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φ323.9-R457 90°长半径弯头坡口装置设计说明书.docx
φ323.9-R457 90度长半径弯头坡口装置设计【全套含CAD图纸、说明书、答辩稿】
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全套含CAD图纸、说明书、答辩稿
φ323.9-R457
90度长半径弯头坡口装置设计【全套含CAD图纸、说明书、答辩稿】
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摘 要在经济日益发展的今天，管道已经被越来越多的领域所应用到了，其中包括了海洋经济、石油化工生产建设、城市化建设中的天然气运输等，成为了发展经济的又一必需品。此次设计就是分析了国内外弯头坡口装置的现状，切削坡口时的优缺点，构思了一种加工质量、生产能力都能满足市场需求的一种弯头坡口装置设计。并分析了该装置的相关理论，整体结构，工作原理及本课题研究的关键电动机的选择、装置机床的计算设计、夹紧装置的计算设计。主要包括机床的总体布局设计、电动机的计算选取、切削力的计算、V带传动的设计计算、轴承的计算选取、齿轮的设计计算、夹紧装置的设计计算、进给装置的设计计算等。其中还包括了浮动刀架的设计这一创新点，利用浮动刀架可以做到对加工件不规则的形状和有缺陷的管件都能保证按照工艺要求的加工。从而设计完成了弯头坡口加工装置。关键词：弯头；弯头坡口装置；夹具AbstractIn todays economy growing, the pipe has been applied to by more and more fields, including the Marine economy, petroleum chemical industry production and construction, urbanization construction of natural gas transportation, has become another necessity of economic development. This design is to analyze the present situation of bend groove device at home and abroad, the advantages and disadvantages of when the cutting groove, conceived a processing quality and production capacity can meet the market demand of a bend the bevel gear design. This paper analyzes the theory of the device, the overall structure, the working principle and the choice of the key motor, the calculation of the machine tool and the calculation design of the clamping device. Mainly includes the general layout design of the machine tool, the selection calculation, the calculation of cutting force of the motor, V belt transmission design and calculation, the calculation of bearing selection, the design and calculation of the wheel, the design calculation of clamping device, the design calculation of feeding device, etc. It also includes the design of the floating tool holder, which can ensure that the irregular shape of the workpiece and the defective pipe