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切管机
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I切管机的机械结构设计II摘要液压切管机床是一种新型管材下料机床，是在传统机床设计基础上与液压系统相结合而设计的。该机床主要包括主轴箱，定心夹具，摩擦送料机构，液压系统，电气控制系统等。其特点为切割管料范围广，噪声污染小，操作控制简单，结构尺寸小，占地面积小，成本低廉，适合中小批量生产的厂家。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料。关键词切管机；送料；定心夹具；切断IIIABSTRACTHYDRAULICPIPECUTTINGMACHINEISANEWKINDOFPIPECUTTINGMACHINETOOL,ISBASEDONTHETRADITIONALMACHINETOOLDESIGNCOMBINEDWITHAHYDRAULICSYSTEMISDESIGNEDTHISMACHINEISMAINLYINCLUDINGSPINDLEBOX,CENTRALIZER,FRICTIONFEEDERSTRUCTURE,HYDRAULICSYSTEM,ELECTRICALCONTROLSYSTEM,ETCITSCHARACTERISTICISCUTTINGTHEPIPEMATERIALISWIDE,SMALLNOISEPOLLUTION,SIMPLEOPERATIONCONTROL,THESTRUCTUREOFSMALLSIZE,COVERANAREAOFANAREASMALL,LOWCOST,SUITABLEFORMEDIUMANDSMALLBATCHPRODUCTIONOFTHEMANUFACTURERSWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,ALLKINDSOFNEWMATERIALS,NEWTECHNOLOGYANDNEWTECHNOLOGIESAREEMERGING,ANDTHEMECHANICALMANUFACTURINGTECHNOLOGYISDEVELOPINGINTHEDIRECTIONOFHIGHQUALITY,HIGHPRODUCTIVITYANDLOWCOSTTHEEMERGENCEOFAVARIETYOFNEWTECHNOLOGY,HASBROKENTHROUGHTHETRADITIONALRELYONMECHANICALENERGY,CUTTINGFORCETOCARRYOUTTHESCOPEOFTHECUTTINGPROCESS,CANPROCESSAVARIETYOFDIFFICULTPROCESSINGMATERIALS,COMPLEXSURFACESANDCERTAINPARTSWITHSPECIALREQUIREMENTSTHEADVENTOFCNCMACHINETOOLSTOIMPROVETHEFREQUENCYOFSMALLBATCHPARTSANDTHESHAPEOFCOMPLEXPARTSPROCESSINGPRODUCTIVITYANDPROCESSINGACCURACYINPARTICULAR,THERAPIDDEVELOPMENTOFCOMPUTATIONALMETHODSANDCOMPUTERTECHNOLOGYHASGREATLYPROMOTEDTHEPROGRESSOFMECHANICALPROCESSINGTECHNOLOGY,SOTHATTHEAUTOMATIONOFTHEPROCESSHASREACHEDANEWSTAGEKEYWORDSPIPECUTTERFEEDINGCENTERINGFIXTURECUTOFFTHEIV目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111选题的背景112国内外的现状和发展113研究设想与设计方法114预想结果1第2章液压切管套丝机总体方案的确定321液压切管套丝机总体设计322总体方案综合评价和选择323液压切管套丝机设计修改和优化324本章小结4第3章液压切管套丝机总体布局的设计531液压切管套丝机总体布局的分析532总体布局的初步拟定533总体布局的最终确定534本章小结6第4章电动机的选取741电动机类型和结构形式742电动机的容量743套丝电动机的选取744液压马达的选取945本章小结9第5章套丝机的设计1051设计思路1052工作原理1153连接固定方式1154蜗轮蜗杆转动机构1155本章小结14V第6章轴的设计与计算1561蜗杆轴最小尺寸的确定1562蜗杆轴各段尺寸的确定1563蜗轮轴各段尺寸的确定1664轴上零件的周向定位1765蜗轮轴上的载荷1766轴承的校核2167本章小结22第7章联轴器、键的校核及选择2371联轴器类型的选择2372键的选择及强度计算2473本章小结25第8章切管机的设计计算2681切管机的组成2682套丝机工作原理2683切刀尺寸的选取和设计2784V带转动的设计计算2785V带轮设计2986本章小结30第9章液压系统的设计计算3191液压转动系统设计一般步骤进行3192明确液压系统的技术要求3193液压系统的功能设计3194本章小结42结论43致谢44参考文献451第1章绪论11选题的背景液压切管套丝机应用范围十分广泛，它的一种金属切割机床。随着计算机、液压等先进技术的广泛应用，液压切管套丝机制造水平大大提高。