切管机设计——毕业设计论文

湘潭职业技术学院毕业设计说明书 题 目： 切管机设计 院 系： 医电学院 专 业： 机电一体化 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 目 录摘要ABSTRACT 第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究意义11.3 研究课题选择11.4 现状以及发展的道路11.5 本章小结2第2章 确定设计方案32.1 设计要求32.2 切管机的工作参数32.3 切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 3.1 电动机的选择5 3.1.1 选择类型5 3.1.2 选择转速5 3.1.3 选择功率53.2 确定传动方案53.3 各轴转速、功率和转矩的计算83.4 进行传动机构的设计与计算93.4.1 设计带传动93.4.2 蜗杆蜗轮传动的设计与计算103.4.3 设计与计算齿轮传动123.4.4 确定齿轮模数173.4.5 确定蜗轮蜗杆模数183.4.6 齿数的确定18第4章 结构设计204.1 各轴的最小直径的初算204.2 计算各主要传动件的结构尺寸22 4.2.1 三角带轮22 4.2.2 蜗轮和蜗杆224.2.3 齿轮234.3 轴的装配工艺设计26 4.4 各传动轴尺寸的计算与校核26 4.4.1 刚度的校对和申核的重要性264.4.2 蜗杆轴的尺寸计算与校核264.4.3 蜗轮轴的尺寸计算与校核284.4.4 惰轮轴的尺寸计算与校核314.4.5 滚轮轴的尺寸计算与校核33 4.5 确定减速箱的尺寸34第5章 总结37参考文献38致 谢39附录 图纸列表40 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3/84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 IAbstractionTube cutting machine mainly being used in processing various functional tube parts ,primarily includes varieties materialsmetals tube parts . This timethe designedTube cutting machine essentially process the tube parts which diameter between 3/84.The task of this time designed Tube cutting machine is chieflycomprises the design and of deceleration case , roller ,organism, and so on.Besides, the task also includesthe others several steps,such as :settle the technology craft program;the design and calculation of transmission installation,includes the selection of electric motor ; formulate the transmission program; the rotational speed of each axle; power and the calculation of Torque ; thedesign and calculation of the transmission mechanism etc.Afterdetailed intensity proofreadfor all kinds the above-ethionamide , according to the already experienced-formula, the mutual dimension among each components being fixed .Finally , draw the assemble chart; components chart as well as portionspare parts chart. The designed Tube cutting machine mainly used on cutting and processing for tubepart in the work shopTo some extent, the design has positive significancein improving productivity and lightening the workers labor intensity. Key words: Tube cutting machine; Transmission parts; Design calculation 第1章 绪论1.1 课题背景 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。1.2 课题研究意义 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。1.3 研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。1.4 现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。1.5 本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.结构比较复杂；2.可以切割管材直径范围比较小；3.振动比较大、定位不准确、精度比较低；4.刀具耐用度低、自动化程度低；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2.1 设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。2.2 切管机的工作参数 滚子转速：n=70r/min 圆盘刀片直径：a=80mm 加工管件的直径为：3/84 电机额定功率：i为P=1.5Kw 满载的转速为：N=1410r/min 每天工作：10小时2.3 切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。