DN400-R406 90;#176; 短半径弯头自动进给坡口装置设计【含CAD图纸、说明书、答辩稿、开题报告】
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含CAD图纸、说明书、答辩稿、开题报告
DN400-R406
90°
短半径弯头自动进给坡口装置设计【含CAD图纸、说明书、答辩稿、开题报告】
dn400
r406
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半径
弯头
自动
进给
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DN400-R406 90短半径 弯头自动进给坡口装置设计 答辩人： 指导老师： 1 绪论 2 设计方法与思路 3 设计过程 4 设计总结 目 录 Contents 设计方法与思路 设计过程 设计总结 绪论 绪 论 3 选题背景研究意义设计内容 选题背景 发展 现在 过去 弯头是一种常见的标准件，弯头的主要用途是用在管道连接上面，一般 弯头的分类有很多种，常见的有短半径弯头，长半径弯头以及国标半径 弯头。还有一些比较特殊的弯头有45的，但是我们日常生活生产中比 较常用的还是90的焊接冲压弯头。 弯头在与管道进行实际焊接的时候，需要进行打坡口处理，这样的操作 是为了方便留焊缝，方便焊接工人的焊接作业，如果不去打坡口，不仅 焊接效果不好，影响设计美观，更重要的是没有办法去保证管道的密封 性。 电焊工人处理弯头打坡口的时候都是用的磨 光机，直接打磨到工作需求的标准。直径比 较小其厚度比较薄的弯头操作起来简单，但 是直径大的弯头实际打磨起来就比较麻烦了 ，这样的工作效率也比较低下，难以保证工 作的产量，更重要的是弯头的精度难以得到 保证。 随着科学技术的飞速发展，现在的机械自动化设备也 日益增多了起来 绪 论 4 选题背景研究意义设计内容 设计方法与思路 设计过程 设计总结 绪论 国外研究 国外关于弯头坡口设备研究 起步早、发展的比较快、生 产技术水平也比较高。目前 ，国外的弯头自动化坡口设 备已经批量生产了，生产工 艺也比较先进，自动化程度 也比较高。 国内研究 因为我国以前经济技术比较 落后，弯头以前实际生产需 要倒坡口的时候，依靠的都 是人工处理。但是随着农村 经济生活水平的显著提高， 科学经济的飞速发展，自己 化机械设备也日益增多了起 来。 绪 论 5 选题背景研究意义 设计方法与思路 设计过程 设计总结 绪论 研究 意义 我国现在的弯头坡口处理主要是以人力生产 为主的，因为机械自动化方面还处在发展中 阶段，还存在着技术上和安全性等方面的问 题。但是随着当今社会经济快速发展，机械 设备也得到了飞速的发展。随着工业自动化 的逐渐普及，越来越多的自动化生产设备代 替了人工劳动，现在许多国家已经设计研发 出新型的弯头坡口进给自动化加工设备，使 用自动化生产设备制造生产弯头，不仅可以 提高生产效率，还可以提高生产质量，保证 弯头生产精度，减少了大量的人力物力的输 出。 绪 论 6 选题背景研究意义设计内容 设计方法与思路 设计过程 设计总结 绪论 设计内容 本文主要是针对弯头坡口设备的机械化进行设计研究的，设 计了一种安全可靠的弯头倒坡口机设备，已电机和液压缸为 动力源，进行弯头坡口的压紧，进给，倒坡口等联合作业。 1 绪论 2 设计方法与思路 3 设计过程 4 设计总结 目 录 Contents 设计方法与思路 8 设计过程 设计总结 绪论 设计方法与思路 设计方法与思路 9 设计过程 设计总结 绪论 设计方法与思路 研究思路 研究思路 研究方法 起初是按图片开始 设计的，然后将手 动改为自动进给。 通过查阅资料，了 解之后将总体方案 分成一个个的部 分。 设计方法与思路 10 设计过程 设计总结 绪论 设计方法与思路 有了大体的装配简图之后，接下来就要对其进行计算分析和校核。这两 项分析是十分重要的，它是对前面所设计的东西进行检验的一个关键步 骤。此时如果发现有不满足要求的地方，就要改变尺寸或者改变结构， 甚至会改变原有方案，然后再进行分析、更改，如此循环，直至达到预 定要求为止。 最后，将符合要求的二维平面图，标注尺寸、公差、配合、加工要求等 ，完成整个弯头坡口设备的整体设计。 1 绪论 2 设计方法与思路 3 设计过程 4 设计总结 目 录 Contents 绪论 设计过程 设计总结 设计方法与思路 设计过程 12 装配 图 整体 布局 齿轮 传动 花键 轴 润滑 刀具 V带 传动 绪论 设计过程 设计总结 设计方法与思路 设计过程 13 实践难点 在电机的转动下，电机皮带轮在皮带的带动下跟着转动。因为本文设 计选择的是电机，电机的功率是7.5KW，转速比较高，需要配套使用 减速箱，来降低转速。减速箱的输入轴部分通过皮带与电机皮带轮链 接在一起，输出轴上面装有小带轮，通过皮带与转动部分连接在一 起。电机转动的时候，通过皮带的作用带动减速箱的转动，从而带动 传动机构转动。 弯头是固定夹紧死的，根据题目要求需要具有自动进给功能。在进行 设计的时候，传动装置上面设计了花键轴，轴外面有轴套，主电机转 动带动转动装置转动的时候，整个传动装置随着转动。