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切管机
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毕 业 设 计（说明书） 2013 届 题 目 切管机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 教务部印制 I 原 创 性 声 明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的 资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属湖州师范学院。 本人完全了解有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的 纸质版 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权可以将本毕业论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且 第一署名单位为。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为。 论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 管机设计 摘要 ： 切管机主要用于加工各种用途的管件，主要包括各种材料的金属管件，本次设计的切管机所加工的管件主要是直径在 3/8 4之间 ， 完成的工作主要是切 管机中减速箱、滚子、机体等的设计。其中包括确定 设计 方案、传动装置的设计和计算（包括电动机的选择、 确 定传动方案、各轴转速、功率和转矩的计算、传动机构的设计与计算等）。在对上述各项进行了详细的强度校核之后，根据已有的经验公式，确定了各个零件之间的相互尺寸。在最后绘制出了装配图、部件图以及部分零件图 。 本 文 设计所完成的切管机主要用于车间中对管件的切屑加工，对于提高生产效率，减轻工人的劳动强度有着积极的意义。 关键词 ： 切管机 ； 传动 装置； 设计计算 f in s 4of is of so of of of of to as as on in o in V 目 录 第 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 题研究意义 . 1 究课题选择 . 1 状以及发展的道路 . 1 章小结 . 2 第 2 章 确定设计方案 . 3 计要求 . 3 管机的工作参数 . 3 管机的设计方案的确定 . 3 第 3 章 传动机构的设计与 计算 . 5 动机的选择 . 5 择类型 . 5 择转速 . 5 择功率 . 5 定 传动方案 . 5 轴转速、功率和转矩 的 计算 . 8 行传动机构的设计与计算 . 9 计带传动 . 9 杆蜗轮传动的设计与计算 . 10 计与计算齿轮传动 . 12 定齿轮模数 . 17 定蜗轮蜗杆模数 . 18 数 的确定 . 18 第 4 章 结构设计 . 19 轴的最小直径 的 初算 . 20 算各主要传动件的结构尺寸 . 22 角带 轮 . 22 轮和蜗杆 . 22 轮 . 23 的装配工艺设计 . 26 传动轴尺寸的 计算与校核 . 26 度的校对和申核的重要性 . 26 杆轴的尺寸计算与校核 . 26 轮轴的尺寸计算与校核 . 28 轮轴的尺寸计算与校核 . 29 轮轴的尺寸计算与校核 . 30 定减速箱的尺寸 . 31 第 5 章 总结 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 35 附录 图纸列表 . 37 1 第 1 章 绪论 题背景 中国是一个 拥有上下五千年的历史文明的国家。 我们伟大的祖先从原始的石器时代到金属时代，就 能够 进行机械加工 的简单操作的流程 ， 但是其生产的效率和精度在当时的生产条件下都是非常的低下。 追 随着时代 不断进步 的 脚步， 人们在 变换着方法来提高 自己的生活水平和生存条件， 就 是 基于这 一 点 上面 ，机械制造 自动化 的 快速 发展 速度越来越快速 ，一个精度更 加 高、效率更 加 高、成本更 加 低、更加人性化的 时代正在向着人们不断靠近 。