《金属切管机设计》doc版.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 冯军 学 号： 07021066 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 金属切管机设计 专 题： 指导教师： 胡元 职 称： 副教授 二O一四 年 六 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 机电工程学院 专业年级 机自10-4班 学生姓名 冯军 任务下达日期： 毕业设计日期： 毕业设计题目： 金属切管机设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1. 设计参数：所切管子尺寸为18mm1.5mm，切管频率为10-15支/分钟。2. 内容：整体工作装置设计，减速器设计，主要零件图设计，设计说明书。3. 设计图纸折合A0图纸不少于3.5张。4. 设计说明书正文不少于1.5万字5. 外文文献翻译字数不少于3000字。院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要金属切管机是一种主要用于车辆，工业或建材生产中的下料工作的机器。工作对象主要为各种型号各种材料的管材。 此次的设计主要是针对车辆用金属管材进行加工的切管机，完成的工作主要是切管机中滚子，机体和减速箱部分的设计。包括传动装置的设计和计算，其中有电动机的选择，传动方案的拟订，各轴的转速，功率和转矩的计算。总体结构的设计，其中有各轴尺寸的设计，各主要传动件的结构尺寸的设计。并且针对以上的设计计算进行了详细的校核。最后通过得到的数据，绘制了总体装配图，减速机和滚子部分的装配图。然后又针对各主要基本件，绘制了多张零件图。 此次设计所完成的产品主要用于车用通风，通水管。本产品在生产中应用可以提高产品质量和经济效益，降低劳动强度。关键词：切管机 结构设计 方案 设计计算ABSTRACTMental pipe cutting machine is the one mainly be used in the production of cars, industry and some work of putting materials. The work need to be finished is the design of body of the machine and the roll of it. It includes the design and calculate of the slowing speed box,. The choose of the electromotor, the design of the gearing, the rev, the measure design of the main deliver parts. Than do the emandation work. After all ,get the data and drawing the engineering picture. It includes one final assembling picture, two assembling pictures of each parts, some small pictures of the important accessary.The design work we do this time is to the purpose of be used at the place of fanning pipe and draining pipe. This product also can be used at the situation of enhancing the efficiency of production. Make the working effection upon and low down the labor force.Key words: pipe cutting machine, design of structure,plan,design and calculation目 录1 概论11.1引言11.1.1钢管对石油工业的影响21.1.2严格的质量和特性要求促使钢铁工业的发展21.1.3石油和天然气输送管的现状21.1.4中国石油管产业的发展前景2油管和套管用高表现：3可扩张的套管：31.2切管机的作用：41.3国内外切管机的发展状况：51.4金属切管机的原理及结构特点51.5 