弯管机机构设计说明书

1、0湘潭大学湘潭大学毕业设计说明书毕业设计说明书题题 目：目：弯管机机构设计弯管机机构设计 学学 院：院： 机械工程学院机械工程学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号：号： 20105004212010500421 姓姓 名：名： 呙诗航呙诗航 指导教师：指导教师： 吴继春吴继春 完成日期：完成日期： 20142014 年年 5 5 月月 2121 日日 0 目目 录录摘要：.2第 1 章 绪 论.41.1 课题的研究背景：.4 1.2 课题的国内外研究现状.6 1.3 课题设计的方向以及意义.8 1.4 参考文献.7第二章 总体设计方案的拟定.82.1 弯

2、管机的基本原理与选择.8第三章 机构设计.113.1 工件的工艺分析.113.2 弯曲力矩的计算.11 3.3 选取电动机.133.4 机构传动比的计算与分配.13 3.5 各级传动装置的转矩以及功率计算.153.6 电动机与涡轮蜗杆减速器之间的传动带的计算选取.153.7 蜗轮蜗杆减速箱的计算与择取.163.8 联轴器的计算和择取.173.9 轴承的选择.173.10 轴的计算与设计及校核.183.11 齿轮的设计与计算.233.12 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计.263.13 轴套的结构设计.27第四章 挡料架以及盖板的设计.314.1 盖板的结构设计及计算.294.2 弯管机整体结

3、构的设计及其参数的计算.30 4.3 挡料架结构设计.32第五章 总结.37参考文献.39附录 1 英文翻译译文.38附录 2 英文翻译原文.471弯管机的机构设计弯管机的机构设计摘要摘要： 随着工业社会的发展，各式各样的家电，交通工具等工业产品得到了更大范围的普及，随着这些产品多样化的发展，相应的非标准零部件的需求也越来越大。弯管机作为一种针对管件成型而被设计制造的非标准设备，在以后的工业发展中的作用正在慢慢凸现出来。设计出符合不同作用需要同时维护方便，经济的弯管机显得更为重要。弯管机的机构设计在整个弯管机的设计中举足轻重，本文将详细论述小型简易弯管机的机构设计过程，同时画出了必要的零部件图

4、以及传动装配图。此弯管机采用滚弯式弯管原理，采用异步电机提供动力，同时配有蜗轮蜗杆减速器，足以满足小型作坊企业的生产需要。关键词：关键词：弯管机，非标准设备，机构设计，滚弯式原理。2The Mechanism design of Pipe bending machineAbstract： With the development of industrial society,Every kind of home appliances, vehicles and other industrial products by the popularity of a wider range of.With

5、 the development of the diversified products,non standard parts corresponding demand is also growing.For pipe forming and design of non-standard equipment manufacturing as the pipe bending machine, in the future development of industry is slowly emerged.Design to meet the different needs and conveni

6、ent maintenance, bender economy is more important. Bender design in the design of consequence in the bending machine.In this paper, the design process in detail small simple bender mechanism.At the same time to draw the necessary spare parts diagram and transmission assembly drawing.This pipe bendin

7、g machine with bending type bender principle, the use of asynchronous motor to provide power, at the same time with the worm gear reducer, enough to meet the need of the production of small workshops of enterprises. Key word;Pipe bending machine ,Non standard equipment ,Mechanism design,Roll type pr

8、inciple.3第一章 绪绪 论论1.1课题的研究背景：课题的研究背景：工业一直是衡量一个国家发展水平的重要依据，在以往，常常以钢材厂量多少作为衡量工业发展水平的标志，但是随着工业水平的发展，衡量工业发展水平的标准也越来越多。其中接机械工业的发展水平便是其中一条重要的标准。因为机械工业负担着为工业，农业等产业提供性能优异，操作安全的技术设备的重任，同时，机械工业的进步在很大程度上影响着一个国家的交通，国防，经济发展等重要方面，可以说机械工业担负着一个国家发展进步的脊梁作用。而在机械加工生产中，一部分设备的生产装配所需要的零件是可以直接订购的标准件，而另外一些则是需要专门设计和制造的非标准件。

9、所以非标准件的设计制造关系到工业产品的生产效率以及生产质量。对于这样的非标准件，对于需求进行设计，更为重要的是如何进行加工。在机械工业中， 专门用于生产非标准件的设备叫做非标设备。而在非标准件中，管材是应用的非常多的一种零件。例如汽车刹车的液压油管。由于汽车的刹车原理是两个刹车片通过液压油提供的压力加紧刹车盘，从而达到刹车的目的，所以液压油管的好坏决定了汽车制动距离的远近。不单单只限于汽车的液压油管，管件的应用十分广泛，包括汽车，锅炉的热导管，冰箱背后的输送管等等，所以管材成型的工艺要求十分重要。折弯机就是其中一种被广泛使用的用于管材弯曲塑性的非标准设备。不同类型的弯管机在广泛的工业加工中起到

