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电动铜管弯管机设计,电动,铜管,弯管,设计
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毕业设计任务书课 题 电动铜管弯管机设计 专 业 年 级 2007级 姓 名 学 号 学 院（系）院长（签字） 指 导 教 师 （签字） 2010 年 11 月 30 日注：本任务书由上海电机学院教务处印制。任务书反面：课题来源 本课题来源于企业工程实际和对弯管设备的需要。弯管机的种类很多，有电动的和手动的等等。本弯管机属于小型电动弯管设备，使用家庭等装潢等常用的动力电钻，主要应用于室内或家庭装潢等。课题的目的、意义 手动弯管机使用很多，尤其是在欧美应用极为广泛。但弯管要求很多，如不能过扁和起褶皱等，而且非常费力。因此开发一种家庭室内装潢用小型电动弯管机很有必要。同时由于电钻转速高功率小，很难胜任，所以不得不考虑减速、离合和增力等关键技术问题。该课题需要综合力学、机构学和强度、刚度、结构设计等各方面的知识，实用性强，可以训练学生观察问题、解决问题的能力。要求技术指标和参数：弯管动力：使用手电钻（功率700-800W，转速800r/min左右）弯管角度：90-160的任意角度弯管速度：弯成90时，大约时间为8-10秒弯管要求：不起皱弯管铜管尺寸两种（两管需同时弯曲）：1.弯铜管直径22mm，壁厚1.5mm；2.弯铜管直径16mm，壁厚1.2mm。工作量要求：设计计算说明书1.5万字以上；完成总装图，A0图纸1张；完成零、部件图，减速箱、增力机构等，A1图纸2张；英文资料翻译2万个英文字符。课题主要内容及进度设计主要内容：1、分析弯管过程，分析确定主要技术规格2、拟定总体设计方案3、减速和增力机构的设计计算4、主要零部件设计计算，强度、刚度校核计算进度计划表：2010.11.01-2009.12.01 收集资料，分析主要技术规格，研读资料2010.12.01-2010.01.15 进行方案比较，拟订总体设计方案2011.01.15-2010.03.15 进行减速器、离合和增力机构设计，绘制原理图2011.03.15-2010.04.05 机械结构设计、绘制总装图2011.04.05-2010.05.10 主要零部件设计计算，绘制零件工作图2011.05.10-2010.05.25 撰写设计计算说明书2010.05.25-2010.06.06 修改及答辩以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）20112011 届毕业设计（论文）说明书届毕业设计（论文）说明书 （论文）题目：电动铜管弯管机设计电动铜管弯管机设计 院(系)、部： 学生姓名： 指导教师： 专 业： 班 级： 起讫时间： 目目 录录目录1第一章 绪论21.1 弯管机在工业中的地位和各种弯管机的性价比21.2 弯管机的基本原理与选择3第二章 弯管机的设计42.1 工件的工艺分析52.2 计算弯曲力矩52.3 电机的选取62.4 传动比的计算与各传动装置的运动参数82.5 皮带与皮带轮的计算与选取92.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选取92.7 联轴器的计算与选取102.8 轴承的选取102.9 轴的初步计算与设计及校核142.10 齿轮的计算与设计172.11 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计182.12 轴套的结构设计192.13 盖板的结构设计与计算202.14 机身的结构设计与计算212.15 弯管机的主要参数22第三章 挡料架的结构设计233.1 挡料架的结构设计23第四章 用电器选择与电路244.1 各用电器的选择与电路设计24设计总结27参考文献28第 1 章 绪 论1.1弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比：弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比：现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等，这些场合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因此价格上比较容易被用户接受。市面上现有的自动弯管机大多数是液压的，数控的(如图 1-1,1-2)，也有机械传动的，但它们的占地面积较大(长度在 2.54m 之间)，价格昂贵(25 万元人民币或更多)，然而大多数用户都需求是是小占地面积小价格便宜使用方便的自动本设计便是朝这方面的用途方面设计的自动弯管机，设计出一种价格便宜,占地面积少,使用方便的自动弯管机（长 0.9M，宽 0.8M，高 1.1M，价格 9000 元人民币左右），并着手对弯管机的性能更进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 液压弯管机 1-1 数控弯管机 1-21.2弯管机的基本原理与选择弯管机的基本原理与选择弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以下二种情况，即滚弯式与缠绕式。