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切管机的机械结构设计说明书液压切管套丝机.doc

切管机的机械结构设计液压切管套丝机[含CAD图纸和说明书全套打包]

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A1套丝机减速机构装配图.dwg

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摘要

　　　液压切管机床是一种新型管材下料机床，是在传统机床设计基础上与液压系统相结合而设计的。该机床主要包括主轴箱，定心夹具，摩擦送料机构，液压系统，电气控制系统等。其特点为：切割管料范围广，噪声污染小，操作控制简单，结构尺寸小，占地面积小，成本低廉，适合中小批量生产的厂家。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料。

关键词：切管机；送料；定心夹具；切断

Abstract

　　　Hydraulic pipe cutting machine is a new kind of pipe cutting machine tool, is based on the traditional machine tool design combined with a hydraulic system is designed. This machine is mainly including spindle box, centralizer, friction feeder structure, hydraulic system, electrical control system, etc. Its characteristic is: cutting the pipe material is wide, small noise pollution, simple operation control, the structure of small size, cover an area of an area small, low cost, suitable for medium and small batch production of the manufacturers. With the development of science and technology, all kinds of new materials, new technology and new technologies are emerging, and the mechanical manufacturing technology is developing in the direction of high quality, high productivity and low cost. The emergence of a variety of new technology, has broken through the traditional rely on mechanical energy, cutting force to carry out the scope of the cutting process, can process a variety of difficult processing materials, complex surfaces and certain parts with special requirements. The advent of CNC machine tools to improve the frequency of small batch parts and the shape of complex parts processing productivity and processing accuracy. In particular, the rapid development of computational methods and computer technology has greatly promoted the progress of mechanical processing technology, so that the automation of the process has reached a new stage.

