隔水管横焊缝自动对中装置的设计（机械电气部分）

1、毕业设计说明书设计题目：隔水管横焊缝自动对中装置的设计（机械电气部分）专业：数控技术及其应用班级： 数控一班设计学生：唐燕指导教师：黄开有职称：副教授设计时间：4月1日6月15日设计地点：湖南工学院 目录目录.1.第一章 隔水管横焊缝自动对中装置述的概.3.第二章 总体方案的设计.3.2-1 设计任务.3.2-2 基本工作原理.4.第三章 机械部分的设计.63-1v型块的模型设计.6.3-2导轨的设计.7.3-3驱动轮装置的设计.93-3-1计算驱动轮所需的扭矩.93-3-2链传动的设计.12 3-3-3 减速器的设计.143-3-4电动机的选用.183-3-5联轴器的选用.193-3-6轴的

2、设计.20 3-3-7轴承的选用.23 3-3-8 滚动轮的设计.27 3-3-9 滚轮支承上盖的设计.27第一章隔水管横焊缝自动对中装置的概述快速接头隔水管系列产品，是湛江市南油集团合众公司特有的为海洋石油配套的专用产品，多年来经过不断的开发和改进，已形成了完整配套的技术图纸、成熟的生产技术、工艺流程和加工制造装备，与之相应的业务熟练的工程技术队伍和技术工人队伍。新型快速接头系列产品有：sr-30、sr-24、sr-20、sr-16、sr-133/8系列产品。本毕业设计的目的是将合众公司原来的生产设备改为自动化的设备，并降低工人的劳动强度。本设计的主要要求：设计出一种针对sr-30、sr-2

3、4、sr-20、sr-16、sr-133/8系列产品制造中，对卷制成管状板材的内横、外横能进行自动对中的装置。要求能实现管的自动对中、自动找正、定位夹紧、纵向自动行走，行走速度在0.13m/min之间，可以自动调节，动力为普通三相交流电动机，控制方式为随车控制形式，要求结构实用、重量轻、调节操作方便、技术优先价格合理。本设计的主要内容：1、内外自动对中装置总体方案的确定。2、内外自动对中装置机架结构的设计。3、内外自动对中装置机械系统的设计。第二章总体方案的设计2-1设计任务设计一个装置，使两根长各5.5m的隔水管自动对中，并且使两管的对中精度达到：两管的轴线同轴偏差3mm。对中点后隔水管要实

4、现转动。2-2方案的选定使两根隔水管自动对中的方法有很多，经过了对具体方案的工作原理及可行性的分析，本人决定采用v型装置，其大概形状如（图2.2）所示。 图2.21、滚轮2、v型块3、导轨2-3基本工作原理2-3-1总体工作原理如图2-3-1所示，该装置由、两组v型块组成。组可以沿v型块下边的导轨直线移动，组固定，v型块下边有导轨，但是v型块与导轨相对固定不动。 组组图2-3-1 1、滚动轮2、电动机3、减速器4、驱动轮、两组v型块均有8个滚轮和中间的一个驱动轮支承，组v型块下边的导轨可以实现隔水管的对接。2-3-2驱动轮装置的简要说明如图2-3-2所示，运动的传递顺序是：电动机减速器链轮滚轮

5、隔水管图2-3-该图是驱动轮的安装图，大轴（上边）装滚轮与链轮，小轴装链轮，两装有圆锥滚子滚动轴承，运动由减速器接入小轴，再经过链传动传到滚轮。第三章 机械部分的设计3-1v型块的模型设计参照v型底座的零件图。1、v型块的加工方法：铸造成型2、v型块的材料：铸钢3、 v型块的加工要求，对装滚轮部分和下底面进行精加工，加工方法由厂家自己决定，使这两部分的平面度达到it7级，粗糙度也达到it7级。在加工装滚轮凹槽时要使4个凹槽的位置度达到it7级，所有螺纹孔及销孔的位置度也要达到it7级3-2导轨的设计一、导轨的选用由工作要求承载能力较大而且能够自动补偿磨损的要求，决定选用平面三角复合型滑动导轨，