进一步开发自动定长，自动夹紧，自动切削，通过PLC控制来实现切刀自动进给和返回进行切削管料。12国内外的现状和发展当今液压切管套丝机的发展趋势是在切割管材并套丝时能够自动定长、自动夹紧、自动切削、并通过液压技术、PLC技术进行控制。1）规格切管机有自动液压切管机、半自动切管机、手动切管机，大多为小型机床，套丝机有电动套丝机，手动套丝机，以小型为主。2）控制以液压技术和PLC技术为主，能过自动定长、自动夹紧、自动切削，70以上的切管为液压型。3）功能该机适于加工较长的管材，直径为在，壁厚不大于。能够套201M6M丝直径为规格不同铁管的螺纹。206M13研究设想与设计方法改装前我们对普通切管套丝机所存在的缺点和一些影响机床精度和质量的因素，进行了调查和分析，决定把研究方向放在解决下面六个问题上1）减少加工费用。2）改善机床的噪声。3）实现切刀的自动进给。4）合理选择转动机构。5）能够加工长管材、能对直径比较大的管材进行套丝。6）用液压系统控制切刀的进给量。14预想结果1）与普通车床相比，解决了不能加工较长管料的难题。2）与砂轮切割机相比，提高了加工质量，解决了消耗资金大、环境污染严重等问题。3）由于该机是刀具通过旋转运动来切削固定不动的工件，所以结构紧凑，制造成本2低。4）由电动机带动蜗轮蜗杆转动机构对管料进行套丝，从而结构比较紧凑，工作稳定。5）由液压马达驱动经V型皮转动带动切刀旋转，减少了噪声污染。3第2章液压切管套丝机总体方案的确定21液压切管套丝机总体设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要技术指标包括1）用途可切割并套丝一定范围直径的金属管材2）主要参数机床外廓尺寸2000MM1000MM1200MM长宽高切刀旋转面积240M切刀长度200MM切刀转速范围5/INR套丝转速/I切割管材直径201套丝直径6M3）驱动方式液压切管套丝机有液压及机械两种传动；切刀工作进给及旋转靠液压、机械传动，套丝由蜗轮蜗杆转动进行套丝。22总体方案综合评价和选择液压切管套丝机的总体转动方式主要有三种工件旋转切刀垂直进给、工件旋转并且带动切刀旋转进给、切刀旋转工件固定。1）工件旋转切刀垂直进给式结构简单，适用于小批量切削。缺点是，切刀容易崩碎。2）工件旋转并且带动切刀旋转进给能够进行无屑切削、节省材料。缺点是，受力大，管材摩擦力大。3）切刀旋转工件固定式结构紧凑、制造方便、成本低。切削稳定。三种转动方式中切刀的进给量都依靠液压驱动。综上所诉，我选择第三种方案、切刀旋转工件固定为转动方式对管材进行切割及套丝。23液压切管套丝机设计修改和优化1）将液压系统驱动切刀的向下进给，用液压系统的差动回路，使切刀进行快速进给、工作进给。42）由电动机经V型带带动切刀旋转运动，从而结构简单并且经济，由电动机带动蜗轮蜗杆转动带动套丝板装置对管件进行套丝，结构比较紧凑。24本章小结设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。5第3章液压切管套丝机总体布局的设计31液压切管套丝机总体布局的分析由于液压切管套丝机的总体布局关系着它的性能，质量和整体的合理型，所以在决定液压切管套丝机布局时，应注意以下几个问题1）液压切管套丝机的刚度，精度，抗振性和稳定性。支撑部件应力求有足够的刚度，运动件在不影响本身刚度的条件下，应尽可能做到体积小，重量轻。2）液压切管套丝机的布局应尽量使传动链较短，以简化结构，提高传动精度和效率，减少功率损失和发热量，降低制造成本。采用合理布局，例如V带传动，蜗轮蜗杆转动等。3）液压切管套丝机操作与调整要简单，装拆与维修要方便，排屑与冷却要畅通，联锁与防要安全可靠。在考虑机床布局时必须重视减轻工人的劳动强度，改善劳动条件和环境，如操作三角夹盘位置高低适当，并尽量集中。4）液压切管套丝机的外观轮廓应美观，大方和协调。32总体布局的初步拟定根据图31中所作的分析，可以从大体上知道了总体布局需要涉及的问题。此时参看设计任务书可知道设计的要求。因此，总体布局必须要完成设计所要求的内容。一般来说，由于后床腿承受的力较大，故后床腿尺寸要大些，前床腿可以小些。一般车床的高度都在8001800MM之间。为了工人的操作方便，要将前后两床腿同时加高一部分，大约在400500MM之间最为适宜。主要材料采用水泥等即可。液压切管套丝机的外观造型模仿车床的大体外观。33总体布局的最终确定综合以上分析，确定设计方案如图316图31液压切管套丝机总体装配图34本章小结经分析可以从大体上知道了总体布局需要涉及的问题。此时参看设计任务书可知道设计的要求。因此，总体布局必须要完成设计所要求的内容。液压站7第4章电动机的选取41电动机类型和结构形式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电动机因此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构形式。Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、掘拌机等。常用Y系列三相异步电动机的技术数据和外形尺寸见相关手册。对于经常起动、制动和正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）。电动机的类型和结构形式应根据电源种类（交流或直流）、工作条件（环境、温度、空间位置等）、在和大小和性质（变化性质、过载情况等）、起动性能和起动、制动、正反转的频率频繁程度等条件来选择。