切管机工艺设计方案.docx

1、切管机工艺设计方案切管机工艺设计方案1. 确定工艺方案此次的设计任务为设计一简单高效的切管机，为此，对如下几种设计方案进行比较： 方案一:用锯弓锯断金属管：需要锯弓往复的切削运动和滑枕摆动的进给与让刀运动。 机器的结构比较复杂，锯切运动也不是连续的。当金属直径相差较大时，锯片还要 调换，生产效率低。用切断刀切断金属管：如在车床上切断，但是一般车床主轴不过几十毫米，通 不过直径较大的金属管，并且占有一台普通机床，不太经济。或者用专用的切管机, 其工作原理是工件夹紧不动，装在旋转刀架上的两把切断刀，既有主切削的旋转运 动，又有进给运动，工作效率高，但是机床结构比较复杂。用砂轮切断金属管：需要砂轮旋

2、转的切削运动和摇臂向下的进给运动。此机构 的结构简单，生产效率高，但是砂轮磨损较快费用很高。方案四：用碾压的方法切断金属管：其需要金属管旋转的切削运动和圆盘向下的进给运 动。这种方法是连续切削的，生产效率高，机器的结构也不太复杂。但是会使管子 的切口内径缩小，一般用于管子要求不高的场合。本次设计的要求为滚子转速 n=70r/min,圆盘刀片直径a=80mm加工管件的直径为3/8 4，电机额定功率i为P=1.5Kw 满载转速为 N=1410r/min,每天工作10小 时，载荷变动小。根据毕设要求和结合生 产实际。在本次设计中选用方案四。工艺方案确定后，并根据有关数据，加上其它一些必要的尺寸，得出

3、工艺方案的原理图如图1-1图图1-1工艺方案原理图方案四管机的工作原理：动力由电动机 带轮蜗杆蜗轮直齿轮中 间惰轮一滚子轴上小齿轮。由于滚子的旋转运动，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，将圆盘刀片向下进给移动，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。2.传动装置的设计与计算2.1 电动机的选择要选择电动机，必须了解电动机，出厂的每台电动机都有铭牌，上面标有电动 机的主要技术参数。因此，要合理地选择电动机，就要比较电动机的这些特性。在 进行简单机械设计时，应选择好电动机的类型，转速和功率。2.1.1类型的选择工业上一般用三相交流电源，所

4、以选用三相交流异步电动机。三相交流异步电 机具有结构简单，工作可靠，价格便宜，维护方便等优点，所以应用广泛。在选择 电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工 作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。在本次设计中由于 其载荷变动较小，有灰尘故选择笼式三相交流异步电机。2.1.2转速的选择异步电机的转速主要有 3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min几种。当 工作机械的转速较高时，选用同步转速为 3000r/min的电机比较合适。如果工作机械的转速太低（即传动装置的总传动比太大）将导致传动装置的结构复杂，价格较高。

5、在本次设计中可选的转速有 1500r/min和750r/min。在一般机械中这两种转速 的电机适应性大，应用比较普遍。2.1.3功率的选择选择电动机的容量就是合理确定电动机的额定功率，电动机功率的选择与电动 机本身发热、载荷大小、工作时间长短有关，但一般情况下电动机容量主要由运行 发热条件决定。故根据电动机的额定功率大于所需功率 10%来选择电动机。综上所述，本次设计的切管机电机额定功率为P=1.5Kw满载转速为 N=1410r/min,每天工作10小时，载荷变动小用于多尘场合。选用Y90L-4型电动机， 其额定功率P电=1.5Kw，满载转速n电=1400r/min,同步转速1500r/min

6、(4极)，最大 转矩为2.3N m。电动机确定后，计算出切管机的传动比为：n 电 1400i 总= = =20 (2-1)n工 702.2拟订传动方案传动方案的拟定，通常是指传动机构的选择及其布置。这是彼此相联系的两个 方面。其运动形式大致分为；(1)传递回转运动的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等；(2)实现往复直线运动或摆动的有：螺旋传动，齿轮齿条传动，凸轮机构，曲 柄滑块机构等；(3)实现间歇运动的有棘轮机构和槽轮机构等；(4)实现特定运动规律的有凸轮机构和平面连杆机构等。传动机构的选择就是根据机器工作机构所要求的运动规律，载荷的性质以及机 器的工作循环进行的。然后在全面分析和比较

7、各种传动机构特性的基础上确定一种 较好的传动方案。机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和 工作机之间，用来传递运动和动力，并可以改变转速、转矩的大小或改变运动形式， 以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台车的性能、尺寸、重量和成本都有 很大影响，因此需要合理的拟定传动方案。在本次毕业设计中，已知切管机的i总=20， 若用蜗杆，一次降速原本可以达到， 其方案如图2-1。但是由于切割的管子最大 直径为4，如图1-1故两个滚筒的中心距不能小于 108mm,因此带动两个滚筒的齿 轮外径不能大于滚筒的直径（?100mm）o若取蜗杆zi=2，蜗轮Z2=40， m=4，则蜗

