自动切管机及送料机构设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 自动切管机及送料机构设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 0923267学生姓名： 刘 赞 指导教师： 高汉华 （职称：副教授 ）（职称： ）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 自动切管机及送料机构设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 96 学 号： 0923267 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 自动切管机及送料机构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据课题来源于生产实际。 切管机在许多制造行业中占有举足轻重的地位，他可以将传统的手工作业转变成批量生产，其生产效率可以大幅度提高，工人劳动强度显著降低，更为重要的是产品质量有了显著的提高。因此在许多制造行业中切管机得到了广泛的应用。 某机车车辆厂，每天都要切割大量 5060 mm 材料为 Q235 的金属管，现需设计制造一台切管机。 1.切管尺寸范围：5060 mm 。 2.切管力：F=3500N 。 3.切管时滚筒转速：70r/min。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：II1.通过该设计使学生熟悉机械设计的一般思路。 2.使学生掌握机械设计的方法和技巧。 3. 通过设计巩固机械制图、金属材料、机械设计基础等课程的知识。 4.完成自动切管机方案设计、主要部件的参数计算。 5.完成标准件的选用。 6.完成零、部件图 8 张以上。 7.完成自动切管机总装图 1 张。 8.撰写毕业说明书一份。 计算正确完整，文字简洁通顺， 书写整齐清晰。 论文中所引用的公式和数据应注明出处。 论文字数不少于 1.5 万字。 四、接受任务学生：机械 96 班 姓名 刘 赞 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名III教 研 室 主 任学科组组长研究所所长签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日IV摘 要自动切管机主要用于加工各种用途的管件，包括各种材料的金属管件，本次设计的自动切管机及送料机构所加工的管件主要是直径在 6070mm之间。本论文设计的自动切管机及送料机构，能自动切管和送料达到自动加工金属管件的目的。完成的工作主要是自动切管机中圆锥齿轮减速器、切管机棍筒、机架及自动送料机构工作方案的设计。其中，切管机的工用原理是：电动机通过V带传动，圆锥齿轮减速箱、开式齿轮传动到一对棍筒，然后带动金属管的旋转，获得切割时的主运动。同时，圆盘刀片向下移动，实现管子的切割工作。其中包括确定切管机设计方案的制定、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）。根据已有的经验公式，对上述各项进行了详细的计算和强度校核之后，确定了各个零件之间的尺寸位置。最后绘制切管机装配图、部件图以及部分零件图。本设计所完成的切管机主要用于车间中对6070mm管件的切管加工，对提高生产效率，减轻工人的劳动强度有着积极的意义。关键词：切管机；减速器；棍筒VAbstractAutomatic cutting machine mainly being used in processing various functional tube parts ,primarily includes varieties materials metals tube parts . This time the designed automatic cutting machine and conveying mechanism essentially process the tube parts which diameter between 6070mm.The task of this time designed automatic cutting machine and conveying mechanism , automatic pipe cutting and feeding mechanism to achieve automatic processing of metal pipe fitting objective. The main work is the automatic pipe cutting bevel gear machine reducer, pipe cutting machine roller, frame and the automatic feeding programme of work organization design. Among them, pipe