课程设计说明书模板(机电)

1、辽宁工业大学 专专 业业 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题目：题目： 自动弯管机的设计自动弯管机的设计 学院（系）：学院（系）：机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院 专业班级：专业班级： 机电机电 123123 班班 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 史成坤史成坤 指导教师：指导教师： 黄海龙黄海龙 起止时间：起止时间：2015.12.282015.12.282016.1.122016.1.12 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 学 院：机械工程与自动化学院 教研室：机电教研室 学 号学生姓名史成坤专业班级机电 123 课程设计 (论 文)题 目 自动弯

2、管机的设计 课程设计（论文）任务 1.设计内容 本次设计内容为自动弯管机，可对管材进行固定长度、固定角度进行弯曲，本设计 使用行程开关进行控制，具有角度可调，操作简单，价格成本低，同时控制电路稳定性 高，弯管机操作简单，易于使用。 2.技术参数与要求 最大弯管能力 30mm ；最大弯管厚度 2mm ；最大弯曲半径 100mm； 最小弯曲 半径 50mm ；最大弯曲角度 150；标准穿芯长度 1000mm； 3.工作量 a) 机械装配图一张，1#； b) 控制电路图一张，4#； c) 程序流程图一张，4#； d) 设计计算说明书一份 4.工作计划 a) 查阅资料，方案讨论 方案确定 1 天 b)

3、 设计计算 3 天 c) 绘制机械装配图 4 天 d) 控制系统设计，绘制电路图 3 天 e) 软件设计，绘制程序流程图 3 天 f) 整理设计说明书 1 天 图纸( 45)说明书( 25)答辩( 10)平时( 20)总分 指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 目录 第 1 章绪论 .1 1.1 弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比.1 1.2 选题意义.1 第 2 章总体方案设计 .3 2.1 弯管机的基本原理与选择 .3 第 3 章弯管机设计 .4 3.1 工件工艺分析.4 3.1.1 计算弯曲力矩 .4 3.1.2电机选取 .4 3.1.3传动比的计算与各传动装

4、置的运动与参数 .6 3.1.4各轴转速、功率及转矩的计算 .6 3.1.5皮带轮与皮带的计算与选择 .7 3.1.6蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择 .8 3.1.7联轴器的计算与选择 .9 3.1.8轴承的选择 .9 3.1.9轴的初步计算与设计及校核 .9 第 4 章控制电路的设计 .13 4.1 控制电路图与控制原理.13 4.2 程序流程图的设计.14 设计总结. .15 参考文献 .16 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比 现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有 导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及

5、其发动机，健身器材，家具等等 占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带 来了不少的困难。对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工 程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等，这些场 合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可 能适应。这系列弯管机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因 此价格上比较容易被用户接受。 1.2选题意义 市面上现有的自动弯管机大多数是液压的（如图一） ，数控的（如图二） ，也有机械 传动的，但它们的占地面积较大(长度在 2.54m 之间)，价格昂

6、贵(25 万元人民币或更 多)，然而大多数用户都需求是是小占地面积小价格便宜使用方便的自动弯管机。本文 便是朝这方面的用途面设计的自动弯管机，设计出一种价格和占地面积使用方便的自 动弯管机并着手对弯管机的性能进得进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢 型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 图 1 液压弯管机 图 2 数控弯管机 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计 2.1 弯管机的基本原理与选择 管材弯曲有很多方法，相应地也就有不同的弯管设备。在各种方法中，绕弯是最常 用的弯管方法，而绕弯最常用的设备是弯管机。因此，弯管机是管材弯曲加工的主要

7、 设备。 弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动 方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自 动、自动和数控四种。弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以情二种，即滚弯式与缠绕 式。如下图三、四分别是弯管原理图。二者各有优缺点。 缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯 曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。 弯管的步骤大致是： 1.留出第 1 段直线段长度，并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开夹紧块，取出管子，使模具复位。 4.按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。 5.重复第

8、1 步，直至弯完管子为止。 弯管模 滚弯式 图 3 滚弯式原理图 缠绕式 弯管模 夹紧块 导板 图 4 缠绕式原理图 第第 3 3 章章 弯管机设计弯管机设计 3.1工件工艺分析 此工作件采用的直径为 30mm 厚为 2mm 是无缝钢管做为弯管件，材料为 10 号钢，其 最小弯曲半径为 50mm。而弯曲件的弯曲半径为 100mm，固其符合加工工艺性。其工件 如图五。弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸。不能有趋纹。 图 5 最大弯曲半径 3.1.1 计算弯曲力矩 由弯管力矩公式 其中 23 84 33 bs r ttr M 为弹性应力 s r 为管材内径 t 为管材壁厚 为屈服应力 b 为中

