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編號(hào)
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923267
學(xué)生姓名： 劉 贊
指導(dǎo)教師： 高漢華 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
III
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械96
學(xué) 號(hào)： 0923267
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。
切管機(jī)在許多制造行業(yè)中占有舉足輕重的地位，他可以將傳統(tǒng)的手工作業(yè)轉(zhuǎn)變成批量生產(chǎn)，其生產(chǎn)效率可以大幅度提高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，更為重要的是產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的提高。因此在許多制造行業(yè)中切管機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。
某機(jī)車車輛廠，每天都要切割大量50～60 mm材料為Q235的金屬管，現(xiàn)需設(shè)計(jì)制造一臺(tái)切管機(jī)。
1.切管尺寸范圍：50～60 mm。
2.切管力：F=3500N。
3.切管時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速：70r/min。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1.通過該設(shè)計(jì)使學(xué)生熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的一般思路。
2.使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和技巧。
3. 通過設(shè)計(jì)鞏固機(jī)械制圖、金屬材料、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程的知識(shí)。
4.完成自動(dòng)切管機(jī)方案設(shè)計(jì)、主要部件的參數(shù)計(jì)算。
5.完成標(biāo)準(zhǔn)件的選用。
6.完成零、部件圖8張以上。
7.完成自動(dòng)切管機(jī)總裝圖1張。
8.撰寫畢業(yè)說明書一份。
①計(jì)算正確完整，文字簡潔通順，書寫整齊清晰。
②論文中所引用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處。
③論文字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械96 班 姓名 劉 贊
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
自動(dòng)切管機(jī)主要用于加工各種用途的管件，包括各種材料的金屬管件，本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)所加工的管件主要是直徑在 60～70mm之間。本論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)，能自動(dòng)切管和送料達(dá)到自動(dòng)加工金屬管件的目的。完成的工作主要是自動(dòng)切管機(jī)中圓錐齒輪減速器、切管機(jī)棍筒、機(jī)架及自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)工作方案的設(shè)計(jì)。其中，切管機(jī)的工用原理是：電動(dòng)機(jī)通過V帶傳動(dòng)，圓錐齒輪減速箱、開式齒輪傳動(dòng)到一對(duì)棍筒，然后帶動(dòng)金屬管的旋轉(zhuǎn)，獲得切割時(shí)的主運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，圓盤刀片向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管子的切割工作。其中包括確定切管機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算（包括電動(dòng)機(jī)的選擇、擬定傳動(dòng)方案、各軸轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算等）。根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)上述各項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和強(qiáng)度校核之后，確定了各個(gè)零件之間的尺寸位置。最后繪制切管機(jī)裝配圖、部件圖以及部分零件圖。
本設(shè)計(jì)所完成的切管機(jī)主要用于車間中對(duì)60～70mm管件的切管加工，對(duì)提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度有著積極的意義。
關(guān)鍵詞：切管機(jī)；減速器；棍筒
Abstract
Automatic cutting machine mainly being used in processing various functional tube parts ,primarily includes varieties material`s metals tube parts . This time the designed automatic cutting machine and conveying mechanism essentially process the tube parts which diameter between 60~70mm.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
