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哈尔滨技术学会日报 （新系列） 发电站水煮容器中的弯曲管所用的有限元素和实验分析 赖一楠 于浩楠 刘献礼 于延民 (哈尔滨科学技术大学机械学院 力量工程系 中国哈尔滨 150080 邮箱 摘要： 联合计算机模拟、理论上的分析和实验 为发电站水煮容 器 中的弯曲管提供程序 中扮演重要角色的寒冷的弯曲管 ，比如 椭圆度， 壁 厚 和 设备的驱动力比 . 实验在哈尔滨煮器工厂进行 错误是在 5%以内 ,实验已经示范了达成这一个系统的结果以及更有用和更经济的超过试验的那些生产方法它大量使用计算机模拟减少生产费用 ,效果比 许多 实验要好 主要文字 : 冷的弯曲管 ;圆度 ;稀薄比 ; 件密码 A 文章地址 1005008)02曲管的方法已经广泛地被应用在煮器和压力船制造业的领域中汽车工业、航空，航空宇宙制造业，船舶制造业等等以 上研究有 显示弯曲过程的寒冷能提高其降低强度的 20 一 30的力量以及收据控制的成熟技术使它 自然成为使用弯区 控制的寒冷 工作母体 然而，弯曲管的程序非常复杂，因此 ,计划的程序以分析的解决为基础传统的错误法方法不能够解决生产的需要以及可能引起在时间和财务上的浪费 ,随着计算机科学的发展和 法我们大量地使用 复杂的程序分析的通常软件 是能实现的 . 软件 来模拟那 寒冷的管弯曲程序弯曲模拟制度的圆形管被建造为了要预测被驱动力而且有效 地形成质量 高的设备，像椭圆度 ，墙壁的稀薄比我们也已经给实 验的确认 1 冷弯曲程序的摘要 经常地有三管弯曲方法：推动方法，磨擦方法和绘图方法。绘图方法在图 1中显示 风扇形状的模子 是通过十字架形状的钥匙替换和固定在设备上的 , 固定的螺钳被螺丝固定在风扇形状的模子上而且通过螺丝钳连接可动装置然后管的末端旋转的限制 位置和所有的其他模子的替换来实现 寒冷管的弯曲。 图 1，管弯曲的过程 质量是最重要的一项评估弯曲管的程序通常，非理想毁坏在弯曲之后发生了。 (如图 2所示 ) 图 2，管弯曲的形状 管的外侧面 时管的内部侧壁 被设计了的管的外部直径，这部分图表表示了这部分形状从圆形到椭圆型， 以及墙壁的厚度的不均匀， B 是短轴， S 是理想的墙壁厚度，而且 S 是最小量， S 是最大值，椭圆度a=（ A B） /X 椭圆比 b=（ S ,厚度比 C=(S)/S 随着煮器的功能的提高，弯管接头的能否符合更高的要求以及 设备是否在受驱动力下充分旋转是一个很重要的问题，我们尽可能的预测设备的驱动力来达到高质量和效率，我们可以制造更好的产品来获得更高的利益 2 模拟系统 的结构 冷 弯曲过程 是最复杂的包括大的塑性破坏，大的位移，非线形连接的分析，所以我们使用 件和它的非线性分析方法建立一个圆形管道弯曲模拟系统来有效的预测驱动力和成型质量 2 1预加工：模型 考虑模型的结构的对称、负荷和限制，我们建造分析模型减少了一半的计算时间而且 数设计语言用来输入尺寸和和材料的参数，确认哪个是可以再 次使用的记录文件，几何学的模型如图 3显示 在 性分析，与管道比较，风扇形状的模子的破坏，固定的螺丝钳和 可动加紧装置是比较小的可以忽略不计 ， 所以我们拿硬的或者软的管子用图 3，管弯曲的几何学模型 们使用三个双向连接，扇型模子的表面是目标元素，管子的附加联络元素是 面的位置是 子表面的夹紧是 连接硬件可达到 00就可以得到很好的精密和很高的效率 决 ;应用负荷 在弯曲管的模拟程序中 ,大的非线性塑性破坏已经被 而且多步骤的负荷控制大 的破坏 ,有人预言 ,自动过程将被加速应用 ,飞行员也用来控制身体的运动 ,我们强迫管子的移动然后代替 斜坡夹紧的模子 ,再旋转之后 ,一个卸货步骤被执行去掉夹紧和空隙 得到结果 在计算合成之后 ,解决问题需要以下步骤 : 1） 动态的展示弯曲管的过程： 由于这个功能，我们可以动态的展示管的弯曲过程，并且将其储存，我们可以只选择管子而不是模子以便更清楚的观察管子的破坏， 2） 得到模子的作用反力， 在 力大小，和移动加紧力的大小。 3） 计算质量参数：薄的切片可以帮助我们得到部分的毁形状， 在任何位置可以画出压紧力和变形，我们也可以使用几何方法检查来得到每个环节的数据，然后计算质量参数，比如墙壁厚度，椭圆比， 变稀比，厚度比等等 3 实验和模拟之间的比较 为了实验 验被安排在了哈尔滨煮沸工厂用两种管子来做： 管 A：直径 168 毫米，墙壁的厚度 30 毫米，弯曲半径 400 毫米，材料 20 G 管 B：直径 141 毫米，墙壁的厚度 25毫米，弯曲半径 350 毫米，材料 20 G 3 1比较模子的作用力 来自模拟的管 A 和 B 的瞬间弯曲被显示在图 4中 图 4，弯曲时刻的图表显示 载入程序时间在 2点，完成时间在 6点，卸载程序时间从 6点到 7点，从每一条单一的曲线上我们能可以看到 弯曲的时刻从一开始很快增加到一个很高的水平，然后弯曲的的增长开始变慢，这就使得主要的压力分界点集中在弯曲的初始阶段， 而且这与（ 6）中的判断一致，每条曲线最大弯曲时刻出现在最大破坏处， 这个结果与实验者的预测一致。 这很清楚的表明管 需要更高的驱动力，这个结果使我们可以更适当的来安排设备。 模拟管 中显示 图 5，椭圆度的图表 很明显是 1800的弯曲管最大椭圆度不是我们通常想象的在 90上，而且真正的连接位置对弯曲半径是一个扩充，模拟错误是在 不同的模拟实验中占的百分比不同，表 1显示了个部分的比较。 外部墙壁的变薄是最严重的缺点，通过模拟，我们可以预测变薄的位置，然后决定时候需要尽快改善，在图 6中显示了整个管外部墙壁的变薄情况 表 1 实验和模拟的椭圆度的比较 图 6，变薄比的图表 从中我们可以看到管 最初的弯曲部分已经在压力的作用下发生了大的塑性破坏。表 2展示了模拟和实验之间变 薄的对比情况 表 2，实验和模拟的变薄比的对比情况 。 以模拟管的弯曲力和质量参数误差在 5内，考虑到获得数据和真正因素的冲击的简单方法，我们 可以接受和使用它因为设备的表现和质量预测能获得比实验 生产 更高效的结果。 4 管的弯曲上的进一步研究 数字模拟不仅能预测设备的功能和弯曲管的过程质量，而且可以 也可以发现一些程序影响因素，这会帮助我们将程序做到最好来采取改善的措施，然后我们将讨论最佳的回转速度和背面的推力 4 1 回转速度的冲击 金属的塑性破坏一定 伴随着 速度的破坏，所以回转速度关系到管子的弯曲质量，我们将弯曲不同速度下的相同管子 ： 0.4 s， 1.0 s 和 s 比较他们的椭圆度 其结果显示在图 7中 图 7，不同回转速度下的椭圆比 显然我们使用越高的速度，使管变形的时间就会越短，这样将不利于我们得到高质量的管，这就建议我们减慢速度会有益与质量， 4 2 背部力量的冲击 在实际生产中，背部受力总是可以得到更好的质量，在这里来模拟，（如图 8所示） 我们能见到 在管的最后使用了大的推力，我们就会得到更高的质量，但 是这个影响不是很显著，在模块化的模拟中我们已经忽略了可逆破坏结构的影响，如果这个结构被采取，正如当真正生产时，材料会流动到结构的缝隙中，这会 非常有益于质量参数，除此之外，在推力被应用以后，回转的时间就会大大减小，那对大管的弯曲是很重要的。 