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切管機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 液壓切管機(jī)床是一種新型管材下料機(jī)床，是在傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上與液壓系統(tǒng)相結(jié)合而設(shè)計(jì)的。該機(jī)床主要包括主軸箱，定心夾具，摩擦送料機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等。其特點(diǎn)為：切割管料范圍廣，噪聲污染小，操作控制簡單，結(jié)構(gòu)尺寸小，占地面積小，成本低廉，適合中小批量生產(chǎn)的廠家。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機(jī)械制造工藝正向著高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機(jī)床的問世，提高了更新頻率的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動(dòng)了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，使工藝過程的自動(dòng)化達(dá)到了一個(gè)新的階段。液壓切管套絲機(jī)應(yīng)用范圍十分廣泛，它的一種金屬切割機(jī)床。隨著計(jì)算機(jī)、液壓等先進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓切管套絲機(jī)制造水平大大提高。進(jìn)一步開發(fā)自動(dòng)定長，自動(dòng)夾緊，自動(dòng)切削，通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)切刀自動(dòng)進(jìn)給和返回進(jìn)行切削管料。 關(guān)鍵詞：切管機(jī)；送料；定心夾具；切斷 Abstract Hydraulic pipe cutting machine is a new kind of pipe cutting machine tool, is based on the traditional machine tool design combined with a hydraulic system is designed. This machine is mainly including spindle box, centralizer, friction feeder structure, hydraulic system, electrical control system, etc. Its characteristic is: cutting the pipe material is wide, small noise pollution, simple operation control, the structure of small size, cover an area of an area small, low cost, suitable for medium and small batch production of the manufacturers. With the development of science and technology, all kinds of new materials, new technology and new technologies are emerging, and the mechanical manufacturing technology is developing in the direction of high quality, high productivity and low cost. The emergence of a variety of new technology, has broken through the traditional rely on mechanical energy, cutting force to carry out the scope of the cutting process, can process a variety of difficult processing materials, complex surfaces and certain parts with special requirements. The advent of CNC machine tools to improve the frequency of small batch parts and the shape of complex parts processing productivity and processing accuracy. In particular, the rapid development of computational methods and computer technology has greatly promoted the progress of mechanical processing technology, so that the automation of the process has reached a new stage. Keywords：Pipe cutter; Feeding; Centering fixture; Cut off the 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 選題的背景 1 1.2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 1.3 研究設(shè)想與設(shè)計(jì)方法 1 1.4 預(yù)想結(jié)果 1 第2章 液壓切管套絲機(jī)總體方案的確定 3 2.1 液壓切管套絲機(jī)總體設(shè)計(jì) 3 2.2總體方案綜合評價(jià)和選擇 3 2.3液壓切管套絲機(jī)設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化 3 2.4本章小結(jié) 4 第3章 液壓切管套絲機(jī)總體布局的設(shè)計(jì) 5 3.1 液壓切管套絲機(jī)總體布局的分析 