如下图 1-1、1-2 分别是弯管原理图。 弯管模滚弯式缠绕式弯管模夹紧块 导板 图 1-3 图 1-4二者各有优缺点：缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。弯管的步骤大致是： 1.留出第 1 段直线段长度，并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开夹紧块，取出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。4.重复第 1 步，直至弯完管子为止。第二章 弯管机设计2.1 工件工艺分析工件工艺分析此工作件采用的直径为 30mm,厚为 2mm 的无缝钢管做为弯管件，材料为 10 号钢，其最小弯曲半径为 60mm,而弯曲件的弯曲半径为 100mm，固其符合加工工艺性。弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸,不能有皱纹。其工件如图 2-1,2-1.1。 图 2-1 图 2-1.12.2 计算弯曲力矩计算弯曲力矩由弯管力矩公式 由于弯管时弯曲半径越小所用的力矩越大，故以钢管在最小半径弯曲时的力矩来做为管的弯曲弯力矩。其式如下 2-1 (2-1) 238433bsr ttrM其中 为弹性应力sr 为管材内径t 为管材壁厚为屈服应力b为中性层的弯曲半径=2420 Nm 238*333*2*264*208*2*263*953M 2.3 电机选取电机选取由经验选取弯管机的弯管速度为 8r/min则有 P=M*=2 KW (2-2)8*22346*60由工作功率为 2KW 所以电机功率 P= (2-3)412345P 工、分别为带传动、蜗轮传动、联轴器、齿轮、轴承的传动效12345率。取=0.96、=0.9、=0.99、=0.97、=0.98 则12345P=2.5 KW420.96*0.9*0.99 *0.97*0.98由于弯管机需要弯多种型式的钢型，固选用较大功率的电机以使弯管机能够适用更大的弯曲范围，又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机，且电机正反的频率过大，所以电机转速不宜过大，现取电机的转速为 960r/min 为宜。故选用电机的型号为 YEP132S-6，其基本性能如表12.1 表 2.1YEP132-6 的主要性能参数满载时型号功率转速电流效率功率因数堵转转矩最大转达矩静制动转达矩不小于空载制动时间不大于噪声YEP132S-63KW960r/min8.8A77%0.672.22.2294Nm04/s71/db 电机的主要安装尺寸如下AGHFILECB1 4 08 9 3 84 7 58 02 8 02 1 63 1 51 3 2D 图 2-2 表12.2 电机的安装尺寸 单位（mm）型号ABCDEFGHILYEP-132S-6280140893880315216132210515 2.4 传动比的计算与各传动装置的运动与参数传动比的计算与各传动装置的运动与参数由电机转速 N1=960r/min ，而弯管机的速度初拟为 N5 =8r/min所以 总传动比 =N1/N5=120i总由皮带轮的传动比为 14 所以取皮带轮的传动比 =2.5，由于单付齿轮的传动1i比为 18 。便拟定取齿轮传动比=3,则蜗轮蜗杆的传动比=16,蜗轮的传动比不大3i2i这有利于提高蜗轮的寿命。为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为 1 轴、2 轴以及, 为相邻两轴间的传动比；1i2i， 为相邻两轴间的传动效率；0112P1，P2 为各轴的输入功率（Kw）；T1 ,T2 为各轴的输入转矩（Nm）；N1 ,N2 为各轴的转速（r/min）；（1） 各轴转速电机轴转速 Nm=960 r/min蜗轮小轴端 N1=384 r/min （2-4）0mNi9602.5 蜗轮大轴端 N2=24 r/min11Ni38416 小齿轮转速 N3= N2=24 r/min 大齿轮转速 N4=8 r/min32Ni243工作台转速 N5= N4=8 r/min（2） 各轴的输入功率电机输出功率 P0=3KW蜗轮小轴输入功率 P1= P0*=3*=3*0.96=2.88KW （2-0115）蜗轮大轴输入功率 P2= P1= P1*=2.88*0.9=2.59KW122齿轮小轴输入功率 P3= P2*= P2*=2.59*0.99=2.56KW233齿轮大轴输入功率 P4= P3= P3*=2.56*0.972=2.41KW3424工作台输入功率 = P4*= P4*=2.41*0.972*0.98=2.22KWP工45245（3） 各轴输入转矩电机输出转矩 =9550*=9500*=29.84 Nm （2-0T0mPN39606）蜗轮小轴输入转矩 =* *=29.84*2.5*0.96=71.62 Nm1T0T1i1蜗轮大轴输入转矩 =*=71.62*16*0.9=1031.27 Nm2T1T2i2齿轮小轴输入转矩 =*=1031.27*0.99=1020.96 Nm3T2T3齿轮大轴输入转矩 =*=1020.96*3*0.972=2881.86 Nm4T3T243i工作台输入转矩 =*=2881.86*0.972*0.98=2657.31 Nm5T4T2452.5 皮带轮与皮带的计算与选择皮带轮与皮带的计算与选择由电机转速与功率，确定了采用普通 A 型皮带作为传动带。