图 8，不同推力下的椭圆比的比较 5 结论 一个 如椭圆比，侧壁的变薄比 和设备的驱动力，计算机将模拟计划和使计划被预测，与实际生产做比较，模拟的方法被证明比通过试验 参考： （ 1） 罗 模占驼罗（ 印度的一个神教， ）松紧带 交易在印度的金属学会进行， 2005， 58 (2)：461 466 （ 2） 自应力加工中的厚壁弯曲管，国际机械学会的记载 246(11) 1675 1696 （ 3） 贝克 何学在攀爬 900的失败中具有影响力 ，用开始的状态给弯曲管增压了，国际压力管道 ， 2005， 82，（ 7）： 509 4） 赖一喃 张光欲 于好喃 。数字的模拟和旋转的弯曲管的最佳设计 提供了材料和技术。 2008。 10172 （ 5） 魏施 弯曲管的做 图制造技术的数字分析，力量工程学。 2003， 19（ 4）：89 6） 胡中， 对当地的用感应加热一个大的半径厚壁管的弯曲进行研究。中国机械工程。 1998， 9（ 3）： 19 接收 2006据哈尔滨科学和技术局 (授权号 2007 黑龙江省对外贸易部赞助 (授权号 11511069) 河北建筑工程学院 毕业实习报告 系 别 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机 081 姓 名 田敬东 学 号 2008307118 指导教师 孙有亮 实习成绩 毕业实习报告 一、实习目的 毕业 实习是工科本科学生的一个很重要的实践性教学环节，同时也为本科学生今后的毕业设计做了一个很好的铺垫。其任务是根据机械设计制造及其自动化专业的培养目标，组织学生参观相关的机械企业或部门，培养学生重视实践、增强理论联系实际的观念，深入调查研究、拓宽视野、增强面向人才市场、服务于社会的观念。其目的是使学生对实践生产有一个基本的了解和认识，能够做到理论联系实际，扩展自己的专业知识；同时专业实习也能很好的锻炼和培养大学生的业务能力及自身素质，使当代大学生养成吃苦耐劳的精神，并 且能够让学生提前接触社会、了解产业状况、了解基本国情，逐步实现由学生到社会人才的转变，最重要的是培养了学生初步担任工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能、体验企业工作的内容和方法。 我们这半学期的主要任务就是进行毕业设计，把我们大学四年所学到的机械知识理论联系现实生产需求进行综合应用。这样既可以进一步巩固所学的理论知识，又对即将走向的工作岗位作一次实战性的演习。因此这次毕业设计对于我们这些即将走向工作岗位的大四毕业生来说是很重要的。 为了给毕业设计做好充足的准备， 毕业实习便成了一个不可缺少的环节。 二、 实习内容 本次毕业实习我们先后参观了三个工厂，分别是张家口大力神锅炉制造有限公司，张家口大镜门铣床厂和北京 鹿牌都市生活用品有限公司。 张家口大力神锅炉制造有限公司始建于 1960 年 4 月，经营范围； B 级锅炉及其辅机制造，销售，一 ,二类压力容器设计 ,制造 ,销售 ,炼钢转炉汽化冷却烟道制造 ,销售。年生产工业锅炉能力 1500 蒸吨。公司占地面积 148 亩，总资产 员工 600 余人，公司产品已发展为：燃煤，燃油（气），电加热和特种锅炉 5 大系列 13 个品种 110 个规格的大力神牌锅炉以及各种规格炼钢转炉汽化冷却烟道和一，二类压 力容器。 市场份额尤以华北、西北、东北为重。并相继承担了大批国家重点项目的建设，闯出了一片属于大力神的蓝天。大力神锅炉以其高效、节能、安全、可靠的特性，创出了河北省锅炉业唯一的名牌产品 。 今天的气温很低又是刚下过大雪，皑皑白雪中参观锅炉厂也是别有一翻滋味。很幸运的是我们第一个见到的便是和我设计课题有关的管子除锈机。显然我们见到的这台机器已经被遗弃了，它是唯一一个在室外的设备，已经很久没用过了。孙老师把我叫到身边，仔细的讲解。 简易管子除锈机的基本结构和除锈原理：简易管子除锈机一般由 机械动力头、机身、传动机构、工 作装置等组成。除锈原理也较为简单，将管子固定在机身，通过动力机构带动其旋转，工作装置利用摩擦的原理即可对管子完成快速而简易的除锈。 常见的金属管子除锈方法及其特点：（ 1）摩擦除锈及本次设计所采用的方法，成本低，操作简单，除锈效果因设备不同而差异较大，噪音和粉尘问题突出。（ 2）喷丸除锈，可以有效的清除金属表面的氧化皮，锈蚀，旧漆膜等杂质。（ 3）化学除锈， 化学清洗虽然能使表面达到一定的清洁度和粗糙度， 但其对环境的污染问题较为严重，影响工人健康。 我本次要设计的简易管子除锈机采用的是物理除锈原理，和看到的机器原理相 同，所以我很仔细的对其观察，尤其是工作装置，即除锈的装置的部分。两个半圆弧状的工作装置将金属管子包容起来，两个支撑轮和一个砂轮与管子接触，砂轮与管子的接触力可以用手摇臂进行调整，工作装置被固定在轨道上可以左右移动，这样就可以完成管子的除锈工作了。遗憾的是我没有看到这个除锈机的工作状态，但可以想象的是，除锈时噪音巨大，也没有防尘设备，污染应该较为严重，由于工作装置是手动操作，其工作质量也应该一般。以上问题在我的毕业设计中应该加强改善。 之后我们又参观了几个车间，看到设备有：液压弯管机，数控切割机，剪板机，以及 各种机床。当遇到和同学门毕业设计有关的设备时，孙老师就会专门给学生进行认真的讲解，使我们对自己的设计内容有了更进一步的了解。 第二天，老师带我们来到了张家口大镜门铣床厂。 该厂是机械制造专业厂家， 1954年公私合营后不断发展壮大，现有职工 700 余人，各类专业技术人员近百人，占地面积 5 万平方米，各种机电设备 200 多台，各种工种齐全。 近年的主导产品有 ： 1、 63W 万能铣床； 2、 列梳毛机 ；（ 主要用于毛线、呢子布，无纺布的加工 ） 3、火花机床 ；（包括 要用于模具加工 ） 4、金属丝网机 。今天我们参观的设备是拉床，这是我第一次见到拉床， 拉床是用拉刀加工工件各种内外成型表面的机床。拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。按工作性质的不同，拉床可分为内拉床 、 外拉床 、连续拉床、侧拉床等等 。拉床一般都是液压传动，它只有主运动，结构简单。液压拉床的优点是运动平稳，无冲击振动，拉削速度可无级调节，拉力可通过压力来控制。 我们本次实习的最后一站是 北京鹿牌都市生活用品有限公司，该公司创建于二十世纪六十年，经过几十年的艰苦创业，今 天的北京鹿牌都市生活用品有限公司已经发展成为中国保温瓶容器行业工艺装备最先进，销售最大，品种最多，质量最好，效益最佳的大型企业，同时也是全球真空玻璃家庭用品最大制造和销售企业。主要产品包括玻璃系列保温容器，不锈钢真空保温容器，迷你型家用饮水机系列，酒店及快餐用品，生物工程技术，转基因产品。公司在境内拥有多家经销公司和分公司，既有精良的生产体系，又有完善而庞大的营销网络。产品畅销中国各地，远销亚洲，欧洲，非洲，美洲，所属的五十多个国家和地区，年创汇达 800 多万美元。鹿牌商标在 40 多个国家和地区进行了注册，鹿牌 保温瓶还被国外用户亲切的称呼为“中外人民友谊象征的及其珍贵的礼物”。 三、实习结果 通过这次的毕业实习加上老师在实习过程中的现场指导，使我对自己要设计的课题加深了认识，但是还有许多方面自己还不是特别的清楚，有些疑问，所以在实习回来以后我又在图书馆上借阅了两本有关 机械设计 方面的书，一本是机械工业出版社出版的 机械加工设备 ，另外一本是化学工业出版社出版的 机械设计手册 ，通过这两本书加上这次的实习使自己对课题的认识又加深了一步，相比较以前的认识上升了一个高度。当然了有许多实习中没有了解到的东西，而书上又不能找 到，在咨询了老师并在网上查阅了大量的文献资料后，都逐渐的了解了。在中国知网上我搜集了一些资料，对新型除锈设备有所了解，尤其是多功能除锈机，不仅可以完成除锈工作，也可以对管子进行校直，自动喷漆等。