Keywords：Pipe cutter; Feeding; Centering fixture; Cut off the

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1 选题的背景 1

1.2 国内外的现状和发展 1

1.3 研究设想与设计方法 1

1.4 预想结果 1

第2章液压切管套丝机总体方案的确定 3

2.1 液压切管套丝机总体设计 3

2.2总体方案综合评价和选择 3

2.3液压切管套丝机设计修改和优化 3

2.4本章小结 4

第3章液压切管套丝机总体布局的设计 5

3.1 液压切管套丝机总体布局的分析 5

3.2 总体布局的初步拟定 5

3.3 总体布局的最终确定 5

3.4 本章小结 6

第4章电动机的选取 7

4.1电动机类型和结构形式 7

4.2 电动机的容量 7

4.3套丝电动机的选取 7

4.4液压马达的选取 9

4.5本章小结 9

第5章套丝机的设计 10

5.1设计思路 10

5.2工作原理 11

5.3连接固定方式 11

5.4蜗轮蜗杆转动机构 11

5.5本章小结 14

第6章轴的设计与计算 15

6.1蜗杆轴最小尺寸的确定 15

6.2蜗杆轴各段尺寸的确定 15

6.3蜗轮轴各段尺寸的确定 16

6.4轴上零件的周向定位 17

　　　6.5蜗轮轴上的载荷 17

6.6轴承的校核 21

6.7本章小结 22

第7章联轴器、键的校核及选择 23

7.1联轴器类型的选择 23

7.2键的选择及强度计算 24

7.3本章小结 25

第8章切管机的设计计算 26

8.1切管机的组成 26

8.2套丝机工作原理 26

8.3切刀尺寸的选取和设计 27

8.4 V带转动的设计计算 27

8.5 V带轮设计 29

8.6本章小结 30

第9章液压系统的设计计算 31

9.1液压转动系统设计一般步骤进行 31

9.2明确液压系统的技术要求 31

9.3液压系统的功能设计 31

9.4本章小结 42

结论 43

致谢 44

参考文献 45

第1章绪论

1.1 选题的背景

液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料

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内容简介：: 切管机的机械结构设计摘要液压切管机床是一种新型管材下料机床，是在传统机床设计基础上与液压系统相结合而设计的。该机床主要包括主轴箱，定心夹具，摩擦送料机构，液压系统，电气控制系统等。其特点为：切割管料范围广，噪声污染小，操作控制简单，结构尺寸小，占地面积小，成本低廉，适合中小批量生产的厂家。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料。关键词：切管机；送料；定心夹具；切断AbstractHydraulic pipe cutting machine is a new kind of pipe cutting machine tool, is based on the traditional machine tool design combined with a hydraulic system is designed. This machine is mainly including spindle box, centralizer, friction feeder structure, hydraulic system, electrical control system, etc. Its characteristic is: cutting the pipe material is wide, small noise pollution, simple operation control, the structure of small size, cover an area of an area small, low cost, suitable for medium and small batch production of the manufacturers. With the development of science and technology, all kinds of new materials, new technology and new technologies are emerging, and the mechanical manufacturing technology is developing in the direction of high quality, high productivity and low cost. The emergence of a variety of new technology, has broken through the traditional rely on mechanical energy, cutting force to carry out the scope of the cutting process, can process a variety of difficult processing materials, complex surfaces and certain parts with special requirements. The advent of CNC machine tools to improve the frequency of small batch parts and the shape of complex parts processing productivity and processing accuracy. In particular, the rapid development of computational methods and computer technology has greatly promoted the progress of mechanical processing technology, so that the automation of the process has reached a new stage.Keywords：Pipe cutter; Feeding; Centering fixture; Cut off the 目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 选题的背景11.2 国内外的现状和发展11.3 研究设想与设计方法11.4 