42电动机的容量功率选择得是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏，而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低，增加奠定消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。对于载荷比较稳定、长期连续运行的机械（如运输机），只要所选电动机的额定功率PM等于或稍大于所需得电动机工作功率P0，即可，即PMP0，这样选择的电动机就能安全工作，不会过热，因此通常不必校验电动机的发热和起动转矩。43套丝电动机的选取套丝电动机功率必须要合理确定，若功率选用得过大，则消耗电力多，造成浪费，选用得过小，则又使机床的使用效率受到了限制。一般使用下述方法互相参考比较而定。根据14可得电动机的功率公式为（41）（42）10WFVPO8（43）式中工作机的有效功率，即工作机的输出功率，单位为KW，它有工作机的工作WP阻力和运动参数确定；V为工作机的线速度，单位为M/S；从电动机到工作机间的总效率。她为组成传动装置和工作机的各部分运动副或传动副的效率之乘积；蜗轮传动的效率；1两对圆锥滚子轴承的效率；2计算总效率时，应注意以下几点（1）各机械传动效率的概率值，各概略值都有一定的范围，一般取个范围的中间值。（2）带传动的效率是指V带的传送效率，我们在这采取的是V带A型。（3）轴承的效率包括两对圆锥滚子轴承，在计算时要把两对转动都考虑在内，不要漏掉。切管电动机所需功率WPF2000N，V02M/S，工作机的效率。取。代入（42）式得107107根据上面的公式要使电机能够安全的实现工件的工作我们所选择电动机057WPK的功率必须大于计算所得的功率，当所选电动机的功率大于工作所需功率时电动机的能量有所浪费，当电动机的功率小于工件完成运动所需要的功率时则不能安全的实现工件主轴的做功。电动机转速选择的是否合理，容量相同的三相异步电动机，一般有3000R/MIN、1500R/MIN、1000R/MIN及750R/MIN四种同步转速。电动机同步转速愈高，磁极对数愈少，价格愈低。但是电动机转速愈高，传动装置总传动比愈大，会使传动装置外部尺寸增加，提高制造成本。而电动机同步转速愈低，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机转速时，应综合考虑，分析比较。电动机转速对整个机构的运动的速度都有很大的影响。电动机的转速经过蜗轮传动进行减速，再由蜗轮轴带动套丝筒进行旋转运动，由此可得电动机速度的选择要根据蜗轮的转动比来综合考虑。所以取电机的额定功率为075KW。由上述可得我们选用电动机的转速为1440R/MIN。25FVKW944液压马达的选取1）液压马达与液压缸一样，也是液压系统中的执行器，液压马达是把液压能转换成连续回转机械能，液压马达输入油液的实际压力称为工作压力P，工作压力取决与负栽。额定压力是指液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。液压马达可以进行无级调速，质量轻等优点。根据切刀的转速，与其带的转动比，来选择液压马达。马达型号52GM理论排量1MLR额定压力16PA公称转速26001/INR最低转速600理论转矩64NM重量34KG2）系列高压齿轮马达为三片结构，主要由铝合金制造的前盖，中间体，后盖5GM合金钢制造的压力板等部件组成。前后盖内各压装两个DU轴承，DU材料使齿轮泵提高了寿命，压力板是径向和轴向压力补偿的主要元件，可以减轻轴承载荷和自动调节齿轮轴向间隙，从而有效地提高齿轮马达的性能指标和工作可靠性。3）液压马达的实际输入功率为IPIPPQ液压马达的工作压力马达的实际流量液压马达的工作压力IPPQ6331025140IW，已知液压马达轴的直径为。40IPKWM45本章小结由于生产单位一般多采用三相交流电动机因此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机。功率选择得是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。10第5章套丝机的设计51设计思路套丝机是一种管件螺纹加工的一种机械。本机器适用于套丝直径为的206M管件，设计套丝机首先要考虑管件的夹紧问题，大多夹紧机构采用液压夹紧，由于管件比较长，难于对管件自动送料，自动化不能得到实现，所以无需对管件自动夹紧，本机器采用手工夹紧，主要考虑了加工、套丝管件方便。再次必须考虑套丝机的套丝速度，由电动机带动转动机构进行套丝时，转动比比较大，从设计方案中，可以想到用蜗轮蜗杆转动机构，由于转动比要求很大，采用蜗杆头数为，1Z套丝对管件进行套丝必须具备两个运动条件一、是套丝筒必须有轴向移动的距离。二、在套丝时，套丝机必须对管件有个轴向力。要使套丝机对管件产生一个推力，必须要使套丝机向管件方向移动，我采用液压转动来作为驱动力，推动套丝机向管件方向移动。套丝管件时，为了使管件受力均匀，采用四把刀对管件进行套丝。图51套丝机构1152工作原理管件固定，套丝筒旋转。由电动机产生驱动力，带动蜗轮蜗杆转动机构，经蜗轮轴带动套丝筒做旋转运动。蜗轮轴与套筒是通过滑键联接，轴上的套筒则可沿键作轴向滑移。滑键固定在套筒上，套筒带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。这样，只需在轴上铣出较长的滑键，而键可做得较短。