中国虽然是 一个丰厚底蕴的 文明古国，但是 和西方 这些 发达 的 国家 比较起来，它 在工业制造 工艺的 方面和发达国家 比较起来 还是存在较大的 差距 ，机械制造 的 技术 是也有很大的差距的 ， 从事机械行业的人都晓得 ，机械制造技术的先进 程度与 加工的精 确 度，生产的效率，以及生产 的成本 多少有着直接的关系 。 随着我国工业及民用建筑的迅速增长，国民经济的发展速度也越来越快 ，金属 管材在机械制造、压力容器、民用家电等行业被大量使用，因此 切管机 在国内很多行业中都被广泛应用， 为了满足机械行业的发展需求，我们必须进一步提高切管机的制造技术 1。 题研究意义 当今这个时代 的 各项技术 的发展速度是很迅速的 ， 尤其是 计算机 的应用 技术 的发展速度也是非常快速的 ，机械制造业 的发展速度也随之得到了很大的进步和提高 ， 它 主要 体现出来的方面有 生产效率 跟随 数控 制造这些 方面 的迅速进步中 也得到了 快 速的 提高 。 数控加工的高精度 对于大多数人来说都是第一个选择 ，但是 使 用数控 加工 等方法来 对金属管材进行 加工 制造 对于一些 规模不大的工厂和 企业来说就有点 不太适合 ， 并且对 资源 的浪费程度也到了一个很高的地步，实在是入不敷出 。 因此 ，本次 毕业设 计 对 根据工厂 平时的实际情况 ，对 原有的 切管技术进行 更进一步的改进 。使 得 本次毕业 设计的切管机 能够拥有 操作 不复杂 、维护 不复杂、 生产 的 成本 少 、生产效率 高，并且能够符合产家要求 等优点。 究课题选择 本次 毕业 设计的切管机 要求达到的目标 主要是 能够 对各种 各样 用途 的 金属管材进行 切削 。本次毕业 设计主要是 把 切管机中 的 减速箱 、滚筒 及 相关的 零件 作为设计内容 。其中 有对于 传动 机构 的计算和设计 ， 总体结构的计算进行校核以及设计。 然后再 通过 计算取得的精确 数据，绘 画出 总体 的 装配图，减速机 的 装配图 ，滚筒的装配图 等 ，接着 又 对 各主要基本 的零 件，绘 画出 了多张 的 零件图 。本次 毕业 设计的切管机 能够使缓解 工人的劳动强度，提高生产 的 效率 这些方面体现出来 。 状以及发展的道路 世界不是一层不变的，它总是在无时无刻的变化着，每天都拥有新的景象。切管机这个行业在国内业也不会排除，很多需要切管机的厂商们都对这个行业的发展趋势产生普遍的关注。 现如今，日本能够在这个领域靠切管机技术获取了大量的利润，就是因为卷筒纸分切机、纸管 2 机设备、切管机的更新发展速度能够遥遥领先，追随者日本的脚步，东南亚四小龙也迅速发展了起来，在生产线的制造和包装机械设备的方面有能够有符合社会需求的新技术，在欧共体中，意大利的生产线更新换代和包装机械设备的步伐远远比其它的国家来得快速。从上面的种种现象看出来更新就是关键！ 更新换代的方式是采取更换局部零部件或关键性部件和关键性技术，从而达到更换一台机组设备的目标，那么更新原包装机械装备或生产线的生产能力也能也能迅速提高。这样 的做法就能够使得大部分零部件、机组的零件获得循环的使用，既能够把设备的原有价值大幅度提高，而且又大幅度减少了成本的需求，使得原材料和所需要的劳动力达到了节省这个目标。 这种发展 的劲头能够体现出切管机 设备 越来越 向标准化、组装化 、 系列化、联机化 、 综合化的标准进步 。整个包装机械 设备的 领域 也慢慢地融入了 民用、军用 的高 技术。 切管机 设备 也能够在越来越 激烈 的 市场竞争 中加快 更新换代和技术改 进的 步伐 2。 章小结 随着我国工业及民用建筑迅速增长，国民经济的发展速度日益增快 ， 管材在机械制造、压力容器、民用家电等行业 被大量使用，因此 切管机 在国内很多行业中都被广泛得应用， 为了满足机械行业元越来越快的发展需求，我们必须要进一步提高切管机的制造技术，积极创新，跟上时代发展的脚步。 本章重点阐述了关于我国现有切管机的真实情况以及本次毕业设计的研究方向和设计意义，而且从多种的相同角度说明了本次毕业设计的新颖独到之处，从目前实际生产运用的情况中可以看到，切管机良莠不齐，而且都存在着不少问题，比如： 1. 割管材直径范围比较小 ； 位不准确、精度比较低 ； 动化程度低； 5 价格比较高。本次 毕业 设计的切管机主要是 能够 对各种 各样的 用途 的 金属管材进行 切割 。