QGJ-Ⅱ型钢管定长切割机的设计+机械设计制造及自动化1203班

河北农业大学  本  科  毕  业  设  计  题    目：        钢管定长切割机的设计   学     院：       现代科技学院       专业班级：  机械设计制造及其自动化  学     号：      2012614270307      学生姓名：        狄  猛             指导教师 姓名 ： 王泽河  王伟  张博     指导教师 职称 ：  教授  讲师  助教       二 O 一六 年  五  月 三十  日 钢管定长切割机的设计  摘要  现在正是中国发展腾飞的关键时刻，作为一个还处于发展中的国家，如果要更加进步，各个行业就必须要转型，所以轻工业的转型，对于重工业与机械制造的行业的重视是必然的。这样看来，机械制造行业的发展前景一片乐观。它与其他行业有着千丝万缕的联系，随着经济的发展和科技的进步，越来越多的产品智能化、自动化、网络化，单纯的机械已经不能适应行业发展的需要，渐渐地就出现了机电一体化。现代机械的机电一体化的目标是综合利用机、电、信息、控制等各方面的相关技术的优势，扬长避短以达到系统优化的效果，取得显著地社会效益和技术经济效益。本课题 研究的切割机的切割机构属于机械技术领域，它解决了现有的自动切割机所存在的精度不高，操作复杂，智能化低等问题。本课题针对目前市场上的切割机设计的不足，对钢管切割机进行改造创新，增加智能化程度，设计出具有控制方便，性能稳定，结构简单，调节、维修方便，安全可靠，低能耗，在切割过程中能使棒料位置稳定、切割长度准确，生产率高，运行平稳，提高产品质量，提高生产效率等优点的具有广泛应用前景的方案。  关键词 ： 切割机原理、 割、钢管 。  of  is s to as a is in if to to of of is It of is It is of to of is of to of to of it s is so of of on of in in od of of of 目   录  引  言  . 1 1 确定工艺方案  . 2 2 传动装置的设计与计算  . 2 动机的选择  . 2 型的选择  . 3 速的选择  . 3 率的选择  . 3 订传动方案  . 3 算各轴的转速、功率和转矩  . 6 行传动机构的设计与计算  . 7 传动设计  . 7 轮模数的确定  . 8 轮蜗杆模数的确定  . 9 数的确定  . 9 行总体结构设计，画出总体方案图  . 10 3 结构设计  . 11 算各轴的最小直径  . 11 算各主要传动件的结构尺寸  . 11 制部件的装配草图  . 15 结论  . 20  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  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 。   2 1 确定工艺方案  本 次的设计任务为设计一 种简单 的 钢管定长切割机 ， 以下几种 设计方案进行 对比 ：  方案一：  用弓锯切割金属管，如一般的弓锯机，需要弓锯作往复切削运动和滑枕摆动进切削运动和给运动与让刀运动。机器结构比较复杂，切削运动不连续，当金属管直径相差较大时还需要调换锯条，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，费用很高。  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/盘刀片直径 a=80要  管件的直径为3/8 4，电机额定功率 i 为 P=荷变动小 ， 满载转 速是 N=1410r/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。  2 传动装置的设计与计算  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 3 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。  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。  速的选择  异步电机的转速主要有 750r/1000r/1500r/3000r/种。当工作机械的转速较高时，选用同步转速为 3000r/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/ 750r/一般机械中这两种转速的电机适应性大，应用比较普遍。  率的选择  对于发动机的选择，应该选择合理的额定功率。而功率的选择以及电动机本身是否发热、载荷的大小、工作时间的长短有关，但一般情况下电动机容量主要由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=载转速为 N=1410r/天工作 10 小时，载荷变动小 用于多尘场合。选用 电动机，其额定功率 P 电 =载转速 n 电 =1400r/步转速 1500r/ 极 )，最大转矩为 m。  电动机确定后，计算出 切管机的传动比为：  i 总 =40070=20                    （ 2 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；  （ 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 4 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是由于 钢管的切割 最大直径为 4，如图 中 1以 两个滚筒的 之间 中心 间 距不能小于 108轮外径不能大于滚筒的直径（ 100若取蜗杆 ，蜗轮 0， m=4， 60同一轴上的齿轮大，按图 2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本次设计中，取蜗轮齿数为 0,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 图 2轮蜗杆传动方案图  图 2轮蜗杆加中间惰轮传动方案图   5 图 2传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图  在 选取完成 传动方案后 ,根据 i 总 =i1i 2的关系分配传动比 个机构的 关系 特性进行  对比 ,如表 2表 2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 :2 4,最大值 6, 三角带型 : 2 4, 最大值 7 有张紧轮平型带 :3 5 最大值 8  开式圆柱齿轮 : 4 6,最大值 15. 