当进给量不够 的时候，需要把伸缩驱动电机开起来，电机带动齿轮转动，齿轮传动 的作用下，花键轴被齿轮传动从轴套中拉伸出来。刀具进给到工作位 置时，伸缩电机关掉，主电机打开，完成自动进给。 实践难点 工作原理 绪论 设计过程 设计总结 设计方法与思路 设计过程 14 整体布局图 绪论 设计过程 设计总结 设计方法与思路 设计过程 15 减速箱输出轴上的皮带轮通过皮带带动刀具传动装置的皮带轮转动 ，皮带轮与花键套配合在一起，考虑到长久的实用性能，花键套与 带轮采用的是过盈配合，另外还加上了键。固定套筒左端内部装有 6209深沟球轴承，轴承左边有花键套，花键套上装有6209深沟球轴 承，顶部用端盖密封起来。固定套筒右端装6205深沟球轴承，轴承 左端有卡簧限位，轴承外部装有伸缩套，伸缩套与封盖连接再一 起。 伸缩套上面车有齿条。打开伺服电机开关，伺服电机正转运动，经 过齿轮和齿条的作用下， 花键轴从花键套中拉伸出来，达到形成要 求的时候，关闭伺服电机开关，打开主电机，刀具旋转工作，完成 坡口任务。 刀具 1 绪论 2 设计方法与思路 3设计过程 4 设计总结 目 录 Contents 设计总结 17 设计过程 研究成果与应用 绪论 设计方法与思路 设计总结 思考 设计完成了之后感觉到了自己 的不足，很多地方需要更加努 力的学习。但是这次的经历使 我有了一次完整的设计经验， 是我最认真、完整的做好一件 事，是一次极大地挑站，是一 次实现自我突破的机会，不研 究就不会有突破，这次的经验 给了我很多东西，在以后的人 生路上不断地激励我前行。 谢谢观看 大学生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和一齐 成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论文 能够顺利完成，要特别感谢我的导师文学洙老师，感谢各位老 师的关心和帮助！ 恳请各位老师批评指正！ 摘 要弯头是一种常见的标准件，弯头的主要用途是用在管道连接上面，一般弯头的分类有很多种，一般我们能接触到的弯头有长、短半径弯头和国标半径弯头。还有一些比较特殊的弯头有45的，但是我们日常生活生产中比较常用的还是90的焊接冲压弯头。弯头在与管道进行实际焊接的时候，需要进行打坡口处理，这样的操作是为了方便留焊缝，方便焊接工人的焊接作业，如果不去打坡口，不仅焊接效果不好，影响设计美观，更重要的是没有办法去保证管道的密封性。以前科技比较落后，电焊工人处理弯头打坡口的时候都是用的磨光机，直接打磨到工作需求的标准。直径比较小其厚度比较薄的弯头操作起来简单，但是直径大的弯头实际打磨起来就比较麻烦了，这样的工作效率也比较低下，难以保证工作的产量，更重要的是弯头的精度难以得到保证。我国现在研发出许多管道的自动坡口机，但是关于弯头坡口的机械设备还是比较少的，本文主要设计研究的就是弯头坡口机的设计。我设计的论文关键是运用了机械的设计和机械的原理对坡口加工装置的所有零件进行尺寸的逐一设计，对重要的零件部分进行了解释和校核过程的计算，用CAD2012软件进行了画图和图表，并且画出了装配图和零件图。关键词：弯头；坡口；效率 ；产量AbstractElbow is a common standard parts, the main purpose of the elbow is used in the pipe connection, general classification of elbow has a lot of kinds, long radius elbow and gb radius of bend.There are some special Angle 45 , but which are frequently used in the production of our daily life or 90 stamping welding elbow。Bend the actual welding with the pipeline, the need for a groove processing, such action is for the convenience of weld, if you dont go to dozen groove, welding effect is not good, there is no way to guarantee pipeline sealing。In the past, the technology was backward, and the welding workers used the polishing machine when they were dealing with the bevel, which was directly polished to the standard of work demand.Diameter smaller the thickness thinner elbow simple to operate, but actual grinding up large diameter bend is more troublesome, so the work efficiency is low, more important is the precision of the elbow is difficult to guarantee。