2634 鋼管去毛刺技術(shù)研究及專(zhuān)用裝備設(shè)計(jì)

2634 鋼管去毛刺技術(shù)研究及專(zhuān)用裝備設(shè)計(jì),鋼管,毛刺,技術(shù)研究,專(zhuān)用,裝備,設(shè)備,設(shè)計(jì) 鋼管去毛刺技術(shù)研究及專(zhuān)用裝備設(shè)計(jì)第一章 緒 論1.1 課題背景近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，我國(guó)高頻直縫焊管的生產(chǎn)技術(shù)裝備水平不斷提高，高頻直縫焊管的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次也有了很大的提升，產(chǎn)品的用途越來(lái)越廣泛。對(duì)高頻直縫焊管的內(nèi)外毛刺進(jìn)行清除，是生產(chǎn)高檔次高頻直縫焊管的一個(gè)重要工藝過(guò)程和手段，對(duì)于內(nèi)毛刺清除精度要求較高的產(chǎn)品，如果內(nèi)毛刺清除質(zhì)量滿(mǎn)足不了標(biāo)準(zhǔn)或用戶(hù)要求，將無(wú)法實(shí)施批量生產(chǎn)。相比外毛刺的清除工作，內(nèi)毛刺的清除是一項(xiàng)復(fù)雜工作。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的許多因素均會(huì)影響到內(nèi)毛刺清除質(zhì)量，即內(nèi)毛刺清除的精度和清除過(guò)程的穩(wěn)定性。采用在線去毛刺裝置，除了改善去毛刺質(zhì)量，還可以提高生產(chǎn)質(zhì)量，在實(shí)現(xiàn)鋼管成型及去毛刺同步時(shí)，也穩(wěn)定了輸出質(zhì)量。因此，有必要對(duì)各種影響因素進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的措施，以改善高頻直縫焊管內(nèi)毛刺的清除效果和提高產(chǎn)品檔次，在線去毛刺裝置的設(shè)計(jì)對(duì)于提高生產(chǎn)質(zhì)量和節(jié)約生產(chǎn)成本有著重要意義。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展進(jìn)程在焊管剛剛開(kāi)始興起的19 世紀(jì)40～50 年代,人們對(duì)電焊管內(nèi)毛刺的清除是沒(méi)什么要求的。后來(lái)由于工業(yè)的發(fā)展, 如汽車(chē)、鍋爐、石油等行業(yè)需要比較精密的焊管, 強(qiáng)調(diào)要求清除焊管內(nèi)毛刺 , 這才開(kāi)始電焊管內(nèi)毛刺清除裝置的研制與開(kāi)發(fā)。20 世紀(jì)60 年代, 我國(guó)絕大部分焊管生產(chǎn)企業(yè)的焊管機(jī)組都是Φ101.6 mm以下的, 到了70 年代中期才開(kāi)始研制電焊管內(nèi)毛刺清除裝置。原首鋼焊管廠首先開(kāi)始使用固定式刀架, 先由人工調(diào)整, 將刀架上的刀片對(duì)準(zhǔn)需要切削的毛刺。雖然試生產(chǎn)石油管已達(dá)到一個(gè)較高的水平, 內(nèi)毛刺殘留高度僅為0～0.2 mm, 但由于原料、成型、焊接、合格率等因素的影響, 還需要做進(jìn)一步的研究。后來(lái)又采用了浮動(dòng)式( 彈簧或氣動(dòng)) 刀架, 如我國(guó)在20 世紀(jì)80年代初從日本引進(jìn)的Φ90 mm 焊管機(jī)組就是采用了彈簧浮動(dòng)式刀架。我國(guó)采用的是螺旋彈簧, 而國(guó)外采用的是板式彈簧。這種刀架存在需要熟練工人操作, 起動(dòng)動(dòng)作要慢, 彈簧必須調(diào)至合適壓力等不利因素, 從而影響其進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)外的刀架由3 個(gè)部件組成, 如美國(guó)Nelson 工具公司的清除內(nèi)毛刺刀架采用了板式彈簧, 通過(guò)其支承力使刀頭伸入毛刺中, 利用刀削原理刮削毛刺, 如圖1.1 所示。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造方便; 其缺點(diǎn)是彈簧經(jīng)常處于高溫、潮濕的空氣以及氧化鐵皮飛揚(yáng)的環(huán)境下很容易失效, 彈力消失, 刮出的毛刺常常達(dá)不到要求, 而且此種結(jié)構(gòu)僅適用于Φ171.45 mm 以下的焊管。1—環(huán)形刀 2—環(huán)形刀支架 3—環(huán)形刀定位螺釘 4—環(huán)形刀調(diào)整螺釘5—環(huán)形刀調(diào)整固定螺栓 6—上輥軸 7—前邊上輥 8—后邊上輥 9—軸定位螺釘 10—刀架支座 11—調(diào)整螺釘 12—螺釘定位銷(xiāo) 13—隨定位銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸 14—隨定位銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的桿 15—底下的輥軸 16—底下的軸輥 17—軸定位螺釘 18—下降安全板 19—下降安全板調(diào)整螺栓 20—聯(lián)結(jié)器軸 21—聯(lián)結(jié)器標(biāo)準(zhǔn)桿 22—軸定位螺栓23—彈簧導(dǎo)座樞軸 24—調(diào)整螺栓閉鎖裝置的嵌入物 25—調(diào)整螺栓墊片裝置的嵌入物圖1.1 美國(guó)Nelson 工具公司的刀架結(jié)構(gòu)分解示意在20 世紀(jì)80 年代中期到90 年代這個(gè)推陳出新的年代, 內(nèi)毛刺清除裝置的發(fā)展突飛猛進(jìn), 我國(guó)因引進(jìn)了大量的國(guó)外焊管機(jī)組, 使清除焊管內(nèi)毛刺的工藝與設(shè)備也有了很大改進(jìn)。刀架中的進(jìn)刀、退刀機(jī)構(gòu)完全采用了液壓系統(tǒng), 并將刀架上的油管改成油槽開(kāi)在本體上, 用蓋板焊死, 減少或消除了油管被磨破而發(fā)生的事故, 比彈簧式有了很大改進(jìn)。國(guó)內(nèi)與國(guó)外的刀架不同之處, 就在于進(jìn)/退刀機(jī)構(gòu)上, 國(guó)內(nèi)的液壓進(jìn)/退刀采用直立式油缸, 而國(guó)外采用的是水平式油缸。如美國(guó)Nelson 工具公司在這個(gè)時(shí)期開(kāi)發(fā)的清除內(nèi)毛刺刀架, 采用的就是水平放置的油缸, 它通過(guò)凸輪斜面使刀架上升或下降,應(yīng)用于Φ171.45 mm以下焊管機(jī)組上。其構(gòu)造如圖1.2 所示。