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旋管式切管机

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旋管式切管机,旋管式切管机

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绍兴职业技术学院机电工程系毕业设计 (论文)开题报告 学号083010101姓名陈红专业方向机电一体化技术课题名称旋管式切管机的设计课题来源科研工程设计生产工艺其它完成课题起止时间2011年9月-2012年4月（全部5部分一共不少于1000字）一.毕业论文选题依据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，钢管的加工也显得尤其的重要，因此设计一台通用性好、效率高、耐用以及抗磨损的切管机就成了当前所急需解决的课题。二.毕业论文选题目的和意义 选择题目：旋管式切管机的设计采用手工切断钢管的方法，不但工人的劳动强度大、生产效率低，而且产品质量差，因此设计一台通用性好、效率高、耐用以及抗磨损的切管机可以达到降低劳动强度、提高效率、节省人力和提高产品质量的目的。三.选题的发展现状和前景展望目前我国机械工业钢管使用量已达到数千吨以上，钢管的切割量非常大，但就目前钢管旋切技术过于陈旧落后，加工精度低，噪声环境污染严重，和国外旋切技术相比还有很大差距，因此我国的旋管式切管机还有很大发展空间。对现有国内外钢管旋切机的原理、特点及优缺点进行分析，不断改进，缩小与国外先进旋切技术的差距。四.本课题要完成的主要内容（300字左右）此次的设计主要是针对金属管材进行切断的切管机，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。具体需要完成内容是：对现有国内外钢管旋切机的原理、特点及优缺点进行分析，拟定多个传动方案，经过分析论证，选出最合理的方案，然后对各轴的转速、功率和转矩以及各主要传动件的参数（包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定和齿数的确定）进行设计与计算，对于各轴的最小直径，各主要传动件的尺寸，包括（V带轮，齿轮，蜗杆蜗轮），也要给出相应的计算，其中减速箱部分需要着重进行设计，由于这里结构众多且结构复杂。五.毕业论文提纲1旋管式切管机传动方案的选择2旋管式切管机传动装置设计与计算2.1传动装置的总体设计与计算2.2进行传动机构设计与计算3滚筒系统和进给系统的设计3.1滚筒系统的设计3.2进给系统的设计3.3总体设计2目录引言11旋管式切管机传动方案的选择31.1传动方案31.2传动方案的选择42旋管式切管机传动装置设计与计算52.1传动装置的总体设计与计算52.1.1电动机的选择52.1.2电动机功率的选择52.1.3电动机转速的选择62.1.4电动机型号确定62.1.5传动方案的拟定62.1.6各轴的转速、功率和转矩62.2进行传动机构设计与计算82.2.1带轮的设计与计算82.2.2涡轮蜗杆的传动与计算102.2.3齿轮的设计与计算133滚筒系统和进给系统的设计213.1滚筒系统的设计213.2进给系统的设计223.3总体设计22结论23致谢23参考文献:24旋管式切管机的设计083010101 陈红 浙江胜达机械厂生产设备开发部 工程师 章魏绍兴职业技术学院 机电工程系 指导教师：蔡晓霞摘要：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。 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 设计计算引言钢管主要用来输送流体和用作锅炉等的热交换器管。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”。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，因此切管机的设计生产就成了当前所急需解决的课题。下面是一般产品的设计流程，我将按下面的流程进程切管机的设计：此次设计的切管机，主要用于常用的通风、通水管。因此，下料所要求的精度不高。本切管机主要切削大量的薄壁的金属管。