一些简单而实用的装置很值得我在本次设计中借鉴，比如电动钢丝刷，丝钢传动等。设计是一个逐步的过程，只有把现在的设计做好，才能进一步的去设计更好的东西。 在参观实习之后，对设计又一个初步的认识之后，这对以后的设计有一个整体的促进作用，总之这次实习的意义还是很大的。 四、实习总结 通过这次的参观实习也培养了我们分析问题与解 决问题的能力，以前总是在学习现成的东西，这方面的能力还是比较欠缺的，尤其是在解决问题方面，遇到问题总是不加思考就匆匆放弃，这对于设计人员是一大禁忌，这也严重的妨碍了我们创新的能力的发展，要创新就必须学会独立思考，只有学会了独立思考才能会使自己的东西与别人不同，才能用另外的方法独辟蹊径的解决存在的问题。对于自己设计的课题我想创新应该也是主要解决的问题之一，我们参观的机器已经有些年头了，我们可以借鉴其基本的东西，但是也要有自己的东西，因为如果还是照搬照抄，那也就失去了毕业设计的意义了，总之这次毕业实习使我受益匪 浅。 河北建筑工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 简易管子除锈机设计 系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机 081 班 学生姓名： 田 敬 东 学 号： 18 指导教师： 孙 有 亮 开题时间： 2012 年 3 月 23 日 课 题来源 导师课题 课题类别 工程设计 一、论文资料的准备 经过一段时间的准备，我通过实地参观实习，查阅书籍，上网搜索以及和老师，同学们的交流，获得了一些关于本次毕业设计的一些资料： 在机械制造业的实际生产中，经常会用到一些金属管子，而管子生锈便成了不可避免的问题，生锈的管子会使在生产中面临很多问题，比如管子的焊接、安装，甚至会影响到设备的工作，使得其工作效率降低，增大能耗，影响产品生产质量，甚至带来生产安全隐患。所以在管子使用之前对其表面进行除锈工作是很有必要的。此时一台简易而 又高效的管子除锈机便可解决这个问题。 2常见的金属管子除锈方法及其特点：（ 1）摩擦除锈及本次设计所采用的方法，成本低，操作简单，除锈效果因设备不同而差异较大，噪音和粉尘问题突出。（ 2）喷丸除锈，可以有效的清除金属表面的氧化皮，锈蚀，旧漆膜等杂质。（ 3）化学除锈， 化学清洗虽然能使表面达到一定的清洁度和粗糙度， 但其对环境的污染问题较为严重，影响工人健康。 易管子除锈机一般由 机械动力头、机身、传动机构、工作装置等组成。除锈原理也较为简单，将管子固定在机身，通过动力机构带 动其旋转，工作装置利用摩擦的原理即可对管子完成快速而简易的除锈。 由于使用的除锈机是物理除锈方法 ,即利用摩擦的原理进行除锈 ,所以就会难免带来噪音 ,灰尘以及工作效率低 ,除锈效果差等问题 尽量减少相应的问题 . 除了自己搜集了一些相关资料外 ,老师也带我门参观了工厂 ,见到了真正的管子除锈机。这台机器给我的第一印象是笨重，陈旧，和我想象的完全不同。我的设计题目是简易管子除锈机，而且管子的除锈原来也很简单，所以我认为除锈机 的体积可以做的更小一些，这样不仅可以完成除锈任务，也可以节省材料，降低成本，提高企业收益，符合中央提出的建设节约型社会的要求。通过仔细观察还是发现了一些细节问题，也是需要在以后的设计中特别注意；由于工作环境恶劣，一些杂质会污染工作导轨，可能会造成工作装置工作阻力增大，影响导轨精度，带来大的噪音，降低除锈效率，因此在设计中还应该注意导轨防尘问题。 二、本课题的目的（重点及创新点） 毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节，是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培 养学生综合运用所学的理论知识和技能，提高分析与解决实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法；培养学生懂得工程技术工作所必需的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风；培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤，掌握常用工程材料的性能和选配能力。尽快完成学生到工程技术人员的过渡。 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制 及编写技术文件的能力 4重点：本设计主要包括总体设计，机械传动装置设计和工作装置设计。 5创新点：工作装置可以采用丝杠传动，使得除锈工作更加平稳，均匀。因此设计中因更加注意丝杠的设计选择和布置。设计因满足实际生产需要，尽量使各部件的布置更加紧凑，减小体积，降低成本。所以在对已有的除锈机的基础上，进一步改 善工作装置。 三、主要内容、研究方法、研究思路 本毕业设计课题任务的内容： 管子除锈机 是 用于金属管子除锈的专用设备。主要由机械动力头、机身、传动机构、工作装置等组成。 本设计是在 机械动力头的基础上， 增加适当的零件，实现 金属管子机械化除锈工作 ，达到成本较低、结构合理、劳动强度低、效率高的目的 设计方法：以设计任务书为基础，结合翻阅，查找工具书，比较各种管 子除锈机设计方面的优点及缺陷，在设计时借鉴和注意。 研究思路： 该机主要由机架、电动机、变速机构、主轴、钢丝刷、管子夹紧机构等组成。 步骤可以分为：总体设计 ，电动机的选择与计算，减速器参数的选择和计算，直齿轮圆柱齿轮的设计和轴的设计与学校核。其 中核心装置钢丝刷其特征是固定于支撑架的支撑机构从被除锈管道的两侧相对成抵于被除锈管道的外周，将固定于支撑架中间的组电动钢丝刷支撑，使电动钢丝刷的刷丝压在被除锈管道外周上，示意图： 四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 完成毕业实习报告、开题报告 。 设计任务分析与总体方案的确定 。 实施设计、计算、绘图、实验 。 进行计算机仿真样机和优化设计 ，并编写设计说明书。 毕业设计（论文）答辩及成绩评定。 五、主要参考文献 【 1】 董刚 李建功 潘凤章主编 三版）北京：机械工业出版社 1998 【 2】成大先主编 北京：化学工业出版社 1997 【 3】蔡春源主编 北京 ：机械工业出版社 1997 【 4】徐灏主编 北京：机械工业出版社 1995 【 5】朱喜林 张代治主编 北京：科学出版社 2004 【 6】雷天觉主编 北京：机械工业出版社 1990 【 7】孙桓 陈作模主编 六版）北京：高等教育出版社 2001 【 8】王爱玲主编 北京：国防工业出版社 2003 【 9】齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著 蜗杆传动设计（上、下册）北京：机械工业出版社 1987 【 10】齿轮手册编委会编著 齿轮手 册（上、下册） 北京：机械工业出版社 1990 【 11】现代机械传动手册编委会编著 现代机械传动手册 北京：机械工业出版社 1995 【 12】郭爱莲主编 经济日报出版社 1991 【 13】袁任光编著 北京：机械工业出版社 2002 【 14】饶振纲 王勇卫编著 北京 :国防工业出版社 1990 【 15】陆玉 何在洲 佟延伟主编 三版）北京：机械工业出版社 1999 指导教师意见： 指导教师签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系领导签名： 日期： 系盖章 课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他 课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。 