cutting machine working principle is: the motor through driving V, bevel gear reducer, gear transmission to a pair of roller, and then drive the metal tube rotary, obtain the main movement during cutting. At the same time, move down the disc blade, cutting the pipe. Including the determination of design and calculation formulation, transmission pipe cutting machine design scheme (including the choice of motor, the proposed transmission scheme, the shaft speed, power and torque calculation of the transmission mechanism, design and calculation.).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 of pipe cutting machine is mainly used for pipe processing of 60 70mm pipe cutting workshop, to improve production efficiency, is of positive significance to reduce the labor intensity of workers.Key words: pipe cutting machine; reducer; drum sticks VI目 录摘 要 .IVAbstract.V目 录 .VI1 绪论 .11.1 课题的意义、目的、研究范围 .11.2 国内外的发展概况 .11.3 本课题应达到的要求 .22 自动切管机设计方案的拟定 .32.1 自动切管设计方案的分析 .32.1.1 切管方案的拟定 .32.1.2 切管方案的比较 .42.2 切管方案的确定 .43 自动切管机传动装置的设计 .53.1 传动装置的分析 .53.1.1 棍筒传动装置方案的初步拟定 .53.1.2 各传动装置方案的比较 .63.2 棍筒传动装置方案的确定 .64 切管机传动装置的计算 .74.1 电动机的选择 .74.1.1 电动机的类型和结构分析 .74.1.2 选择切管机电动机的功率 .74.1.3 确定切管机电动机的转速 .84.2 计算总传动比及分配各级的传动比 .84.3 运动参数及动力参数计算 .94.3.1 各轴转速计算 .94.3.2 各轴输入功率计算 .94.3.3 各轴输入转矩计算 .95 切管机传动零件的设计计算 .115.1 V 带轮传动的设计计算 .115.2 圆锥齿轮传动的设计计算 .135.3 圆柱齿轮传动的设计计算 .166 自动切管机轴的设计计算 .196.1 主动轴设计计算 .196.2 锥齿轮输出轴设计计算 .216.3 惰轮轴设计计算 .246.4 棍筒轴设计计算 .257 键联接的选择及计算 .26VII7.1 电机与电动机带轮联接采用平键连接 .267.2 主动轴与减速器机带轮联接采用平键连接 .267.3 锥齿轮输出轴与小圆柱齿轮联接采用平键连接 .267.4 锥齿轮输出轴与大锥齿轮联接采用平键连接 .277.5 惰轮轴与惰轮联接采用平键连接 .277.6 棍筒输出轴与大圆柱齿轮联接采用平键连接 .278 滚动轴承设计 .288.1 主动轴的轴承设计计算 .288.2 输出轴的轴承设计计算 .299 减速机箱体结构设计 .3110 密封及润滑的设计 .3310.1 密封 .3310.2 润滑 .3311 自动送料机构工作方案设计 .3411.1 自动送料装置的总体设计及工作原理 .3411.2 主要组成部分的设计计算 .3411.2.1 驱动的设计和计算 .3411.2.2 轴向运动的传动机构设计和计算 .3511.2.3 夹具的设计和计算 .3511.2.4 控制系统的选择 .3511.2.5 电动机的选择 .3511.2.6 机架的设计 .3611.2.7 其他部分的设计 .3612 结论与展望 .3712.1 结论 .3712.2 不足之处及未来展望 .3712.2.1 不足之处 .3712.2.2 未来展望 .37致 谢 .38参考文献 .39附 录 .40YEJ 系列电磁制动三相异步电动机安装及外形尺寸 .40附录二 .40YEJ 系列电磁制动三相异步机技术数据 .40附录三 .41常见机械传动的主要特性 .41自动切管机及送料机构设计11 绪论机械制造业在国民经济中起着重要的作用的基础产业。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，正是因为这一点，并推动机械制造业生产的快速发展，人们在超前进到一个更高的精度，效率更高，成本更低，更人性化的方向发展。