金属切管机整体方案的设计51.5.1研究内容与方法51.5.2切管机的原理方案设计61.6凸轮机构特点101.7带传动特点101.8金属切管机的性能要求112传动装置的设计与计算122.1 电动机的选择122.1.1类型的选择122.1.2转速的选择122.1.3功率的选择122.2 拟定传动方案142.2.1传动方案的选择142.3 计算各轴的转速，功率和转矩152.4 进行传动机构的设计与计算162.4.1带传动的设计162.4.2蜗杆传动的设计182.4.3凸轮传动的设计213结构设计223.1 V带轮的结构设计223.1.1电动机上的 V带轮结构设计223.1.2蜗杆上的 V带轮结构设计223.1.3摇臂组合上的 V带轮结构设计233.2 蜗轮蜗杆的结构设计及其校核243.2.1蜗杆的结构设计及其校核243.2.2蜗轮轴的结构设计及其校核283.3摇臂组合中的轴的结构设计及其校核323.4凸轮的结构设计343.5支撑轮的结构设计353.6摇臂的结构设计364滚动轴承的选择及校核374.1蜗杆上轴承的选择及校核374.2蜗轮轴上轴承的选择及校核374.3摇臂组合上轴承的选择及校核385键连接的选择及校核396. 英文原文427. 中文译文491 概论1.1引言机械制造业是国民经济的装备工业，是科学技术物化的基础，是高新技术产业化的载体，是国防建设的基础工业，也是为提高人民生活质量提供消费类机电产品的行业。高度发达的机械制造业是实现工业化的必备条件，是衡量国家国际竞争力的重要标志，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素。钢管主要用来输送流体(一般叫做输送管、英文叫“pipe”)和用作锅炉等的热交换器管(叫做管子，英文叫“tube”)。钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求量也越来越大。管材的需要量之所以急剧增长，是因为管子能用各种材料来制造。而且质量和精度也高。钢管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及天然气的钻探开采与输送、锅炉的油水与蒸汽管道、一般的水煤气管道。化工部门一般用管道化方式生产与运输各种化工产品。所以钢管被人们称为工业的“血管”。1.1.1钢管对石油工业的影响石油管主要有两种：油井用管(钻杆、钻铤、套管、配管等等),和石油和天然气输送管。在油探险和开发期间需要钻杆和钻铤, 油井的加强需要套管,而油的回收需要配管。依照统计学数据，以1米深的油井为例，62公斤的油井用管是不可或缺的,包括48公斤套管、10公斤油管、3公斤钻杆、0.5公斤钻铤等等。近几年来，油井用管的年消费量是大约一百三十万吨。 管道输送是石油和天然气运输的最经济的而且最合理的方法。在中国由于管道运输的迅速发展，石油和天然气输送管的需求大幅地在中国增加。几年以前，输送管的需求量只有油井用管的1/3,而在2003年，对输送管的需求量却超过一百四十万吨。2003 年，中国无缝管的消费量是六千六百万吨, 包括19%油井用管(一百二十六万吨)。中国的焊接管消费量是一千万吨，包括14%石油和天然气输送管,一百四十万吨。用于石油工业钢管用量仅少于建筑业。石油管在石油工业中无论从量上还是价值上都扮演着重要的角色。石油管的投资在石油工业中约占投资总数的20%。石油管的质量和特性对石油工业的发展产生重要的影响。OCTG的服务情况非常严厉。举例来说，套管和配管除了承受内部和外部的压力之外,还有数百至数以千计的大气压力，连同数百吨的拉力，同时，它们长期受到高温和腐蚀的影响。在1985年之前，每年在中国大约有1000个意外事件发生, 被归结为管的破裂。依照 IADC的统计数据，每件意外事件的损失大概是106000美元。一方面，与钻杆或套管有关的意外事件有时可能导致油井的报废。除此之外，套管的寿命直接地决定油井的寿命，而且油井的寿命决定油田的寿命。另一方面，与输送管有关的意外事件更损失惨重。石油管的安全性和可靠度、寿命和经济性都关系到石油工业。 1.1.2严格的质量和特性要求促使钢铁工业的发展为了满足油井管和输送管的性能要求, 对化学成分、机械性能、治金质量和尺寸精度的要求越来越严格。钢铁工业一直支撑着石油工业, 而且是它的基础。在同时中，石油工业的发展也推动钢铁工业的发展(油钢管工业)。举例来说，石油和天然气的输送提出越来越严格的质量要求推动了测线管和输送管发展。