毕业设计（论文）完成进度计划表 序号 起止日期 计 划 完 成 内 容 实际完成情况 检查人签名检查日期 1 成毕业实习报 告、开题报告 2 计任务分析与总体方案的确定。 3 施设计、计算、绘图、实验。 4 行计算机仿真样机和优化设计 ，并编写设计说明书 。 5 业设计（论文）答辩及成绩评定。 指导教师批准，并签名： 年 月 日 摘 要 这篇毕业设计主要阐述的 是管道除锈 机 的设计， 管子 除锈 是管子 使用 前的一项重要工序，尤其是在 钢管使用后非常有必要对管道进行除锈。这对钢管的使用寿命有着很重要的意义。 本设计方案是：该机主要由机架、 电 动机、变速传动机构、主轴、 钢丝刷 、 圆盘 机构 等组成。 除锈 由电机带动，通过 普通圆柱 蜗轮蜗杆减速器 来减速 。 蜗杆传动是用来传递空间互相垂直的两项错轴之间的运动和动力的一种机械传动形式。 由于蜗轮蜗杆传动可以实现自锁，传动比大，噪音小的原因，所以选择蜗轮蜗杆传动。 现有的除锈机， 其体积大，不宜搬动， 而且 把管道固 定在机床上后，需要人力用砂纸打磨，一般总共需要 3人来工作。耗费人力不说，并且工作环境非常恶劣。 本设计是在 机械动力头的基础上， 增加适当的零件，实现 金属管子机械化除锈工作 ，达到成本较低、结构合理、劳动强度低、效率高的目的 。 本设计需要 明确设计任务，由相关的任务书和工具书确定设计的传动方案为机械传动。由以知条件，可计算出工作力和工作速度。选电机，拟定两级减速 的各个传动比，确定各级减速的输入输出功率、转速、转矩。其次，查找主要技术参数，明确设计原则，由相关的公式进行轴及各类零件的强度，稳定性及寿命的校核计算 ；进行机架的设计，包括床身，加紧装置形式的明确和对其强度，刚度，稳定性的校核计算。最后，全面分析设计结果是否符合设计要求，完善各个细节。 关键词： 除锈 机 普通圆柱 蜗轮蜗杆 减 速器 圆柱齿轮减速器 夹紧机构 螺杆 is a of on is an of in is it is to a of is by by by to is to a of As to be is in a -4 to is in on of in of a of to by we of of at of a by of of of up of a of of in 河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计（论文） 题 目 简易管子除锈机设计 学 科 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机 081 姓 名 田敬东 指 导 教 师 孙有亮 辅 导 教 师 摘 要 这篇毕业设计主要阐述的是管道除锈机的设计， 管子除锈是管子使用前的一项重要工序，尤其是在钢管使用后非常有必要对管道进行除锈。这对钢管的使用寿命有着很重要的意义。 本设计方案是：该机主要由机架、电动机、变速传动机构、主轴、钢丝刷、圆盘机构等组成。 除锈由电机带动，通过普通圆柱蜗轮蜗杆减速器来减速。蜗杆传动是用来传递空间互相垂直的两项错轴之间的运动和动力的一种机械传动形式。由于蜗轮蜗杆传动可以实现自锁，传动比大，噪音小的原因，所以选择蜗轮蜗杆传动。 现有的除锈机，其体积大，不宜搬动，而且把管道固 定在机床上后，需要人力用砂纸打磨，一般总共需要 3人来工作。耗费人力不说，并且工作环境非常恶劣。 本设计是在 机械动力头的基础上， 增加适当的零件，实现 金属管子机械化除锈工作 ， 达到成本较低、结构合理、劳动强度低、效率高的目的 。 本设计需要明确设计任务，由相关的任务书和工具书确定设计的传动方案为机械传动。由以知条件，可计算出工作力和工作速度。选电机，拟定两级减速的各个传动比，确定各级减速的输入输出功率、转速、转矩。其次，查找主要技术参数，明确设计原则，由相关的公式进行轴及各类零件的强度，稳定性及寿命的校核计算 ；进行机架的设计，包括床身，加紧装置形式的明确和对其强度，刚度，稳定性的校核计算。最后，全面分析设计结果是否符合设计要求，完善各个细节。 关键词： 除锈机 普通圆柱蜗轮蜗杆减速器 圆柱齿轮减速器 夹紧机构 螺杆 is a of on is an of in is it is to a of is by by by to is to a of As to be is in a -4 to is in on of in of a of to by we of of at of a by of of of up of a of of in 录 第 1 章 概述 1 第 2章 总体设计 5 述 5 的设计原则 5 计任务 5 计目的 6 计方案的选择 6 要参数的确定 9 第 3 章 螺旋机构的设计计算 12 磨性计算 12 算自锁 15 核强度 15 杆的稳定性计算 19 承的选择 19 第 4 章 蜗轮蜗杆的设计计算 21 轮蜗杆的类型 ,特点 21 计前分析 22 计计算 23 轴器的选择 27 第 5 章 带传动的设计计算 28 第 6章 主轴传动部分的设计计算 33 第 7章 轴的选择及校核 41 第 8 章 传动减速装置的润滑 47 第 9 章 机架的设计与分析 51 架的分类 51 架的设计准则 51 架设计的一般要求 53 53 架机构的选择 54 架常用的材料 55 第 10章 其他机构的选择 56 轨的选择 56 紧机构的选择 50 毕业设计小节 59 参考文献 60 毕业实习报告 附：英文翻译 英文原文 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 1 设计项目 计算与说明 结果 1 1 金属管子的应用 第 1章 概述 属管子的应用 随着国民经济的发展 ,钢材的应用越来越广泛 ,涉及到各个方面，各个行业。 钢管是一种中空的长条钢材，大量用作输送流体的管道，如石油、天燃气、水、煤气、蒸气等，另外，在搞弯、抗扭强度相同时，重量较轻，所以也广泛用于制造机械零件和工程结构。也常用 作生产各种常规武器、枪管、炮弹等。 钢管的分类：钢管分无缝钢管和焊接钢管（有缝管）两大类。按断面形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形钢管。 无缝钢管：无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径 *壁厚毫米数表示。无缝钢管分热轧和冷轧（拨）无缝钢管两类。热轧无缝钢管分一般钢管，低、中压锅炉钢管，高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。冷轧（拨）无缝钢管除分一般 钢 管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外，还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。 低中压锅炉用无缝钢管：用于制造各种低中压锅炉、过热蒸汽管、沸水管、水冷壁管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管等。用优质碳素结 构钢热轧或冷轧（拨）无缝钢管。