1—環(huán)形刀支架 2—環(huán)形刀定位螺釘 3—環(huán)形刀 4—環(huán)形刀調(diào)整螺釘 5—環(huán)形刀調(diào)整螺栓 6—上輥軸 7—前邊上輥 8—后邊上輥 9—軸定位螺釘 10－刀架支座 11－刀座支架延長(zhǎng)部分 12－軸定位銷(xiāo) 13－隨定位銷(xiāo)傳動(dòng)的軸 14－隨定位銷(xiāo)傳動(dòng)的桿 15－底下的輥軸 16－底下的軸輥 17－軸定位螺釘 18－輪子凸輪軸 19－輪子凸輪 20－（斜）凸輪 21－刀座支架延長(zhǎng)部分的銷(xiāo)釘 22－刀座支架延長(zhǎng)部分的卡環(huán) 23－活塞 24－活塞O形圈 25－連接器O形圈 26－標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器 27－聯(lián)軸器裝配螺栓 28－卸荷螺栓 29－活塞桿密封圈 30－卸荷密封墊圖1.2 美國(guó)Nelson 工具公司新開(kāi)發(fā)的刀架結(jié)構(gòu)分解示意21 世紀(jì)初，江蘇徐州某鋼管公司引進(jìn)了Φ139.7mm、Φ73 mm 兩種規(guī)格的液壓式內(nèi)毛刺清除裝置，用于Φ219 mm 焊管機(jī)組ERW油套管的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。該裝置的刀頭為環(huán)形刀, 刀座和刀座架可在垂直方向上相對(duì)調(diào)整, 下支承輥輪的脹縮通過(guò)液壓管路在操作臺(tái)上進(jìn)行調(diào)整, 固定架具有沿垂直方向調(diào)整的功能, 沿中心桿軸線調(diào)整和旋轉(zhuǎn)的功能。其刀頭使用壽命長(zhǎng), 調(diào)整方便、精確, 液壓壓力穩(wěn)定, 大大提高了ERW直縫焊油套管內(nèi)毛刺的清除質(zhì)量和焊管機(jī)組的作業(yè)率, 保證了焊縫狀態(tài)的穩(wěn)定性。生產(chǎn)小口徑焊管時(shí), 刀頭一般固定在刀架上,刀架體積不大且重量較輕, 升降也還方便。隨著焊管口徑越來(lái)越大, 刀架也要隨之增大, 這就使刀架的升降變得不太方便。為了解決此問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出雙刀架結(jié)構(gòu), 即大刀架裝小刀架, 大刀架固定而小刀架升降, 如圖4 所示。這種刀架用于我國(guó)廣東、上海等地的焊管生產(chǎn)廠家, 適用于Φ254～355.6 mm ( 10～14 in) 焊管機(jī)組。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 小刀架裝在大刀架內(nèi), 小刀架上只有2 個(gè)上支承輥輪, 1 個(gè)刀桿, 留有排屑槽; 大刀架只用1 個(gè)下支承輥輪固定, 不升降; 用油缸驅(qū)動(dòng)使固定刀桿的小刀架進(jìn)刀或退刀; 大刀架裝有2個(gè)油缸; 油缸的活塞支承小刀架, 使小刀架單獨(dú)升降, 因?yàn)樾〉都芙Y(jié)構(gòu)緊湊重量輕, 運(yùn)動(dòng)方便; 大刀架也留有排屑槽, 與小刀架的排屑槽相對(duì)應(yīng); 大刀架前部裝有1 套水平支承輥輪來(lái)防止刀架旋轉(zhuǎn), 如圖1.3 中的A 向所示; 大刀架中的水平支承輥輪和下支承輥輪, 根據(jù)管子的尺寸、規(guī)格、品種而更換。1—水平支承輥輪 2—大刀架 3—前油缸蓋 4, 6, 15, 17—O 形密封圈 5—前活塞桿 7—小刀架 8—刀桿 9—下支架 10—下支承蓋 11—上支承輥輪 12, 20—軸 13, 19—含油軸承 14—后油缸蓋 16—后活塞桿 18—下支承輥輪圖 1.3 雙刀架結(jié)構(gòu)示意隨著焊管生產(chǎn)口徑的不斷擴(kuò)大, 清除內(nèi)毛刺的刀架也在不斷發(fā)展變化。在國(guó)外的 Φ610 mm 焊管機(jī)上, 采用了懸臂式刀架。其特點(diǎn)是: 刀架下方不用支承輥輪而是采用連接裝置來(lái)支承。連接裝置的一端支承刀架, 而其另一端與固定裝置相連。固定裝置裝在擠壓輥前方的機(jī)架上。這種結(jié)構(gòu)就要求連接裝置必須具備足夠的強(qiáng)度與剛度, 而且只能在產(chǎn)品規(guī)格比較大的焊管機(jī)上使用 , 因?yàn)橹挥写罂趶焦艿膬?nèi)孔才能讓尺寸較大的連接裝置順利通過(guò)。美、德、法、南韓等國(guó)的 Φ610 mm 焊管機(jī)基本上都采用了此種刀架。目前國(guó)外的Φ610 mm 焊管生產(chǎn)大約分為 2 檔: Φ219～273 mm 和 Φ273～610 mm。刀架結(jié)構(gòu)也有 2 種: 一種是刀頭裝在 2 個(gè)上支承輥輪外( 圖1.4) ; 另一種是刀頭裝在 2 個(gè)上支承輥輪之間 ( 圖 1.5) 。但均采用了液壓升降, 在刀架的排屑口下方裝有水平式切斷器, 切斷器的刀具做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng), 以此來(lái)切斷毛刺, 使切屑不造成堵塞, 當(dāng)遇到帶鋼頭尾相接處時(shí)刀頭會(huì)自動(dòng)退刀。1—焊管 2—刀頭 3—支承輥輪圖 1.4 刀頭裝在 2 個(gè)上支承輥輪之外1—焊管 2—支承輥輪 3—刀頭 4—毛刺切斷器圖1.5 刀頭裝在2 個(gè)上支承輥輪之間1.3 課題任務(wù)及研究的主要內(nèi)容1.3.1 課題的主要內(nèi)容課題的任務(wù)為設(shè)計(jì)直縫鋼管的內(nèi)外毛刺在線去除的機(jī)構(gòu)，達(dá)到下列目標(biāo)和要求：(1)刀具要具有較強(qiáng)的抗震能力，能適應(yīng)切削主運(yùn)動(dòng)速度較高的要求，要求相對(duì)切削速度每秒鐘 0.2 米。(2)要去達(dá)到毛刺切削精度要求，滿(mǎn)足鋼管軸向長(zhǎng)度無(wú)限長(zhǎng)的需要。(3)刀具調(diào)整、更換方便，滿(mǎn)足不同內(nèi)徑鋼管及刀具磨損、損壞后更換要求。1.3.2 實(shí)現(xiàn)方法及途徑(1)擬采用刮削方式，刀具固定，鋼管的速度移動(dòng)為 0.2 米每秒。(2)刀桿前置式，解決鋼管成型后長(zhǎng)度的約束問(wèn)題。(3)內(nèi)、外毛刺去除工作分別由不同刀具承擔(dān)，但內(nèi)外同步切削。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1.毛刺的形成及后果成型后的管抷經(jīng)過(guò)感應(yīng)圈時(shí)，在高頻電流的作用下使帶鋼的兩邊緣的金屬快速熔化，在進(jìn)入擠壓輥時(shí)部分熔化的金屬被擠出，而進(jìn)入高頻直縫焊管內(nèi)壁的金屬和熔渣混合在一起形成焊管焊縫的毛刺。毛刺的存在嚴(yán)重影響到對(duì)焊管產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)和在一些領(lǐng)域中的使用。由于毛刺的存在將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作，使可靠性、穩(wěn)定性降低。當(dāng)存在毛刺的機(jī)器做機(jī)械運(yùn)動(dòng)或震動(dòng)時(shí)，脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面過(guò)早磨損、噪音增大，甚至使機(jī)構(gòu)卡死，動(dòng)作失靈；毛刺如果掉在定位基面上，會(huì)影響加工精度；另外毛刺還容易劃傷工人，影響裝配質(zhì)量以及零件的壽命毛刺的尖端銳利，在鋼管的運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)劃傷輥道表面等運(yùn)輸設(shè)備。