10、了举足轻重的作用。而在目前的弯管机市场里，绝大部分的弯管机都是数控液压弯管机，这种弯管机的体积较大，同时造价昂贵，维修不便。也有少部分的机械弯管机，但由于设备设计过于老旧原因，机械弯管机同样占地面积大(由于其夹紧装置的原因，机身长度一般子啊3.55m 之间)，而且操作不方便。而在现实生活中，有很多小型企业或者家庭作坊需要一种价格便宜操作便捷的折弯机，能帮助他们完成一些简易管件的弯曲工艺。针对这样的市场需要，能否设计出满足简易加工需要的折弯机便是本课题的方向。41.21.2 课题的国内外的研究现状课题的国内外的研究现状在我国，由于工业进程起步较慢，所以在折弯机的研究生产方面我国起步较晚。对于数控

11、折弯机而言，第一台数控折弯机由武昌造船厂于 1970 年 10 月研制，这是我国自主研制的第一台数控弯管机，此后我国的数控折弯机发展迅速，仅仅在三年之后即 1973 年武昌造船厂又成功研制了 SKWG-2 型数控弯管机。此后，我国很多企业都逐步研究出具有自主知识产权的弯管机设备，其中比较具有代表性的企业有黄石锻压机床厂，济南铸造锻压机械研究所，上海冲剪机床厂等企业单位。其中黄石锻压机床股份有限公司和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了 w67K 一100/3000!w67K 一 100/3100!w67K 一 100/3200 型数控三点板料折弯机。而在步入改革开放后生产力解放的大浪潮中，我国

12、的数控机床技术逐渐开始成熟。目前我国许多大型企业都拥有了自动化程度很高的数控弯管机，这些高自动化，高作业精度的弯管机很大程度上提高了我国工业生产水平。同时，我国现在也是世界上主要的弯管机生产国，我国数控弯管机的产量一直能稳居世界前列。但是我们在看到自己进步的同时也应当看到与其他西方国家的差距，早在上世纪七十年代，美国就已经研究出来了由计算机控制的数控弯管设备。这一里程碑一样的技术革新，极大的提高了当时美国工业的管件工艺水平，间接的促进了美国加工制造水平的又一次提高。而二十世纪八十年代，日本千代田工业株式会社在美国研究成果上更进一步，成功研制了 M-1 型管料测量机和 EC、TC 两种系列的数控

13、弯管机。而在九十年代，随着数控技术的进一步发展，西方国家率先研制出了 CNC 弯管机，这又是一次里程碑式的革新。其中意大利 ERCOLINA 弯管机在世界范围内都是领先的水平。同时随着静液压传动技术以及气动控制的革新与使用，弯管机的工艺精度又达到了一个新的水平线。5 图 1.1 手动弯管机 图 1.2 CNC 弯管机61.31.3 课题设计的方向以及意义课题设计的方向以及意义 在针对以上问题的思考中，我们发现其实这样的弯管机所生产出来的产品主要是用在一些家具器材的承重部件，以及一些液压机、发动机等机器上液压油输送管等，所以针对这些对于工艺精度要求不是太高的管件，从管件弯曲所需特性出发，设计出一

14、种操作方便，基本上能完成一些常见小口径无缝钢管的弯曲作业的弯管机。同时相对于传统的弯管机对其性能进行优化，完成必要设计需要的同时减小机身体积，使其在能完成不同材质成分以及更多口径型号的无缝钢管作业要求的同时也能一定程度上降低了机器制造成本。而采用异步制动电机的设计也能在降低了电气操作复杂程度的同时，提高作业精度。在机身结构设计上，考虑到此类弯管机作业环境较为不规范，所以在机身设计上准备设计分层式结构，即采用盖板传动机构中板电机和减速器底板的模式，同时对于机身四面进行包裹。1.4 参考文献参考文献 1. 徐灏，机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2001，92. 濮良贵、纪名刚，机械设计

15、. 第七版.北京：高等教育出版社，2001，6 3. 罗圣国、李平林、张立乃，机械设计课程设计指导书. 第二版.北京：高等教育出版社，2001，44. 王光铨，机床电力拖动与控制.北京：机械工业出版社，2001，75. 曾纪进，自动弯管机与钢筋管曲机的改进.广州：轻工机械， 19986. 刘江南 郭克希, 机械设计基础. 湖南大学出版社,20057. 梁景凯, 机电一体化技术与系统. 机械工业出版社,1999 8. 成大先. 机械设计图册(第 5 卷)M.北京：化学工业出版社，2000 9. 东北工学院. 机械零件零件设计手册M.北京: 冶金工业出版社,197910. 李维荣.标准紧固件实用手