8、 轮分度圆直径d2=160mm,比同一轴上的齿轮大，按图2-2-1的布置，蜗轮将要和滚 筒相撞，为此，应该加大两轴之间的中心距。这样就要加上一个惰轮，才可以解决 这个问题，如图2-2-2。在本次设计中，取蜗轮齿数为Z2=50,模数m=4。由于带传动 具有缓冲和过载打滑的特性，故可将最为在电机之后的第一级传动，此外开式齿轮 传动不宜放在高速级，因为在这种条件下工作容易产生冲击和噪音，故应将齿轮传 动放在底速级。一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工 作可靠、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉以及使用维护方便。经比较各种传动方案， 在本次设计中确定采用带传动、蜗杆传动、齿轮传动等机构

9、组成的传动方案。并初 步画出其传动系统图，如图2-2-3。图图2-2-2蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图在传动方案确定后，根据i总=ii 的关系分配传动比下面对个机构的主要特性进行比较,如表2-2-1:图2-2-3带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图表2-2-1几种主要传动机构的特性比较特 性类 型带传动齿轮传动蜗杆传动主要优点中心距变化范围 较大,结构简单，传 动平稳,能缓冲,起 过载安全保护作 用外廓尺寸小，传动 比准确,效率高,寿 命长,适用的功率 和速度范围大外廓尺寸小，传动 比大而准确，工作 平稳,可制成自锁 的传动单级传动比,i开口平型带:24, 最大值 6三角带 型：24,最大值开

10、式圆柱齿轮： 46,最大值w 15 开式圆柱正齿轮：闭式：1040,最大值 w 100开式：1560,最大7有张紧轮平型 带:35最大值834,最大值 10闭式圆柱齿轮：23,最大值6值 100外廓尺寸大中，小小成本低中高效率H平型带0.920.98三角带0.90.96开式加工齿0.920.96闭式0.950.99开式0.50.7闭式0.70.94自锁0.40 0.45考虑到传动装置的结构，尺寸，重量，工作条件和制造安装等因素，必须对传动比P进行合理的分配根据公式T=9550(Nm)可知：当传动的功率 P(Kw) 定时，转速nn(r/min)越高，转矩T就越小为此，在进行传动比的分配时遵循”降

11、速要先少后多” .V 带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过减速器的中心高，造成尺寸不 协调，并给机座设计和安装带来困难，又因为齿轮在降速传动中 ，如果降速比较大，就会使被动齿轮直径过大，而增加径向尺寸，或者因小齿轮的齿数太少而产生根切现 象而其在升速传动中，如果升速比过大，则容易引起强烈的震动和噪音，造成传动不 平稳,影响机器的工作性能.为此，各机构的传动比分配情况如下：1ii=1.2;i2=50;i3=1.5;i4= (2-2)4.51i 总=i 1i2 i3i4=1.2 50 1.5 =20 (2-3)4.5注:传动系统只大齿轮是个惰轮，它不改变传动比只起加大中心距，改变滚筒旋转

12、 方向的作用.2.3计算各轴的转速、功率和转矩由表一我们可知，取 带=0.96,蜗=0.72,齿=0.94,滚=0.99 (一对滚动轴承的效率)，根据公式：n1 Pn2 =及 N2 = ,T = 955 R = T 轄 (2-5)i n可知各轴的转速为：各轴的功率为:各轴传递的转矩为:=10. 23 1.2 0. 96 50 0. 72 0.99) 4夕务2第三轴，因为装的是过渡齿轮（惰轮），所以此轴不承受转矩，只受弯 矩，它是 根心轴。= T电 i i 2 i 3 r 4 带.蜗.齿2-滚3=10.231.2 501.5 0.96 0.72 0.94汉 0.993汉 1/4(2-17)= 1

13、22.30 (Nr)将以上各数据制成如表2-3-1所示的表格:表2-3-1各轴计算结果轴号电机轴InIV传动比i1.2 50 1.5 1/4.5转速n(r/mi n)1410116.723.315.570功率P(Kw)1.51.441.030.960.89转矩T(N -m)10.2311.78420.02122.3在计算传动比的时候，当带轮直径和齿轮模数确定后，实际传动比就等于两带 轮直径之比，或者两齿轮齿数之比，其结果可能出现与上表数据不一致。 当i5时, 容许误差不大于+ -2.5%;当i时，则不容许大于+ -4%。2.4进行传动机构的设计与计算2.4.1带传动设计带传动适用的场合：中心距

14、变化范围较大，结构简单，传动平稳，能缓冲，可 起过载安全保险的作用。缺点是外廓尺寸大，轴上受力较大，传动比不能严格保证, 寿命低（约30005000小时）(2-18)P 计=K i P 电=1.1 1.5=1.65(Kw)由P计和n1=1400r/min，可查知，选用A型三角带。初步选定小带轮直径 d1=100mm,大带轮直径d2=i1 d1=1.2 100=120mm取其标准直径 d2=125mm验算带轮:小于25m/s，适合。初定中心距ao,按公式：0.7 (di+d2) ao (11+0.06z0 m=(11+0.06 50) 4=56mm；蜗轮外圆直径d外=d顶2+2m=208+2 4