fittings can be processed according to the process requirements.Thus, the machining equipment of elbow groove is designed.Keywords: Elbow; elbow beveling device; the status quo at home and abroad 目 录第一章 绪论11.1研究的目的及意义11.2坡口装置国内外的研究现状11.3坡口装置的发展1第二章 坡口装置总体设计32.1设计的依据32.1.1弯头的尺寸与材料32.1.2加工件的尺寸32.2管件的加工工艺方法32.2.1刀具的选取32.2.2加工的工艺方法42.2.3坡口机床总体布局与运动方案42.3机床的主要技术参数52.4电动机的选取6第三章 坡口装置的设计83.1传动装置的参数计算83.2V带传动的设计计算93.3齿轮的设计计算113.4轴承的选取183.5轴的设计计算183.6浮动刀的设计253.7夹具的设计计算263.8进给装置的设计计算28结 论30参考文献31致 谢32第一章 绪 论1.1研究的目的及意义 坡口的定义是在焊接的时候，提前在待加工的工件上切削去除掉一部分表面后，达到有利于焊接的工艺形状。查阅焊接标准后了解到了，焊缝是有一定的几何形状和技术要求，方便填充金属、保证焊缝的强度。其中坡口装置就是焊缝坡口的加工工具，通过半自动化的加工方法来降低工人师傅们的劳动强度，进而提高劳动效率。其中管道焊接成型的十分主要的工序是管道端面坡口的加工，坡口装置又在管道端面加工中起到了十分重要的作用，是不可缺少的主要设备。本次设计让我将大学四年所学的专业知识又巩固扩大了许多，掌握机械设计相关的主要程序、基本方法、巩固绘图技能、CAD-CATIA等软件的使用方法，培养自身思考分析能力、创新设计能力及独立完成工作的能力。1.2坡口装置国内外的研究现状国外的管道坡口装置起步较早、发展较快，在外管道施工中已经得到了较为普遍的应用。如：美国的CRC公司，德国的VIETZ公司以及加拿大的PROLINE公司等，他们的产品已经在荷兰、澳大利亚等国家使用。领先的坡口机有：火焰切割坡口机、管端坡口机、趴管式管道切割坡口机。国外的坡口机大多适用于现场作业，可靠性高，但是自动化程度其实并不高，在很大程度上依然还要依靠人手工操作的。我国的弯头坡口装置大多数都以国外的为研究基础，进一步再按照国内的实际生产需求进行相应的改造。其中浙江的奥太机械有限公司也是可以对管道坡口进行加工生产的。主要产品：外部安装式管道坡口机、内涨式管道坡口机，但加工对象都是现场施工或这维修的小管件、铸铁管道，不大适合大口径管道的施工。普遍性不是很高，但是加工的成本确是不低，加工效率较低。1.3坡口装置的发展近年来随着经济的快速发展，一带一路方针的完美实行，各国都在大力开发海洋经济，石油化工生产建设，城市化建设的速度也都在不断地加快，天然气、自来水等的地下管道铺也越来越多。这就提高了弯头、管道的出场率。而多年前埋在地下的管道也都在逐渐的老化、破损，然而我国的坡口装置与国外还有这一定的差距，在海洋技术中心管道的损坏主要是请国外公司来维修。这也都表明了坡口装置的生产应用需求在逐步增加。然而我们国家开始在这方面的研究又比国外晚了几十年，所以技术上与国外相比也是有着一定的差距。国内生产的坡口加工的设备有普遍存在加工管道坡口质量差、成本高、加工效率低、劳动强度大、质量难以控制等的问题。这就更需要我们在坡口装置这方面能有这长足的进步了，来弥补这些不足之处。第二章 坡口装置总体设计2.1设计的依据2.1.1弯头的尺寸与材料工件：323.9-R457 90长半径弯头。材料：20号钢（低碳钢）。壁厚：=9.53mm，坡口类型：Y型，角度35。钝边p=4mm。参 数数 据抗拉强度b /MPab410(42)屈服强度s/ MPas245(25)伸长率s/%s25断面收缩率/%55硬度未热处理/HB156表1 20号钢参数表2.1.2加工件的尺寸323.9-R457 90长半径弯头经过查弯头标准表可以知道弯头的壁厚=9.53mm，所以选用了Y型坡口。弯头坡口的加工要求：保证加工管件坡口处的角度和精度，同时保证加工管件端面的光洁度。机床工作寿命：15年，两班制。机床工作环境：温度在035,相对湿度满足低于75%，有较为充足的光照，而且还要避免阳光直接照射；保持机床的整洁。2.2管件的加工工艺方法2.2.1刀具的选取323.9-R457 90长半径弯头坡口在加工的过程中，一共需要两把刀。