目 錄
摘 要 IV
Abstract V
目 錄 VI
1 緒論 1
1.1課題的意義、目的、研究范圍 1
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 1
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2
2 自動(dòng)切管機(jī)設(shè)計(jì)方案的擬定 3
2.1 自動(dòng)切管設(shè)計(jì)方案的分析 3
2.1.1 切管方案的擬定 3
2.1.2 切管方案的比較 4
2.2 切管方案的確定 4
3 自動(dòng)切管機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 5
3.1 傳動(dòng)裝置的分析 5
3.1.1 棍筒傳動(dòng)裝置方案的初步擬定 5
3.1.2 各傳動(dòng)裝置方案的比較 6
3.2 棍筒傳動(dòng)裝置方案的確定 6
4 切管機(jī)傳動(dòng)裝置的計(jì)算 7
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
4.1.1 電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)分析 7
4.1.2 選擇切管機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率 7
4.1.3 確定切管機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 8
4.2 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比 8
4.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 9
4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 9
4.3.2 各軸輸入功率計(jì)算 9
4.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算 9
5 切管機(jī)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
5.1 V帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
5.2 圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
5.3 圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
6 自動(dòng)切管機(jī)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
6.1 主動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 19
6.2 錐齒輪輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算 21
6.3 惰輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 24
6.4 棍筒軸設(shè)計(jì)計(jì)算 25
7 鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算 26
7.1 電機(jī)與電動(dòng)機(jī)帶輪聯(lián)接采用平鍵連接 26
7.2 主動(dòng)軸與減速器機(jī)帶輪聯(lián)接采用平鍵連接 26
7.3 錐齒輪輸出軸與小圓柱齒輪聯(lián)接采用平鍵連接 26
7.4 錐齒輪輸出軸與大錐齒輪聯(lián)接采用平鍵連接 27
7.5惰輪軸與惰輪聯(lián)接采用平鍵連接 27
7.6 棍筒輸出軸與大圓柱齒輪聯(lián)接采用平鍵連接 27
8 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì) 28
8.1 主動(dòng)軸的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 28
8.2 輸出軸的軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 29
9 減速機(jī)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
10 密封及潤滑的設(shè)計(jì) 33
10.1 密封 33
10.2 潤滑 33
11 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)工作方案設(shè)計(jì) 34
11.1自動(dòng)送料裝置的總體設(shè)計(jì)及工作原理 34
11.2主要組成部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
11.2.1驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 34
11.2.2軸向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 35
11.2.3夾具的設(shè)計(jì)和計(jì)算 35
11.2.4控制系統(tǒng)的選擇 35
11.2.5 電動(dòng)機(jī)的選擇 35
11.2.6機(jī)架的設(shè)計(jì) 36
11.2.7其他部分的設(shè)計(jì) 36
12 結(jié)論與展望 37
12.1結(jié)論 37