如果用手工切断，劳动强度大，生产效率低，产品质量差。因此，需要一台，通用性好，耐用以及抗磨损的切管机。切管机的主要参数为，滚子的转速为70r/min,电动机的额定功率为1.5千瓦，满载转速1410r/min，每天工作八小时，工作载荷变动小。切管机的工作原理如下：动力由电动机经过三角带输出，涡轮减速箱，开始齿轮传动传到一对磙子。从而带动工件的旋转。实现切削时的主运动。与此同时，操作手轮，通过螺旋传动，将圆环刀片向下运动，并在不断增加刀片对管子的压力过程中，实现管子的切割工作。为了顺利实现上面的运动，要对传动系统中的电动机做出选择，拟定传动方案，并且对于各轴的转速、功率和转矩以及各主要传动件的参数（包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定和齿数的确定）进行设计与计算，对于各轴的最小直径，各主要传动件的尺寸，包括（V带轮，齿轮，蜗杆蜗轮），也要给出相应的计算。由于产品较大，大致可以分为五个部分：刀头架，滚子，机柜，电器和减速箱。而各部分时分开设计的，因此要注意考虑各部分的装配关系。其中减速箱部分需要着重进行设计，由于这里结构众多且结构复杂，而整个箱体又时在整体焊接后需要进行装配密封的部件，所以需要详细标注。切管机的运用，主要是为了降低劳动强度，节省人力，提高产品质量。当然，保证经济性也是这次设计的重要考虑项目之一。由于切管机在实际生产中早已广泛应用，在使用与制造方面，已有一定的经验，本次设计中有关切管机的一些参数，都采用已有的规定。因水平有限，论文中不免有疏忽与错误的地方，敬请批阅老师指正。1旋管式切管机传动方案的选择1.1传动方案 本次设计共有三个方案供参考，方案如下：图1-1 方案一图1-2 方案二图1-3 方案三1.2传动方案的选择表1-1 方案特性比较特性类型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表1-2 机构类型比较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方案c的基本参数给出，传动比为20，综合各方面因素选择方案c。2旋管式切管机传动装置设计与计算2.1传动装置的总体设计与计算传动装置用来将原动机输出的运动和动力，以一定的转速、转矩或推力传递给执行机构。切管机工艺方案如下：图2-1 工艺方案2.1.1电动机的选择一般机械装置设计中，原动机多选用电动机。电动机输出连续转动，工作时经传动装置调整和转矩，可满足工作机的各种运动和动力要求。2.1.2电动机功率的选择电动机工作环境为连续工作，变化很少，并且载荷稳定的场合。一般PmPr10%此处：Pm已经给出所以：Pm1.5kw2.1.3电动机转速的选择此处电动机的转速已经给出 n1410r/min2.1.4电动机型号确定经查表，得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择：Y90S-2 2840r/minY90L-4 1400r/minY100L-6 940r/min根据要求，最终选定三相异步电动机的型号是： Y90L-4参考文献2152.1.5传动方案的拟定总的传动比的确定： 综合考虑各方面要求，确定传动方案如下：初定传动比： 2.1.6各轴的转速、功率和转矩已知电动机的数据如下： 查表可知各级传动效率如下： （1）计算各轴转速如下：（2）各轴功率计算如下： （3）各轴传递的转矩计算如下：注：轴3为设计上特别增加的惰轮（过渡齿轮），所以，轴3不承受转矩，只承受弯矩。表2-1轴号电动机轴传动比2501.51/7.5效率0.960.720.920.99转速r/min1400700149.370功率kw1.51.441.030.940.85转矩kg.cm104.5200.646852.9593.22.2进行传动机构设计与计算 参考文献2192.2.1带轮的设计与计算工况系数 查表得 计算功率 选择带的型号 查表得 A型小带轮直径 查表得 取大带轮直径 大带轮转速 （2）计算带长求 求 初取中心距 带长 由V带基准长度图表，可得 （3）求中心距与包角中心距 小带轮包角 (4)求带的根数带速 传动比 带的根数 由查表得 由查表得 由查表得 由查表得 所以（5）求轴上载荷张紧力 轴上载荷 (6)V带轮的尺寸计算1）小带轮小带轮直径 查表 得 mm 轮宽 外径 孔径 此处的孔径依据电机的输出轴为准 由查表 2）大带轮大带轮直径 查表得 mm 外径 3）结构选择选择辐板式结构轮缘直径 轮毂直径 mm辐板孔圆周定位尺寸 2.2.2涡轮蜗杆的传动与计算 参考文献1291115查表选取：蜗杆采用45钢、表面硬度45HRC。 