mechanical automation equipment is also growing up now, our country now has developed many pipeline automatic groove machine, but about the elbow groove mechanical equipment or less, in this study。I design paper trick is to use the principle of mechanical design and mechanical processing of groove device size of all parts of each design, has carried on the explanation to the important parts and the checking calculation of the process, with 2012 cad software for drawing and chart, and draw the assembly drawing and part drawing。Key words：Elbow; Groove; Efficiency; production 目 录第一章 绪论11.1选题研究的背景与意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义11.2 研究内容21.3 研究方法2第二章 弯头坡口装置国内外发展现状42.2 国内外弯头坡口装置发展现状42.2.1 国外弯头坡口装置发展现状42.2.2 国内弯头自动进给坡口装置的概况4第三章 弯头自动进给坡口装置设计方案63.1 总计设计参数63.2 整体布局的设计63.3 工作原理简介7第四章 坡口刀具装置的设计分析94.1 刀具传动装置的结构设计94.2 刀具传动装置设计原理介绍94.3 刀具选择104.4 切削力计算104.4 切削功率计算11第五章 传动系统主要零部件设计计算135.1 V带设计计算135.1.1 带传动的特点135.1.2 带传动的类型及应用135.1.3 V带传动135.1.4 已知数据145.1.5 设计计算145.2 主皮带轮的设计165.2.1 皮带轮设计要求165.2.2 皮带轮的材料165.2.3 皮带轮的结构尺寸165.3 减速箱齿轮设计175.3.1 小齿轮设计计算175.3.2 大齿轮设计计算20第六章 花键轴与轴承校核246.1 花键轴校核246.2 传动装置轴承计算校核256.2.1 轴承的润滑26总 结28致 谢29参考文献30第一章 绪论1.1选题研究的背景与意义1.1.1 课题研究的背景在管道通路的系统中，弯头是重要的变更方向的零件。根据角度，有三种弯头是我们经常接触的，45度和90度180度。另外，还有的弯头根据实时情况采用了共60个其它非常见角度的弯头，譬如60度。弯头的材料有很多种，譬如铸铁、不锈钢、合金钢、可锻铸铁、碳钢、有色金属、塑料等。一般相互对接的种类是直接焊接，还有的对接种类是法兰连接、热熔连接、电熔连接、螺纹连接和插座连接。由我们的生产的工艺方式可以将它们标为：焊接弯头、冲压弯头、推肘、铸造弯头、对焊弯头等。譬如：90度弯曲，直角弯曲等。以前科技比较落后，电焊工人处理弯头打坡口的时候都是用的磨光机，直接打磨到工作需求的标准。直径比较小其厚度比较薄的弯头操作起来简单，但是直径大的弯头实际打磨起来就比较麻烦了，这样的工作效率也比较低下，难以保证工作的产量，更重要的是弯头的精度难以得到保证。我国现在研发出许多管道的自动坡口机，但是关于弯头坡口的机械设备还是比较少的，现在市面上面生产制造的90度弯头自动进给坡口装置难以适应大批量生产的实际需求，另外因为弯头坡口设备起步的比较晚，存在着各种各样的问题。针对现存的生产状况，急需一种高效率、加工精度高、并且安全可靠的90度弯头自动化加工设备来替代现有的设备，本课题对国内外弯头现状做出了详细的分析和介绍，为了满足市场的要求，设计了一款可以满足我国需求的弯头自动进给坡口装置。1.1.2课题研究的意义弯头是一种常见的标准件，弯头的主要用途是用在管道连接上面，一般弯头的分类有很多种，一般我们能接触到的弯头有长、短半径弯头和国标半径弯头。还有一些比较特殊的弯头有45的，但是我们日常生活生产中比较常用的还是90的焊接冲压弯头。弯头在与管道进行实际焊接的时候，需要进行打坡口处理，这样的操作是为了方便留焊缝，方便焊接工人的焊接作业，如果不去打坡口，不仅焊接效果不好，影响设计美观，更重要的是没有办法去保证管道的密封性。我国现在的弯头坡口处理主要是以人力生产为主的，因为机械自动化方面还处在发展中阶段，还存在着技术上和安全性等方面的问题。但是现在人类发展的越来越快，机械设备也得到了飞速的发展。