切管机的设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计（论文）通过答辩 i 切管机设计切管机设计 摘要摘要：切管机主要用于加工各种用途的管件，主要包括各种材料的金属管件，本次 设计的切管机所加工的管件主要是直径在 3/84之间。 本论文设计的切管机， 完成的工作主要是切管机中减速箱、 滚子、 机体等的设计。 其中包括确定工艺方案、 传动装置的设计和计算 （包括电动机的选择、 拟定传动方案、 各轴转速、功率和转矩的计算、传动机构的设计与计算等） 。在对上述各项进行了详 细的强度校核之后，根据已有的经验公式，确定了各个零件之间的相互尺寸。在最后 绘制出了装配图、部件图以及部分零件图 本文设计所完成的切管机主要用于车间中对管件的切屑加工，对于提高生产效 率，减轻工人的劳动强度有着积极的意义。 关键词：切管机传动件设计计算 指导老师签名：指导老师签名： 本科毕业设计（论文）通过答辩 ii thethe designdesign ofof tubetube cuttingcutting machinemachine abstractionabstraction:tube cutting machine mainly being used in processing various functional tube parts ,primarily includes varieties materialsmetals tube parts . this timethe designedtube cutting machine essentially process the tube parts which diameter between 3/84. the task of this time designed tube cutting machine is chieflycomprises the design and of deceleration case , roller ,organism, and so on.besides, the task also includesthe others several steps,such as :settle the technology craft program;the design and calculation of transmission installation ; (includes the selection of electric motor ; formulate the transmission program; the rotational speed of each axle; power and the calculation of torque ; thedesign and calculaton of the transmission mechanism etc).afterdetailed intensity proofreadfor all kinds the above-methioned , according to the already experienced-formula, the mutual dimension among each components being fixed .finally ,draw the assemble chart; components chart as well as portion spare parts chart. the designed tube cutting machinemainly used on cutting and processing for tubepart in the work shop.to some extent, the design has positive significancein improving productivity and lightening the workers labor intensity. keykey words:words:tube cutting machinetransmission partsdesigncalculation guideguide teachersteachers signature:signature: 本科毕业设计（论文）通过答辩 iii 目录 引 言.1 1.确定工艺方案. 2 2.传动装置的设计与计算.4 2.1电动机的选择.4 2.1.1 类型的选择.4 2.1.2 转速的选择.4 2.1.3 功率的选择.4 2.2拟订传动方案.5 2.3计算各轴的转速、功率和转矩. 8 2.4进行传动机构的设计与计算. 10 2.4.1 带传动设计.10 2.4.2 齿轮模数的确定.11 2.4.3 蜗轮蜗杆模数的确定. 12 2.4.4 齿数的确定.12 2.5进行总体结构设计，画出总体方案图.13 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. 16 3.3绘制部件的装配草图. 20 3.4绘制设计装配图.24 3.5绘制零件工作图.28 4.结论.29 5.致谢.30 6.