主要用 10、 20号钢制造，除保证化学成分和机械性能外要做水压试验，卷边、扩河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 2 设计项目 计算与说明 结果 1 2 金属管子除锈口、压扁等试验。热轧以热轧状态交货、冷轧 （拨）以热处理状态交货。 高压锅炉钢管：主要用来制造高压及其以上压力的蒸汽 锅炉管道等用的优质碳素结构钢、合金结构钢和不锈耐热钢无缝钢管、这些锅炉管经 常 处于高温和高 压下工作、管子在高温烟气和水蒸汽的作用下还会发生氧化和腐蚀，因此要求钢管有高的持久强度、高的抗氧化性能，并具有良好的组织稳定性，采用钢号有：优质 碳素结构钢钢号有 20G、 2025金结构钢钢号1520121512 122；有锈耐热钢常用 1压锅炉管除保证化学成分和机械性能外 ，要逐 根做水压试验，要作扩口、压扁试验。钢管以热处理状态交货。此外，对成品钢管显微组织、晶粒度、脱碳层也有一定要求 在机械制造业的实际生产中，经常会用到一些金属管子，而管子生锈便成了不可避免的问题，生锈的管子会使在生产中面临很多问题，比如管子的焊接、安装，甚至会影响到设备的工作，使得其工作效率降低，增大能耗，影响产品生产质量，甚至带来生产安全隐患。所以在管子使用之前对其表面进行除锈工作是很有必要的。 管子除锈是管子使用前的一项重要工序，尤其是在钢管使用后非常有必要对管道进行除锈。这对钢管的使用寿命有着很重要 的意义。 1 2金属管子除锈机的作用及原理 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 3 设计项目 计算与说明 结果 机的作用及原理 统管子除锈机的特点 金属管子除锈机的作用 : 在机械制造业的实际生产中，经常会用到一些金属管子，而管子生锈便成了不可避免的问题，生锈的管子会使在生产中面临很多问题，比如管子的焊接、安装，甚至会影响到设备的工作，使得其工作效率降低，增大能耗，影响产品生产质量，甚至带来生产安全隐患。所以在管子使用之前对其表面进行除锈工作是很有必要的。此时一台简易而又高效的管子除锈机便可解决这个问题。 常见的金属管子除锈方法及其特点：（ 1）摩擦除锈及本次设计所采用的方法，成本低，操作简单，除锈效果因设备不 同而差异较大，噪音和粉尘问题突出。（ 2）喷丸除锈，可以有效的清除金属表面的氧化皮，锈蚀，旧漆膜等杂质。（ 3）化学除锈， 化学清洗虽然能使表面达到一定的清洁度和粗糙度， 但其对环境的污染问题较为严重，影响工人健康。 管子除锈机的基本结构和除锈原理：简易管子除锈机一般由 机械动力头、机身、传动机构、工作装置等组成。除锈原理也较为简单，将管子固定在机身，通过动力机构带动其旋转，工作装置利用摩擦的原理即可对管子完成快速而简易的除锈。 1 3传统管子除锈机的特点 传统的除锈机，其体积大，不宜搬动，难以适应维修现场流动性大的 需要。工作时震动大，噪音大，效率低，而且成本高，难以满足实际需要 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 4 设计项目 计算与说明 结果 1 4 本设计成果的特点 。 图 1统管道除锈机 1 4本设计成果的特点 本设计中的简易管子除锈机的最大特点是成本低，体积小，结构简单，易操作，噪音小，工作稳定，效率高。主轴传动采用结构较为简单的皮带传动，可以大大减小本机体积。工作装置的进给采用丝杠传动，可以提高工作稳定性实现自动进给。丝杠传动原动力来自电机加皮带，结构简单，工作可靠。 整机重量较轻，操作、搬运所需人力少，除锈速度快，功效大大提高，运行平稳、可靠，节能，能自动调节钢丝刷对管道的压力，减小了除 锈机对管道的机械磨损，提高了除锈的质量。 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 5 设计项目 计算与说明 结果 第二章 总体设计 2 1 概述 2 2 总的设计原则 第二章 总体设计 述 总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内外除锈机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策 ，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、质量轻、体积小、易操作、寿命长。 的设计原则： 化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。 新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。 好”：好制造、好使用、好维修。 制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 计任务 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 6 设计项目 计算与说明 结果 2 3 设计任务 2 4 设计目的 2 5 设计方案选择 本毕业设计课 题任务的内容： 管子除锈机 是 用于金属管子除锈的专用设备。主要由机械动力头、机身、传动机构、工作装置等组成。 本设计是在 机械动力头的基础上， 增加适当的零件，实现 金属管子机械化除锈工作 ， 达到成本较低、结构合理、劳动强度低、效率高的目的。 计目的 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资 料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。 计方案选择 管子除锈机为机械加工的一种机器，除锈的目的是对已经使用后的钢管进行抛光，使其工作时不影响其性能，并能延长钢管的使用寿命。管子除锈机机为机械加工的一种机器，所除锈钢管最大直径为 25度 6m。丝杠进给速度为： 1m/s 1总体设计方案 ： 本设计方案是：该机主要由机架、电动机、变速传动机构、主轴、钢丝刷、进刀机构、管子夹紧机构等组成。其结构简图为 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 7 设计项目 计算与说明 结果 其结构为； 1 2 3 45 6 7 8其工作过程：三爪卡盘（ 8）将金属管子夹紧，再使用末端夹紧机构（ 6）将管子夹紧固定，开动电机，动力经三爪卡盘传递给金属管子，管子转动起来，电动机（ 5）通过皮带将动力传递给涡轮涡杆减速器（ 4），涡轮涡杆减速器再将动力传递给丝杠（ 2），钢丝刷（ 7）由于丝杠的转动而实现左右移动。钢丝刷是圆周布置的，可以对金属管子进行均匀的除锈。 2各部分特点； 图中两处使用皮带传动，皮带传动可用于两轴中间距较大的传动，还 具有缓和冲击，吸收震动，噪音小，成本低，保养维修较方便，可过载保护等。但其传动比不准确，抗热性差，易衰老等。夹紧机构分为两部分，管子前端利用三爪卡盘夹紧，可自动定心，夹紧可靠，管子末端加紧河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 8 设计项目 计算与说明 结果 采用活顶尖，其结构简单，也可以实现自动定心，使用非常方便。钢丝刷的运动轨迹靠导轨来实现，导轨是金属或其他材料制成的槽或脊，可承受，固定，引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽用于导引，固定机器部件，可实现直线往复运动，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的 实现运动。