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机械毕业设计全套

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XYY01-092@旋转式管端成型机结构设计,机械毕业设计全套

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中文题目： 旋转式管端成型机结构设计 外文题目 : Rotary system pipe reason shaper structural design 毕业设计（论文）共 46 页 图纸共 9 张 完成日期 2008 年 6 月 答辩日期 2008 年 6 月 nts 辽宁工程技术大学 本科生实习报告书 教学单位 机械学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机 XZ04-1 班 学生姓名 谢文斌 学 号 0407800123 指导教师 郑联宏、张二强（校外 ） nts为了对我们的毕业课题有更深的认识， 同时也是对我们掌握的理论知识的巩固，在毕业设计开始的前四周我去了 辽宁省机械研究院 实习，通过这次的实习，我对 实际生产和对设备 上液压系统的 运用等 都 有了更深刻的理解 ，对所做的毕业课题也有了充分的准备。 辽宁省机械研究院是 以科研开发为核心，集工程设计，工程成套，大型机械装备研制、生产、工程总承包为一体，是在中国地区及周边国家的空调行业、有色金属加工行业、工程成套技术装备的产品供应中很有影响力的企业。 并且我与该公司签订了就业协议，所以这段时间的实习对我是毕业设计和今后的工作都起到了很大的作用。 我实习的部门是 空调装备公司 ，该部门 是以研发、设计、生产民用、车用空调设备为主的专业公司 ， 刚到公司时，单位领导给我安排了一名单位的工程师 ，张工程师 作为我毕业设计和实习的指导教师 ，他详细的给我介绍了单位的情况和产品的设计与生产的情况，然后我又带我去了生产车间参观了产品设备的生产，使我不仅了解了空调设备 的组成结构以及工作原理 同时 深入理解了各 个部分是如何工作的。我们都仔细的观察、询问，这使我发现书本上学到的知识是有限的，只有在实践中去体验去操作才能更好的掌握知识。 在实习过程中首先我了解了管端成型机是结构及其工作原理， 该机主要用于将铝管（还可用于铜管）的管端通过冲压的方式将其收口或扩口、加工成所需的管端形状，这一过程即管端成型过程。管端成型技术主要应用于空 调机热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。该设备适用于批量生产，可以完成直径为 8X1mm； 9.5X1.2mm；12.7X1.2mm； 15.8X1.2mm； 19X1.2mm 的铝管（或铜管）的管端成型加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单 件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。 管端成型机由主机和液压站构成。主机有三个执行器，均由液压系统控制，它们是工作旋转液压缸、定位液压缸和夹紧液压缸，并分别固定在机座上。机座为焊接体，材料为 HT200；工作旋转液压缸、胀头和胀套构成了胀管机构；定位液压缸和定位块构成定位机构；夹紧液压缸和夹紧块构成了夹紧机构。为了满足不同规格管件的要求，胀头、胀套和夹紧块可以配套更换。由于生产周期较短，胀头和胀套承受了较大的交变应力，非常易于损坏，所以需要及时更换。 nts由于前进式 胀法使工件承受的力主要是由轴向转化为径向的力，因此对于工件的轴向定位影响较小，不需要很大的夹紧力，这是前进式优于拉胀法胀管法的明显之处，但是也必须需要夹紧装置将其固定。 为提高机械效率，工作过程中尽量减少传动机构，以最简单的方式将液压缸活塞杆的轴向运动转换为胀头的轴向运动。由于液压缸活塞杆端部直径较大，胀头体积较小，因此需要一个中间装置将胀头与活塞杆连接起来，并且使两者的中心线保持在同一高度。夹紧装置也由液压缸控制其运动方式和运动时间。为满足高的传动效率，夹紧缸活塞杆中心线应与工作缸活塞杆中心线相垂直且在同 一平面内。 主机为卧式结构，间歇式运转，工作缸和夹紧缸需采用液压传动。对于工作缸，它采用拉胀法对工件管端端口进行胀形，并将液压缸活塞杆的直线运动转变为胀套的径向扩张；对于夹紧缸，采用立式安装，通过前端法兰与机架相连接，将活塞杆的直线运动传递给夹紧块，使夹紧块沿工件的径向运动，从而实现对工件的夹紧与松开。整个生产过程中，工作循环较频繁，生产周期很短。 液压站由中间集成块组和液压动力源构成，这两者直接安装在箱顶表面。液压控制阀均安装在集成块组上，通过集成块内部的通油孔道来实现功能。集成块通过管接头与管道和执行器 连接。液压动力源由电动机和液压泵构成，二者直接通过联轴器连接，其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。该机结构简单，体积较小，容易拆装和搬运。一般的工厂都可以使用本机，减少生产消耗，提高生产效率，改善经济效益。 在实习的整个过程中，我认真思考所见的东西，与所学的知识进行对比，以便 进一步巩固和 加深掌握 。我还见到很多现代化的生产设备， 各种机床，大的小的、立式的、卧式的，应有尽有 。体会到现代生产的便利，以及对现代生产要求的瞬速，时间就是金钱。 通过整个的生产实习，我对 知识 有了更理性的认识，能够将书本上的知识与实 践相结合起来，做到学以至用，运用到毕业设计当中， 运用到 实际 遇到的问题中去 。 nts 指 导 教 师 意 见 成绩评定： 指导教师签字： 年 月 日 实习单位意见 负责人签字： （单位盖章） 年 月 日 备注 注：实习结束时，由实习学生填写本表后，交指导教师和实习单位签署意见，最后交所在教学单位归档保管。 nts 1辽宁工程技术大学 本科毕业设计（论文）开 题 报 告 题 目 旋转式 管 端 成型机结构设计 指 导 教 师 郑连宏 院（系、部） 机械学院 专 业 班 级 机 XZ04-1 学 号 0407800123 姓 名 谢文斌 日 期 2008 年 4 月 28 日 nts 2一、选题的目的、意义和研究现状 随着现在国家经济发展，空调已经进入了人们家庭，而 空调系统作为影响 生活 舒适性的主要总成之一 ,为 生活 提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。 