第一台切管机切头以后的钢管送到第二台切管机的位置，这样可以争取时间，减少在第二台切管机的辊道上的输送的距离。 鞍山钢铁集团无缝钢管厂生产 车间布置见图 机 2 7. 剪切机 图 管机在管材生产现场布置图 究内容与方法 一个正确的设计必须满足两方面的要求即：技术要求 安全可靠，操作和维修方便；经济要求 结构紧凑，工艺性好，效率高，用料少，成本低，寿命长。设计的机械能否满足上述基本要求，是通过正确地选择和设计组成机械的零件与机构来实现 的。 首先要对设计项目进行研究，弄清设计目的、任务和要求，制定设计计划；设计人员还必须充分了解生产过程的现状，特别是薄弱环节。因此要深入实际广泛进行调查 研究，并对工艺方案提出初步设想。工艺方法不同，设计出来的机器也不同，所以工艺 方法的确定，是整个机器 设计的主要依据。对 于 切管机，设计人员经过调查研究，得出了常见的几种工艺方法。工艺方案确定以后，设计人员使着手做一些细致的工作。 下图是产品设计的一般流程图，它说明了产品的整个设计过程，我们将按照其进行切管机的设计计算。 图 品设计流程 2 方案选择与评述 管机功能原理设计 所谓“功能原理设计”就是对所设计产品的主要功能提出一些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能进行原理性设计。功能原理设计的主要工作内容是：构思实现功能目 标的新的解法原理。这里运用功 能原理设计的设计方法 “黑箱法”。 1 切管机的原理方案设计 第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系，见图 箱示 意图 。 图 箱示意图 第二步：总功能分解 （ 1） 总功能分解的依据 机器一般都由五部分组成：即动力系统、传动系统、执行系统、控制和支承系统。其技术过程通常是：原动机传动控制执行机构，而这四部分都安装在支承部件上。为了表示这种技术过程和周围环境的关系，用技术流程图来表示，见图 技术流程图已较清楚地将机器的技术轮廓展示出来了，可直接求得总 功能的解，并为总功能的分解提供了可靠的依据。 1 图 术流程图 （ 2） 总功能分解 将总功 能分解为一级、二级分功能，依次类推，直到可找到相应的原理解为止。 1如图 示。 图 功能分解 第三步：建立功能结构图。首先建立总功能与一级分功能的功能结构图，如图 a） 、（ b）。然后，建立二级功能的结构图。 1如图 c）。 （ a） （ b） （ c） 图 能结构 第四步：寻找原理解法和原理解组合 功能结构图建立后，就可以寻找各功能元的解，然后用形态学 矩阵法对功能元的解进行组合，可得到设计方案的多种解 。 1见表 组合方案数 2333453 3240 考虑到现场的工作要求：高速运转，稳定切削，结构紧凑等原因，对方案进行选择如表 表 理解法及最优解选择 1 2 3 4 5 回转 钢管回转式 钢管固定式 进给 液压进给 电动进给 手工进给 夹紧 液压夹紧 电动夹紧 手动夹紧 能量转换 电动机 柴油机 液压泵 能量分配传递 齿轮 传动 皮带传动 齿轮皮带式 链传动 油泵 制动 带式制动 阐瓦制动 片式制动 圆锥形制动 变速 液压式 齿轮式 液压 管机的结构设计 机床以刀盘旋转管料不转为准则进行总体布局设计。 机床具备以下运动功能 : （ 1） 主运动 :主轴部件刀盘的旋转运动 ；（ 1） 进给运动 :水平和垂直进给步进电机带动主轴箱沿管料周向运动 ；（ 3） 辅助运动 :送料机构送料油缸带动拖板移动实现定长送料 ； 送料机构和夹紧机构的夹紧动块移动实现管料的夹持和定位，见图 图 管机的整体布局 方 案 序 号 技 术 解 分 功 能 3 主要参数选择与计算 机容量选择 已知：切管机输出 两种转速 出n=110r/ 出n=220r/对应切削力 442N 221N 最大切断直径 d=90算并选择电机 （ 1） 选择电动机系列 对无调速要求的机械，应选用感应电动机。考虑到作业现场的工作环境，为防止灰尘、铁屑或其它飞扬物件进入电机内部，故选用封闭式 笼型感应电动机， 列。 （ 2） 选择电动机功率 V 01000 =0110/601000 =s 442N 1 刀具切削速度 ； 刀具的切削功率 传动装置总效率 = 带 齿 2 承 2 按 2表 ： 皮带传动效率 带 =轮啮合效率 齿 =轮精度为 7 级） 滚动轴承效率 承 =传动总效率 =r= = 3附表 40选择 列封闭式笼型感应电动机 ，额定功率转速 1430r/ 列 系列封闭式笼型感应电动机 ，额定功率速 960r/ （ 3） 确定电动机转速 现以同步转速 1430r/ 960r/种方案进行比较，由 3附表 40得 动机数据，计算出总的传动比于表 表 动机方案 方案号 电动机型号 额定功率 /步转速/(r/电动机质量/传动比 1 430 46 出n=110r/n=220r/ 60 63 出n=110r/n=220r/较两种方案可见，方案 2 虽然总传动比较小，但质量和价格较高。