12.2不足之處及未來展望 37
12.2.1 不足之處 37
12.2.2 未來展望 37
致 謝 38
參考文獻(xiàn) 39
附 錄 40
YEJ系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)安裝及外形尺寸 40
附錄二 40
YEJ系列電磁制動(dòng)三相異步機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 40
附錄三 41
常見機(jī)械傳動(dòng)的主要特性 41
41
自動(dòng)切管機(jī)及送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 緒論
機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們?cè)谙敕皆O(shè)法改善自己的生存條件和生活水平，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，并推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，人們?cè)诔斑M(jìn)到一個(gè)更高的精度，效率更高，成本更低，更人性化的方向發(fā)展。數(shù)控技能床，加工中心，柔性制造系統(tǒng)，集成制造系統(tǒng)，虛擬制造，敏捷制造，和其他不斷出現(xiàn)的先進(jìn)制造技術(shù)和在新的先進(jìn)生產(chǎn)模式的新提高企業(yè)的生產(chǎn)能力和市場適應(yīng)能力，產(chǎn)品性能大幅提高，機(jī)械制造行業(yè)呈現(xiàn)激烈的國際競爭中高速發(fā)展的勢頭。
1.1課題的意義、目的、研究范圍
傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，長期使用相對(duì)落后的手工切割金屬管操作，進(jìn)行批量生產(chǎn)，不僅是勞動(dòng)密集，生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量差的產(chǎn)品，合格率，導(dǎo)致成本高。隨著機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展和人民的要求越來越高，產(chǎn)品，工廠，以提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)精度，降低生產(chǎn)成本，因此自動(dòng)切管機(jī)的需求已是迫在眉睫。
自動(dòng)切管機(jī)在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位，因?yàn)樽詣?dòng)切管機(jī)可以被轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，勞動(dòng)強(qiáng)度已大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量已顯著改善，以滿足精度要求的產(chǎn)品。特別是在汽車制造業(yè)，石油，冶金和許多其他制造業(yè)，管道切割機(jī)具有自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)已被廣泛使用。
自動(dòng)切管機(jī)切割機(jī)和送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)用于金屬管道切割。其主要內(nèi)容是在切管機(jī)，切割機(jī)構(gòu)和齒輪箱和其相關(guān)聯(lián)的部分的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其中主要包括傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)和計(jì)算;整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，檢查設(shè)計(jì)計(jì)算的研究設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)，并通過獲得的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的總裝配圖，然后繪制相關(guān)零件圖;最后切管機(jī)，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)組合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況
機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的手工工作已經(jīng)不能滿足今天的產(chǎn)品精度高，效率高，成本低，發(fā)展，自動(dòng)化在許多領(lǐng)域取得了很好的效果，自動(dòng)化已經(jīng)深入人心。所以自動(dòng)切管機(jī)誕生了。有許多切管機(jī)，車床主要管道切割機(jī)，鋸床型管道切割機(jī)，大型通風(fēng)管道切割機(jī)，微型切割機(jī)，切管機(jī)微電腦，微電腦切帶機(jī)，微管切割機(jī)，微電腦切片機(jī)，微電腦帶機(jī)，微電腦切帶機(jī)，微剪彩機(jī)，微電腦松緊帶切割機(jī)，微電腦切膜機(jī)，粘扣帶圓角切割機(jī)，微型切割機(jī)，F(xiàn)FC軟電纜切割機(jī)，切片自動(dòng)化配套設(shè)備。
圖1.1 車床切斷金屬示意圖
圖1. 2 弓鋸切割金屬示意圖
圖1.3 砂輪片切割機(jī)
