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切管机设计
切管机设计
2009届毕业设计(论文)
金属切管机的设计,
专业名称:
班级:
学号:
作者:
指导教师:
二零零九年六月
I
金属切管机的设计
Mentalpipecuttingmachine
毕业设计(论文)题目:
金属切管机的设计
II
一、毕业设计(论文)内容及要求(包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等)
设计一用于切割3/8英寸---4英寸的金属管的机械设备。
工作要求:
运动和动力由电机经皮带传动、蜗轮减速器、开式齿轮传动传到一对滚子,从而带动金属管的旋转,实现切割时的主运动,与此同时,操纵手轮,通过螺旋传动,将圆盘刀片向下进给移动,并在不断增加刀片对金属管的压力过程中,实现金属管的切割工作。
主要参数:
滚子的转速为70r/min,电机额定功率约为1.5kw,满载转速约为1400r/min。
III
二、完成后应交的作业(包括各种说明书、图纸等)
1、毕业论文1份
2、总装配图1份
3、主要零部件图若干份
4、外文资料1份
三、完成日期及进度
自2009年3月16日起至2009年6月14日止
进度安排:
3.16—3.22明确设计任务,调研、搜集资料;
3.23—4.05工艺方案设计(工艺方案原理图);
4.06—4.26传动装置的设计(传动示意图,总体方案图);
4.27—6.07结构设计(装配图,零件图);
6.08—6.14编写论文,准备答辩;
6.15—6.19毕业答辩。
四、同组设计者(若无则留空):
IV
五、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等):
1、申永胜主编(机械原理教程(第1版(北京:
清华大学出版社,19992、邱宣怀主编(机械设计(第4版(北京:
高等教育出版社,19953、黄纯颖主编(机械创新设计(北京:
高等教育出版社,20004、何珍秀主编(机械系统设计(哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,20015、徐灏主编(机械设计手册(北京:
机械工业出版社,20016、孟宪源主编(现代机构手册(北京:
机械工业出版社,1994
系(教研室)主任:
(签章)年月日
学院主管领导:
(签章)年月日
V
摘要
金属切管机是一种主要用于车辆,工业或建材生产中的下料工作的机器。
工作对象主要为各种型号各种材料的管材。
此次的设计主要是针对车辆用金属管材进行加工的切管机,完成的工作主要是切管机中滚子,机体和减速箱部分的设计。
包括传动装置的设计和计算,其中有电动机的选择,传动方案的拟订,各轴的转速,功率和转矩的计算。
总体结构的设计,其中有各轴尺寸的设计,各主要传动件的结构尺寸的设计。
并且针对以上的设计计算进行了详细的校核。
最后通过得到的数据,绘制了总体装配图,减速机和滚子部分的装配图。
然后又针对各主要基本件,绘制了多张零件图。
此次设计所完成的产品主要用于车用通风,通水管。
本产品在生产中应用可以提高产品质量和经济效益,降低劳动强度。
关键词:
切管机结构设计方案设计计算
VI
Abstract
Mentalpipecuttingmachineistheonemainlybeusedintheproductionofcars,industryandsomeworkofputtingmaterials.Theworkneedtobefinishedisthedesignofbodyofthemachineandtherollofit.Itincludesthedesignandcalculateoftheslowingspeedbox,.Thechooseoftheelectromotor,thedesignofthegearing,therev,themeasuredesignofthemaindeliverparts.Thandotheemandationwork.Afterall,getthedataanddrawingtheengineeringpicture.Itincludesonefinalassemblingpicture,twoassemblingpicturesofeachparts,somesmallpicturesoftheimportantaccessary.
Thedesignworkwedothistimeistothepurposeofbeusedattheplaceoffanningpipeanddrainingpipe.Thisproductalsocanbeusedatthesituationofenhancingtheefficiencyofproduction.Maketheworkingeffectionuponandlowdownthelaborforce.