套丝需要轴向进给外，还需轴向力，轴向力由液压驱动为动力，经液压缸的轴推动减速器箱底的肋板，产生轴向力，带动减速器轴向移动，移动导轨采用车床的三角导轨，液压缸轴与减速器箱底的肋板是焊接固定的，在液压驱动下，减速器能够自动进给和自动返回。53连接固定方式管件采用三角爪盘来固定，进行人工操作。蜗轮轴与套丝筒的轴向固定采用螺母联接。套丝刀与套丝筒的固定采用螺钉联接。液压缸与支座的固定采用螺纹销联接。减速器的固定方式由轴承端盖固定圆锥滚子轴承的轴向运动，电动机轴与蜗杆轴通过联轴器来固定，蜗轮与蜗轮轴通过平键来固定，液压缸轴与减速器箱底的肋板是焊接固定。54蜗轮蜗杆转动机构（1）选择蜗杆转动类型根据，采用渐开线蜗杆（ZI）/08519GBT（2）选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆转递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为。蜗45HRC轮用铸锡磷青铜ZCUSN10P1。金属模铸造，为了节省贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁制造。10HT（3）按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆转动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按校核齿根弯曲疲劳强度。转动中心距（51）232EPHZAKT1）确定作用在蜗轮上的转矩2按，估取效率，Z072）确定载荷系数K66652107595959170913PTNMNMNNI12因工作载荷较稳定，估取载荷分布不均系数，由机械设计表115选取使用系1K数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则15AK05V105126V3）确定弹性影响系数EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。1260EZMP4）确定接触系数选假设蜗杆分度圆直径和转动中心距的比值，从机械设计图1118中1DA可查得。29Z5）确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCUSN10P1，金属摸铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，45HRC可从机械设计表117中查许用应力。268MPA应力循环次数寿命系数则6）计算中心距取中心距，因，故取模数4，蜗轮分度圆80AM31I直径，这时14DQ从机械设计图118中可查得接触系数因为因此以上计算结果可用。Z（4）蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸轴向齿距直径系数1035D27Z72910602103HNJNL7815HK5236092670934M1DA140DQM8NMPAA31256APM13齿顶圆直径12408ADMM齿根圆直径分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚538R（5）蜗轮蜗轮齿数；变位系数0500；21Z验算转动；这时转动比误差为是允许的蜗轮分度圆直径243124DMZM蜗轮喉圆直径213AAH蜗轮齿顶圆直径2齿顶高齿根高AHM148FM蜗轮齿根圆直径2214FDM蜗轮咽喉圆半径（6）校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据05,5228,查得齿形系数2X2VZ248FAY螺旋角系数许用弯曲应力FFN从表中查得由ZCUSN10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力56FMPA寿命系数3I0357110940Y23311528COS3COS7V1628AS22803GAR69710592FNK553423832401FMPAAPA25FFAFKTDM11304FHFDC14弯曲强度是满足的。55本章小结设计套丝机首先要考虑管件的夹紧问题，大多夹紧机构采用液压夹紧，由于管件比较长，难于对管件自动送料，自动化不能得到实现，所以无需对管件自动夹紧，本机器采用手工夹紧，主要考虑了加工、套丝管件方便。15第6章轴的设计与计算61蜗杆轴最小尺寸的确定轴的设计计算需要注意以下内容1）轴的材料主要是碳钢和和合金钢，根据需要选用45钢。2）零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的，定位轴肩的高度一般取为，为与零件相配处的轴的直径。单位为。071HDM滚动轴承的定位轴肩的高度必须低于轴肩内圈端面的高度，以便拆卸轴承。3）蜗杆轴上的功率P1，转速N1和转矩T1P1057KW，N1910R/MIN（61）663110759509810PTNMN4）初步估算蜗杆轴的最小直径先按式机械设计手册初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢，调质处理，根据机械设计，取得A0110，于是得133MIN007519PDAM考虑轴上键槽的削弱，轴径需加大，取IN24D62蜗杆轴各段尺寸的确定根据轴向定位的要求确定轴的各段长和直径拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。