分别是加工坡口时所用的坡口刀和加工端面时所用的平口刀。根据被加工管件的材料20号钢，含碳量是小于25%的低碳钢，再考虑到了弯头加工的要求和尺寸等因素，综合考虑，选用了具有很高耐磨性和较高硬度的硬质合金刀具。2.2.2加工的工艺方法被加工件多余表面的加工。简单的来说就是需在待加工零件的表面用刀具切除掉多余的材料，最后使被加工件加工成满足要求的成品零件。这种加工方法的优点就是可以加工出相对精准的、良好表面质量的工件，具有较强的广泛的适应性，即使是在科技飞快发展的今天的制造中，也有很广泛的应用市场。管件坡口成型技术，需要由材料去除加工的方法来完成。管道坡口端面的加工端面方法有很多，为了能达到坡口的加工完成，必即所要应用的加工工艺的具体方法能够实现所要求的刀具和工件之间的相对运动和相对位置关系来达到切削加工的目的。又因为所要加工的管件是90的弯头，形状比较的特殊，这就给要实现工件的旋转增加了很大的难度，所以也就间接地确定了加工过程中的主运动，就是刀具的绕工件的旋转，在此过程中还要完成刀具的轴向进给运动。2.2.3坡口机床总体布局与运动方案机床的总体结构布局应当要符合购买的商家所罗列的各样需求，加工精度还要确保可以达到一定的水准，具有较高的生产效率等等，保证所要应用的加工工艺的具体方法能够实现所要求的刀具和工件之间的相对运动和相对位置关系来达到切削加工的目的。而且需要有容易的可操控性，良好的经济性，方便调整，容易维修，友善的人机关系，进而达到可以减轻工人的工作强度，较大的提高生产效率的目的。为了按照预先设定的加工工艺，加工的工件表面还要符合要求，这就需要使刀具和代加工工件之间有一定的相对运动，来达到切削加工的目的。运动方案：通过电动机来带动V带的小带轮转动，通过V带的连接，将动力传递给V带的大带轮，从而实现了动力的一级变速（减速），通过轴的联接，将变速后的动力传递给输入轴轴，轴的动力通过其上的小齿轮传递给与其啮合的大齿轮，大齿轮带动与其配合的输出轴轴，进而也完成了动力的二级变速（减速），经过变速后的输出动力再传递给其上的刀具，使刀具能完成圆周运动，再让输出轴轴左右移动（齿轮齿条相啮合，通过手动的手柄人工控制），完成与被加工工件的接触，进而实现切削加工，再通过浮动刀架实时调整被加工的厚度，完成预先设定的加工工艺。2.3机床的主要技术参数此部分参考机械制造技术基础工件：323.9-R457 90长半径弯头，材料：20号钢，壁厚:9.53mm，交工坡口的时候查表可知用Y型坡口，角度35，钝边4mm。即加工余量： 5.53mm，端面余量：1mm。余量确定过程中，当余量过大的时候，就十分的浪费材料，而且还较大程度的造成了加工时候工时过长的不必要现象，也给机床的负荷造成了很大的负担，这就让机床的损坏时间提前到来了；当余量过小的时候，就不能很好地加工掉工件表面存在的缺陷和误差，最终使工件的废品率大大提高了，甚至还会将刀具的磨损加快。这就使合理确定加工余量前的准备工作要做充分，这其中就包括了：加工工件的表面粗糙度，工件加工前的尺寸，加工工艺等。选择切削用量：（1）在工件表面粗糙度值要求为Ra125um-25um时，如果数控加工的加工余量小于5mm-6mm，粗加工一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。（2）在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2pm-12.5um时，可分粗加工和半精加工两步进行。粗加工时的背吃刀量选取同前。粗加工后留0.5mm-1.0mm余量，在半精加工时切除。（3）在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8um-3.2um时，可分粗加工、半精加工、精加工三步进行。半精加工时的背吃刀量取1.5mm-2mm。精加工时背吃刀量取0.3mm-0.5mm。1切削用量的选取不仅与被加工工件的表面粗糙度有关系，还和生产效率有关系，依据这次设计，焊接管道弯头的接口要求，和所加工的工件表面的粗糙度并不是很高，所以应用了一次加工成型的方法，查书53页表2-5和55页2-7得：进给量f：f=0.6mm/r切削速度vc：vc=90m/min由书上39页式（2-20）有：主切削力： Fc=CFc*apxFc*fyFc*vcnFc*KFc背向力： Fp=CFp*apxFp*fyFp*vcnFp*KFp进给力： Ff=CFf*apxFf*fyFf*vcnFf*KFf式中： 各切削分力，单位；切削系数；实际加工条件下的对切削分力修正系数。