Keywords:
pipecuttingmachine,designofstructure,plan,designandcalculation
VII
第一章前言.........................................................1第二章切管机传动装置的设计计算................................22.1电动机的选择.......................................................32.1.1电动机功率的选择...............................................32.1.2电动机转速的选择...............................................32.1.3电动机类型的选择...............................................32.2传动方案的拟定.....................................................32.3计算各轴的转速、功率和转矩.........................................42.4进行传动机构的设计与计算...........................................52.4.1带传动的设计与计算.............................................52.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算.......................................82.4.3齿轮传动的设计与计算..........................................10第三章结构计算...................................................183.1各传动轴尺寸的计算与校核..........................................183.1.1蜗杆轴的尺寸计算与校核........................................183.1.2蜗轮轴的尺寸计算与校核........................................193.1.3滚轮轴的尺寸计算与校核........................................21
第四章绘制设计装配图与零件图..................................25第五章结论........................................................26
第六章致谢........................................................27参考文献............................................................28
VIII
第一章前言
此次设计的切管机,主要用于机车车辆上所用通风、通水管。
因此,下料所要求的精度不高。
车辆厂平时需要切削大量的3/8和4/8英寸的金属管。
如果用手工切断,劳动强度大,生产效率低,产品质量差。
因此,需要一台,通用性好,耐用以及抗磨损的切管机。
切管机的主要参数为,滚珠转速70r/min,圆盘刀片的直径为80mm,加工管件的直径范围为3/8-4/8英寸,电动机的额定功率为1.5千瓦,满载转速1400r/min,每天工作十小时,工作载荷变动小。
切管机的工作原理如下:
动力由电动机经过三角带输出,涡轮减速箱,开始齿轮传动传到一对磙子。
从而带动工件的旋转。
实现切削时的主运动。
与此同时,操作手轮,通过螺旋传动,将圆环刀片向下运动,并在不断增加刀片对管子的压力过程中,实现管子的切割工作。
为了顺利实现上面的运动,要对传动系统中的电动机做出选择,拟定传动方案,并且对于各轴的转速、功率和转矩以及各主要传动件的参数(包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定和齿数的确定)进行设计与计算,对于各轴的最小直径,各主要传动件的尺寸,包括(三角带轮,齿轮,蜗杆蜗轮),也要给出相应的计算。
接着,对各数值进行校核。
最后再由经过计算的数值来绘制装配图,完成设计。
由于产品较大,大致可以分为五个部分:
刀头架,滚子,机柜,电器和减速箱。
而各部分时分开设计的,因此要注意考虑各部分的装配关系。
其中减速箱部分需要着重进行设计,由于这里结构众多且结构复杂,而整个箱体又时在整体焊接后需要进行装配密封的部件,所以需要详细标注。
切管机的运用,主要是为了降低劳动强度,节省人力,提高产品质量。
当然,保证性价比也是这次设计的重要考虑项目之一。
由于切管机在实际生产中早已广泛应用,在使用与制造方面,已有一定的经验,本次设计中有关切管机的一些参数,都采用已有的规定。
因水平有限,论文中不免有疏忽与错误的地方,敬请批阅老师指正。
1
第二章切管机传动装置的设计计算
传动装置的设计与动力的选择有关,在动力选择好之后就可以拟定传动方案,进行运动学的计算。
工艺方案原理图如下:
方案说明:
用碾压的方法切断金属管,需要金属旋转的切削运动和圆盘刀片向下的进给运动。
这种方法是连续切削的。
生产效率高,机器的结构不太复杂。
但是这种传动方案的一大缺点是,在切削时的挤压过程中,管子的内径会缩小。
一般用于对管子要求不高的场合。
2
2.1电动机的选择
2.1.1电动机功率的选择
电动机工作环境为连续工作,变化很少,并且载荷稳定的场合。