预想结果1第2章液压切管套丝机总体方案的确定32.1 液压切管套丝机总体设计32.2总体方案综合评价和选择32.3液压切管套丝机设计修改和优化32.4本章小结4第3章液压切管套丝机总体布局的设计53.1 液压切管套丝机总体布局的分析53.2 总体布局的初步拟定53.3 总体布局的最终确定53.4 本章小结6第4章电动机的选取74.1电动机类型和结构形式74.2 电动机的容量74.3套丝电动机的选取74.4液压马达的选取94.5本章小结9第5章套丝机的设计105.1设计思路105.2工作原理115.3连接固定方式115.4蜗轮蜗杆转动机构115.5本章小结14第6章轴的设计与计算156.1蜗杆轴最小尺寸的确定156.2蜗杆轴各段尺寸的确定156.3蜗轮轴各段尺寸的确定166.4轴上零件的周向定位176.5蜗轮轴上的载荷176.6轴承的校核216.7本章小结22第7章联轴器、键的校核及选择237.1联轴器类型的选择237.2键的选择及强度计算247.3本章小结25第8章切管机的设计计算268.1切管机的组成268.2套丝机工作原理268.3切刀尺寸的选取和设计278.4 V带转动的设计计算278.5 V带轮设计298.6本章小结30第9章液压系统的设计计算319.1液压转动系统设计一般步骤进行319.2明确液压系统的技术要求319.3液压系统的功能设计319.4本章小结42结论43致谢44参考文献45V第1章绪论1.1 选题的背景液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料。1.2 国内外的现状和发展当今液压切管套丝机的发展趋势是在切割管材并套丝时能够自动定长、自动夹紧、自动切削、并通过液压技术、PLC技术进行控制。1）规格切管机有自动液压切管机、半自动切管机、手动切管机，大多为小型机床，套丝机有电动套丝机，手动套丝机，以小型为主。2）控制以液压技术和PLC技术为主，能过自动定长、自动夹紧、自动切削，70%以上的切管为液压型。3）功能该机适于加工较长的管材，直径为在，壁厚不大于。能够套丝直径为规格不同铁管的螺纹。1.3 研究设想与设计方法改装前我们对普通切管套丝机所存在的缺点和一些影响机床精度和质量的因素，进行了调查和分析，决定把研究方向放在解决下面六个问题上：1）减少加工费用。2）改善机床的噪声。3）实现切刀的自动进给。4）合理选择转动机构。5）能够加工长管材、能对直径比较大的管材进行套丝。6）用液压系统控制切刀的进给量。1.4 预想结果1）与普通车床相比，解决了不能加工较长管料的难题。2）与砂轮切割机相比，提高了加工质量，解决了消耗资金大、环境污染严重等问题。3）由于该机是刀具通过旋转运动来切削固定不动的工件，所以结构紧凑，制造成本低。4）由电动机带动蜗轮蜗杆转动机构对管料进行套丝，从而结构比较紧凑，工作稳定。5）由液压马达驱动经V型皮转动带动切刀旋转，减少了噪声污染。第2章液压切管套丝机总体方案的确定2.1 液压切管套丝机总体设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要技术指标包括：1）用途可切割并套丝一定范围直径的金属管材2）主要参数机床外廓尺寸 2000mm1000mm1200mm(长宽高)切刀旋转面积切刀长度 200mm切刀转速范围套丝转速切割管材直径套丝直径 3）驱动方式液压切管套丝机有液压及机械两种传动；切刀工作进给及旋转靠液压、机械传动，套丝由蜗轮蜗杆转动进行套丝。2.2总体方案综合评价和选择液压切管套丝机的总体转动方式主要有三种：工件旋转切刀垂直进给、工件旋转并且带动切刀旋转进给、切刀旋转工件固定。1）工件旋转切刀垂直进给式:结构简单，适用于小批量切削。缺点是，切刀容易崩碎。2）工件旋转并且带动切刀旋转进给:能够进行无屑切削、节省材料。缺点是，受力大，管材摩擦力大。3）切刀旋转工件固定式:结构紧凑、制造方便、成本低。切削稳定。三种转动方式中切刀的进给量都依靠液压驱动。综上所诉，我选择第三种方案、切刀旋转工件固定为转动方式对管材进行切割及套丝。2.3液压切管套丝机设计修改和优化1）将液压系统驱动切刀的向下进给，用液压系统的差动回路，使切刀进行快速进给、工作进给。2）由电动机经V型带带动切刀旋转运动，从而结构简单并且经济，由电动机带动蜗轮蜗杆转动带动套丝板装置对管件进行套丝，结构比较紧凑。2.4本章小结设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。第3章液压切管套丝机总体布局的设计3.1 液压切管套丝机总体布局的分析由于液压切管套丝机的总体布局关系着它的性能，质量和整体的合理型，所以在决定液压切管套丝机布局时，应注意以下几个问题：1）液压切管套丝机的刚度，精度，抗振性和稳定性。支撑部件应力求有足够的刚度，运动件在不影响本身刚度的条件下，应尽可能做到体积小，重量轻。2）液压切管套丝机的布局应尽量使传动链较短，以简化结构，提高传动精度和效率，减少功率损失和发热量，降低制造成本。采用合理布局，例如V带传动，蜗轮蜗杆转动等。3）液压切管套丝机操作与调整要简单，装拆与维修要方便，排屑与冷却要畅通，联锁与防要安全可靠。在考虑机床布局时必须重视减轻工人的劳动强度，改善劳动条件和环境，如操作三角夹盘位置高低适当，并尽量集中。4）液压切管套丝机的外观轮廓应美观，大方和协调。3.2 总体布局的初步拟定根据图3-1中所作的分析，可以从大体上知道了总体布局需要涉及的问题。此时参看设计任务书可知道设计的要求。因此，总体布局必须要完成设计所要求的内容。一般来说，由于后床腿承受的力较大，故后床腿尺寸要大些，前床腿可以小些。一般车床的高度都在800-1800mm之间。为了工人的操作方便，要将前后两床腿同时加高一部分，大约在400-500mm之间最为适宜。主要材料采用水泥等即可。液压切管套丝机的外观造型模仿车床的大体外观。3.3 总体布局的最终确定综合以上分析，确定设计方案如图3-1图3-1 液压切管套丝机总体装配图3.4 本章小结经分析可以从大体上知道了总体布局需要涉及的问题。此时参看设计任务书可知道设计的要求。因此，总体布局必须要完成设计所要求的内容。第4章电动机的选取4.1电动机类型和结构形式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电动机因此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构形式。Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、掘拌机等。常用Y系列三相异步电动机的技术数据和外形尺寸见相关手册。对于经常起动、制动和正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）。