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机械设计图纸
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20、旋管式切管机,机械设计图纸
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京 江 学 院 JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 毕 业 设 计 旋管式 切管机 MENTAL PIPE CUTTING MACHINE 学生学号: 学生姓名: 专业班级: 指导教师姓名: 指导教师职称: 讲师 2010 年 6 月 4 日 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 2 目录 引言 5 第一章 旋管式切管机传动方案的选择 7 1.1 传动方案 7 1.2 传动方案的选择 8 第二章旋管式切管机传动装置设计与计算 10 2.1 传动装置的总体设计与计算 10 2.1.1 电动机的选择 10 2.1.2 电动机功率的选择 10 2.1.3 电动机转速的选择 11 2.1.4 电动机型号确定 11 2.1.5 传动方案的拟定 11 2.1.6 各轴的转速、功率和转矩 11 2.2 进行传动机构设计与计算 13 2.2.1 带轮的设计与计算 13 2.2.2 涡轮蜗杆的传动与计算 16 2.2.3 齿轮的设计与计算 19 2.3 各传动轴尺寸的计算与校核 27 2.3.1 蜗杆轴的计算与校核 27 2.3.2 涡轮轴的校核与计算 30 2.3.3 滚轮轴的校核与计算 33 第三章滚筒系统和进给系统的设计 36 3 1 滚筒系统的设计 36 3.2 进给系统的设计 37 第四章绘制设计装配图及零件图 38 结论 39 致谢 40 参考文献 : 41 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 3 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 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 4 Abstract Mental 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 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 5 引言 钢管主要用来输送流体 (一般叫做输送管、英文叫“ pipe” )和用作锅炉等的热交换器管 (叫做管子,英文叫“ tube” )。 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: nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 6 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。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 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nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 7 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。 第一章 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: nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 8 1.2 传动方案的选择 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 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 9 速度 V, m/s 小于 30 小于等于 18/36/100 小于 50 单级传动比 2-4 2-4 小于等于 5-8 10-40 外廓尺寸 较大 小 小 使用寿命 较短 长 中 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。 参考文献 2、 9、 15 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 10 第二章 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: 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 Pm Pr10% 此处: Pm已经给出 所以: Pm 1.5kw nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 11 2.1.3 电动机转速的选择 此处电动机的转速已经给出 n 1410r/min 2.1.4 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/min Y90L-4 1400r/min Y100L-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 215 2.1.5 传动方案的拟定 总的传动比的确定: 20701400 滚总 nni 综合考虑各方面要求,确定传动方案如下: 初定传动比: 212i 5023i 5.134i 5.7/145 i 2.1.6 各轴的转速、功率和转矩 已知电动机的数据如下: kwpm 4.1 min/1400 rn min/70 rn 滚 查表可知各级传动效率如下: 96.0带 72.0蜗 92.0齿 99.0滚 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 12 ( 1)计算各轴转速如下: m in/7 0 021 4 0 0121 rinn m in/14502140023122312 rii ninn m in/3.95.1502 14003423123423 riii ninn m i n/705.7/15.1502 1400453423124534 riiii ninn ( 2)各轴功率计算如下: kwPP m 44.196.05.11 带 kwPPP m 03.199.072.096.05.112 滚蜗带滚蜗 kwPPP m 94.092.099.072.096.05.123 齿滚蜗带滚齿 kwPPP m 85.092.099.072.096.05.1 222234 齿滚蜗带滚齿 ( 3)各轴传递的转矩计算如下: mkgnPMwm *5.1041 4 0 05.19 7 5 0 09 7 5 0 0 扭电 cmkgiMM *1 64.20096.025.1041 带扭电扭 cmkgiiMiMM *3 9.685299.072.092.05025.104 2121 滚蜗带扭电滚蜗扭扭 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。 