在最近的30年中，渠道钢已经变得低合金钢领域和高强度钢以及微合金钢中最有潜力的而且最重要的分支。在世界上，钢管厂是以他们的先进技术而闻名并备受所有的钢制造业者的关注。在中国,为实现钢管的自己自足, 政府投资建立天津无缝钢管厂和宝钢,并引进了当时的先进外国的设备和技术。1.1.3石油和天然气输送管的现状中国的螺旋钢管和大口径直缝埋弧焊管的生产能力在技术改造之后每年已经超过二百万吨。而且等级含盖了美国石油协会制定的5 LA，B，X42-X80。生产标准按美国石油协会制定的5L系列，IS03183系列, GB9711系列和消费者的补充技术上的需求而定。对螺旋钢管而言，只有6家钢管厂年产量超过133万吨，钢管直径和管厚分别在219- 2400毫米, 5.2- 25.4毫米, 产品种类超过50个品种。直到2003底，螺旋钢管的总产量和销售量已经达到八百万吨。而大口径直缝埋弧焊管才刚刚投产年产量已经超过七十万吨, 产品直径和厚度分别在304-1422毫米,6.0-26.4毫米。从2001年到2003年，总产量和销售量总计三十六万吨。每个钢管生产商已被授权使用美国石油协会标志，而且已经获得IS09002个质量系统证书,IS014001环境制度证书, 而且得到由中国政府发行的工业生产的产品许可证书。 随着中国管线钢的迅速发展，现在已不仅供给国内市场, 而且还对外输出数千计吨管线钢超过50个国家。比如苏丹、印度、韩国、蒙古、美国、意大利、澳洲、菲律宾人、巴基斯坦、哈萨克, 等等。在1998年,苏丹Muglad 盆地石油发展计划, X65型，711毫米10.72毫米,1040公里； 在2002年, Kenkiyak-Atyrau 的管线,X65型, 610毫米7.1-11.9毫米,725公里；在2003年，苏丹 Fula 领域原油输出管线, X65型，610毫米, 7.1-11.9毫米，725公里。1.1.4中国石油管产业的发展前景面对石油工业的越来越严格的产品技术要求，中国的钢管制造业和研究学会正在开发新的产品，以使中国油钢管制造工业复兴。目前，输送管面对的挑战是天然气输送管道过长，高压，寒冷的天气，深海，沙漠和地质学灾难。因此，输送管线下列类型需要发展。1.高强度的管线钢 (X80以上)。2.用于低温环境下的管线钢。3.有着适应环境能力的管线钢。4.抗HIC的管线钢。5.抗CO2的管线钢。6.有着高防腐能力的管线钢。7.钢和玻璃纤维结构的复杂管。油管和套管用高表现：不可或缺的高性能的套管和油管被用于深井作业和其他严峻的情况：用超过Q125或它的等级的超级高强度套管(同时具有高强度和高性能)。困难的点依下列各项：(1)使套管与它的超过Q125的等级相配的有黏性问题是当今世界级难题。(2)较高强度的钢难以改善SSCC抵抗,它的坚硬超过 HRC25硬度。强度和可塑性和钢的有黏性成反比例。因为钻孔机以在S135钻机上面的钢管，它的等级和用在Q125上面的它的等级套管，黏性需要极端地高，这近几年来已经成为一个焦点。那教英国能源部的科技文件规定给压力管的横截面最小的CVN被表达成计算式:CVN(J)= y(MPa)/10。一些年以前，深处的油田在中国西部被发现，V150套管产生的螺旋形的裂缝导致了油井的报废，这导致损失超过了一亿元。根据分析，螺旋形的裂缝起因是由于高的负载和潜在的螺旋管上的缺陷。固有的缺点或损害对油管和套管的影响是不可避免的。它的关键性能是与(KIC/ y)2有关，即套管是具有较高的强度，和较高的黏性。中国石油协会的研究中心现在正在致力于油井管的强度和黏性实验，包括改良黏性的方法。可扩张的套管：可扩张的管状技术是近几年来一种新的尖端的技术。可扩张的套管线在洞中内部穿梭，看起来好像包含扩充圆锥体串联而成，液体被抽入工作线路。水压的压力强迫圆锥体上升套管,借此扩张套管。可扩张的套管包括坚硬的可扩张的套管，坚硬可扩张的套管的主要用途依下列各项：小型地域封闭和高度淤水排除，粉碎的封闭的地域，套管片则穿孔于套管封隔器，此法为传统的尾管吊骨和尾管吊骨封隔器维持洞大小。当改善油井生产时，可扩张的套管新技术主要被用于封闭的粉碎的地域和撒沙网状组织的扩充。在可扩张套管的产生之前，钻杆必须以比较小直径管前进到指定区域，然后再深入其中,造成一个被 嵌进 的导管。凭借钻进期间使用的可扩张管状技术，洞的大小能被很好的维护而且到达的目标有了很好的保障。面临21世纪的挑战，套管与可扩张的能力设计显得势在必行。研究员估计的坚硬的可扩张的套管技术，可以大量减少钻进费用，能减少装备领域费用和水泥，用水量等方面的费用。