16、册M.北京：中国标准出版社，200111. 刘鸿文. 材料力学M.北京：高等教育出版社，1992.912. 邹慧君. 机械原理课程设计手册M.北京：高等教育出版社， 19987第二章第二章 总体设计方案的拟定总体设计方案的拟定2.12.1 弯管机的基本原理与选择弯管机的基本原理与选择 图 2.1上图 2.1 为常见的弯管机的工作原理视图。工件通过夹紧装置进行固定，工具模转动带动工件进行弯曲运动，同时液压系统对工件进行压紧，定位销进行辅助定位，从而完成整个加工过程。而弯管机在完成一次弯管作业过程中，常见的弯曲工件的方式有很多，可以按照弯曲形式，弯曲工作温度，传动方式等等分类。其中按照弯曲形式可以

17、分为，压弯式，滚弯式，挤压式和缠绕式。在此，主要列出两种不同弯曲形式的弯管机原理，即碾压式回弯的滚弯式（通过工具模提供弯矩，挡料轮抵消力矩的方式）以及拉拔缠绕式弯曲原理（即通过夹紧块将工件贴合在工具模上，然后在导向块的作用下进行弯曲作业） 。 下图 2.1.2 为滚弯式原理图 图 2.1.3 为缠绕式原理图。 8 图 2.1.2 图 2.2 下就两种弯管原理的优缺点作简要分析：9两者的优点：滚弯式的弯管机可以用于圆管也可以完成方管作业，同时机构简单。而缠绕式弯管机则主要是用于方管，但是作业精度更佳。两者的缺点：滚弯式作业精度不足，但是缠绕式的结构复杂、维护不方便，同时造价较高。由于我们机构设计

18、的目的在于应用在一些作坊以及小公司的简易零部件加工，同时考虑到设备维护难度以及工作环境要求，滚弯式设计更能节约成本，同时由于其结构简单，维护容易，故采用滚弯式。 而滚弯式弯管机的主要加工步骤是： 1.先用夹紧块紧固钢管，同时保证预留出足够的直线长度以完成弯管工序。 2.启动机器，进行弯曲作业。3.完成弯曲作业后，松开夹持装置，拿下管件后并且复位模具。4.将管件平稳置放于检验夹具上，用标准件检查管形同时进行校正。5.重复进行以上操作，直到工件满足其工艺要求。10第三章 机构设计 3.13.1 工件的工艺分析工件的工艺分析要完成机构设计，首先需要从工件本身工艺性质出发，从而设计出能完成加工工艺流程

19、的工作机构。此弯管机工件原料采用无缝钢管，拟取材质为 10 号钢，该钢管外径为 d=30mm,管壁壁厚为 t=2mm 的管件作为目标管件进行工艺分析。管件在弯曲过程中，当弯曲变形程度过大时，弯曲弧的外管壁则会变薄，甚至发生断裂。而弧的内管壁则会变厚，可能会出现起皱。所以我们先考虑管件的加工特性。该管件在弯曲作业时所能承受的最小弯曲半径为 d*2=60mm,而在管件进行加工时，其加工的弯曲半径为 3.5 倍外径（因为其壁厚小于 0.02d).即为 30*3.5=105mm，所以此管件满足弯曲半径要求。下图 3.1 和 3.2 分别为该类型管件的加工弯曲半径示意图以及所能承受的最小弯曲半径示意图。

20、 图 3.1 加工弯曲半径 图 3.2 最小弯曲半径注：在我们选择弯管工件时应当注意是否有该管件是否有裂纹，管壁不能外凸。3.2 弯曲力矩弯曲力矩的计算的计算现计算完成该类型的钢管所需提供的弯曲力矩拟设 为钢管内径r 为管材弯曲时的弹性应力系数s 为管材弯曲时的屈服应力系数b 为管材的壁厚t 为中性层的弯曲半径（取=95）则此时弯管力矩公式可以表示成 238433bsr ttrM11 通过对管材弯曲时作业情况进行分析，我们不难发现，管材在越来越小的弯曲半径的情况下时，我们得提供的力矩是越来越大的，所以当管件用进行作最小半径业的时候，此时我们所需提供的力矩便是该管件所需的临界值。 =2079.4

21、6+322.39=2402.03 Nm 238*333*2*264*208*2*263*953M 3.33.3 选取电动机选取电动机 通过查阅实际生产资料可知小型弯管机的弯管速度一般为 8r/min则 P=M*=2402.03*2012.29KW 602*8 即此弯管机工作时所需的功率为 2012.29 kw故所需电机的功率 P= 电122534P其中 为 V 带传动效率；1 为蜗轮减速器的传动效率；2 为的传动效率；3齿式联轴器 为一般圆柱齿轮效率；4 为滚子轴承的传动效率。5 查机械设计手册表 1-5 后可知 取=0.96、=0.8、=0.99、=0.97、=0.98 则12345P=28