6、参照机械设计手册第三卷，表28-112。其形状见图3-2-1。 图3-2-1尺寸见表28.3-5，取a1000 mm，b200 mm，120。二、进行导轨的力学计算导轨的材料：选用钒钛耐磨铸铁耐磨铸铁为导轨的材料。表面热处理：在其粗加工后进行一次时效淬火处理，采用电接触加热的表面淬火，最后导轨还要进行磨削，使其表面的粗糙度达到预定的要求，取其值为0.8。硬度匹配：为了保证导轨的寿命，加工结果应该保证导轨接合面的硬度不同，此取为100hbs，三、导轨的校核查表可得铸铁的许用压强为1 mpa，已知导轨的外形如上图所示，取导轨滑座共承重8 t，则滑座每侧的承重为对三角形导轨设垂直斜向力为f，如图3-

7、2-2所示，图3-2-2则有 2fcos30=20000 11500 n则左侧导轨承受的压强为1mpa依图3-2-1易知导轨右边承受的压强明显小于左边。故此导轨符合要求。3-3驱动轮装置的设计3-3-1计算驱动轮所需的扭矩如图3-3-1，所示。图3-3-1一、每组v型装置共有8个支承滚轮（若加上驱动轮则为9个），每个轮上的支承反力应为（2/2g）/4（按照8个支承点算），即每根管的质量约为：m=2.5t=2500kg 即则考虑到管的外圆柱面的制造误差，有可能8个支承点存在某些支承点与管子不接触，故f应该乘以一个安全系数s，取s1.5，则二、计算使管子转动所需的扭矩1、 机械传动部分的总传动比2

8、、 所用电动机的转速为3、 滚轮的运动参数15 mm 4、管子的运动参数（按最大管计算）mm5、管子的线速度此速度即就是管子自动的速度。6、计算滚轮使管子转动所需的扭矩t计算在1s内使管子的转动的线速度达到由本设计可知，t=1s 要求出滚轮使管子转动所需的扭矩t，可以采用动量矩定理：由动量矩定理可得：21.5即滚轮使管子转动所需的扭矩t21.5。三、对t进行校核查“机械设计手册软件版r2.0”，可知钢-钢的摩擦系数为则最大静摩擦力相应最大摩擦力矩而t21.5故滚轮与管子不会产生相对滑动的现象。所以t符合设计的要求。3-3-2链传动的设计用机械设计手册软件版r2.0可以轻松完成链传动的设计，下面

9、是设计的过程。1、初始条件传递功率0.02kw小链轮的转速15r/min 平均传动比1可大或小0.5%大链轮的转速15r/min传动种类水平传动传动速度低速传动v3m/s 润滑条件由设计结果决定中心距条件可调载荷性质平稳载荷原动机种类电动机润滑方式人工定期润滑2、设计结果1选择链轮齿数z,z假定链速v3m/s,由表9-8选取小链轮齿数z=17;从动链齿数z=iz=117=172计算功率pca由表9-9查得工作情况系数k=1.3,故 pca= kp=1.30.02= 0.006kw3确定链条节数l初定中心距a=40p,则链节数为 l=+()=+() =97节,取l=97节4确定链条的节距p由图9

10、-13按小链轮转速估计,链工作在功率曲率顶点左侧时,可能出现链板疲劳破坏。由表9-10查得小链轮齿数系数k=()=()=0.88;k=()=()=0.99;选取单排链，由表9-11查得多排链系数k=1.0,故得所需传递的功率为 p=kw=0.007kw 根据小链轮转速n=15r/min及功率p=0.007kw，由图9-13选链号08a单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。再由表9-1查得链节距p=12.70mm。5确定链长l及中心距a l=m=1.23m a=(l-+ =260mm中心距减少量 a=（0.0020.004）a=（0.0020.004）260mm =0.5

11、21.04mm实际中心距 a=a-a=260mm-（0.521.04）mm=259.48258.96mm取 a=255mm 6验算链速 v=m/s=0.053m/s与原假设相符。7验算链轮毂孔d由表9-4查的小链轮毂孔许用最大直径d=34mm，大于电动机轴径d=30mm,故合适。8作用在轴上的轴力 f=kf有效圆周力 f=1000=1000n=377.36n377n按水平布置取压轴力系数k=1.15,故 f=1.15377n=434n 3、链传动的尺寸参数如图3-3-2所示，名称 符号小链轮数值大链轮数值单位排距 pt14.3814.38mm分度圆直径 d 69.12 69.12 mm齿顶圆最