该如何为可扩张的套管选择钢种是主要技术之一。可扩张的套管在洞中被扩大,即发生了塑性变形损坏。然后是它在恶劣的环境，腐蚀媒体的感应和外部的外力、内在的压力和腐蚀等。可扩张的套管有塑性毁坏的适应能力。在扩充许用范围、它的机械特性和尺寸精密区间上应该符合美国石油协会标准或其他的有关的产品规格。在可扩张的套管上的研究已经在中国持续了3年，整体而言仍然停留在实验阶段，并没有投入实际的生产。石油管生产正在迅速的发展。 油井管和石油和天然气的输送管的生产已经达到一个较高水平了。许多新的类型已经被研发，几乎包含的所有的等级和尺寸。几乎所有的钢铁公司、钢管制造业公司和研究学会正在研发性能优异的钢管，并提供较好的服务给用户1.1.5钢管的一些其他用途钢管作为结构管大量地用于机械制造业和建筑工业，如用于制作房架、塔吊、钢管柱、各种车辆的构架等。在断面面积相同的条见下，钢管比圆钢、方钢等的抗弯能力大，刚性好，其单位体积的重量轻。因此，钢管是一种抗弯能力较强的结构材料。钢管还作为中空的零件毛坯用于制造滚动轴承、液压支柱、液压缸简体、空心轴、花键套、螺母以及手表壳等，这既节约金属又节省加工工时。钢管又是军队工业中的重要材料，如用于制造枪管、炮筒及其他武器。随着航空、火箭、导弹、原子能与宇宙空间技术等的发展，精密、薄壁、高强度钢管的需求量正迅速增长。随着钢管的需求量的日益增大，钢管的生产也显得尤其的重要。 在现代机械制造行业中，随着我国海洋石油、环保、管道输油、输气等重点工程的建设，对管-管、管-板相交各种型式的焊接接头需求越来越大；同时，为保证良好的配合精度及焊接质量，对管切割轮廓线加工精度提出了很高要求。而切管机正是管道和平台制造工程中的关键设备之一。1.2切管机的作用：近些年来，切管机床的研究取得了很大成果。液压切管机床便是这些机床设计中的佼佼者，切管机的机械传动也日益为液压传动所取代，特别是液压机械传动所取代。同时在我国造船行业里，管子特别是大中型管子的定长切割工序，通常采用火焰气割、等离子气割，或带锯切割等方法，这些方法虽然长期在管子定长切割加工中发挥着主要作用，但也伴有相当多的缺点，诸如气割会产生大量烟气、效率低、生产成本高、切割质量差等等。这些缺点既不利于管子生产效率的进一步提高，又制约着管子法兰自动焊接等新技术新设备的应用，同时对环境产生很大的影响。为此，把机械冷加工方法引入到管子的加工工艺中已成为一种趋势，避免了管子定长切割加工存在的上述缺点。而在机电一体化的指导思想下，基于PC的数控切管机床的研制，极大地提高了机床的自动化程度和加工时的精度保持性。切管机主要用于管子和小棒料的下料，随着近些年来中小企业的发展。对它的需求量也越来越大，加工精度和效率的要求也越来越高，这也使得切管机械得到更大发展。我国生产的切管机一般品种齐全，但目前存在的问题是大部分设备老化，急需更新换代。我们应切合自身实际，运用科学技术，实现最优化设计，提高废品利用率和劳动生产率，减轻劳动强度，增加经济效益。不断改进设计，完善不足。目前，我国对管材的切割一般使用砂轮切割机，不仅费劲、管口质量不易保证，而且产生尖锐的高频噪声，同时从砂轮上磨掉的粉尘飘散到空气中，伴有刺鼻异味。为此针对此些缺陷本课题专门设计了一种能克服上述缺点、而又简单易行的管材切断装置，即摆压式切管机。其所切的管无需打磨毛刺即可进入下一道工序，节省了工时，同时减少了噪音，完全避免了粉尘污染。我觉得此课题非常有意义。 首先，切管机在钢管精整工段中占有很重要的地位。根据钢管产品标准的规定，凡是成品钢管共两端必须切齐整，且切头断面应与钢管中心线垂直。而热轧并经矫直后的管子均达不到上述技术条件的要求，钢管两端往往有裂纹、撕破、结疤和壁厚不均等缺陷，故需要切头尾。成品钢管按订货要求的定尺或倍尺，还有待处理品的改尺，均需要切断。此外，冷拔冷轧钢管生产时，中间管料和成品钢管都需切断和切头尾。其次，在长距离输油气管线建设与维护作业中，管材必须经切管机切断，然后才能使用。 总体上讲切管机的作用是： (1)按合同要求将飞锯、矫直后的钢管切成定尺长度或通常长度； (2)对钢管端而进行加工，使符合技术标准的要求； (3)对有缺陷的待修钢管进行中间切断，切除缺陷部分，钢管改尺(通常长度或短尺长度)交货；(4)将飞锯切断的倍尺长度的钢管切成单倍尺长度。1.3国内外切管机的发展状况：管材在机械制造、石油化工、压力容器、民用家电等行业的大量使用,促进了研究设计人员对管材加工工艺方法及加工设备的相关研究。而下料工序是管材加工后续工序的基础,通常采用普通机床(如车床、锯床等)来分割管材近年来,切管机床的研制取得了很大进展。