【JD039】自动弯管机及其电气设计【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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2011 届毕业设计说明书 自动弯管机装置及其电器设计 系 、 部： 机械系 学生姓名： 李衍 指导教师： 康煜华 职称 副 教授 专 业： 机械制造及其自动化 班 级： 机本 0704 完成时间： 湖南工学院毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 自动弯管机装置及其电器设计 指导老师 康煜华 学生姓名 李衍 班级学号 214070437 专业 机械制造设计及其自动化 一、课题的意义 现今工业发达， 无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。 对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机 床厂的液压管道 发动机的油管健身器材的弯管等 等，这些场合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧， 机械弯 曲，机器结构简单，控制元件 极少 ，因此价格上比较容易被用户接受。 二、 课题研究目的和意义 市面上现有的自动弯管机大多数是液压的，数控的，也有机械传动的，但它们的占地面积较大 (m 之间 )，价格昂贵 (25 万元人民币或更多 )，然而大多数用户需求的是占地面积小价格便宜且使用方便的自动弯管机 。 液压弯管机 1 数控弯管机 1文便是朝这方面的用途面设计的自动弯管机，设计出一种价格和占地面积使用方便的自动弯管机（ 格 9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能进得进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 三、 国内外自动弯管机 概述 弯管机是我国国防和基础建设的关键设备，为我国的经济发展和国防建设起到了不可估量 的作用。弯管机在前期经过了第一步改造，实现了 位计算机监控管理、人机友好界面。但现有的操纵控制系统较为落后，不能很好的满足生产的需要。在此基础上，迫切需要对弯管机进行第二步改造，将整个操作系统改为中频感应加热控制，对弯管机的工作过程实现快速、精确控制以提高弯管机的工作效率和加工精度。 在电力，石油化工等工业和天然气，集中供热等输送工程中，需要大量的弯管，弯头，所以弯管机都 作为重要生产设备之一。它的安全、可靠、高效运行，直接关系到白动生产线的生产效率和加工质量。中频加热弯管机具有解热快，氧化少 ，解热均匀，解热效率高，能保证产品你质量等优点。 弯管机的 的工作性能对整个控制系统都有着重要的影响，所以研究 中频加热液压弯管机组采用了先进的计算机网络控制技术，用 程语言及梯形图形进行逻辑控制连接，采用计算机监控系统监视和控制现场设备工作状态，设置工艺参数，下的大工艺命令，整机与其他弯管设备相比：技术含量高，自动化程度先进，控制精度高，能大大的降低生产成本，提高生产率。 控制系统是弯管机的关键组成部分，弯管机的工作性能 是系统改造设计的主要目标。弯管机主要由机械装置，液压系统，中频加热系统， 制系统，冷却系统等组成。从系统的观念考虑机械、电气和液压系统之间的匹配问题，得到性能最好的弯管机。 我们已经是世界上主要的弯管机生产国家之一，但是目前，管道施工应用的弯管机基本上都是进口的，国外比较著名的弯管机生产厂家有德国的 司和美国的 司。通用的技术都是利用静液压传动、气动控制技术来实现弯管机的弯管操作和控制。国内目前仍没有具备生产大型弯管机设计和制造能力的厂家。 这主要是 国内整体工业化程度不高，国产机械本身的 加工精度不够以及专业人才的匮乏，加之国产钢材与进口钢材的差距是导致机械整体质量不高的主要原因 。 对于弯管机的技术发展 有了个基本的了解之后，我们能够更好的发展我国的弯管机行业 。 四 、课题的研究内容、方法、手段与步骤 1、研究内容 本论文主要是设计出一种价格和占地面积使用方便的自动弯管机（长 格 9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能进得进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 自动弯管机 通用工 作流程为： 用起重机将管段放置在弯管机工作台上，操作液压卷扬机实现管段在工作台面上位置的准确调整； 利用液压钳将管段夹住，操作气动胎芯自动行走，使其进入管段，并将胎芯撑起； 操作弯管液压缸，进行管线弯制； 松开液压钳，操作液压卷扬机，使弯管在工作台面进行下一个弯管位置的准确调整； 重复 操作，实现下一次弯管动作。一般一根 12m 长的管线需要进行 15 2能达到最大 的弯曲角度。 2、步骤 弯管机的基本原理与选择 弯管机的弯曲原理 ,在普通情况下有以情二种， 即滚弯式与缠绕式。如下图 1、 2分别是弯管原理图。 