毕业设计（论文）-QGJ-I型无缝钢管定长切割机的设计（全套图纸）.pdf

中国地质大学长城学院中国地质大学长城学院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 题目题目 无缝钢管切割机设计 系系 别别 工程技术系 专专 业业 机械设计制造及其自动化 学生姓名学生姓名 学学 号号 指导教师指导教师 职职 称称 教授 2015 年年 04 月月 18 日日 摘 要 钢管切割机机在生产生活中起到的影响非常大，钢管切割机种类多种型号各异。目前 我国的切割市场的发展趋势逐渐加快，对于新型切割机的要求更加严格，跟家趋向于钢管 切割机的适用范围成本以及工作效率等多方面要求。为促进了发展方式的转变，实现了又 好又快发展。使产业的产能、销售收入、利润成倍增长，达到更快更好地技术水准。提高 生产加工、出口，应该努力改进机械工艺。机械工业对于我国的发展建设起到很重要的地 位。我国的机械工业虽然取得了很大的成绩，但同工业发达国家相比，在生产能力、技术 水平、经济效益和管理水平等方面，仍然存在一定的差距，还不能完全事业国民经济发展 的需要。所以，我国的机械工业应该更加快速的建设发展，通过对技术改造，提高产品的 设计水平，制造工艺水平和管理水平，使机电产品的质量和品种逐步达到和赶上工业发达 国家的水平。 关键词：切割机原理、CAD 实体设计、平面草图、切割、钢管、传动、机构、装配。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目 录 引 言 . 1 1、确定工艺方案 . 1 2、传动装置的设计与计算 . 1 2.1、电动机的选择 . 1 2.1.1、类型的选择 . 1 2.1.2、转速的选择 . 1 2.1.3、功率的选择 . 1 2.2、拟订传动方案 . 1 2.3、计算各轴的转速、功率和转矩 . 4 2.4、进行传动机构的设计与计算 . 6 2.4.1、带传动设计 . 6 2.4.2、齿轮模数的确定 . 7 2.4.3、蜗轮蜗杆模数的确定 . 7 2.4.4、齿数的确定 . 8 2.5、进行总体结构设计，画出总体方案图 . 9 3、结构设计 . 15 3.1、初算各轴的最小直径 . 15 3.2、计算各主要传动件的结构尺寸 . 15 3.3、绘制部件的装配草图 . 19 3.4、绘制设计装配图 . 23 3.5、绘制零件工作图 . 25 结论 . 15 参考文献 . 15 致 谢 . 15 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 引 言 众所周知，机械对于人类的作用，他大大的提高了人类产业能量，从原始的石器时代 到金属时代，我们伟大的先祖就进行了简单的机械加工，对于当时环境下，其生产的效率 和精度都是非常的低下。随着时代的发展机械化逐渐成为代替手工的重要地位，机械制造 生产的飞速发展，人们通过对精度效率成本更低选择、更加入人性化的设计理念。中国虽 然是一个文明古国，但是其在工业制造方面和与欧美等发达国家起步比较晚，机械化进程 有着一定的差距。其机械制造技术却远远比不上西方等发达国家，现在我们更加注重机械 制造技术的先进与加工的精度，生产的效率，以及生产的成本产生等。随着对机械化生产 的巨大需求，机械类行业得到飞速发展。通过本次设计的目的和要求就是设计一个简单易 于操作的钢管切割机机，其目的是为了更加高效廉价的做出大量需求产品，并且改变手工 切割慢的问题，适合大多数不是批量加工钢管或者对钢管的加工加工精度不高工厂使用。 随着世界各地各项技术飞速发展的时代，尤其的随着计算机技术的高速发展，机械制 造行业也得到了飞速的发展，其主要表现在数控加工等方面，数控方面有着一定成熟的技 术。数控技术加工的精度高，对于精密仪器批量生产是一个很大的福音，但是因为造价原 因小型工厂，还是比较适用于这类机械。圆满的的解决小厂所需求的问题，有没有出翔精 密加工不堪重负的经济因素和资源的浪费。对此，在本次设计中，根据工厂生产加工的一 些实际情况，对现有的钢管切割机改进。使本次设计的钢管切割机的操作简单、生产成本 低、维护简单、生产效率高等优点。 此设计的切管机主要是针对各种用途金属管材进行加工。本次设计的任务主要是钢管 切割机中减速箱及有关零件进行的设计。