22、40.99 KW298. 0*97. 0*99. 0*8 . 0*96. 029.2012由于在上述设计中，管件工艺分析时所采用的管件口径较小，然而在实际作业中，弯管机需要完成对不同型号管型的加工，所以在电机选取上应该选取功率更大的电机，以满足可能的需要。同时由于弯管机在整个工艺流程中，需要有自带的制动减速功能，就空间角度考虑，决定选用带有涡轮涡杆减速器的电机。但是此时电机正反交换的频率相对较大，所以所选择的电机转速不宜过大，以方便进行制动。现拟取电机的型号为 Y132S-6，其基本性能如表 3.1 表 3.1 电机 Y132S-6 的主要性能参数型号额定功率/kw堵转最大转达矩满载转速12/

23、（N*M）转矩/(N*M)/（r/min）Y132S-632.02.2960 查阅机械设计手册表 12-3 可知 Y132S-6 电机的安装以及外形尺寸如下 图 3.3 电机安装尺寸图 表 3.2 Y132S-6 电机的安装尺寸 型号ABCDEFABHKLY132S-62161409038801028013212475 3.43.4 机构传动比的计算与机构传动比的计算与分配分配 由表 3.1 可知 Y132S-6 电机转速 N1=960r/min ，而在 2.3 中已拟定弯管机的弯管速度 N5 =8r/min故可得总传动比 =N1/N5=960/8=120i总查机械设计手册表 1-6 可知V

24、带动态的传动比的取值范围为 07,开式圆柱齿轮的传动比的范围为 08。 拟取此电机的传带轮 V 带传动的传动比为 =2.5，取此时圆柱齿轮的传动比=3,则1i3i可得出蜗轮蜗杆减速器中的传动比为=16。2i3.53.5 各级传动装置的转矩以及功率计算各级传动装置的转矩以及功率计算为传动比；其中下标 1 为电机与涡轮高速轴间的传动比；下标 2 为涡轮高速i轴与涡轮低速轴间的传动比；下标 3 为涡轮低速轴与齿轮高速轴间的传动比：下标134 为齿轮高速轴与齿轮低速轴间的传动比。 为传动效率；其中下标 1 为传动机与蜗杆高速轴之间 V 带的传动效率，取值为 0.96；下标 2 为蜗杆高速轴与蜗轮间的传

25、动效率取值为 0.8；下标 3 为联轴器的传动效率取值为 0.99；下标 4 为小齿轮与大齿轮啮合之间的传动效率取值为 0.97。 为输入功率；其中下标 1 为蜗轮蜗杆减速器蜗杆轴的输入效率；下标 2 为涡P轮蜗杆减速器涡轮轴的输出效率；下标 3 为小齿轮高速轴的输入效率；下标 4 为大齿轮低速轴的输入效率；下标 5 为工作台上工具模的输入功率。 为轴的输入转矩；其中下标 0 为电机的输出转矩：下标 1 为蜗轮蜗杆减速器T蜗杆轴的输入转矩；下标 2 为涡轮蜗杆减速器涡轮轴的输出转矩；下标 3 为小齿轮高速轴的输入转矩；下标 4 为大齿轮低速轴的输入转矩；下标 5 为工作台上工具模的输入转矩。

26、（1） 下面进行各级装置 N 的计算弯矩 由表 3.1 可知 电动机的转速 N=960 r/min N1=960/2.5=384 r/min 其中 N1 为涡轮的高速轴的转速 1iNm N2=384/16=24 r/min 其中 N2 为涡轮的低速轴的转速21iN N3= N2=24r/min 其中 N3 为高速齿轮的转速（与低速轴啮合） N4=24/3=8r/min 其中 N4 为低速齿轮的转速32Ni N5= N4=10 r/min 其中 N5 为弯曲模的转速（与低速齿轮啮合）（2） 下面进行各级装置 P 的计算由表 3.1 可知 电动机 P=3KW则 P =P*=2.88KW 11 P

27、=P1*= 2.304KW 22P =P2*=2.28KW33 P =*=2.21KW43P4 P =2.19KW55*4P14（3） 下面进行各级装置的 T 的计算 =*=9550*= Nm 0T95500mPN396029.84 =* *=*2.5*0.96=71.61 Nm1T0T1i129.84 =*=71.61*16*0.8=916.68 Nm2T1T2i2 =*=916.68907.51 Nm3T2T3*0.99 =*=907.51=2668.37 Nm4T3T243i299. 0*3*3.6 电动机与涡轮蜗杆减速器之间的传动带的计算选取电动机与涡轮蜗杆减速器之间的传动带的计算选取

28、 在电动机和涡轮蜗杆减速器之间，我们需要选择皮带和一个带轮作为传动装置，而皮带的选取取决的电动机的参数，即功率和转速，根据表 2-1 可知，V 型 A 带较为合适。而 V 型 A 带的带轮直径范围71mm,现为方便加工计算，取定直径为100mm 的型号进行计算。 现对其工作速度进行计算，从而校核其是否符合要求=5.02 1060*1000d n3.14*100*96060*1000 此时0163.5012015V 带的根数 z= 0LPPPK K带带取 00.97KW= P带=P带0.11KW 由机械设计表 8-2 选取 =K96. 0 =LK99. 0得 z=2.7930.970.11 *0