一般Pm,Pr10%
此处:
Pm已经给出
所以:
Pm,1.5kw
2.1.2电动机转速的选择
此处电动机的转速已经给出n,1400r/min
2.1.3电动机类型的选择
经查表,得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择:
Y90S-22840r/min
Y90L-41400r/min
Y100L-6940r/min根据要求,最终选定三相异步电动机的型号是:
Y90L-42.2传动方案的拟定
总的传动比,的确定:
n1400i总,,,20n滚70
综合考虑各方面要求,确定传动方案如下:
初定传动比:
i12,2i23,50i34,1.5i45,1/7.5
3
传动方案示意图如下:
2.3计算各轴的转速、功率和转矩已知电动机的数据如下:
pm,1.4kwn,1400r/minn滚,70r/min查表可知各级传动效率如下:
带,0.96,蜗,0.72,齿,0.92,滚,0.99
(1)计算各轴转速如下:
n14001n,,,700r/min12i2
1nn14002n,,,,14r/min231223ii,i2,50
2nn14003n,,,,9.3r/min34122334ii,i,i2,50,1.5
4
3nn14004n,,,,70r/min4512233445ii,i,i,i2,50,1.5,1/7.5
(2)各轴功率计算如下:
P1,Pm,,带,1.5,0.96,1.44kw
P2,P1,,蜗,,滚,Pm,,带,,蜗,,滚,1.5,0.96,0.72,0.99,1.03kw
P3,P2,,齿,,滚,Pm,,带,,蜗,,滚,,齿,1.5,0.96,0.72,0.99,0.92,0.94kw
2222P,P,,齿,,滚,Pm,,带,,蜗,,滚,,齿,1.5,0.96,0.72,0.99,0.92,0.85kw43
(3)各轴传递的转矩计算如下:
mP1.5M扭电,97500,97500,104.5kg*mwn1400
M扭1,M扭电,i1,,带,104.5,2,0.96,200.64kg*cm
M3,M,i,,,M,i,i,,,扭扭12,蜗,滚扭电12,带,蜗,滚,104.5,2,50,0.92,0.72,0.99,6852.9kg*cm
注:
轴3为设计上特别增加的惰轮,所以,轴3不承受转矩,只承受弯矩。
23M4,M,i,i,i,i,,,,扭扭,带,蜗,齿,滚11234
23,104.5,1/2,2,50,1/7.5,0.96,0.72,0.92,0.99
593.2kg*cm
2.4进行传动机构的设计与计算
2.4.1带传动的设计与计算
工况系数查表得KA,1.1计算功率Pc,KA,P,1.1,1.5,1.65kwPc,1.65kw选择带的型号查表得A型小带轮直径查表得取D1,100mm
Dn100,14001D,(1,),(1,0.1),2,大带轮直径D2,198mmn7001
198mm
Dn100,14001n,(1,),(1,0.01)2,大带轮转速n2,700r/minD1982
700r/min
(2)计算带长
5
D,D100,19821求Dm,,,149DmDm,14922
D,D198,10021求,,,,,49,,4922
初取中心距a,350mma,350mm
22,49L,D,2a,,3.14,149,2,350,,ma350带长,467.86,700,6.86L,1174.72mm
1174.72mm
由V带基准长度图表,可得L,1250mm
(3)求中心距与包角
mL,D122,ma,,(L,D),8,44
1250,3.14,149122,,,(1250,,149),8,49中心距a,965.3mm44
965.3mm
21DD,1,,180:
,60:
a
198,100,180:
,60:
小带轮包角>120:
1,174:
965.3
174:
(4)求带的根数
Dn3.14,100,1400,1带速v,,,7.3m/sv,7.3m/s60,100060,1000
n1400传动比i,,,2i,21n700
带的根数由查表得由查表得P0,1.32kwK,,0.98
由查表得由查表得Kl,0.93,P0,0.71kw
1.65cP,,zz,2所以(,)(1.32,0.17),0.98,0.93P0P0K,Kl
2.4
(5)求轴上载荷
6
c,P2.5,K20F,500(),qv,vzK
1.652.5,0.982张紧力,500,(),0.1,7.3F0,907.3,20.98
90
174,1F,2z,Fsin,2,2,90,sinQ0轴上载荷FQ,360N22
360N
V带轮的尺寸计算
(1)小带轮
小带轮直径D1,100mm查表得mmh顶,3.5mm,,6H,12mme,15,0.3mm
f,10mm,0,34:
b0,13.1:
轮宽B,(z,1)e,2f,(2,1),15,20,35mmB,35mm
D,D,2h,100,2,3.5顶11顶外径D顶1,107mm
107mm
孔径此处的孔径依据电机的输出轴为准
由查表d轴,22mmd孔,22mm
(2)大带轮
大带轮直径D2,198mm查表得mmh顶,3.5mm,,6H,12mme,15,0.3mm
f,10mm,0,38:
b0,13.4:
D,D,2h,198,2,3.5顶22顶外径D顶2,205mm
205mm
(3)结构选择
选择辐板式结构
d,D,2(H,)缘顶,
轮缘直径,205,2(12,6)d缘,169mm
169mm
1.8~2d毂()d轴轮毂直径mmd毂,40
36~40
7
d,d169,40缘毂d,,0辐板孔圆周定位尺寸d0,104.5mm22
104.5mm
S1,0.5S,0.5,10,5mmS1,5mm