对于传动装置的设计和计算，机器轮廓的设计。 并且计算的数据，绘制总体装配图，减速机装配图，减速箱焊接图等。对各个零部件图， 进行绘制。 本次设计的钢管切割机为适应小工厂，高效简洁的生产效率提高有着积极的作用。 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 1、确定工艺方案 本次的设计任务为设计一高效简单的钢管切割机，因此设想，有几种设计方案进行对 比： 方案一： 锯弓来锯断金属管：需要锯弓往复的做重复切削以及让刀运动和滑枕摆动的进给。机 器的类型属于复杂，锯切也不是连续运动的。当金属直径相差较大时，锯片还要调换，生 产效率低。 方案二： 首先切断刀对金属管进行切割：如过在车床上进行切断，因为一般车床的主轴也只有 几十毫米，对于金属管可能无法通过，使用一台普通机床，不那么实惠。或者用专门的切 管机，它的工作原理是工件要夹紧不动，装在刀架上的两把切断刀，既有主切削的旋转运 动，又有其进给运动，工作效率高，但是机床结构属于比较复杂。 方案三： 用砂轮切断金属管：通过砂轮旋转的切削运动以及摇臂向下的进给运动。此机构的结 构属于简单，生产效率也高，但是砂轮磨损较快成本很高。 方案四： 用碾压的方法使金属管断裂：是需要圆盘向下的进给运动以及金属管旋转的切削运 动。使用方法是做连续切削的，使生产效率提高高，机器的结构类型属于不太复杂。但是 会使管子的切口内径缩小，随意对于高精度场合不适用。 本次设计的要求为滚子转速 n=70r/min,圆盘刀片直径 a=80mm,需要 管件的直径为 3/84，电机额定功率 i 为 P=1.5Kw 载荷变动小，满载转速是 N=1410r/min,每天工作 10 小时。根据毕设要求和结合生产实际。 在本次设计中选用方案四。 工艺方案确定后，并根据有关数据，加上其它一些必要的尺寸，得出工艺方案的原理 图如图 1- 1 图 1- 1 工艺方案原理图 方案四管机的工作原理：动力由电动带轮蜗杆蜗轮直齿轮中间滚轮滚 子轴上小齿轮。由于滚子的旋转运动，从而带动工件的整体运动，实现切削时的主要切割。 同时，搬动手轮，通过调节方向，使圆盘刀片向下做进给移动，并在不断的增加刀片对钢 管的压力中，实现钢管切割。 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 2、传动装置的设计与计算 2.1、电动机的选择 对于电动机每个都有出厂铭牌，标识着主要技术参数。所以，要对电动机的特性进行 了解以及对比。进行机械设计前，对选择好电动机的型号，转速和功率。 2.1.1、类型的选择 工业上一般用选用三相交流异步电动机。 三相交流异步电机指其结构简单， 工作稳定， 造价低，维护方便等优点，使用广泛。对于电动机类型的选择，主要考虑：工作机械长期 连续工作以及重复短时工作静载荷或惯性载荷的大小，工作环境是否有灰尘飞溅。在此次 设计中其载荷变动较小，有灰尘所以选择笼式三相交流异步电机。 2.1.2、转速的选择 异步电机的转速主要有 750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min 几种。当工作机 械的转速较高时，选用同步转速为 3000r/min 的电机比较合适。如果工作机械的转速太低 （即传动装置的总传动比太大）将导致传动装置的结构复杂，价格较高。在本次设计中可 选的转速有 1500r/min 和 750r/min。在一般机械中这两种转速的电机适应性大，应用比较 普遍。 2.1.3、功率的选择 选择电动机的合理额定功率，电动机功率的选择以及电动机本身是否发热、载荷的大 小、工作时间长短有关，但一般情况下电动机容量主要电动机是否发热决定。所以电动机 的额定功率大于所需功率 10%来选择电动机。 综上所述， 本次设计的切管机电机额定功率为 P=1.5Kw 满载转速为 N=1410r/min,每天 工作 10 小时，载荷变动小用于多尘场合。选用 Y90L- 4 型电动机，其额定功率 P电=1.5Kw， 满载转速 n电=1400r/min，同步转速 1500r/min(4 极)，最大转矩为 2.3Nm。 电动机确定后，计算出切管机的传动比为： i总= n n 电 工 = 1400 70 =20 （2- 1） 2.2、拟订传动方案 传动方案的选择，是指传动机构的选择布置。