随着工业自动化的逐渐普及，机器的自动化让人们都失去了原有的价值，现在许多国家已经设计研发出新型的弯头坡口进给自动化加工设备，使用自动化生产设备制造生产弯头，不仅可以提高生产效率，还能在不减少精度的情况下增加作业的质量，减少了大量的人力物力的输出。1.2 研究内容本文主要是针对弯头坡口设备的机械化进行设计研究的，设计了一种安全可靠的弯头倒坡口机设备，已电机和液压缸为动力源，进行弯头坡口的压紧，进给，倒坡口等联合作业。我的这篇文章对弯头和管道的设备进行了思考，从资料和书的角度对传动系统的重要零件和运动的机构进行了比较全面的设计、计算和研究。外国对于弯头的坡口加工装置研究先进一些，但是中国大陆对于弯头的坡口加工装置的理论分析和计算还是比外国的要逊色一些。所以，现阶段所产生的问题我们有必要在弯头的坡度加工装置的工作性能上有所进展，这样才能达到用小的耗能来做出适应、耐久性强的弯头，而且效率高的目的。在不增高损坏率的加工要求的前提下，能够减小工作的强度，从而实现了机械化生产的目的。其主要研究内容概括如下：1、弯头坡口设备总体方案设计；2、传动系统的设计；3、刀具进给装置设计；4、液压压紧装置设计；1.3 研究方法第一，我通过上网查找文献和人员的分析，得知了目前中外的弯头的坡口加工装置的一些情况，在阅读的同时思考了自己的方案。这才将我的方案分成几个部分，“一对一”的进行了数据的分析，而且在CAD上画了草图。首先将零件拉出，然后组装成整体。思路清晰之后先做出了简图，然后就要对它进行计算分析和校核。这个非常重要。验算出了我刚开始设计的重要步骤。在这种情况下，假如有一个没有达到预期的地方，那就得改动图纸，甚至改变原来的方案。最后，画出理想的CAD图，将它标注，完成了整个弯头坡口设备的整体设计。第二章 弯头坡口装置国内外发展现状2.2 国内外弯头坡口装置发展现状2.2.1 国外弯头坡口装置发展现状国外关于弯头坡口设备研究起步早、发展的比较快、生产技术水平也比较高。目前，国外的弯头自动化坡口设备已经批量生产了，生产工艺也比较先进，自动化程度也比较高。国外生产的管道坡口机已经实际推广应用了起来，广泛的应用到了管道施工工程之中。在上网查找了资料以后知道了美国的CRC公司，CCI公司，德国的VIETZ公司以及加拿大的PROLINE公司的存在。他们做的弯头的坡口加工装置技术已经是完整的了，这几家公司生产的弯头已经广泛的使用在荷兰，澳大利亚等国家。国外斜切机的主要产品有：火焰切割斜切机。管道坡口机，爬管式管道切割机等。而除了这些常见的坡口加工装置还有美国PMC公司生产的平头坡口机。这个公司做的平头斜面机主轴运用了液压进给。而它的优点主要是进给的速度快，运用了浮动锁紧装置，既能保存管子的形状，又能减小拉紧的滑动间隙。还有德国REIKA WERK公司生产的坡口加工装置，它运用了电机伺服进给系统，它的优点是低速性能好，而且修着简单，可以用于车间的壁厚管道坡口加工。2.2.2 国内弯头自动进给坡口装置的概况因为我国以前经济技术比较落后，弯头以前实际生产需要倒坡口的时候，依靠的都是人工处理，不仅工作效率低，而且弯头的质量难以得到保证。我国的弯头坡口设备技术相比国外还是比较落后的，起步晚，发展的比较慢。现在科学经济的飞速发展，自己化机械设备也日益增多了起来，现在大多数的生产都使用现代化机械设备代替人工生产，这样的发展方向也大大的带动了机械设备快速发展。我国的科学技术飞速发展，中国现在以高质量，高科技，高效能的趋势去进化。针对这一特点，我国现在拥有了非常多的特种设备，譬如就有管道口中的中频预热器，还有管道焊接电源车。我国的科学技术也正朝着国际化接轨。如今中国也出现了许多厂家可以做坡口加工装置，譬如浙江的奥泰机械有限公司，上海的上海秉岚机械有限公司以及常州的常州研鼎机械设备有限公司等。我国现在生产的管道坡口设备主要有分瓣式切割坡口机，内涨式坡口机等等。采用的驱动方式也有很多种，主要的有电机驱动，气动马达，液压装置等几种。我国生产的管道坡口设备能满足不同的场合，不同的工艺，不同实际工作的要求，大多都用于石油化工、锅炉、等行业。第三章 弯头自动进给坡口装置设计方案3.1 总计设计参数本文主要是针对弯头坡口设备的机械化进行设计研究的，设计了一种安全可靠的弯头倒坡口机设备，已电机和液压缸为动力源，进行弯头坡口的压紧，进给，倒坡口等联合作业。主要对弯头的坡口加工装置进行研究思考，而且对它的传动系统的重要零件和机构进行全面的设计和计算，弯头自动进给坡口设备主要设计参数如下表所述：弯头自动进给坡口设备主要设计参数弯头坡口设备外形尺寸（长X宽X高）1800X1200X1245mm电机功率（主传动电机）7.5KW伺服电机功率（伸缩驱动电机）1.2KW生产率30件/h进给速度0-0.8m/s每次加工件数1加工弯头直径DN400弯头角度903.2 整体布局的设计本文设计的弯头自动进给坡口装置主要依靠1.5KW的电机提供动力，在电机转动下，皮带和减速箱的配合下，坡口装置跟着转动，刀具开始工作。在实际工作的状态下，弯头是被固定死的，不会产生转动或者进给，所以考虑实际运行时候的情况，本文专门设计增加了一个伸缩驱动电机，依靠齿轮转动来完成进给运动，用来负责刀具的进给工作。本文设计的弯头坡口设备主要是由电机，皮带，减速箱，传送机构，刀具和进给机构，还有液压锁紧机构等组成的。