考虑机器的经济性和装配，决定选用方案 1。电动机型号为 定功率为 同步转速1430r/ 动装置的 设计 配传动比 根据表 2 i 带 =n=110r/， 则齿轮减速器的传动比 i 减 =i 总 /i 带=13/2=， 传动比较大，所以应采用两级齿轮传动。出n=220r/， 则齿轮减速器的传动比 i 减 = i 总 /i 带 =时为满足切管机的两个不同的工作转速，须有一双联滑移齿轮变速组和一定比传动组组成。为满足最后低速轴大齿轮的尺寸和装配要求，高速轴齿轮传动比应取较小值，暂取出n=110r/， 出n=220r/此可知出n=110r/，低速轴齿轮传动比 i 减 / n=220r/，低速轴齿轮传动比 i 减 / 表 动装置的整体布置 （ 1） 带、齿轮的布置 带传动为摩擦传动，传动平稳，能缓冲吸振，但传动比不准 确，传递相同扭矩时，结构尺寸较大。因此，应布置在高速级因为传递相同功率，转速愈高，转矩愈小，可使 表 动比的分配 i 总 总传动比 i 带 带传动比 速轴传动比 速轴传动比 出n=110r/3 2 n=220r/ 2 传动的结构紧凑。 齿轮传动效率高，传动比准确，稳定，应置于低速级。 （ 2）滑移齿轮的轴向布置 变速组中的滑移齿轮一般宜布置在主动轴上，因它的转速一般比从动轴的转速高，则其上的滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操作省力。为避免使轴产生较大的弯曲变形，通常在传动中将滑移齿轮直径较小的一端尽量靠近轴的支承点。 传动装置的整体布置见图 图 动装置的整体布置 动装置的运动和动力参数计算 0轴 ： 0轴即电动机轴 r=3 动 比 转 速 430 r/0=9550 5503/1430 Nm=20 Nm=04 Nm 1 轴： 1 轴即减速器高速轴 带 =3kw n1=n0/i 带 =1430/2 r/15 r/1=9550 55015 Nm=m=04 N 轴： 2 轴即减速器中间轴 1 齿 承 =n=110 r/ 715/1.5 r/77r/9550 955077 Nm=m=04 Nn=220 r/ n1/715/r/53 r/9550955053 Nm=04 N 轴： 3 轴即减速器低速轴 2 齿 承 =n=110 r/ 477/r/10 r/2=9550 955010 Nm=m=05 Nn=220 r/ 953/r/20r/2=9550 955020 Nm=m=05 N4 主要零件的设计及强度计算 带传动的设计计算 1. 确定计算功率 算功率 根据传递的功率 P，并 考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响 而确定的。即 中： 计算功率，单位为 P 传递的额定功率，单位为 工作情况系数。 已知 P= 查 4表 8得 3=. 根据计算功率 小带轮转速 3图 8定带型为 A 型。 3. （ 1） 初选带轮的基准直径 根据 V 带截型，参考 4表 8表 8取 005 （ 2） 验算带的速度 v 根据 4式 8计算带的速度，并应使 v于普通 V 带 5 30m/s。 v=0 1000 =100 1430/60 1000 =s25m/s 所以带轮直径 适。 （ 3） 计算从动轮的基准直径 i 100=200. 确定中心矩 a 和带的基准长度 里中心矩未给出，可根据传动的结构需要处定中心矩 2（ （ 100 200） 2 （ 100 200） 210600 00定后，根据传动的几何关系，按 48算所需带的基准长度 Ld： Ld 2 （ （ /4 2 400 100 200） /2（ 200 /4 400 据 Ld 参考 4表 8取和 Ld 相近的 V 带的基准长度 选 250根据 计算实际中心矩参考 48有： a (Ld)/2 400 (1250 . 验算主动轮上的包角 1 使包角 1120 1=180 （ a =180（ 200 100） 165120 满足要求。 6. 确定带的根数 z 参考 48z= 中 ： 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，查 4表 8= 考虑 带的长度不同时的 影响系数，简称长度系数，查 4表 8 单根 4表 80= 计入传动比的，单根 38 z= z=3。 