早在上个世纪六、七十年代，我国就已经能够自主研发并生产各种型号的切管机及其辅助设备。尤其是应城县，它们生产的切管机遍及全国钢铁、锅炉、汽车等上百家企业。到九十年代，由于我国科学技术的发展并不断的吸收国外先进技术，针对客户不同需求，开发出新一代的高速切管机、数控切管机等等。这些新产品已经用于国内主要的无缝钢管生产企业、全国五大锅炉厂、一汽、二汽等汽车行业。但是和国外的一些尖端设备相比还是有一定的差距的。 国外的切管机的设计研发工作一直走在我国的前面。现如今像PMC公司已经成功开发出了智能化高速切管机，它将智能化软件应用其中，使的切削过程更加精确化，切削后钢管的质量更高。同时，其切管直径更大，以适应现代化生产的需要。1.4金属切管机的原理及结构特点用无齿的圆盘切刀切断管材，实质上是刀具对材料的挤压、拉伸直到断裂。它的工作过程没有力的突变，不会产生震动和高频噪音。该专机用一台马达驱动刀片旋转和刀片的进刀运动，这主要是简化减速机构，无需另外定做齿轮箱。刀片的进给是由马达通过减速器带动凸轮推动摇臂实现的。刀片的旋转由马达通过减速器上的皮带轮驱动摇臂上的皮带轮实现。驱动刀片旋转的皮带通过摇臂座的移位进而带动摇臂组合来调节松紧，驱动减速器的皮带通过电机的移位来调节松紧。摇臂的回位由拉伸弹簧控制，使摇臂推杆轮始终与凸轮接触。1.5 金属切管机整体方案的设计1.5.1研究内容与方法一个正确的设计必须满足两方面的要求即：技术要求安全可靠，操作和维修方便；经济要求结构紧凑，工艺性好，效率高，用料少，成本低，寿命长。设计的机械能否满足上述基本要求，是通过正确地选择和设计组成机械的零件与机构来实现的。 首先要对设计项目进行研究，弄清设计目的、任务和要求，制定设计计划；设计人员还必须充分了解生产过程的现状，特别是薄弱环节。因此要深入实际广泛进行调查研究，并对工艺方案提出初步设想。工艺方法不同，设计出来的机器也不同，所以工艺方法的确定，是整个机器设计的主要依据。对于切管机，设计人员经过调查研究，得出了常见的几种工艺方法。工艺方案确定以后，设计人员使着手做一些细致的工作。下图是产品设计的一般流程图，它说明了产品的整个设计过程，我们将按照其进行切管机的设计计算。产品设计流程所谓“功能原理设计”就是对所设计产品的主要功能提出一些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能进行原理性设计。功能原理设计的主要工作内容是：构思实现功能目标的新的解法原理。这里运用功能原理设计的设计方法“黑箱法”。1 1.5.2切管机的原理方案设计 第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系，见图2.1黑箱示意图。黑箱示意图 第二步：总功能分解 （1）总功能分解的依据 机器一般都由五部分组成：即动力系统、传动系统、执行系统、控制和支承系统。其技术过程通常是：原动机传动控制执行机构，而这四部分都安装在支承部件上。为了表示这种技术过程和周围环境的关系，用技术流程图来表示，见图2.2。此技术流程图已较清楚地将机器的技术轮廓展示出来了，可直接求得总功能的解，并为总功能的分解提供了可靠的依据。1技术流程图（2）总功能分解 将总功能分解为一级、二级分功能，依次类推，直到可找到相应的原理解为止。1如图2.3所示。总功能分解 第三步：建立功能结构图。首先建立总功能与一级分功能的功能结构图，如图2.4（a）、（b）。然后，建立二级功能的结构图。1如图2.4（c）。（a） （b）（c）功能结构第四步：寻找原理解法和原理解组合功能结构图建立后，就可以寻找各功能元的解，然后用形态学矩阵法对功能元的解进行组合，可得到设计方案的多种解。1见表2.1。组合方案数23334533240考虑到现场的工作要求：高速运转，稳定切削，结构紧凑等原因，对方案进行选择如表。原理解法及最优解选择方案序号技术解分功能 1 2 3 4 5回转钢管回转式钢管固定式进给液压进给电动进给手工进给夹紧液压夹紧电动夹紧手动夹紧能量转换电动机柴油机液压泵能量分配传递齿轮传动皮带传动齿轮皮带式链传动油泵制动带式制动阐瓦制动片式制动圆锥形制动变速液压式齿轮式液压-齿轮大体来讲，此切管机主要有以下几部分组成：机架、电动机、带轮、减速器、凸轮机构、摇臂组合、支撑轮组合、车刀等。管的运动不受辅助夹紧机构的约束，管材在一水平的塑料管内旋转，送料由人工手动进给。为使机构更简单，刀片的进给是由马达通过减速器带动凸轮推动摇臂实现的。刀片的旋转由马达通过减速器上的皮带轮驱动摇臂上的皮带轮实现。