二者各有优缺点。 缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。 弯管的步骤大致是： 段直线段长度，并夹紧管子。 出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。 步，直至弯完管子为止。 弯管模滚弯式缠绕式弯管模夹紧块导 板图 1 弯管式弯曲 图 2 缠绕式弯曲 工件工艺分析 此工作件采用的直径为 30为 2料为 10号钢，其最小弯曲半径为 60弯曲件的弯曲半径为 100其符合加工工艺性。其工件如 1管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸。不能有趋纹。 1、电机选取。 由经验选取弯管机的弯管速度为 8r/ 2、传动比的计算与各传动装置的运动与参数。 3、皮带轮与皮带的计算与选择由电机转速与功率，确定了采用普 通 4、蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择 因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用 的蜗轮蜗杆减速器 5、联轴器的计算与选择 由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需用专用的加工设备，工作是不需润滑，维修方便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。 6、轴承的选择 由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟滚子轴承。且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承， 且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用 32912和 32918二种圆锥轴承。 7、轴的初步计算与设计及校核 8、齿轮的计算与设计 9、大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 10、轴套的结构设计 11、机身的结构设计与计算 12、弯管机的主要参数 挡料架的结构设计 挡料架在弯管机上的作用主要是用来挡弯曲钢管时的反力，同时也具有定位的作用。 有如同夹具一般。 由于本弯管机是采用滚弯式的弯管原理，故钢管与挡料轮的接触面较不大，故挡料轮的硬度不能比钢管的硬，故采用黄铜作为挡料轮的材料。 挡料轮的结构主要由 挡料轮、挡料轴、挡料轮架、轴承、键、轴盖、挡料座、螺纹杆、手轮等一些组成。 用电器选择与电路 由于此弯管机采用的是半自动的形式，故采用二个行程开关和二个交流接触电器等组成其电路。由于电机的功率为 3800 故选用行程开关的型号 1)， 接触器型选用 12常闭 2常开，其工作功率为 4 按钮使用普通型平钮二个，型号 1为 电源开关选用 1为 工作功率为 短路保护熔 断器选用 1额定功率为 4 过载保护采用 1系列热继电器 其控制功率为 380*3=1124W,因为有二根线所以总功率为 1124*3=3372 电源线采用 1B）即常用铜芯聚氯乙烯绝缘电线 4平方毫米的铜线线芯结构为 7*额定电压为 600V 其电路设计如下 S B 1S B 2L 1L 3L 2Q H z 3 8 0 F U 1F U 2K M 1 K M 2K M 2K M 1X 1 X 2K M 2K M 2K M 1K M 1M, 任务完成的阶段安排及时间安排 毕业设计（论文）进程安排 : 序号 设计（论文）各阶段名称 日期（教学周） 1 外文资料翻译 第 4周 2 开题报告 第 5、 6周 3 总体方案 第 7 9周 4 设计说明书 第 15 周 总结 我们已经是世界上主要的弯管机生产国家之一，但是目前，管道施工应用的弯管机基本上都是进口的，国外比较著名的弯管机生产厂家有德国的 司和美国的 司。通用的技术都是利用静液压传动、气动控制技术来实现弯管机的弯管操作和控制。国内目前仍没有具备生产大型弯管机设计和制造能力的厂家。 这主要是 国内整体工业化程度不高，国产机械本身的加工精度不够以及专业人才的匮乏，加之国产钢材与进口钢材的差距是导致机械整体质量不高的主要原因 。希望能通过这次设计对国内的机械方面有所了解，为努力发展中国的机械行业做出自己的一份贡献。 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 2011 届毕业设计 材 料 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 李衍 指导教师： 康煜华 职 称： 副教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机本 0704 学 号： 214070437 2011 年 6 月 2011 届毕业设计外文翻译 结构设计 系 、 部： 机械系 学生姓名： 李衍 指导教师： 康煜华 职称 副 教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机本 0704 班 完成时间： 2011 年 6 月 结构设计 要 ： 结构设计是选择材料和构件类型，大小和形状以安全有用的样式承担荷载。