9、性层的弯曲半径 =2346 Nm 23 8*333*2*264*208*2*26 3*1153 M 3.1.2电机选取 由经验选取弯管机的弯管速度为 8r/min 则有 P=M*= =2 KW 8*2 2346* 60 由工作功率为 2KW 所以电机功率 P= 4 12345 P 工 、分别为各机构的传动效率。 1 2 3 4 5 取=0.96 带传动传动效率 1 =0.9 蜗轮传动传动效率 2 =0.99 联轴器传动效率 3 =0.97 齿轮传动效率 4 =0.98 轴承传动效率 5 则有 P=2.5 KW 4 2 0.96*0.9*0.99 *0.97*0.98 由于弯管机需要弯多种型式的

10、钢型，固选用较大功率的电机以使弯管机能够适用更大 的弯曲范围，又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机，且电机正 反的频率过大，所以电机转速不宜过大，现取电机的转速为 960r/min 为宜。故先用电 机的型号为 YEP132S-6，其基本性能如表 3.1 表 3.1 YEP132-6 的主要性能参数 满载时型号功 率 转速电流效 率 功率因 数 堵转 转矩 最大 转达 矩 静制动转 达矩不小 于 空载制动 时间不大 于 噪声 YEP132S -6 3KW960r/m in 8.8A77%0.672.22.2 294N m 04/s 71/d b 电机的主要安装尺寸如下 A G H

11、 F I L E C B 1 4 08 9 3 8 4 7 5 8 0 2 8 0 2 1 6 3 1 5 1 3 2 D 图 6 电机安装尺寸 表 3.2 电机的安装尺寸 型号 ABCDEFGHIL YEP-132S-6280140893880315216132210515 3.1.3传动比的计算与各传动装置的运动与参数 由电机转速 N1=960r/min ，而弯管机的速度初拟为 N5 =8r/min 所以 总传动比 =N1/N5=120 i总 由皮带轮的传动比为 14 所以取皮带轮的传动比 =2.5，由于单付齿轮的传动比为 1 i 18 。便拟定取齿轮传动比=3,则蜗轮蜗杆的传动比=16,

12、蜗轮的传动比不大这有利 3 i 2 i 于提高蜗轮的寿命。 为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率） 。如将传动装置各轴 由高速至低速依次定为 1 轴、2 轴以及 3.1.4各轴转速、功率及转矩的计算 , 为相邻两轴间的传动比； 1 i 2 i ， 为相邻两轴间的传动效率； 01 12 P1，P2 为各轴的输入功率（Kw） ； T1,T2 为各由的输入转矩（Nm） ； N1,N2 为各轴的转速（r/min） ； （1） 各轴转速 电机轴转速 Nm=960 r/min 带轮大轴端 N1=384 r/min 0 m N i 960 2.5 带轮小轴端 N2=24 r/min 1

13、1 N i 384 16 小齿轮转速 N3= N2=24 r/min 大齿轮转速 N4=8 r/min 3 2 N i 24 3 工作台转速 N5= N4=8 r/min （2） 各轴的输入功率 电机输出功率 P0=3KW 带轮大轴输入功率 P1= P0*=3*=3*0.96=2.88KW 01 1 带轮小轴输入功率 P2= P1= P1*=2.88*0.9=2.59KW 12 2 齿轮小轴输入功率 P3= P2*= P2*=2.59*0.99=2.56KW 23 3 齿轮大轴输入功率 P4= P3= P3*=2.56*0.972=2.41KW 34 2 4 工作台输入功率 = P4*= P4

14、*=2.41*0.972*0.98=2.22KW P 工45 2 4 5 （3） 各轴输入转矩 电机输出转矩 =9550*=9500*=29.84 Nm 0 T 0 m P N 3 960 带轮大轴输入转矩=* *=29.84*2.5*0.96=71.62 Nm 1 T 0 T 1 i 1 带轮小轴输入转矩=*=71.62*16*0.9=1031.27 Nm 2 T 1 T 2 i 2 齿轮小轴输入转矩=*=1031.27*0.99=1020.96 Nm 3 T 2 T 3 齿轮大轴输入转矩=*=1020.96*3*0.972=2881.86 Nm 4 T 3 T 2 4 3 i 工作台输入转