现在国内是空调设备仍属于专用设备，其技术和方法也很单一，并却有些设备和技术仍需采用国外的。 管端成型作为空调设备不可缺少的重要环节之一， 国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。 目前国内胀管法主要分为机械胀管、爆炸胀管、橡胶胀管、液压胀管四种方法。爆炸胀管有时可以将管子炸裂并且爆炸声较大，产生很大的噪音，橡胶胀管和液压胀管是最新的胀管方法，生产效率很高，但是生产设备 价格昂贵。基于以上考虑，本课题研究的管端成型机采用机械胀管的方法比较经济，并且机械胀管法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。 本机是一种可以适应不同管件成型加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工管端成型，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。 管端成型机 用于空调热交换器 铝 管的端部成型处理 ,即通过冲压或旋压的方式将 铝 管 或铜管 的端部扩口或缩口 ,加工成所需的管端形状 ， 后 用于空调器热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。 该机用于将铝管 或铜管 管端加工成杯状 、 喇叭状，适用于批量生产，可以完成直径为 8X1.2、 9X1.2、 12.7X1.2、 15.8X1.2、 19X1.2mm 铝 管 或铜管 的胀形加工，而且也可满足其它材料管件的胀形加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效 率，及时满足产品零部件的需要。 由于本机的工作循环周期较短，运动方向变化频繁，使本机所承受的交变应力较明显，因此对于本机工作部分的强度要求较高。 因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。 nts 3二、研究方案及预期结果 （设计方案或论文主要研究内容、主要解决的问题、理论、方法、技术路线及论文框架等 ） 论文主要研究内容 ： 该机由主机和液压站构成。主机有 三 个执行器，均由液压系统控制，它们是工作 旋转 液压缸 、定位液压缸 和夹紧液压缸，并分别固定在机座上。机座为焊接体，材料为 HT200；工作 旋转 液压缸、 胀头 和胀套构 成了胀管机构；定位液压缸和定位块构成定位机构； 夹紧液压缸和夹紧块构成了 夹紧机构。为了满足不同规格管件的要求，胀头 、胀套和夹紧块可以配套更换。由于生产周期较短， 胀头 和胀套承受了较大的交变应力，非常易于损坏，所以需要及时更换。 由于 前进式 胀法使工件承受的力主要是由轴向转化为径向的力，因此对于工件的轴向定位影响较小，不需要很大的夹紧力，这是 前进式 优于 拉胀法胀管法的明显之处，但是也必须需要夹紧装置将其固定。 为提高机械效率，工作过程中尽量减少传动机构，以最简单的方式将液压缸活塞杆的轴向运动转换为 胀头 的轴向运动。由于液压缸活塞杆端部直径较大， 胀头 体积较小，因此需要一个中间装置将 胀头 与活塞杆连接起来，并且使两者的中心线保持在同一高度。夹紧装置也由液压缸控制其运动方式和运动时间。为满足高的传动效率，夹紧缸活塞杆中心线应与工作缸活塞杆中心线相垂直且在同一平面内 。 本设计中，主机为卧式结构，间歇式运转，工作缸和夹紧缸需采用液压传动。对于工作缸，它采用拉胀法对工件管端端口进行胀形，并将液压缸活塞杆的直线运动转变为胀套的径向扩张；对于夹紧缸，采用立式安装，通过前端法兰与机架相连接，将活塞杆的直线运动传递给夹紧块，使 夹紧块沿工件的径向运动，从而实现对工件的夹紧与松开。整个生产过程中，工作循环较频繁，生产周期很短。 液压站由中间集成块组和液压动力源构成，这两者直接安装在箱顶表面。液压控制阀均安装在集成块组上，通过集成块内部的通油孔道来实现功能。集成块通过管接头与管道和执行器连接。液压动力源由电动机和液压泵构成，二者直接通过联轴器连接，其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。该机结构简单，体积较小，容易拆装和搬运。一般的工厂都可以使用本机，减少生产消耗，提高生产效率，改善经济效益 。 nts 4三、研究进度 首先进行管端成型机的总 体设计。 其次详细设计管端成型机 的 主机设计 与液压站设计 。 1.收集资料，编写开题报告 （ 1 4 周） 2.方案设计 （ 5 6 周） 3.具体设计计算 （ 7 11 周） 4.计算机绘制图纸，撰写说明书 （ 12 17 周） 5.整理完善图纸，说明书，准备答辩。 四、主要参考文献 1 成大先 .机械设计手册单行本（润滑与密封） .北京：化学工业出版社， 2004 2 成大先 .机 械设计手册单行本（联接与紧固） .北京：化学工业出版社， 2004 3 成大先 .机械设计手册单行本（常用工程材料） .北京：化学工业出版社， 2004 4 成大先 .机械设计手册单行本（机械制图极限与配合） .北京：化学工业出版社， 2004 5 黄春峰扩散管胀口模具设计锻压技术， 1999（ 6）： 18 19 6 张利平，张玉鹏气动胀管机的设计制造技术与机床， 1996（ 2）： 32 33 7 田林宝，吕小平胀管方法综述锅炉制造， 2000（ 3）： 45 49 8 阎红庆全自动立式胀管机 研制机械设计与制造， 1999（ 10）： 53 55 9 路甬祥 .液压气动技术手册 . 北京：机械工业出版社， 2002 10 张利平 .液压站设计与使用 .北京：海洋出版社， 2004 五、指导教师意见 指导教师签字： nts辽宁工程技术大学毕业设计（论文） I 摘要 管端成型作为空调设备不可缺少的重要环节之一， 国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。目前国内胀管法主要分为 机械成型 ,管端偏心回转成型 ,利用 NC 工作机的管端成型 ,无模成型 四种方法。 