一般说来，结构设计暗指结构物如建筑物和桥或是可移动但有刚性外壳如船体和飞机框架的工厂稳定性。设计的移动时彼此相连的设备（连接件），一般被安排在机械设计领域。 关键词 ： 结构设计 ； 结构分析 ； 结构方案 ； 工程要求 is of to in a In of as or a as to to to of ； at of or a be do in a be in in to a a is by a of in or a on or to be be be as a of or a of on a , on so . to be or be it is to be on to to to to of 1000 ( 1/1000 of In of 360 to or 240 to . be if In or of is 500 (1/500 of to of in of on a on a of be of or In of of as of or in as to in In an by , . of of is to is to is a In a at of To in or or is is be to by or by in be be by or by to so be on or is by of in in as in no or to an of to by in of a to up a of by to a , to of in on in to or to or is in in it to in a is is a of is to be or in As as as or by be by by in As in in be to of is to ,to be It to a by if is or if , or be by or by at be on of be by by at as or is of is to in on of by by of be by a an is by of be if of is of or a is to an to In to as in a to at to it to of to an be to of a to be be is in to be 结构设计 结构设计包含至少 5 个不同方面的工作：工程要求，材料，结构方案，分析和设计。对于不一般的结构或材料，又包含一个方面：试验。这些方面不是严格按步骤进行，因为不同材料在不同方案大多数是有效的，试验会导致设计变更，最终设计由初步估计设计开始，然后经过分析和再设计几个循环后完成。通常，可替代的设计证明在费用，强度和使用性上十分接近。结构工程师，业主或最后住户基于其它的考虑选择一种。 工程要求。在开始设计前，结构工程师必须决定容易接受的执行标准。必须提供承担的荷载或力。对于一些专门结构，当支持一台已知载重的 机器或起重机时，这可能直接给出，对于普通建筑物，采用市政，县，州的建筑规范，提供了设计所需活载（人群荷载和设备，屋顶雪荷载，等等）的最小值。工程师将计算出设计期间的恒载（结构和已知永久性设备）。 对要正常使用的结构，也必须控制其挠度，因为安全的结构可能会存在令人不安的振动。机器的支座有严格的变形限制，因为梁下沉会导致驱动轴弯曲，烧毁，部件错位和上面的吊车熄火。挠度限制在跨度 /1000 (梁长的 1/1000）以下是很普通的。在传统建筑里，支持板的梁挠度限制在跨度 1/360 以避免粉刷开裂或跨度 1/240 以避免人 的担忧（保持在可感知的变动范围内）。梁的刚度也影响板“振动”，如果不能控制会令人很头疼。另外，高层建筑的侧面变形，位移或摇摆通常限定在高度 /500（建筑物高度的 1/500）里，把在有风的日子里上面楼层的人移动的不舒服降到最小。构件尺寸在结构设计里起主要作用。例如，由于下面留作水上交通的净空不够或过高威胁到飞机的特定类型的桥是不可接受的。在建筑设计里，天花板高度和楼板之间高度影响楼板框架的选择。墙厚和柱子尺寸和跨度也影响不同框架方案的适用性。 选择材料。技术的进步创造了许多新材料，如碳纤维加强复合材料和硼纤维加强复合材料，它们都具有极好的强度，刚度和强度重量比特性。然而，由于费用高和非通常的制造要求，它们仅用在有限特殊领域。强化玻璃合成物如玻璃纤 维是很普遍，但被限制应用在小荷载情况下。用在结构设计上的主要材料更多是普通的，包括钢材，铝，钢筋混凝土，木材，砌体。 结构方案。在一个实际方案里，结构构件承担很多力，包括拉，压，弯，剪和扭。然而所选择的方案将会影响这些力产生的概率，也会影响材料选择过程。 抗拉是有效的承担荷载的方法，整个构件的横截面性能得到发挥，并且不涉及到弯曲变形。任何抗拉方案必须也对抗拉构件的锚固。例如，在悬索桥里，锚固体通常是位于主要绳索尾段的强大自重。