cmkgiiiiMM*3242.59399.092.072.096.05.7/15022/15.1043243211 滚齿蜗带扭扭 轴号 电动机轴 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 13 传动比 2 50 1.5 1/7.5 效率 0.96 0.72 0.92 0.99 转速 r/min 1400 700 14 9.3 70 功率 kw 1.5 1.44 1.03 0.94 0.85 转矩 kg.cm 104.5 200.64 6852.9 593.2 2.2 进行传动机构设计与计算 参考文献 219 2.2.1 带轮的设计与计算 工况系数 查表得 1.1AK 计算功率 kwPKP Ac 65.15.11.1 kwPc .1 选择带的型号 查表得 A型 小带轮直径 查表得 取 mmD 1001 大带轮直径 mmnnDD1987001 4 0 0100)1.01()1(112 mmD 982 大带轮转速 m in/7001981400100)01.01()1(212rDnDn min/7002 rn ( 2)计算带长 求 mD 1492 1981002 12 DDD m149mD 求 492 1001982 12 DD49 初取中心距 mma 350 mma 350 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 14 带长 mmaaDL m72.117486.670086.46735049350214914.32 22 mmL 72.1174 由 V带基准长度图表,可得 mmL 1250 ( 3)求中心距与包角 中心距 mmDLDLa mm3.965498)1491250(41414914.312508)(4142222mma 3.965 小带轮包角 174603.96510019818060180121aDD 120 1741 (4)求带的根数 带速 smnDv /3.7100060 140010014.3100060 1 smv /3.7 传动比 270014001 nni 2i 带的根数 由查表得 kwP 32.10 由查表得 98.0K 由查表得 93.0lK 由查表得 kwP 71.00 4.293.098.0)17.032.1(65.1)( 00 lcKKPPPz所以 2z ( 5)求轴上载荷 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 15 张紧力 903.71.0)98.098.05.2(23.765.1500)5.2(500220 qvKKvzPFc900 F 轴上载荷 NFzF Q3602174s in90222s in210 NFQ 360 (6)V带轮的尺寸计算 1)小带轮 小带轮直径 mmD 1001 查表 得 mmh 5.3顶 6 mm mmH 12 mme 3.015 mmf 10 340 1.130b 轮宽 mmfezB 352015)12(2)1( mmB 35 外径 mm hDD 1 0 7 5.321 0 0211 顶顶mmD 1071 顶 孔径 此处的孔径依据电机的输出轴为准 由查表 mmd 22轴 mmd 22孔 2)大带轮 大带轮直径 mmD 1982 查表得 mmh 5.3顶 6 mm mmH 12 mme 3.015 mmf 10 380 4.130b 外径 mm hDD 205 5.32198222 顶顶mmD 2052 顶 3)结构选择 选择辐板式结构 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 16 轮缘直径 mmHDd169)612(2205)(2 顶缘 mmd 169缘 轮毂直径 4036 28.1 轴毂 )( dd40毂d mm 辐板孔圆周定位尺寸 mmddd5.1 0 42401 6 920 毂缘 mmd 5.1040 mmSS 5105.05.01 mmS 51 mmSddd5.54522 4016922 1 毂缘孔 mmd 5.54孔 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【 ad/1 】的值 当量摩擦系数 设 smsmv s /7/4 ; 03.0v 由查表取最大值 72.1v 【 ad/1 】 20.0 、 11 、 21z 、 72.01 ( 2)中心距的计算 蜗轮转矩 mNinPiTTI70724572.05070044.11055.91055.96611112 mNT 7072452 使用系数 查表 得 1.1AK nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 17 转速系数 57.0)18700()18( 8/18/12 nZ n57.0nZ 弹性系数 根据蜗轮副材料查表 得 aE MPZ 147 寿命系数 13.11 2 0 0 02 5 0 0 02 5 0 0 0 66 LhZ n6.113.1 nZ 接触系数 由查表得 85.2Z 接触疲劳极限 由查表得 MPaH 256m in 接触疲劳最小安全系数自定 3.1min HS 中心距 mmSZZZZTKaHHhnEa8.169)13.13.113.175.085.2147(7072451.1)(3 23 2m i nm i n2mma 8.169 ( 3)传动基本尺寸 蜗杆头数 由查图表得 11 、 21z 21z 蜗轮齿数 10025012 izz 1002 z 模数 100/170)7.14.1(/)7.14.1( azam 3m 蜗杆分度圆直径 341702.0/11 add 取 341d 蜗轮分度圆直径 3 0 01 0 0322 mzd 3002 d 蜗杆导程角 1034/32/t a n11 dmz tan 蜗轮宽度 20)1334(32)15.0(212mdmb202 b nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 18 蜗杆圆周速度 25.1)100060/(7003414.3)100060/(111 ndv 25.11 v 相对滑动速度 28.1 11c o s/25.111c o s/1 vv s28.1v 当量摩擦系数 经查表 得 045.0v 10.3v ( 4)齿面接触疲劳强度计算 许用接触应力 MPaSZZHhhnh1733.125613.175.0m inlimMPah 173 