由 A 型带的小带轮最小直径为 70mm，故定小带轮直径为=100mm1d皮带速度验算=5.03 （2-7）1060*1000d n3.14*100*96060*1000所以 50163.50120带的根数 z= (2-11)0LPPPK K带带其中取 =00.97KWP带=0.11KWP带=0.96K=0.99LK可得 z=2.9230.970.11 *0.96*0.99取 z=32.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用 CWS 型的蜗轮蜗杆减速器，又因为 蜗轮大轴输入转矩 =1031.27 Nm2T蜗轮小轴输入功率 P1=2.88 KW传动比 =16i所以选用蜗轮蜗杆的型号为1 CWS-125 JB/T 7935其基本性能如表 2-2 表12-2 蜗轮减速器的主要友参数型号公称传动比转速中心距额定输入功率额定输出转矩CWS-12516750r/min125mm7.781KW1400 Nm2.7 联轴器的计算与选择联轴器的计算与选择由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需用专用的加工设备，工作是不需润滑，维修方便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。由于 =1020.96 Nm3T且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为 55mm 故选用 ZL4 联轴器，其型号为 ZL4GB50151985155 1125584YBXJ DX其主要尺寸及参数如表 2-3 表12-3 联轴器的主要参数 未标单位（mm）型号许用转矩Nm许用转速 r/min轴孔直径轴孔长度外径凸圆厚度转动惯量(kgm2)重量(Kg)ZL41600400040,45,50,5511284158890.04614.82.8 轴承的选择轴承的选择由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟滚子轴承。且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承，且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用 32912 和 32918 二种圆锥轴承。其主要参数及基本尺寸如表 2-4 表12-4 轴承的主要参数 未注单位（mm）型号小径外径厚度内圈厚度外圈厚度额定载荷极限转速重量32912608517161434.5KN4000r/min0.24kg329189012523221977.8KN3200r/min0.79kg2.9 轴的初步计算与设计及校核初步计算轴径选取轴的材料为 45 钢，调质处理。 (2-12)3*PdAnP 为轴所传递的功率，KW为轴的转速，r/minnA 由轴的许用切应力所确定的系数，其值可取 A=103126现在取 A=115则 =54.54 mm342.56115*24d 取 =55mm4d则 =77.09mm352.41115*8d 取 =85 mm5d为了满足半联轴器的轴向定位要求，故在轴与联轴器相接间需制出一个轴肩，由于半联轴器的连接长度为 L=84mm 又因轴段长度比 L 要短些故取 L1 为 82mm，且轴径与半联轴器直径一样取 d1=55mm。轴肩后却是齿轮段，于是轴承的关系故取 d2 为60mm，取轴承端盖的总厚度为 42mm（由箱体及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离 L2=10mm，由于轴承是由轴承座支撑住的，故取轴承座的高厚为 25mm，取齿轮与轴承座之间的距离为 15mm 由于齿轮的宽度为 175mm，齿轮左端需制出一个轴肩，由齿轮与轴承座之间的距离为 15mm 且轴承座与轴承之间的距离相差为 8mm，则此轴肩的长度为 23mm，又因为轴承的厚度为 17mm 则轴肩之至左端要比轴承的厚度要长一点，取 18mm，其直径为 60mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。查得键的截面为 b*h=18*11键槽用键槽刀加工，长为 160mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为16mm*10mm*70mm，半联轴器的配合为 H7/k6。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 n6。取轴端倒角为 2*450。