为了避免在荷载移动或变形时有不期望的几何变形，抗拉方案通常要求是刚性梁和桁架。 抗压是另一个很有效的承担荷载方法。全部杆件截面发挥了作用，但是设计时必须避免弯曲，或者是做成粗短构件或者是增加附加支撑。圆顶和拱形建筑，拱桥和柱是很普遍的建筑方案。拱产生了必须抵挡住的水平外推力。这靠设计合适的基础或建在车道或楼板的上面的拱解决，靠沿着车道用 抗拉构件把两端的拱连接起来，阻止他们拉开。当荷载不是作用在构件轴线上时，抗压构件显著地被削弱。所以，必须认真考虑移动，变化和不平衡的荷载。 基于受弯的方案的效率比受拉和压低，因为弯曲是靠构件一边受拉另一边受压来抵抗。受弯方案如主梁，次梁，刚架和受弯框架在外部锚固或推力限制，与一般基础不同，靠内部刚度阻挡可移动，变化和不平衡的荷载的情况下有利。 桁架是上面方案的混合体。它们设计成荷载横跨在受弯构件上，但是分解成一系列拉力和压力，由抗拉和抗压构件承担。桁架方案设计时不需要特殊锚固或推力的限制，并且有很好的刚度抵 抗移动或变化的荷载。大量的构件之间连结和抗压构件的附加支撑，看起来有点杂乱，这就是桁架的不利处。 板和壳包括圆顶，拱顶，有齿屋顶，双曲抛物面和马鞍形。这样的方案把所有的力直接作用在平板表面并且作用有巨大的剪力。尽管可能效率很高，但是这样的方案对几何有严格的限制，并且在移动，和不平衡垂直作用在表面的荷载的能力很弱。 薄壳结构和硬壳结构利用加劲肋，梁之间的壳板抵抗剪力和轴向力。这样的设计在飞机机体和火箭，船体方面很普遍。它在建筑方面也是有利的。这样的设计仅仅在壳是设计的逻辑部分并且永远不会被替代和移除时才实际些 。 对于桥梁，短跨是很普遍受弯的梁。当跨度增加和梁高变得很大时，通常用 桁架和斜拉结构。更长跨时也许用拱，要考虑基础条件和净空要求。最长的跨靠悬索方案处理，因为这可把关键性的自重降到最小并且能索连索地建造起来。 对于桥，短跨靠板承担弯矩。当跨度增加时，主梁和次梁被用来承担弯曲。更长的跨要求用桁架，尤其是在工业建筑有吊车荷载时，圆顶，拱和悬索和充气屋顶被用在传统的大厅和竞技场里以获得净面积。 结构分析 。结构分析要求确定稳定性（静力平衡），构件承担的力和变形。它需要构件形状，大概尺寸，已知或假设的材料特性。分析包 括：平衡，应力，应变和弹性模量，线形，塑性和弯曲和板截面。很多方法可以完成分析过程。 最终设计 。一旦结构分析完成（如果分析是正确的，只用几何方法；反之附加构件尺寸和材料假设）。最终设计可以进行，必须对照业主或政府建筑规范标准来检查变形和允许应力或极限强度。必须计算工作荷载下的安全性。一般方法是可行的，依据所使用的材料类型做出选择。 纯抗拉构件检查横截面应力。特别注意螺栓孔或焊接处的应力。拉弯构件中，用应力之和与分析应力作比。受压构件中的允许应力取决于构件强度，弹性模量，长细比和支点间距离。粗短构件由材料强度 决定，然而长细构件由弹性弯曲决定。 梁的设计由对于最大弯曲应力和允许应力来检验，通常由材料强度控制，但是如果受压一边没有侧向支撑就会被限制。 梁，柱或有弯矩的受压构件的设计必须考虑两项。首先，当构件由于承受弯矩而弯曲时，轴力会增加弯曲量，实际上，轴压放大了原始弯矩。其次，对于柱和梁的允许应力是不同的。 承受垂直于长轴的荷载的构件。如梁和梁 柱，也必须承担剪力。剪应力和荷载的方向相反并且在其右边，把梁的不同部分连接起来。它们与允许剪应力作对比。这些步骤也能用来设计由受拉和受压构件组成的桁架。最后，用工程标准 检验变形，使用最后的构件。 一旦被分析和在工程标准内的设计方案是令人满意的，必须提出制造和建立信息。通过作图，指明所以基本尺寸，材料和构件大小。设计中预期荷载和节点承担的预期力。 摘 要 弯管机的种类多种多样，有 控弯管机，有 弯管机，也有简易型的自动弯管机，而本文正是关于自动弯管机的装置设计及其控制电路的设计，自动弯管机的装置可由机身、电机、减速机构、挡料机构、电器控制机构等组成。 关键词 ： 弯管机；电器控制； 弯曲半径 on A of is NC is LC is is to of of of 目 录 1 绪 论 1 管机在自工工业中的地位和 各种弯管机的性价比 1 管机的基本原理与选择 2 2 弯管机设计 2 件工艺分析 2 算弯曲力矩 3 机选取 3 动比的计算与各传动装置的运动与参数 5 带轮与皮带的计算与选择 6 轮蜗杆减速箱的计算与选择 7 轴器的计算与选择 7 承的选择 8 的初步计算与设计及校核 8 轮的计算与设计 12 小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 14 套的结构设计 15 板的结构设计及计算 16 身的结构设计与计算 16 管机的主要参数 17 3 挡料架的结构设计 19 料架的结构设计 19 4 用电器选择与电路 20 用电器的选择与电路设计 20 参考文献 22 致谢 23 附录 24 - 1 - 1 绪 论 管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比 现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。 