根据设计任务书的要求，所切管子尺寸为18mm1.5mm，切管频率为10-15支/分钟，即要求凸轮每分钟转10至15转。通过已有数据合理确定带轮基准直径，结合实际结构，合理确定带轮的中心距。通过凸轮的升程和刀具的下降距离来确定摇臂杆的比例。结合具体情况合理设计机架尺寸和各部件在其上布局。如下是摆压式切管机的工作结构简图。图1金属切管机结构简图1电机；2电机皮带轮；3皮带；4减速机；5减速机皮带轮；6凸轮；7皮带；8支承轮组合；9摇臂座；10支撑轮座；11管材；12切刀；13摇臂组合；14机架；15摇臂皮带轮；16电机安装板1.6凸轮机构特点凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。多用于轻载荷的控制或调节机构中。在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。1.7带传动特点带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带，其具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。1.8金属切管机的性能要求 摆压式切管机在设计上要求结构简单合理，高效率；装配方便；价格要求合理。同时，在工作时要满足操作简单，安全，在生产工人体力消耗最少的情况下能够满足产品的生产任务。2传动装置的设计与计算2.1 电动机的选择2.1.1类型的选择根据摆压式切管机工作的实际情况，选择Y系列（IP44）封闭式笼型三相异步电动机。三相异步电动机。它主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。 转子绕组是用作产生感应电势、并产生电磁转矩的，它分鼠笼式和绕线式两种。 鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（材料为铜或铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁 芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组鼠笼式异步电动机结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便，它被广泛地应用在工农业生产中，作为电力拖动的原动机。它的缺点是调速性能差，启动力矩较小，因此在一些要求平滑调速和启动力矩很大的场合常用其他类型电动机来完成。其具有良好的密封性，广泛用于机械工业粉尘多，环境较恶劣的场所。2.1.2转速的选择 经反复切试，刀具转速6001000r/min为宜。考虑到中间有两个V带传动，V带传动的传动比I=24，而设计其中一个传动比为1，电机转速为12004000r/min,符合这一范围的同步转速有1500r/min和3000r/min。2.1.3功率的选择 根据切削用量手册查的：当工件直径18mm20mm，切刀宽度3mm，加工材料为碳素结构钢，钢铸件时，进给量f选取0.060.08mm/r（切断及切槽时的进给量）；主偏角=时，切削分力修正系数，；结合加工形式和刀具材料，主切削力公式中的系数及指数分别为。径向力Fy公式中的系数及指数分别为。根据主切削力公式 和径向切削力公式 (为背吃刀量，为切削速度)可得： =9.8160 03671.50.720.06 0.8V 01.08=548.4N =9.8160 01421.50.730.06 0.63V 00.44=140N根据已知条件由计算得知工作机所需有效功率，为主运动消耗的功率为径向进给所消耗的功率由于径向进给所消耗的功率相对于一般都很小，可以忽略不计。选定切刀转速为715r/min，直径为=100mm可得： =548.43.74=2.05KWV带传动的效率，得传动系统的总效率，于是可得工作机所需电动机功率为：=2.05/0.9216=2.224KW为满足PmPr的条件，电动机的额定功率Pm应取为3KW。结合同步转速，初步确定电动机型号分别为Y100L2-4型和 Y100L-2型通过比较，结合转速及带轮传动比，应取Y100L2-4型为宜。Y100L2-4型技术数据大体为额定功率 3KW，同步转速 1500r/min，满载转速 1430r/min,质 量 38kg。 