2.1.1 清除內(nèi)毛刺的常用方法（a)輥壓法：利用伸入管內(nèi)的壓輥將紅熱狀態(tài)下的毛刺壓平，實(shí)際上內(nèi)毛刺并未真正清除，熔渣可能被重新壓入焊縫。（b)磨削法：鋼管冷態(tài)下進(jìn)行對(duì)鋼管長(zhǎng)度有限定，刀具壽命短，生產(chǎn)效率低。（c)氧化法：對(duì)鋼管長(zhǎng)度有限定，生產(chǎn)效率低。（d)切削法：對(duì)中小口徑鋼管?chē)?guó)外常采用的方法，可以實(shí)現(xiàn)在線加工，確保生產(chǎn)的效率。但隨著口徑的減小，切削加工的難度加大，對(duì)切削裝置的要求也提高。目前，國(guó)內(nèi)中小口徑焊管機(jī)組普遍采用在線切削法清除內(nèi)毛刺，即根據(jù)生產(chǎn)機(jī)組規(guī)格的大小，在封閉孔型機(jī)架前或后安裝固定架，將刀伸進(jìn)高頻直縫焊管的內(nèi)側(cè)，將刀頭調(diào)整到與內(nèi)焊縫相對(duì)應(yīng)的位置及靠近高頻直縫焊管內(nèi)壁的高度，在高頻直縫焊管前進(jìn)過(guò)程中，用刀頭將紅熱狀態(tài)的毛刺刮掉，如圖 2.1。1－刀頭 2－刀座 3－上支撐輥 4－刀座架 5－下支撐輥 6－中心桿7－阻抗器 8－固定架圖 2.1 清除內(nèi)毛刺示意在線切削刀法是一種較為理想的內(nèi)毛刺清除方法，但由于技術(shù)裝備水平較低，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)內(nèi)毛刺清除余高不穩(wěn)定，刮偏等現(xiàn)象，刀具調(diào)整頻繁。當(dāng)對(duì)焊頭通過(guò)刀頭時(shí)，需中斷正常生產(chǎn)，影響到焊管的成材率、機(jī)組的作業(yè)率及在線焊接熱處理焊管焊縫狀態(tài)的穩(wěn)定性。2.2 內(nèi)毛刺清除裝置的裝備水平2.2.1 刀頭的結(jié)構(gòu)和性能（a）普通刀頭 （b）環(huán)形刀圖 2.2 刀頭高度調(diào)整機(jī)構(gòu)刀頭是內(nèi)毛刺清除裝置的關(guān)鍵零件，長(zhǎng)時(shí)間在高溫下承受較大的切削力，在清除內(nèi)毛刺時(shí)，刃口的前角和后角直接影響到裝置的受力狀況和內(nèi)毛刺的清除質(zhì)量。一般情況下，刃口的前角控制在 30度左右，后角控制在 5～6 度左右。刀頭本身的結(jié)構(gòu)和性能影響其使用壽命，繼而影響內(nèi)毛刺的清除質(zhì)量。目前，刨削式刀頭基本上分為 2 種（圖 2.2） 。普通刀頭（圖 2.2a ）一般采用銅焊先將合金頭固定在刀頭座上，然后再進(jìn)行刃口的加工。在生產(chǎn)高強(qiáng)度大壁厚高頻直縫焊管時(shí)，由于內(nèi)毛刺大且強(qiáng)度高，切削力大，合金頭容易脫落，換刀較為頻繁；加之不同的刀頭在尺寸上存在差異，增加了調(diào)刀的次數(shù)。環(huán)形刀（圖 2.2b ）由合金粉末在高溫高壓下整體制作而成，在高溫下具有良好的耐磨性，當(dāng)刃口磨損或崩刃時(shí)只需將環(huán)形刀旋轉(zhuǎn)一定角度就可繼續(xù)使用，而且刀頭高度不變，保證了清除后內(nèi)毛刺高度的穩(wěn)定性，是較為理想的刀頭。目前，環(huán)形刀已形成規(guī)范的通用型號(hào)，國(guó)內(nèi)可以制造。以往是將固定刀頭的刀座和刀座架制作成一個(gè)整體，調(diào)整刀頭高度時(shí)需要松開(kāi)壓刀螺絲，在刀頭下面加、減墊片或采用頂絲進(jìn)行，調(diào)整復(fù)雜且精確度低。新型的內(nèi)毛刺清除裝置將刀座和刀座架制作成分體式，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺絲，可使刀座相對(duì)刀座架在高度方向上垂直移動(dòng)，根據(jù)調(diào)整螺絲的螺距和需要調(diào)整的位移量將調(diào)整螺絲旋轉(zhuǎn)一定的角度，就可以達(dá)到精確的調(diào)整要求。環(huán)形刀如圖 2.3 裝在刀架上。1－刀座 2－環(huán)形刀 3－固定螺栓 4－連接螺栓 5－主刀架圖 2.3 φ76m 焊管用環(huán)形刀架示意2.2.2 刀座架刀座架是通過(guò)上、下支撐輥對(duì)焊管內(nèi)壁的支撐作用保證刀頭的平穩(wěn)切削。上支撐輥保證在內(nèi)毛刺清除過(guò)程中，刀頭和高頻直縫焊管內(nèi)壁相對(duì)距離的恒定；下支撐輥分為固定式、彈簧浮動(dòng)式和液壓或氣壓浮動(dòng)式。固定式下支撐輥即為下支撐輥固定在刀座架上，且上支撐輥?zhàn)罡唿c(diǎn)和下支撐輥?zhàn)畹忘c(diǎn)之間的距離略大于焊接后高頻直縫焊管的內(nèi)徑，保持不變，當(dāng)高頻直縫焊管通過(guò)支撐輥時(shí)，由于支撐力的作用使高頻直縫焊管產(chǎn)生變形而形成“立橢” 。該種形式的支撐輥受力較大，特別是生產(chǎn)高強(qiáng)度、大壁厚高頻直縫焊管時(shí)，支撐輥和輥軸損壞頻繁，共用性較差。彈簧浮動(dòng)式下支撐輥即為下支撐輥用彈簧支撐，可上下浮動(dòng)，空載時(shí)上支撐輥?zhàn)罡唿c(diǎn)和下支撐最低點(diǎn)之間的距離比焊接后高頻直縫焊管的內(nèi)徑大左右，在生產(chǎn)過(guò)程中，下支撐輥隨著焊管壁厚的變化而浮動(dòng)，使刀頭始終保持靠近高頻直縫焊管內(nèi)壁。以上兩種方式均使刀頭始終靠近焊管內(nèi)壁，當(dāng)對(duì)焊頭通過(guò)時(shí)，需停止正常的成型焊接作業(yè)，然后點(diǎn)動(dòng)使對(duì)焊頭通過(guò)刀頭，否則，很容易造成刀頭損壞。2.2.3 固定架固定架是連接內(nèi)毛刺清除刀架的部件，應(yīng)具有在垂直方向調(diào)整的功能，使內(nèi)毛刺清除刀架的中心線和焊管的中心線保持平行；還應(yīng)具有沿中心桿軸線旋轉(zhuǎn)功能，保證刀頭和內(nèi)毛刺準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。2.3 常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法2.3.1 毛刺殘留高度超標(biāo)這種問(wèn)題往往是因?yàn)槊痰豆尾坏轿唬蛎痰墩{(diào)整不到位。應(yīng)重新調(diào)整毛刺刀，若是刀刃磨損，還應(yīng)重新磨刀。采用彈簧進(jìn)刀時(shí)，若是彈簧失效則應(yīng)更換彈簧。采用油缸進(jìn)刀時(shí)，若油缸活塞升不到位，密封圈磨損，則應(yīng)更換優(yōu)質(zhì)氟橡膠密封圈；若是油質(zhì)較差，則應(yīng)更換耐高溫油；檢查油壓及油泵站運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。2.3.2 毛刺刮得過(guò)深若毛刺刮的過(guò)深，則會(huì)減小鋼管的壁厚，降低鋼管質(zhì)量等級(jí)，則需重新調(diào)整刀具。