对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道 发动机的油管健身器材的弯管等 等，这些场合可能不需要功能全的弯管 机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧， 机械弯 曲，机器结构简单，控制元件 极少 ，因此价格上比较容易被用户接受。 市面上现有的自动弯管机大多数是液压的，数控的，也有机械传动的，但它们的占地面积较大 (长度在 m 之间 )，价格昂贵 (25万元人民币或更多 )，然而大多数用户都需求的 是小占地面积小价格便宜 且 使用方便的自动弯管机 。 图 1 液压弯管机 图 2 数控弯管机 - 2 - 本文便是朝这方面的用途面设计 的自动弯管机，设计出一种价格和占地面积使用方便的自动弯管机（长 格 9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能进得进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 管机的基本原理与选择 弯管机的弯曲原理 ,在普通情况下有以情二种，即滚弯式与缠绕式。如下图 3、 4分别是弯管原理图。 弯管模滚弯式缠绕式弯管模夹紧块导 板图 3 滚弯式 图 4 缠绕式 二者各有优缺点。 缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。 弯管的步骤大致是： 段直线段长度，并夹紧管子。 出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。 步，直至弯完管子为止。 2 弯管机设计 件工艺分析 此工作件采用的直径为 30管做为弯管件，材料为 10号钢，其最小弯曲半径为 60弯曲件的弯曲半径为 100其符合加工工艺性。其工件如 图 3。弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸。不能有趋纹。 - 3 - 图 5 弯曲半径为 100 图 6 最小弯曲半径 算弯曲力矩 由弯管力矩公式 ， 由于弯管时弯曲半径越 小所用的力矩越大，故以钢管在最小半径弯曲时的力矩来做为管的弯曲弯力矩。其式如下 238433t (2 其中 s 为弹性应力 b 为屈服应力 为中性层的弯曲半径 238 * 3 3 3 * 2 * 2 6 4 * * 2 0 8 * 2 * 2 63 * 9 53M=2420 N m 机选取 由经验选取弯管机的弯管速度为 8r/有 P=M* = 8 * 22346 * 60 2 (2由工作功率为 2所以电机功率 P= 41 2 3 4 5P 工(21 、 2 、 3 、 4 、 5 分别为带传动、蜗轮传动、联轴器、齿轮、轴承的传动效率。 - 4 - 取 1 =2 =3 =4 =5 = P= 420 . 9 6 * 0 . 9 * 0 . 9 9 * 0 . 9 7 * 0 . 9 8=W 由于弯管机需要弯多种型式的钢型，固选用较大功率的电机以使弯管机能够适用更大的弯曲范围，又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机，且电机正反的频率过大，所以电机转速不宜过大，现取 电机的转速为 960r/宜。故先用电机的型号为 基本性能如表 1 表 1主要性能参数 型号 功率 满载时 堵转 最大 静制动 空载制 噪声 转速 电流 效率 功率 转矩 转达矩 转达矩 动时间 因数 不小于 不大于 3 960 77% 29 4 0 4/s 71/2 r/ A N m 机的主要安装尺寸如下 1 40893847 58028 021 6315132 电机安装尺寸 表 2 电机的安装尺寸 单位（ 型号 A B C D E F G H I L 280 140 89 38 80 315 216 132 210 515 - 5 - 动比的计算与各传动装置的运动与参数 由电机转速 60r/而弯管机的速度初拟为 8r/以 总传动比 =5=120 由皮带 轮的传动比为 14 所以取皮带轮的传动比 1i =于单付齿轮的传动比为18 。便拟定取齿轮传动比 3i =3,则蜗轮蜗杆的传动比 2i =16,蜗轮的传动比不大这有利于提高蜗轮的寿命。 为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为 1轴、 2轴以及 1i ,2i , 为相邻两轴间的传动比； 01 ， 12 为相邻两轴间的传动效率； 为各轴的输入功率（ 2 为各由的输入转矩（ N m）； 2 为各轴的转速（ r/ 轴转速 电机轴转速 60 r/轮小轴端 0384 r/ （ 2 蜗轮大轴端 118416 =24 r/齿轮转速 4 r/齿轮转速 32243 =8 r/作台转速 r/ 各轴的输入功率 电机输出功率 轮小轴输入功率 01 =3*1 =3* （ 2 蜗轮大轴输入功率 2 = 2 =轮 小轴输入功率 23 = =轮大轴输入功率 4 = 24 =作台输入功率 45 = 24 *5 = 