2.2 拟定传动方案2.2.1传动方案的选择特性类型V带传动齿轮传动蜗杆传动主要特点中心距变化范围大，结构简单，传动平稳，能缓冲，可起过载安全保险的作用外观尺寸小，传动比准确，效率高，寿命长，设用的效率和速度范围大外廓尺寸小，传动比大且准确，工作平稳，可制成自锁的传动主要缺点外廓尺寸大，轴上受力较大，传动比不能严格保证，寿命低要求制造精度高，不能缓冲，高速传动精度不够时有噪音效率低。中，高速传动装置需价格较高的青铜材料，要求制造精度高，加工较麻烦效率V带0.96开式加工齿轮0.92-0.96；闭式0.95-0.99开式0.70-0.75闭式0.7-0.94自锁0.40-0.45功率（KM）小于等于100常在30以下常在50以下速度V，m/s小于30小于等于18/36/100小于50单级传动比2-42-4小于等于5-810-40外廓尺寸较大小小使用寿命较短长中机构类型主要性能特点平面连杆机构结构简单，制造方便，行程距离较大，连接处为面接触，能承受较大载荷；设计时往往只能近似满足所需的运动规律凸轮机构可满足工作需要的任意运动规律，适用于各种自动机械；但一般行程较短，凸轮制作复杂，凸轮和从动杆接触面易磨损，高速运转时冲击较大螺旋机构运动精度较高，工作平稳，故多用于机床的进给机构及机械的调整装置。可传递较大的轴向力，且易实现反行自锁，故常用于起重升降，但机械效率低，螺纹易磨损。若采用滚珠螺旋，情况大为改善齿轮齿条机构结构简单，制造方便，适用于行程较大的地方；但运动精度及平稳不如螺旋机构计算总传动比及分配各级的传动比：传动路线1：总传动比i=n电动机/n刀具=1430/715=2,i带1=2，i带2=1。传动路线2：总传动比i=n电动机/n凸轮=1430/12=119.2,取V带轮的传动比为2（24合理）。i蜗轮蜗杆=59.6。2.3 计算各轴的转速，功率和转矩计算各轴的转速： n=n电动机=1430r/minn= n/ i带1=1430/2=715r/min(蜗杆)n1= n/ i蜗轮蜗杆=12r/minn2= n/ i带2=715r/min计算各轴的功率：P=P工作=2.3KWP= P1=2.30.96=2.208KWP1=0.073蜗轮蜗杆=0.055KWP2=2.05KW计算各轴扭矩(扭矩公式为：T=9.55106P/n):T=9.551062.3/1430=15360NT=9.551062.208/715=29491.5NT1=9.551060.055/12=43771NT2=9.551062.05/715=27381N2.4 进行传动机构的设计与计算2.4.1带传动的设计1.查机械设计工况系数KA 表得KA=1.2(以下参考均来自机械设计，如不是会有说明)，设计功率Pca=KAP=1.23=3.6KW。2.选择V带的类型：根据Pca、n查表选用A型。3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v3.1 初选小带轮的基准直径dd1。由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径dd1=100。3.2 验算带速v。 v=1001430/(601000)=7.49m/s,因为 5m/sv30m/s,故 带速合适。3.3 计算大带轮的基准直径dd2。dd2=idd1=200。4.确定V带轮的中心距a和基准长度Ld4.1根据0.7(dd1dd2) a02(dd1dd2),初定中心距 a0=600。4.2基准长度Ld02a0(dd1dd2)/2+(dd2dd1)2/4a0=1675。由表8-2取带的基准长度Ld=2240。3）计算实际中心距a：aa0+（LdLd0）/2=882.5。5.验算小带轮上的包角a1180(dd2dd1) 57.3/a=17490。6.计算带的根数z6.1计算单根V带额定功率Pr由dd1=100和n=1430r/min,查表8-4a及运用插值法得P0=1.306KW。根据n=1430r/min，i=2,和A型带，查表8-4b及运用插值法得P0=0.168KW。查表8-5得Ka=0.99，查表8-2得KL=1.06，于是Pr=（P0+P0）KaKL=1.55KW。6.2计算V带的根数。z=Pca/Pr=2.3，所以 取3根。7.计算单根V带的初拉力最小值（F0）min由表8-3得A型带的单根长度质量q=0.1/m, （F0）min=500(2.5-Ka) Pca/ KaZv=128N，应使F0（F0）min。8.计算压轴力Fp（Fp）min=2Z（F0）minsina1/2=767N。以上是传动比为2的带轮的设计，以下是传动比为1的带轮的设计。1. 设计功率Pca近似3.62. 