對(duì)刀具的調(diào)整要求：（1) 保證適當(dāng)?shù)那邢鹘牵暗督沁^(guò)小會(huì)使刀刃切入阻力增大，過(guò)大則易損害刀具。因此，最好做到 α＝10°～15°，β＝5°～7°。（2)刀頭前角應(yīng)平滑，不得磨成凹凸不平，否則易造成“堵刀” 、“燒刀” 、 “軋刀”等事故。（3)應(yīng)依據(jù)實(shí)際刮削情況制成刀高樣板，換刀時(shí)據(jù)此用墊片調(diào)整刀頭的高度。2.3.3 毛刺被刮偏出現(xiàn)毛刺被刮偏的原因有很多，除了因帶鋼“鐮刀彎”而跑偏、孔型調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛲?，與內(nèi)毛刺清除裝置本身有關(guān)的原因如下：刀架與連接裝置之間的鉸結(jié)點(diǎn)應(yīng)上下升降靈活，無(wú)阻卡，但其在前后及圓弧方向上不得擺動(dòng)，并防止偏轉(zhuǎn)：整個(gè)內(nèi)毛刺清除系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度不夠。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 方案主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 前人方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3.1，對(duì)通徑 50mm 以下的焊管而言，由于內(nèi)空間較小，限制很多，使得整個(gè)裝置必然要求結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，制造精密，性能可靠。這種小口徑直縫焊管內(nèi)毛刺清除裝置在同類(lèi)裝置中具有代表性。1－直縫焊管 2－調(diào)整墊 3－環(huán)形刀 4－內(nèi)六角螺釘及止退墊圈 5－壓板 6－彈簧 7－柱塞缸 8－柱塞 9－芯棒 10－壓力油腔 11－無(wú)油腔 12－軸向滑塊 13－徑向滑塊 14－導(dǎo)位銷(xiāo) 15－焊縫 16－刀桿圖 3.1 內(nèi)毛刺清除裝置部分結(jié)構(gòu)圖（a)刀具刃形設(shè)計(jì)考慮到精確磨制刃部弧形不是很方便，也無(wú)必要，可采用環(huán)形刀去毛刺刀具如圖3.2，將刀具制成完整的圓形,對(duì)制造、安裝、調(diào)整都很方便。中間設(shè)為通孔,與刀桿16頭部通孔相通,便于排屑與散熱。可根據(jù)不同管徑安裝相應(yīng)直徑的環(huán)形刀。環(huán)形刀的定位是由壓板5與內(nèi)六角螺釘及止退墊圈4壓緊定位,調(diào)整墊2用來(lái)補(bǔ)償環(huán)形刀因多次修磨后的高度減少,以確保壓板5能可靠壓緊環(huán)形刀3。圖 3.2 環(huán)形刀示意圖（b)切削進(jìn)給方式圖1中軸向滑塊12和徑向滑塊13之間可沿傾角α的兩斜面相互滑動(dòng),見(jiàn)圖3.3。當(dāng)軸向滑塊12與徑向滑塊13在 x方向 (軸向 )產(chǎn)生相對(duì)位移δ x時(shí) ,必產(chǎn)生 y方向 (徑向 )的相對(duì)位移δ y , 且δ y=δ x tanα。我們就利用δ y 作為徑向進(jìn)給的設(shè)計(jì)要素。由于導(dǎo)位銷(xiāo)14的導(dǎo)向約束作用 ,只要軸向滑塊12相對(duì)刀桿16作縱向運(yùn)動(dòng) , 產(chǎn)生相對(duì)位移δ x時(shí) ,徑向滑塊13相對(duì)刀桿16就只能作徑向運(yùn)動(dòng) ,產(chǎn)生相對(duì)位移δ y ,實(shí)現(xiàn)徑向調(diào)節(jié)動(dòng)作 ,從而實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給和退刀運(yùn)動(dòng)。圖3.3 軸向滑塊與徑向滑塊相對(duì)位移示意圖（c)液壓原理壓力油壓力P由溢流閥調(diào)節(jié)設(shè)定，壓力表顯示，壓力的調(diào)節(jié)要能滿(mǎn)足系統(tǒng)的多項(xiàng)性能要求，壓力油壓力P的輸出與停止由二位三通電磁閥的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖3.4 液壓原理圖3.1.2確定方案結(jié)構(gòu)示意圖由于需要加工的焊管直徑為 100mm，內(nèi)部空間較為寬裕，可以更好地設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意如圖 3.5 所示。 1－內(nèi)毛刺刀座 2－環(huán)形刀 3－外毛刺刀座 4－絲杠 5－拉桿 6－固定架 7－連接桿圖 3.5 毛刺清除裝置部分結(jié)構(gòu)圖（a)刀具刃形設(shè)計(jì)內(nèi)、外毛刺刀采用環(huán)形刀結(jié)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)參照 3.2.1。在清除毛刺時(shí)，兩把刀具都受到工件進(jìn)給方向的切削力和相反方向的壓力。將內(nèi)、外毛刺刀安裝在同一徑向位置，同時(shí)切削，既可以提高裝置的效率，又可以抵消內(nèi)、外毛刺刀徑向的絕大部分力。（b)切削進(jìn)給方式脹縮滑塊可在懸臂梁斜面傾角為α的斜面滑動(dòng),見(jiàn)圖3.6。當(dāng)脹縮滑塊在懸臂梁斜面 x方向 (軸向 )產(chǎn)生相對(duì)位移δ x時(shí) ,必產(chǎn)生 y方向(徑向 )的相對(duì)位移δ y , 且δ y=δ x tanα。我們就利用δ y 作為徑向進(jìn)給的設(shè)計(jì)要素。由于懸臂梁固定 ,只要脹縮滑塊產(chǎn)生相對(duì)位移δ x時(shí) ,就能產(chǎn)生相對(duì)位移δ y ,實(shí)現(xiàn)徑向調(diào)節(jié)動(dòng)作 ,從而實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給和退刀運(yùn)動(dòng)。圖3.6 脹縮滑塊與懸臂梁相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖（c)傳動(dòng)方式采用螺旋傳動(dòng)方式。3.1.3兩種方案的比較本設(shè)計(jì)方案與前人方案比較，主要有以下兩點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1)在前人設(shè)計(jì)方案中，徑向滑塊由于焊管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到相對(duì)的摩擦力，長(zhǎng)時(shí)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)磨損徑向滑塊。針對(duì)這種情況，可以在下面安裝支撐輥輪。但是考慮到切削屑會(huì)推積在管內(nèi)，若有較大的切削屑阻攔輥輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則會(huì)造成內(nèi)部支撐的不平穩(wěn)，同時(shí)導(dǎo)致輥輪的磨損。