各轴输入转矩 - 6 - 电机输出转矩 0T =9550* 0500* 3960 = N m （ 2 蜗轮小轴输入转矩 1T =0T *1i *1 =N m 蜗轮大轴输入转矩 2T =1T *2i * 2 =6*N m 齿轮小轴输入转矩 3T =2T *3 =N m 齿轮大轴输入转矩 4T =3T * 24 *3i =*N m 工作台输入转矩 5T =4T * 24 *5 =N m 带轮与皮带的计算与选择 由电机转速与功率，确定了采用普通 由 0定小带轮直径为 1d =100带速度验算 1060 *1000 = 3 * 1 0 0 * 9 6 06 0 * 1 0 0 0 = （ 2 所以 5 0120 带的根数 z= 0 K K带带 (2其中取 带 = =K =得 z= 30 . 9 7 0 . 1 1 * 0 . 9 6 * 0 . 9 9 = z=3 轮蜗杆减速箱的计算与选择 因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用 因为 蜗轮大轴输入转矩 2T = m 蜗轮小轴输入功率 动比 i =16 所以选用蜗轮蜗杆的型号为 1 7935 其基本性能如表 3 表 3 蜗轮减速器的主要友参数 型号 公称传动比 转速 中心距 额定输入功率 额定输出转矩 6 750r/25400 N m 轴器的计算与选择 由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需用 专用的加工设备，工作是不需润滑，维修方便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。 - 8 - 由于 3T = N m 且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为 55故选用 其型号为 55 11255 84J D 1985 其主要尺寸及参数如表 4 表 4 联轴器的主要参数 未标单位（ 型号 许用转矩 N m 许用转速r/孔直径 轴孔长度 外径 凸圆厚度 转动惯量(重量(600 4000 40,45,50,55 112 84 158 89 承的选择 由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟滚子轴承。且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承，且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用 32912和 32918二种圆锥轴承。 其主要参数及基本尺寸如表 5 表 5 轴承的主要参数 未注单位（ 型号 小径 外径 厚度 内圈厚度 外圈厚度 额定载荷 极限转速 重量 32912 60 85 17 16 14 000r/2918 90 125 23 22 19 200r/的初步计算与设计及校核 初步计算轴径 选取轴的材料为 45钢，调质处理。 3* (2KW n 为轴的转速， r/由轴的许用切应力所确定的系数，其值可取 A=103 126 现在取 A=115 则 34 2 1 1 5 * 24d = 4d =55- 9 - 则 35 2 1 1 5 * 8d = 5d =85 齿轮轴的装配方案如图 8 图 8 小齿轮的装配方案 为了满足半联轴器的轴向定位要求，故在轴与联轴器相接间需制出一个轴肩，由于半联轴器的连接长度为 L=84要短些故取 2轴径与半联轴器直径一样取 5肩后却是齿轮段，于是轴承的关系故取 0轴承端盖的总厚度为 42箱体及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于 对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离0于轴承是由轴承座支撑住的，故取轴承座的高厚为 25齿轮与轴承座之间的距离为 1575轮左端需制出一个轴肩，由齿轮与轴承座之间的距离为 15轴承座与轴承之间的距离相差为 8此轴肩的长度为23因为轴承的厚度为 17 18直径为 60 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。查得键的截面为 b*h=18*11 键槽用键槽刀加工，长为 160时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/样，半联轴器与轴的联接，选用平键为1600联轴器的配合为 H7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 轴端倒角为 2*450。 轴上载荷的计算与轴的校核 3 1 0 2 0 T N m352d = 32 * 1 0 2 0 * 1 0420 =4861 N (200t a n t a n 2 04 8 6 1 *c o s c o s 9 . 7=1794 N (2 - 10 - 0* t a n 4 8 6 1 * t a n 9 . 