电动机的类型和结构形式应根据电源种类（交流或直流）、工作条件（环境、温度、空间位置等）、在和大小和性质（变化性质、过载情况等）、起动性能和起动、制动、正反转的频率频繁程度等条件来选择。4.2 电动机的容量功率选择得是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏，而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低，增加奠定消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。对于载荷比较稳定、长期连续运行的机械（如运输机），只要所选电动机的额定功率Pm 等于或稍大于所需得电动机工作功率P0，即可，即Pm P0，这样选择的电动机就能安全工作，不会过热，因此通常不必校验电动机的发热和起动转矩。4.3套丝电动机的选取套丝电动机功率必须要合理确定，若功率选用得过大，则消耗电力多，造成浪费，选用得过小，则又使机床的使用效率受到了限制。一般使用下述方法互相参考比较而定。根据14可得电动机的功率公式为：（4-1）（4-2）（4-3）式中：工作机的有效功率，即工作机的输出功率，单位为KW，它有工作机的工作阻力和运动参数确定；V 为工作机的线速度，单位为m/s；从电动机到工作机间的总效率。她为组成传动装置和工作机的各部分运动副或传动副的效率之乘积；蜗轮传动的效率；两对圆锥滚子轴承的效率；计算总效率时，应注意以下几点：（1）各机械传动效率的概率值，各概略值都有一定的范围，一般取个范围的中间值。（2）带传动的效率是指V带的传送效率，我们在这采取的是V带A型。（3）轴承的效率包括两对圆锥滚子轴承，在计算时要把两对转动都考虑在内，不要漏掉。切管电动机所需功率：F =2000N，V=0.2m/s，工作机的效率。取。代入（4-2）式得根据上面的公式要使电机能够安全的实现工件的工作我们所选择电动机的功率必须大于计算所得的功率，当所选电动机的功率大于工作所需功率时电动机的能量有所浪费，当电动机的功率小于工件完成运动所需要的功率时则不能安全的实现工件主轴的做功。电动机转速选择的是否合理，容量相同的三相异步电动机，一般有3000r/min、1500r/min、1000r/min及750r/min四种同步转速。电动机同步转速愈高，磁极对数愈少，价格愈低。但是电动机转速愈高，传动装置总传动比愈大，会使传动装置外部尺寸增加，提高制造成本。而电动机同步转速愈低，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机转速时，应综合考虑，分析比较。电动机转速对整个机构的运动的速度都有很大的影响。电动机的转速经过蜗轮传动进行减速，再由蜗轮轴带动套丝筒进行旋转运动，由此可得电动机速度的选择要根据蜗轮的转动比来综合考虑。所以取电机的额定功率为0.75KW。由上述可得我们选用电动机的转速为1440r/min。4.4液压马达的选取1）液压马达与液压缸一样，也是液压系统中的执行器，液压马达是把液压能转换成连续回转机械能，液压马达输入油液的实际压力称为工作压力P，工作压力取决与负栽。额定压力是指液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。液压马达可以进行无级调速，质量轻等优点。根据切刀的转速，与其带的转动比，来选择液压马达。马达型号理论排量额定压力16 公称转速2600最低转速600理论转矩64重量3.42）系列高压齿轮马达为三片结构，主要由铝合金制造的前盖，中间体，后盖合金钢制造的压力板等部件组成。前后盖内各压装两个DU轴承，DU材料使齿轮泵提高了寿命，压力板是径向和轴向压力补偿的主要元件，可以减轻轴承载荷和自动调节齿轮轴向间隙，从而有效地提高齿轮马达的性能指标和工作可靠性。3）液压马达的实际输入功率为液压马达的工作压力马达的实际流量液压马达的工作压力，已知液压马达轴的直径为。 4.5本章小结由于生产单位一般多采用三相交流电动机因此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机。功率选择得是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。第5章套丝机的设计5.1设计思路套丝机是一种管件螺纹加工的一种机械。本机器适用于套丝直径为的管件，设计套丝机首先要考虑管件的夹紧问题，大多夹紧机构采用液压夹紧，由于管件比较长，难于对管件自动送料，自动化不能得到实现，所以无需对管件自动夹紧，本机器采用手工夹紧，主要考虑了加工、套丝管件方便。再次必须考虑套丝机的套丝速度，由电动机带动转动机构进行套丝时，转动比比较大，从设计方案中，可以想到用蜗轮蜗杆转动机构，由于转动比要求很大，采用蜗杆头数为，套丝对管件进行套丝必须具备两个运动条件：一、是套丝筒必须有轴向移动的距离。二、在套丝时，套丝机必须对管件有个轴向力。要使套丝机对管件产生一个推力，必须要使套丝机向管件方向移动，我采用液压转动来作为驱动力，推动套丝机向管件方向移动。套丝管件时，为了使管件受力均匀，采用四把刀对管件进行套丝。图5-1 套丝机构5.2工作原理管件固定，套丝筒旋转。由电动机产生驱动力，带动蜗轮蜗杆转动机构，经蜗轮轴带动套丝筒做旋转运动。蜗轮轴与套筒是通过滑键联接，轴上的套筒则可沿键作轴向滑移。滑键固定在套筒上，套筒带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。这样，只需在轴上铣出较长的滑键，而键可做得较短。套丝需要轴向进给外，还需轴向力，轴向力由液压驱动为动力，经液压缸的轴推动减速器箱底的肋板，产生轴向力，带动减速器轴向移动，移动导轨采用车床的三角导轨，液压缸轴与减速器箱底的肋板是焊接固定的，在液压驱动下，减速器能够自动进给和自动返回。 5.3连接固定方式管件采用三角爪盘来固定，进行人工操作。蜗轮轴与套丝筒的轴向固定采用螺母联接。套丝刀与套丝筒的固定采用螺钉联接。液压缸与支座的固定采用螺纹销联接。减速器的固定方式由：轴承端盖固定圆锥滚子轴承的轴向运动，电动机轴与蜗杆轴通过联轴器来固定，蜗轮与蜗轮轴通过平键来固定，液压缸轴与减速器箱底的肋板是焊接固定。5.4蜗轮蜗杆转动机构（1）选择蜗杆转动类型根据，采用渐开线蜗杆（ZI）（2）选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆转递的功率不大，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。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1。金属模铸造，为了节省贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁制造。