蜗轮的材料选用ZCuSn10P1、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 得 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自定 中心距 （3）传动基本尺寸蜗杆头数 由查图表得 、 蜗轮齿数 模数 蜗杆分度圆直径 取蜗轮分度圆直径 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）齿面接触疲劳强度计算许用接触应力 最大接触应力 应为105MPa173MPa 所以 合格（5）齿轮弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度极限 由查表得 弯曲疲劳最小安全系数自取 许用弯曲疲劳应力 齿轮最大弯曲应力 应为 所以 合格（6）蜗杆轴挠度验算轴的惯性距 允许蜗杆挠度 蜗杆轴挠度 合格2.2.3齿轮的设计与计算 参考文献12111517第一对齿轮（齿轮2为惰轮）齿轮材料选择小齿轮材料：40Gr 、采用调制处理，硬度241HB-286HB 、取平均260HB大齿轮材料：45钢、 采用调制处理，硬度 229HB-286HB 、 取平均240HB（1） 齿面接触疲劳强度计算1） 初步计算转矩 齿宽系数由查表得 接触疲劳极限由查图 得 初步计算得许用接触应力 值 由查表得 初步计算小齿轮直径 取初步齿宽b 取2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表得 选取八级精度齿数z与模数m初取齿数 取则 使用系数 由查表 得 动载系数 由查表 得 齿间载荷分配系数 先求 由此 得 齿向载荷分布系数 由查表得 载荷系数 弹性系由查表得 节点区域系数 由查表得 接触最小安全系数 由查表得 总工作时间 接触寿命系数 由查表得 许用接触应力 MPa验算 因为小于690MPa 合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（2）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （3）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 齿间载荷分布系数 载荷系数 齿形系数 由图表得 应力修正系数 由图表得 弯曲疲劳极限 由图表得 弯曲最小安全系数由图表得 应力循环次数 由查表得 弯曲寿命系数 由查表得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表得 验算 第二对齿轮的计算齿轮2 为惰轮，即此处的大齿轮。材料为45钢，调制处理，硬度为229HB-286HB。平均取 240HB（主动）。齿轮3 为小齿轮，材料选择40Gr，调制处理，硬度值为241HB286HB,平均取260HB.(1)齿面接触疲劳强度计算1)初步计算转矩 齿宽系数 由查表得 接触疲劳极限由查图得 初步齿宽b 取2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表得 选取八级精度齿数z与模数m 已知 使用系数 由查表得 动载系数 由查表得 齿间载荷分配系数 先求 由此得 齿向载荷分布系数 由查表得 载荷系数 弹性系数 由查得 节点区域系数 由查表得 接触最小安全系数 由查表得 总工作时间 接触寿命系数 由查表得 许用接触应力 验算 因为小于884MPa 所以合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （2）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 载荷系数 齿形系数 由图表得 应力修正系数 由图表得 弯曲疲劳极限 由图表得 弯曲最小安全系数 由图表得 弯曲寿命系数 由查表得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表得 验算 根据以上计算，初步确定减速机为以下结构：图2-2减速器效果图3滚筒系统和进给系统的设计3.1滚筒系统的设计参考文献191115514滚筒主要通过惰轮带动两个连接在滚筒上的齿轮转动来旋转，从而带动滚筒上的工件旋转，滚筒的粗糙度设定为Ra25,采用T7碳素工具钢，滚筒上设计有螺旋槽，主要是工作时可及时有效的排出加工废料，保证工件与滚筒接触良好。