7= (2由轴的结构尺寸及安装条件可知，作为得支梁的轴的支承跨距 a=221 轴的结构图以及弯矩各扭矩图中可以看出截面 截面。现将计算出的截面 M、 M 的值如表 6 表 6 截面 C 处M、 M 值 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 12 294 N 弯矩 M 68570 N/11129 N/7734N/弯矩 1M=290653 N/2M=282536 N/矩 T 3T=1 020 960N/ 9 轴的弯矩图 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。则由 2213 = 2232 9 0 6 5 3 0 . 6 * 1 0 2 0 9 6 00 . 1 * 6 0 = (2前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，可得 1=60此 1，故安 - 11 - 全 故小轴的结构尺寸如 图 10 图 10 小轴的结构尺寸 由于大轴的结构设计与计算大部分与小轴类同。故在此，类同的省略，且经验算此轴也为安全轴。 不同的时，前不是与半联轴器相连，而是工作台即弯曲模 。由于转矩较大且要求工作台要较为平稳及误差小，由此轴与弯曲模的连接采用矩形花键连接。 由静联接有 32 * 1 0pz h ，对矩形花键进行验算。 (2式中 载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取 =取 =键的齿数 z =8 花键齿侧面工作高度 h = 2 68 622h =3 (2齿的工作长度 ， l =80键平均直径 2 68 622 =60 (2故有 p 32 * 2 6 5 7 * 1 00 . 7 5 * 8 * 3 * 8 0 * 6 5= p =100140 (2故此矩形花键安全 另外，为了紧固弯曲模在轴上，从而在轴端钻了螺纹孔，其规格为 0的主要尺寸及其结构如下图 11 - 12 - 图 11 轴的主要尺寸及其结构如下 轮的计算与设计 由于齿轮传动只有一对，为利于机器的平稳，寿命及制造方便，故选用直齿齿轮传动。此机器为一般工作机器，速度不高故选用 7级精度采用锻造制造。材料选择小 齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45钢（调质 ）硬度为 240者材料硬度差为 40齿面接角强度设计 213112 . 3 2 *t (2式中 取载荷系数 小齿轮传递的传矩 1T = m 取齿宽系数 d =1 查得材料的弹性影响系数 =550 小齿轮的接触疲劳强度极限 1 =600取值代入公式 则得 1 13.9 - 13 - 由于小齿轮直径为 55为了达到 1 2*1d 故取 1140以齿轮中心矩 1 12= 140132 =280 (2初步定 a =280 一般 1z =17 30， =08 015 初选 1z =23， = 010 ，则 2z =i 1z =69 则 m= 122 =02 * 2 8 0 c o s 1 02 3 6 9 = (2取 m=6 则 12= 2 m =02 * 2 8 0 c o s 1 06 (2取 12=92 则按2z= 1z=23 , 2z=69 则 = 121c o z = (2则小齿轮 1 齿轮 2齿厚 1=40=168 大齿轮厚 2b=170小齿 轮厚取 1b=175算齿轮 ,由 12 2 *103=14571 N (2 - 14 - 200N/ 合适 (2大、小齿轮的结构及尺寸如图 12， 13 图 12 大齿轮 图 13 小齿轮 小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 考虑到综合性能故都采用 45 号钢，由于轴主要是由钢板支撑，但由于钢板不能选用太厚，而轴承的厚度又是过厚故采用加入轴承座用螺钉紧固于钢板从而来支持轴承，从而支持轴，这样较于用轴承套焊接于钢板上或是用超厚钢 板来支持轴与轴承大大的降低了成本，同时也便于安装和维修。由于受力不大所以采用四根 内六角螺钉来紧固轴的前后端盖及轴承承座，已经足够支撑。它的的结构及尺寸图 14， 15，16， 17， 18， 19 图 14 大轴前端盖 图 15 大轴后端盖 图 16 大轴承座 - 15 - 图 17 小轴承座 图 18 小轴后端盖 图 19 小轴前端盖 套的结构设计 由于轴套的厚度 小轴轴径为 60 故取小轴的轴套厚度为 6轴轴径为 90 故取大轴的轴套厚度为 8轴套的材料为 45 钢，为能与轴与轴承 之间的更好，更耐久的配合，故把轴套进行调质处理，轴套的结构其尺寸如图 20， 21 图 20 大轴轴套 图 21 小轴轴套 - 16 - 板的结构设计及计算 由于在盖板上需装好多零件，如行程开关，挡料架，大小齿轮轴的端盖以及用于安装定位的孔。故盖板采用厚度为 205钢。