車床切割機(jī)操作工件旋轉(zhuǎn)，翻不動(dòng)，切割表面質(zhì)量，可以取得非常理想的狀態(tài)，但效率較低，多芯片，不易折斷，特別是大型加工噪聲的切割材料，把壽命不長，切有限由床料的長度。高溫，在組織切口的變化。鋸切割機(jī)類工作工件不旋轉(zhuǎn)，噪音，大口徑管材切割，鋸片刀的直徑增大，面對(duì)中心切料歪斜，平行度低，加工表面質(zhì)量好，加工材料時(shí)，會(huì)丟失，尤其是在粗切，將有一小片的一側(cè)的前板坯料，影響下道工序的定位，以及從頭開始的手可能。輪切管機(jī)工作產(chǎn)生較大的火花，有很大的噪音，切割表面質(zhì)量差，加工時(shí)，材料丟失。
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求
通過自動(dòng)切管機(jī)，送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使鋼60-70mm的自動(dòng)切管機(jī)，自動(dòng)處理。喂奶后自動(dòng)切管機(jī)，自動(dòng)切管材料，切割完成上下料，自動(dòng)送料，繼續(xù)切割循環(huán)工作。可以達(dá)到傳統(tǒng)的手工工作，投入批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。
2 自動(dòng)切管機(jī)設(shè)計(jì)方案的擬定
2.1 自動(dòng)切管設(shè)計(jì)方案的分析
設(shè)計(jì)是一個(gè)項(xiàng)目，旨在校準(zhǔn)的繁瑣，復(fù)雜的工作，可以組織的大方向，有序，高效的執(zhí)行。在最大程度上，減少抗工人，誤差和偏差的工作過程中，使所生產(chǎn)的產(chǎn)品，它應(yīng)該是能夠?qū)崿F(xiàn)良好的任務(wù)，它應(yīng)該達(dá)到實(shí)現(xiàn)的功能。
2.1.1 切管方案的擬定
根據(jù)傳統(tǒng)切割金屬管的方法和改進(jìn)方法現(xiàn)擬定以下幾種方案：
方案一：
使用車床，通過切斷刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來切斷金屬管；
其工作原理圖如圖2.1所示：
圖2.1 車床切斷刀切斷金屬管原理圖
方案二：
使用砂輪切割機(jī)，通過砂輪片的高速旋轉(zhuǎn)來切斷金屬管；
其工作原理圖如圖2.2所示：
圖2.2 砂輪切割金屬管原理圖
方案三：
使用切管機(jī)，通過棍筒旋轉(zhuǎn)碾壓的方法來切斷金屬管；
其工作原理圖如下：
圖2.3 棍筒旋轉(zhuǎn)碾壓割斷金屬管原理圖
2.1.2 切管方案的比較
方案一程序需要切斷的金屬管的機(jī)器上，只占用一個(gè)共同的工具，同時(shí)夾緊需要一定的時(shí)間，則處理效率不高，夾緊過程中很容易變形，該金屬管的夾緊。低生產(chǎn)率和容易順壞管，但可用于直接輸送機(jī)的送料。
方案二輪需要同時(shí)通過搖臂旋轉(zhuǎn)飼料切割金屬管，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，生產(chǎn)效率高，而且切割時(shí)砂輪磨損大，容易損壞。因此，這種解決方案是只適用于小批量的間歇生產(chǎn)，大規(guī)模生產(chǎn)不能滿足。
方案三的金屬管，同時(shí)旋轉(zhuǎn)圓盤刀片不斷地向下移動(dòng)，為了達(dá)到目的切割管道，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能滿足大量切管的目的。其結(jié)構(gòu)簡單，也不需要加強(qiáng)，以方便自動(dòng)處理管。
2.2 切管方案的確定
基于以上的分析和比較，生產(chǎn)的實(shí)際需求和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)選擇方案三的設(shè)計(jì)。
切割原理是由一電動(dòng)機(jī)的輸入運(yùn)動(dòng)和力，通過減速齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滾筒棒，用棒之間的缸和管道，管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的切削工具的主運(yùn)動(dòng)，并通過刀片的摩擦切割機(jī)制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，達(dá)到切割金屬管。
3 自動(dòng)切管機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)裝置的分析
發(fā)送裝置是運(yùn)動(dòng)和功率之間的數(shù)據(jù)傳輸遠(yuǎn)程兼實(shí)現(xiàn)其他效果的移動(dòng)設(shè)備，其功能如下：
如圖1所示，能量分布;
2，速度的變化;
3，運(yùn)動(dòng)形式的改變。
該驅(qū)動(dòng)裝置是機(jī)器的主要組成部分。。
3.1.1 棍筒傳動(dòng)裝置方案的初步擬定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求現(xiàn)擬定以下幾種傳動(dòng)方案：
方案一：渦輪蝸桿-圓柱齒輪傳動(dòng)，其示意圖如圖3.1所示：
圖3.1 渦輪蝸桿-圓柱齒輪傳動(dòng)
方案二：二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，其示意圖如圖3.2所示：
圖3.2 二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)
方案三：圓錐齒輪-圓柱齒輪傳動(dòng)，其示意圖如圖3.3所示：
圖3.3 圓錐齒輪-圓柱齒輪傳動(dòng)
3.1.2 各傳動(dòng)裝置方案的比較
方案一：該蠕蟲 - 圓柱齒輪，其結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低，但在長期連續(xù)運(yùn)行的條件下，由于效率低蝸輪，功率損耗，適用于負(fù)載較小，間歇工作的情況下，往往需要更昂貴的耐磨材料，具有良好的耐磨性和良好的潤滑裝置，因而成本較高。