已知阶梯轴有如下公式轴肩（环）高度轴环宽度071AD14BA1）由计算可的轴的最小直径为24MM,故轴段I的直径为。故取轴段I的长12DM度。24DM2）轴段I采用键定位，其尺寸为，由于轴段I仅仅是用键来定位的，8BHM所以轴段I的长度与键的宽度和高度有关，所以。1124,30DL3）取安装轴承端盖的轴段II的直径2,L164）轴段III的左端是由圆锥滚子轴承3106固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用轴承端盖和轴环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的圆锥滚子轴承的支承环的高度为25MM，并且选定轴III的直径，为了使轴承紧密30DM的固定在轴上，轴段III的长度选为。320LM5）轴环的宽度为，由蜗宽度，得。4M1286BZ14B图61蜗杆轴的结构示意图63蜗轮轴各段尺寸的确定1）由计算可的轴的最小直径为26MM,故轴段I的直径为。由于I段与键联126DM接，外加圆螺母固定，故取轴段I的长度。140DM2）轴段I采用键定位，其尺寸为，由于轴段I仅仅是用键来定位的，8BH所以轴段I的长度与键的宽度和高度有关，所以。1126,40L3）取安装轴承端盖的轴段II的直径2,3DL4）轴段III的左端是由圆锥滚子轴承3106固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用轴承端盖和轴环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的圆锥滚子轴承的支承环的高度为2MM，并且选定轴III的直径，为了使轴承紧密的30DM固定在轴上，轴段III的长度选为。320LM5）轴段IV为键槽，与蜗轮连接，已知蜗轮的宽度为，为了便于固定蜗轮，B轴段IV的长度应小于蜗轮的宽度，所以。48L6）轴环的宽度为，由蜗杆宽度，得。41206BZ140BM17图62蜗轮轴结构示意图64轴上零件的周向定位蜗杆轴与电动机轴的周向定位采用平键联接。按查得平键截2D（GB/T10951979），键槽用键槽铣刀加工，长为22MM（键长见8BHMGB/T10961979）13。滚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M6。确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为R1MM。65蜗轮轴上的载荷由机械设计手册查得2211220637/,35/,89/,9/BSNMNM画轴受力结构简图如图61所示1）计算扭矩，蜗杆所受的外力偶矩为取蜗杆轴最小直径为，扭矩为24M78TNM2）计算极惯性矩，轴横截面的极惯性矩为3）计算应力（切应力）441325PDIC89417024781809/2/251023TMI595910KPN18可以确定轴承的支撑点跨距，182LM267367LM水平面支反力，1122104,396RRFNVNL垂直面支反力1122185,04,TTFNHNL4）画弯矩图、转矩图1227568M340HNVMFLN总弯矩2112268730MHVN扭矩T109427NM弯矩图如图6219图63工作轴的载荷分析图从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为T7870NMMM143145NMM5按第三强度理论进行强度校核2MAX1WW为轴的抗弯截面系数，W3DTB2W33125632749152142222MPAS15故安全2224851截面E左侧面校核抗弯截面系数W为W01D301X25315625MM3抗扭截面系数WT为WT02D302X1533125MM3弯矩M及弯曲应力为M54600MN0821175MPABWM5460312扭矩T3及扭转应力为T327300MN404MPAT6750根据机械设计用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数K,K0541由机械设计得尺寸系数80由机械设计得扭转尺寸1轴按磨削加工，由机械设计得表面质量系数为092轴未经表面强化处理，即，则按机械设计，得综合系数值为QK1000911920K116354计算安全系数S1889MA101860927S457AK1245243SCA44S152227891故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。66轴承的校核机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。对型号为3006圆锥滚子轴承进行校核。由可知主动轴的轴向力。4091AFN所受径向力FR17545/287725N08787250491362RAPN2263102589309HHLL轴承安全。67本章小结轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。23第7章联轴器、键的校核及选择71联轴器类型的选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器1）载荷计算公称转矩由表查得工作情况系数，计算转矩为15AK1578015CAATKNM2）型号选择从中查得型弹性套柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转438GB6TL2速为。