下图所示为弯头坡口设备的总体布局图（图1）：图1 弯头坡口设备的总体布局图1. 皮带 2.主电机 3.减速箱 4.传动装置 5.进给装置 6.刀具 7.液压锁紧装置 8.弯头零件 9.底座3.3 工作原理简介本文的弯头自动进给坡口设备的动力来源是1.5KW的电机，在电机的转动下，电机皮带轮在皮带的带动下跟着转动。因为本文设计选择的是电机，电机的功率是7.5KW，转速比较高，需要配套使用减速箱，来降低转速。减速箱的输入轴部分通过皮带与电机皮带轮链接在一起，输出轴上面装有小带轮，通过皮带与转动部分连接在一起。电机转动的时候，通过皮带的作用带动减速箱的转动，从而带动传动机构转动。弯头零件是固定夹紧死的，所以本文设计的弯头坡口设备需要具有进给功能。考虑到实际作业时候的情况，在进行设计的时候，传动装置上面特定了设计了花键轴，轴外面有轴套，主电机转动带动转动装置转动的时候，整个传动装置随着转动。当进给量不够的时候，需要把伸缩驱动电机开起来，电动机运转然后传给齿轮运转，齿轮开始转动。在齿轮工作的情况下，花键轴被齿轮传动从轴套中拉伸出来。刀具进给到工作位置时，伸缩电机关掉，主电机打开，完成坡口作业工作。一般情祝下，在工过程中工件需要夹紧。原因是在制作过程中，零件会受到各种各样的力的作用，譬如切削力。如果稍有松动，零件在工作过程中就可能位移。零件的位移就会破坏刀具和加工它的设备，严重的可能危机人身安全。在日常的制造中，需要确保零件在承受各种外力下还能继续在原本的地方。夹紧机构就是确保零件能够准确的定位在该有的位置上，而且能够保证在各种外力的作用下不位移，从而能够保证加工零件的质量和人员的人身安全。在弯头坡口加工中，工人使用增加力的工件对弯头进行夹紧，主要还是因为它的操作比较简单，从而在日常生产中得到大力的推广应用。但是在比较多的弯头坡口中，弯头的装夹使用比较多，如果一直用工人自己夹紧，工人的体力是大问题，而且越往后力气就小，就不能使弯头达到预期的夹紧力，从而关系到弯头坡口的质量。所以使用液压夹紧的不费体力的夹紧方式来夹紧弯头。液压夹紧装置比人工的优点就是能快速装甲弯头和卸下弯头，而且它没有体力，工作稳定，能够让工人在非常安全的情况下进行操作，并且工作量减少了。液压夹紧用液压油作为动力，压力稍微有点大，但是油缸尺寸相对比较小，能够使夹紧装置更完整、紧凑。而且液压夹紧的刚性大，能抵抗的力很多，夹紧力值得信赖。第4章 坡口刀具装置的设计分析4.1 刀具传动装置的结构设计本文设计的零件选择是DN400-90短半径弯头，查询机械设计手册和弯头设计手册可以知道零件的相关数据，具体数据如下所述：材料:20号钢，抗拉强度b(MPa)410(42) ，屈服强度s (MPa)245(25)，伸长率5 ()25，断面收缩率()55，硬度未热处理156HB，弯头的外径：406mm。本文设计的刀具转动装置如下图（图2）所述：图2 刀具转动装置装配图1. 皮带轮 2.端盖 3.6209深沟球轴承 4.花键套 5.花键轴 6.固定套筒 7.6205深沟球轴承 8.伺服电机 9.伸缩套 10.刀盘 11.刀具4.2 刀具传动装置设计原理介绍减速箱输出轴上面的皮带轮通过皮带带动刀具传动装置的皮带轮转动，皮带轮与花键套配合在一起，考虑到长久的实用性能，花键套与带轮采用的是过盈配合，另外还需要加上键。固定套筒左端轴承，轴承左边有花键套，顶部用端盖密封起来，防止灰尘进入。固定套筒右端装有6205深沟球轴承，轴承左端有卡簧限位，轴承外部装有伸缩套，伸缩套与封盖连接再一起。伸缩套上面车有齿条，当刀具形成不够的时候，需要关闭主电机，传动装置不再转动。将电动机的按钮调成开，电动机正转运动，经过齿轮和齿条的作用下， 花键轴从花键套中拉伸出来，达到形成要求的时候，将电动机的按钮调成关，打开主电机，刀具旋转工作，完成坡口任务。坡口完成之后，关闭主电机，打开伺服电机反转，电机回到原始位置，依次重复工作。4.3 刀具选择我们在生活中经常接触的焊接手法有手工电弧焊，半自动焊接和全自动焊接。根据实际情况，我们能实现的手法对于工件的坡口的要求也多种多样。根据我的设计来说，我所设计的加工弯头零件图，思考了很多的焊接方法，我们选择的是V型坡口。V型坡口加工简单，坡口的尺寸也跟焊接方法的不同有关系，调整起来也比较容易。本文设计的弯头坡口加工标准是：坡口厚度25mm,任何外径，才用Y型坡口，角度30-35（若均为垂直固定口，角度想等），钝边1mm-1.5mm,间隙3mm-4mm。本加工件厚度9.53mm，故采用Y型坡口，角度30，钝边1.5mm,间隙3mm。由原始条件：被加工工件材料为20号钢。按照硬质的合金的选用原则，参照金属切削使用刀具技术第二版表2-6，国产常用的硬质合金的牌号和用途，选用刀具尺寸为1625材料为YT5的硬质合金刀具。4.4 切削力计算设计整机弯头坡口设备的时候，我们主要需要的是坡口作业的效率化，自动化，以及坡口的精度。坡口刀具的使用寿命和弯头坡口的精度都受到设备切削力的直接影响。切削力的计算选择都直接决定坡口设备的切削效率及切削余量的确定。切削力是在切削零件的时侯，由于刀的进给，零件被切削层产生了形变成为切屑所需要的力。