（3）按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆转动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按校核齿根弯曲疲劳强度。转动中心距（5-1）1）确定作用在蜗轮上的转矩按，估取效率，2）确定载荷系数因工作载荷较稳定，估取载荷分布不均系数，由机械设计表11-5选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则3）确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。4）确定接触系数选假设蜗杆分度圆直径和转动中心距的比值，从机械设计图11-18中可查得。5）确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属摸铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，可从机械设计表11-7中查许用应力。应力循环次数寿命系数则6）计算中心距取中心距，因，故取模数4，蜗轮分度圆直径，这时从机械设计图11-8中可查得接触系数因为因此以上计算结果可用。（4）蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸轴向齿距直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚（5）蜗轮蜗轮齿数；变位系数-0.500；验算转动；这时转动比误差为是允许的蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿顶圆直径齿顶高齿根高蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉圆半径（6）校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据=-0.5,=52.28,查得齿形系数螺旋角系数许用弯曲应力从表中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度是满足的。5.5本章小结设计套丝机首先要考虑管件的夹紧问题，大多夹紧机构采用液压夹紧，由于管件比较长，难于对管件自动送料，自动化不能得到实现，所以无需对管件自动夹紧，本机器采用手工夹紧，主要考虑了加工、套丝管件方便。第6章轴的设计与计算6.1蜗杆轴最小尺寸的确定轴的设计计算需要注意以下内容1）轴的材料主要是碳钢和和合金钢，根据需要选用45钢。2）零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的，定位轴肩的高度一般取为，为与零件相配处的轴的直径。单位为。滚动轴承的定位轴肩的高度必须低于轴肩内圈端面的高度，以便拆卸轴承。3）蜗杆轴上的功率P1，转速n1和转矩T1P10.57KW， n1910r/min （6-1）4）初步估算蜗杆轴的最小直径先按式机械设计手册初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢，调质处理，根据机械设计，取得A0110，于是得考虑轴上键槽的削弱，轴径需加大，取6.2蜗杆轴各段尺寸的确定根据轴向定位的要求确定轴的各段长和直径拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。已知阶梯轴有如下公式轴肩（环）高度轴环宽度1）由计算可的轴的最小直径为24mm,故轴段I的直径为。故取轴段I的长度。2）轴段I采用键定位，其尺寸为，由于轴段I仅仅是用键来定位的，所以轴段I的长度与键的宽度和高度有关，所以。3）取安装轴承端盖的轴段II的直径;4）轴段III的左端是由圆锥滚子轴承3106固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用轴承端盖和轴环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的圆锥滚子轴承的支承环的高度为2.5mm，并且选定轴III的直径，为了使轴承紧密的固定在轴上，轴段III的长度选为。5）轴环的宽度为，由蜗宽度，得。图6-1 蜗杆轴的结构示意图6.3蜗轮轴各段尺寸的确定1）由计算可的轴的最小直径为26mm,故轴段I的直径为。由于I段与键联接，外加圆螺母固定，故取轴段I的长度。2）轴段I采用键定位，其尺寸为，由于轴段I仅仅是用键来定位的，所以轴段I的长度与键的宽度和高度有关，所以。3）取安装轴承端盖的轴段II的直径;4）轴段III的左端是由圆锥滚子轴承3106固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用轴承端盖和轴环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的圆锥滚子轴承的支承环的高度为2mm，并且选定轴III的直径，为了使轴承紧密的固定在轴上，轴段III的长度选为。5）轴段IV为键槽，与蜗轮连接，已知蜗轮的宽度为，为了便于固定蜗轮，轴段IV的长度应小于蜗轮的宽度，所以。6）轴环的宽度为，由蜗杆宽度，得。图6-2 蜗轮轴结构示意图6.4轴上零件的周向定位蜗杆轴与电动机轴的周向定位采用平键联接。按查得平键截（GB/T10951979），键槽用键槽铣刀加工，长为22mm（键长见GB/T1096-1979）13。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为R1mm。6.5蜗轮轴上的载荷由机械设计手册查得画轴受力结构简图如图6-1所示1）计算扭矩，蜗杆所受的外力偶矩为取蜗杆轴最小直径为，扭矩为2）计算极惯性矩，轴横截面的极惯性矩为3）计算应力（切应力）可以确定轴承的支撑点跨距，水平面支反力：，垂直面支反力： 4）画弯矩图、转矩图总弯矩扭矩弯矩图如图6-2图 6-3 工作轴的载荷分析图从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为T7870NmmM14314.5Nmm5)按第三强度理论进行强度校核:W为轴的抗弯截面系数，W=-W=331.2-56.3=274.9=222MPaS=1.5 故安全截面E左侧面校核：抗弯截面系数W为： W=0.1d3=0.1x253=1562.5mm3抗扭截面系数WT为： WT=0.2d3=0.2x153=3125mm3弯矩M及弯曲应力为: M=54600= =17.5Mpa扭矩T3及扭转应力为：T3=27300 =40.4MPa根据机械设计用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：k,k由机械设计得尺寸系数由机械设计得扭转尺寸轴按磨削加工，由机械设计得表面质量系数为 =0.92轴未经表面强化处理，即，则按机械设计，得综合系数值为：K=-1=0+=0.09K=+-1=+=1.63计算安全系数：S=18.89S=4.57Sca=4.4S=1.5故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。