12、大直径 dama 77.04 77.04 mm齿顶圆最小直径 dami 72.67 72.67 mm分度圆最大弦齿高hama 4.56 4.56 mm分度圆最小弦齿高hami 2.37 2.37 mm齿根圆直径df 61.17 61.17 mm最大齿根距离lx 60.87 60.87 mm图3-3-23-3-3减速器的选用考虑到负载较大，传动比也相当大，所以选用单级普通圆柱蜗杆减速器，其简图如图3-3-3所示。图3-3-3为了正确选用该普通圆柱蜗杆减速器，有必要对该减速器里边所用的蜗轮蜗杆传动进行设计，采用机械设计手册软件版r2.0进行设计，普通圆柱蜗杆传动设计结果报告：一、普通蜗杆设计输入参

13、数 1.传递功率 p 0.02 (kw) 2. 蜗杆转矩 t1 0.10 (n.m) 3. 蜗轮转矩 t2 3.39 (n.m) 4. 蜗杆转速 n1 750.00 (r/min) 5. 蜗轮转速 n2 15.00 (r/min) 6. 理论传动比 i 50.00 7. 实际传动比 i 50.00 8. 传动比误差 0.00 () 9. 预定寿命 h 4800 (小时) 10. 原动机类别 电动机 11. 工作机载荷特性 中等冲击 12. 润滑方式 浸油 13. 蜗杆类型 渐开线蜗杆 14. 受载侧面 一侧 二、材料及热处理 1. 蜗杆材料牌号 45(表面淬火) 2. 蜗杆热处理 表面淬火 3

14、. 蜗杆材料硬度 hrc4555 4. 蜗杆材料齿面粗糙度 1.60.8 (m) 5. 蜗轮材料牌号及铸造方法 zcusn10p1(砂模) 6. 蜗轮材料许用接触应力h 200 (n/mm2) 7. 蜗轮材料许用接触应力h 225 (n/mm2) 8. 蜗轮材料许用弯曲应力f 51 (n/mm2) 9. 蜗轮材料许用弯曲应力f 45 (n/mm2) 三、蜗杆蜗轮基本参数设计(mm) 1 选择蜗杆传动类型根据gb/t10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（zi）2选择材料 根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，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

15、齿面要求淬火，硬度为了45-55hrc。蜗杆用铸锡磷青铜zcusn10p1,金属模铸造。3按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距 1）确定载荷系数k因工作载荷不均、冲击大，系数=1.20；查表11-5选取使用系数=1.20；由于转速不高，冲击力不大，可取动载系数=1.05；则 k=*=1.20*1.20*1.05=1.5122）确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮杆相配，故=160m。3）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值/a=0.25，查表的=3.4。4）确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡

16、磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45hrc，查表得蜗轮的基本许用应力=268 mpa应力循环次数 n=60j=60x1xx4800=0.432x寿命系数 =1.111则 =*=1.111*268 mpa=298mpa5）计算中心距 a=75.25 mm 取中心距a=80mm,因i=50mm, 故从表11-2中取模数m=4mm,蜗杆分度圆直径d=40mm.这时d/a=0.5,从图11-18z中可查得接触系数z=2.65,因为zz 因此以上计算结果可用。3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1）蜗杆轴向齿数p=12.56mm,直径系数q=10；齿顶圆直径d=48mm；齿根圆直径d=

17、30.40mm；分度圆导程角=305750；蜗杆轴向齿厚s=6.28mm。2）蜗轮蜗轮齿数z=50；变位系数x=+0.75；验算传动比i=50，这时传动比误差为=0，没有误差。蜗轮分度圆直径 d=mz=504=200mm蜗轮喉圆直径 d= d+2h=200+2（-36）=128mm蜗轮齿根圆直径 d= d-2h=200-244.8=110.40mm蜗轮咽喉母圆直半径 r=a-d=80-128=16mm4校核齿根弯曲疲劳强度 =当量齿数 z=50.75 根据x=+0.75，z=50.75，从图11-19中可查得齿形系数y=2.5螺旋角系数 y=1-=0.7786许用弯曲应力 = k从表11-8中

18、查得由zcusn10p1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56mpa寿命系数 y=0.8499 =560.8499mpa=47.596 mpa =0.521mpa弯曲强度是满足的四、蜗杆蜗轮精度- 项目名称 蜗 杆 蜗 轮 - 1. 第一组精度 7 7 - 2. 第二组精度 7 7 - 3. 第三组精度 7 7 - 4. 侧 隙 f f -根据所得的结果来选用普通圆柱蜗杆减速器，查机械传动设计手册p1257表7-3-1。考虑到安装与润滑的方便，本设计选用普通圆柱蜗杆减速器的型号是wd8ajb/zq439086该减速器的具体参数为：中心距a80mm传动比i50蜗杆头数1蜗轮齿数50模数m4许用功率p