5 3.2 總體布局的初步擬定 5 3.3 總體布局的最終確定 5 3.4 本章小結(jié) 6 第4章 電動(dòng)機(jī)的選取 7 4.1電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 7 4.2 電動(dòng)機(jī)的容量 7 4.3套絲電動(dòng)機(jī)的選取 7 4.4液壓馬達(dá)的選取 9 4.5本章小結(jié) 9 第5章 套絲機(jī)的設(shè)計(jì) 10 5.1設(shè)計(jì)思路 10 5.2工作原理 11 5.3連接固定方式 11 5.4蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 11 5.5本章小結(jié) 14 第6章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15 6.1蝸桿軸最小尺寸的確定 15 6.2蝸桿軸各段尺寸的確定 15 6.3蝸輪軸各段尺寸的確定 16 6.4軸上零件的周向定位 17 6.5蝸輪軸上的載荷 17 6.6軸承的校核 21 6.7本章小結(jié) 22 第7章 聯(lián)軸器、鍵的校核及選擇 23 7.1聯(lián)軸器類型的選擇 23 7.2鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)算 24 7.3本章小結(jié) 25 第8章 切管機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 8.1切管機(jī)的組成 26 8.2套絲機(jī)工作原理 26 8.3切刀尺寸的選取和設(shè)計(jì) 27 8.4 V帶轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 8.5 V帶輪設(shè)計(jì) 29 8.6本章小結(jié) 30 第9章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 31 9.1液壓轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般步驟進(jìn)行 31 9.2明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求 31 9.3液壓系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 31 9.4本章小結(jié) 42 結(jié) 論 43 致 謝 44 參考文獻(xiàn) 45 V 第1章 緒 論 1.1 選題的背景 液壓切管套絲機(jī)應(yīng)用范圍十分廣泛，它的一種金屬切割機(jī)床。隨著計(jì)算機(jī)、液壓等先進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓切管套絲機(jī)制造水平大大提高。進(jìn)一步開發(fā)自動(dòng)定長，自動(dòng)夾緊，自動(dòng)切削，通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)切刀自動(dòng)進(jìn)給和返回進(jìn)行切削管料。 1.2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展 當(dāng)今液壓切管套絲機(jī)的發(fā)展趨勢是在切割管材并套絲時(shí)能夠自動(dòng)定長、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)切削、并通過液壓技術(shù)、PLC技術(shù)進(jìn)行控制。 1）規(guī)格 切管機(jī)有自動(dòng)液壓切管機(jī)、半自動(dòng)切管機(jī)、手動(dòng)切管機(jī)，大多為小型機(jī)床，套絲機(jī)有電動(dòng)套絲機(jī)，手動(dòng)套絲機(jī)，以小型為主。 2）控制 以液壓技術(shù)和PLC技術(shù)為主，能過自動(dòng)定長、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)切削，70%以上的切管為液壓型。 3）功能 該機(jī)適于加工較長的管材，直徑為在，壁厚不大于。能夠套絲直徑為規(guī)格不同鐵管的螺紋。 1.3 研究設(shè)想與設(shè)計(jì)方法 改裝前我們對普通切管套絲機(jī)所存在的缺點(diǎn)和一些影響機(jī)床精度和質(zhì)量的因素，進(jìn)行了調(diào)查和分析，決定把研究方向放在解決下面六個(gè)問題上： 1）減少加工費(fèi)用。 2）改善機(jī)床的噪聲。 3）實(shí)現(xiàn)切刀的自動(dòng)進(jìn)給。 4）合理選擇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 5）能夠加工長管材、能對直徑比較大的管材進(jìn)行套絲。 6）用液壓系統(tǒng)控制切刀的進(jìn)給量。 1.4 預(yù)想結(jié)果 1）與普通車床相比，解決了不能加工較長管料的難題。 2）與砂輪切割機(jī)相比，提高了加工質(zhì)量，解決了消耗資金大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。 3）由于該機(jī)是刀具通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來切削固定不動(dòng)的工件，所以結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低。 4）由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對管料進(jìn)行套絲，從而結(jié)構(gòu)比較緊湊，工作穩(wěn)定。 5）由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)經(jīng)V型皮轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)切刀旋轉(zhuǎn)，減少了噪聲污染。 第2章 液壓切管套絲機(jī)總體方案的確定 2.1 液壓切管套絲機(jī)總體設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)是后續(xù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)。