轴上载荷的计算与轴的校核31020.96TNm=4861 N (2-13)352tTFd32*1020.96*10420=1794 N (2-14)00tantan204861*coscos9.7nrtFF=830.9 N (2-15)0*tan4861*tan9.7atFF由轴的结构尺寸及安装条件可知，作为得支梁的轴的支承跨距 a=221 mm，从轴的结构图以及弯矩各扭矩图中可以看出截面 C 是危险截面。现将计算出的截面 C 处的、的值如表 2-5HMVMM 表 2-5载荷水平面 H垂直面 V支反力 F=2430.5N =2430.5N1NHF2NHF=1005.7N =794 N1NVF2NVF弯矩 M=268570 N/mmHM=111129 N/mm =87734N/mm1VM2VM总弯矩=290653 N/mm =282536 N/mm1M2M扭矩 T=1 020 960N/mm3T轴的弯矩图:图 2-4进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。则由=31.39Mpa (2-16)2213caMTW2232906530.6*10209600.1*60前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，可得=60Mpa 因此，故1ca1安全故小轴的结构尺寸如图 2-5 图 2-5由于大轴的结构设计与计算大部分与小轴类同。故在此，类同的省略，且经验算此轴也为安全轴。由于轴不是与半联轴器相连，而是与工作台即弯曲模。由于转矩较大且要求工作台要较为平稳及误差小，由此轴与弯曲模的连接采用矩形花键连接。由静联接有 (2-17) 32 *10pmTpzhld对矩形花键进行验算。 载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取=0.70.8，现取=0.8花键的齿数 =8z花键齿侧面工作高度= h2Dd =3mm (2-18)68622h齿的工作长度 =80mml花键平均直径 = md2Dd = =60mm (2-19)md68622故有=56.77Mpa=100140Mpa (2-20)p32*2657*100.75*8*3*80*65p故此矩形花键安全另外，为了紧固弯曲模在轴上，从而在轴端钻了螺纹孔，其规格为 M12-深30mm，轴的主要尺寸及其结构如下图 2-6 图 2-62.10 齿轮的计算与设计齿轮的计算与设计由于齿轮传动只有一对，为利于机器的平稳，寿命及制造方便，故选用直齿齿轮传动。此机器为一般工作机器，速度不高故选用 7 级精度采用锻造制造。材料选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为 40HBS按齿面接角强度设计 (2-21)213112.32*tEtdHK TZidi式中取载荷系数 =1.3tK取小齿轮传递的传矩 =1020.96 Nm1T取齿宽系数 =1d查得材料的弹性影响系数 =189.8MPaEZ1/2MPa大齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa； 小齿轮的接触疲劳强度极限2=600Mpa1各取值代入公式则得 13.9 mm1td 由于小齿轮直径为 55mm 而为了达到2*1td1d故取 =140mm1td所以齿轮中心矩 =280 mm (2-22)112tdai1401 32初步定 =280a一般=1730，=初选 =23，=，则=691z080151z0102zi1z则 m= =5.99 (2-23)122 cosazz02*280cos 102369取 m=6则 =91.9 (2-24)12zz2 cosam02*280cos 106取 =9212zz则按=可得 =23 , =692zi1z1z2z则 = (2-25)121cos2m zza09.70则小齿轮 =140.00 mm1td1cosmz大齿轮 =420.00 mm2td2cosmz则齿厚 =1.2*140=168 mm1dtbd取大齿轮厚 =170mm2b则小齿轮厚取 =175mm1b验算齿轮,由 =*103=14571 N (2-26)tF312tTd2*1020.96140 =83.26N/mm100N/mm 合适 (2-27)2AtK Fb大、小齿轮的结构及尺寸如图 2-7，2-8 图 2-7 大齿轮 图 2-8 小齿轮2.11 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计考虑到综合性能故都采用 45 号钢，由于轴主要是由钢板支撑，但由于钢板不能选用太厚，而轴承的厚度又是过厚故采用加入轴承座用螺钉紧固于钢板从而来支持轴承，从而支持轴，这样较于用轴承套焊接于钢板上或是用超厚钢板来支持轴与轴承大大的降低了成本，同时也便于安装和维修。由于受力不大所以采用四根 M10 的内六角螺钉来紧固轴的前后端盖及轴承承座，已经足够支撑。