最大接触应力 M P aaTKZZ aEH1051707 0 7 2 4 51.185.2147332 MPaH 105 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 MPaF 190lim 弯曲疲劳最小安全系数 自取 4.1min FS 许用弯曲疲劳应力 1354.1190 m inlim FFF S MPaF 135 齿轮最大弯曲应力 MP admbTK AF1573001137072451.122222 MPaF 157 应为 MPaF 157 MPa135 所以 合格 ( 6)蜗杆轴挠度验算 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 19 轴的惯性距 45441065.064/3464/1mmdI 451065.0 mmI 允许蜗杆挠度 mmm 012.03004.0004.0 mm012.0 蜗杆轴挠度 0038.0)48/()(t a nt a n3 22 12 EIlF vt 0016.0 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 1T mNnPT7 0 2 6 0 71403.11055.91055.9 661 mNT 7026071 齿宽系数d 由 查表得 4.0d 接触疲劳极限 limH 由查图 得 MPaH 7101lim MPaH 5802lim 初步计算得许用接触应力 H MPaHH6397109.09.0 1lim1 MPaH 710 1 MPaHH5225809.09.0 2lim2 MPaH 522 2 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 20 dA 值 由查表得 85dA 初步计算小齿轮直径 1d mmTAdHdd1685.115.15224.0702607851323211取 mmd 1681 初步齿宽 b mmdbd 301 取 mmb 30 2)校核计算 圆周速 度 smndv/137.01000601418710006011 smv /137.0 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 541z 815.15412 ziz 4.354/187/ 11 zdm 取 3m 则 623/187/11 mdz 621z 93625.112 ziz 932 z 使用系数 AK 由查表 得 5.1AK 动载系数 vK 由查表 得 12.1vK 齿间载荷分配系数 HK 先求NdTFt5.75141877 0 2 6 0 72211 mmNb FK tA /15075 5.75145.1 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 21 79.1c o s)931621(2.388.1c o s)11(2.388.121zza79.1a 85.0379.1434 aZ 85.0Z 由此 得 4.185.0 11 22 zK H4.1HK 齿向载荷分布系数 HK 由查表得 2.1751016.0)18775(16.017.110)(32321 bcdbBAK H 2.1HK 载荷系数 K 8.22.14.112.15.1 HHVA KKKKK 8.2K 弹性系由查表得 MPaZ E 8.189 节点区域系数 HZ 由查表得 5.2HZ 接触最小安全系数 minHS 由查表得 05.1min HS 总工作时间 ht h 4 8 0 02.083 0 010 hth 4800 接触寿命系数 NZ 由查表得 18.11 NZ 25.12 NZ 许用接触应力 1H MP aSzHNHH79805.118.1710m in11lim1 MPaH 798 1 69005.1 25.1580 m i n22l i m2 HNHH S z 690 2 H MPa nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 22 验算 MPbdKTzzz HEzH4.570313187757026078.2285.05.28.189122211 MPaH 4.570 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 d 18662311 mzd 1681 d mm 27993322 mzd mmd 2492 中心距 a 2022)9362(32)( 21 zzma mma 202 齿宽 b mmdbd 301 mmb 30 ( 3)齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 Y 67.079.1 75.025.0 Y67.0Y 齿间载荷分配系数 FK 经查表 1FK Y 68.0/1 1FK 齿间载荷分布系数 FK 2.13)5.225.2/(74/ hb 载荷系数 K 4.338.147.112.15.1 FFVA KKKKK 4.3K 齿形系数 FY 由图表得 5.21 FY 2.22 FY 应力修正系数 sY 由图表得 7.11 sY 8.12 sY 弯曲疲劳极限 limF 由图表得 6001lim F 4502lim F 弯曲最小安全系数 limFS 由图表得 3.1lim FS nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 23 应力循环次数 LN 由查表得 71076.51 LN 71092.12 LN 弯曲寿 命系数 XY 由查表得 1XY 许用弯曲应力 7.4473.1195.0600m in11li m1FXNFF SYY 7.4471 F MPa 8.3353.1197.0450m in22lim2FXNFF SYY 8.3352 F MPa 弯曲寿命 NY 由查表得 95.01 NY 97.02 NY 验算 7.4163.17.15.23187757026078.22211111 YYYmbdKTsFF7.4161 F MPa 11 FF 8.3187.15.28.12.27.416112212sssFFF YYYY MPaF 8.3182 22 FF 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 nts江苏大学京江学院 本科 毕业设计 24 转矩 1T mNnPT9652683.994.01055.91055.9 66331 mNT 9652681 齿宽系数d 由查表得 4.0d 接触疲劳极限 limH 由查图得 MPaH 7101lim MPaH 5802lim 初步齿宽 b mmdbd 301 取 mmb 30 2)校核计算 圆周速度 smndv/14.01000603.92791
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