这是彼此相关联的。运动形式大致分为； （1）传递的回转运动有：齿轮传动，带传动，链传动，蜗轮传动等； （2）做往复直线摆动或运动的有：齿轮齿条传动，螺旋传动，凸轮机构以及曲柄滑 块机构等； 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 2 （3）做间歇运动的有棘轮机构以及槽轮机构等； （4）实现特定运动规律的有凸轮机构和平面连杆机构等。 传动机构的选择就是根据机器工作机构的不同运动规律，载荷的性质和机器的循环工 作的进行。最后在全方面比较和分析各种传动机构原理的基础上确定一种适合的工作方 案。 机器一般由原动机、传动装置以及工作机等三部分组成。传动装置是再原动机与工作 机之间，用来传递动力，改变转速、转矩的大小或运动方式的改变，来符合工作机功能要 求。传动装置对整台车的性能、大小、重量和造价都有很大影响，因此需要符合要求的拟 定传动方案。在这次设计课题中，已知切管机的 i总=20，若用蜗杆，一次降速原本可以达 到， 其方案如图 2- 1。但是由于钢管的切割最大直径为 4，如图中 1- 1 所以两个滚筒的 之间中心间距不能小于 108mm， 齿轮外径不能大于滚筒的直径 （100mm） 。 若取蜗杆 z1=2， 蜗轮 z2=40，m=4，d2=160mm,比同一轴上的齿轮大，按图 2- 2- 1 的布置，为避免蜗轮和滚 筒相撞，需要加大两轴之间的中心距离。这样就要加上一个惰轮，就解决这个问题，如图 2- 2- 2。在本次设计中，取蜗轮齿数为 z2=50,模数 m=4。对于带传动缓冲和打滑的特性，所 以将选取电动机一级传动，为避免电动机电动机产生的噪音开式齿轮传动不宜放在高速 级，所以将齿轮传动放在低速级。选取适合方案，首先应满足机器的要求功能，还应当工 作稳定、结构简单、易于操作、成本低廉以及使用便于维修。对比各种传动方案，在此次 设计中确定选取带传动、蜗杆传动、齿轮传动等机构组成的传动方案。并画出其传动系统 图结构图，如图 2- 2- 3。 图 2- 2- 1 蜗轮蜗杆传动方案图 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 3 图 2- 2- 2 蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图 在选取完成传动方案后,根据 i总=i1i2的关系分配传动比.并对个机构的关系特性进 行 对比,如表 2- 2- 1: 图 2- 2- 3 带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 4 表 2- 2- 1 几种主要传动机构的特性比较 特 性 类 型 带传动 齿轮传动 蜗杆传动 主要优点 中心距变化范围较大,结 构简单,传动平稳,能缓 冲,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 最大值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: 10 40, 最大值 100 开式: 15 60, 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 0.7 0.94 自锁 0.400.45 考虑到传动装置的结构,尺寸,重量,工作条件和制造安装等因素,必须对传动比进行合 理的分配.根据公式 T=9550 P n (Nm)可知:当传动的功率 P(Kw)一定时,转速 n(r/min)越高,转 矩 T 就越小.为此,在进行传动比的分配时遵循”降速要先少后多”.V 带传动的传动比不能过 大，否则会使大带轮半径超过减速器中心点高，使尺寸不适合，并给安装和机座设计带来 不便，由于齿轮在降速的传动机构中,如果比较大降速,就会使被动齿轮直径过大,造成增加 了径向尺寸,如果齿数太少就会造成根切现象.而其在升速传动中,如果升速比过大,就会有 强烈的震动和噪音的产生,不能平稳传动 ,对机器的工作性能有影响.