它的的结构及尺寸图 2-9，2-10，2-11，2-12，2-13，2-14 图 2-9 大轴前端盖 图 2-10 大轴后端盖 图 2-11 大轴承座 图 2-12 小轴承座 图 2-13 小轴后端盖 图 2-14 小轴前端盖2.122.12 轴套的结构设计轴套的结构设计由于轴套的厚度 s 在 0.5d2.0d 之间小轴轴径为 60mm 故取小轴的轴套厚度为 6mm大轴轴径为 90mm 故取大轴的轴套厚度为 8mm 轴套的材料为 45 钢，为能与轴与轴承之间的更好，更耐久的配合，故把轴套进行调质处理，轴套的结构其尺寸如图 2-15，2-16 图 2-15 大轴轴套 图 2-16 小轴轴套2.132.13 盖板的结构设计及计算盖板的结构设计及计算由于在盖板上需装好多零件，如行程开关，挡料架，大小齿轮轴的端盖以及用于安装定位的孔。故盖板采用厚度为 20mm 是 45 钢。此盖板的长与度主要是由电机与蜗轮蜗杆所占的空间位置所取定的，由于电机与蜗轮蜗杆的中心距 a=519.6mm 大飞轮的分度圆直径为 d2=250mm电机的安装地脚宽为 L1=280mm取壁至电机脚的空间长度 L0=90mm取壁到大飞轮的空间长度 L2=110mm壁厚取 b1=10mm又因盖板要比壁凸出以便于与壁配合 b0=10mm故盖板长度 L=2* b0 +2*b1+ +L2 +L0 + L1/2 +d2/2+ a=1024.6mm取 L=1025mm盖板的宽厚主要跟大齿轮的位置及电机各自的相互空间位置有关取齿轮端到壁的距离 B1=100mm齿轮另一端到壁的距离 B2=160同大齿轮的 d5=420mm 则 B=B1+B2+d5=100+160+420=680mm则得盖板尺寸车 B*L*h=680*1025*20(mm)结合其它结构需要，故其结构及尺寸如图 2-16图 2-162.142.14 机身的结构设计与计算由于机身支撑了整套机器的零件，故机身采用厚钢板及钢管焊接而成，由于机器重且机器性能要求平稳，故用地脚螺钉来紧固机器以减少机器的振动，脚板采用 45 钢厚 10mm，尺寸为 B*L*h=80*120*10（mm）用四个脚来支撑机器。支撑钢管采用 20 号方管钢。型号为 60*60*4地脚高度取 h1=80mm采用 45 号厚为 20mm 的钢板来作为底板支撑电机与蜗轮蜗杆减速箱。考虑中板与与底板是距离过及支撑齿轮的问题，故在两侧多加二个钢板以增加机身的强度。侧板的尺寸 B*L*h= 487*540*20(mm)，且在二侧有碟结配合后用薄铁板把前后面给围住。盖板与中板之间是齿轮的箱体机构，四边都采用 45 号钢，厚度为 20mm 的钢板与 20 号钢方管焊接而成，为让机身与盖板容易装拆，以便齿轮箱内各零件容易装拆与维修，故采用盖板与机身用螺钉连接。采用四个螺钉连接。在方管上焊接一块 45号钢厚为 20mm 的小钢板，尺寸 B*L*h=80*80*20(mm)机身的基本尺寸及其结构如图 2-17 图 2-172.152.15 弯管机的主要参数弯管机的主要参数电 源：380V-50Hz 三相交流电电机功率：3KW外形尺寸：B*L*H=680*1025*1060最大弯曲力矩：2657N*m弯曲半径范围：R80R300最大弯曲角度：2000弯曲速度：8r/min整机重量：大约 M=300kg第三章 挡料架的结构设计3.13.1 挡料架的结构设计 挡料架在弯管机上的作用主要是用来挡弯曲钢管时的反力，同时也具有定位的作用。 有如同夹具一般。由于本弯管机是采用滚弯式的弯管原理，故钢管与挡料轮的接触面较不大，故挡料轮的硬度不能比钢管的硬，故采用黄铜作为挡料轮的材料。挡料轮的结构主要由挡料轮、挡料轴、挡料轮架、轴承、键、轴盖、挡料座、螺纹杆、手轮等一些组成。结构设计上，由于弯管时不同型号的弯曲半径相差可能会很大，但由于 单纯在挡料轮架的调整来调整弯曲半径远远不足，故采用挡料架具有不同的定位安装位置，以增加挡料架与弯曲模的调整范围。设计了在挡料架上的调范围为 50mm 而在位置调整的范围可达 100mm。故总调整范围有 150mm。锁紧螺纹采用自锁螺纹，用手轮锁紧。滚轮主要由轴支持再结合二个滚子轴承而装于挡料轮架上，这样滚轮滚动时的滚动摩擦小有利于提高弯管的合格率。采用普通黄铜 H62 材料作为其直径 D=100mm 高度 H=60mm挡料轴采用 45 号钢轴径 D1=20mm挡料轮架采用 45 号钢尺寸为 B*L*h=80*84*100(mm)轴承采用深沟滚子轴承 B*D*d=7*32*20键采用 45 号钢其尺寸为 B*L*h=4*6*40（mm）挡料座采用 45 号钢其尺寸为 B*L*h=100*190*95(mm)螺纹杆采用 45 号钢其尺寸为 d*L=16*145(mm)手轮的尺寸为 d*D=12*100(mm)轴盖采用 45 号钢其尺寸为 D*H=56*20（mm）挡料架的主要尺寸及结构如图 3-1 图 3-1 第四章 用电器选择与电路4.14.1 各用电器的选择与电路设计由于此弯管机采用的是半自动的形式，故采用二个行程开关和二个交流接触电器等组成其电路。由于电机的功率为 3KW 且电压为 380Vh 频率为 50Hz 的交流电。故选用行程开关的型号1LX19-131(B)，接触器型选用1CJ-16，2 常闭 2 常开，其工作功率为 4KW。按钮使用普通型平钮二个，型号1为 LA101P-P。电源开关选用 LW8 万能转换开关型号1为 AC21，其工作功率为 3.8KW。短路保护熔断器选用1RL6-25 其额定功率为 4KW。过载保护采用1JRS1-25/F 系列热继电器 JRS1-25/F 其控制功率为 380*3=1124W,因为有二根线所以总功率为 1124*3=3372W 故合适。