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。 1-机柜 2-开关 3-减速箱 4-电动机 5-带轮 6-蜗杆 7-涡轮 8-滚子轴 9-滚筒 10-管子 11-刀片 12-刀架 13-手轮 图2-1切管机机构示意图36 第3章 传动机构的设计与计算3.1 电动机的选择 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。3.1.1 选择类型 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。3.1.2 选择转速异步电机的转速主要有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min几种。选择同步转速为3000r/min的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/min和750r/min这两种转速。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。3.1.3 选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=1.5Kw，满载转速为N=1410r/min,每天工作的时间为10小时，载荷变动小适合用在灰尘多的环境。所以选用Y90L-4型的电动机，它的额定功率，同步转速1500r/min(4极)，满载转速，最大转矩是2.3Nm。计算切管机的传动比为： 3.2 确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；1.回转运动的传递的方式有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等；2.实现摆动或直线往复运动的有：齿轮齿条传动，螺旋传动，曲柄滑块机构，凸轮机构等；3.实现间歇运动的有：槽轮机构和棘轮机构等；4.实现特定运动规律的有：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。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3-1。但是由于加工的管子最大的直径为4，如图2-1，所以两个滚筒的中心距离不能够小于108mm，因此带动两个滚筒的齿轮外径不能大于滚筒的直径（100mm）。如果取蜗杆z1=2，蜗轮z2=40，m=4，则蜗轮分度圆直径d2=160mm，比同一轴上的齿轮大，按照图3-1的装配，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3-2。在本次毕业设计中，取蜗轮齿数为z2=50,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3-1蜗轮蜗杆传动方案图 图3-2蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图在确定传动方案后,根据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3-1:表3-1主要的几种传动机构的特性比较特 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:24,最大值6,三角带型: 24, 最大值7有张紧轮平型带:35最值8开式圆柱齿轮: 46,最大值15. 开式圆柱正齿轮: 34,最大值10. 闭式圆柱齿轮: 23,最大值6闭式: 1040,最大值100开式: 1560,最大值100外廓尺寸大中,小小成本低中高效率平型带0.920.98三角带0.90.96开式加工齿0.920.96闭式0.950.99开式0.50.7闭式0.70.94自锁0.400.45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.的时候必须考虑到的方面。根据公式 (3-1） 可知，当传动的功率P一定时,转速n越高,转矩T就越小.因此,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: 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.3.3 各轴转速、功率和转矩的计算查表得：取，（一对滚动轴承的效率），根据公式： (3-2） 可知各轴的转速为： 各轴的功率为： 各轴传递的转矩为： 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。 将以上各数据制成如表3-2所示的表格：表3-2各轴的计算结果轴号电机轴传动比i1.2501.51/4.5转速n(r/min)1410116.723.315.570功率P(Kw)1.51.441.030.960.89转矩T（Nm）10.2311.78420.02122.3 当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i45HRC6。 蜗轮的材料为ZCuSn10P1，为砂型铸造 (1)初选的值当量摩擦系数设 由查表取最大值 (2)中心距的计算蜗轮转矩 使用系数查表得 转速系数 弹性系数根据蜗轮副材料查表可知 寿命系数 接触系数由查表得 接触疲劳极限由查表得 接触疲劳最小安全系数查表得 中心距 （3）传动基本尺寸蜗杆头数由查表得 蜗轮齿数 模数 蜗杆分度圆直径 蜗轮分度圆直径 蜗杆导程角 蜗轮宽度 蜗杆圆周速度 相对滑动速度 当量摩擦系数经查表得 （4）计算齿面接触疲劳强度 许用接触应力 最大接触应力 105MPa d1+2r r倒圆直径，查阅手册中非配合处的过度圆角半径用凸肩定位时按此式计算，用套筒定位时另取带轮的定位靠套筒，此处的d2是指套筒外径d3安装滚动轴承处的直径d3 d2d3 d1无套筒的；套筒的d3必须符合轴承的标准由于采用205型轴承，d3=25mmd4装在两滚动轴承之间齿轮（蜗轮）处的直径d4 d3+2rr倒圆角半径，查阅手册确定如轴d5一般轴肩和轴环的直径d5d4+2a a轴肩或轴环的高度，a=(0.070.1) d4如轴，d4=55mm，a=3.855.5mm,取a=5mm,则d5=55+2*5=65mm因此处d4相当于d3=25，a=0.1 d4则d5=25+2*2.5=30mmd6滚动轴承定位轴肩直径查阅手册轴承部分的D1值L7安装旋转零件的轴头长度L7=（1.21.6）dd-轴头直径一般要求L7要比旋转零件的轮毂宽度要短一些L8轴环长度L81.4a或L8（0.10.15）d如轴L8