15、矩=*=2881.86*0.972*0.98=2657.31 Nm 5 T 4 T 2 4 5 3.1.5皮带轮与皮带的计算与选择 由电机转速与功率，确定了采用普通 A 型皮带作为传动带。 由 A 型带的小带轮最小直径为 70mm，故定小带轮直径为=100mm 1 d 皮带速度验算 =5.03 10 60*1000 d n 3.14*100*960 60*1000 所以 5 0 163.5 0 120 带的根数 z= 0 L P PPK K 带带 其中取 =00.97KW P 带 =0.11KW P 带 =0.96 K =0.99 L K 可得 z=2.92 3 0.970.11 *0.96*

16、0.99 取 z=3 3.1.6蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择 因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用 CWS 型的蜗轮蜗杆减速器，又因 为 蜗轮大轴输入转矩 =1031.27 Nm 2 T 蜗轮小轴输入功率 P1=2.88 KW 传动比 =16 i 所以选用蜗轮蜗杆的型号为1 CWS-125 JB/T 7935 其基本性能如表 3.3 表 3.3 蜗轮减速器的主要参数 型号公称传动比转速中心距额定输入功率额定输出转矩 CWS-12516750r/min125mm7.781KW1400 Nm 3.1.7 联轴器的计算与选择 由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱

17、销齿 式联轴器的结构简单，制造容易，不需用专用的加工设备，工作是不需润滑，维修方 便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。 由于 =1020.96 Nm 3 T 且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为 55mm 故选用 ZL4 联轴器， 其型号为 ZL4GB50151985 1 55 112 5584 YBX J DX 其主要尺寸及参数如表 3.4 表 3.4 联轴器的主要参数 型号许用转 矩 Nm 许用转速 r/min 轴孔直径轴孔长度外径凸圆 厚度 转动惯量 (kgm2) 重量 (Kg) ZL41600400040,45,50,5511284158890.04614.8 3.1.8轴承

18、的选择 由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选 用深沟滚子轴承。且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承，且可选取 外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用 32912 和 32918 二种圆锥轴承。 其主要参数及基本尺寸如表 3.5 表 3.5 轴承的主要参数 型号小径外径厚度内圈厚度外圈厚度额定载荷极限转速重量 32912608517161434.5KN4000r/min0.24kg 329189012523221977.8KN3200r/min0.79kg 3.1.9轴的初步计算与设计及校核 初步计算轴径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。 3

19、 * P dA n P 为轴所传递的功率，KW 为轴的转速，r/min n A 由轴的许用切应力所确定的系数，其值可取 A=103126 现在取 A=115 则 =54.54 mm 3 4 2.56 115* 24 d 取 =55mm 4 d 则 =77.09mm 3 5 2.41 115* 8 d 取 =85 mm 5 d 小齿轮轴的装配方案如图 7 图 7 小齿轮装配方案 为了满足半联轴器的轴向定位要求，故在轴与联轴器相接间需制出一个轴肩，由于 半联轴器的连接长度为 L=84mm 又因轴段长度比 L 要短些故取 L1 为 82mm，且轴径与半 联轴器直径一样取 d1=55mm。轴肩后却是齿

20、轮段，于是轴承的关系故取 d2 为 60mm，取 轴承端盖的总厚度为 42mm（由箱体及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆 及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离 L2=10mm，由于轴承是由轴承座支撑住的，故取轴承座的高厚为 25mm，取齿轮与轴承座 之间的距离为 15mm 由于齿轮的宽度为 175mm，齿轮左端需制出一个轴肩，由齿轮与轴 承座之间的距离为 15mm 且轴承座与轴承之间的距离相差为 8mm，则此轴肩的长度为 23mm，又因为轴承的厚度为 17mm 则轴肩之至左端要比轴承的厚度要长一点，取 18mm， 其直径为 60mm。 至此，已初步

21、确定了轴的各段直径和长度。 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。查得键的截面为 b*h=18*11 键槽用键槽刀加工，长为 160mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择 齿轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为 16mm*10mm*70mm，半联轴器的配合为 H7/k6。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 n6。取轴端倒角为 2*450。 轴上载荷的计算与轴的校核 3 1020.96TNm =4861 N 3 5 2 t T F d 3 2*1020.96*10 420 =1794 N 0 0 tantan