电源线采用1BV4（B）即常用铜芯聚氯乙烯绝缘电线 4 平方毫米的铜线线芯结构为 7*0.85。其额定电压为 600V其电路设计如下 图 4-1 其工作过程，电源线接上，把电源打开，此时电机是不通电的。当按下 SB1 时接触器 KM1 线圈得电，此时三对主触头闭合,一个常开开关 KM1 闭合通电，而另一个常闭开关 KM1 则打开断电，且此时电机正转，进行弯曲工作，当弯曲到定角度时（此角度由弯曲角度的大小而调整）碰到了行程开关 X1,则接触器 KM1 线圈断电, 三对主触头断开,一个常开开关 KM1 断开 ,即电机断电，由于电机是旁磁制动电机,故电机很快停止运转，常闭开关闭合。此时弯曲过程已经完成，之后按下 SB2,则接触器 KM2 线圈得电，此时三对主触头闭合,一个常开开关 KM2 闭合通电，而另一个常闭开关 KM2 则打开断电,此时电机反转，当转回到初始位置时由于碰到了行程开关 X2,则接触器 KM2 线圈断电，三对主触头断开，一个常开开关 KM2 断开，电机停止。当再次按下 SB1 时，则得反复工作。其中电路中设有过载保护、短路保护。当在工作中时，电路中具有自锁功能，因而不用怕操作者不小心按错键而出事故。但当工作中出现意外时，只要转动电源开关，把电源开关断开即可使电机停转，之后处理意外后转动电源开关使电源通电便可继续进行正转或反转进行工作。 操作过程及其分析设钢管所需的成形角为，弯曲模设置的旋转角为，刹车后的空行程角为，钢管回弹角为，那么+-。由公式得，当，很小时=据此先将弯曲模下的调角杆按要求在转盘刻度上调至接近所需的角，然后将方钢穿过弯曲模的上下底板，使用注销、固定块将钢管固定下来。转动挡料架的手柄，使挡料架的浚住顶住钢管。按下正转开关 SB1，弯曲模工作。通过试弯 1 一 2次后，设定一个准确的角，以后即可作批量生产。在电机正转停后，取出钢管，再启动反转开关弯曲弯回复到原位。由回弹系数 K = （4-1）0由于材料是 10 钢，且弯曲半径为 R=100mm，管厚 t=2mm则=25*2Rt1002*2故其回弹系数 K=0.97刚= 0K0900.97093.7故回弹角=3.70由于电动机采用旁磁制动方式刹车，故回空行程角很小或是约等于 0所以弯曲模的转角=-+=93.70 设计总结设计总结近两个月的毕业设计终于结束了，通过这些天的设计学习，自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事专业工作有着深远的影响。现在就谈谈对本次毕业设计过程中的认识和体会。首先，我学会了查阅资料和独立思考。我的课题是自动弯管机装置及其电器设计。当开始拿到毕业设计题目时，心里面是一片迷茫，不知从何入手，甚至连弯管机是什么样的都不知道，幸好在黄老师的指导下及时理清了头绪，避免了走很多的弯路。认真翻阅相关资料如机械设计手册 ，自动弯管机的设计与钢筋弯曲机的改进论文与书籍等，我开始了自己的设计思想，确定了自己的设计方案。我的课题除了弯管机的结构的设计之外，还有其控制电路设计。由于，弯管机的结构较复杂且零件较多但由于论文上已有一定的结构模型，故我凭着模型以及黄老师对我的讲解，我慢慢的认清了弯管机的全部结构，故我对我自己的一些想法与应用思想都设计到弯管机中去，把原有的模型做适当的改进。使结构更合乎生产安装以及多样化使用的要求。每一个设计都是一个创新、完善的过程。在设计过程中运用所掌握的知识，发挥自己的想象力，完美原有的结构。这个过程也是一个学习的过程。其次，认识到实践的重要性。这次设计我做了很多重复工作、无用功，但是这些重复工作和无用功积累了设计经验。同时也认识到设计不能只在脑子里想其结构、原理，必须进行实际操作。另外，也应从多个角度来思考问题的所在，尝试其它的方法，以求找到最佳方法，因为即使想的很完美，但到实际的设计时会遇到很多想不到的实际问题。在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，就是弯管机的、以及各种标准件如蜗轮减速器，接触器等没有亲眼见过不知道其具体大小与工作情况，只能凭着手册的说明而想像，弯管力矩的计算方法也没有一条统一的式的，只能凭着经验式子来进行计算，其次由于条件不足缺乏实验性，等等多种原因使我的设计是没有完全的根据实际的情况来作合适、客观地修改，而做出来的，难免有些缺点和不足，由于诸多原因，本次设计存在一些不足和有待改善的地方，希望老师能够提出宝贵修改意见。最后，衷心感谢黄开有老师对我的悉心指导，使我在大学里最后一段时间里学习到了很多有用的东西。参考文献参考文献1. 徐灏，机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2001，92. 濮良贵、纪名刚，机械设计. 第七版.北京：高等教育出版社，2001，63. 罗圣国、李平林、张立乃，机械设计课程设计指导书. 第二版.北京：高等教育出版社，2001，44. 王光铨，机床电力拖动与控制.北京：机械工业出版社，2001，75. 曾纪进，自动弯管机与钢筋管曲机的改进.广州：轻工机械， 19986. 刘江南 郭克希, 机械设计基础. 湖南大学出版社,20057. 梁景凯, 机电一体化技术与系统. 机械工业出版社,1999 8. 成大先. 机械设计图册(第 5 卷)M.北京：化学工业出版社，20009. 