本次 毕业 设计的 内容 主要是对切管机中 的 减速箱 、滚筒 及 相关的 零件进行的设计。其中 有对于 传动 机构 的计算和设计 ， 总体结构的计算进行校核以及设计。 然后再 通过 计算过取得的精确 数据，绘 画出 总体 的 装配图，减速机 的 装配图 ，滚筒的装配图 等 ，接着 又 对 各主要基本 的零 件，绘 画出 了多张 的 零件图 。 使 得 本次 毕业 设计的切管机 能够拥有 操作 不复杂 、维护 不复杂、 生产 的 成本 少 、生产效率 和能够符合产家要求等优点。 3 第 2章 确定设计方案 计要求 设计过程中的要求： 1、 切 管机结构要符合实际； 2、 载荷变动小 3、操作时要确保安全； 4、优化设计要用合理的方法 。 管机的工作参数 滚子转速： n=70r/盘刀片直径： a=80工管件的直径为 ： 3/8 4 电机额定功率： i 为 P=载的转速为： N=1410r/天工作： 10 小时 管机的设计方案的确定 本次毕业设计的任务是设计一款操作简单以及生产高效的切管机，因此针对以下的几种提出的设计方案进行比较： 方案一： 锯弓锯断金属管：锯弓 往复的切削运动和滑枕的摆动进给与让刀的运动来进行实现。机器的构造会比较复杂和锯切运动不是连续不断是缺点。如果在加工过程中金属管的直径有较大的相差时，还得更换锯片，由此可见生产效率不是很高。 方案二： 切断刀切割金属管：比如在车床上对管子进行切割，但是车床主轴一般不超过几十毫米，直径较大的金属管通不过去，并且一台普通机床对费用有点耗费。要是使用专门的切管机；它的工作原理是夹紧工件不动，安装在转换的刀架上的两把切割刀，既有进给运动，又有主切割的旋转运动，工作效率高，但是机床的构造会比较繁杂。 方案三： 砂轮切割 金属管：砂轮旋转的切削运动和摇臂向下的进给运动来实现切割金属管。这种机构的构造不复杂，生产效率高，可是砂轮的磨损对费用要求有点高。 方案四： 碾压的方法切割金属管：金属管旋转的切削运动和圆盘向下的进给运动来进行实现。这种方法实现了连续切割，生产效率高，机器的构造也不是很复杂。可是切割时会使管子的切口内径缩短，一般使用的场合是用于管子要求不高的。 4 根据工作参数和结合生产实际， 最终确定在本次设计中选用方案四。 本次确定的方案的工作原理： 切管机 有相应的 一 个 柜式工作台，台面下柜内吊装电动机和减速箱，台面上安装一对滚 筒。按下开关 后 ， 动力的传动是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， 动力传给滚筒，使二滚筒同向旋转 ， 从而带动钢管的旋转，实现切削时的主运动。 单臂式 的 支架 装在 滚筒 的 背后， 有一组 活动 的 螺杆套筒（即螺旋传动机构） 装在 支架上， 切割用的 圆盘刀片 就装在 套筒 的 下 方 。当 转 动手轮，螺母就 会 把刀片 和 套筒 往下 压，直 到 切断钢管。 1234567 8910111213图 2管机机构示意图 5 第 3 章 传动机构的设计与 计算 动机的选择 对 电动机了解 清楚才能 选择电动机 。 出厂的电动机 上面 都 会 有铭牌，电动机的主要技术参数 都在铭牌上 。 所以 ，选择电动机 需要 比较电动机的这些 特性 ，在 这次的毕业 设计 中必须要 选择好电动机的类型 ，转速和功率 。 择类型 选用 结构简单 ，工作可靠，价格便宜，维护方便等 优点的 三相交流异步电动机 是 工业上 普遍的选择 。静载荷或惯性载荷的大在电动机的类型 的 选择时 是主要考虑的方面 ， 切管机不论是 连续工作 ，还是重复短时 的 工作，工作 所在的 环境 都会有很多 灰尘 等方面 。 因此 在本次 毕业 设计中选 用 笼式三相交流异步电机。 择转速 异步电机的转速主要有 3000r/1500r/1000r/750r/种。 选择 同步转速为3000r/电机比较 适合 工作 时 的转速 较高的场合 。 当 工 作机械的转速太低（即传动 结构 的总传动比较 大） 会 导致传动装置的 机构比较 复杂，价格 偏 高。在本次 毕业 设计 的切管机 可 选择 1500r/50r/两种转速 。在一般 工业 中这两种转速的电 动 机 的 适应性 比较 大，应用 性 比较普遍 3。 择功率 合理确定电动机的额定功率 必须要 选择电动机的容量，电动机功率的选择与电动机 的 本身发热量 、工作时间长短 、 载荷大小 等因素 有关， 可是 一般情况下运行发热条件 决定 电动机 的 容量。 