0/MINR轴孔长度许用转速轴孔直径123,DY型,JZ型许用转矩NT铁钢铁钢L1DSA转动惯量I重量型号NM/IRM2KMG32、35、386TL250330038004040、4282608216054500261036工作温度207C件号名称材料1、7半联轴器钢铁20HT2螺母按性能等级5级3垫圈6NM4挡圈3Q5弹性套橡胶6柱销35105ZG8制动轮铸钢72键的选择及强度计算1）键的选择键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、663109091PN24使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽键高表示）与长度L。键的截面尺寸按轴的直径BHBH由标准中选定。键的长度一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮的长度；DL而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为，152LD这里为轴的直径。所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。重要的键联接在选用键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。2）键联接强度计算滑键联接强度计算，平键联接转递转矩时，联接中各零件的受力情况。对于采用常用材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃，除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于导向平键联接和滑键联接（动联接），其主要失效形式是工作面的过度磨损。因此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布。普通平键联接的强度条件为71导向平键联接和滑键联接的强度条件为72式中T转递的转矩（），单位为；/2TFYDNMK键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，单位为；05KH键的工作长度，单位为，圆头平键，平头平键，这里为键LMLLBLL的公称长度，单位为；为键的高度，单位为；B轴的直径，单位为；D键、轴、轮三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为；PM键、轴、轮三者中最弱材料的许用应力，单位为；P对套丝筒与蜗轮轴联接的滑键进行强度校核已知73，已知蜗轮蜗杆的转动效率为，得075,46/MINWPKR07167TNM310TPPKL3210PPKLD950WTNPK25T工作机的阻力矩74强度满足条件。73本章小结键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求取定。通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。3321067109861052PPTMKLD32PPTKLD26第8章切管机的设计计算81切管机的组成该切管机由动力部分（主动机）、工作部分、液压部分、转动部分（V型带）辅助部分（支料滑车及导轨）组成。液压站图81切管机构装配图1支撑架2滚轮3管件4螺母5平键6V型带7皮带轮8轴承端盖9密封圈10圆锥滚子轴承11三角卡盘12切刀13弹簧14密封活塞15螺母16进油口17密封圈18夹紧机构82套丝机工作原理1）如图81所示，工件向右进料，由于管件比较长，为了防止管件过长发生塑性弯曲，在夹紧机构后面加上支撑架，由滚轮带动，当移动管件时减少摩擦力，减少劳动、强度。当三角卡盘夹紧管件后，主电机经V型带带动空心主轴转动，液压油通过进油口、聚油环槽进入轴上油路中，最后进入进刀油缸上腔，并推动进刀活塞运动，进刀活塞上紧固的刀具进行辗压其管壁。直到管件发生塑性变形最终切削最终断裂，液压系统关闭换向阀，进刀活塞在弹簧的作用复位，即退刀，一个工作循环完成。2）切管机液压系统原理图，它是单作用缸弹簧复位液压回路。切管机采用了间隙密封技术，如图所示的聚油环槽两边的间隙密封处，要求研配后抛光，以获得较小的密封性能，并保证较小的旋转运动阻力和良好的密封性能，液压系统工作时，液压油从油口27进入聚油槽中，此时无论空心主轴是静止或是旋转运动，都不会影响液压油的正常流入轴上油路中，从而实现了相对旋转运动机构间的液压转动。液压通过间隙密封处，允许有微量的泄油流量，泄油油液流经轴承起润滑作用，在经泄流回油箱。83切刀尺寸的选取和设计切刀是切管机的核心部件，应有一定的硬度和较好的韧性，减少切割作业中脆断。切割刀采用耐冲击工具钢，经过特殊的热处理工艺，由数控机车加工制成，保证了硬度和韧性要求。由于管材直径不断增大。切刀的尺寸也不断增大，为了减少切刀的尺寸，应选取硬度比较大的刀具。我采用了两把切刀对管件进行工作，管件固定不动，切刀刀刃圆周高速旋转，慢速切入进给，不断辗压其管壁，导致管壁塑性变型最终断裂。由于切刀为无齿刀具，整个切削过程都不产生切屑，故称之为无屑切削。切刀控制原理在这工作过程中切刀进给工作采用了液压缸驱动，我采用液压系统的差动连接，使得刀具能够快速的运动，在短时间内接近管件。当刀具接触管件后，由变量液压泵产生小流量液压油，从而推动刀具工作进给。当切断管件后，液压换向阀换向，高压油回油，进回油箱。切刀机械原理活塞与切刀焊接而成，由泵产生高压油推动密封活塞运动，导致切刀产生推力，对管件进行工作进给，当切断管件后，高压油回油箱，由弹簧产生复位力，使刀具返回原先位置。