数控技能床，加工中心，柔性制造系统，集成制造系统，虚拟制造，敏捷制造，和其他不断出现的先进制造技术和在新的先进生产模式的新提高企业的生产能力和市场适应能力，产品性能大幅提高，机械制造行业呈现激烈的国际竞争中高速发展的势头。1.1 课题的意义、目的、研究范围传统的工业生产中，长期使用相对落后的手工切割金属管操作，进行批量生产，不仅是劳动密集，生产效率不高，质量差的产品，合格率，导致成本高。随着机械制造业的快速发展和人民的要求越来越高，产品，工厂，以提高生产效率，生产精度，降低生产成本，因此自动切管机的需求已是迫在眉睫。自动切管机在制造业中占有举足轻重的地位，因为自动切管机可以被转换成传统的手工生产，自动化生产，大大提高了生产效率，劳动强度已大大降低，产品质量已显着改善，以满足精度要求的产品。特别是在汽车制造业，石油，冶金和许多其他制造业，管道切割机具有自动送料机构已被广泛使用。自动切管机切割机和送料机构的设计主要是设计用于金属管道切割。其主要内容是在切管机，切割机构和齿轮箱和其相关联的部分的进给机构，其中主要包括传输的设计和计算;整体结构的设计，检查设计计算的研究设计和设计，并通过获得的数据，系统的总装配图，然后绘制相关零件图;最后切管机，自动送料机构组合，实现自动化生产的目的。1.2 国内外的发展概况机械制造业的快速发展，传统的手工工作已经不能满足今天的产品精度高，效率高，成本低，发展，自动化在许多领域取得了很好的效果，自动化已经深入人心。所以自动切管机诞生了。有许多切管机，车床主要管道切割机，锯床型管道切割机，大型通风管道切割机，微型切割机，切管机微电脑，微电脑切带机，微管切割机，微电脑切片机，微电脑带机，微电脑切带机，微剪彩机，微电脑松紧带切割机，微电脑切膜机，粘扣带圆角切割机，微型切割机，FFC软电缆切割机，切片自动化配套设备。图 1.1 车床切断金属示意图无锡太湖学院学士学位论文2图 1. 2 弓锯切割金属示意图图 1.3 砂轮片切割机车床切割机操作工件旋转，翻不动，切割表面质量，可以取得非常理想的状态，但效率较低，多芯片，不易折断，特别是大型加工噪声的切割材料，把寿命不长，切有限由床料的长度。高温，在组织切口的变化。锯切割机类工作工件不旋转，噪音，大口径管材切割，锯片刀的直径增大，面对中心切料歪斜，平行度低，加工表面质量好，加工材料时，会丢失，尤其是在粗切，将有一小片的一侧的前板坯料，影响下道工序的定位，以及从头开始的手可能。轮切管机工作产生较大的火花，有很大的噪音，切割表面质量差，加工时，材料丢失。1.3 本课题应达到的要求通过自动切管机，送料机构设计，使钢60-70mm的自动切管机，自动处理。喂奶后自动切管机，自动切管材料，切割完成上下料，自动送料，继续切割循环工作。可以达到传统的手工工作，投入批量生产，实现自动化生产，大大提高生产效率，大大降低了劳动强度的目的。自动切管机及送料机构设计32 自动切管机设计方案的拟定2.1 自动切管设计方案的分析设计是一个项目，旨在校准的繁琐，复杂的工作，可以组织的大方向，有序，高效的执行。在最大程度上，减少抗工人，误差和偏差的工作过程中，使所生产的产品，它应该是能够实现良好的任务，它应该达到实现的功能。2.1.1 切管方案的拟定根据传统切割金属管的方法和改进方法现拟定以下几种方案：方案一：使用车床，通过切断刀的进给运动来切断金属管；其工作原理图如图 2.1 所示：图 2.1 车床切断刀切断金属管原理图方案二：使用砂轮切割机，通过砂轮片的高速旋转来切断金属管；其工作原理图如图 2.2 所示：图 2.2 砂轮切割金属管原理图无锡太湖学院学士学位论文4方案三：使用切管机，通过棍筒旋转碾压的方法来切断金属管；其工作原理图如下：图 2.3 棍筒旋转碾压割断金属管原理图2.1.2 切管方案的比较方案一程序需要切断的金属管的机器上，只占用一个共同的工具，同时夹紧需要一定的时间，则处理效率不高，夹紧过程中很容易变形，该金属管的夹紧。低生产率和容易顺坏管，但可用于直接输送机的送料。方案二轮需要同时通过摇臂旋转饲料切割金属管，其结构简单，使用方便，生产效率高，而且切割时砂轮磨损大，容易损坏。因此，这种解决方案是只适用于小批量的间歇生产，大规模生产不能满足。方案三的金属管，同时旋转圆盘刀片不断地向下移动，为了达到目的切割管道，机器结构简单，工作可靠，能满足大量切管的目的。其结构简单，也不需要加强，以方便自动处理管。2.2 切管方案的确定基于以上的分析和比较，生产的实际需求和设计要求，设计选择方案三的设计。切割原理是由一电动机的输入运动和力，通过减速齿轮机构驱动旋转滚筒棒，用棒之间的缸和管道，管旋转驱动的切削工具的主运动，并通过刀片的摩擦切割机制进给运动，达到切割金属管。自动切管机及送料机构设计53 自动切管机传动装置的设计3.1 传动装置的分析发送装置是运动和功率之间的数据传输远程兼实现其他效果的移动设备，其功能如下：如图1所示，能量分布;2，速度的变化;3，运动形式的改变。该驱动装置是机器的主要组成部分。