29、.96*0.99取整后得 3z 3.7 蜗轮蜗杆减速箱的计算与蜗轮蜗杆减速箱的计算与择取择取 在上述结构设计中，我们需要将涡轮和蜗杆的夹角设计成 90，即根据机械设计表 183 可知，我们可以选择单机蜗杆减速器，蜗杆在蜗轮侧面，蜗轮轴垂直布置。由 3.5 中所列计算可知 =825.01 Nm （涡轮低速轴）2T P1=2.88 KW （涡轮高速轴）由 3.4 中可知在涡轮蜗杆减速器中 =16 i而蜗轮蜗杆减速器中心距 32)(ZZKTaE即 a124.2mm （验算此数据可用）则根据中心距和传动比 选择了下述蜗轮蜗杆减速器其主要性能参数如表 表 3.3 蜗轮蜗杆减速器的主要参数16型号公称传动

30、比转速中心距额定输入功率额定输出转矩CWS-12516750r/min125mm7.781KW1400 Nm3.8 联轴器的计算和择取联轴器的计算和择取完成蜗轮蜗杆减速器的选取后我们需要将蜗杆的输出轴和小齿轮的高速轴相连，此时我们需要设计一个联轴器。由 3.5 可知 T =907.51 Nm （小齿轮高速轴）3则涡轮轴的直径 d 30nPA其中 A =103126 P=2.304KW N=24r/min0而在上述计算中可以看到，我们需要其能承受的力矩比较大，而由机械设计表 8-7 可知 弹性柱销联轴器满足设计要求。根据涡轮轴的直径，即此时涡轮轴的最小直径 d=54.9mm 选用 LX4 联轴器

31、， LX4 联轴器 GB50142003155 1125584YBXJ DX 下表为联轴器的主要参数 表 3.4 联轴器参数表 型号许用转矩Nm许用转速r/min轴孔直径轴孔长度LX42500387042,48,50,55112843.9 轴承的选择轴承的选择由于工作时同时受有和的作用，因此不能选用弯管机轴承径向力轴向力。而在上述计算中可以看出，此机构的轴件工作时转速低，所受到的深沟滚子轴承作用力小。所以我们能选用。现拟定选用 32910 和 30213 二种圆锥圆锥滚子轴承17滚子轴承。其主要参数及基本尺寸如表 3.5 表 3.5 圆锥滚子轴承的主要参数 型号小径外径厚度基本额定动载荷脂润滑

32、下的极限转速3291050902073.2KN4300r/min302136512023102KN3200r/min3.10 轴的计算与设计及校核轴的计算与设计及校核 轴径计算的初步取轴的为钢，进行调质处理。材料45 轴径3*PdAn其中P 为轴功率 2.56 KW传递的为转速 24r/minn轴的A 为许用所确定的，轴的切应力系数为 A=取值103126取 A=115拟定则 342.56115*24d mm54.54取 =4dmm5518则 352.41115*8d mm09.77取 =5dmm85 由于需进行轴向，故轴与相接处轴肩。半联轴器定位半联轴器需设计 轴肩设计：的连接为，并且轴要短

33、于 L，故半联轴器长度mm84L段长度轴段长度，轴径与直径相等，即。轴肩后拟定mm821L半联轴器mm551d 是齿轮段，取的总厚度为。链接的mm602d 故取轴承端盖mm42 由的装配与拆卸要求以及为了便于对于轴承进行润滑，拟取外端轴承端盖端盖面与左端面间的。轴承座要求起支撑，故取半联轴器mm102 L距离对轴承作用的壁厚为，取与齿轮间距为。取的宽厚为，轴承座mm25轴承座mm15齿轮mm175故左端需设计轴肩齿轮 设计：因为与齿轮间距为同时与轴承间距，则轴肩轴承座mm15轴承座mm8轴肩的，且轴承的厚度为 17mm，而至左端的要长于mm23815长度为轴肩对象对应的厚度，取值，直径。轴承m

34、m18mm60在轴和齿轮以及半联轴器之间的轴向定位均拟用平键联接。查阅机械设计手册表 4-1 可知当公称直径 d 的取值范围在 5865 时键的截面为 B（键宽）*h（键高）=18*11键槽的长度为 160mm，因为其加工使用键槽刀加工，并且为使与间的配合轴齿轮有较好的对中性，所以与轮毂的配合选为；公差轴齿轮公差n6/7H同上，因为与之间采用联接，取的尺寸为半联轴器轴平键平键，故的配合为。mm70mm10mm16半联轴器公差k6/7H又因为与滚动之间采用的的轴向，所以此处轴直径轴轴承过渡配合定位选用19的为，轴端倒角为。尺寸公差n6452轴的与载荷校核计算 31020.96TNm其中 = 35