为此,对各传动机构比 分配情况如下: i1=1.2;i2=50;i3=1.5;i4= 1 4.5 （2- 2） i总= i1i2 i3i4=1.2501.5 1 4.5 =20 （2- 3） 注:传动系统惰轮是个大齿轮,它不能改变传动比只能增加中心距,对滚筒旋转方向的改 变作用. 2.3、计算各轴的转速、功率和转矩 由表一我们可知，取带=0.96，蜗=0.72，齿=0.94，滚=0.99（一对滚动轴承的效率）， 根据公式： 1 2212 1 ,9550 , nP nNNTTT i in = gg及 （2- 4） 可知各轴的转速为： 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 5 1 1400 116.7 /min 1.2 n nr i = 电 （2- 5） 21 2 1400 23.3 /m in 1.2 50 nn nr ii i = = 电 （2- 6） 31 2 3 1400 15.5 /m in 1.2 50 1.5 nn nr ii i i = 电 （2- 7） 41234 1400 70 /min 1.2 50 1.5 1/4.5 nn nr ii i i i = 电 （2- 8） 各轴的功率为： PP =电带=1.5 0.96=1.44（Kw） （2- 9） PP = 蜗滚电带蜗滚=P =1.5 0.96 0.72 0.99=1.03（ Kw） （2- 10） PP = 2 齿滚电带蜗齿滚 2 =P =1.5 0.96 0.72 0.94 0.99 =0.96（Kw） （2- 11） 23 PP = 齿滚电带蜗滚 齿 23 =P =1.5 0.96 0.72 0.940.99 =0.89（Kw） （2- 12） 各轴传递的转矩为： 1.5 9550955010.23? 1400 P T = 电 电 电 （N m） n （2- 13） 110.23 1.2 0.96 11.78 ?T T i =电带=（ Nm） （2- 14） 212 10.23 1.2 0.96 50 0.72 0.99 420.02 ? TT iT i i = = 蜗滚电带蜗滚 = =（Nm） （2- 15） 第三轴，由于过渡齿轮（惰轮）的安装，故此轴不承受转矩，只是受弯矩，它是一根 心轴。 1234 23 23 10.23 1.2 50 1.5 0.96 0.72 0.940.993 1/4 TT i i i i = 电带蜗滚 齿 = =122.30（Nm） （2- 16） 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 6 将以上各数据制成如表 2- 3- 1 所示的表格： 表 2- 3- 1 各轴计算结果 轴号 电机轴 传动比 i 1.2 50 1.5 1/4.5 转速 n(r/min) 1410 116.7 23.3 15.5 70 功率 P(Kw) 1.5 1.44 1.03 0.96 0.89 转矩 T（Nm） 10.23 11.78 420.02 122.3 在传动比的计算时， 首先确定齿轮模数和带轮直径， 实际传动比等于两带轮直径之比， 或者两齿轮齿数之比，结果与表中数据可能不一致。当 i5 时，容许误差不大于+ - 2.5%； 当 i5 时，则不容许大于+ - 4%。 2.4、进行传动机构的设计与计算 2.4.1、带传动设计 带传动适用的场地：对于中心距变化情况很大，结构很简单，能平稳传动，能缓冲， 对安全保险起过载的作用。缺点是轴上受力较大，外廓尺寸大，传动比不能做到精确，使 用寿命低（约 30005000 小时） 在本次设计中，选取带的传动系数 K=1.1，所以计算功率为： P计= KP电=1.11.5=1.65(Kw) （2- 17） 由 P计和 n1=1400r/min，可查知，选用 A 型三角带。 初步选定小带轮直径 d1=100mm,大带轮直径 d2=i1d1=1.2100=120mm,取其标准直径 d2=125mm 验算带轮： 11100 1400 7.36 / 60 100060 1000 d n vm s = （2- 18） 小于 25m/s，适合。 初定中心距 a0，按公式：0.7（d1+d2）160mm，可采用辐板式结构的锻造齿轮。 轮缘内径 d缘= d 顶 2- 10m=168- 30=138mm 轮毂外径 d毂=1.6d轴2=1.645=72mm(d轴2齿轮的孔径，由表三可知 d轴2=45mm) 辐板厚度 c=0.3B=0.330=9mm 辐板孔圆周定位尺寸： d0=0.5(d缘+d毂) =0.5(138+72)=105mm （3- 5） 辐板孔直径： d孔=0.25(d缘- d毂)=0.25(138- 72)=16.5mm，取 d孔=17mm。 