选择V带的类型：根据Pca、n由图8-10选用A型。3. 确定带轮的基准直径dd并验算带速v。3.1初选带轮的基准直径dd。由表8-6和8-8，取两带轮的基准直径dd=140。3.2验算带速v。v=140715/(601000)=5.24m/s,因为5m/sv30m/s,故带速合适。4.确定V带轮的中心距a和基准长度Ld4.1根据0.7(dd1dd2) a02(dd1dd2),初定中心距a0=500。4.2基准长度Ld02a0(dd1dd2)/2+(dd2dd1)2/4a0=1440。由表8-2取带的基准长度Ld=2240。4.3计算实际中心距a：aa0+（LdLd0）/2=900。5.验算小带轮上的包角a1180(dd2dd1) 57.3/a=18090。6.计算带的根数z6.1计算单根V带额定功率Pr由dd=140和n=715r/min,查表8-4a及运用插值法得P0=1.26KW。根据n=715r/min，i=1,和A型带，查表8-4b得P0=0KW。查表8-5得Ka=1，表8-2得 KL=1.06，于是 Pr=（P0+P0）KaKL=1.34KW。6.1计算V带的根数。z=Pca/Pr=2.7，所以 取3根。7.计算单根V带的初拉力最小值（F0）min由表8-3得A型带的单根长度质量q=0.1/m, （F0）min=500(2.5-Ka) Pca/ KaZv=172N，应使F0（F0）min。8.计算压轴力Fp（Fp）min=2Z（F0）minsina1/2=1032N。2.4.2蜗杆传动的设计1. 选择蜗杆传动类型及参数根据GB/T10085-1988的推存，选用 圆弧圆柱蜗杆，圆弧圆柱蜗杆传动主要参数有齿形角a0=23为宜，推荐变位系数x2=0.51.5， 实际应用中当Z1=1时，齿廓圆弧半径p=5m。 根据功率p1=0.073，转速n=715r/min,i=60,在图11-20中可得a=225，在依据表11-10得圆弧圆柱蜗杆减速器参数匹配Z2/Z1=58/1,m=6.5,d1=67,x2=0.462。2. 选择材料蜗杆：根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故 蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故 蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮:由公式Vs=V1/cos得滑动速度:Vs=3.1467715601000cos5.54=2.52m/s 因而蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3. 校核蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数 在初步确定蜗杆传动的主要几何尺寸后，可按下式校核蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数SH。SH=Hlim/H SHlim式中：H =Ft2/(ZmYzbm2(d2+2x2m),MPa，蜗轮齿面接触应力； Hlim=K0fhfnfw，Mpa，蜗轮齿面接触疲劳极限； SHlim最小安全系数，见表11-12。H =Ft2/(ZmYzbm2(d2+2x2m)式中：Ft2，蜗轮分度圆上的圆周力，N； Zm，系数，Zm=（10m/d1）； bm2，蜗轮平均齿宽，bm20.45(d1+6m), ； Yz ，蜗杆齿的齿形系数，见表11-13。Hlim=K0fhfnfw式中：K0，蜗轮与蜗杆的配对材料系数，见表11-14； fh，寿命系数，见表11-15，fh=（12000/Lh）1/3, Lh为设计时所要求的以小时为单位的工作寿命； fn，速度系数，见表11-16； fw，载荷系数，当载荷平稳时，fw=1。Vs=V1/cos=3.1467715601000cos5.54=2.52m/sV2=d2n2/(601000)=0.24m/sFt2=P1/ V2=0.055/0.24=229NZm=（10m/d1）=（65/67）=0.98tan=0.1,查的Yz=0.666,bm20.45(d1+6m)=47.7取fh=（12000/Lh）1/3=1，由查表及插值法求得fn=0.49，fw=1，K0=7.84Hlim=K0fhfnfw=3.84H =Ft2/(ZmYzbm2(d2+2x2m)=2.4310-3MpaSH=Hlim/H=3.842/2.4310-3=1