方案二：采用兩個(gè)圓柱齒輪傳動(dòng)，其承載能力和調(diào)速范圍大，傳動(dòng)比恒定，可靠，效率高，壽命長。但其制造和安裝精度高，吵鬧，和更高的成本，而設(shè)計(jì)寬度尺寸較大。
方案三：使用錐齒輪 - 圓柱齒輪傳動(dòng)，其承載能力和調(diào)速范圍大，傳動(dòng)比恒定，可靠，效率高，壽命長。同時(shí)設(shè)計(jì)寬度更小的尺寸也是適合于長期連續(xù)運(yùn)行。但是，其處理成本也較高。
3.2 棍筒傳動(dòng)裝置方案的確定
工作機(jī)，以滿足性能要求的傳輸方案，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是不同的類型，在不同的組合和排列順序的組合物。合理的解決方案，應(yīng)確保運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易加工，成本低，傳動(dòng)效率高，使用維修設(shè)施。當(dāng)使用計(jì)劃往往是難以滿足這些要求，因此，確保重點(diǎn)的要求。
上述比較分析傳輸方案的基礎(chǔ)上，考慮合理的傳輸方案，所以這種設(shè)計(jì)選擇方案三，用于傳輸?shù)囊蟆?]是通過滑輪由電機(jī)帶動(dòng)，然后通過錐齒輪的錐齒輪和惰輪驅(qū)動(dòng)桿管進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到切割金屬管的目的。
4 切管機(jī)傳動(dòng)裝置的計(jì)算
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇電機(jī)，您必須了解電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的出廠銘牌，標(biāo)用電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。因此，合理選擇電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)將比較這些特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇電機(jī)類型，結(jié)構(gòu)，動(dòng)力和速度，并在目錄中找到它的類型和大小。
4.1.1 電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)分析
電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)相對(duì)不便，因此不應(yīng)該使用沒有特殊的要求。
一般工業(yè)用三相交流電源，所以沒有特殊的要求，通常選擇三相交流電機(jī)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠，價(jià)格便宜，維修方便等，因此被廣泛使用。交流電機(jī)的異步和同步電機(jī)的類別。異步電動(dòng)機(jī)鼠籠傷口兩個(gè)，其中一個(gè)普通的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最。設(shè)計(jì)荷載的變化，由于其規(guī)模較小，所以使用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉結(jié)構(gòu)，電壓為380V，因?yàn)橛袝r(shí)需要快速停止，頻繁啟動(dòng)，所以使用YEJ系列。
4.1.2 選擇切管機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率
工作所需的電動(dòng)機(jī)功率：
計(jì)算公式：
—工作機(jī)工作所需的電源，是指主動(dòng)側(cè)桿管工作機(jī)所需要的功率，kW;；
—電機(jī)工作機(jī)的主動(dòng)側(cè)桿缸效率。
工作機(jī)所需工作功率，由機(jī)器的工作阻力和機(jī)器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如：線速度、轉(zhuǎn)速和角速度）計(jì)算求得。
在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)任務(wù)給定的管道切割機(jī)的工作參數(shù)，切削力：F=3500N，棍筒轉(zhuǎn)速：n=70r/min，切管尺寸范圍：50～60mm?，F(xiàn)初步選取棍筒直徑為D滾=80mm，兩棍筒中心距a=100mm，刀片直徑為D刀=80mm進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)公式：
其中：
F—切割刀片工作機(jī)的工作阻力，N；
v—工作機(jī)刀片的速度，m/s；
n—棍筒的轉(zhuǎn)速，r/min；
r—工作機(jī)棍筒的半徑，mm；
D滾—工作機(jī)棍筒的直徑，mm。
傳動(dòng)裝置的總效率表示組成傳動(dòng)的各個(gè)裝置部分運(yùn)動(dòng)副效率之乘積，即
其中：、、...分別為每一傳動(dòng)副（帶、齒輪）、每對(duì)軸承的效率。
傳動(dòng)副的效率數(shù)值可按附錄一選取。
查附錄一，取帶傳動(dòng)效率，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率，開式圓柱齒輪傳動(dòng)效率，圓錐齒輪傳動(dòng)效率。
故總效率
將以上數(shù)值代入公式，得：
4.1.3 確定切管機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
棍筒的工作轉(zhuǎn)速為n=70r/min;