参考文献.31 本科毕业设计（论文）通过答辩 1 引引 言言 中国是一个上下有五千年历史的文明古国，从原始的石器时代到金属时代，我 们伟大的祖先就进行了简单的机械加工，但是在当时的生产条件下，其生产的效率 和精度都是非常的低下。随着时代的发展，人们在想方设法改善自己的生存条件和 生活水平，正是由于这点，促进了机械制造生产的飞速发展，人们在超着一个精度 更高、效率更高、成本更低、更加人性化的方向发展。中国虽然是一个文明古国， 其拥有几千年的历史背景和文化积淀，但是其在工业制造方面和发达国家还是存在 较大的差异，其机械制造技术却远远比不上西方等发达国家，众所周知，机械制造 技术的先进与否直接与加工的精度，生产的效率，以及生产的成本产生直接关系。 随着机械化生产的速度发展，人们对机械产品的要求也越来越高，其主要表现在实 用和经济等方面。本次设计的目的和要求就是设计一个简单实有的切管机，其目的 在于能够高效而廉价的加工出生产所需要的产品，并且要求其生产效率较高，适合 大多数不是批量加工管件或者对管件加工要求不高的工厂使用。 在当今这个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，生产效率也随着 其得到了飞速的发展。数控技术加工的精度高，得到了无数人的喜爱，但是对于一 些小型的工厂和对管件加工并不频繁的企业来说，应用数控等方法来加工这些管件 就有点大材小用，而且严重浪费了资源。为此，在本次设计中，特根据工厂生产加 工的实际情况， 对现有的切管技术进行改进。 使本次设计的切管机具备了操作简单、 生产成本低、维护简单、生产效率高等优点。 本次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 要是对切管机中减速箱及有关零件进行的设计。其中包括传动装置的设计和计算。 总体结构的设计以及对设计计算进行校核。 并且通过得到的数据， 绘制总体装配图， 减速机装配图，减速箱焊接图等。然后又针对各主要基本件，绘制了多张零件图 本次设计的切管机为减轻工人的劳动强度，提高生产效率有着积极的意义。 本科毕业设计（论文）通过答辩 2 1.确定工艺方案确定工艺方案 此次的设计任务为设计一简单高效的切管机，为此，对如下几种设计方案进行 比较： 方案一： 用锯弓锯断金属管：需要锯弓往复的切削运动和滑枕摆动的进给与让刀运动。 机器的结构比较复杂，锯切运动也不是连续的。当金属直径相差较大时，锯片还要 调换，生产效率低。 方案二： 用切断刀切断金属管：如在车床上切断，但是一般车床主轴不过几十毫米，通 不过直径较大的金属管， 并且占有一台普通机床， 不太经济。 或者用专用的切管机， 其工作原理是工件夹紧不动，装在旋转刀架上的两把切断刀，既有主切削的旋转运 动，又有进给运动，工作效率高，但是机床结构比较复杂。 方案三： 用砂轮切断金属管：需要砂轮旋转的切削运动和摇臂向下的进给运动。此机构 的结构简单，生产效率高，但是砂轮磨损较快费用很高。 方案四： 用碾压的方法切断金属管：其需要金属管旋转的切削运动和圆盘向下的进给运 动。这种方法是连续切削的，生产效率高，机器的结构也不太复杂。但是会使管子 的切口内径缩小，一般用于管子要求不高的场合。 本次设计的要求为滚子转速 n=70r/min,圆盘刀片直径 a=80mm,加工管件的直径 为 3/84， 电机额定功率 i 为 p=1.5kw 满 载转速为 n=1410r/min,每天工作 10 小时， 载荷变动小。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 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 方案四管机的工作原理：动力由电动机带轮蜗杆蜗轮直齿轮中 间惰轮滚子轴上小齿轮。由于滚子的旋转运动，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，将圆盘刀片向下进给移动，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。 本科毕业设计（论文）通过答辩 4 2.传动装置的设计与计算传动装置的设计与计算 2.1电动机的选择电动机的选择 要选择电动机，必须了解电动机，出厂的每台电动机都有铭牌，上面标有电动 机的主要技术参数。因此，要合理地选择电动机，就要比较电动机的这些特性。在 进行简单机械设计时，应选择好电动机的类型，转速和功率。 2.1.1类型的选择类型的选择 工业上一般用三相交流电源，所以选用三相交流异步电动机。三相交流异步电 机具有结构简单，工作可靠，价格便宜，维护方便等优点，所以应用广泛。在选择 电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工 作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。在本次设计中由于 其载荷变动较小，有灰尘故选择笼式三相交流异步电机。 2.1.2转速的选择转速的选择 异步电机的转速主要有 3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/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 功率的选择功率的选择 选择电动机的容量就是合理确定电动机的额定功率，电动机功率的选择与电动 机本身发热、载荷大小、工作时间长短有关，但一般情况下电动机容量主要由运行 发热条件决定。