然而在本方案中，采用懸臂梁機(jī)構(gòu)，使的整個(gè)機(jī)構(gòu)與焊管下部分離。這樣不但消除了機(jī)構(gòu)與焊管的摩擦力，而且避免了切削屑對(duì)機(jī)構(gòu)的危害。同時(shí)，將前人方案中的徑向滑塊做成懸臂梁的一部分，更加使機(jī)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單化。（2)在前人方案中，液壓系統(tǒng)提供脹縮滑塊的推力。液壓系統(tǒng)是一種可靠方便的開(kāi)關(guān)壓力源。不過(guò)在前人方案中，液壓系統(tǒng)只能定性要求不能定量要求，這樣，環(huán)形刀高度的升降就不能穩(wěn)定，容易刮傷焊管管壁。在本方案中，螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雖然需要人工定期工作，但是更換方便，操作簡(jiǎn)單，可以達(dá)到課題設(shè)計(jì)的要求。3.2刀具系統(tǒng)的受力與變形分析3.2.1切削力的估算與切削功率（1)單位切削力生產(chǎn)中，需要單位切削力來(lái)估算切削力的大小。單位切削力 就是切削力與切削層公稱(chēng)橫截面積之比：ck2(/)cccDdpFFNmAhbaf???（3.1）()cDcpkf（3.2）式中， －背吃刀量， －進(jìn)給量 ， －切削力 ， －切削層pafcFDA公稱(chēng)橫截面積 ，－切削層公稱(chēng)厚度 ， －切削層公稱(chēng)寬度。dhpb根據(jù)內(nèi)毛刺情況，可估算:＝ ＝1×1=1（ ） DAdph?2m（3.3）根據(jù)查表可知硬質(zhì)合金刀切削金屬時(shí)的單位切削力＝ 760 ，則ck2/Nm760()cDFkAN??（3.4）（2)切削功率 cP切削功率 就是消耗在切削過(guò)程中的功率。因此，c331076210.5()cFVKW????????（3.5）式中， －切削力 ， －切削速度cc3.2.2 上臂懸梁截面的力學(xué)性能懸臂梁的橫截面為一矩形，其中設(shè) － 長(zhǎng) （ ） ， － 寬（acmb） ，現(xiàn)已知 , ，如圖 3.7。cm60amc?20b? 圖 3.7 上懸臂梁橫截面圖（1)長(zhǎng)方形截面面積 261()Aabcm??式中， －長(zhǎng)方形截面面積（ ）2（2)長(zhǎng)方形截面對(duì) X、Y 軸的慣性矩34()12XabIcm?（3.6）346()12YabIc?（3.7）式中， －長(zhǎng)方形截面對(duì) X 軸的慣性矩（ ） ， －長(zhǎng)方形截面XI 4cmYI對(duì) X 軸的慣性矩（ ）4cm（3)長(zhǎng)方形截面對(duì) X、Y 軸的抗彎截面系數(shù)。234()6XabWc? 231()6YabWcm?（3.8）式中， －長(zhǎng)方形截面對(duì) X 軸的抗彎截面系數(shù)（ ） ， －長(zhǎng)方X 3cmYW形截面對(duì) Y 軸的抗彎截面系數(shù)（ ） 。3c（4)長(zhǎng)方形截面重心 S 到 X、Y 邊的距離3()2xaecm?1yb式中， －長(zhǎng)方形截面重心 S 到 X 的距離（ ） ， －長(zhǎng)方形截xe cmye面重心 S 到 Y 的距離（ ） 。c（5)長(zhǎng)方形截面對(duì) X、Y 軸的慣性半經(jīng)1.73()2xaim?0.58()ybic式中， －長(zhǎng)方形截面對(duì) X 軸的慣性半經(jīng)（ ） ， －長(zhǎng)方形截面xi cmyi對(duì) Y 軸的慣性半經(jīng)（ ） 。cm3.2.3 刀具系統(tǒng)的變形由于刀具受到向上和向左的切削力，懸臂梁在力的作用下將發(fā)生徑向和軸向的變形。特別是徑向這一敏感方向在 Fy的作用下，刀具的位置將會(huì)被抬高。這樣會(huì)導(dǎo)致徑向切削深度減少，毛刺殘留高度較大，達(dá)不到精度要求，因此需要及時(shí)調(diào)整刀具高度來(lái)保證切削精度。如圖 3.8 為上懸臂梁受支座反力示意圖。圖 3.8 刀具系統(tǒng)受力變形示意圖(1)B 點(diǎn)的支座反力及彎矩計(jì)算公式已知上懸臂梁的 , 。則根據(jù)圖 3.9 可得出：345lm?760PNcos607NOXCF?＝in1Y＝5BR2()YMFlNM???圖 3.9 刀具的受力分解式中， － B 點(diǎn)的支座反力（ ） ， － B 點(diǎn)的彎矩（RNM） 。Nm?（2)A 點(diǎn)的擾度和轉(zhuǎn)角計(jì)算公式31.07()YAFlfEI?2.46YAlI??（3.9）式（3.9）中， － A 點(diǎn)的擾度（ ）, － 截面的軸慣性fmI矩（ ） ，其中 , － 彈性模量（ ） （參照表4m2XYII??EGPa3.1）, － A 點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。?在調(diào)整刀具時(shí)，必須考慮到 A 點(diǎn)的擾度大小來(lái)調(diào)整刀具的高度，確保切削的精度。在實(shí)際切削時(shí)需要將刀具高度下降 1.07mm 左右來(lái)抵消在切削時(shí)刀具被抬高的距離。3.2.4 上臂懸梁的中心拉伸及變形已知 ， ， 。上懸臂梁的中心拉47PN?345lm20.1A?伸示意圖如圖 3.10。 圖 3.10 上懸臂梁的中心拉伸示意圖（1)縱向作用下的正壓力（拉伸）計(jì)算公式： 3725()PaA?????－縱向作用下的正壓力（ ）Pa－ 縱向力( )N－ 材料抗拉許用應(yīng)力（ ）?（2)縱向絕對(duì)變形計(jì)算公式 0.13()PlmEA?－ 長(zhǎng)度增長(zhǎng)l－ 材料拉壓彈性模量 2()（3)縱向應(yīng)變計(jì)算公式 0.37%l??A－ 縱向應(yīng)變（4)橫向應(yīng)變計(jì)算公式10.57????－ 橫向應(yīng)變－ 泊松比（參考表 3.1）3.3 各部分零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 毛刺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)毛刺刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)毛刺刀采用環(huán)形刀。毛刺刀頭的材質(zhì)常用的有以下幾種：表 3.2 常見(jiàn)的 5 種刀頭性能比較通過(guò)實(shí)踐分析，材質(zhì)為 YG8 的刀頭材質(zhì)較軟，需水壓較高（60～75 ） ，刀頭壽命較短。YT14 的刀頭較硬，在刮削過(guò)2/kgcm程中容易崩刀。相比較而言，YT5 的刀頭較好，克服了以上兩種刀頭的弱點(diǎn)，比較適用。刀頭直接安裝在刀桿上，連接為過(guò)盈配合。刀頭安裝時(shí)，輕輕敲打刀體，不許磕碰刀頭，以免損壞刀刃。從頭逐一檢查各緊固軸間隙時(shí)候松動(dòng)。刀刃高度應(yīng)比刀桿高出 2～3mm，然后用緊固螺栓把刀體緊固在機(jī)架上。螺栓要擰緊，防止刀體下滑，造成生產(chǎn)上刮不到毛刺。