7. 确定带的预紧力 考 48，并考虑离心力的不利影响时，单根 V 带所需的预紧力为 00 1） / q 位为 kg/m,查 4表 8q=m； 00 1） /3 = 145N 由于新带容易松弛，所以对自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力为 =0=145= 8. 计算带传动作用在轴上的力（简称压轴力） 安全设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的力 果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似地按带的两边的 预紧力 的 合力来计算。见图 图 轴 力的分析 1/2)=2 3 65 /2) N=1294 N 式中： Z 带的根数； 单根带的 预紧力； 1 主动轮上的包角。 轮传动的设计计算 速轴与中间轴之间的齿轮啮合 输出转速 10r/ 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料、齿数。 （ 1） 按图 动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 （ 2）切管机为一般机器，查 5表 232择 7 级精度。 （ 3）材料选择。由 4表 10择小齿轮为 40质）， 硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240者硬度差为 40 （ 4）选小齿轮齿数 8,大齿轮齿数 z2=28 2。 2. 按 齿轮接触强度设计 由 410进行试算，即 221 /)1( （ 1） 确定公式内的各计算参数值 试选载荷系数 计算小齿轮传递的扭矩 104N 由 4表 10取 齿宽系数 d ，考虑到是金属切削机床，传递功率不大，所以这里取 d= 由 4表 10得材料的弹性影响系数 89。 由 4图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 00齿轮的接触疲劳强度极限 50 由 4式 10算应力循环次数 060 715 1（ 24 360 10） =109 =109/109 由 4图 10得接触疲劳寿命 计算接触疲劳许 用应 力 取失效概率为 1 ，安全系数 S=1，由 410： H 1= =600 540 H 2= =550 06 2） 计算 试算小齿轮分度圆直径 入 H 中较小的值 221 /)1( =3 224 计算圆周速度 v v= 0 1000 =715/60 1000m/s =s 计算齿宽 b b= d 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 8高 h=b/h= 计算载荷系数 根据 v=s， 7 级精度，由 4图 10得动载系数 直齿轮，假设 s 时，为 1 3倍的模数 。 的设计及轴承的选择 的设计 1. 高 速轴的设计 轴径的设计 初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为 45钢，调质处理。根据 4表 1510，于是得： 11 /10 3 715/88.2 虑到现场的工作环境及机器的装配等原因，实际的轴的最小直径应该等于理论值乘以一个安全系数 S， 即 =里取 S= =1 圆整后得 =25即左端轴承配合处的轴径 d=25 当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径所选轴承符合要求。 左面轴承的 校 核 )/()60/(10 16 = 36 ) 6/1 7 2 0 0()7 1 560/(10 =000h 故所选轴承符合要求。 间轴上的轴承强度校核 （ 1）求两轴承 受到的径向载荷 2F 2F （ 2）计算轴承的当量载荷 1= 12因为采用直齿轮传动 ，所以 Y=0。因轴承有中等冲击载荷，按 4表 13 根据表 表 算，并将计算结果置于下表： 表 承载荷计算 1 P2 n 出 =110r/39 N 549 N n 出 =220r/75 N 269 N 载 荷 输 出 转 速 对比两种转速下的轴承受力情况，可见当 n 出 =110r/，轴承受力较大。但当 220r/，轴承转速较高，有可能使轴承的寿命降低而产生失效。所以 校 核时应按照 两种转速下的轴承受力情况分别校核。 )/()60/(10 6 C 轴承基本额定动载荷； P 轴承支反力； n 轴承转速； 为指数，对于球轴承 =3。 