35、2tTFd32*1020.96*10420N4861则 00tantan204861*coscos9.7nrtFFN1794 = 0*tan4861*tan9.7atFFN9 .830根据轴条件及尺寸，轴的跨距为，则由轴的、装配可知支承mm221a 弯矩扭矩图以及结构图中看出截面 C危险截面。现将计算的C 处的轴的可以属于出截面、的值如表 3.6HMVMM 表 3.6 界面 C 的系数表载荷水平面 H垂直面 V支反力 F=2430.5N =2430.5N1NHF2NHF=1005.7N =794 N1NVF2NVF弯矩 M=268570 N/mmHM=111129 N/mm =87734N/m

36、m1VM2VM总弯矩=290653 N/mm =282536 N/mm1M2M扭矩 T=1 020 960N/mm3T20轴的:弯矩图图 3.4 弯矩图进行时，通常危险。则由校核只有的强度截面C= (2-16)2213caMTW2232906530.6*10209600.1*60pa39.31M已，并进行，可得 因此钢选定轴的材料为45调质处理1pa60M21，故安全ca1故小轴的结构尺寸如图 3.5 图 3.5 小轴设计原理类同。故省略计算过程，出小轴应为轴。由于大轴的小轴在此类似推算也安全因为轴是与工作台相连，同时因为工作台在作业时要求平稳以保证作业精度，而从上可知此轴的转矩较大，故轴连接

37、拟用连接。与工作台的矩形花键由有静联接 32 *10pmTpzhld现对进行计算。 矩形花键设计查阅机械设计手册可知不均系数，现拟取载荷分配8 . 07 . 08 . 0则取 花键齿数 z8花键工作高度 = h2Dd 68622hmm3 22 =齿的工作长度lmm80花键的平均直径 = md2Dd = = md68622mm60则 =56.77Mpa=100140Mpa p32*2657*100.75*8*3*80*65p故此安全矩形花键，为了在轴上，在钻螺纹，其M12-深同时紧固弯曲模从而轴端孔规格为30mm，轴的如下图主要尺寸 图 3.6 大轴3.11 齿轮的齿轮的设计与计算设计与计算在此

38、机构设计中，只有一对传动齿轮，且为了作业时工作台能保持平稳，以及考虑加工维护，故选用。由于的较低，故方便直齿齿轮传动弯管机工作速度7 级。：选用精度齿轮材料选择为小齿轮（） ，280HBS， 为 45 钢（）r40C调质硬度为大齿轮调质240HBS，两者均为 40HBS硬度为材料硬度差23为齿面接触强度设计公式 213112.32*tEtdHK TZidi所取分别为其中系数值 载荷系数tK3 . 1 =小齿轮传递的扭矩1Tm96.1020N 齿宽系数d1 =189.8MPa 材料的弹性系数EZ1/2MPa大齿轮的接触疲劳强度极限 =550Mpa；2 =600Mpa极限小齿轮的接触疲劳强度1将以

39、上取值代人公式 13.9 mm1td 55mm 为了2*小齿轮直径为实现1td1d 因此取1tdmm140此时齿轮中心距 = 112tdai1401 32mm280 初步定amm280=1730，=初选 =23，=，则=69一般1z080151z0102zi1z m= = 则122 cosazz02*280cos 10236999. 5 取6m = 则12zz2 cosam02*280cos 1069 .9124 取12zz92= , 则按2zi1z可得1z232z69 = 则121cos2m zza09.70 = 则小齿轮1td1cosmzmm140 大齿轮2td2cosmzmm420 齿厚

40、1dtbdmm1681402 . 1 取大齿轮厚2bmm170 则小齿轮厚取1bmm175,由 =*103 验算齿轮tF312tTd2*1020.96140N14571 合适 2AtK Fbmm/26.83Nmm/100N，大、的及其综上小齿轮结构设计尺寸如图 图 3.7 大齿轮25 图 3.8 小齿轮3.123.12 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 由于轴的结构设计可知，其主要是靠钢板支撑，但是因为所选用来作为支撑作用的的厚度不能太大（所选钢板过厚则重量过大后支撑管设计困难，同时增钢板大了成本） ，同时所选用的轴承的厚度较大，所以通过用螺钉将轴承座紧固在

41、钢板上，从而支撑起轴承，进而支撑轴。轴承的材质选用 45 号钢。这样的设计较传统设计降低了成本，同时安装方便，维修便捷。在螺钉选用上，因为其轴向力不大故采用四根 M10 内六角螺钉进行紧固。至于轴盖的设计，其参数与对应的轴相适配，材质同样选用 45 号钢。 上述设计的简图与参数如下所示 图 3.9 大轴前端盖 图 3.10 大轴后端盖26 图 3.11 大轴承座 图 3.12 小轴承座 图 3.13 小轴后端盖 图 3.14 小轴前端盖3.133.13 轴套的结构设计轴套的结构设计 在此设计中，轴套的作用为对轴进行轴向定位，同时对轴以及轴承的配合起到保护的作用，查阅机械设计后可知的厚度是由所装