在车削过程中，我们可以把切削力分解为三个力:主切削力FC、径向切削力(切深抗力)FP和轴向切削力(进给抗力)Ff。主切削力最大，径向切削力次之，轴向切削力最小。主切削力FC是作用在主运动方向(切削方向)上的分力，在整个坡口设备中主切削力FC消耗的功率最大，占到整个坡口设备总功率的90%左右，是选择机床电机和计算锁紧装置强度的重要依据。径向切削力FP是作用在基面内并与工件轴线方向(进给方向)垂直的分力，因为在工件轴线垂直的方向上工件的刚性比较弱，因此径向切削力的作用容易引起工件振动和变形。轴向切削力是作用在基面内并与工件轴线方向(进给方向)平行的分力，虽然轴向切削力较小，但是它与坡口设备进给系统的设计密切相关。根据查阅参考文献等方法，可以知道，现在切削力和切削功率的计算都是根据实际实验时候得到的经验总结出来的公式，现在一般计算的方法都是根据单位切削力进行计算的方法，查到的计算公式如下所述：主切削力FC=9.81CFcapxFcfyFcvcnFckFc背向力Fp=9.81CFpapxFpfyFpvcnFpkFp进给力Ff=9.81CFfapxFffyFfvcnFfkFf查询金属切削手册可以知道：CFc=270，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15 CFp=199，xFp=0.9，yFp=0.6，nFp=-0.3 CFf=294，xFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4经过实际验证，前偏角0=10，主偏角kr=75与论文中的试验条件不符，计算时需进行修正，可确定：k0Fc=1.0，k0Fp=1.0，k0Ff=1.0，kkrFc=0.92，kkrFp=0.62，kkrFf=1.13，kFc=1.00.92=0.92kFp=1.00.62=0.62kFf=1.01.13=1.13根据上面参数可以计算出：FC=9.812701.31.00.20.75140-0.150.92=451.46NFp=9.811991.30.90.20.6140-0.30.62=132.51NFf=9.812941.31.00.20.5140-0.41.13=262.48N经过计算验证，本文设计的的切削力数据如下所述：主切削力FC=451.46N背向力FP=132.51N进给力Ff=262.48N4.5 切削功率计算在坡口装置的设计的时，应该优先算出主电机的功率。主电机的功率确定关系到弯头在加工的时候需要的扭矩和转速的大小。如果设计的时候选择的电机功率太大的话，不仅会加大坡口设备的整体尺寸，浪费了生产材料，增大了额外的成本。如果选择的功率太小的话，坡口设备长时间运动工作，电机就是在过载的情况下工作，轻则电机会发热发烫，停止工作，重则的会直接把电机烧掉，直接影响整个坡口装置的工作。所以选用合适的电机是非常重要的，它直接影响坡口设备的工作性能和机械效率。当我算完切削力以后，就能根据刚刚的计算算出来切削功率，确定好切削功率之后，就可以计算确定电机的功率了。切削功率的计算公式如下文所示：公式里面，V是本文设计的坡口设备的切削速度，它的数值可以直接影响到切削功率到底是多少。在实际情况下，切削速度必须参考刀具的材料来得出，不同材料的刀具的切削速度都不是一模一样的。详细参考金属切削手册：硬质合金的刀具的切削速度是80m/min。把切削速度代入到公式里面可以得到：切削功率=7.15KW。由于设计电机的时候需要考虑实际的工作效率，一般我们选择电机功率的时候，工作效率取其80%。根据计算，电机的实际功率需要7.5KW。所以，本文最终选择的主传动电机为7.5KW。第5章 传动系统主要零部件设计计算5.1 V带设计计算5.1.1 带传动的特点因为带传动非常简单易懂而且比较平稳，可以减少撞击，能够实现两个轴和变速器之间的长度。带传动具有的优点如下所述：具有弹性，能缓冲，吸振，传动平稳，噪声小；在过载的时侯，防止破坏其他的零件，从而其他零件得以安全；适用于中心距较大的场合；结构简单易懂而且便宜，最重要的是安装和拆的时候方便。带传动的主要缺点如下所述：皮带轮有零件之间的相对滑动，传动比不能是一样的；传动效率低，使用时间少；传动的外廓尺寸大；需要张紧；它不能被放在高温的地方。5.1.2 带传动的类型及应用在带传动中，我们经常会运用到的就是平带、V带、多楔、同步带传动。在常见的设备中，V带传动装置是能够见到的。在传动的过程里根据书上的摩擦原理，平带传动比V带传动的摩擦力大。所以V带传动运用的更多。5.1.3 V带传动带的失效形式是：（1）带打滑（2）带疲劳断裂（3）带工作面磨损因此设计皮带的依据是：在保证带不打滑的前提下，具有所需要的疲劳强度和使用周期，这也是带传动的设计准则。5.1.4 已知数据本文设计计算的是主电机与减速箱输入轴连接的V带。电机的额定功率 =1.5KW电机的转速=400r/min每天工作时间t=8h5.1.5 设计计算（1）确定功率查得工作情况系数=1.1=1.11.5KW=1.65KW（2）选取普通V型带根据=1.65KW和=400r/min，确定为Z型。传动比=2（3）带轮直径=i(1-) 通常取弹性滑动率=0.02，故=1.98 取=102mm （4）验算带速= （5）计算带的长度=选取节线长度的V带。 （6）带轮包角=180-57.3=166120（7）单根V带的额定功率p根据带型及转速查得功率为0.23K（8）单根V带的额定功率增量p因为传动不不等于1,所以根据带型、转速及传动比查得p=0.02KW（9）带的根数Z=包角修正系数=0.98 带长修正系数=1.03Z=1.2根，取Z=1,因为装置经常不满载工作（10）单根V带的初张紧立FF=500其中m为单位长度质量(kg/m)得m=0.06kg/mF=51.6N（11）有效圆周力FF=458.3N（12）作用在轴上的力FF=2FZsin（13）所用规格Z73215.2 主皮带轮的设计5.2.1 皮带轮设计要求设计是应该保证质量较小而且结构工艺性好、质量分布均匀、速度快时的动平衡、槽加工表面细小、减少磨损、各槽的尺寸和角度应保持的要求。下文设计计算的是主电机与减速箱装置连接的皮带轮。5.2.2 皮带轮的材料本文设计的皮带轮综合考虑使用情况，最终选择的材料是HT200。5.2.3 皮带轮的结构尺寸皮带轮由1根皮带带动，带轮宽很窄，所以带轮采用实心结构。由Z7321可知带轮的尺寸结构：基准宽度（节宽）=16mm基准线上槽深取=1.0mm基准线下槽深取=4.0mm槽间宽ee=0第一槽对称面端面距离ff=12.0mm最小轮缘厚mm带轮宽BB=(z-1)e+2f=44mm外径98+22.0mm=102mm5.3 减速箱齿轮设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料：小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS。 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS。2) 初选齿数：取小齿轮的齿数为20，则大齿轮的齿数为206.4=1283) 齿数比即为传动比：4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6。5.3.1 小齿轮设计计算初估小齿轮直径d1=50mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.683.3=50mm5) 齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。6) 计算小齿轮转矩T1：7) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为：则由手册中相应公式可知：8) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th，假设该弯头坡口设备的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取：hlim1=720MPa、hlim2=580MPa 安全系数取：Sh=1.0 许用应力 h1、h2 1） 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取2） 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.53） 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。c) 齿根抗弯疲劳强度验算1）求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=220MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲应力 1) 齿形系数YFa1、YFa2 取: YFa1=2.56 YFa2=2.152) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 取: Ysa1=1.62 Ysa2=1.823) 校核齿根抗弯疲劳强度，齿根弯曲应力 5.3.2 大齿轮设计计算初估大齿轮直径d1=184mm，则齿轮的尺宽为b=d d1=2/384=mm。齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。1） 计算齿轮转矩T1：2） 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为：则由手册中相应公式可知：3) 确定载荷系数 KH 、KF：确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.85。确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.0。确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知：4) 齿面疲劳强度计算：总工作时间th，假设该弯曲机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则：。