该机用于将铝管或铜管管端加工成杯状、喇叭状，适用于批量生产 ， 而且也可满足其它材料管件的胀形加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。目前，国 内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。 关键词 ： 管端成型机 ； 胀形加工 ； 专用机床 nts辽宁工程技术大学毕业设计（论文） II Abstract The jet formation takes one of air-conditioning plant essential important links, domestic makes specially uses in the jet formation the general engine bed being quite few, majority is the special purpose machine, the production efficiency is quite high, but the flexibility is small, has certain limitation regarding the different fittings processing. At present the domestic expanding tube law mainly divides into the machinery formation, the jet bias rotation formation, uses the NC working machines jet formation, the non-mold takes shape four methods. This machine uses in the aluminum tube or the copper pipe jet processes the shape of cup, the loudspeaker shape, is suitable in the volume production, moreover may also satisfy other material fittings bulging processing. At present, domestic makes specially uses in the jet formation the general engine bed being quite few, majority is the special purpose machine, the production efficiency is quite high, but the flexibility is small, has certain limitation regarding the different fittings processing. At present, domestic makes specially uses in the jet formation the general engine bed being quite few, majority is the special purpose machine, the production efficiency is quite high, but the flexibility is small, has certain limitation regarding the different fittings processing. Therefore this topic designs this product has the high use value and the universality. Key words： Copper pipe shaper； Bulging processing； Special purpose machine nts引言 随着现在国家经济发展，空调已经进入了人们家庭，而空调系统作为影响生活舒适性的主要总成之一 ,为生活提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。现在国内是空调设备仍属于专用设备，其技术和方法也很单一，并却有些设备和技术仍需采用国外的。 管端成型作为空调设备不可缺少的重要环节之一， 国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。目前国内胀管法主要分为 机械成型 ,管端偏心回转成型 ,利用 NC 工作机的管端成型 ,无模成型 四种方法。 基于 经济性和结构 考虑，本课题研究的管端成型机采用机械胀管的方法 ， 并且机械胀管法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。本机是一种可以适应不同管件成型加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工管端成型，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。管端成型机用于空调热交换器铝管的端部成型处理 ,即通过冲压或旋压的方式将铝管或铜管的端部扩口或缩口 ,加工成所需的管端形状 ，后用于空调器热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。 该机用于将铝管或铜管管端 加工成杯状、喇叭状，适用于批量生产，可以完成直径为9.42X1.2、 9X1.2、 12.6X1.2、 15.8X1.2、 19.1X1.2mm 铝管或铜管的胀形加工，而且也可满足其它材料管件的胀形加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效 率，及时满足产品零部件的需要。由于本机的工作循环周期较短，运动方向变化频繁，使本 机所承受的交变应力较明显，因此对于本机工作部分的强度要求较高。 因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。 