n 出 =110r/， 2。 所以 )/()60/(10 16 = 36 ) 0 5/1 7 2 0 0()4 7 760/(10 =000h n 出 =220r/， 1。 所以 )/()60/(10 26 = 36 ) 3/1 7 2 0 0()9 5 360/(10 =000h 综上所述 ,故所选轴承符合要求。 的较核 1. 对于 普通平键，它的强度条件为 p=2T/p 式中： T 传递的扭矩，单位 为 N k 键与轮毂键槽的接触高度 ,k=处为键的高度，单位为 l 键的工作长度，单位为 头平键 l=头平键 l=L,这里 L 为键的公称长度，单位为 b 为键的宽度，单位为 d 轴的直径，单位为 p 键，轴，轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为 里根据 4表 6取 p=100 2. 对于花键，它的强度条件为 p=2T/p 式中： 载荷分配不均匀系数，与齿数的 多少有关，一般取 =数多时取小值； z 花键的齿数； l 齿的工作长度，单位为 h 花键齿侧面的工作高度，矩形花键， h=(2处 D 为外花键的大径， d 为内花键的小径， C 为倒角尺寸，单位为 花键的平均直径，矩形花键， D+d） /2，单位为 p 花键联接的许用挤压应力，单位为 速轴上的键校核 1. 轴与皮带轮 配合处的键校核 带入数值进行计算得： p=p 故安全。 2. 滑移齿轮处的花键校核 带入数值进行计算得： p=p 故安全。 间轴上的键校核 比较 两种转速下轴所承受的转矩，可见当 n 出 =110r/，轴的转矩较大，并以此对其进行校核，此时 T=56070N 带入数值进行计算得： p=p 故安全。 2. 右面齿轮配合处的键校核 带入数值进行计算得： p=p 故安全。 5 减速器齿轮轴的应力分析 利用有限元分析软件 减速器齿轮轴进行有限元分析，了解了其应力和应变的分布情况，确定了其危险部位，为轴的设计和失效分析提供了准确而可靠的理论依据。 1. 应用有限元分析软件 结构分析中，有限元法是应用比较广泛的一种分析方法，因为它可以解决拥有任意的结构形状和边界条件的问题。采用有限元法可以对各种机械结构件进行静态分析、动态分析和固有特性分析。有限元法的基本思想是将问题的求解域划分为一系列的单元，单元和单元之间由节点连 接，利用单元节点物理量通过选定的函数关系可以求得单元内部点的待求物理量。由于被划分出来的这些单元的形状简单，所以由平衡关系或者能量关系就能很容易的建立节点量之间的方程式，进而组合各个单元方程形成总体代数方程，根据边界条件就可对方程式进行求解。采用有限元法有如下优点：缩短设计和分析的周期；减少成本；降低材料的消耗；增加产品的可靠性；可以进行模拟试验分析；可以预先发现潜在的问题；进行事故分析并查找原因。 一种大型通用有限元商业分析软件。它既可进行结构分析也可进行优化设计，具有多物理场耦合的功能，允 许将各种各样的耦合计算施加于同一模型上，可以用于结构的静力分析、动力分析、非线性分析、电磁分析、计算流体动力学分析、设计优化、弹性接触分析等，总之， 能强大，可以应有于结构、热、流体、电磁、声学等多方面。 实体建模采用基于 三维实体描述方法、几何体素以及布尔运算。 计数据访问模块（ 够将 建模型转换到 件中，这样可以节省建模的工作量。 本文的研究对象是某一款减速器的齿轮轴。轴结构是机械设备中常见的重要设备，它本身设计的合理与否影响到 整个设备的安全运行。在过去，一般采用常规的力学方法对轴的结构进行设计，不过这种传统的方法是将实际结构和所受的载荷，根据力学模型进行合理的简化后再进行理论计算的，如果轴的结构有变化复杂的部位，则这一部位的应力、应变分布等规律就不能被完全掌握。减速器的齿轮轴是整个设备的重要部分，由于轴的形状较为复杂，局部有键槽、轴肩等特殊形状，这些部位会出现应力集中现象，如果使用常规的方法，就很难准确了解其应力和应变的规律。 所以我们采用有限元法，运用有限元分析软件 时考虑局部较复杂部位，寻找其 应力和应变分布规律，为该轴的结构设计和安全工作提供详实的理论依据。 2. 有限元计算模型 减速器的齿轮轴选用 45号碳素结构钢制造，因为该材料的机械性能较好，材料的弹性模量为 200109 松比为 服极限为 265料的密度为 7800kg/ 3. 有限元分析 （ 1） 划分单元 在建模过程中，采用 种方法可以根据模型的几何特点，自动将网格划分得疏密得当，实例中单元格选用八节点四面体单元体，采用 元的
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