开式圆柱正齿轮 : 3 4,最大值 10. 闭式圆柱齿轮 : 2 3,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 角带 式加工齿 式 式 式 锁 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 =9550m) 可知 :当传动的功率 P(定时 ,转速 n(r/高 ,转矩 为此 ,在进行传动比的分配时遵循 ” 降速要先少后多 ”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 6 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 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 对各传动机构比分配情况如下 : .2;0;.5;2 i 总 = 50 0 （ 2 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 . 算各轴的转速、功率和转矩  由表一我们可知，取 带 = 蜗 = 齿 = 滚 =对滚动轴承的效率），根据公式：  12 2 1 2 1, 9 5 5 0 , N T T T 及 （ 2 可知各轴的转速为：  11400 1 1 6 . 7 / m i  2 电     （ 2 2 1 21400 2 3 . 3 / m i n 1 . 2 5 0i i 电（ 2 3 1 2 31400 1 5 . 5 / m i n 1 . 2 5 0 1 . 5i i i 电    （ 2 4 1 2 3 41400 7 0 / m i  2 5 0 1 . 5 1 / 4 . 5i i i i 电（ 2 各轴的功率为：   电 带 = 1 . 5 0 . 9 6 = 1 . 4 4 （ （ 2 蜗 滚 电 带 蜗 滚=P= 1 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 9 = 1 . 0 3 （ （ 2 2 齿 滚 电 带 蜗 齿 滚2=P= 1 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 4 0 . 9 9 = 0 . 9 6 （ （ 2 23 齿 滚 电 带 蜗 滚齿23=P= 1 . 5 0 . 9 6 0 . 7 2 0 . 9 4 0 . 9 9 = 0 . 8 9 （ （ 2 各轴传递的转矩为：  )(电电扭电（ 2  7 )( 1   带扭电扭 （ 2 . 212 滚蜗带扭电滚蜗扭扭 （ 2 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。  )(.V 滚齿蜗带扭电扭 （ 2 将以上各数据制成如表 2示的表格：  表 2轴计算结果  轴号  电机轴          传动比 i   50 (r/1410 0 功率 P(矩 T（ Nm）  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 采用辐板式结构的锻造齿轮。  轮缘内径 d 缘 = d'  顶 26838毂外径 d 毂 = 2=45=72mm(d 轴 2齿轮的孔径，由表三可知  d 轴 2=45辐板厚度 c=30=9板孔圆周定位尺寸：  .5(d 缘 +d 毂 ) =38+72)=1053 辐板孔直径：  d 孔 =d 缘  )=38 d 孔 =17 齿轮示意图如图 3 3轴齿轮示意图  2）已知 轴上齿轮 1， m=3，则：  分度圆直径 d3= 81=243顶圆直径 d 顶 3=m()=3(81+2)=249根圆直径 d 根 3=m(3(宽 B=30 由于 d 根 3>160采用辐板式结构的锻造齿轮。  轮缘内径 d 缘 = d 顶 34919毂外径 d 毂 = 3=50=80mm(d 轴 3 齿轮的孔径，由表三可知   14 d 轴 3=50辐板厚度 c=30=9板孔圆周定位尺寸：  .5(d 缘 +d 毂 ) =19+80)=3 辐板孔直径：  d 孔 =d 缘 - d 毂 )=19 d 孔 =35 、 轴的中心距：  '23 1( ) 3 ( 5 4 8 1 ) 2 0 2 . 52a m z z m m 、 1= 2 （ 3 轴上齿轮如图 3 3轴齿轮示意图  3）已知 轴上的齿轮 8,m=3 则：  分度圆直径 d4= 18=54顶圆直径 d 顶 4=m()=3(18+2)=60根圆直径 d 根 4=m(3(宽 B=30 由于 d 根 3 r  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 装滚动轴承处的直径  d2 套筒的；  套筒的 须符合轴承的标准  由于采用 205型轴承，5mm 在两滚动轴承之间齿轮（蜗轮）处的直径  r r倒圆角半径，查阅手册确定  如如 轴   般轴肩和轴环的直径  a a轴肩或轴环的高度， a=(如 轴，5mm，a=a=55+2*5=65此处 当于5， a=0.1 5+2*019 动轴承定位轴肩直径  查阅手册轴承部分的   装旋转零件的轴头长度   d 一般要求 比旋转零件的轮毂宽度要短一些  环长度    d 如 轴=720 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