由书39页表2-3得： CFc=900，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=0 CFp=530，xFp=0.9，yFp=0.6，nFp=0 CFf=450，xFf=1.0，yFf=0.5，nFf=0由书表1.28得：KFc=0.92，KFp=0.62 , KFf=1.13.所以：主切削力：Fc=9005.5310.60.759000.92=3121.51N背向力： Fp=5305.530.90.60.69000.62=1127.23N进给力： Ff=4505.5310.60.59001.13=2178.17N根据书38页式（217）得切削功率故Pc=Fcvc103=3121.519060103=4.68kw2.4电动机的选取方便的维护、简单的结构、低廉的价格是三相交流异步电动机作为可以优先选用、应用于广泛的工业生产和三相交流电网中的主要原因。在输送机、金属切削机等机械设备中，适用于不容易爆炸、没有其他要求、不容易燃烧的机械上，且拥有较高的工作能力、稳定的工作效率的Y系列电机是全封闭自扇冷式三相异步电动机。2 按照老师已经给的电机功率5.5KW和自己已经计算完成的切削功率的数据，由机械设计课程设计192页表17-7得，电机型号：表2 电机参数表电动机型号额定功率满载转速额定转矩最大转矩质量Y132S-45.5KW1440r/min2.22.368kg39第三章 坡口装置的设计3.1传动装置的参数计算此部分设计参考的是机械设计课程设计由书12页表3-1得，各部分传递效率。7级精度的圆柱齿轮的传递效率为1=0.98，V带传递效率为2=0.96，两对滚动轴承传递效率3=0.99 ， 4=0.99，即总传递效率。=1234=0.960.980.990.99=0.92电机总传动比i： i=nm/nw 电机满载转速nm nm=1440r/min，主轴转速为。nw=1000vcd=100090323.9=88.45r/min带传动与一级齿轮减速器：设带传动的传动比为i1，一级齿轮减速器的传动比为i2，应使i1i2，以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。2即：i1=3（带轮的传动比），i2=5.5（齿轮的传动比）。传动参数计算：各轴转速：电机轴：n0=1440r/min，轴：n1=n0i1=1440r/min3=480r/min.轴：n2=n1i2=480r/min5.5=87.27r/min.各轴功率：电机轴：P0=5.5KW.轴:P1=P01=5.50.96=5.28KW.轴:P2=P123=5.280.980.99=5.12KW.各轴转矩：电机轴：T0=9550Pmnm=95505.51440=36.48Nm.轴：T1=105.05Nm轴：T2=560.28Nm3.2V带传动的设计计算V带的设计主要参考机械设计书143页至164页内容。电动机的额定功率Pd=5.5kw,转速nm=1440r/min,传动比i=3,查表8-8得，工况系数KA=1.1，Pca=KAPd式中： Pca计算功率，kw; KA工况系数； Pd名义功率；故：Pca=KAPd=1.15.5kw=6.05kw根据Pca，nm由书上图8-11，选A型带。初选小带轮基准直径dd1. 由书上表8-7，和表8-9，选择dd1=90mm。验算带速v。按式：v1=dd1nm60x1000 v1=dd1nm601000=901440601000=6.786m/s因为v：5m/sv11200符合要求。确定V带的根数z。表3 带轮参数表参 数来 源结 果基本额定功率P0 查表8-4P0=1.07kW额定功率增量P0查表8-5P0=0.17kW包角系数K查表8-6K=0.93长度系数KL查表8-2KL=0.93依据：Pr=P0+P0KKL=1.07+0.170.930.93kw=1.07kwz=PcaPr=5.51.07=4.654故取z=5根。计算单根V带的初拉力F0由书1496页表8-3 ，得A型带单位长度质量q=0.105kg/m，即F0=500（2.5-K）PcaKzv+qv2即：F0=5002.5-0.936.050.9366.786+0.1056.7862=130.26N计算带作用在轴上的压力Fp：Fp=2zF0sin12Fp=26130.26sin145.912=1494.46N根据书161页表8-11得，e=150.3mm fmin=9mm bd=11.0mm =340 hamin=2.75mm hfmin=8.7小带轮：直径da1=d1+2ha=90+22.75=95.5mm轮宽B=z-1e-2f=5-115-29=42mm.