84V带转动的设计计算1设计准则和单根V带的基本额定功率根据分析可知，带转动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带转动的设计准则应为在保证带转动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。2设计V带转动时给定的原始数据转递的功率，转速、（或转动比），转动位置要求及工作条件等。设计内容P1N2I包括确定带的截型、长度、根数、转动中心距、带轮基准直径及结构尺寸等。3设计步骤和方法1确定计算功率CAP计算功率是根据转递的功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的CP影响而确定的。即（81）CAAK式中计算功率，单位为；CAPW28转递的额定功率（例如电动机的额定功率），单位为；PKW工作情况系数；AK已知电动机型号为，额定功率，转速，转动比，124YM4P140/MINNRI一天运转时间。（以下机械设计为第七版，西北工业大学机械原理及机械零件0H教研室编著）由机械设计表86查得工作情况系数，故1AK14CAAKPWK2）选取窄V带型根据、，由机械设计图89确定选用型。CAP1NSZ3确定带轮基准直径由机械设计表83和表87取主动轮基准直径。180DM从动轮基准直径2D21DDI验算带的速度带的速度合适。4）确定窄V带的基准长度和转动中心距根据，初步确定中心距。1201207DDA0128AM根据机械设计式（820）计算带所需的基准长度机械设计表82选带的基准长度。50DLM按公式计算实际中心距A5）验算主动轮上的包角12180578012DAA主动轮上的包角合适。6）计算窄V带的根数Z（82）0CALPPK由、，查机械设计表85和表85140/MINNR18D1ICD210128507242DDDL1804/6032/5/606NSS04DM29016PKW由机械设计表88得和表82得1AK9L430261Z取根3Z7）计算预紧力0F由式（823）知（83）2051CAPQVVZK查机械设计表84得，故6/QKGM2042551063184533FN8）计算作用在轴上的压轴力P由机械设计式（824）得1018022384572582PAFZSINSINN85V带轮设计1）V带轮设计要求设计V带轮时应满足的要求有质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般应为32）以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。2）带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为或；转速较高是宜采用150HT2铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。3）结构尺寸铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式实心式；腹板式；孔板式；椭圆轮辐式。带轮基准直径（为轴的直径，单位为）时，可采用实心式；25DM时，可采用腹板式（当时，可采用孔板式）；30DM10DD可采用轮辐式。30带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构型式；根据带的截型确定轮槽尺寸；带轮的其它结构尺寸可参照机械设计图812所列经验公式计算。确定了带轮的各部分尺寸后，即可绘制出零件图，并按工艺要求注出相应的技术条件等。图82V带轮的结构D为轴的直径152,15LBDL当时，86本章小结管件发生塑性变形最终切削最终断裂，液压系统关闭换向阀，进刀活塞在弹簧的作用复位，即退刀，一个工作循环完成。当切断管件后，液压换向阀换向，高压油回油，进回油箱。31第9章液压系统的设计计算91液压转动系统设计一般步骤进行1）明确设计依据，进行工况分析2）初步拟订液压系统原理图3）初步确定液压系统参数4）液压元件的计算和选择5）液压系统性能的验算6）绘制液压系统工作图编写技术文件92明确液压系统的技术要求机器设备的技术要求是设计液压系统的依据和出发点。设计者应在设计之初与用户或主机制造单位共同讨论，并辅以调查研究，以求定量了解和掌握下列技术要求1）主机的工艺目的（用途）、结构布局（卧式、立式等）、使用条件（连续运转、间歇运转、特殊液体的使用）、技术特征（工作负载是阻力负栽还是超越负栽、恒值负载还是变值负栽，以及负载的大小；运动形式是直线运动、回转运动还是摆动，位移、速度、加速度等运动参数的大小和范围）等。由此确定哪些机构需要采用液压转动，所需执行器的形式和数量，执行器的工作范围、尺寸、质量和安装等限制条件。2）各执行器的动作循环与周期及各机构运动之间的连锁和安全要求。3）主机对液压系统的工作性能如运动平稳性、转换精度、转动效率、控制方式及自动化程度等要求。4）原动机的类型（内燃机还是电动机）及功率、转速和转矩特性。5）工作环境条件、如室内或室外、温度、冲击振动、易燃易爆及腐蚀情况等。6）限制条件，如压力脉动、冲击、振动噪声的允许值等。7）经济性要求，如投资费用、运行能耗和维护保养费用等。