3.1.1 棍筒传动装置方案的初步拟定根据设计要求现拟定以下几种传动方案：方案一：涡轮蜗杆-圆柱齿轮传动，其示意图如图3.1所示：图 3.1 涡轮蜗杆-圆柱齿轮传动方案二：二级圆柱齿轮传动，其示意图如图3.2所示：图 3.2 二级圆柱齿轮传动无锡太湖学院学士学位论文6方案三：圆锥齿轮-圆柱齿轮传动，其示意图如图3.3所示：图 3.3 圆锥齿轮-圆柱齿轮传动3.1.2 各传动装置方案的比较方案一：该蠕虫 - 圆柱齿轮，其结构紧凑，传动比大，传动平稳，噪音低，但在长期连续运行的条件下，由于效率低蜗轮，功率损耗，适用于负载较小，间歇工作的情况下，往往需要更昂贵的耐磨材料，具有良好的耐磨性和良好的润滑装置，因而成本较高。方案二：采用两个圆柱齿轮传动，其承载能力和调速范围大，传动比恒定，可靠，效率高，寿命长。但其制造和安装精度高，吵闹，和更高的成本，而设计宽度尺寸较大。方案三：使用锥齿轮 - 圆柱齿轮传动，其承载能力和调速范围大，传动比恒定，可靠，效率高，寿命长。同时设计宽度更小的尺寸也是适合于长期连续运行。但是，其处理成本也较高。3.2 棍筒传动装置方案的确定工作机，以满足性能要求的传输方案，传动机构可以是不同的类型，在不同的组合和排列顺序的组合物。合理的解决方案，应确保运行可靠，结构简单，体积小，易加工，成本低，传动效率高，使用维修设施。当使用计划往往是难以满足这些要求，因此，确保重点的要求。上述比较分析传输方案的基础上，考虑合理的传输方案，所以这种设计选择方案三，用于传输的要求。 是通过滑轮由电机带动，然后通过锥齿轮的锥齿轮和惰轮驱动杆管进行传输，从而达到切割金属管的目的。自动切管机及送料机构设计74 切管机传动装置的计算4.1 电动机的选择选择电机，您必须了解电机，每个电机的出厂铭牌，标用电机的主要技术参数。因此，合理选择电动机，电动机将比较这些特点，在设计中应选择电机类型，结构，动力和速度，并在目录中找到它的类型和大小。4.1.1 电动机的类型和结构分析电动机交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源的结构较复杂，价格较高，维护相对不便，因此不应该使用没有特殊的要求。一般工业用三相交流电源，所以没有特殊的要求，通常选择三相交流电机。三相交流异步电动机具有结构简单，可靠，价格便宜，维修方便等，因此被广泛使用。交流电机的异步和同步电机的类别。异步电动机鼠笼伤口两个，其中一个普通的鼠笼式感应电机应用最。设计荷载的变化，由于其规模较小，所以使用三相笼型异步电动机，封闭结构，电压为380V，因为有时需要快速停止，频繁启动，所以使用YEJ系列。4.1.2 选择切管机电动机的功率工作所需的电动机功率： wdaPkW计算公式：工作机工作所需的电源，是指主动侧杆管工作机所需要的功率，kW;；wP电机工作机的主动侧杆缸效率。a工作机所需工作功率 ，由机器的工作阻力和机器的运动参数（如：线速度、转速wP和角速度）计算求得。在本设计中，设计任务给定的管道切割机的工作参数，切削力：F=3500N，棍筒转速：n=70r/min，切管尺寸范围： 5060mm。现初步选取棍筒直径为 D滚=80mm，两棍筒中心距a=100mm，刀片直径为 D刀=80mm进行计算。根据公式： 34210106610w nFFvnrP滚其中：F切割刀片工作机的工作阻力，N；v工作机刀片的速度，m/s；n棍筒的转速，r/min；r工作机棍筒的半径，mm；D滚工作机棍筒的直径，mm。传动装置的总效率 表示组成传动的各个装置部分运动副效率之乘积，即a123=.an无锡太湖学院学士学位论文8其中： 、 、 . 分别为每一传动副（带、齿轮）、每对轴承的效率。123n传动副的效率数值可按附录一选取。查附录一，取带传动效率 ，滚动轴承传动效率 ，开式圆柱齿轮传10.9620.98动效率 ，圆锥齿轮传动效率 。30.954.5故总效率 42435=7a7610wadapnDFP滚将以上数值代入公式，得： 771.36.58610d kWnF滚4.1.3 确定切管机电动机的转速棍筒的工作转速为n=70r/min;按附录一推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比 ，二级圆锥圆柱124i齿轮减速器传动比 ，则总传动比合理范围为 ，故电动机转速的可2516i 06a选范围为： 04)78/min(da rn符合这一范围的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min 和3000r/min。据的力量和速度，有三个附录II适用电机型号，所以有4个齿轮传动比的方案，如表4-1中所示。表 4-1 传动比方案电动机转速 v(r/min) 传动装置的传动比方案 电动机型号 额定功率 KW 同步转速 满载转速 总传动比 V 带传动比 减速器1 YEJ90S-2 1.5 3000 2840 40.57 3.5 11.592 YEJ90L-4 1.5 1500 1400 20 2.9 6.93 YEJ100L-6 1.5 1000 940 13.43 2.6 5.16考虑到电机和传动装置的尺寸，重量，价格，和皮带传动，齿轮减速比，同时考虑到锥齿轮的大小，所以选择方案三。因此，所选的电机模型YEJ100L-6，其主要性能如表4-1所示。