42、配的圆锥滚子轴承的安轴套装尺寸所决定，即厚度 B=d -d ， 由 3.3 的计算可知a1 高速轴的轴径 d =mm 且所选用的圆锥滚子轴承所对应的 d 取值范围为160a57mm-83mm 则此时拟取 B=6mm27而此时低速轴的轴径为 90mm 所选用的圆锥滚子轴承所对应的 d 取值范围为 74mm-a111mm 此时 拟取 B=8mm 轴套采用调制后的 45 钢作为材料，下图为其尺寸参数 图 3.15 大轴轴套尺寸 图 3.16 小轴轴套尺寸28第第 4 4 章章 挡料架以及盖板的设计挡料架以及盖板的设计4.14.1 盖板的结构设计及计算盖板的结构设计及计算 因为我们需要将行程开关以及需

43、要装配在盖板上，同时盖板需要打定挡料架位孔，所以盖板厚度取值为，盖板材质取综合性能优异的 45 号钢。而在整体20mm机构设计中，我们知道蜗轮蜗杆与电机以及两者间传动装置整体所占的决定了空间盖板的尺寸规格。 表 4.1 盖板长度设计相关的技术参数 电机与蜗轮蜗杆减速器的中心距电机安装地板的脚宽大飞轮分度圆直径壁至电机脚的空间长度壁到大飞轮的空间长度壁厚a=520mmL1=280mmd2=250mmL0=90mmL2=110mmB1=10mm 则其的计算为 =1004.6mm长度a d2/2 L1/2 L0 L2 2b1L 但是由于盖板本身的长度是要长于理论值，从而方便装配，则两边分别应该预留出

44、 10mm此时盖板的长度取整计算为 L=1005+10*2=1025mm而盖板的宽度取决机构设计中横置的零件的尺寸，而在上述设计中，我们可以了解到，在传动机构中，横置零件尺寸最大的应为低速轴大齿轮。其宽度为。而为了安全角度考虑，我们应当在两侧到齿轮间预留出足够大的宽度，420mmd5 方便传动机构的装配。现拟取大齿轮到左边侧板的距离为，到右边侧板100mmB1 的距离为mm。则此时盖板的宽度160B2 680mm420160100d5B2B1B则盖板的规程参数为 20(mm)*1025*680h*L*B 29 下图为盖板的及设计简图，其中包括了预留出的需要装配零件的位置极其尺寸尺寸标注。 图

45、4.1 盖板示意图4.24.2 弯管机整体结构的设计及其参数的计算弯管机整体结构的设计及其参数的计算 完成了弯管机内部传动装置的主体设计后，我们需要对其进行固定，而对于这种小型非标机器，其内部零件的固定主要是机身设计。而在大部分此类小型加工机器的机身固定都是采用将裁剪后，采取的方式连接起来，从而完成一体钢板焊接式的机身构造从而进行内部零部件的。且为了保证弯管机在工作时候能保证稳支撑定，我们需要设计机器脚板，同时通过进行固定，从而保持其作业的时候地脚螺钉的稳定进而保证弯管精度。 下先对脚板尺寸进行初步设计，初拟脚板尺寸（mm） 10*120*80h*L*B而脚板的材质我们一般选用常见的 45 号

46、钢。 完成脚板设计后，我们选择管材，而鉴于机身主体的设计形状，对机身进行支撑我们选择了 25 号作为，初拟其规格为mm方管钢支撑钢管4*60*60 地脚距离脚板的长度定为80mmh1 由于底板需要完成整个和电动机的承重任务吗，所以底板的蜗轮蜗杆减速器30厚度拟取为，材质还是采用比较常见的 45 号钢。20mm 底板设计完成后，中板的规格和底板保持一致。而在中板之上的是齿轮传动机构，同样的设计装配四根支撑钢管完成承载受力，尺寸和材质与上述保持一致。而盖板的尺寸设计与中板以及底板保持一致。但是不同于底板的设计的是，由于我们需要对机器进行不定时的检修和维护，所以盖板的固定方式应当采用可拆卸式的设计，

47、所以采用螺钉对盖板与之间进行固定。同时，四根支撑管的管口用机身的小钢板进行焊接封口。20(mm)*80*80h*L*B 而在机身的四周，在中板和盖板之间，我们为了安全与机器寿命考虑，我们需要安装四块尺寸为的钢板进行固定密封。25(mm)*90*90h*L*B 而在中板和底板之间，考虑到承重因素，在机身两侧的分别装配两块承重钢板，其尺寸为。而剩下的两个面可以用铁丝网包住，从而保证20(mm)*540*487 h*L*B操作员的安全。下图为上述设计的简图31 图 4.2 弯管机机身示意图4.3 挡料架结构设计挡料架结构设计由于弯曲钢管时的有反作用力，仅仅依靠夹持装置对其反作用力进行抵销是远远不够的