钢丝刷的左右移动依靠涡轮涡杆减速器带动丝杠来实现： 蜗轮蜗杆传动 蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮组成的用以传递空间交错轴间的运动和动力的一种机械传动，通常交错角为 90度。 与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有以下的特点： 单级传动比大，结构紧凑。在动力传动中，单级传动比 i 一般为 8 80；只传递运动时（如在某些分度机构m=8 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 9 设计项目 计算与说明 结果 要参数的确定 和仪表中），单级传动比 000。 因为蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮轮齿的啮合过程是连续的，而且 同时啮合的齿对数较多，故传动平稳，噪音小。 当蜗杆的导程角 时，蜗杆传动可以实现自锁。 因为蜗杆与蜗轮齿面间相对滑动速度较大，摩擦损失较大，所以传动效率比较低，当蜗杆主动时，传递效率 一般为 自锁蜗杆传动的效率 蜗轮常用贵重的减摩材料（如青铜）来制造，成本较高。 要参数的确定 除锈钢管直径范围； 1525 锈钢管最长长度； 6m 工作装置进给速度； 1m/轴转速； 200r/定动力装置所需功率，选择电机： 电动机的选用原则 （ 1）与工作现场的能源条件相适应。 室内工作或者近距离移动式的产品，应选用二次电动机。野外工作或者远距离移动式的产品应选用一次动力机（柴油机、汽油机、汽轮机等） （ 2）与工作终端机机械特性相匹配 主要是指由动力机 工作机构组成的系统在运行时实现以下三个目标；动力机和工作机处于最佳工. 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 10 设计项目 计算与说明 结果 况，动力机和工作机的工作地点稳定，动力机和传动装置符合工作机的起动、制动、调速等方面的 要求。 （ 3）适应产品的工作制度 （ 4）工作可靠、操作与维修简便 （ 5）费用低廉，动力机满足产品工作现场的特殊要求，如防蚀、防水等。 粗磨管子表面的横进给量 ; 0 . 30 . 0 412 Kt 金属机械加工工艺人员手册 (上海科学技术出版社 ) 其 d 工作外径 v 工作转速 r/2 修正系数，可以选 . 30 . 30 . 0 4 0 . 0 4 2 5 2 . 2 5 1 . 3 0 . 0 0 0 1 0 2 412 2 0 0 1 5 Kt 工作装置所需功率： 0 . 7 0 . 7121 . 4 4 ( ) 1 . 4 4 ( 2 0 0 1 5 . 1 0 2 4 )w B tP v f f K K o o o o =动中涉及带传动，蜗轮蜗杆传动，丝杠传动，考虑到轴承等的传动效率，依据机械设计课程设计中的表 12动机输出功率： 00 . 6 3 1 . 80 . 3 5k w 根据机械设实用手册 (化学工业出版社 )表10择电机型号为 ;率为 速 :1430r/P=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 11 设计项目 计算与说明 结果 根据公式1000机械设实用手册 (化学工业出版社 ) 可得；1000 0 . 6 3 1 0 0 0 0 . 5 3151v 15N 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 12 设计项目 计算与说明 结果 第三章 螺旋传动机构的设计计算 磨性计算 第三章 螺旋传动机构的设计计算 螺旋传动利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求主要用来把回转运动变为直线运动，同时传递动力。 螺旋传动具有以下特点：在主动件上作用一较小力矩时，可使从动件得到很大的轴向力；螺杆旋一周，螺母只移动一个导程，可以得到大的减速比；传动均匀准确，可以得到较高的传动精度；传动易于实现反向自锁；传动平稳，结构简单。 磨性计算 新编 机械设计师手册（机械工业出版社）中查得 螺杆选用材料： 40号 钢 螺母 ： 铸铁 滑动螺旋传动采用矩形螺纹 螺杆中径计算： 母螺杆北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 13 设计项目 计算与说明 结果 F 轴向载荷 A 螺纹的承压面积（指螺纹工作面表面投影 到垂直于轴向力的平面上的面积） 螺纹小径（单位为 螺纹中径（单位为 螺纹大径（单位为 h 螺纹工作高度（单位为 P 螺纹螺距（单位为 H 螺母高度（单位为 Z 螺纹工作圈数 = H/P 滑动螺旋传动的失效形式多为螺纹牙磨损，因此，螺杆直径和螺母高度通常由耐磨性计算确定。传力较大时，应当检验螺杆危险截面的强度和螺牙的强度要求自锁时，应校和螺纹副自锁条件。要求运动精确时，还要校和螺杆刚度，此时，螺杆直径往往由刚度确定。对于长径比很大的受压螺杆，应校和其稳定性。考虑到螺感受力情况复杂并有刚度和稳定性问题，计算其螺纹部分的强度和刚度时截面积和惯性矩可按螺纹小径计算。 新编机械设计师手册（机械工业出版社）中查得 设计公式：2 Fd p 对于整体式螺母取 北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 14 设计项目 计算与说明 结果 2 （设计按经验参考取值 查表 5械设计（西北工业大学） P取值 13150 . 8 0 . 8 3 . 621 . 2 1 3 考虑到使用中可能会出现丝杠不稳定现象，所以因加大直径， 取 8机械设计手册（化学工业出版社）查得： 14距 P=12 新编机械设计师手册（机械工业出版社）中查得2 1 . 2 3 8 4 4 . 6H d m m 取 45 新编机械设计师手册（机械工业出版社）中查得 45 3 . 7 5 1 212Hz p 合格 新编机械设计师手册（机械工业出版社）中查得 0 . 5 0 . 5 1 2 6h p m m 2315 0 . 1 2 3 . 1 4 3 8 6 3 . 7 5 P a pd h z 成功 2d =38mm 14=12=45=h=6=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 15 设计项目 计算与说明 结果 算自锁 核强度 算自锁 由于系单头螺纹 ,导程 S=P=螺纹升角为 ; 0212a r c a r c 5 . 7 43 . 1 4 3 8St g t 0 . 1 2a r c a r c 7 . 0 8c o s 1 5c o g t m/s（ 一般 V 不得低于 5 m/s） 间距设计计算 1 2 1 200 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d 取 20 所需基准长度： 12122000()2 ( )24d a d 23 . 1 4 ( 1 3 2 8 0 )( 8 0 1 3 2 ) 2 4 2 0 1 1 7 4 . 4 42 4 4 2 0 i= 80dd 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 30 设计项目 计算与说明 结果 速机的实际转速 速 间距设计计算 查表 取基准长度250 。 