表 4-2 YEJ100L-6 的主要性能满 载 时型号 额定功率 kW转速r/min 电流 A效率 % 功率因素启 动 电 流额 定 电 流 启 动 转 矩额 定 转 矩 最 大 转 矩额 定 转 矩YEJ100L-6 1.5 940 4.0 77.5 0.74 6.0 2.0 2.0主要外形和安装尺寸如表 4-2 所示。4.2 计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比 电 940/70 13.43；ain/自动切管机及送料机构设计92、分配各级传动比：根据附录一，合理的 V 带轮传动比为 24，二级圆锥 圆柱齿轮传动比为 56，故取V 带轮传动比为 2.64，则二级圆锥圆柱齿轮传动比为 u 齿轮=ia/i=13.43/2.64=5.09( 符合) 。对于圆锥圆柱齿轮减速器，可取圆锥齿轮传动比为 i1=0.25i，并尽量使 i13，最大允许到 4，以使圆锥齿轮直径最小。但同时考虑到圆柱齿轮的尺寸，综合考虑两种因素，决定取 i1=3.9，则 i2 总=5.09/3.9=1.3，现拟定 i2=3，i3=1/2.3 。表 4-3 YEJ100L-6 的外形和安装尺寸外形尺寸 底角安装 尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸中心高 H (/2)LACDHAB K DE FG100 405282.5245 160140 12 2860 8244.3 运动参数及动力参数计算4.3.1 各轴转速计算轴 1094356/min2.mrni轴 21.惰轮 304/i3ri棍筒 4.7n1/2n4.3.2 各轴输入功率计算轴 01.6.91.3d kWP轴 21238052惰轮的轴 3.棍筒的轴 44917k4.3.3 各轴输入转矩计算电动机需要的轴输出转矩：无锡太湖学院学士学位论文101.369505.82940ddmNmPTn轴 11.82.5.01i轴 223.7惰轮轴为 37.538.93.mN棍筒轴为 4341/. 45Ti自动切管机及送料机构设计115 切管机传动零件的设计计算5.1 V 带轮传动的设计计算1、确定计算功率需要为：初步拟定该切管机工作寿命是10年，两班制的工作制度。根据参考文献 1表8-7 可查得，其工作情况系数 ，1.3Ak.59caAkWPk2、选择V带：根据 、 ，查参考文献 1图8-11 选用A型V带。can确固定皮带轮速度参考直径和验证：从参考文献1表8-6和8-8，以基准的马达皮带轮直径 106dm106945.260 /dnv s525/mss带速合适。3、计算大轮的基准直径： 121279.8dddmni根据文献1表8-8，圆润。4，确定V形皮带的中心距为基准长度：根据 012120.7()()dda初定中心距 45m0 02101224()()dddaL0 253(86)245(6)d m从参考文献1表8-2与参考长度选举。5，计算实际中心距离： 0048.2dLa6、电机滑轮包角： 1218159.6207.3()da 无锡太湖学院学士学位论文127、计算带的根数：根据 ，106dm1940/inr利用插值法，查参考文献 1表8-4a 得 .9kWP根据 ，94/inr2.6查参考文献 1表8-4b 得 0利用插值法，根据文献 1表8-5得 .8使用考文献 1表8-2 得 .9lk0()1.03r lkPk故取 根。1.53caz 2z8、计算V带的初拉力的最小值：从参考文献 1表8-3 可以查得 A型V带长度是质量 0.1/qkgm0min 2(2.5)cakPvzF0in.09481.50.525min.6N9、计算压轴力： 10min22159.615.sin.2s =p NzF。10、V带轮的尺寸计算：1) 电动机带轮需要的尺寸的计算：从上面计算可以听知，电动机带轮为A型，其直径为 106dm查表，得：bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=150.3，fmin=9， =34轮毂宽度 B=(z-1)e+2f(2-1)15+2933mm，取B=35mm轮毂外径 da=dd+2ha=106+22.75=111.5mm轮毂孔径 由电动机输出轴尺寸决定，由表4-3，得d孔=28mm，键槽宽b=8mm。2) 减速器机带轮的尺寸计算：由上面计算可知，减速器机带轮为A型，其直径为 280dm查参考文献 1表8-10 ，得：bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=150.3，fmin=9， =38轮毂宽度 B=(z-1)e+2f(2-1)15+2933mm，取B=35mm轮毂外径 da=dd+2ha=280+22.75=285.5mm自动切管机及送料机构设计133) 结构选择：电动机带轮：2.5 dddd1300mm采用腹板式结构。减速器机带轮：dd2300mm，且D1-d1100mm采用孔板式结构。5.2 圆锥齿轮传动的设计计算1、选择齿轮类型，精度等级，材料和牙齿;从参考文献1表10-8理查德，通用减速机的精度水平是68，减速机的精度等级为7。从参考文献1表10-1选择小齿轮材料