东北工学院. 机械零件零件设计手册M.北京: 冶金工业出版社,197910. 李维荣.标准紧固件实用手册M.北京：中国标准出版社，200111. 刘鸿文. 材料力学M.北京：高等教育出版社，1992.912. 邹慧君. 机械原理课程设计手册M.北京：高等教育出版社， 1998摘要Abstract第一章 概述1.1 管材弯曲加工的种类及技术现状1.2 模弯曲1.3 弯管机弯管要求和工艺分析1.4 常用的先进弯管设备1.4.1 机械传动式弯管机1.4.2 多功能弯管机1.4.3 数控弯管机1.4.4 中频感应弯管机1.5 国内外电动弯管机发展概况1.6 论文背景及内容第二章 电动铜管弯管机基本原理及组成2.1 电动铜管弯管机工作原理2.2 电动铜管弯管机加工的特点2.3 电动铜管弯管机的组成2.3.1 机械部分2.4电动铜管弯管机参数及特点2.5 小结第三章 电动铜管弯管机机械结构设计3.1 机械设计思想3.2 机械结构整体构思3.3 机械结构具体设计3.3.1 模具设计3.3.2 弯曲模的设计3.3.3 夹紧口的计算3.3.4 随动模的设计3.3.5 管材弯曲力矩的计算3.3.6 所需弯管机驱动力矩的计算3.3.7 电动铜管弯管机总体装配图3.4 小结第四章 电动铜管弯管机传动机构的设计4.1行星齿轮减速机构设计4.1.1已知条件4.2选取齿轮的传动类型和传动简图4.3行星轮传动比以及配齿计算4.4选输入端定齿轮精度等级、材料4.5按齿面接触强度设计4.4 小结第五章 轴的设计 5.1 计算作用在轴上的力 5.2 计算支力和弯矩 5.3 截面校核 5.4 小结第六章 轴承的选择 第七章 增力机构的设计第八章 减速机构箱体的设计第九章 底座的设计总结 参考文献致谢摘要Abstract第一章 概述1.1 管材弯曲加工的种类及技术现状管材的弯曲加工，在金属结构、农牧机械、工程机械、动力机械以及锅炉、石油化工、轻工、管道工程、航空航天等工业部门，占有十分重要的地位。用管材制造的弯曲管件，无论是平面弯曲件，还是空间弯曲件，除大量应用于气体、液体的输送管路外，在金属结构中的应用也十分广泛。采用管材弯曲加工管件，除了常用钢、铜、铝管外，也在使用各种合金及其他金属管件作为管坯。管材弯曲加工与板材弯曲加工相比，虽然从变形性质等方面看非常相似，但由于管材空心横断面的形状特点，弯曲加工时不仅易引起横断面形状发生变化，而且也会使壁厚发生变化。因此，在弯曲加工方法、需要解决的工艺难点、产品的缺陷形式和防止措施、弯曲用模具（或工具）及设备等方面，两者之间存在很大差别。对管材进行弯曲加工，必须在充分考虑管材的横断面形状特点和影响弯曲加工的各种因素的基础上，注重解决一下工艺问题：根据管件的材料种类、精度要求及相对弯曲半径、相对厚度，选用合适的弯曲加工方法；采用适当的施加外力或外力矩的方法及采取必要的工艺措施，使管件的断面形状畸变和壁厚变化量尽可能小；采用的弯曲模具及设备尽可能简单、通用，操作尽可能方便、安全；应保证一定的生产率，加工成本尽可能低。管材弯曲方法颇多。按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯；按弯曲时加热与否可分为冷弯和热弯；按弯曲时有无填充物可分为有芯（填料）弯管和无芯（填料）弯管。有时为满足管件的特定形状要求，或为减轻弯曲加工工艺难度，也采用其他的特殊弯管方法，如折皱弯管方法等。一般来说，对于生产批量不大且具有一定长度的弯管件，在无专用弯管设备的情况下，可利用简单的弯管装置进行手工绕弯；而当生产批量较大时，应在专用弯管设备上绕弯。对于生产中最为常见的弯管头，一般均用模具压弯或推弯。为了提高棺材的可塑性，以便获得较大的变形程度，通常应采用加热弯曲，例如热压弯头、芯棒式热推弯头以及中频感应电热弯管和火焰加热弯管等。为了减少弯管截面的畸变，往往需在管内充填填料或芯棒后进行弯曲。对于曲率半径要求大的厚壁管件，尤其是要求弯制成环形或螺旋线形的管件，在生产中采用滚弯成形特别方便。现将生产中常用的弯管方法归纳如下：绕弯，是在立式或卧式弯管机上进行弯曲加工。根据其工艺特点，又可分为有芯弯管、无芯弯管和顶压弯管三种。管材的冷作弯曲加工，大都是采用绕弯方式。另外，在生产中也常利用弯管装置进行手工弯管，它也属于绕弯方式。由于这类弯管装置制造成本低，调节使用也方便，故适用于没有专用弯管设备的小批量生产中。推弯，是在一般压力机、液压机或专用推制机上进行弯曲加工，主要用于弯制弯头。根据推弯工艺特点，又可分为型模式冷推弯管和芯棒式热推弯管两种。型模式冷推弯管是在常温下将管坯压入带有弯曲空腔的型模中，从而形成管弯头。芯棒式热推弯管是在推力和牛角芯棒阻力的作用下，边加热边推制，使管坯产生周向扩展和轴向弯曲变形，从而将较小直径的管坯推制成较大直径的弯头。压弯，是最早用于管材弯曲加工的工艺方法，它是在液压机上利用模具或胎具对管坯进行弯曲加工，压弯方法既可弯制带直段的管件，又可弯制弯头。目前，压弯主要用于压制弯头，它在弯头生产中已获得广泛应用。滚弯，是用三个驱动辊轮对管材进行弯曲加工，其滚弯方法及滚弯机工作原理与板材滚弯基本相同，区别仅在于管材滚弯所用的辊轮具有与弯曲管坯断面形状相吻合的工作表面，通过改变辊轮的间隔，就可作任意曲率半径的弯曲。