nts1、 管端成型 机 总体 结构方案拟定 1.1目前 管端成型技术的几种方法 目前国内管端成型方法主要分为机械成型、管端偏心回转成型、利用 NC 工作机的管端成型、无模成形四种方法。 管料加工成品如图所示的产品，该产品主要应用于空调机热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。 图 1-1 成型管端 Figure1-1 formation jet 1.1.1机械成型 机械成型主要是应用液压系统来控制机械部分的动作，来实现对管端进行冲压成型的一种方法。 1.1.2管端偏心回转成型 该成型方法中，模具的包络角与模具半角相同，模具的轴线与钢管的轴心偏离一定的距离，它适合于钢管的缩口。偏心量与管端缩口量、模具半角有关。管端不规整变形程度与模具接触钢管的面积率有关，面积率越小，越能控制回转成形过程。 偏心回转成形适合于管材缩口成形的成形前期；成形末期一般采用摇动回转成型。当侧壁具有约束导板时，可实现缩口率 达 68%的内法兰成型。 nts1.1.3利用 NC工作机的管端成型 NC 工作机进行管端成形，是利用往复运动的半球形工具逐步使管端成型，以获得所需的管端形状。圆管固定在水平的工作台上作平面运动，半球形工具沿垂直方向运动，与管材的转动相配合，形成了管端部成型曲面。这样，即可得到非对称形状的管端。例如。正多边形锥台体的端部，四角形异形管的扩口端部等。同时，也可以实现非管端部的局部缩径加工与切断加工。因而，它是一种柔性较大的管端成形过程，此法与旋压成形原理相同，但工具形状不同。 1.1.4无模成型 管端无模成型，使用两个既是坯料又是成形工具管坯。首先，用高 频感应加热管坯，然后将其头部互相接触并旋转，即可实现管端缩口加工。这种成形过程实际上是利用两个管坯相对运动而产生的摩擦热而成形。此法已应用于高铬合金管端部成型。 此外，近年来国外还开发出利用高频感应局部加热使钢管壁厚增加的装置。当在该装置垂直方向施加力的作用时，该力可传递到水平管端上，使管材壁厚增加。 利用高频感应加热进行管端型锻成型过程是通过型砧上下、左右移动，以及钢管的旋转，可以实现钢管端部的变壁厚加工。目前，国外已经开发出能够控制芯棒的轴向力，金属沿轴向和径向流动，以及确保钢管轴向壁厚分布的变壁厚加工 CNC 型锻机，可以得到高质量、高尺寸精度的管端。 1.2管端成型方法选定 对以上几种管端成型的方法从性价比方面进行比较。基于经济性 与结构性 考虑，本课题研究的 铜 管管端成型机采用机械成型的方法比较经济， 结构简单， 并且机械成型方法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。 nts1.3管端成型机构的组成 图 1-2 旋转式冲压管端成型机总体机构图 Figure1-2 Rotary system ramming jet shaper overall organization chart 该设计管端成型处理机构由 旋转成型 成形 主机和液压站构成。 旋转成型 主机 由机架体、驱动旋转液压缸的驱动电机、带传动装置、旋转冲压装置、夹紧装置 、定位装置 ，带传动装置由大小连个带轮和传动带构成，旋转冲压装置由旋转液压缸、三 爪 卡盘、缩口器和扩口气构成，夹紧装置由定位块、夹紧油缸、连接体、上模块和下模块构成， 定位装置有定位油缸和定位体（ F 型定尺挡块）构成。 三个 液压缸均由液压系统控制，并分别固定在机架体 上。机 架体为焊接体 ；为了满足不同规格管件的要求，胀头、胀套和夹紧块可以配套更换。由于生产周期较短，胀头和胀套承受了较大的交变应力，非常易于损坏，所以需 要及时更换。 液压站由 液压控制装置、 液压动力源 、油箱 构成，这两者直接安装在 油 箱顶表面。液压控制 装置由液压控制 阀均 和 集成块组 构成 ，通过集成块内部的通油孔道来实现功能。集成块通过管接头与管道和执行器连接。液压动力源由电动机和液压泵构成，二者直接通过联轴器连接，其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。该机结构简单，体积较小，容易拆装和搬运。 nts1.4管端成型机构的工作原理 以手动方式进行送料。 通过 定位 油缸（ F 型定尺挡块）进行定位（ F 型定尺挡块与尺寸定长油缸活塞杆端部连接，挡块伸出后，将工件放入夹紧模时，让其端面接 触挡块定位面，工件夹紧后挡块复位，以此保证成形前的管端预留长度）。通过夹紧部分将工件进行夹紧（夹紧模分上、下两部分，下模 安装 在 主机机架 上，上模与夹紧油缸活塞杆连接，非工作状态时上、下模分开，工作时将工件置于夹紧模中，油缸夹紧，将上、下模合在一起，工件被夹紧。） 最后通过冲模部分将 铜 管管端以冲压成型的方法进行成型： 一个完整的成形过程由不同的冲模（冲头）、夹紧模组合完成。不同的成形管端形状需不同的、数量不等的冲模和夹紧模且成形次数 1-2 次不等，并且其中还有需要更换冲模（冲头）和其对应的夹紧模。 管端成型机的工作 过程 ,包括将工件定位、夹紧、冲压和整机冲头工作位置四项主要动作。管端成型机的一个作业循环的组成包括 : a定位 工件以手动方式送入夹紧模具体，通过定位油缸推动定位体将工件进行定位。 b夹紧 将定位好的工件通过夹紧油缸推动夹紧模具进行夹紧 c旋转冲压 定位油缸退回，由冲压油缸推动滑块体、冲头进行冲压成型。工作结束后各油缸复位。 本机有独立的液压站，提供夹紧油缸、定 位 油缸、 旋转 冲压油缸所需动力 。在电控系统 PC 机的控制作用下来完成各工序动作，实现整个自动循环。从而实现了对铝管（或铜管）的管端加工出需要的形状 ，对于不同的形状只要更换相应的模具就可以完成整个管端成型的过程。 1.5设计 技术要求及 规格、性能 1、处理管径（铜管或铝管）： 8X1mm； 9.5X1.2mm； 12.7X1.2mm； 15.8X1.2mm；19.1X1.5mm。 2、循环节拍：小于 18 秒（即一个二位自动循环）。 3、工作方式： 旋转 冲压方式。 4、操作方式：手工上料 . 自动成形。 5、操作回路； 220V AC 6、电源容量； 380V 15A （三相四线制）。 nts7、工作压力： 4.5Mpa。 8、外形尺寸； 1300mmX1230mmX1500mm。 管端成型机一般工作在工厂内部 ,因此工作环境较好 ,这样对液压系统、执行元件的强度要求不高，对密封条件要求也不是很高。