图3-1滚筒效果图3.2进给系统的设计参考文献19111415468本设计主要采用了螺旋传动的设计方法，通过转动手轮使刀片均匀进给，其优点是1摩擦阻力小，传动效率高，具有传动可逆性2运转稳定，工作寿命长，不易发生故障。采用滑动螺旋传动，螺纹为梯形螺纹，螺杆和螺母的材料为钢对青铜，螺纹牙强度为钢0.6Mpa,青铜30-40Mpa 。滑动螺旋副采用梯形螺纹，牙形角=30，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。刀具是由高速工具钢为材料的圆盘刀片，配备一台Y801-2三相异步电动机。3.3总体设计参考文献12910111214151617通过对切管机的减速箱体的各个零部件的计算，运用所计算出的各个零部件的尺寸，进行总体机构的设计。结论此次毕业设计的题目是金属切管机的设计，在整个设计的过程中，充分回顾了在大学所学习的机械原理、机械设计、材料力学、理论力学、工程制图学等等的科目。从这一设计题目的综合运用中，更是把所学的这些知识有了一个大的融会与应用，从而所学的知识也不再是死的，有了一个比较全面的复习。在设计与计算的过程中，也遇到了许多的困难与问题。通过查找资料，将这些问题解决的这种独立的解决问题和思考的方法，是在这次设计中我得到的一个最大的收获。当然，从中也大致了解了一些产品设计的基本方法，这也将是一次宝贵的实践经验。相信在以后的工作中，将会有很大帮助。致谢在此，最要感谢导我这次毕业设计的老师，他不厌其烦的指导和帮助，以及其本人严谨而认真的工作研究态度，也给我留下了深刻的印象。最后，再次向在我的这次毕业设计中帮助、指导我的各位老师与同学，表达最真诚的谢意。参考文献:1濮良贵 机械设计（第八版） 高等教育出版社2008.42王大康 机械设计综合课程设计 机械工业出版社 2007.123王明华 旋管式切管机的设计与实践 煤矿机械第三十卷20期4安虎平 切管机传动系统方案的研究 煤矿技术第28卷第2期5徐文琴、 孙达英 新型切管机的设计与实践 制造技术与机床2009第二期6李精毅 飞铣式切管机的设计与应用 7张震宇 大中直径螺旋焊管切管机的试验研究 成都大学自然科学学报1993-48宾焕男 半自动车铣切管机 金属加工 2009年2期9洪钟德 简明机械设计手册 同济大学出版社 2002.510西北工业大学工程制图教研室 画法几何及机械制图 陕西科学技术出版社2005811申永胜 机械原理教程 清华大学出版社 2005.1212甘永立 几何量公差与检测 上海科学技术出版社 2008.113宾焕南 半自动车铣切管机 金属加工2009.11期14金属切削刀具 乐兑谦 机械工业出版社 198515机械设计手册 成大先 化学工业出版社 200416机械制造技术基础 张世昌 高等教育出版社 200717工程力学 毕秦胜 北京大学出版社 200724绍兴职业技术学院毕业设计综合实践任务书岗位名称 设计人员岗位职责 负责旋管式切管机开发设计岗位能力要求 具有良好的机械设计基础，熟练掌握各种常用传动方式的原理、计算和应用，需要了解各种加工手段，以及各种加工手段的性能、能达到的精度、加工方法、设备基本原理等，了解常用材料的性能、热处理方法等， 能熟练使用CAD、solidword等软件熟练地绘图。课题任务名称 旋管式切管机的设计本课题完成的条件1、按照自己所学的机械基础进行设计和开发；2、在学校辅导老师的帮助和查找相关资料完成此设计。3、练掌握各种常用传动方式的原理、计算和应用。本课题任务要求 技术应用设计要求1、 对现有钢管旋切机的原理、特点及优缺点进行分析，拟定改进方案。2、从设计实际需要出发，选择设计方案；3、进行钢管旋切机的工作原理设计。4、对钢管旋切机的结构进行设计。5、撰写设计说明书一份。 设计能力要求1、读图能力：对给出的图纸能够看懂其工作原理以及每部分结构。