滚弯方法对弯曲半径有一定限制，仅适用于曲率半径要求大的厚壁管件，尤其对弯制环形或螺旋线形弯管件特别方便。3.2 设计要求（1）铜管22，壁厚1.5mm和，16，壁厚1.2mm；（2）手电钻功率700800W，转速800转左右/min；（3）铜管弯成90，大约时间在810秒；（4）铜管不能起皱。根据设计要求，计算铜管弯成90（1/4周），大约时间在810秒时的转速。1/4周810秒，1周为：4(810）=（3240）秒/每周x转/分=x转/60秒=1转/(3240）秒x = 60/(3240) = (1.8751.5)转/分即，输入转速：n1=800 r/min输出转速：n2=1.8751.5 r/min减速比：i=n1/n2=800/1.8751.5=(426533)/13.3 电动铜管弯管机机械结构具体设计3.3.1模具设计模具是弯管过程中的核心结构，好的模具能弯出高质量的管件，大大降低废品的产生，弯管模具主要包括弯曲模、夹紧口、随动模。3.3.2弯曲模当所弯管件规格(管件外径D、壁厚s、弯曲半径R、屈服极限s四项简称四要素)确定以后，设计弯曲模时，一般要考虑管材的回弹因素，以确定模具的弯曲半径R： R=R1+2msRxE式中:R一一管件弯曲半径(回弹后弯曲半径); s一一管件屈服极限，N/mm2; E一一管件弹性模数，N/mm2 ; Rx一一相对弯曲半径，Rx=R/D ; m=K1十K0/2Rx, K1为管材截面形状系数，K0为钢材的相对强化系数。所得R直径圆整后，可作为设计参数使用。 通常，为简便起见，当Rx=210时.还可按下列经验公式确定: 弯曲合金钢管时R=0.94R; 弯曲碳钢管时R=(0.960.98)R。 当Rx1.5时，可不考虑回弹因素。根据设计要求管件弯曲半径R=60mm，所以弯曲模的半径为58mm。设计的弯曲模结构如图1：图1 弯曲模结构3.3.3夹紧口设计管坯一段固定在弯管机底部缺口处3.3.4随动模的设计随动模压紧力大小一般由经验决定，该力过小，易引起管件内壁起皱，反之，该力过大，则管件外壁减薄明显，均影响弯管质量，一般经试弯管件后，必须将其调至适当状态。随动模如图2：图2 随动模随动模的长度L不易过大，通常情况下，L可按下列经验公式计算:L=2R360+1.6D式中：所弯管的最大弯曲角度由设计要求，R=60mm，=120，大管D=22mm，小管D=16mm分别算得，L=260120/360 + 1.622160mm (大管)L=260120/360 + 1.616150mm (小管)所以，随动摩长度分别为160mm和150mm。3.3.5管材弯曲力矩的计算管材弯曲力矩的计算是决定弯管机最重要的力能参数。只有计算出管材的弯曲力矩后，才能确定弯管机所需的驱动力矩、主传动轴机构各部件结构尺寸、夹紧力大小以及弯管模半径等一系列参数。由于管材弯曲成形过程是一个包括几何非线性、材料非线性和接触非线性的复杂问题，弯曲时的力矩不仅取决于管材的材料性能、断面形状与尺寸以及弯曲半径等基本参数，同时也与弯曲方法、使用的模具结构等因素有很大的关系，因此要从理论上精确计算出管材的弯曲力矩是非常难的。大多是利用经验公式进行计算。 图3管材弯曲状态由于弯管机所弯管件是完全对称且材质均匀的空心管件，同时管材弯曲基本上属于纯弯曲。假设弯曲(如图3)后变形区仍为平剖面，卸载前后应力中性层在断面中的位置不变，并通过断面重心，如图管材厚度方向上的压应力和圆周方向的变形均忽略不计。可以采用经验公式计算管材弯曲力矩。按照下面经验公式，可确定管材的弯曲力矩。M=W sW抗弯截面系数(mm)，对圆形管W= /32223(224-194)/224 = 33434.72/32(1-（19/22)4)=1044.835（1-0.5563）=463.593 mm3 许= 120MPa，青铜QSn4-3，（1225）mm，b370MPa,所以取s = 185MPa需要扭矩M =sW = 185 N/mm2463.593 mm3 = 85764.705Nmm =85.765 Nm（铜管161.2的为18.75 Nm）所需力F=185N/mm2（222-192）3.14/4=17862.675N（铜管161.2的为10316.784N）所以，M=M1+M2=85.765+18.75=104.515Nm；F=17862.675+10316.784=28179.5N。3.3.6 所需弯管机驱动力矩的计算为防止弯曲件断面形状的畸变，新型弯管机采用尖头式芯棒来支撑管材弯曲变形区的断面。但是，由于弯管过程中芯棒与管壁之间的摩擦阻力极大，故芯棒的使用在提高弯制管件质量的同时，也使弯管机所需的驱动力矩大幅度增加。另外，为了防止管子在水平面内发生偏摆而影响绕弯工作的正常进行，我们使用了滑槽式压料装置(随动模)，该滑槽与管坯之间也存在摩擦阻力。因此，新型弯管机的驱动力矩要克服管子弯曲变形的阻抗力矩，即MT = M + MYMMT弯管机的驱动力矩(Nm)； M管材弯曲力矩(Nm)；MYM随动模摩擦力矩（Nm）。因为芯棒与管壁接触处的摩擦力受到诸如管材的表面状态、芯棒的形状及位置及压料力的大小等多重因素的影响，目前还不可能准确地用计算公式表示出来，在生产中只能进行估算。当采用移动式滑槽（随动模）时，压
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