設(shè)計(jì)任務(wù)的來源不同，如工廠的規(guī)劃產(chǎn)品，或根據(jù)機(jī)床系列型譜進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，或用戶訂貨等，具體的要求不同，但所要進(jìn)行的內(nèi)容大致相同。主要技術(shù)指標(biāo)包括： 1） 用途 可切割并套絲一定范圍直徑的金屬管材 2） 主要參數(shù) 機(jī)床外廓尺寸 2000mm×1000mm×1200mm(長×寬×高) 切刀旋轉(zhuǎn)面積 切刀長度 200mm 切刀轉(zhuǎn)速范圍 套絲轉(zhuǎn)速 切割管材直徑 套絲直徑 3） 驅(qū)動(dòng)方式 液壓切管套絲機(jī)有液壓及機(jī)械兩種傳動(dòng)；切刀工作進(jìn)給及旋轉(zhuǎn)靠液壓、機(jī)械傳動(dòng)，套絲由蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行套絲。 2.2總體方案綜合評價(jià)和選擇 液壓切管套絲機(jī)的總體轉(zhuǎn)動(dòng)方式主要有三種：工件旋轉(zhuǎn)切刀垂直進(jìn)給、工件旋轉(zhuǎn)并且?guī)?dòng)切刀旋轉(zhuǎn)進(jìn)給、切刀旋轉(zhuǎn)工件固定。 1）工件旋轉(zhuǎn)切刀垂直進(jìn)給式:結(jié)構(gòu)簡單，適用于小批量切削。缺點(diǎn)是，切刀容易崩碎。 2）工件旋轉(zhuǎn)并且?guī)?dòng)切刀旋轉(zhuǎn)進(jìn)給:能夠進(jìn)行無屑切削、節(jié)省材料。缺點(diǎn)是，受力大，管材摩擦力大。 3）切刀旋轉(zhuǎn)工件固定式:結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、成本低。切削穩(wěn)定。 三種轉(zhuǎn)動(dòng)方式中切刀的進(jìn)給量都依靠液壓驅(qū)動(dòng)。綜上所訴，我選擇第三種方案、切刀旋轉(zhuǎn)工件固定為轉(zhuǎn)動(dòng)方式對管材進(jìn)行切割及套絲。 2.3液壓切管套絲機(jī)設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化 1）將液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)切刀的向下進(jìn)給，用液壓系統(tǒng)的差動(dòng)回路，使切刀進(jìn)行快速進(jìn)給、工作進(jìn)給。 2）由電動(dòng)機(jī)經(jīng)V型帶帶動(dòng)切刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而結(jié)構(gòu)簡單并且經(jīng)濟(jì)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)套絲板裝置對管件進(jìn)行套絲，結(jié)構(gòu)比較緊湊。 2.4本章小結(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)的來源不同，如工廠的規(guī)劃產(chǎn)品，或根據(jù)機(jī)床系列型譜進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，或用戶訂貨等，具體的要求不同，但所要進(jìn)行的內(nèi)容大致相同。 第3章 液壓切管套絲機(jī)總體布局的設(shè)計(jì) 3.1 液壓切管套絲機(jī)總體布局的分析 由于液壓切管套絲機(jī)的總體布局關(guān)系著它的性能，質(zhì)量和整體的合理型，所以在決定液壓切管套絲機(jī)布局時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 1） 液壓切管套絲機(jī)的剛度，精度，抗振性和穩(wěn)定性。支撐部件應(yīng)力求有足夠的剛度，運(yùn)動(dòng)件在不影響本身剛度的條件下，應(yīng)盡可能做到體積小，重量輕。 2）液壓切管套絲機(jī)的布局應(yīng)盡量使傳動(dòng)鏈較短，以簡化結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和效率，減少功率損失和發(fā)熱量，降低制造成本。采用合理布局，例如V帶傳動(dòng)，蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)等。 3） 液壓切管套絲機(jī)操作與調(diào)整要簡單，裝拆與維修要方便，排屑與冷卻要暢通，聯(lián)鎖與防要安全可靠。在考慮機(jī)床布局時(shí)必須重視減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件和環(huán)境，如操作三角夾盤位置高低適當(dāng)，并盡量集中。 4） 液壓切管套絲機(jī)的外觀輪廓應(yīng)美觀，大方和協(xié)調(diào)。 3.2 總體布局的初步擬定 根據(jù)圖3-1中所作的分析，可以從大體上知道了總體布局需要涉及的問題。此時(shí)參看設(shè)計(jì)任務(wù)書可知道設(shè)計(jì)的要求。因此，總體布局必須要完成設(shè)計(jì)所要求的內(nèi)容。 一般來說，由于后床腿承受的力較大，故后床腿尺寸要大些，前床腿可以小些。一般車床的高度都在800-1800mm之間。為了工人的操作方便，要將前后兩床腿同時(shí)加高一部分，大約在400-500mm之間最為適宜。主要材料采用水泥等即可。液壓切管套絲機(jī)的外觀造型模仿車床的大體外觀。 3.3 總體布局的最終確定 綜合以上分析，確定設(shè)計(jì)方案如圖3-1 圖3-1 液壓切管套絲機(jī)總體裝配圖 3.4 本章小結(jié) 經(jīng)分析可以從大體上知道了總體布局需要涉及的問題。此時(shí)參看設(shè)計(jì)任務(wù)書可知道設(shè)計(jì)的要求。因此，總體布局必須要完成設(shè)計(jì)所要求的內(nèi)容。 第4章 電動(dòng)機(jī)的選取 4.1電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電動(dòng)機(jī)因此，無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛。根據(jù)不同防護(hù)要求，電動(dòng)機(jī)有開啟式、防護(hù)式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)形式。Y系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式電動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，因此廣泛應(yīng)用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)、風(fēng)機(jī)、掘拌機(jī)等。常用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形尺寸見相關(guān)手冊。對于經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的機(jī)械，如起重、提升設(shè)備，要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大過載能力，應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動(dòng)機(jī)YZ型（籠型）或YZR型（繞線型）。 電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類（交流或直流）、工作條件（環(huán)境、溫度、空間位置等）、在和大小和性質(zhì)（變化性質(zhì)、過載情況等）、起動(dòng)性能和起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的頻率頻繁程度等條件來選擇。 4.2 電動(dòng)機(jī)的容量 功率選擇得是否合適，對電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選得過小，不能保證工作機(jī)正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過早損壞，而容量選得過大，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又不能充分利用，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)都較低，增加奠定消耗而造成能源的浪費(fèi)。 電動(dòng)機(jī)的容量主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來決定。對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械（如運(yùn)輸機(jī)），只要所選電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm 等于或稍大于所需得電動(dòng)機(jī)工作功率P0，即可，即Pm ≧P0，這樣選擇的電動(dòng)機(jī)就能安全工作，不會過熱，因此通常不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 4.3套絲電動(dòng)機(jī)的選取 套絲電動(dòng)機(jī)功率必須要合理確定，若功率選用得過大，則消耗電力多，造成浪費(fèi)，選用得過小，則又使機(jī)床的使用效率受到了限制。一般使用下述方法互相參考比較而定。 根據(jù)[14]可得電動(dòng)機(jī)的功率公式為： （4-1） （4-2） （4-3） 式中： ——工作機(jī)的有效功率，即工作機(jī)的輸出功率，單位為KW，它有工作機(jī)的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定； V ——為工作機(jī)的線速度，單位為m/s； ——從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)間的總效率。她為組成傳動(dòng)裝置和工作機(jī)的各部分運(yùn)動(dòng)副或傳動(dòng)副的效率之乘積； ——蝸輪傳動(dòng)的效率； ——兩對圓錐滾子軸承的效率； 計(jì)算總效率時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）各機(jī)械傳動(dòng)效率的概率值，各概略值都有一定的范圍，一般取個(gè)范圍的中間值。 （2）帶傳動(dòng)的效率是指V帶的傳送效率，我們在這采取的是V帶A型。 （3）軸承的效率包括兩對圓錐滾子軸承，在計(jì)算時(shí)要把兩對轉(zhuǎn)動(dòng)都考慮在內(nèi)，不要漏掉。 切管電動(dòng)機(jī)所需功率： F =2000N，V=0.2m/s，工作機(jī)的效率。取。代入（4-2）式得 根據(jù)上面的公式要使電機(jī)能夠安全的實(shí)現(xiàn)工件的工作我們所選擇電動(dòng)機(jī)的功率必須大于計(jì)算所得的功率，當(dāng)所選電動(dòng)機(jī)的功率大于工作所需功率時(shí)電動(dòng)機(jī)的能量有所浪費(fèi)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率小于工件完成運(yùn)動(dòng)所需要的功率時(shí)則不能安全的實(shí)現(xiàn)工件主軸的做功。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇的是否合理，容量相同的三相異步電動(dòng)機(jī)，一般有3000r/min、1500r/min、1000r/min及750r/min四種同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，價(jià)格愈低。但是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比愈大，會使傳動(dòng)裝置外部尺寸增加，提高制造成本。而電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速愈低，其優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反。