在脑海里形成完整清晰甚至可以动起来的图像。2、拆图能力：对给出的总图，可以绘制出其中的每一个零件，并用三视图表达清楚所有细节。同时要求对每一个零件的可装配性、可加工性、成本、性能要有足够的考虑。对于好的拆图要求能够发现并修改总图设计上的缺陷或错误。3、标注能力：对绘制出的零件图进行标注，尤为重要的是学会给出适当的粗糙度、公差配合、形位公差的要求。尺寸要齐全，并不得有封闭尺寸。注意标注的尺寸起点以及误差累积问题。表面处理要适当。4、工艺能力：清楚地设计出每一个零件或结构所使用的材料、加工方法、热处理方法等，对于任何一个公差或尺寸提出的要求都是基于实际结构的需要以及加工工艺的要求来共同决定的。5、结构设计能力：为了实现某一种功能，可以想象并绘制出可用、可装配、可加工、成本适中的结构，对于好的结构设计要求结构要简单可靠、成本低廉、美观大方。6、测量和质量、安全管理：了解基本的测量检测手段、了解并理解质量管理、安全管理的方法和规定，把质量和安全的理念应用到零部件设计中。7、解决问题能力：在生产过程中，会出现很多加工工艺、失误、意外因素等原因造成的问题，这需要通过丰富的设计和实践经验，灵活的头脑和智慧找出快捷、简便、低成本的解决方法。8、判断能力：对于一个零件其强度是否足够？一个结构其性能是否可靠？一台设备其总体是否合理美观？成本孰高孰低？性能孰优孰劣？诸如此类问题，要求设计者在头脑中有基本准确的直觉判断。9、准确性：机械设计人员的第一要求是准确，其次才是巧妙。要求避免任何形式的错误，尤其是疏忽大意造成的错误坚决要避免。 时间安排1、毕业综合实践单位以及岗位的落实（2011年7月1日开始）2、上传毕业综合实践任务书（2011年9月30日前）3、毕业综合实践相关岗位顶岗实习过程并撰写实习周记（2011年7月1日-2012年4月20日期间）周记撰写与系统录入1、每周每周登陆系统提交实习周记，内容要求与实习期间工作、生活相关，不少于200字；每月在其中一篇周记内包含一次企业所跟师傅或直属领导评价（20字以上，包含评价人联系方式）。2、参加或更换实习单位要求一周内登陆系统更新相关信息并主动联系指导教师备案。行星式薄壁不锈钢切管机（切割机）温州博奥机械制造有限公司是一家专业于卫生流体设备的机械制造公司，主要产品有卫生泵，离心泵，乳化泵，转子泵，不锈钢切管机。基于多年对国内外管道技术，设备以及市场应用的深刻理解，独立研发了博奥行星式薄壁不锈钢切管机，它适用于几乎所有金属管道的切割，特别是对薄壁不锈钢管的切割 ，填补了国内精密管道切割的空白。与国外知名品牌相比 如 法国的AXXAIR 切管机 ，德国的GF 切管机 ，不仅拥有同样的优质性能，而且更经济实用，性价比更高。 一行星式管子切割机的优点：1. 非常好的切割质量；整个切割过程为冷切割，没有毛刺，切口非常垂直。切割过程可以不用冷却液，管子待焊部位没有污染，保证了焊接质量。2. 非常高的切割速度；此加工方法能在30秒内完成一个88.9mm不锈钢（304）管子上的切割，如果要和带锯相比较的话，带锯切割相同的管子需要5倍的时间，而且切割质量无法相提并论。此机器被认为是最理想的兼有切断和端面处理功能的管子加工工具。3. 紧凑便携。例如MAX120 的切管机整个重量只有56kg.二广泛应用领域：待焊接的管子焊接前准备，以及其它在化学品，LNG，成品油船舶，电子，食品加工，药物和化工等行业的管道配饰。三工作原理 行星回转式切管机是使自转的刀片绕着管子公转进行切割。管子被加紧在确保和刀片垂直的自定心卡盘上。切割前，进刀手柄先进刀，然后固定进刀位置，接着旋转首轮，在刀片公转一周后，管子自动切割下来。由于夹持面和切割面非常垂直，切割中受力并不大，所以可以得到与管子垂直的切割平面。型号Max 120Max 170Max 220Max 320Max 420直径 (mm)5-12116-17059-225140-330215-420壁厚 (mm)0.5-71-101-101-101.5-10电机 德国进口麦太保电机 1025 w转速30-270 rpm功率 (kg)566877114148尺寸380/230/405430/233/455495/230/520600/254/691690/263/791切管机的操作规程1.开机前的检查 1.1 检查锯片/刀轮是否完好，有打缺、裂纹时应即使更换/维修。 