只要满足工作条件即可 nts2、旋转冲压主机设计 2.1旋转冲压主机整体结构的一般布置 旋转式管端成型机的整体其中包括液压站和旋转冲压主机两部分。旋转冲压主机的结构如图 2-1 所示，组成主机的零部件很多，主要由旋转冲压缸、驱动电机、带传动装置、机架、三爪卡盘、扩口器、缩口器、工件定位块、夹紧缸、夹紧模、定位体等组成。 图 2-1 旋转冲 压主机 Figure 3-1Rotary system ramming jet shaper overall organization chart 2.4旋转冲压主机工作原理 先有手动送料进入模具再，动操作屏的夹紧按钮夹紧缸开始向下运动，带动连接块从而带动上模块固定管料，然后按动定位油缸按钮，启动定位油缸带动 F 型挡块运动到预定的定位位置并调整管料伸出长度，待调整好后退回 F 型挡块，再调整夹紧缸使其夹紧稳固，待夹紧后启动冲压油缸同时启动驱动电机，再由带传动带动旋转油缸旋转，并进行冲压动作，使其管端成型，并重复上 述动作。 2.2驱动电动机选择 由旋转液压缸的额定功率 P=2.5kW,额定转速 v=1000r/min,再考虑到安装方式及价格经济nts性等方面，即选用 Y100L2-4 型电动机，其额定功率为 P=3kW,额定转速 v=1420r/min,中心高 H=100mm，外伸周段 DE=28mm60mm。 2.3、带传动设计 2.2.1设计功率 PKP Ad (2-1) =1.23 =3.6 kw 式中： KA 工况系数； P 电机额定功率； 表 2-1 工况系数 KA Table 2-1 operating mode coefficient KA 工况 KA 软启动 负载启动 每天工作小时数 h 16 16 载荷变动小 带式运输机，发电机，金属切削机床，印刷机，锯木机和木工机械 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 2.2.2带型确定 根据 Pd=3.6kW 和 n1=1420r/min,查普通 V 带选型图选为 B 型。 nts2.2.3传动比 i 21nni(2-2) 10001420=1.42 式中： n1电机额定转速； n2旋转液压缸额定转速； 2.2.4小带轮基准直径 参照表 3.2 选定 dd1=125mm； 表 2-2 V 带最小基准直径 ddmin mm Table 2.2 V belt smallest datum diameter ddmin mm 带型 Y Z A B C D E ddmin 20 5. 75 125 200 355 500 大轮基准直径 dd2 12 dd idd (2-3) =1251.42 =177.5mm 查标准 V 带轮的基准直径系列表得 dd2=180mm。 2.2.5旋转液压缸实际转速 2n 2112ddddnn (2-4) 1801251420nts =986 r/min 3.2.6带速 v 100060 11 ndv d(2-5) 100060 1420125 =9.29 m/s 此速度在 5 20m/s 之间，即带速符合要求。 2.2.7初定轴间距 按要求取 a0=500mm 2.2.8所求带准长度 0dL 02212100 422 a ddddaL ddddd (2-6) 5004 180125180125250022 =1480.4mm 查标准 V 带长度系列表得 Ld=1400mm 2.2.9实际轴间距 a 2 00 dd LLaa (2-7) 2 14004.1480500 =540mm 安装时所需最小间距 ntsdLaa 015.0min (2-8) =540-0.0151400 =519mm 张紧或补偿伸长所需最大轴间距 dLaa 02.0max (2-9) =540+0.021400 =568mm 2.2.10小带轮包角 1a 3.57180 121 a dda dd (2-10) 3.57540 125180180 =176.2 2.2.11确定单根 V带的基本额定功率 P1 根据 dd1=125mm 和 n1=1420r/min 由表 2-3 查得 P1=2.18kw 表 2-3 单根普通 V 带的额定功率 P0 kw Table 2-3 simple root ordinary V belts rated power P0 kw 带型 小带轮基准直径dd1(mm) 小带轮转速 n1(r/min) 400 730 800 980 1200 1460 B 125 140 160 180 200 0.84 1.05 1.32 1.59 1.85 1.34 1.69 2.16 2.61 3.05 1.44 1.82 2.32 2.81 3.30 1.67 2.13 2.72 3.30 3.86 1.93 2.47 3.17 3.85 4.50 2.20 2.83 3.64 4.41 5.15 nts2.2.12额定功率增量 0P ib knkP 1110(2-11) 1036.1 111420106494.2 3 =0.28kw 式中： Kb 弯曲影响系数； Ki 传动系数。表 2-4 弯曲影响系数 Kb 表 2-5 传动系数 Ki Table 2-4 curving influence coefficient Table 2-5 static gearing ratio Ki类型 数值 Y 0.020410-3 Z 0.173410-3 A 1.027510-3 B 2.649410-3 C 7.501910-3 D 26.57210-3 E 49.83310-3 传动比 Ki 1.19 1.24 1.0719 1.25 1.34 1.0875 1.35 1.51 1.1036 1.52 1.99 1.1202 2.00 1.1373 2.2.13确定 V带根数 z Lad KKPP Pz 01 (2-12) 96.099.028.018.2 6.3 =1.99 取 2 根。 