48、，所以我们需要设计挡料架来抵消此作用力，同时完成辅助定位的作用，保证弯管机的作业精度。在 2.1 的分析中我们比较后决定采用了的工作原理，而在这种弯管方滚弯式式的工作过程中，挡料轮与管件的较小，所以假如选用较硬的金属材质，容接触面易在短时间的接触内对管件造成损伤，故我们应当采用硬度较低的材质，又考虑到此弯管机面对的市场定位，故采用常见的H62 作为主体材质，同时拟定其尺寸黄铜32为。60mmH 100mmD接着我们用材质为 45 号钢的轴以及轴盖完成挡料轮的固定，其尺寸规格分别是D1=20mm 与 D*H=56*20（mm） 。所选用的键也为 45 号钢，尺寸为。40mm*6*4h*L*B而此

49、时我们选用的轴承需要承受重力和轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。轴承代号为 30203。 而对于轮架的设计，我们采用常见的 45 号钢，其尺寸参数为。轮架的锁紧采用，通过手轮进行固定锁紧螺纹100(mm)*84*80h*L*B自锁螺纹采用自锁螺纹。同时用一个轴和两个滚子轴承配合支撑滚轮，从而将其装配在轮架上，以减少滚动摩擦，提高工作精度。下表为挡料架的设计参数。表 4.2 挡料架参数表在弯管作业时，不同型号的管材所需相差较大，同时仅仅调整挡料轮弯曲半径架不能达到所需的弯曲半径，故为了增大挡料轮的弯曲半径范围，采用不定位式的当料架设计。则此时挡料架在工作平台上的调整范围可达到 100mm,同时挡料架

50、自身的可调整范围为 50mm，足以完成所需要求。33其及结构设计如下图主要尺寸 图 4.3 挡料架示意图34第五章第五章 总结总结在本次毕业设计中，我受益匪浅，先做如下总结：从课题的选取到开题报告的编写，这期间的一个来月时间查找了很多资料，对于国内外机械工业发展的现状有了初步的认识。同时对于弯管机的发展历史以及在当前工业的地位有了基本的了解，加深了我对于机械工业的感官认识。而在接下来的工作原理的选择以及传动机构的设计中，再一次学习了机械设计的相关知识，虽然很多时候自己在零部件的设计上，特别是轴与齿轮等零部件的设计上得依靠书本上给的按部就班的去做，但是在这些计算过程中，再次学习到了一些基础材料原

51、理。而在接下来的机身设计中，对于机械的整体设计的大局观又有了提高了，对于一台机器的设计构造有了更进一步的认知，不光是内部传动机构的设计还是机身本身的结构设计，对于每一步的设计都有更进一步的认知与思考。尽管本次设计在很多地方肯定有不足，同时这次设计的成果可能仅仅局限于理论上，将其应用到生活生产上可能还是不实际。但是这一次设计切实的整合了四年学到的关于机构设计的相关知识，并且培养自我思考的能力以及绘图能力。倘若在绘图布局以及表达方式上有错误，在设计说明上有遗漏，还请老师指正。最后，感谢吴继春老师对本次毕业设计的指导，同时也感谢四年来院里任课老师的教导，祝愿各位老师工作顺利！35参考文献参考文献1.

52、 徐灏，机械设计手册.第二版.北京：机械工业出版社，2001，92. 濮良贵、纪名刚，机械设计. 第七版.北京：高等教育出版社，2001，63. 罗圣国、李平林、张立乃，机械设计课程设计指导书. 第二版.北京：高等教育出版社，2001，44. 王光铨，机床电力拖动与控制.北京：机械工业出版社，2001，75. 曾纪进，自动弯管机与钢筋管曲机的改进.广州：轻工机械， 19986. 刘江南 郭克希, 机械设计基础. 湖南大学出版社,20057. 梁景凯, 机电一体化技术与系统. 机械工业出版社,1999 8. 成大先. 机械设计图册(第 5 卷)M.北京：化学工业出版社，2000 9. 李维荣.标

53、准紧固件实用手册M.北京：中国标准出版社，200110. 刘鸿文. 材料力学M.北京：高等教育出版社，1992.911. 邹慧君. 机械原理课程设计手册M.北京：高等教育出版社， 199836附录 1. 英文文献翻译译文 数控技术和装备发展趋势及对策数控技术和装备发展趋势及对策装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产

54、活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最为核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一

55、体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。1. 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面14 。1.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制

56、造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为 21世纪的中心研究方向之一。37 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式

57、拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从 EMO2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min。加工一个薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国 D

58、MG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 120000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.2 五轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形

59、状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。38在 EMO200

60、1 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下实现 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM直接或间接控制。1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连