6.6轴承的校核机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。对型号为3006圆锥滚子轴承进行校核。由可知主动轴的轴向力。所受径向力：Fr=1754.5/2=877.25N 轴承安全。6.7本章小结轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。第7章联轴器、键的校核及选择7.1联轴器类型的选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器1）载荷计算公称转矩由表查得工作情况系数，计算转矩为2）型号选择从中查得型弹性套柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转速为。型号许用转矩许用转速轴孔直径轴孔长度转动惯量重量型铁钢铁钢2503300380032、35、388260821605450.02610.364040、42工作温度：件号名称材料1、7半联轴器钢铁2螺母按性能等级5级3垫圈4挡圈5弹性套橡胶6柱销358制动轮铸钢7.2键的选择及强度计算1）键的选择键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽键高表示）与长度L。键的截面尺寸按轴的直径由标准中选定。键的长度一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为，这里为轴的直径。所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。重要的键联接在选用键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。2）键联接强度计算滑键联接强度计算，平键联接转递转矩时，联接中各零件的受力情况。对于采用常用材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃，除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于导向平键联接和滑键联接（动联接），其主要失效形式是工作面的过度磨损。因此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布。普通平键联接的强度条件为 (7-1)导向平键联接和滑键联接的强度条件为 (7-2)式中：T转递的转矩（），单位为；K键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，单位为；键的工作长度，单位为，圆头平键，平头平键，这里为键的公称长度，单位为；为键的高度，单位为；轴的直径，单位为；键、轴、轮三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为；键、轴、轮三者中最弱材料的许用应力，单位为；对套丝筒与蜗轮轴联接的滑键进行强度校核已知 (7-3)，已知蜗轮蜗杆的转动效率为，得 T工作机的阻力矩 (7-4)强度满足条件。7.3本章小结键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求取定。通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。第8章切管机的设计计算8.1切管机的组成该切管机由动力部分（主动机）、工作部分、液压部分、转动部分（V型带）辅助部分（支料滑车及导轨）组成。图8-1 切管机构装配图1 支撑架2滚轮3管件4螺母5平键6 V型带7皮带轮8轴承端盖9密封圈10圆锥滚子轴承11三角卡盘12切刀13弹簧14密封活塞15螺母16进油口17密封圈18夹紧机构8.2套丝机工作原理1）如图8-1所示，工件向右进料，由于管件比较长，为了防止管件过长发生塑性弯曲，在夹紧机构后面加上支撑架，由滚轮带动，当移动管件时减少摩擦力，减少劳动、强度。当三角卡盘夹紧管件后，主电机经V型带带动空心主轴转动，液压油通过进油口、聚油环槽进入轴上油路中，最后进入进刀油缸上腔，并推动进刀活塞运动，进刀活塞上紧固的刀具进行辗压其管壁。直到管件发生塑性变形最终切削最终断裂，液压系统关闭换向阀，进刀活塞在弹簧的作用复位，即退刀，一个工作循环完成。2）切管机液压系统原理图，它是单作用缸弹簧复位液压回路。切管机采用了间隙密封技术，如图所示的聚油环槽两边的间隙密封处，要求研配后抛光，以获得较小的密封性能，并保证较小的旋转运动阻力和良好的密封性能，液压系统工作时，液压油从油口进入聚油槽中，此时无论空心主轴是静止或是旋转运动，都不会影响液压油的正常流入轴上油路中，从而实现了相对旋转运动机构间的液压转动。液压通过间隙密封处，允许有微量的泄油流量，泄油油液流经轴承起润滑作用，在经泄流回油箱。8.3切刀尺寸的选取和设计切刀是切管机的核心部件，应有一定的硬度和较好的韧性，减少切割作业中脆断。切割刀采用耐冲击工具钢，经过特殊的热处理工艺，由数控机车加工制成，保证了硬度和韧性要求。由于管材直径不断增大。切刀的尺寸也不断增大，为了减少切刀的尺寸，应选取硬度比较大的刀具。我采用了两把切刀对管件进行工作，管件固定不动，切刀刀刃圆周高速旋转，慢速切入进给，不断辗压其管壁，导致管壁塑性变型最终断裂。由于切刀为无齿刀具，整个切削过程都不产生切屑，故称之为无屑切削。切刀控制原理：在这工作过程中切刀进给工作采用了液压缸驱动，我采用液压系统的差动连接，使得刀具能够快速的运动，在短时间内接近管件。当刀具接触管件后，由变量液压泵产生小流量液压油，从而推动刀具工作进给。当切断管件后，液压换向阀换向，高压油回油，进回油箱。切刀机械原理：活塞与切刀焊接而成，由泵产生高压油推动密封活塞运动，导致切刀产生推力，对管件进行工作进给，当切断管件后，高压油回油箱，由弹簧产生复位力，使刀具返回原先位置。8.4 V带转动的设计计算(1)设计准则和单根V带的基本额定功率根据分析可知，带转动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带转动的设计准则应为：在保证带转动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。