15、=216mm；蜗轮宽度 BH 轴中心距：a -n 二m(q z2) 4(11 50) = 122 mm1 2 2可知：轮缘厚度f=1.7m=1.7 4=6.8mm蜗轮的孔径d取决于轴的结构设计，因蜗轮轴的最小直径为 42mm,取孔径d=55mm。轮毂外径 d 毂=(1.61.8) d= (1.61.8) 55=8899mm取d毂=90mm轮毂宽度 L= (1.21.8) d= (1.21.8) 55=6699mm取 L=70mm辐板厚度c 1.5m=1.54=6, 一般采用c=10mm蜗轮包角2 =90100,般采用2 =90(3)齿轮1)已知U轴上齿轮z 2=54, m=3，则:分度圆直径

16、d 2=m z 2=3 54=162mm齿顶圆直径 d顶 2=m(z 2+2)=3 ( 54+2) =168mm齿根圆直径 d根 2=m(z 2-2.5)=3 (54-2.5)=154.5mm此次齿轮制造精度教低，且是悬臂布置，故齿宽系数宜选小值，现取 W m=10所以齿宽B=Wm m=30mm.由于d顶2160mm，可采用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径 d 缘=d顶 2-10m=168-30=138mm轮毂外径d毂=1.6d轴2=1.6 45=72mm(d轴2 齿轮的孔径，由表三可知d 轴 2=45mm)辐板厚度 c=0.3B=0.3 30=9mm辐板孔圆周定位尺寸：d0=0.5(d 缘+d

17、 毂)=0.5(138+72)=105mm (3-5)辐板孔直径：d 孔=0.25(d 缘-d 毂)=0.25(138-72)=16.5mm，取 d 孔=17mm。齿轮示意图如图3-2-1图3-2-1 n轴齿轮示意图2)已知川轴上齿轮 Z3=81 , m=3，则:分度圆直径 d3=mz3=3 81=243mm齿顶圆直径 d 顶 3=m(Z3+2)=3(81+2)=249mm齿根圆直径 d 根3=m(Z3-2.5)=3(81-2.5)=235.5mm齿宽 B=30mm。由于d根3160m m,可采用辐板式结构的锻造齿轮。轮缘内径 d 缘=d 顶3-10m=249-30=219mm轮毂外径d毂=1

18、.6d轴3=1.6 50=80mm(d轴3齿轮的孔径，由表三可知d 轴 3=50mm)辐板厚度 c=0.3B=0.3 30=9mm辐板孔圆周定位尺寸：d0=0.5(d 缘+d 毂)=0.5(219+80)=149.5mm ( 3-6)辐板孔直径：d 孔=0.25(d 缘-d 毂)=0.25(219-80)=34.75mm,取 d 孔=35mm。n、川轴的中心距：1 1an、皿=2 m(z2 z3) 3(54 81) = 202.5mm (3-7)川轴上齿轮如图3-2-2图3-2-3 W轴齿轮示意图3.3绘制部件的装配草图已知各主要传动件的基本参数和总体结构图如图 3-3-1,确定各零件的位置和

19、箱体的外廓：图3-3-1总体装配图图3-3-2减速箱轮廓图1）根据表中的数据和待定尺寸，并根据总体结构图。暂定箱壳外型尺寸为:长=d 外+2A +23 =162+2 10+2 8=198mm,取为 200mm宽度估计为165mm高=64+202.5+A +S + c外/2=64+202.5+81+10+8=365.5mm,取为 366mm。表3-3-1减速箱各零件间相互位置尺寸代号名称推存尺寸说明切管机减速箱取值Bi齿轮宽度由结构设计定B1=30B带轮宽度由结构设计定B=35b轴承宽度根据轴颈直径，按中或轻窄系列决定查手册待定，如蜗杆轴的轴承，暂选为 6205，则 b=15箱壳壁厚6 化 0.

20、04a+（2 琴 3）兰8 , a为蜗轮传动中心距取S =8旋转零件顶圆至箱壳内壁的距离 =1.2 S取厶=10 i蜗轮齿顶圆 至轴承座边 缘的径向距离 1=1012取厶1=10Li蜗杆中心至轴承中心的距离L1=0.8a,a为蜗杆传动中心距已知a=122故 L1=97.6L2轴的支承间跨距由设计疋L3箱外旋转 零件的中面 至支承点的 距离L3=b + L5+L6+込2 2待定，暂取15 35L3= +120+15+ =603 2 2L4滚动轴承端面至箱壳当用箱壳内的油润滑轴承时，L45取 L4=5内壁的距离当用脂润滑轴承时，并有挡油环时，L4=1015L5轴承端面 至端盖螺钉 头顶面的距 离由端盖 结构和 固紧轴 承的方 法确定待定，暂选L5=20L6箱外旋转 零件端面至 端盖螺钉头 顶面的距离