应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取：Sh=1许用应力 h1、h2 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.5求所需齿轮直径d1 与初估大小基本相符。齿根抗弯疲劳强度验算:1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：Flim1=290MPa、Flim2=230MPa 尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.5 安全系数SF：参照表9-13，取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式（9-20），许用弯曲应力 2）齿形系数YFa1、YFa2 取： YFa1=2.56 YFa2=2.153）应力修正系数Ysa1、Ysa2 取： Ysa1=1.62 Ysa2=1.824)校核齿根抗弯疲劳强度，齿根弯曲应力： 第六章 花键轴与轴承校核6.1 花键轴校核根据上面的以上的叙述可以知道，花键轴的的运动学和动力学参数假设转速；轴所传递的扭矩 轴的材料选择:选用45#（调质），根据材料主要性能表查得：抗拉强度极限，屈服强度极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，屈服许用弯曲应力为（1）最小轴径校核公式满足条件，所以设计合理。（2） 进一步校核轴的的强度，其中轴向力不考虑，径向力求解 由于径向力所产生的弯矩很小，故此处不用考虑，仅需校核扭转强即可。 满足强度设计要求。（3）最后校核轴的扭转刚度，根据公式：式中：T轴所受的扭矩，； G轴的材料的剪切弹性模量，,对于45钢，； Ip轴截面的极惯性矩，,对于圆轴， L阶梯轴受扭矩作用的长度，； Ti、li、Ipi分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩； z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为：对于一般传动轴，可取 经计算轴的扭转刚度满足要求。 6.2 传动装置轴承计算校核 根据传动装置的工作条件，我们决定选用深沟球轴承。轴承的径向载荷为F。轴向载荷为F。装轴承的轴直径可在3555mm范围内选择，运转时有轻微冲击，预期寿命L=10h。选型计算：1、 求比值深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时e2、 初步计算当量动载荷P，根据公式P=f f 取f取X=0.56，Y值需在一直型号和基本额定静载荷C后才能求出。现暂选一近似中间值，取Y=1.5，则P=1.2*(0.56*300+1.5*500)=471.6N3、 轴承应有的基本额定动载荷值C=P=3.4KN 按照轴承样本或设计手册选择轴承型号620562066209C值3.23KN3.53KN4.68KN基于轴承的支撑、加工以及周的强度，我们选用6209轴承。此轴承的基本额定静载荷C。验算如下： 求相对轴向载荷对应的e值与Y值，相对轴向载荷为，介于0.040.07之间，对应的e值在0.240.27之间。Y值为1.61.8。用线性插值法求Y值 Y= 故X=0.56 Y=1.778 求当量动载荷P P=1.2*(0.56*300+1.778*150)=521.64N 验算6209轴承的寿命： L10即大于预期寿命，故6209轴承合适。 6.2.1 轴承的润滑轴承润滑的目标是缩小摩擦的磨损，进而得到了冷却、减震、防锈、降噪的作用。我们生活中常见到的润滑剂有润滑油，润滑脂及固体润滑剂。一般来说，高温、重载和低转速都使用高粘度润滑剂。润滑油选用：我们生活中常见到润滑油有机械油、高速机械油、透平油、压缩机油、变压器油等等。轴承转速越高，粘度越低的润滑剂被选择。负荷越重，粘度越高。选择润滑油或脂润滑的一般原则影响选择的因素用润滑脂用润滑油温度当温度超越120时，应利用非寻常润滑脂。当温度升高到200-220 时，再润滑的时间间隔要缩短油池温度超越90 或轴承温度超越200 时，可利用非寻常的润滑油温度系数400000400000500000载荷低到中等各种载荷直到最大轴承形式不用于不对称的球面滚子推力轴承用于各种轴承壳体设计较简单需要较复杂的密封和供油装置长时间不需维护的地方可用。根据操作条件，特别要考虑工作温度不可以用集中供油选用泵送性能好的润滑脂。不能有效地传热，也不能作为液压介质可用最低转矩损失如填装适当，比采用油的损失还要低为了获得最低功率损失，应采用有清洗泵或油雾装置的循环系统污染条件可用。正确的设计可防止污染物的侵入可用。但要采用有防护、过滤装置的循环系统总 结这次的毕业设计使我受益颇深，让我懂得了独立思考。怀揣着崇敬之心和耐性一步步的计算最后得出齿轮的具体参数。对于带轮的设计，更为复杂，带轮的制作材料相对于齿轮更为多样，通过大量确定最后的材料选型以及设计计算，这次毕业设计感触颇深的地方就
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