3.3.2 脹縮滑塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（a)原理脹縮滑塊的原理即為斜面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)原理。斜面機(jī)構(gòu)在機(jī)器中應(yīng)材質(zhì) 密度（ ）3/gcm抗彎強(qiáng)度不低于（ ）2/kgm硬度不低于（HRA）YT14 11.2～12.0 150 90.5YT5 12.5～13.2 180 89.5YG8 14.5～14.9 200 89YG6 14.6～15.0 180 89.5YT15 11.0～11.7 150 91用時(shí)一般滑塊上升為正行程，下滑為反行程。（1)滑塊上升當(dāng)滑塊 以等速沿斜面上升時(shí)， 為驅(qū)動(dòng)力， 為生產(chǎn)阻力。AFQ因斜面 加于滑塊的 的總反力 的方向應(yīng)與 相對(duì)于 的運(yùn)動(dòng)方BRAB向成 ＋ ，其中 為摩擦角，所以 和 之間的夾角09?tanrcf?R為 ?，F(xiàn)已知載荷 的大小和方向以及驅(qū)動(dòng)力 和反力 的方??QF向，所以按力的平衡方程 作力多邊形如圖所示。然后0RF?由圖 3.9 可得tan()???（3.10）如果 、 間沒(méi)有摩擦，則有 ，可得理想的水平驅(qū)動(dòng)力AB00tanFQ??可得滑塊上升時(shí)斜面的效率0tan()????（3.11）（2)滑塊下降如圖所示，設(shè)將力 減小到 ，滑塊 以等速沿斜面下降，這F' A時(shí) 為驅(qū)動(dòng)力，而 為生產(chǎn)阻力。由于滑塊運(yùn)動(dòng)方向的改變，所以Q'總反力 與 之間的夾角變?yōu)?。然后按 作其力'R???''0QFR??多邊形，如圖?？傻茫?tan()F?同上面一樣，如果 、 間沒(méi)有摩擦，則有 ，可得理想的AB0??生產(chǎn)阻力為'0tanFQ??所以，滑塊下滑時(shí)斜面的效率為：'''0t()an????νφλ λ +φ(a) (b)νφλ λ -φ(c) (d)圖 3.12 斜面機(jī)構(gòu)示力圖由上述可知，當(dāng) 一定時(shí)，斜面的效率是升程角 的函數(shù)，且??正、反行程的效率不相等。當(dāng)正行程時(shí)，如 ，則 ，2????0??機(jī)器要發(fā)生自鎖現(xiàn)象。因?yàn)檎谐滩粦?yīng)該發(fā)生自鎖現(xiàn)象，所以應(yīng)使。當(dāng)反行程時(shí)，如 ，則 ，機(jī)器也會(huì)發(fā)生自鎖。2????????'0?（b)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脹縮滑塊和懸臂梁的材料都是采用 45 鋼。靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)（無(wú)潤(rùn)滑條件下）相同為 0.149，根據(jù) 可以f?arctnf??得到 。在脹縮滑塊的設(shè)計(jì)中，脹縮滑塊與懸臂梁接觸的斜08.53??面角 。自鎖條件為： ，因設(shè)計(jì)中 ，不滿(mǎn)足自鎖o??????條件。右端小凸臺(tái)的作用是連接壓縮彈簧和增大與套筒的接觸面積以減少摩擦。脹縮滑塊結(jié)構(gòu)圖如圖 3.13。圖 3.13 脹縮滑塊示意圖3.3.3 套筒的設(shè)計(jì)和壓力塊的設(shè)計(jì)(a）套筒的設(shè)計(jì)螺旋傳動(dòng)通過(guò)與脹縮滑塊的接觸將傳位移和力傳動(dòng)給脹縮滑塊。這樣在旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)中，螺桿末端圓柱頭與滑塊直接接觸，而且兩者接觸面積較小，導(dǎo)致螺桿末端圓柱頭和脹縮滑塊容易被磨損，螺桿不易拆卸，更換較為復(fù)雜。若在圓柱頭前加上一個(gè)套筒則可以解決這一問(wèn)題。通過(guò)定位螺釘?shù)亩ㄎ?，套筒只有軸向位移，沒(méi)有徑向位移，將螺桿的直線加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。同時(shí)套筒與脹縮滑塊的接觸面積較大，這樣兩者之間受力只有推力，套筒和滑塊的磨損也將大大減少。(b)壓刀塊的設(shè)計(jì)內(nèi)壓刀塊是陷于內(nèi)刀桿之中的，被內(nèi)毛刺刀從中間穿出孔，屬于非規(guī)則零件，制造起來(lái)有一定的難度，左右可各用一顆緊定螺釘固定于內(nèi)刀桿之上。外壓刀塊截面是正方形，四周有四顆緊定螺釘固定。外壓刀原先采用契形塊方便取出和裝配，后考慮到過(guò)定位問(wèn)題，改成矩形塊。第四章 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.1 選擇螺旋傳動(dòng)的種類(lèi)表 4.1 螺旋傳動(dòng)的種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 靜壓螺旋傳動(dòng)1.摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（通常為30－60％）22．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便1.摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（一般在 90％以上）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難3.具有傳動(dòng)可逆性（可以把1.摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率高（一般在 90％以上）2.螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜 33．易于自鎖44．運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行5．螺紋有側(cè)向間隙，反向時(shí)有空行程，定位精度和軸向剛度較差（采用消隙機(jī)構(gòu)可提高定位精度）6．磨損快旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可以把直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)） ，為了避免螺旋副受載后逆轉(zhuǎn)，應(yīng)設(shè)置防擬轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行5.螺母和螺桿經(jīng)調(diào)整預(yù)緊，可得到很高的定位精度，并可以提高軸向剛度6.工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障7.抗沖擊性能差3.具有傳動(dòng)可逆性，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4.工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象5.