1.2检查油压系统连接管线有无破损漏油，更换相应定位销轴和导向套。 2.操作步骤 2.1 接通电源并启动电机。 2.2 将被切的不锈钢管穿入换好的导向套内，扳动刀形手把带动胶管向锯片内推进，则胶管被切断，滑板复位时，靠两根拉力弹簧拉回原位。切管机 2.3 将切好的胶管其内孔插入定位销轴内，锯片旋转时，使在准备剥胶处割开一道缝，保证胶管剥胶时，产生良好的断胶效果。 2.4 工作后，必须切断电源。2009届毕业设计（论文）（金属切管机的设计）专业名称： 班 级： 学 号： 作 者: 指导教师: 二零零九年六月金属切管机的设计Mental pipe cutting machine毕业设计（论文）题目：金属切管机的设计 一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）设计一用于切割3/8英寸-4英寸的金属管的机械设备。工作要求：运动和动力由电机经皮带传动、蜗轮减速器、开式齿轮传动传到一对滚子，从而带动金属管的旋转，实现切割时的主运动，与此同时，操纵手轮，通过螺旋传动，将圆盘刀片向下进给移动，并在不断增加刀片对金属管的压力过程中，实现金属管的切割工作。主要参数：滚子的转速为70r/min,电机额定功率约为1.5kw ,满载转速约为1400 r/min。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1、毕业论文 1份2、总装配图 1份3、主要零部件图 若干份4、外文资料 1份三、完成日期及进度自 2009 年 3 月 16 日起至 2009 年 6 月 14 日止进度安排：3.163.22 明确设计任务，调研、搜集资料；3.234.05 工艺方案设计（工艺方案原理图）；4.064.26 传动装置的设计（传动示意图，总体方案图）；4.276.07 结构设计（装配图，零件图）；6.086.14 编写论文，准备答辩；6.156.19 毕业答辩。四、同组设计者（若无则留空）： 五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1、申永胜主编机械原理教程第1版北京：清华大学出版社，19992、邱宣怀主编机械设计第4版北京：高等教育出版社，19953、黄纯颖主编机械创新设计北京：高等教育出版社，20004、何珍秀主编机械系统设计哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20015、徐灏主编机械设计手册北京：机械工业出版社，20016、孟宪源主编现代机构手册北京：机械工业出版社，1994 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 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 录第一章 前言1第二章 切管机传动装置的设计计算22.1电动机的选择32.1.1电动机功率的选择32.1.2电动机转速的选择32.1.3电动机类型的选择32.2 传动方案的拟定32.3计算各轴的转速、功率和转矩42.4进行传动机构的设计与计算52.4.1带传动的设计与计算52.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算82.4.3齿轮传动的设计与计算10第三章 结构计算183.1各传动轴尺寸的计算与校核183.1.1蜗杆轴的尺寸计算与校核183.1.2蜗轮轴的尺寸计算与校核193.1.3滚轮轴的尺寸计算与校核21第四章 绘制设计装配图与零件图25第五章 结论26第六章 致谢27参考文献28VIII第一章 前言此次设计的切管机，主要用于机车车辆上所用通风、通水管。因此，下料所要求的精度不高。车辆厂平时需要切削大量的3/8和4/8英寸的金属管。如果用手工切断，劳动强度大，生产效率低，产品质量差。因此，需要一台，通用性好，耐用以及抗磨损的切管机。切管机的主要参数为，滚珠转速70r/min,圆盘刀片的直径为80mm,加工管件的直径范围为3/8-4/8英寸，电动机的额定功率为1.5千瓦，满载转速1400r/min，每天工作十小时，工作载荷变动小。切管机的工作原理如下：动力由电动机经过三角带输出，涡轮减速箱，开始齿轮传动传到一对磙子。从而带动工件的旋转。