轮毂宽L=(1.52.5)d=1.728=48mm.轮毂直径 d1=1.82d=50 mm.大带轮：直径da2=d2+2ha=280+22.75=285.5mm.轮宽B=z-1e-2f=(5-1)15-29=42mm.轮毂宽L=(1.52.5)d=1.728=48mm.轮毂直径 d1=1.82d=1.830=50mm.选用A型普通V带5根，带基准长度为1250mm，带轮基准直径dd1=90mm, dd2=285m，中心距a的范围在300.61mm358.86m，单根带的初拉力F0=130.26N。3.3齿轮的设计计算齿轮的设计参考的是机械设计书上186页至236页内容。根据书205页中表10-6可知，选取7级精度；根据书191页表10-1可知。表4 齿轮参数表齿轮材料齿轮类型处理方式齿面硬度/HBS精度等级小齿轮40Cr圆柱直齿轮调质处理2807级精度大齿轮45钢圆柱直齿轮调质处理2407级精度根据切削用量简明手册表2-8初取小齿轮齿数z1=24，则大齿轮齿数z2=uz1=5.524=132。由书203页公式（10-11）试计算小齿轮分度圆直径，即d1t32KHtT1d*i+1i*(ZHZEZH)2确定公式中的各参数值试选KHt=1.3.计算小齿轮传递的转矩。T1=9.55106P1n1=9.551065.28480=105050Nmm表5 公式系数表参 数来 源结 果齿宽系数d查表10-7d=1.0区域系数ZH查表10-2ZH=2.5弹性系数ZE查表10-2ZE=189.8MPa12大、小齿轮接触疲劳极限Hlim1、Hlim2查图10-25dHlim1=600MPa查图10-25dHlim2=550MPa由书202页式（10-9）可计算接触疲劳强重合系数Za1=cos-1z1cos/(z1+2ha*)=cos-124cos20024+21=29.8410a2=cos-1z2cos/(z2+2ha*)=cos-1132cos200132+21=22.2310 =z1tan1-tan+z2tan2-tan2=24tan29.8410-tan200+132tan22.2310-tan2002 =1.741 Z=4-3=0.868计算接触疲劳许用应力H由书208页，图10-23，接触疲劳寿命系数：KHN1=0.90 ,KHN2=0.95 。取失效率为1%，最小安全系数S=1，由书207页，式（10-14）得H1=KHN1Hlim1S=0.906001=540MPaH2=KHN2Hlim2S=0.955501=523MPa取H1和H2较小者，即H1=H2=523MPa试算小齿轮分度圆直径d1t32KHtT1du+1u(ZHZEZ)2=321.31050501.05.5+15.52.5189.80.8685232=58.498mm调整小齿轮分度圆直径计算圆周速度v。v=d1tn1601000=58.498480601000=1.47m/s齿宽b。b=dd1t=158.498mm=58.498mm计算载荷系数KH。表6 公式系数表参 数来 源结 果使用系数KA查表10-2KA=1动载荷系数KV根据v=1.47，查图10-8KV=1.09齿间载荷分配系数KH查表10-3KH=1.2齿向载荷分布系数KH查表10-4KH=1.421齿轮圆周力。Ft1=2T1d1t=210505058.498=3591.58NKAFt1b=13591.5858.498=61.397N/mm100N/mm实际载荷系数KH：KH=KAKvKHKH=11.091.21.421=1.859 由式（10-7），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径d1=d1t3KHKHt=58.49831.8591.3=65.905mm相对应的这组齿轮模数为: m=d1z1=65.90524=2.746.由书200页式（10-7）试算模数：mt32KFtT1Ydz12YFaYSaF确定各参数值：试选KFt=1.3.由书200页式（10-5）计算弯曲疲劳强度用重合度系数。Y=0.25+0.75=0.25+0.751.741=0.681计算YFaYSaF。