故根据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， 本科毕业设计（论文）通过答辩 5 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拟订传动方案拟订传动方案 传动方案的拟定，通常是指传动机构的选择及其布置。这是彼此相联系的两个 方面。其运动形式大致分为； （1）传递回转运动的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等； （2）实现往复直线运动或摆动的有：螺旋传动，齿轮齿条传动，凸轮机构，曲 柄滑块机构等； （3）实现间歇运动的有棘轮机构和槽轮机构等； （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所要求的运动规律，载荷的性质以及机 器的工作循环进行的。然后在全面分析和比较各种传动机构特性的基础上确定一种 较好的传动方案。 机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和 工作机之间， 用来传递运动和动力， 并可以改变转速、 转矩的大小或改变运动形式， 以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台车的性能、尺寸、重量和成本都有 很大影响， 因此需要合理的拟定传动方案。 在本次毕业设计中， 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。 但是由于切割的管子最大 直径为 4， 如图 1-1 故两个滚筒的中心距不能小于 108mm， 因此带动两个滚筒的齿 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，则蜗 轮分度圆直径 d2=160mm,比同一轴上的齿轮大，按图 2-2-1 的布置，蜗轮将要和滚 筒相撞，为此，应该加大两轴之间的中心距。这样就要加上一个惰轮，才可以解决 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。由于带传动 具有缓冲和过载打滑的特性，故可将最为在电机之后的第一级传动，此外开式齿轮 传动不宜放在高速级，因为在这种条件下工作容易产生冲击和噪音，故应将齿轮传 动放在底速级。一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工 作可靠、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉以及使用维护方便。经比较各种传动方案， 本科毕业设计（论文）通过答辩 6 在本次设计中确定采用带传动、蜗杆传动、齿轮传动等机构组成的传动方案。并初 步画出其传动系统图，如图 2-2-3。 图 2-2- 1 蜗 轮 蜗 杆 传 动 方 案图 图 2-2-2 蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图 在传动方案确定后,根据 i总=i1i2的关系分配传动比.下面对个机构的主要特 性进行比较,如表 2-2-1: 本科毕业设计（论文）通过答辩 7 图 2-2-3 带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图 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: 1040,最大 值100 开式: 1560,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 0.92 0.96 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 本科毕业设计（论文）通过答辩 8 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的中心高，造成尺寸不 协调，并给机座设计和安装带来困难，又因为齿轮在降速传动中,如果降速比较大, 就会使被动齿轮直径过大,而增加径向尺寸,或者因小齿轮的齿数太少而产生根切现 象.而其在升速传动中,如果升速比过大,则容易引起强烈的震动和噪音,造成传动不 平稳,影响机器的工作性能.为此,各机构的传动比分配情况如下: i1=1.2;i2=50;i3=1.5;i4= 1 4.5 （2-2） i总= i1i2i3i4=1.2501.5 1 4.5 =20（2-3） 注:传动系统只大齿轮是个惰轮,它不改变传动比只起加大中心距,改变滚筒旋转 方向的作用. 