反向時(shí)無(wú)空行程，定位精度高，并且有很高的軸向剛度6.磨損小、壽命長(zhǎng)7.需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過(guò)濾要求高的供油系統(tǒng)應(yīng)用舉例金屬切削機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋，摩擦壓力機(jī)、千斤頂?shù)膫髁β菪饘偾邢鳈C(jī)床（特別是加工中心、數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床） 、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋，升降、起重機(jī)構(gòu)和汽車(chē)、拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳力螺旋，飛機(jī)、導(dǎo)彈、船舶等自控系統(tǒng)的傳動(dòng)螺旋和傳力螺旋精密機(jī)床的進(jìn)給、風(fēng)度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋根據(jù)上述內(nèi)容，通過(guò)三種螺旋傳動(dòng)的比較，得知滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)更適合本課題的設(shè)計(jì)要求，故選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。4.2 螺紋副的螺紋種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用表 4.2 螺紋副的螺紋種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用種類(lèi)牙型圖 特點(diǎn) 應(yīng)用梯形螺紋牙形角 a＝30 o，螺紋副的大徑和小徑有相等的徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好（可以用高生產(chǎn)率的方法制造） ；內(nèi)螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng)；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；但其效率較低。用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)床的絲桿、載重螺旋式起重機(jī)、鍛壓機(jī)的傳動(dòng)螺旋鋸齒形螺紋有兩種牙型一種是工作面牙型斜角α 1＝3°（便于加工）非工作斜角α 2＝30°；另一種是 α 1＝3°，用于單向受力的傳力螺旋，如初軋機(jī)的壓力螺旋、大型α 2＝30°的鋸齒形螺紋，只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其外螺紋的牙根處有相當(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)度；大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中。起重機(jī)的螺旋千斤頂，水壓機(jī)的傳力螺旋、火炮的炮栓機(jī)構(gòu)圓螺紋螺紋強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小；和其他螺紋比，對(duì)污染和腐蝕的敏感性小，但效率低用于受沖擊和變載荷的傳力螺旋矩形螺紋牙型為正方形，牙形角 α＝0°。傳動(dòng)效率高，但精確制造困難；螺紋強(qiáng)度比梯形螺紋、鋸齒形螺紋低。用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋，如一般起重螺旋根據(jù)上表格幾種螺紋類(lèi)型的比較，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，梯形螺紋更加適合課題的要求，綜上所述選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的梯形螺紋，如圖4.1。 圖 4.1 螺旋傳動(dòng)示意圖4.3 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.3.1 螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式（a)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并做直線運(yùn)動(dòng)。如某些千斤頂。（b)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母做直線運(yùn)動(dòng)。如機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，虎鉗。（c)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿做直線運(yùn)動(dòng)。如某些千斤頂，壓力機(jī)。（d)螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并做直線運(yùn)動(dòng)，用于某些手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如插齒機(jī)主軸箱的移動(dòng)調(diào)整。在此次的螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)中我們選擇第一種情況：螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并做直線運(yùn)動(dòng)。4.3.2 螺母、螺桿材料的選擇（a)螺母的類(lèi)型為雙級(jí)整體螺母（b)螺桿的材料：40Cr熱處理:調(diào)質(zhì) 230～280HBS 淬火、低溫回火 45～50HRC應(yīng)用:中等精度的一般傳動(dòng)（c)螺母的材料: ZCuSn10Pb1特點(diǎn)和應(yīng)用:和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)低，有較好的抗膠合能力和耐磨性；但強(qiáng)度稍低。適用于輕載、中高速傳動(dòng)精度高的傳動(dòng)4.3.3 耐磨性計(jì)算(a)計(jì)算參數(shù)ζ 的值：梯形螺紋 ζ＝0.8φ 的值：整體式螺母取 φ＝1.2～2.5，現(xiàn)在取 φ＝2.5許用壓強(qiáng)【P】的值：18～25 MPa，現(xiàn)在取 20 MPa(b)計(jì)算公式：??2FdP???（4.1）， , 2Hd10~2z???2Fppdhz???梯形螺紋 .5hp?