表7 公式系数表参 数来 源结 果齿形系数YFa1、YFa2查图10-17YFa1=2.65查图10-17YFa2=2.23应力修正系数YSa1，YSa2查图10-18YSa1=1.58查图10-18YSa2=1.76弯曲疲劳寿命系数KFN1， KFN2查图10-22KFN1=0.85查图10-22 KFN2=0.88大小齿轮齿根弯曲疲劳强度极限Flim1，Flim2查图10-24cFlim1=500MPa查图10-24cFlim2=380MPa取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式F=KFNFlimS得F1=KFN1Flim1S=0.855001.4MPa=303.57MPaF2=KFN2Flim2S=0.883801.4MPa=238.86MPaYFa1YSa1F1=2.651.58303.57=0.0138YFa2YSa2F2=2.231.76238.86=0.0164因为大齿轮的YFaYSaF大于小齿轮，所以取：YFaYSaF=YFa2YSa2F2=0.0164试算模数：mt32KFtT1Ydz12YFaYSaF=321.31050500.68112420.0164=1.743mm调整齿轮模数：实际载荷系数：圆周速度v：d1=mtz1=1.74324=41.832mmv=d1n1601000=41.832480601000=1.051m/s齿宽b：b=dd1=141.832mm=41.832mm宽高比bh：h=2ha*+c*mt=21+0.251.743=3.921mmbh=41.8323.921=10.67实际载荷系数KF。表8 数据选取表参 数来 源结 果动载系数KVv=1.051，查图10-8KV=1.08齿间载荷分配系数KF查表10-3KF=1.0齿向载荷分配系数KH查图10-13KF=1.34Ft1=2T1d1=210505041.832=5022.47NKAFt1b=1.55022.4741.832=180.09N/s100N/S则载荷系数为：KF=KAKvKFKF=11.0911.34=1.46由式m=mt3KFKFt，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数m=mt3KFKFt=1.74331.461.3=1.812mm分析计算结果，并依据齿根弯曲疲劳强度为设计准则。故可取m=1.812mm并取标准值m=2mm，按接触疲劳强度计算所得的分度圆直径d1=41.832mm，所以小齿轮齿数z1=d1m=41.8322=20.916。故取z1=21，则大齿轮齿数z2=uz1=5.521=115.5,取z2=116。z1与z2互为质数。这样设计出来的齿轮传动既满足齿根弯曲疲劳强度，又满足齿面接触疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3几何尺寸计算：分度圆直径 d1=z1m=212=42mm d2=z2m=1162=232mm中心距a。a=d1+d22=42+2322mm=137mm齿轮宽度b.b=dd1=142m=42mm考虑到不可避免的安装误差及为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（5-10）mm；还有在实际传动过程中应该考虑刀具的进给情况，所以应该增大小齿轮宽度3，取小齿轮宽度b1=100mm，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即b=b2=42mm。主要设计结论: 表9 齿轮数据表齿轮齿数Z模数M分度圆d齿顶圆da齿根圆 df齿顶高 ha齿根高 hf齿宽BZ121242463722.5100Z2116223223622722.5423.4轴承的选取此部分的参考机械设计课程设计轴承是现代机器应用中相当广泛的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动的零件。载荷是轴承选取的最主要依据，轴承类型及型号的选用主要应该根据载荷的大小，方向，允许的转速，承载能力，安装和拆卸的合理性，结构要求等进行选定。角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高的转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角度有关。接触较大的，承受轴向载荷的能力也高。4深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速且有轻量化要求的场合，可用来承受单向或双向的轴向载荷。