此盖板的长与度主要是由电 与蜗轮蜗杆所占的空间位置所取定的，由于 电机与蜗轮蜗杆的中心距 a=大飞轮的分度圆直径为 50机的安装地脚宽为 80壁至电机脚的空间长度 0壁到大飞轮的空间长度 10厚取 0因盖板要比壁凸出以便于与壁配合 0盖板长度 L=2* 2*+ + a= L=1025板的宽厚主要跟大齿轮的位置及电机各自的相互空间位置有关 取齿轮端到壁的距离 00轮另一端到壁的距离 60 同大齿轮的 20 B=2+00+160+420=680得盖板尺寸车 B*L*h=680*1025*20(结合其它结构需要，故其结构及尺寸如图 22 图 22 盖板的结构及尺寸 身的结构设计与计算 由于机身支撑了整套机器的零件，故机身采用厚钢板及钢管焊接而成，由于机器 - 17 - 重且机器性能要求平稳，故用地脚螺钉来紧固机器以减少机器的振动， 脚板采用 45钢厚 10寸为 B*L*h=80*120*10（ 四个脚来支撑机器。 支撑钢管采用 20号方管钢。型号为 60*60*4 地脚高 度取 0用 45号厚为 20虑中板与与底板是距离过及支撑齿轮的问题，故在两侧多加二个钢板以增加机身的强度。侧板的尺寸 B*L*h= 487*540*20(且在二侧有碟结配合后用溥铁板把前后面给围住。 盖板与中板之间是齿轮的箱体机构，四边都采用 45 号钢，厚度为 20钢板与 20号钢方管焊接而成，为让机身与盖板容易装拆，以便齿轮箱内各零件容易装拆与维修，故采用盖板与机身用螺钉连接。采用四个螺钉连接。在方管上焊接一块 45 号钢厚为20尺寸 B*L*h=80*80*20(机身的基本尺寸及其结构如图 23 图 23 机身的结构及尺寸 管机的主要参数 电 源： 380相交流电 电机功率： 3形尺寸： B*L*H=680*1025*1038 - 18 - 最大弯曲力矩： 2657N*m 弯曲半径范围： 300 最大弯曲角度： 2000 弯曲速度： 8r/机重量：大约 M=300 挡料架的结构设计 料架的结构设计 挡料架在弯管机上 的作用主要是用来挡弯曲钢管时的反力，同时也具有定位的作用。 有如同夹具一般。 由于本弯管机是采用滚弯式的弯管原理，故钢管与挡料轮的接触面较不大，故挡料轮的硬度不能比钢管的硬，故采用黄铜作为挡料轮的材料。 挡料轮的结构主要由挡料轮、挡料轴、挡料轮架、轴承、键、轴盖、挡料座、螺纹杆、手轮等一些组成。 结构设计上，由于弯管时不同型号的弯曲半径相差可能会很大，但由于 单纯在挡料轮架的调整来调整弯曲半径远远不足，故采用挡料架具有不同的定位安装位置，以增加挡料架与弯曲模的调整范围。设计了在挡料架上的调范围为 50在 位置调整的范围可达 100总调整范围有 150 锁紧螺纹采用自锁螺纹，用手轮锁紧。滚轮主要由轴支持再结合二个滚子轴承而装于挡料轮架上，这样滚轮滚动时的滚动摩擦小有利于提高弯管的合格率。 采用普通黄铜 =100=60料轴采用 45号钢轴径 0料轮架采用 45号钢尺寸为 B*L*h=80*84*100(轴承采用深沟滚子轴承 B*D*d=7*32*20 键采用 45号钢其尺寸为 B*L*h=4*6*40（ 挡料座采用 45号钢其尺寸为 B*L*h=100*190*95(螺纹杆采用 45号钢其尺寸为 d*L=16*145(手轮采 d*D=12*100(轴盖采用 45号钢其尺寸为 D*H=56*20（ 挡料架的主要尺寸及结构如图 24 - 19 - 图 24 挡料架的结构及尺寸 4 用电器选择与电路 用电器的选择与电路设计 由于此弯管机采用的是半自动的形式，故采用二个行程开关和二个交流接触电器等组成其电路。由于电机的功率为 3800 故选用行程开关的型号 1)， 接触器型选用 12常闭 2常开，其工作功率为 4 按钮使用普通型平钮二个，型号 1为 电源开关选用 1为 工作功率为 短路保护熔断器选用 1 过载保护采用 1 系列热继电器 其控制功率为 380*3=1124W,因为有二根线所以总功率为 1124*3=3372 电源线采用 1B）即常用铜芯聚氯乙烯绝缘电线 4 平方毫米的铜线线芯结构为7*额定电压为 600V 其电路设计如下 - 20 - S B 1S B 2L 1L 3L 2Q H z 3 8 0 F U 1F U 2K M 1 K M 2K M 2K M 1X 1 X 2K M 2K M 2K M 1K M 15 弯管机电路设计 其工作过程，电源线接上，把电源开上，此时电机 是不通电的。挡按下 时常开天关二个 另一个 此时电机正转，进行弯曲工作，当弯曲到定角度时（此角度由弯曲角度的大小而调整）碰到了行程开关 接触器 电则常开天关二个 开即电机断电，由于电机是旁磁制动电机故电机很快停止运转，常闭开关闭合。此时弯曲过程已经完成，之后按下 另一个 时电机反转，当转回初始位置时由于碰到了行程开关 接触器 电，则二个常开天关 ，而另一个常闭开关闭合通电，电机停止。 当再次按下 得反复工作。 其中电路中设有过载保护、短路保护。 当在工作中时，电路中具有自锁功能，因而不用怕操作者不小心按错键而出事故。但当工作中出现意外时，只要转动电源开关，把电源开关断开即可使电机停转，之后处理意外后转动电源开关使电源通电便可继续进行正转或反转进行工作。 操作过程及其分析设钢管所需的成形角为 ，弯曲
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