因此，在確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)綜合考慮，分析比較。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的速度都有很大的影響。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪傳動(dòng)進(jìn)行減速，再由蝸輪軸帶動(dòng)套絲筒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此可得電動(dòng)機(jī)速度的選擇要根據(jù)蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)比來綜合考慮。 所以取電機(jī)的額定功率為0.75KW。 由上述可得我們選用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1440r/min。 4.4液壓馬達(dá)的選取 1）液壓馬達(dá)與液壓缸一樣，也是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行器，液壓馬達(dá)是把液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)機(jī)械能，液壓馬達(dá)輸入油液的實(shí)際壓力稱為工作壓力P，工作壓力取決與負(fù)栽。額定壓力是指液壓馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。液壓馬達(dá)可以進(jìn)行無級調(diào)速，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)切刀的轉(zhuǎn)速，與其帶的轉(zhuǎn)動(dòng)比，來選擇液壓馬達(dá)。 馬達(dá)型號 理論排量 額定壓力16 公稱轉(zhuǎn)速2600 最低轉(zhuǎn)速600 理論轉(zhuǎn)矩64 重量3.4 2）系列高壓齒輪馬達(dá)為三片結(jié)構(gòu)，主要由鋁合金制造的前蓋，中間體，后蓋合金鋼制造的壓力板等部件組成。前后蓋內(nèi)各壓裝兩個(gè)DU軸承，DU材料使齒輪泵提高了壽命，壓力板是徑向和軸向壓力補(bǔ)償?shù)闹饕?，可以減輕軸承載荷和自動(dòng)調(diào)節(jié)齒輪軸向間隙，從而有效地提高齒輪馬達(dá)的性能指標(biāo)和工作可靠性。 3）液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入功率為 ——液壓馬達(dá)的工作壓力 ——馬達(dá)的實(shí)際流量 液壓馬達(dá)的工作壓力 ，已知液壓馬達(dá)軸的直徑為。 4.5本章小結(jié) 由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電動(dòng)機(jī)因此，無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)。功率選擇得是否合適，對電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。 第5章 套絲機(jī)的設(shè)計(jì) 5.1設(shè)計(jì)思路 套絲機(jī)是一種管件螺紋加工的一種機(jī)械。本機(jī)器適用于套絲直徑為的管件，設(shè)計(jì)套絲機(jī)首先要考慮管件的夾緊問題，大多夾緊機(jī)構(gòu)采用液壓夾緊，由于管件比較長，難于對管件自動(dòng)送料，自動(dòng)化不能得到實(shí)現(xiàn)，所以無需對管件自動(dòng)夾緊，本機(jī)器采用手工夾緊，主要考慮了加工、套絲管件方便。 再次必須考慮套絲機(jī)的套絲速度，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行套絲時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)比比較大，從設(shè)計(jì)方案中，可以想到用蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)比要求很大，采用蝸桿頭數(shù)為， 套絲對管件進(jìn)行套絲必須具備兩個(gè)運(yùn)動(dòng)條件：一、是套絲筒必須有軸向移動(dòng)的距離。二、在套絲時(shí)，套絲機(jī)必須對管件有個(gè)軸向力。 要使套絲機(jī)對管件產(chǎn)生一個(gè)推力，必須要使套絲機(jī)向管件方向移動(dòng)，我采用液壓轉(zhuǎn)動(dòng)來作為驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)套絲機(jī)向管件方向移動(dòng)。 套絲管件時(shí)，為了使管件受力均勻，采用四把刀對管件進(jìn)行套絲。 圖5-1 套絲機(jī)構(gòu) 5.2工作原理 管件固定，套絲筒旋轉(zhuǎn)。由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，經(jīng)蝸輪軸帶動(dòng)套絲筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸輪軸與套筒是通過滑鍵聯(lián)接，軸上的套筒則可沿鍵作軸向滑移?；I固定在套筒上，套筒帶動(dòng)滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣，只需在軸上銑出較長的滑鍵，而鍵可做得較短。套絲需要軸向進(jìn)給外，還需軸向力，軸向力由液壓驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力，經(jīng)液壓缸的軸推動(dòng)減速器箱底的肋板，產(chǎn)生軸向力，帶動(dòng)減速器軸向移動(dòng)，移動(dòng)導(dǎo)軌采用車床的三角導(dǎo)軌，液壓缸軸與減速器箱底的肋板是焊接固定的，在液壓驅(qū)動(dòng)下，減速器能夠自動(dòng)進(jìn)給和自動(dòng)返回。 5.3連接固定方式 管件采用三角爪盤來固定，進(jìn)行人工操作。蝸輪軸與套絲筒的軸向固定采用螺母聯(lián)接。套絲刀與套絲筒的固定采用螺釘聯(lián)接。液壓缸與支座的固定采用螺紋銷聯(lián)接。