式中： Ka 包角系数； KL 长度系数； nts表 2-6 包角系数 Ka Table 2-6 arc of contact coefficient Ka 小带轮包角（ ） 180 175 170 Ka 1 0.99 0.96 表 2-7 长度系数 KL Table 2-7 coefficient of length KL 基准长度 Ld(mm) A 1000 1120 1250 1400 1600 0.89 0.91 0.93 0.96 0.99 2.2.14确定单根 V带的预紧力 0F 20 13.2500 qvKzvPFac (2-13) 229.917.0199.0 3.229.92 6.3500 =154 N 式中： q V 带每米长度的质量； 表 2-8 每米长度 V 带质量 q kg/m Table 2-8 each meter length V belt quality q kg/m 带型 Y Z A B C D E q 0.02 0.06 0.10 0.17 0.30 0.62 0.90 2.3 零部件设计 2.3.1加紧部零件结构图 1、夹紧块外形如图 2-2 所示 : 上、下夹紧块是相互配合抱紧工件实 现对工件的轴向和径向定位 ,其尺寸和要求一样。上夹紧块较下夹紧块短，可以节省材料，减小夹紧缸活塞杆承受的惯性力。装夹工件时，铜管可以顺着下夹紧块滑到胀套的外径，方便省事，提高生产效率。 卡模块强度验算：已知夹紧力 F=20000N,工作截面 A，工件与夹紧模的接触面的正应力 可按下式计算 ntsAF(2-14) 其中管径选最大值即 d=19mm, 则 21 7 5 48.582 1914.32.1602 mmdA ，将数值代入公 式 (3-14)得 175420000=11.4MPa 材料的许用应力为 MPn sb 1435715 （ 2-15） 式中sn 安全系数 接触面的正应力 1,即为大柔度压杆时，稳定力为： 22KEIFL(3-17) 2 5 623 . 1 4 2 . 0 6 1 0 0 . 7 1 0(1 2 0 0 0 ) 53.55 10（ N） 式中 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式 一般取 1； f. 油缸最大闭锁力 maxF= 24gPD (3-18) 24 .5 3 .1 4 1 1 04nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 30 50.43 10（ N） 式中 gP 油缸最大闭锁压力 ； g. 稳定系数 maxKK FN F(3-19) 553.55 100.43 10 =8.3 因为 NK1 由此可见，稳定性可以满足要求。 3.7夹紧液压缸计算 3.7.1 计算作用在夹紧缸活塞上的总机械载荷 F 由于该机工作时工件主要承受径向载荷，因此夹紧力应适当取值。根据经验此处可取夹紧力为 20000N，即外载 F=20000 N。 3.7.2夹紧液压缸内径尺寸 D计算 2124 (1 ) FDpp 式中： F 工作油缸总载荷， N。 P1 工作压力， MPa。 P2 回油腔压力，即系统背压力， MPa。 杆径比 Dd / 。 表 3-1 按载荷选择工作压力 Table 3-1 press the load choice working pressure 载荷 104N 0.5 0.5 1 1 2 2 3 3 5 5 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 31 表 3-2 执行元件背压力 Table 3-2 functional element back pressure 系统类型 背压力 Mpa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2 0.5 回油带调速阀的系统 0.4 0.6 回油路设置有背压阀的系统 0.5 1.5 用补油泵的闭式回路 0.8 1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2 3 回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计 表 3-3 按工作压力选取 d/D Table 3-3 press the working pressure to select d/D 工作压力 Mpa 5.0 5.0 7.0 7.0 d/D 0.5 0.55 0.62 0.70 0.7 参照以上个表选取 P1=3MPa， P2=0.3MPa， =0.5。 24 2 0 0 0 0 3 0 . 3 ( 1 0 . 5 ) D =96 mm 液压缸直径 D 参照表 2-4 圆整为 100mm。 表 3-4 常用液压缸内径 D mm Table 3-4 commonly used hydraulic cylinder inside diameter D mm 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 3.7.3夹紧 液压缸活塞杆直径 d尺寸计算 由 Dd / 得 d=0.596 =48 mm 工作液压缸活塞杆直径 d 参照表 3-5 圆整为 50mm。 表 3-5 活塞杆直径 d mm Table 3-5 connecting rod diameter d mm 工作压力 Mpa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 7 nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 32 速比 缸径 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 1.46 2 22 28 35 45 45 50 50 60 55 70 63 80 70 90 80 100 90 110 100 125 110 140 125 140 3.7.4活塞杆最大允许计算长度 该液压缸采用 一端固定一端自由的安装形式， 即由表 2-6 取 nk=1/4。 34/155001.1 2l=6520 mm 表 3-6 末端系数 Table 3-6 terminal coefficients 液压缸安装形式 一端固定 一端自由 两端铰接 一端固定 一端铰接 两端固定 Nk 1/4 1 2 4 式中 ： d 活塞杆直径， mm； nk 末端条件系数（查表） P 工作 压力， MPa； n 安全系数。 