比较符合本次的设计，所以轴采用深沟球轴承，轴采用角接触球轴承。根据具体轴径并且查书158页表15-1得：轴：代号：6006；尺寸：dDB=305513轴：代号：N206E,NF206；尺寸：dDB=3562163.5轴的设计计算材料：轴的材料是45钢，调制处理。依据机械设计书上366页公式15-2：d=A03Pn对于轴，依据书机械设计366页的表15-3得，取A0=112，轴的最小轴径为： d1min=A03Pn=11235.28480=24.91mm，对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%-7%，5即：d1min=24.91（1+5%）=26.16mm 圆整取28mm。对于轴，依据机械设计书上366页的表15-3可以知道，取A0=120，所以轴的最小轴径：d2minA03Pn=12035.12279.85=30.02mm .对于直径d100mm的轴，有一个键槽，轴径增大5%-7%，即：d2=30.02（1+5%）=31.521mm 圆整取32mm.输入轴： 图1 输入轴初定各轴段的直径：（从右左） 安装V带轮的位置：轴径d-=28mm，按估算值所取。轴承端盖的位置：轴径d-=31mm，查书374页得，轴肩高度：a=（0.070.1）d=1.752.5mm。右轴承的位置：轴径d-=35mm。齿轮的位置：轴径d-=46mm，考虑到安装时候的方便性，所以轴径的尺寸应该比轴承的轴径大。左轴承的位置：d-=35mm，查书374页得，轴肩高度：a=（0.070.1）d=1.752.5mm。 左轴承的位置：d-=31mm，与右轴承的位置相同。初定各轴段长度：安装V带轮的位置：L-=65mm，依据V带轮的宽度决定的。轴承端盖的位置：L-=43mm，依据轴承端盖的结构设计和V带轮之间的间距决定的。右轴承的位置：L-=25mm，依据轴承之间的宽度和套筒的宽度决定的。齿轮的位置：L-=100mm，综合考虑到了齿轮轴向移动的距离所决定的。左轴承轴肩的位置：L-=25mm，依据整体的装配时与箱体壁的距离决定的。左轴承的位置：L-=26mm，依据轴承宽度决定的。表10 输入轴数据表轴段-直径283135463531长度6543251002526 Ft1=2T1d1=210505042=5002.38NFr1=Ft1tan=5002.38tan20=1820.72N Fn=Ft1cos20=5002.38cos20=1937.57N Fa=0N轴受力情况分析图如下： 图2 受力分析图 X-Y面的受力分析图： 图3 受力分析MH=Ft2L=5002.382101=243847N*mm水平面的弯矩图： 图4 受力分析 X-Z面的受力况分析： 图5 受力分析图垂直作用平面上弯矩MV:MV=Fr2L=1820.722183=88725Nmm垂直面弯矩图： 图6 受力分析图 合成弯矩 M=MH+MV=243847+88725=259487.43 Nmm 图7 受力分析图轴所受的扭矩T:T=105050Nmm 图8 受力分析图 依据受力分析结果和弯矩受力图的结果可以知道，输入轴轴的危险截面所在位置是在齿轮轴的中间截面位置，依据，第三强度理论，和对于单方项传动的轴承，转矩按照脉动循环的方式处理，再考虑到不同的工作环境下所受的影响，由此引入折合系数，6由机械设计书367页到书369页的公式计算:对于圆轴的直径为d，所受的弯曲应力:=MW所受的扭转切应力：=TWT=T2W从而可以得到轴的所受弯扭合成条件：ca=MW2+4T2W2=M2+T2W-1w查表可以得到45号经过钢调质处理以后所受的抗拉强度极限=650MPa，考虑到轴的工作环境，运行平稳并且没有冲击力，因此查表可以得到=1，-1w=60Mpa式中： ca轴的计算应力，MPa, M轴所受的弯矩，Nmm, T轴所受的扭矩，Nmm, W轴的抗弯曲截面系数，mm3, -1w对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，MPa计算ca=259487.432+10505020.1463=28.76MPa60MPa，所以轴的强度满足所需的要求。1、计算输入轴承（1）初选择两个轴承都为深沟球轴承6308型两轴承所受的径向反力：Fr=FNH2+FNV2=25012+9102=2661.41NP=Fr=2661.41N 查出的基本额定负荷为C=19.5KN ， 球轴承指数=3温度系数ft=1.00，进而来验算这个深沟球轴承的寿命：Lh=10660*572(1*19.5*1000947.54)=253959h54750h根据所计算的结果可以知道预期轴承寿命足够，所选取的轴承合适。