所以根据电动机的额定功率 要 大于所需 要的 功率 10%来选 用 电动机。 本次 毕业 设计的切管机 的 电 动 机 的 额 定功率为 P=满载转速为 N=1410r/天工作 的时间为 10 小时，载荷变动小 适合 用 在灰尘多的环境 。 所以选用 的 电动机， 它的 ，同步转速 1500r/ 极 )， 满载转速 r/n ，最大转矩 是 m。 计算切管机的传动比为： 20701400 工电总 定 传动方案 传动方案的 确 定，通常是指传动机构的选择及其布置。这是 紧密关联 的两个方面。 它的 运动 方式基本可以 分为； 传递 的 方式有 ：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等； 轮齿条传动 ， 螺旋传动，曲柄滑块机构 ， 凸轮机构等； 槽轮机构和棘轮机构等； 凸轮机构和平面连杆机构等。 根据设备 工作机构所 需要 的运动 形式 ，载荷的性质以及 设备 的工作 重复 进行 来 选 用 传 动机构。 6 确定一种较好的传动方案 是要在进行 全 方面 分析和 对比 各种传动机构特性的基础上。 原动机、传动 机构 和工作机等三部分组成 了设备的传动系统 。传动 机构 位于工作机 和 原动机之间，用来传递动力 和 运动 的 ， 也 可以 变换 转速、转矩的大小或 变换 运动 的方式，从而 适应工作机 所需 功能 要达到的 要求。整 各设备 的性能、尺寸、重量和成本都 会受到 传动 机构 的设计 的 影响， 所以拟定合理的传动方案 是很需要的 。在本次 的毕业 设计中，已 算出 切管机的 i 总 =20， 如果 用蜗杆， 只需要 一次降速 就 可以达到，其方案如图 3是由于 加工 的管子最大 的 直径为 4，如图 2以两个滚筒的中心 距离 不 能够 小于 108此带动两个滚筒的齿轮外径不能大于滚筒的直径（ 100 如果 取蜗杆 ，蜗轮 0， m=4，则蜗轮分度圆直径 60比同一轴上的齿轮大，按 照 图 3 装配 ，蜗轮将 会 和滚筒相撞， 因 此加大两轴之间的中心距 是很需要的 。这样就 需 要加上一个惰轮，才 能够 解决这个问题，如图 3本次 毕业 设计中，取蜗轮齿数为 0,模数 m=4。由于带传动具有缓冲和过载打滑的特性， 所以 可 以 将 其作为 在电机之后的第一级传动，由于 在这种条件下 齿轮 工作容易产生冲击和噪 音 ，所以 开式齿轮传动不宜放在高速级 ， 故 低 速级 是齿轮传动 的选择 。满足 设备 的功能 需 求 和 尺寸紧凑 、 工作可靠、结构简单、成本低廉以及使用维护方便 这些方面才能使 传动方案 能够达到要求 。经 过 比较 想到的 传动方案，在本次 毕业 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。 图 3轮蜗杆传动方案图 7 图 3轮蜗杆加中间惰轮传动方案图 在确定传动方案后 ,根据 .总的关系 进行 传动比 的分配。 下面对 这个 机构的主要特性进行比较 ,如表 3表 3要的几种传动机构的特性比较 传动装置的结构 ,尺寸 ,重量 ,工作条件 和制造安装等因素 是 传动比进行合理的分配 根据公 式 特 性 类 型 带传动 齿轮传动 蜗杆传动 主要的优点 传动平稳，结构简单，中心距变化范围较大 ,能缓冲并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 :2 4,最大值 6,三角带型 : 2 4, 最大值 7 有张紧轮平型带 :3 5 最值 8 开式圆柱齿轮 : 4 6,最大值 15. 开式圆柱正齿轮 : 3 4,最大值 10. 闭式圆柱齿轮 : 2 3,最大值 6 闭式 : 10 40,最大值100 开式 : 15 60,最大值100 外廓尺寸 大 中 ,小 小 成本 低 中 高 效率 平型带 角带 式加工齿 式 式 式 锁 8 可知 ， 当传动的功率 P 一定时 ,转速 n 越高 ,转矩 T 就越小 ,对 传动比的分配 要谨遵 ”降速要先少后多 ”.