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 及 （2-5） 可知各轴的转速为： 1 1400 116.7 /min 1.2 n nr i 电 （2-6） 21 2 1400 23.3 /m in 1.2 50 nn nr ii i 电 （2-7） 31 2 3 1400 15.5 /m in 1.2 50 1.5 nn nr ii i i 电 （2-8） 41234 1400 70 /min 1.2 50 1.5 1/4.5 nn nr ii i i i 电 （2-9） 各轴的功率为： 本科毕业设计（论文）通过答辩 9 pp电带=1.5 0.96=1.44（kw） （2-10） pp 蜗滚电带蜗滚=p =1.5 0.96 0.72 0.99=1.03（ kw） （2-11） pp 2 齿滚电带蜗齿滚 2 =p =1.5 0.96 0.72 0.94 0.99 =0.96（kw） （2-12） 23 pp 齿滚电带蜗滚 齿 23 =p =1.5 0.96 0.72 0.940.99 =0.89（kw） （2-13） 各轴传递的转矩为： 1.5 9550955010.23 1400 p t 电 电 电 （n m） n （2-14） 1 10.23 1.2 0.96 11.78 t t i电带=（ nm） （2-15） 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） （2-16） 第三轴，因为装的是过渡齿轮（惰轮） ，所以此轴不承受转矩，只受弯矩，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） （2-17） 将以上各数据制成如表 2-3-1 所示的表格： 表表 2-3-1 各轴计算结果各轴计算结果 轴号电机轴 传动比 i1.2501.51/4.5 转速 n(r/min) 1410116.723.315.570 功率 p(kw)1.51.441.030.960.89 转矩 t10.2311.78420.02122.3 本科毕业设计（论文）通过答辩 10 （nm） 在计算传动比的时候，当带轮直径和齿轮模数确定后，实际传动比就等于两带 轮直径之比，或者两齿轮齿数之比，其结果可能出现与上表数据不一致。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进行传动机构的设计与计算 2.4.1带传动设计带传动设计 带传动适用的场合：中心距变化范围较大，结构简单，传动平稳，能缓冲，可 起过载安全保险的作用。 缺点是外廓尺寸大， 轴上受力较大， 传动比不能严格保证， 寿命低（约 30005000 小时） 在本次设计中， ，取带的工作情况系数 k=1.1，则计算功率为： p计= kp电=1.11.5=1.65(kw)（2-18） 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 （2-19） 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： 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 本科毕业设计（论文）通过答辩 19 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+2rr倒 圆直径，查阅手册 中非配合处的过度 圆角半径 凸肩定位时 按此式计算， 套筒定位时 另取 轮的定位靠套 筒，此处的 d2 是指套筒外径 3 装滚动轴承 处的直径 d3 d2 d3 d1 套筒的； 套筒的 d3 必 须符合轴承 的标准 于采用 205 型轴 承，d3=25mm 4 在两滚动轴 承之间齿轮 （蜗轮）处的 直径 d4 d3+2r r倒圆角半径， 查 阅手册确定 如轴 5 般轴肩和轴 环的直径 d5d4+2a a轴肩 或轴环的高度， a=(0.070.1) d4 如轴， d4=55mm， a=3.855.5m m,取 a=5mm, 此处 d4相当于 d3=25，a=0.1 d4 则 d5=25+2*2.5=30 本科毕业设计（论文）通过答辩 27 则 d5=55+2*5=6 5mm mm 6 动轴承定位 轴肩直径 阅手册轴承 部分的 d1值 7 装旋转零件 的轴头长度 l l7=（1.21.6）d d-轴头直径 般要求 l7要 比旋转零件 的轮毂宽度 要短一些 l 8 轴 环长度 l8 1.4a 或 l8 （0.10.15）d 如轴 l81.4*5=7m m 减速箱焊接图如图 3-4-3 图 3-4-3 减速箱焊接图 本科毕业设计（论文）通过答辩 28 3.5绘制零件工作图绘制零件工作图 机械零件有两种：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，并对细部结构进行设计。在本次设计中选取其中我滚筒工作图和蜗 杆工作图作为零件图拆画： 1滚筒零件图如图 3-5-1 图 3-5-1 滚筒零件图 2蜗杆零件图如图 3-5-2 图 3-5-2 蜗杆零件图 本科毕业设计（论文）通过答辩 29 4.结论结论 通过对相关资料的查阅和对切管机的设计计算，并且对切管机进行了初步的设 计。在设计过程中，主要的工作有如下几点： 对传动方案的选择和对机构的设计计算,其中包括选择合适的传动方案和对减速 箱部分各个零件的设计计算以及校核。 设计计算结束后，在已有数据的基础之上，画出了总体装配图的轮廓，通过对各 个参数的进一步确定，最后终于得到了总体装配图。 对几个主要的零部件进行了绘制,其中包括滚子零件的工作图，蜗杆的零件图等。 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