(2)设计V带转动时给定的原始数据转递的功率，转速、（或转动比），转动位置要求及工作条件等。设计内容包括：确定带的截型、长度、根数、转动中心距、带轮基准直径及结构尺寸等。(3)设计步骤和方法1)确定计算功率计算功率是根据转递的功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即（8-1）式中：计算功率，单位为；转递的额定功率（例如电动机的额定功率），单位为；工作情况系数；已知电动机型号为，额定功率，转速，转动比，一天运转时间。（以下机械设计为第七版，西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著）由机械设计表8-6查得工作情况系数，故2）选取窄V带型根据、，由机械设计图8-9确定选用型。3)确定带轮基准直径由机械设计表8-3和表8-7取主动轮基准直径。从动轮基准直径验算带的速度带的速度合适。4）确定窄V带的基准长度和转动中心距根据，初步确定中心距。根据机械设计式（8-20）计算带所需的基准长度机械设计表8-2选带的基准长度。按公式计算实际中心距 5）验算主动轮上的包角主动轮上的包角合适。6）计算窄V带的根数Z （8-2）由、，查机械设计表8-5和表8-5由机械设计表8-8得和表8-2得取根7）计算预紧力由式（8-23）知（8-3）查机械设计表8-4得，故8）计算作用在轴上的压轴力由机械设计式（8-24）得8.5 V带轮设计1）V带轮设计要求设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般应为3.2 ）以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。2）带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为或；转速较高是宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。3）结构尺寸铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式；腹板式；孔板式；椭圆轮辐式。带轮基准直径（为轴的直径，单位为）时，可采用实心式；时，可采用腹板式（当时，可采用孔板式）；可采用轮辐式。带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构型式；根据带的截型确定轮槽尺寸；带轮的其它结构尺寸可参照机械设计图8-12所列经验公式计算。确定了带轮的各部分尺寸后，即可绘制出零件图，并按工艺要求注出相应的技术条件等。图8-2 V带轮的结构 8.6本章小结管件发生塑性变形最终切削最终断裂，液压系统关闭换向阀，进刀活塞在弹簧的作用复位，即退刀，一个工作循环完成。当切断管件后，液压换向阀换向，高压油回油，进回油箱。第9章液压系统的设计计算9.1液压转动系统设计一般步骤进行1）明确设计依据，进行工况分析2）初步拟订液压系统原理图3）初步确定液压系统参数4）液压元件的计算和选择5）液压系统性能的验算6）绘制液压系统工作图编写技术文件9.2明确液压系统的技术要求机器设备的技术要求是设计液压系统的依据和出发点。设计者应在设计之初与用户或主机制造单位共同讨论，并辅以调查研究，以求定量了解和掌握下列技术要求：1）主机的工艺目的（用途）、结构布局（卧式、立式等）、使用条件（连续运转、间歇运转、特殊液体的使用）、技术特征（工作负载是阻力负栽还是超越负栽、恒值负载还是变值负栽，以及负载的大小；运动形式是直线运动、回转运动还是摆动，位移、速度、加速度等运动参数的大小和范围）等。由此确定哪些机构需要采用液压转动，所需执行器的形式和数量，执行器的工作范围、尺寸、质量和安装等限制条件。2）各执行器的动作循环与周期及各机构运动之间的连锁和安全要求。3）主机对液压系统的工作性能如运动平稳性、转换精度、转动效率、控制方式及自动化程度等要求。4）原动机的类型（内燃机还是电动机）及功率、转速和转矩特性。5）工作环境条件、如室内或室外、温度、冲击振动、易燃易爆及腐蚀情况等。6）限制条件，如压力脉动、冲击、振动噪声的允许值等。7）经济性要求，如投资费用、运行能耗和维护保养费用等。9.3液压系统的功能设计切管套丝机切刀要完成快进工进快退原位停止的工作循环，并按能满足活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动的类型，即单作用式液压缸最大切削力为；工件进给要求能在快进、快退速度为，工进行程为,摩擦系数,两把切刀重量为，往复运动的加速减速时间要求不大于0.5。（1）设计要求：（2）确定执行元件（液压缸）的主要结构尺寸；（3）绘制正式液压系统图；（4）选择各类元件及辅件的形成和规格；（5）确定系统的主要参数；（6）进行必要的性能估算（系统发热计算和效率计算）（二）确定液压缸的尺寸及工况图1负载图及速度图负载分析（1）切削力（2）摩擦阻力（3）（4）将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，取液压缸机械效率（5）背压力表9-1 液压缸各动作阶段中的负载工况计算公式液压缸负载液压缸推力启动100111.11加速60.1966.87快速5055.55工进1005011166.6快退5055.55快进速度与快退速度相等，即，行程分别为，工行程。根据这些数据和表9-1 中的数值绘液压缸的负载和速度图，如图9-1所示图9-1 液压缸负载及速度（三）初定液压缸的结构尺寸（1）初选液压缸的工作压力，初选。（2）计算液压缸的结构尺寸因要求，故选用单杆式液压缸，使，且快退时液压差动连接。因为是切割管材，为了防止切断管材时工作部件突然前冲，回油中应有背压。取背压力。快进时，液压缸差动连接，由于管路中有压力损失，所以这时液压缸有杆腔中的压力必大于无杆腔中的压力，若估取这部分损失为，则。快退时，油液从液压缸无杆腔流出，是有阻力的，故也有背压。此时背压也按估取。求出缸体的面积按标准取液压活塞杆直径为按标准取由此求得液压缸实际有效工作面积为无杆腔面积有杆腔面积查得调速阀最小稳定流量为，验算液压杠的有效工作面积，即所以流量控制阀无论是放在进油路上，还是回油路上，有效工作面积、都能满足工作部件的最低速度要求。（四）液压缸工况图液压缸工作循环中各动作阶段的压力，流量和功率的实际使用值，如表9-3所列表9-2 液压缸工作循环中的压力，流量和功率工况负载液压缸计算公式回油压力输入流量进油腔压力输入功进动111.11/5.56/速68.87/5.425/速55.5518.695.3820.1工进11166.6630.31快退启动111.11/4.93/加速68.875/4.91/恒进55.5519.44.910.95启动时活塞尚未动作，故取：（快进时）；（快退时）。