93液压系统的功能设计切管套丝机切刀要完成快进工进快退原位停止的工作循环，并按能满足活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动的类型，即单作用式液压缸最大切削力为；工件进给要求能在快进、快退速度为，工进行10LFN026/MIN6/MIN程为,摩擦系数,两把切刀重量为，往复运动的加速减速MSF1DF50GFN时间要求不大于05。（1）设计要求32（2）确定执行元件（液压缸）的主要结构尺寸；DD（3）绘制正式液压系统图；（4）选择各类元件及辅件的形成和规格；（5）确定系统的主要参数；（6）进行必要的性能估算（系统发热计算和效率计算）（二）确定液压缸的尺寸及工况图1负载图及速度图负载分析（1）切削力10LFN（2）摩擦阻力2501FSGFDN（3）（4）将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，取液压缸机械效率09M（5）背压力13P表91液压缸各动作阶段中的负载工况计算公式液压缸负载FN液压缸推力09MFN启动FSF10011111加速FDM60196687快速F505555工进LFDF10050111666快退F505555快进速度与快退速度相等，即，行程分别为，1V3136/MINV10LM，工行程。根据这些数据和表91中305LM2AX06/INM5L的数值绘液压缸的负载和速度图，如图91所示FL6998105GMFVAGT33图91液压缸负载及速度（三）初定液压缸的结构尺寸（1）初选液压缸的工作压力，初选。1P6120PA（2）计算液压缸的结构尺寸因要求，故选用单杆式液压缸，使，且快退时液压差动连13V127ADD接。因为是切割管材，为了防止切断管材时工作部件突然前冲，回油中应有背压。取背压力。52610BPA快进时，液压缸差动连接，由于管路中有压力损失，所以这时液压缸有杆腔中的压力必大于无杆腔中的压力，若估取这部分损失为，则21P510PA。5110PA快退时，油液从液压缸无杆腔流出，是有阻力的，故也有背压。此时背压也按估取。50A求出缸体的面积1A按标准取90DM液压活塞杆直径为D按标准取由此求得液压缸实际有效工作面积为26512160FCMP14914AC7090632DM51634211FPAQV无杆腔面积有杆腔面积查得调速阀最小稳定流量为，验算液10Q2MIN05/IN/MIVQLC压杠的有效工作面积，即所以流量控制阀无论是放在进油路上，还是回油路上，有效工作面积、都能满1A2足工作部件的最低速度要求。（四）液压缸工况图液压缸工作循环中各动作阶段的压力，流量和功率的实际使用值，如表93所列/PKW表92液压缸工作循环中的压力，流量和功率计算公式液压缸工况负载/FN回油压力52/10PA输入流量/1MINQ进油腔压力51/0PA输入功/KW动11111/5561A/速6887/25425/进速55551869538201工进11166663031启动11111/4931A/快退加速6887/2491/恒进5555519449109521131FPAVQ21FAP215P03867507638142222190635863584DAC22222448D2MIN1263581VACIN24512V351A2启动时活塞尚未动作，故取（快进时）；（快退时）。0P20P因加速时间很短，故流量不计。根据上表可绘制出液压缸的工况图（图92）。（五）拟订液压回路（1）选择回路及油源型式由工况图92知，该切管机液压系统功率小（），速度较低，切管为连续切割，1KW切削力变化小。故采用单向节流调速回路。节流阀是结构比较简单但应用最广泛的流量控制阀，经常与溢流阀配合组成定量泵供油的各种节流调速回路或系统。按照操纵方式的不同，节流阀可以分为手动调节式普通节流阀、行程挡块或凸轮等机械运动部件操纵式性程节流阀等形式；节留阀还可以与单向阀等组成单向节流阀、单向行程节流筏等复合阀。本液压系统采用单向调速回路。为增加运动的平稳性，防止工件切断时工件部件突然前冲，采用调速阀的出口节流调速回路。图92工况图由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压大流量两阶段组成，其最大流量与最小流量之比而相应的时间之比为上述比值还很大。故为了节约能源，采用双定量泵供油。（2）快速回路和速度换接回路因系统要求快进快退速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进快退时的速度基本相等。MAXIN194508123027634Q3T工快5/10MIN/PPAQKW实线点画线两点线36（3）由于快进、工进之间的速度差较大。换向回路，由工况可看出，回路中流量较小（在快退时，进油路上的流量为，回油路上为194/MINL系统的工作压力也不高，故采用电磁换向回路。换向阀的作用是利用阀芯相对于阀体的运动，实现油路的通、断或改变液流的方向，从而实现液压执行器的启动、停止或运动方向的变换。（4）压力控制回路压力控制阀的功用是控制液压系统中的油液压力，以满足执行器对输出力、输出转矩及运动状态的不同需求。压力控制阀的种类很多，它们的共同特点是利用液压力和弹簧力的平衡原理进行工作，调节弹簧的预压缩量（预调力）即可获得不同的控制压力。在变量泵供油的油源形成确定后，卸荷和调速问题都已基本解决，即工进时，当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失并不大。故不再采用卸荷回路，以使油路结构简单些。本液压系统采用溢流阀控制系统的压力，溢流阀的主要用途是通过阀口的溢流，使被控系统或回路的
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