22、20 4861* coscos9.7 n rt FF =830.9 N 0 *tan4861*tan9.7 at FF 由轴的结构尺寸及安装条件可知，作为得支梁的轴的支承跨距 a=221 mm，从轴的结 构图以及弯矩各扭矩图中可以看出截面 C 是危险截面。现将计算出的截面 C 处的、 H M 、的值如表 3.6 V M M 表 3.6 截面力学参数 载荷水平面 H垂直面 V 支反力 F =2430.5N =2430.5N 1NH F 2NH F =1005.7N =794 N 1NV F 2NV F 弯矩 M = N/mm H M = N/mm =87734N/mm 1V M 2V M 总弯矩

23、 = N/mm = N/mm 1 M 2 M 扭矩 T =1 020 960N/mm 3 T 图 8 小轴弯矩图 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。则 由 =31.39Mpa 2 2 13 ca MT W 2 2 3 2906530.6*1020960 0.1*60 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，可得=60Mpa 因此，故安全 1 ca 1 故小轴的结构尺寸如图 9 图 9 小轴的结构尺寸 由于大轴的结构设计与计算大部分与小轴类同。故在此，类同的省略，且经验算此轴 也为安全轴。经验证所有轴类零件均为安全轴。 第第 4 4 章章 控制电路的设计

24、控制电路的设计 4.1控制电路图与控制原理 图 10 弯管机控制电路图 由于此弯管机采用的是半自动的形式，故采用二个行程开关和二个交流接触电器等 组成其电路。由于电机的功率为 3KW 且电压为 380Vh 频率为 50Hz 的交流电。 故选用行程开关的型号1LX19-131(B)， 接触器型选用1CJ-16，2 常闭 2 常开，其工作功率为 4KW。 按钮使用普通型平钮二个，型号1为 LA101P-P。 电源开关选用 LW8 万能转换开关型号1为 AC21，其工作功率为 3.8KW。 短路保护熔断器选用1RL6-25 其额定功率为 4KW。 过载保护采用1JRS1-25/F 系列热继电器 JR

25、S1-25/F 其控制功率为 380*3=1124W,因为 有二根线所以总功率为 1124*3=3372W 故合适。 电源线采用1BV4（B）即常用铜芯聚氯乙烯绝缘电线 4 平方毫米的铜线线芯结构为 7*0.85。其额定电压为 600V 其电路设计如图十 其工作过程，电源线接上，把电源开上，此时电机是不通电的。挡按下 SB1 时 KM1 接触器通电，此时常开天关二个 KM1 闭合通电，而另一个 KM1 常闭开关则打开断电， 且此时电机正转，进行弯曲工作，当弯曲到定角度时（此角度由弯曲角度的大小而调 整）碰到了行程开关 X1 则接触器 KM1 断电则常开天关二个 KM1 打开即电机断电，由于 电

26、机是旁磁制动电机故电机很快停止运转，常闭开关闭合。此时弯曲过程已经完成， 之后按下 SB2 则二个常开开关 KM2 闭合通电，而另一个 KM2 常闭开关打开断电，此时 电机反转，当转回初始位置时由于碰到了行程开关 X2 则接触器 KM2 断电，则二个常开 天关 KM2 打开断电，而另一个常闭开关闭合通电，电机停止。 当再次按下 SB1 时，则得反复工作。 其中电路中设有过载保护、短路保护。 当在工作中时，电路中具有自锁功能，因而不用怕操作者不小心按错键而出事故。但 当工作中出现意外时，只要转动电源开关，把电源开关断开即可使电机停转，之后处 理意外后转动电源开关使电源通电便可继续进行正转或反转进

27、行工作。 4.2程序流程图的设计 图 11 程序流程图 如图十一即为自动弯管机程序流程图。 设计总结设计总结 通过这次三周多的课程设计，我学会了查阅资料和独立思考。我的课题是自动弯管 机的设计。当开始拿到设计题目时，心里面是一片迷茫，不知从何入手，甚至连弯管 机是什么样的都不知道，幸好在黄老师与赵老师的指导下及时理清了头绪，避免了走 很多的弯路。认真翻阅相关资料如机械设计手册 ，自动弯管机的设计与钢管弯曲机 的改进论文与书籍等，我开始了自己的设计思想，确定了自己的设计方案。我的课题 除了弯管机的结构的设计之外，还有其控制电路设计。 由于，弯管机的结构较复杂且零件较多但由于已有一定的结构模型基础，故我凭着模 型以及老师对我的讲解，我慢慢的认清了弯管机的全部结