因加速时间很短，故流量不计。根据上表可绘制出液压缸的工况图（图9-2）。（五）拟订液压回路（1）选择回路及油源型式由工况图9-2知，该切管机液压系统功率小（），速度较低，切管为连续切割，切削力变化小。故采用单向节流调速回路。节流阀是结构比较简单但应用最广泛的流量控制阀，经常与溢流阀配合组成定量泵供油的各种节流调速回路或系统。按照操纵方式的不同，节流阀可以分为手动调节式普通节流阀、行程挡块或凸轮等机械运动部件操纵式性程节流阀等形式；节留阀还可以与单向阀等组成单向节流阀、单向行程节流筏等复合阀。本液压系统采用单向调速回路。为增加运动的平稳性，防止工件切断时工件部件突然前冲，采用调速阀的出口节流调速回路。图9-2 工况图由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压大流量两阶段组成，其最大流量与最小流量之比：而相应的时间之比为：上述比值还很大。故为了节约能源，采用双定量泵供油。（2）快速回路和速度换接回路因系统要求快进快退速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进快退时的速度基本相等。（3）由于快进、工进之间的速度差较大。换向回路，由工况可看出，回路中流量较小（在快退时，进油路上的流量为，回油路上为系统的工作压力也不高，故采用电磁换向回路。换向阀的作用是利用阀芯相对于阀体的运动，实现油路的通、断或改变液流的方向，从而实现液压执行器的启动、停止或运动方向的变换。（4）压力控制回路压力控制阀的功用是控制液压系统中的油液压力，以满足执行器对输出力、输出转矩及运动状态的不同需求。压力控制阀的种类很多，它们的共同特点是利用液压力和弹簧力的平衡原理进行工作，调节弹簧的预压缩量（预调力）即可获得不同的控制压力。在变量泵供油的油源形成确定后，卸荷和调速问题都已基本解决，即工进时，当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失并不大。故不再采用卸荷回路，以使油路结构简单些。本液压系统采用溢流阀控制系统的压力，溢流阀的主要用途是通过阀口的溢流，使被控系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压或限压（防止过载）作用。（5）行程终点的控制方式切管机切刀在行程终点采用死挡停留的控制方式（切刀碰上死挡后，系统压力升高，由压力继电器发出信号，操纵电磁铁动作使电磁换向阀切换）。上述选择的液压回路，如图9-3图9-3 切管套丝机液压系统图（六）计算和选择液压元件确定液压泵的规格和电机功率（1）液压泵工作压力的计算（2）确定小流量泵的工作压力小流量泵在快进、快退和工进时都向系统供油，最大工作压力为。在出口节流调速中，因进油路比较简单，故进油路压力损失取，。则小流量泵的最高工作压力为（1）确定大流量泵只在快进、快退中供油。由工况图可知，最大工作若取此时油路上的压力损失为。则大泵的最高工作压力为（2）液压泵流量的计算由图2-6知，液压缸需要的最大流量为，若取泄漏折算系数，则两个泵的总流量为因工进时最大流离为（见工况图），考虑到溢流阀的最小伟大流量（），故小泵的流量最少应为（5）液压泵规格的确定按，查产品样本或设计手册，选取型双联叶片泵，额定压力为。（6）电机功率的确定由工况图得知，液压缸最大功率，出现在压力为，流量为的工进阶段。这时泵站输出压力，流量为的工进阶段，若取泵总效率为（叶片泵）。则所需电机功率为按设计手册须选用功率为，异步转速的电动机。（7）液压阀的选择根据系统的最高工作压力（泵的工作压力）和通过各阀的最大实际流量选出的各阀的规格如表9-3所示表9-3 液压元件一览表序号液压件名称通过的最大实际流量型号规格接口尺寸数量1变量叶片泵2，3，10溢流阀1024，11，13，15单向阀1245三位四通电磁换向阀4416，12，14，17调速阀3.43换向阀8，9二位四通电磁换向阀18滤油器2217二位三通换向阀221选择液压件时，在满足要求的条件下，应尽量选择使各元件的接口尺寸相一致，以使管道的选择和安装方便。（8）确定管路尺寸1）压油管道油管中的允许流速，吸油管取；压油管取（压力高取大值，反之取小值），回油管取。通过油管的流量按已选定的标准元件的接口尺寸取。2）回油管道取三种管道皆为无缝钢管（9）确定油箱容量按推荐公式，取1）液压系统主要性能的估算下面主要对液压缸的速度（流量），系统效率和温升（发热）进行估算2）液压缸的速度在液压系统各个组成元件确定后，液压缸在实际快进、工进和快退时的输入，排出流量和移动速度，已与课题原来所要求的数值不尽相同，故需重新估算。估算结果列入表9-4中表9-4 液压缸输入流量和移动速度的重新估算值流量及速度工序输入流量排出流量移动流量快进（差动）工进快退（10）系统的效率1）回路中的压力损失计算压力损失时，必须知道管道的长度和直径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即，回路中进、回油管长度暂时都按估算，油液的运动黏度取。系统中有关元件的额定压力损失见表9-5表9-5 液压件在额定流量下的额定压力损失元件压力损失421.5252）快进时的回油压力损失快进时进油管中的流态为层流即故进油管的沿程损失为进油管的局部损失按估取为，进油路上，油液只经过一个三位四通电磁换向阀5，由公式参照表9-11，该阀上的局部损失为式中：实际流量额定流量由此得快进时进油路上的压力损失为同样可以判断出回油管中亦是层流，并计算得压力损失、分别为此时回油经过二位三通电磁阀7，回油量，阀7的局部压力损失为由此可得快进时回油路上的压力损失为将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速时进油路（即整个回路）上的压力损失为式中：无杆腔面积有杆腔面积这个数值的精确值是顺序阀3调整压力的下限参考之一（尚须和快进时的这个压力损失相比较，即在快速运动时，阀3必须保证不被打开）。3）工进时回油压力损失按上述同样方法计算出工进时油路上的最大压力损失为进油管的局部损失按估取为工进时进油路上的压力损失为回油路上的最大压力损失（取调速两端最小压差为）为，整个回油的压力损失为4）快退时的回油压力损失快退时整个回油的压力损失为5）液压泵的工作压力小流量泵在工进时的工作压力由公式求出，但此时液压缸的工作压力需要重新计算，即此值是溢流阀调整压力的主要参考数据6）液压回路和液压系统的效率由公式，此时液压缸的工作压力为经阀3使大流量泵卸荷时的压力损失为则回路效率为泵的效率取，液压缸效率取

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