实际轴间距： 00 1 2 5 0 1 1 7 4 . 4 44 2 0 4 5 7 . 7 822a m m 安装时所需最小轴间距： )0 0 m in 4 5 7 . 7 8 ( 2 1 1 0 . 0 0 9 1 2 5 0 ) 4 2 4 . 5 3 mm 基准宽度，查表 1。 安装时所需最大轴间距：（张紧或补偿伸长） m a x 0 . 0 2 4 5 7 . 7 8 0 . 0 2 1 2 5 0 4 8 2 . 7 8 m a L 211 1 3 2 8 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 5 7 . 3 1 7 3 . 4 94 5 7 . 7 8a 根 根据10 和 430r/表 得 1= 考虑传动比的影响，额定功率的增量 得 带的根数 : Z)( 11 式中 K 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长n=858r/=s 20250 a=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 31 设计项目 计算与说明 结果 带轮包角 根V 带的额定功率 度数 1P 单根 V 带的基本额定功率 1P 计入传动比的影响时，单根 V 带额定功率的增量（因 按 =180即 条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就比主动轮大，带绕上从动轮的弯曲应力就比绕上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高） 查表 得K=表 得 . 2 2 . 5 9( 0 . 8 0 . 1 2 ) 0 . 9 9 0 . 9 3Z 取 Z=3 根。 根 V 带的预紧力 20 2 . 55 0 0 ( 1 ) m 由表 m=以 : 20 2 . 5 35 0 0 ( 1 ) 0 . 1 1 ( 5 . 9 8 ) 9 9 . 5 80 . 9 9 4 5 . 9 8 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力应为上述预紧力的 。 轮的结构尺寸 设计带轮时，应使其结 构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。 V25m/s 时尚需进行动平衡。本设计中 V=s，无须进行动平衡。 带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金、或工程塑料等。其中灰铸铁应用最广，当 V m/s（ 一般 V 不得低于 5 m/s） 间距设计计算 1 2 1 200 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d 取 000 所需基 准长度： 12122000()2 ( )24d a d 23 . 1 4 ( 5 6 0 8 0 )( 8 0 5 6 0 ) 2 1 0 0 0 3 1 0 7 . 6 52 4 5 6 0 查表 取基准长度150 。 实际轴间距： 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 35 设计项目 计算与说明 结果 速机的实际转速 速 间距设计计算 00 3 1 5 0 3 1 0 7 . 6 51 0 0 0 1 0 2 1 . 1 722a m m 安装时所需最小轴间距： )0 0 m in 1 0 2 1 . 1 7 ( 2 1 1 0 . 0 0 9 3 1 5 0 ) 9 7 0 . 8 2 mm 基准宽度，查表 1。 安装时所需最大轴间距：（张紧或补偿伸长） m a x 0 . 0 2 1 0 2 1 . 1 7 0 . 0 2 3 1 5 0 1 0 8 4 . 1 7 m a L 211 5 6 0 8 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 5 7 . 3 1 5 3 . 11 0 2 1 . 1 7a 根 根据10 和 430r/表 得 1= 考虑传动比的影响，额定功率的增量 得 带的根数 : Z)( 11 式中 K 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度数 1P 单根 V 带的基本额定功率 1P 计入传动比的影响时，单根 V 带额定功河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 36 设计项目 计算与说明 结果 带轮包角 根V 带的额定功率 定 V 带的根数 率的增量（因 按 =180即 条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就比主动轮大，带绕上从动轮的弯曲应力就比绕 上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高） 查表 得K=表 得 2 . 9 7( 0 . 8 1 0 . 1 5 ) 0 . 9 3 1 . 1 3Z 取 Z=3 根。 根 V 带的预紧力 20 2 . 55 0 0 ( 1 ) m 由表 m=以 : 20 2 . 5 35 0 0 ( 1 ) 0 . 1 1 ( 5 . 9 8 ) 1 0 9 . 7 90 . 9 3 4 5 . 9 8 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力 应为上述预紧力的 。 轮的结构尺寸 设计带轮时，应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。 V25m/s 时尚需进行动平衡。本设计中 V=s，无须进行动平衡。 带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金、或工程塑料等。其中灰铸铁应用最广，当 V25m/s 时用 设计中采用 带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮辐部分有实心、辐板（或孔板）和椭圆形轮辐等三种形式。查表 轮缘尺寸 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 37 设计项目 计算与说明 结果 根 V 带的预紧力 轮的结构尺寸 表 4号 A 基准宽度间距 e 15 边距 9 最小轮缘厚度 6 带轮宽 B 48 槽角 34 偏差 30 根据带轮的基准直径参照表 定小带轮、大带轮采用实心轮辐。根据电动机尺寸和主轴尺寸确定小带轮内径为 28 带轮内径为 30 带轮轮槽工作表面粗糙度为 m，轮缘和轴孔端面为 m。轮槽棱边要到圆或到钝。 带轮轮槽间距的累计误差 摘自 转矩初步估算轴径 选择轴的材料为 45钢 ,经调质处理 ,由表 得材料机械性能数据为 ; 16 3 7 , 3 5 3 , 2 6 8p a M p a M p a 51 1 5 5 , 2 . 1 5 1 0M p a E M p a 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 38 设计项目 计算与说明 结果 传动轴的设计计算 根据表 式初步计算轴径 ,由于材料是 45 钢 ,由表 =118,则 : 3 3m i n 41 3 9 . 