实现切削时的主运动。与此同时，操作手轮，通过螺旋传动，将圆环刀片向下运动，并在不断增加刀片对管子的压力过程中，实现管子的切割工作。为了顺利实现上面的运动，要对传动系统中的电动机做出选择，拟定传动方案，并且对于各轴的转速、功率和转矩以及各主要传动件的参数（包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定和齿数的确定）进行设计与计算，对于各轴的最小直径，各主要传动件的尺寸，包括（三角带轮，齿轮，蜗杆蜗轮），也要给出相应的计算。接着，对各数值进行校核。最后再由经过计算的数值来绘制装配图，完成设计。由于产品较大，大致可以分为五个部分：刀头架，滚子，机柜，电器和减速箱。而各部分时分开设计的，因此要注意考虑各部分的装配关系。其中减速箱部分需要着重进行设计，由于这里结构众多且结构复杂，而整个箱体又时在整体焊接后需要进行装配密封的部件，所以需要详细标注。切管机的运用，主要是为了降低劳动强度，节省人力，提高产品质量。当然，保证性价比也是这次设计的重要考虑项目之一。由于切管机在实际生产中早已广泛应用，在使用与制造方面，已有一定的经验，本次设计中有关切管机的一些参数，都采用已有的规定。因水平有限，论文中不免有疏忽与错误的地方，敬请批阅老师指正。第二章 切管机传动装置的设计计算传动装置的设计与动力的选择有关，在动力选择好之后就可以拟定传动方案，进行运动学的计算。工艺方案原理图如下：方案说明： 用碾压的方法切断金属管，需要金属旋转的切削运动和圆盘刀片向下的进给运动。这种方法是连续切削的。生产效率高，机器的结构不太复杂。但是这种传动方案的一大缺点是，在切削时的挤压过程中，管子的内径会缩小。一般用于对管子要求不高的场合。2.1电动机的选择2.1.1电动机功率的选择电动机工作环境为连续工作，变化很少，并且载荷稳定的场合。一般PmPr10%此处：Pm已经给出所以：Pm1.5kw2.1.2电动机转速的选择此处电动机的转速已经给出 n1400r/min2.1.3电动机类型的选择经查表，得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择：Y90S-2 2840r/minY90L-4 1400r/minY100L-6 940r/min根据要求，最终选定三相异步电动机的型号是： Y90L-42.2 传动方案的拟定总的传动比的确定： 综合考虑各方面要求，确定传动方案如下：初定传动比： 传动方案示意图如下：2.3计算各轴的转速、功率和转矩已知电动机的数据如下： 查表可知各级传动效率如下： （1）计算各轴转速如下：（2）各轴功率计算如下： （3）各轴传递的转矩计算如下：注：轴3为设计上特别增加的惰轮，所以，轴3不承受转矩，只承受弯矩。2.4进行传动机构的设计与计算2.4.1带传动的设计与计算工况系数 查表得 计算功率 选择带的型号 查表得 A型小带轮直径 查表得 取大带轮直径 大带轮转速 （2）计算带长求 求 初取中心距 带长 由V带基准长度图表，可得 （3）求中心距与包角中心距 小带轮包角 (4)求带的根数带速 传动比 带的根数 由查表得 由查表得 由查表得 由查表得 所以（5）求轴上载荷张紧力 轴上载荷 V带轮的尺寸计算（1）小带轮小带轮直径 查表 得 mm 轮宽 外径 孔径 此处的孔径依据电机的输出轴为准 由查表 （2）大带轮大带轮直径 查表 得 mm 外径 （3）结构选择选择辐板式结构轮缘直径 轮毂直径 mm辐板孔圆周定位尺寸 2.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算查表选取：蜗杆采用45钢、表面硬度45HRC。 蜗轮的材料选用ZCuSn10P1、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 得 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 自定 中心距 （3）传动基本尺寸蜗杆头数 由查图表 得 、 蜗轮齿数 模数 蜗杆分度圆直径 取蜗轮分度圆直径 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）齿面接触疲劳强度计算许用接触应力 最大接触应力 应为105MPa173MPa 所以 