19、1 kw传动效率0.72质量m28 kg减速器的具体尺寸参照零件图。3-3-4电动机的选用（jb3074-82）查机械零件设计手册p1363选用电动机的型号是y132s-8该电机的具体参数是：电机名称：y系列三相异步电动机类别代号：y型号规格：y132s-8防护等级：ip44安装形式：b3极数：8额定功率：2.2 kw转速：730额定电压：380v额定电流：5.5a满载效率：0.81同步转速：750满载功率因素：cos=0.71堵塞转矩：2.0额定转矩：2.0净重：17kg标准：jb 3074-82电动机的简图如图3-3-4所示。图3-3-43-3-5联轴器的选用联轴器的选用主要依据许用扭矩，

20、还有所用轴的大小。本设计的电动机输出轴的大小为38，变速器的输入轴大小为24，输出轴大小为38。驱动轮输入轴的大小为20。本人选用联轴器所用的资料是机械零件设计手册p870和autocadmechanical2001。电动机与变速器的联接采用凸缘联轴器yl4，变速器与驱动轮输入轴的联接采用凸缘联轴器yl5，其具体参数为：型号许用扭矩d l d m 螺栓数目 yl4 40 25/28 62 100 80 8 3 128 2.5kgyl5 63 30/32 82 105 85 8 4 168 3kg 凸缘联轴器yl型的简图如图3-3-5图3-3-53-3-6轴的设计参照简明机械设计手册p367轴设

21、计的步骤为：第一， 根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布置和装配方案。第二， 选择轴的材料第三， 初步估算轴的材料第四， 进行轴系零、部件的结构设计第五， 进行强度计算第六， 进行刚度计算第七， 校核键的联接强度第八， 验算轴承第九， 根据计算结果修改设计第十， 绘制零件图一、轴强度的计算轴直径的计算公式p轴传递的功率n 轴材料许用扭应力（），见表1413a与轴材料及相应许用扭应力有关的系数，见表14-13注意：对于，开一个键槽，轴颈就增大5-7%。p0.01kw n=15 mpa a=102 mm mm考虑到此设计的传动轴与滚轮的配合，取 mm二按照弯矩合成强度计算1求滚轮上作用力的

22、大小,方向作用在滚轮上的转距为: t=21.5nm 圆周力: f=0.478n径向力 f=0.176n周向力: f= ftan=0.068n2轴承的支反力水平面的支反力: r=r= f/2=0.239n垂直面的支反力: r=(- fd/2+ f30)/60=133.2 n r=( fd/2+ f30)/60=500.4 n3画弯距图水平面的弯距: m= r30=0.0717nm垂直面的弯距: m= r30=39.96 nm, m= r30+ f d/2=5.007 nm合成弯距: m=39.96 nm m=5.007 nm4画弯距图 t= f d/2=0.2145 nm当量弯矩的计算公式轴在危

23、险截面的弯矩轴在危险截面的扭矩（减速器的输出扭矩）扭矩校正系数（对于稳定不变的转矩）故轴在危险截面的合成弯矩三、校核轴的强度（按照第三强度理论）校核公式查机械设计p366表15-1，轴的材料选用40相应的弯曲疲劳极限355mpa轴在危险截面的抗弯模量w的计算公式参照简明机械设计手册p370之表14-16，对于开键槽的轴， mm mm mm 故 mm，符合要求。所用到的三根轴的具体形状参照零件图。三、校核轴的强度（按照第三强度理论）校核公式查机械设计p366表15-1，轴的材料选用40相应的弯曲疲劳极限355mpa轴在危险截面的抗弯模量w的计算公式参照简明机械设计手册p370之表14-16，对于开键槽的轴， mm mm mm 故 mm，符合要求。所用到的三根轴的具体形状参照零件图。3-3-7轴承的选用一、基本条件3248n轴颈预期寿命运转时有轻微的冲击。二、当量动载荷的计算查机械设计p323表13-6取则当量动载荷三、基本额定动载荷（对于滚子轴承）按照查机械传动设计手册之p167