減速器的固定方式由：軸承端蓋固定圓錐滾子軸承的軸向運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)軸與蝸桿軸通過聯(lián)軸器來固定，蝸輪與蝸輪軸通過平鍵來固定，液壓缸軸與減速器箱底的肋板是焊接固定。 5.4蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) （1）選擇蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)類型 根據(jù)，采用漸開線蝸桿（ZI） （2）選擇材料 根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿轉(zhuǎn)遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1。金屬模鑄造，為了節(jié)省貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵制造。 （3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。轉(zhuǎn)動(dòng)中心距 （5-1） 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 按，估取效率， 2）確定載荷系數(shù) 因工作載荷較穩(wěn)定，估取載荷分布不均系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)表11-5選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)；則 3）確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故。 4）確定接觸系數(shù) 選假設(shè)蝸桿分度圓直徑和轉(zhuǎn)動(dòng)中心距的比值 ，從機(jī)械設(shè)計(jì)圖11-18中可查得。 5）確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬摸鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度，可從機(jī)械設(shè)計(jì)表11-7中查許用應(yīng)力。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 6）計(jì)算中心距 取中心距，因，故取模數(shù)4，蝸輪分度圓 直徑，這時(shí) 從機(jī)械設(shè)計(jì)圖11-8中可查得接觸系數(shù) 因?yàn)? 因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 （4）蝸輪與蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 軸向齒距 直徑系數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚 （5）蝸輪 蝸輪齒數(shù)；變位系數(shù)-0.500； 驗(yàn)算轉(zhuǎn)動(dòng) ；這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)比誤差為 是允許的 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒頂圓直徑 齒頂高 齒根高 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪咽喉圓半徑 （6）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)=-0.5,=52.28,查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 從表中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù) 彎曲強(qiáng)度是滿足的。 5.5本章小結(jié) 設(shè)計(jì)套絲機(jī)首先要考慮管件的夾緊問題，大多夾緊機(jī)構(gòu)采用液壓夾緊，由于管件比較長，難于對管件自動(dòng)送料，自動(dòng)化不能得到實(shí)現(xiàn)，所以無需對管件自動(dòng)夾緊，本機(jī)器采用手工夾緊，主要考慮了加工、套絲管件方便。 第6章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6.1蝸桿軸最小尺寸的確定 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算需要注意以下內(nèi)容 1）軸的材料主要是碳鋼和和合金鋼，根據(jù)需要選用45鋼。 2）零件的軸向定位 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的，定位軸肩的高度一般取為，為與零件相配處的軸的直徑。單位為。滾動(dòng)軸承的定位軸肩的高度必須低于軸肩內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承。 3）蝸桿軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 P1＝0.57KW， n1＝910r/min （6-1） 4）初步估算蝸桿軸的最小直徑 先按式機(jī)械設(shè)計(jì)手冊初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，取得A0＝110，于是得 考慮軸上鍵槽的削弱，軸徑需加大，取 6.2蝸桿軸各段尺寸的確定 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長和直徑擬定軸上的零件裝配方案，軸上的大部分零件包括齒輪，套筒，軸承和軸承端蓋及聯(lián)軸器幾大部分。 已知階梯軸有如下公式 軸肩（環(huán)）高度 軸環(huán)寬度 1）由計(jì)算可的軸的最小直徑為24mm,故軸段I的直徑為。故取軸段I的長度。 2）軸段I采用鍵定位，其尺寸為，由于軸段I僅僅是用鍵來定位的，所以軸段I的長度與鍵的寬度和高度有關(guān)，所以。 