， V 带传动的传动比不能过大， 不然 大带轮半径超过减速器的中心 会过 高，造成尺寸不 一致 ， 还 给机座 的 设计和安装带来 问题 ，又 由于 齿轮在降速传动 的过程 中 ， 如果降速比 过 大 ， 就会使被动齿轮直径过大 ,而增 大 径向 的 尺寸 ，还会由于 小齿轮的齿数太少而产生根切 的情况，然而 其在升速传动 的过程 中 ， 如果 提 速 比较 过大 ，就会 容易引 发剧烈 的噪音 和 震动 ， 造成传动不 稳定从而 ,影响设备 的工作性能 ，因 此 ， 各 个 机构的传动比分配情况如下 : 211 502i 513 5150214321总 . 注 :传动系统 中的 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 . 轴转速、功率和转矩 的 计算 查表得： 取 960.带， 720.涡， 齿， 990.滚（一对滚动轴承的效率），根据公式： 12 2 1 2 1, 9 5 5 0 ,n N T T T 及(3 可知各轴的转速为： 1 1 1400 1 1 6 . 7 r / m i 2nn i 电2 1 2400 2 3 . 3 r / m i n 1 . 2 5 0i i 电 2 31400 1 5 . 5 r / m i n 1 . 2 5 0 1 . 5i i i 电4 1 2 3 41400 7 0 r / m i 2 5 0 1 . 5 1 / 4 . 5i i i i i 电 各轴的功 率为： 1 . 5 0 . 9 6 1 . 4 4 K 电 带 1 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 9 1 . 0 3 K P 涡 涡电 带滚 滚22 1 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 4 0 . 9 9 0 . 9 6 K P 涡齿 电 带 齿滚 滚23I V I I I 231 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 4 0 . 9 9 0 . 8 9 K P 涡齿 电 带 齿滚 滚 各轴传递的转矩为： 1 . 59 5 5 0 9 5 5 0 1 0 . 2 3 N 电电 电 9 11 1 0 . 2 3 1 . 2 0 . 9 6 1 1 . 7 8 N i 电 带12I I 1 2 T T i T i i 涡 涡电 带滚 第三轴， 由于 过渡齿轮（惰轮 ）的关系 此轴不承受转矩，只受弯矩， 而且 它是一根心轴。 1 2 3 4 23 T T i i i i 涡电 带 齿 滚419 9 2 将以上各数据制成如表 3示的表格： 表 3轴的计算结果 轴号 电机轴 传动比 i 0 (r/1410 0 功率 P(矩 T（ N m） 带轮直径和齿轮模数确定 下来 后 ， 两带轮直径之比就等于实际 的 传动比 也可以是 两齿轮齿数之比， 计算的 结果可能与 上述表格计算的数值 出现不一致 的状况 。当 。 蜗轮的材料为 为砂型铸造 (1)初选 /值 当量摩擦系数设 m/s7m/s4 由查表取最大值 11 21z 7201 (2)中心距的计算 蜗轮转矩 7 2 4 5720507 0 0441610559610559 11112 .使用系数查表得 k 转速系数 87 0 0()18( 8/18/12 nZ 47 寿命系数 131612 00 025 00 06 25 00 0 n 11 61131 .Z n 接触系数由查表得 接触疲劳极限由查表得 M p H 接触疲劳最小安全系数查表得 中心距 9) 7(7 0 7 2 4 33m i nm i 2 （ 3） 传动基本尺寸 蜗杆头数由查表得 11 21 1 0 025012 1002 z 模数 310017071417141 /).() a / z.(m a 蜗杆分度圆直径 020 11 ./ 蜗轮分度圆直径 蜗杆导程角 103432t a n 11 /m / 蜗轮宽度 2 )()md.m( m / 0 0607 0 0341431 0 0 060111 .)/(.)/( 相对滑动速度 m / o s/o s/1 （ 4） 计算齿面接触疲劳强度 许用接触应力 M P 3312 5 6131750 m i nl i m . M P 51 707 07 2 45118521 47 33 2 .105r r 倒圆直径，查
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