根据国家标准 GB/T 1980 规定的液压缸行程系列圆整到 S=6500mm 3.7.5 活塞有效计算长度 液压缸的安装尺寸，可查设计手册得 ClL =6500 40 =6460 mm pnl nd k201.1nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 33 式中： C 液压缸的前端安装间距 (表 2-7) 表 3-7 液压缸固定部分长度参照表 mm The Table3-7 terminals are the mathematical mm 液压缸内径 A B1 B2 C E F G 40 100 115 115 30 115 900 85 50 115 135 130 40 130 100 100 63 127 144 155 40 155 110 110 3.7.6 最小导向长度 6 4 6 0 1 0 03732 0 2 2 0 2LDH (mm) 取最小导向长度为 360（ mm） 式中 ： L 液 压缸最大行程； D 缸筒内径。 3.7.7 导向套长度 A=（ 0.6 1.0） d =(30 50)mm 导向套长度为40mm 3.7.8 活塞宽度 B=（ 0.6 1.0） D =（ 60 100） mm 活塞杆宽度 B=80mm 式中 ： D 缸筒内。 nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 34 3.7.9缸筒壁厚 由下表 查得液压缸外径为 121mm，所以缸筒壁厚为 10.5mm。 表 3-8 工程机械用液压缸外径系列 Table 3-8 engineering machineries use the hydraulic cylinder outer diameter series 缸径 mm 液压缸外径 mm 缸径 mm 液压缸外径 mm P16 MPa 20 25 31.5 P16 MPa 20 25 31.5 40 50 50 50 54 110 133 133 133 133 50 60 60 60 63.5 125 146 146 152 152 63 76 76 83 83 140 168 168 168 168 80 95 95 102 102 160 194 194 194 194 90 108 108 108 114 180 219 219 219 219 100 121 121 121 127 200 245 245 245 245 3.8 夹紧液压缸强度校核 3.8.1活塞杆应力 校核 2 2g DP d= 221003 50=12Mpa 式中 ：gP 油缸工作压力。 活塞杆材质为 #45 调质，经查表得强度极限 b为 800Mpa16,材料的许 用应力为： bn = 8005MPa160MPa （ n 为安全系数） . 由此可见， ，应力完全满足要求。 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 35 3.8.2缸筒强度验算 由于缸筒壁厚与缸径之比 100 9 . 5 51 0 . 5D ，属于厚壁缸筒，可按材料二强 度理论验算。 0 . 50 . 4 11 . 32PPD ， = 0 . 51 6 0 0 . 4 3 11 6 0 1 . 3 31002 =1.5（ mm） 由此可见 ,， 1,即为大柔度压杆时，稳定力为： 22KEIFL2 5 623 . 1 4 2 . 0 6 1 0 0 . 7 1 0(1 6 5 0 0 ) 53.37 10（ N） 式中 : 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式 一般取 1； f. 油缸最大闭锁力 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 37 maxF= 24gPD 23 3 .1 4 1 0 0450.23 10（ N） 式中 :gP 油缸最大闭锁压力； g. 稳定系数 maxKK FN F553.37 100.23 10 =14.6 因为 NK1 由此可见，稳定性可以满足要求。 3.9 元件选型 3.9.1 执行器的确定 由前计算结果已经知道，工作缸缸径为 110mm，活塞杆直径为 63mm；夹紧缸缸径为 100mm，活塞杆直径为 50mm。本液压系统中，工作缸最大压力4.5MPa，最大流量 4L/min；夹紧缸最大压力 3MPa，最大流量 4L/min。根据执行器的最大压力 ，工作缸采用 日产旋转油缸，安装方式为 轴向脚架与机 座连接，采用日本 SMC 公司的 YD4C-15 型旋转液压缸 ；夹紧缸采用 安装方式为 杆 侧长 法兰与机架连接，采用江都市永坚有限公司的 YJ01-FY100B-70R2000 型液压缸 ；定位油缸 采用的安装方式为杆侧长法兰与机体连接，由于定位油缸基本不受任何力，所以直接选用江都市永坚有限公司的 YJ01-FY50B-70R2000 型液压缸。 nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 38 3.9.2 液压泵的确定 1 、 管道系统压力损失的计算 1) 沿程压力损失的计算 沿程压力损失主要是注射缸快速注射时进油管路的压力损失。其管路长l=5m，管内径 d=0.032m，快速通过流 量 sLqv /7.2, 选用 20 号机械系统油损耗，其密度为 =918 m3/kg。 a.油在管路中的实际平均流速 v 为 24dqv v(3-20) =23032.04107.2 =3.36m/s 式中： qv 流量； d 管内径。 b.沿程损失系数 Re75 (3-21) 式中 Re 临界雷诺数。 对于圆管，查液压传动系统及设计得 Re 2300，因此 230075 0.03 c.沿程压力损失p用下式计算 22vdlp (3-22) =2 36.310918032.0 503.026 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 39 =0.024MPa 式中 ： 沿程阻力系数； l 管道长度， m； d 管内 直径， m； 液体密度， m3/kg； v 平均流速， m/s。 