按附錄一推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，二級(jí)圓錐—圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比，則總傳動(dòng)比合理范圍為，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min，1500r/min和3000r/min。
據(jù)的力量和速度，有三個(gè)附錄II適用電機(jī)型號(hào)，所以有4個(gè)齒輪傳動(dòng)比的方案，如表4-1中所示。
表4-1 傳動(dòng)比方案
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
KW
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速v(r/min)
傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動(dòng)比
V帶傳動(dòng)比
減速器
1
YEJ90S-2
1.5
3000
2840
40.57
3.5
11.59
2
YEJ90L-4
1.5
1500
1400
20
2.9
6.9
3
YEJ100L-6
1.5
1000
940
13.43
2.6
5.16
考慮到電機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，重量，價(jià)格，和皮帶傳動(dòng)，齒輪減速比，同時(shí)考慮到錐齒輪的大小，所以選擇方案三。因此，所選的電機(jī)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
型號(hào)
額定功率
滿 載 時(shí)
轉(zhuǎn)速r/min
電流 A
效率 %
功率因素
YEJ100L-6
1.5
940
4.0
77.5
0.74
6.0
2.0
2.0
主要外形和安裝尺寸如表4-2所示。
4.2 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比
1、總傳動(dòng)比電940/7013.43；
2、分配各級(jí)傳動(dòng)比：
根據(jù)附錄一，合理的V帶輪傳動(dòng)比為2~4，二級(jí)圓錐—圓柱齒輪傳動(dòng)比為5~6，故取V帶輪傳動(dòng)比為2.64，則二級(jí)圓錐—圓柱齒輪傳動(dòng)比為u齒輪=ia/i=13.43/2.64=5.09(符合)。
對(duì)于圓錐—圓柱齒輪減速器，可取圓錐齒輪傳動(dòng)比為i1=0.25i，并盡量使i1≤3，最大允許到4，以使圓錐齒輪直徑最小。但同時(shí)考慮到圓柱齒輪的尺寸，綜合考慮兩種因素，決定取i1=3.9，則i2總=5.09/3.9=1.3，現(xiàn)擬定i2=3，i3=1/2.3。
表4-3 YEJ100L-6的外形和安裝尺寸
中心高H
外形尺寸
底角安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
A×B
K
D×E
F×G
100
405×282.5×245
160×140
12
28×60
8×24
4.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
Ⅰ軸
Ⅱ軸
惰輪
棍筒
4.3.2 各軸輸入功率計(jì)算
軸Ⅰ
軸 Ⅱ
惰輪的軸
棍筒的軸
4.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算
電動(dòng)機(jī)需要的軸輸出轉(zhuǎn)矩：
軸 Ⅰ
軸
惰輪軸為
棍筒軸為
5 切管機(jī)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 V帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、確定計(jì)算功率需要為：
初步擬定該切管機(jī)工作壽命是10年，兩班制的工作制度。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表8-7可查得，其工作情況系數(shù)，
2、選擇V帶：
根據(jù)、，查參考文獻(xiàn)[1]圖8-11 選用A型V帶。
確固定皮帶輪速度參考直徑和驗(yàn)證：
從參考文獻(xiàn)[1]表8-6和8-8，以基準(zhǔn)的馬達(dá)皮帶輪直徑
帶速合適。
3、計(jì)算大輪的基準(zhǔn)直徑：
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表8-8，圓潤。
4，確定V形皮帶的中心距為基準(zhǔn)長度：
根據(jù)
初定中心距
從參考文獻(xiàn)[1]表8-2與參考長度選舉。
5，計(jì)算實(shí)際中心距離：：
6、電機(jī)滑輪包角：
7、計(jì)算帶的根數(shù)：
根據(jù) ，
利用插值法，查參考文獻(xiàn)[1]表8-4a得
根據(jù) ，
查參考文獻(xiàn)[1]表8-4b得
利用插值法，根據(jù)文獻(xiàn)[1]表8-5得
使用考文獻(xiàn)[1]表8-2得
故取根。
8、計(jì)算V帶的初拉力的最小值：
從參考文獻(xiàn)[1]表8-3可以查得 A型V帶長度是質(zhì)量
9、計(jì)算壓軸力：
10、V帶輪的尺寸計(jì)算：
1) 電動(dòng)機(jī)帶輪需要的尺寸的計(jì)算：
從上面計(jì)算可以聽知，電動(dòng)機(jī)帶輪為A型，其直徑為
查表，得：
bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=15±0.3，fmin=9，=34°
輪轂寬度 B=(z-1)e+2f≥(2-1)×15+2×9≥33mm，取B=35mm
輪轂外徑 da=dd+2ha=106+2×2.75=111.5mm
輪轂孔徑 由電動(dòng)機(jī)輸出軸尺寸決定，由表4-3，得d孔=28mm，鍵槽寬b=8mm。
2) 減速器機(jī)帶輪的尺寸計(jì)算：
由上面計(jì)算可知，減速器機(jī)帶輪為A型，其直徑為
查參考文獻(xiàn)[1]表8-10，得：
bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=15±0.3，fmin=9，=38°
輪轂寬度 B=(z-1)e+2f≥(2-1)×15+2×9≥33mm，取B=35mm
輪轂外徑 da=dd+2ha=280+2×2.75=285.5mm
3) 結(jié)構(gòu)選擇：
電動(dòng)機(jī)帶輪：
∵2.5 dd≤dd1≤300mm
∴采用腹板式結(jié)構(gòu)。
減速器機(jī)帶輪：
∵dd2≤300mm，且D1-d1≥100mm
∴采用孔板式結(jié)構(gòu)。
5.2 圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、選擇齒輪類型，精度等級(jí)，材料和牙齒;
從參考文獻(xiàn)[1]表10-8理查德，通用減速機(jī)的精度水平是68，減速機(jī)的精度等級(jí)為7。
從參考文獻(xiàn)[1]表10-1選擇小齒輪材料40Cr鋼（淬火），硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（淬火和回火），硬度240HBS。
選小齒輪齒數(shù)z1 =21,大齒輪齒數(shù)z2 =齒×z1 =3.9×21= 81.9，取z2 =82。
則齒數(shù)比為。
2、齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)；
試選載荷系數(shù)Kt=1.3
取齒寬系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[1]表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)
從文獻(xiàn)[1]圖10-21d的齒的表面硬度的小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限調(diào)查
，
大齒輪的接觸面的疲勞強(qiáng)度極限
由參考文獻(xiàn)[1]式10-13可得應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)為：
=60×356×1×(2×8×10×365)=1.247×109
=3.194×108
由參考文獻(xiàn)[1]圖10-19取接觸面的疲勞壽命系數(shù)為：k HN1=0.92，k HN2=0.95
可計(jì)算失效概率是1%，安全系數(shù)S=1
[]1==0.92×600=552Mpa
[]2==0.95×550=522.5MPa
試計(jì)算小齒輪的分度圓直徑d1t
根據(jù)
=51.80mm
模數(shù)m t=d1t/z1=51.80/21=2.47
計(jì)算其載荷系數(shù)：
根據(jù)，7級(jí)精度，由參考文獻(xiàn)[1]圖10-8查的動(dòng)載系數(shù) k v=1.05，
查參考文獻(xiàn)[1]表10-3，得齒間載荷分配系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[1]表10-2查得使用系數(shù)
由參考文獻(xiàn)[1]表10-9查得
故載荷系數(shù)
按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓的直徑為：
計(jì)算模數(shù) m =d1/z1=55.22/21=2.63mm。
3、齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)
由參考文獻(xiàn)[1]圖 10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的極限值，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由參考文獻(xiàn)[1]圖10-18取彎曲疲的勞壽命系數(shù)k FN1=0.85，k FN2=0.88
取其設(shè)計(jì)彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4
[]1==0.85×500/1.4=303.57Mpa
[]2==0.88×380/1.4=238.86Mpa
節(jié)圓錐角：
當(dāng)量齒數(shù)：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表10-5用插值法可以查得 Y Fa1=2.73，Y Sa1=1.57
Y Fa2=2.06，Y Sa2=1.97
可得
=2.09mm
另外考慮到小圓錐齒輪的尺寸不宜太小，因此取m =3mm。
4、幾何計(jì)算：
錐距離計(jì)算： R= =126.98mm
節(jié)圓直徑： d1 = mz1 = 63 mm
d2 = mz2 = 246 mm
平均節(jié)圓直徑： d m1 = d1(1-0.5) = 52.6mm
d m 2 = d2 (1-0.5) = 205.4mm
齒寬： B=R=0.33×126.98=41.9mm
齒頂圓直徑： da1=m(z1+2cosδ1)=68.8mm
da2=m(z2+2cosδ2)=247.49mm
齒根圓直徑： df1=m(z1-2.4cosδ1)=56.02mm
df2=m(z2-2.4cosδ2)=244.21mm
5、受力分析如圖5.1所示：
圖5.1 錐齒輪受力分析示意圖
Ft1=-Ft2=2T1/dm1=2×35.01/52.6=1.33kN
Fa1=-Fr2= Ft tanαsinδ1 =1.33××=0.12kN
Fr1=-Fa2= Ft tanαcosδ1 =1.33××=0.469kN
6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
小圓錐減速器齒輪：
∵齒根圓到鍵槽底部的距離e<1.6mt時(shí)，齒輪與軸形成為一體。
初步估計(jì)e<1.6mt，所以把齒輪和軸做在一起。
大圓錐齒輪：
∵160mm
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