(c)計(jì)算結(jié)果：螺紋中徑 ＝3.578㎜2d經(jīng)查表得出下列數(shù)據(jù)（㎜）：表 4.3 螺旋傳動(dòng)數(shù)據(jù) 公稱(chēng)直徑 中徑計(jì)算值中徑值 2d螺距 P 外螺紋小徑 1d內(nèi)螺紋大徑 d導(dǎo)程 L16 3.578 4 4 4 4 4螺母高度 H 的值為：10mm，現(xiàn)取 15 mm旋合圈數(shù) z 的值為：2.5，現(xiàn)取 3.75螺紋的工作高度 h 的值為：2mm工作壓強(qiáng) p 的值為：15.915MPa4.3.4 計(jì)算螺桿強(qiáng)度(a)計(jì)算參數(shù)螺桿材料的許用應(yīng)力 ：157～261.667 MPa???(b)計(jì)算公式??223140.FTd?????????????????（4.2）(c)計(jì)算結(jié)果螺桿當(dāng)量應(yīng)力 σ 的值為：95.125MPa4.3.5 螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算(a)計(jì)算參數(shù)材料的許用應(yīng)力 ：30～40 MPa???材料的許用彎曲應(yīng)力 ：40～60 MPab?(b)計(jì)算公式螺桿 ??1Fdbz???????213bbFhdz????（4.3）螺母 ??z????2bbz（4.4）螺紋牙底寬度 梯形螺紋 0.65bP?(c)計(jì)算結(jié)果螺紋牙底寬度為：2.6mm螺桿抗剪強(qiáng)度為：12.243MPa螺桿抗彎強(qiáng)度為：28.252MPa螺母抗剪強(qiáng)度為：12.243MPa螺母抗彎強(qiáng)度為：28.252MPa4.3.6 螺桿強(qiáng)度計(jì)算(a)計(jì)算參數(shù)螺桿材料的切變模量 G 為：83000MPa(b)計(jì)算公式214FLEAd???2416TPLTLIGd????3242116()3TFpGEd??（4.6）(c)計(jì)算結(jié)果軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量 為：0.00154mmFL?轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量 為：0.00047mmT導(dǎo)程的總變形量 為：0.00107mmL?4.3.7 計(jì)算效率（a)計(jì)算公式 'tan(0.95~.)()?????（0.95～0.99）為軸承效率，決定與軸承形式，滑動(dòng)軸承取小值（b)計(jì)算結(jié)果軸承效率為：0.96效率為：0.673結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)方案采用在線去毛刺裝置對(duì)直縫鋼管的內(nèi)外毛刺進(jìn)行清除，基本上能滿(mǎn)足課題研究的要求。采用在線去毛刺裝置改善了去毛刺質(zhì)量和提高了生產(chǎn)質(zhì)量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的在線調(diào)整，切削毛刺的同時(shí)能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)刀具高度以滿(mǎn)足精度要求。本設(shè)計(jì)提出了內(nèi)外毛刺同步切削的嘗試，提高了工作效率和工作精度，效果良好。裝置原理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作方便可行，實(shí)現(xiàn)了在線同步去除內(nèi)外毛刺，并滿(mǎn)足了規(guī)定的精度要求。去毛刺后的直縫鋼管可用來(lái)代替無(wú)縫管，具有生產(chǎn)成本低、表面質(zhì)量好、尺寸進(jìn)度高、規(guī)格范圍廣、能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)前景。然而限于本人水平和時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)中仍有一些不足待以改進(jìn)，比如設(shè)計(jì)方案中螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用手柄控制進(jìn)給，下一步可以嘗試用伺服電機(jī)控制，同時(shí)與感應(yīng)器連接，實(shí)時(shí)控制毛刺的切削精度及檢測(cè)，開(kāi)發(fā)全自動(dòng)在線切削毛刺裝置。致 謝在完成本設(shè)計(jì)之際，首先向尊敬的曲海軍導(dǎo)師老師致以衷心的感謝。本設(shè)計(jì)是在老師的精心指導(dǎo)、熱情鼓勵(lì)和支持下完成的。在整個(gè)課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，高深的學(xué)術(shù)造詣和誨人不倦的精神，時(shí)刻激勵(lì)著我，令學(xué)生受益無(wú)窮。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個(gè)月中，我從老師的耐心指導(dǎo)中獲得了許多幫助，也學(xué)到了很多知識(shí)，令學(xué)生感激不盡。同時(shí)也感謝近幾年來(lái)，所有老師對(duì)我辛勤的教導(dǎo)，大學(xué)是我人生中最重要的一段經(jīng)歷，在這其中我不僅從老師們那里學(xué)到了非常多的知識(shí)，老師們的奉獻(xiàn)精神也令學(xué)生在以后的人生中不斷受到激勵(lì)。在此謹(jǐn)表示我對(duì)所有老師的崇高敬意和衷心的感謝。最后我要感謝百忙中抽出時(shí)間審閱論文的老師們，對(duì)他們的付出表示深深的謝意！參 考 文 獻(xiàn)［1］ 劉志儉.ERW 直縫焊管內(nèi)毛刺清除裝的發(fā)展［J］.鋼管2006（3）：7－12［2］ 陳靜剛.機(jī)械式直縫焊管內(nèi)毛刺清除裝置［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化 2006（3）：70－71，74［3］ 王華坤，范元?jiǎng)?機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2001［4］ 方子良主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004［5］ 葉蔭森.毛刺的檢測(cè)方法及其選擇初探［J］.機(jī)床及液壓1996（1）：49－50［6］ 張惠生.機(jī)械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（4）：58－59［7］ 姜勇，賀松林，丁小玲.AutoCAD 2007 中文版基本功能與典型實(shí)例［M］.北京：人民郵電出版社，2007［8］ 姜勇，馮輝. AutoCAD 二維繪圖實(shí)例詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2004［9］ 張維紀(jì).金屬切削原理及刀具［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1995［10］ 黃華.切削力學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992［11］ 袁哲俊，劉華明.刀具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007