输出轴 图9 输出轴初定各轴段的直径：（从左右） 安装刀盘处的位置：轴径d-=32mm，此处轴径要比支撑套筒的轴承的轴径要小，以此来确定刀盘的位置。安装套筒左轴承处的位置：轴径d-=35mm，此处安装支撑套筒的左轴承，依据所选取的轴承来决定的。套筒轴承轴肩处的位置：轴径d-=45mm。此处安装定位轴承，轴径应该大于轴承处的轴径。安装套筒右轴承处的位置：轴径d-=37mm，此处安装支撑套筒的右轴承，依据所选取的轴承来决定的。齿轮处的位置：d-=35mm，依据齿轮结果所确定的。 安装圆螺母处的位置：d-=35mm，依据齿轮轴经和圆螺母的规格所决定的。花键轴处的位置：d-=32mm，按估算值选用的花键，花键轴规格为83236。初定各轴段长度：安装刀盘处的位置：L-=28mm，依据刀盘的结构所决定的。安装套筒左轴承处的位置：L-=30mm，依据轴承和端盖以及端盖距离刀盘的距离所决定的。套筒轴承轴肩处的位置：L-=200mm，依据套筒的齿轮齿条机构的结构和移动的距离决定的。安装套筒右轴承处的位置：L-=32mm，综合考虑到了轴承和齿轮定位套筒。齿轮处的位置：L-=42mm，依据齿轮的宽度所决定的。安装圆螺母处的位置：L-=26mm，依据圆螺母规格和与箱体的右内侧距离决定的。花键轴处的位置：L-=75mm，需要满足轴的轴向移动的极限距离50mm。表11 输出轴数据表轴段-直径32354537353532长度283020032422675由机械设计手册 。Ft1=2T2d2=2560280232=4830N Fr1=Ft1tan=4830tan20=1757.97N Fn=Ft1cos=4830cos20=5139.97NFa=0N 轴经过校核计算可以知道，选取得材料是45钢，计算之后所得到的组合变形应力ca=30.28MP-1w=60MP，所以强度满足所需要的要求。轴经过轴承的校核计算得到的结果可以知道，轴承也满足所需要的要求。3.6浮动刀的设计因为在坡口的加工过程中，待加工的长半径弯头的端口形状有可能是椭圆，存在加工缺陷等等，不一定是规则的形状，所以在切削加工的过程中难免会出现切多或者切不到的情况，达不到所需的加工标准，从而影响加工质量。为了避免这些问题的出现，则需要刀具根据实际弯头的形状，来调整切削过程中刀具的运动情况。所以需要设计浮动刀架来解决弯头坡口加工时存在的加工误差。7有了浮动刀的设计从尺寸结构上保障了弯头的加工基准与弯头坡口的工艺设计基准的相一致。从而实现了对弯头加工工件的定位要求不用保证十分精确，只需要保证被加工工件的定位工件轴心线与刀具回转中心线平行即可，从而大大缩减了工件的定位夹紧与加工完成时换取工件，调整工件轴线与刀具回转中心线同心的时间，极大的缩减了加工之前的准备工作的时间。8弯头零件坡口加工时，挤紧轮紧贴弯头内壁，内壁给挤紧轮一个力，通过深沟球轴承和轴作用在浮块上，浮块通过克服弹簧力上下运动，实现径向调节，以此确保坡口的精度。在刀盘上与浮动刀头成九十度出安装有一把加工弯头端面的平口刀具，以此保证弯头端面的精度。设计图。图10 浮动刀架3.7夹具的设计计算夹紧装置的设计主参考了现代机床夹具设计在夹紧装置的设计中应该满足一些基本要求：用夹具设计来保证加工工件的精度要求；提高生产效率；保证工艺性能、使用性能和经济性好。9本设计加工的零件是323.9-R457 90长半径弯头，在加工过程中应该确保被加工件的轴线位置不动。又因为弯头是结构比较特殊的工件，外形成90的管道，所以夹具主要采用的是两组以外圆柱面的V型块的夹紧定位；V型块则采用气缸夹紧。气缸的设计：在弯头坡口的加工过程中，夹紧力的主要作用是防止在管件的切削力矩作用下发生工件的转动；和在轴向切削力的作用下工件发生轴向移动。从而保证加工精度的要求。10其中：主切削力、背向力分别为：主切削力： Fc=CFc*apxFc*fyFc*vcnFc*KFc=3121.51N背向力： Fp=CFp*apxFp*fyFp*vcnFp*KFp=1127.23N工件的最大切削力Mp为：Mp=Fcd2=3121.51323.92=505445.9Nmm理论夹紧力F为：F=12Fc2+Fp2=123121.512+1127.232=1659.4N则最大夹紧力Fmax为：Fmax=FKf式中：K安全系数，取K=1.5
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