5( 1 ) m ,选 60外径 0 . 6 3 3d m m的结构设计 轴的结构简图 ; 根据轴的受力 ,选取 30211 型圆锥滚子滚动轴承 ,为了便于轴承的装配 ,选 60d,256 8 , 3 3d m m d m m, 1 8 0 , 2 1 5 0 , 3 8 0L m m L m m L m m 轴承代号 32912 尺寸（） d 60 D 85 T 17 B 16 C 14 基本额定负荷（ 最小负荷系数 0r 限转速 脂润滑 4000 油润滑 5000 的受力分析 ; 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 39 设计项目 计算与说明 结果 轴传递的转矩1 39 5 5 0 0 0 0 9 5 0 0 0 0 1 4 3 . 2 5 轴的左端要承受皮带的压力 端要承受三爪卡盘的自重 ,两处轴承要承受水平向上的支反力 15N 轴向力 ,以及一个扭矩大小为625N.m m 由于 轴受力最大 ,承受主要扭矩 ,所以其为危险截面 ,其他部分受力较小 2213() 机械设计师（高等教育出版社） 轴的计算应力 ,M 轴所受的弯矩 , T 轴所受扭矩 , W 轴的抗弯截面系数 , 223 3( ) ( 6 0 3 3 ) 1 9 6 8 . 33 2 3 2m m 22 2213() 6 2 5 ( 0 . 6 1 4 3 2 5 0 ) 4 3 . 6 71 9 6 8 . 3 前面已经选定轴的材料为 45 钢 ,调质处理 ,由表 15 1 60 ,故安全 承寿命计算 轴上左端轴承受力较大 ,其受到的轴向力为15N,经力矩平衡粗略计算其受到的径向力为机械设计使用手册 (化学工业出版社 ) 查表 6e=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 40 设计项目 计算与说明 结果 315 0 . 5 9533 ,查表 6=量动载荷 : ,载荷平稳 ,查表 6 ( ) 1 ( 0 . 6 7 5 3 3 1 . 6 3 1 5 ) 9 5 5 . 6p r ap f X F Y F N 基本额定动载荷 : 103 660 4 3 7 5 . 610 N 轴承寿命 : 103106631 0 1 0 4 3 7 5 . 6( ) ( ) 1 3 2 8 3 . 76 0 6 0 2 0 0 9 5 5 . 6h 使用条件为每天 8h 工作的机械，但经常不是满负荷使用，如电机，一般齿轮装置、压碎机、起重机和一般机械中轴承使用寿命为 10000 25000 小时。 符合本设计的要求，所以满足工作条件。 e=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 41 设计项目 计算与说明 结果 第七章 第七章 轴的选择和校核 概述 轴是组成机械的一个重要零件 ,它支撑着其他转动件回转并传递转矩 ,同时它又通过轴承和机架连结 ,所有轴上零件都围绕轴心线做回转运动 ,形成了一个以轴为基准的组合体 部件 在轴的设计中 ,不能只考虑轴本身 ,还必须和轴系零 ,部件的整个结构密切联系起来 . 设计轴时应考虑多方面因素和要求 ,其中主要问题是轴的选材 ,结构 ,强度和刚度 ,对于高速轴还应考虑震动稳定性问题 轴按受载情况可以分为 :转轴 ,心轴传动轴 ,按结构形状可以分为 ;光轴和阶梯轴 ,实心轴和空心轴 常用的轴的设计程序是 ; 1,根据机械传动方案的整体布局 ,拟订轴上零件的布置和装配方案 , 2,选择轴的合适材料 3,初步估算轴的直径 , 4,进行轴系零 ,部件的结构设计 5,进行强度计算 6,进行刚度计算 7,校核键的联接强度 8,验算轴承 9,根据计算结果修改设计 10,绘制轴的零件工作图 对于一些不太重要的轴 ,上述程序中的某些内容可以省略 . 根据 新编机械设计师手册（机械工业出版社） 转矩初步估算轴径 选择轴的材料为 45钢 ,经调质处理 ,由表 得材料机械性能数据为 ; P=北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 42 设计项目 计算与说明 结果 轴的选择和校核 轮轴的设计计算 16 3 7 , 3 5 3 , 2 6 8p a M p a M p a 51 1 5 5 , 2 . 1 5 1 0M p a E M p a 根据表 式初步计算轴径 ,由于材料是 45 钢 ,由表 =118,则 : 蜗轮轴上的功率为 : 23P P 2 . 2 0 . 7 0 . 9 5 1. 3 8 k w 蜗轮轴转速为 :n = 蜗轮轴上转矩为 : 3 p 1 . 3 8T 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 1 5 8 1 5 4 . 3 N . m 3 . 3 3 33m i n 1 . 3 81 1 8 3 0 . 1 58 3 . 3 3 m ,选 35轴的结构简图 ; 根据轴的受力 ,选取 30208 型圆锥滚子滚动轴承 ,为了便于轴承的装配 ,选 40d,2 44d 3d 40 2 1 . 7 5 , 2 1 0 , 3 3 8L m m L m m L m m 5L 195m m河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 43 设计项目 计算与说明 结果 轴承代号 32908 尺寸（） d 40 D 62 T 15 B 15 C 12 本额定负荷（ 最小负荷系数 0r 限转速 脂润滑 5600 油润滑 7000 轴传递的转矩 3 p 1 . 3 8T 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 1 5 8 1 5 4 . 3 N . m 3 . 3 3 轴所承受的轴向力 a 2 T 2 1 5 8 1 5 4 . 3F 6 3 2 6 . 2 0 轴所受圆周力 : 2t 2T 2 1 5 8 1 5 4 . 3F 1 5 4 2 . 9 0 5 轴所受颈向力 0 t a n 1 5 4 2 . 9 t a n 2 0 5 6 1. 6 N 求出受力大小 ,做弯矩图 A=118 3P=5北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 44 设计项目 计算与说明 结果 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 1 3 5 6 0 0 4 N弯矩 M 7 0 3 0 . 9 N . m m 5 4 0 2 N . m m 9 0 7 6 N . m m总弯矩 扭矩 T 应力校核轴的强度 北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计 题目 ： 简易管子除锈机设计 设计人： 田敬东 45 设计项目 计算与说明 结果 由于轴上有蜗轮 ,承受主要扭矩 ,所以其为危险截面 ,其他部分受力较小 2213() 机械设计师（高等教育出版社） 轴的计算应力 ,M 轴所受的弯矩 , T 轴所受扭矩 , W 轴的抗弯截面系数
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