2、 液压泵的最大工 作压力为 p 1maxp p （ 3-23） 式中 ：1maxp 液压执行元件最大工作压力； p 液压泵出口到执行元件入口之间所有的沿程压力损失和局部压力损失之和。初算时按经验数据选取：管路简单，管中流速不大时，取 p 0.2MPa 0.5MPa;管路复杂而且管中流速较大或者有调速元件时，取 p 0.5MPa 1.5MPa。 由上述选取 p 0.3MPa，然后带入公式（ 3-23）计算得 p 4.5+0.3 4.8MPa 在选择泵的额定压力时应考虑到动态过程和制造质量等因素，要使液压泵有一定的压力储备。一般泵的额定工作压力应比上述最大工作压力高 20 60，所有最后算得的液压泵的额定压力应为 4.8（ 1+0.2） 5.8MPa 液压泵的流量按照下式进行计算，即 pq Kmax)q（ 3-24） nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 40 式中 ： K 考虑系统泄漏和溢流阀保持最小溢流量的系数，一般取 K 1.1 1.3； max)q 同时工作的执行元件的最大总流量。 本设计取泄漏系数 K 1.1，带入公式（ 3-24）得 pq 1.12.4 2.64L/min 由 阜新液压件厂 样本查的 PV2R1-12低压 低噪音 变量叶片泵满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为 10MPa，公称排量 V 12.6ml/r，额定转速为 n=1800r/min。现取泵的容积效率v 0.85，当选用转速 n 1400 r/min的驱动电机时，泵的实际流量为 pq Vnv（ 3-25） 12.60.851400 310 14.9L/min 式中 ： V 泵的公称排量； n 电机转速； v 泵的容积效率。 3.10 液压泵驱动电机的选择 在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率一般可直接从产品样本或技术手册中查得，但其数值在实际中往往偏大。因此，也可以根据具体工况用下述方法计算出来。 由前面计算可知泵的最大功率出现在夹紧保 压阶段，参照表2-10 取泵的总效率为p 0.75，则 pN ppppq(3-26) 631 0 1 06 0 0 . 7 5 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 41 1.9 kw 表 3-10 液压泵的总效率 Table 3-10 hydraulic pumps overall effectiveness indices 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.6 0.7 0.65 0.80 0.60 0.75 0.80 0.85 选用电动机型号：由于内轴式电动机可以 与相对应的泵直接连接，无需用连轴器，从而减少安装空间，装配方便。所以由 大连电机厂 样本查的 Y100L1-4 式电动机满足上述要求，其转速为 1420 /minr ，额定功率为 2.2KW。 3.11 油箱的设计 3.11.1油箱容量的计算 油箱的容量可按下式计算 pqV (3-27) 式中 ： V 油箱的有效容积， L； pq 液压泵的总额定 流量， L/min； 与系统压力有关的经验系数。 此液压系统为低中压系统， 可取 5 10， 取较大值可使系统更加安全，因此取 =10，液压泵的总额定流量为 14.9 L/min，将以上数值代入公式 2-27 得 9.1401 V =149 L 该设计中，油箱为开式的独立油箱，且形状为矩形。由于该机工作循环比较频繁，间隔时间较少，因此需要将油箱设计的大些以散发热量，所以油箱 外部 长、宽、高为 860mm、 630mm、 380mm,其内部长、宽、高为 848mm、 618mm、 345mm，即 容积为 848 618 345=180L。 3.11.2油箱的 结构确定 该油箱为 焊接 结构，箱顶除与电动机 、叶片 泵和集成块组箱连接外，还安装nts谢文斌 :旋转式管端成型机 结构设计 42 有空气过滤器，这里选网式过滤器，型号为 WU 16 180。油箱侧壁设置 有液位计、清洗孔和放油螺塞。液位计比较靠近注油口，这是因为注油时可以方便地观测液位。此处选用的液位计型号为 YWZ 80T，清洗孔由法兰盖板盖住并密封，法兰盖板型号为 YG 250,放油螺塞型号为 GB/T 5782 2000，箱底支脚由箱壁弯曲而成，并设有地脚螺栓孔。箱底倾斜度为 1/20，吸油口设置在靠近箱底的一侧，以提高吸油效率。吸油口通过吸油过滤器直接从邮箱中吸油。箱底设置有隔板，将吸油区与回油区隔开，以延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中的环流，更好发挥邮箱的散热、除气、沉淀等功能，隔板高度为 200mm。该油箱体积较 大 ，需设置吊耳。 图 3-3 油箱结构图 Figure 3-3 fuel tank structure drawing 3.12各液控元件选用 该机的液压系统采用节流调速，而且是采用回油节流，由于夹紧缸工作时的压力小于工作缸，因此需要用减压阀调压。先根据工作缸工作时的压力和流量选择主油路控制阀和工作缸油路的制阀，再根据夹紧缸工作时的压力和流量选择夹紧缸油路控制阀，见表 2-12, 根据该液压系统原理，所选压力表 、冷却器 和 滤 油 器如下： 压力表型号 Y-60，压力 10 MPa，通径 6mm； 冷却 器型号 GLC1-0.8 滤 油 器型号 WU 100 80-J，流量 16 L/min，通径 12mm。 表 3-12 液压控制阀 nts辽宁工程 技术大学毕业论文（论文） 43 Table 3-12 hydraulic control valves 名称 溢流阀 电磁换向阀（ 1） 电磁换向阀（ 2） 液控单向阀 减压阀 单向 节流阀 型号 DBW10B-1-30 4WE10C20/AW120Z5L 4WE10J/EW22010 MTCV-03-W ZDR10DP1-40-150Y MTCV-03-W-O 流量（ L/min） 330 120 100 60 15 250 压力(MPa) 21 10 10 31.5 31.5 35 通径（ mm）