合格（5）齿轮弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强度极限 由查表 得 弯曲疲劳最小安全系数 自取 许用弯曲疲劳应力 齿轮最大弯曲应力 应为 所以 合格（6）蜗杆轴挠度验算轴的惯性距 允许蜗杆挠度 蜗杆轴挠度 合格2.4.3齿轮传动的设计与计算 第一对齿轮（齿轮2为惰轮）齿轮材料选择小齿轮材料：40Gr 、采用调制处理，硬度241HB-086HB 、取平均260HB大齿轮材料：45钢、 采用调制处理，硬度 229HB-286HB 、 取平均240HB（1） 齿面接触疲劳强度计算1） 初步计算转矩 齿宽系数 由查表 得 接触疲劳极限 由查图 得 初步计算得许用接触应力 值 由查表 得 初步计算小齿轮直径 取初步齿宽b 取2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表 得 选取八级精度齿数z与模数m初取齿数 取则 使用系数 由查表 得 动载系数 由查表 得 齿间载荷分配系数 先求 由此 得 齿向载荷分布系数 由查表 得 载荷系数 弹性系数 由查表 得 节点区域系数 由查表 得 接触最小安全系数 由查表 得 总工作时间 接触寿命系数 由查表 得 许用接触应力 MPa验算 因为小于690MPa 合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（2）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （2）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 齿间载荷分布系数 载荷系数 齿形系数 由图表 得 应力修正系数 由图表 得 弯曲疲劳极限 由图表 得 弯曲最小安全系数 由图表 得 应力循环次数 由查表 得 弯曲寿命系数 由查表 得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表 得 验算 第二对齿轮的计算齿轮2 为惰轮，即此处的大齿轮。材料为45钢，调制处理，硬度为229HB-286HB。平均取 240HB（主动）。齿轮3 为小齿轮，材料选择40Gr，调制处理，硬度值为241HB286HB,平均取260HB.(1)齿面接触疲劳强度计算1)初步计算转矩 齿宽系数 由查表 得 接触疲劳极限 由查图 得 初步齿宽b 取（2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表 得 选取八级精度齿数z与模数m 已知 使用系数 由查表 得 动载系数 由查表 得 齿间载荷分配系数 先求 由此 得 齿向载荷分布系数 由查表 得 载荷系数 弹性系数 由查得 节点区域系数 由查表 得 接触最小安全系数 由查表 得 总工作时间 接触寿命系数 由查表 得 许用接触应力 验算 因为小于884MPa 所以合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （2）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 载荷系数 齿形系数 由图表 得 应力修正系数 由图表 得 弯曲疲劳极限 由图表 得 弯曲最小安全系数 由图表 得 弯曲寿命系数 由查表 得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表 得 验算 第三章 结构计算3.1各传动轴尺寸的计算与校核3.1.1蜗杆轴的尺寸计算与校核（1）估计轴的基本直径。材料选用 45钢、正火处理。 查表 得：硬度（HBS）17.217强度极限， 屈服极限， 弯曲疲劳极限查表 取（2）初估直径 应为最小处开有键所以直径增大 （3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩 2.蜗杆上圆周力 蜗杆上径向 蜗杆上轴向力 画出受力图（b）3.计算支反力水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力图 见图（c）垂直面（xz）受力图 见图（e）4.画轴的弯矩图水平面弯矩图 见图（d） 图垂直面弯矩图 见图（f） 图合成弯矩图 见图（g） 5.画轴