d,d169,40缘毂d,,2S,,2,51孔d孔,54.5mm22
54.5mm
2.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算
查表选取:
蜗杆采用45钢、表面硬度>45HRC。
蜗轮的材料选用ZCuSn10P1、砂型铸造
(1)初选【】的值d1/a
当量摩擦系数设vs,4m/s~7m/s,v,0.03
由查表取最大值,v,1.72:
【】、、、z1,2,,11:
1,0.72d1/a,0.20
(2)中心距的计算
IP621,1,1T,T,i,9.55,10,i1n
1.446,9.55,10,,50,0.72蜗轮转矩T2,707245N,m700
707245N,m
使用系数查表得KA,1.1
700n2,1/8,1/8转速系数n,(,1),(,1),0.57Zn,0.57Z88
弹性系数根据蜗轮副材料查表得ZE,147MPa
250002500066寿命系数Zn,,,1.13Zn,1.13,1.6Lh12000
接触系数由查表得Z,,2.85接触疲劳极限由查表得,Hmin,256MPa接触疲劳最小安全系数自定SHmin,1.3
8
ZEZ,SHmin23a,KT(,)a2nhHminZZ,
147,2.851.323,1.1,707245,(,)中心距a,169.8mm0.75,1.131.13
169.8mm
(3)传动基本尺寸
蜗杆头数由查图表得、z1,2z1,2,,11:
蜗轮齿数z2,iz1,50,2,100z2,100
(1.4~1.7)/maza模数m,3,(1.4~1.7),170/100
蜗杆分度圆直径取d1,[d1/,]a,0.2,170,34d1,34蜗轮分度圆直径d2,mz2,3,100,300d2,300蜗杆导程角tan,,z1m/d1,2,3/34,10:
tan,,10:
1d2b,2m(0.5,,1)m
34,2,3,(,1)蜗轮宽度b2,113
11
v,dn/(60,1000)1,11
蜗杆圆周速度,3.14,34,700/(60,1000)v1,1.25
1.25
v,v/cos11:
1.25/cos11:
s1相对滑动速度v,1.28
1.28
当量摩擦系数经查表得,v,0.045
v,3.10:
(4)齿面接触疲劳强度计算
9
hlim[],ZZhnh,HminS
256,0.75,1.13许用接触应力[,h],173MPa1.3
173MPa
KT1.1,707245a2,ZZ,147,2.85,,,HE33最大接触应力,H,105MPaa170
105MPa
应为105MPa<173MPa所以合格
(5)齿轮弯曲疲劳强度验算
齿根弯曲疲劳强度极限由查表得,Flim,190MPa弯曲疲劳最小安全系数自取SFmin,1.4
Flim190,F许用弯曲疲劳应力[,F],135MPa[],,,135,SFmin1.4
2,K,T2,1.1,7072452A,,,F齿轮最大弯曲应力,F,157MPambd3,11,30022
157MPa
应为<所以合格,F,157MPa135MPa
(6)蜗杆轴挠度验算
44I,d/64,,34/64,1,54轴的惯性距I,0.65,10mm54,0.65,10mm
允许蜗杆挠度[,],0.004m,0.004,3,0.012mm[,],0.012mm
223,F,l,tan,tan(,)/(48EI),t2,1,,v合格蜗杆轴挠度,,0.0016
0.0038
2.4.3齿轮传动的设计与计算
第一对齿轮(齿轮2为惰轮)
齿轮材料选择
小齿轮材料:
40Gr、采用调制处理,硬度241HB-086HB、取平均260HB大齿轮材料:
45钢、采用调制处理,硬度229HB-286HB、取平均240HB
(1)齿面接触疲劳强度计算
1)初步计算
10
P1.03,66T,9.55,10,9.55,101转矩T1T1,702607N,mn14,
702607N,m
齿宽系数由查表得,d,0.4,d
接触疲劳极限由查图得,Hlim,Hlim1,710MPa
Hlim2,580MPa初步计算得许用接触应力[,H]
[],0.9,H1,Hlim1
0.9,710[,H1],710MPa
639MPa
[],0.9,H2,Hlim2
0.9,580[,H2],522MPa
522MPa
值由查表得AdAd,85初步计算小齿轮直径d1
1T,131dd,A,2,d,H,[]
7026071.5,13,85,,取d1,187.3mm20.4,5221.5
187.3mm
初步齿宽b取b,,d,d1,0.4,187,74.8mmb,75mm
2)校核计算
dn,187,14,11,v,,圆周速度v,0.137m/s60,100060,1000
0.137m/s
精度等级由查表得选取八级精度齿数z与模数m
初取齿数z1,54z2,i,z1,54,1.5,81
取m,d1/z1,187/54,3.4m,3则z1,d1/m,187/3,62z1,62
z2,i,z1,1.5,62,93z2,93使用系数KA由查表得KA,1.5动载系数由查表得KvKv,1.12齿间载荷分配系数KH,
11
2T2,7026071F,,t先求d1871
7514.5N
KF1.5,7514.5At,,150N/mmb75
11,,a,[1.88,3.2(,)]cosz1z2
11,,[1.88,3.2(,)]cos,a,1.796293
1.79
4,4,1.79,aZ,,,,0.85Z,,0.8533
11,K由此得H,,,1.4KH,,1.422z,0.85
齿向载荷分布系数由查表得KH,
b2,3,,(),,10KH,ABcb1d
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