齿轮示意图如图 3- 2- 1 图 3- 2- 1轴齿轮示意图 2）已知轴上齿轮 z3=81，m=3，则： 分度圆直径 d3=mz3=381=243mm 齿顶圆直径 d顶3=m(z3+2)=3(81+2)=249mm 齿根圆直径 d根3=m(z3- 2.5)=3(81- 2.5)=235.5mm 齿宽 B=30mm。 由于 d根3160mm，可采用辐板式结构的锻造齿轮。 轮缘内径 d缘= d顶3- 10m=249- 30=219mm 轮毂外径 d毂=1.6d轴3=1.650=80mm(d轴3齿轮的孔径，由表三可知 d轴3=50mm) 辐板厚度 c=0.3B=0.330=9mm 辐板孔圆周定位尺寸： d0=0.5(d缘+d毂) =0.5(219+80)=149.5mm （3- 6） 辐板孔直径： 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 18 d孔=0.25(d缘- d毂)=0.25(219- 80)=34.75mm，取 d孔=35mm。 、轴的中心距： 23 1 ()3(5481)202.5 2 am zzmm+=+= 、 1 = 2 （3- 7） 轴上齿轮如图 3- 2- 2 图 3- 2- 2轴齿轮示意图 3）已知轴上的齿轮 z4=18,m=3 则： 分度圆直径 d4=mz4=318=54mm 齿顶圆直径 d顶4=m(z4+2)=3(18+2)=60mm 齿根圆直径 d根4=m(z4- 2.5)=3(18- 2.5)=46.5mm 齿宽 B=30mm。 由于 d根3 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 dd3 d2 dd3 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=25mm d4 装在两滚动轴承 之间齿轮（蜗轮） 处的直径 dd4 d3+2r r倒圆角半径，查阅手 册确定 如如轴 d5 一般轴肩和轴环 的直径 dd5d4+2a a轴肩或轴 环的高度，a=(0.070.1) d4 如如轴， 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=30mm d6 滚动轴承定位轴 查阅手册轴承部 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 25 肩直径 分的 D1值 L7 安装旋转零件的 轴头长度 LL7=（1.21.6）d 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 L81.4*5=7mm 减速箱焊接图如图 3- 4- 3 图 3- 4- 3 减速箱焊接图 3.5、绘制零件工作图 机械零件种类有两种：一类需要自行设计制作的，叫基本件；基本件必须根据设计装 配图，全部拆画，并详细对部结构进行设计。所以此次设计中选取需要的滚筒工作图和蜗 杆工作图单独拆画零件图： 滚筒零件图如图 3- 5- 1 图 3- 5- 1 滚筒零件图 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 26 蜗杆零件图如图 3- 5- 2 图 3- 5- 2 蜗杆零件图 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 15 结论 通过对学习知识的运用和对切管机的设计计算，并且查阅资料，对切管机进行了初步 的设计。在设计的过程中，主要的需要做的： 传动方案的选择上和对机构的设计计算中,应该选取合适的传动方案以及对减速箱 各个部分零件的计算以及核准。 设计思路完成后，对已有数据的基础之上装配图的轮廓，需要通过对各个参数的对 照进一步确定，最后形成总体装配图。 对滚子零件的工作图，蜗杆的零件图等零件图绘制。 通过本次课题的设计，对大学中所学知识的运用理解，有了一个比较全面的复习。在 设计与计算的过程中，也出现了一些问题。通过查阅资料，对问题解决的上有了