3）取安裝軸承端蓋的軸段II的直徑; 4）軸段III的左端是由圓錐滾子軸承3106固定，為了是軸的受力均勻和穩(wěn)定，故設(shè)計(jì)軸段IV并用軸承端蓋和軸環(huán)進(jìn)行固定，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三卷，根據(jù)選定的圓錐滾子軸承的支承環(huán)的高度為2.5mm，并且選定軸III的直徑，為了使軸承緊密的固定在軸上，軸段III的長度選為。 5）軸環(huán)的寬度為，由蝸寬度，得。 圖6-1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)示意圖 6.3蝸輪軸各段尺寸的確定 1）由計(jì)算可的軸的最小直徑為26mm,故軸段I的直徑為。由于I段與鍵聯(lián)接，外加圓螺母固定，故取軸段I的長度。 2）軸段I采用鍵定位，其尺寸為，由于軸段I僅僅是用鍵來定位的，所以軸段I的長度與鍵的寬度和高度有關(guān)，所以。 3）取安裝軸承端蓋的軸段II的直徑; 4）軸段III的左端是由圓錐滾子軸承3106固定，為了是軸的受力均勻和穩(wěn)定，故設(shè)計(jì)軸段IV并用軸承端蓋和軸環(huán)進(jìn)行固定，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三卷，根據(jù)選定的圓錐滾子軸承的支承環(huán)的高度為2mm，并且選定軸III的直徑，為了使軸承緊密的固定在軸上，軸段III的長度選為。 5）軸段IV為鍵槽，與蝸輪連接，已知蝸輪的寬度為，為了便于固定蝸輪，軸段IV的長度應(yīng)小于蝸輪的寬度，所以。 6）軸環(huán)的寬度為，由蝸桿寬度，得。 圖6-2 蝸輪軸結(jié)構(gòu)示意圖 6.4軸上零件的周向定位 蝸桿軸與電動(dòng)機(jī)軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按查得平鍵截（GB/T1095－1979），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為22mm（鍵長見GB/T1096-1979）[13]。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。確定軸上圓角和倒角尺寸參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取軸端倒角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑為R＝1mm。 6.5蝸輪軸上的載荷 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得 畫軸受力結(jié)構(gòu)簡圖如圖6-1所示 1）計(jì)算扭矩，蝸桿所受的外力偶矩為 取蝸桿軸最小直徑為，扭矩為 2）計(jì)算極慣性矩，軸橫截面的極慣性矩為 3）計(jì)算應(yīng)力（切應(yīng)力） 可以確定軸承的支撐點(diǎn)跨距，，， 水平面支反力： ， 垂直面支反力： 4）畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖 總彎矩 扭矩 彎矩圖如圖6-2 圖 6-3 工作軸的載荷分析圖 從圖中可知，截面E為危險(xiǎn)截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為 T＝7870N?mm M＝14314.5N?mm 5)按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核: W為軸的抗彎截面系數(shù)，W=- W==331.2-56.3=274.9 ==222MPa<[]=237MPa 即軸的強(qiáng)度足夠。 6)校核軸的疲勞強(qiáng)度 在上面的分析中已判定E截面為危險(xiǎn)截面，所以現(xiàn)在校核E面左右兩側(cè)即可，其他截面均無需校核。 抗彎截面系數(shù)為： 抗扭截面系數(shù)為： 彎矩M及彎曲應(yīng)力為: M=14314.5 ===15.46MPa 扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： T3 ＝10947.7N?mm == =5.91MPa 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理， =640MPa,=275MPa,=155MPa。 過盈配合處的值，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》用插入法求出，并取， 于是得： =2.93, =0.8x2.93=2.35 軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92 故得綜合系數(shù)為：K=--1=2.93+=3.02 K=+-1=2.35+=2.44 計(jì)算安全系數(shù)：S===1.85 S===4.48 Sca===1.7>S=1.5 故安全 截面E左側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù)W為： W=0.1d3=0.1x253=1562.5mm3 抗扭截面系數(shù)WT為： WT=0.2d3=0.2x153=3125mm3 彎矩M及彎曲應(yīng)力為: M=54600 == =17.5Mpa 扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=27300 ===40.4MPa 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》用插入法求得軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)：k,k 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》得尺寸系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 得扭轉(zhuǎn)尺寸 軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》得表面質(zhì)量系數(shù)為 ==0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ，得綜合系數(shù)值為： K=--1=0+=0.09 K=+-1=+=1.63 計(jì)算安全系數(shù)：S===18.89 S===4.57 Sca===4.4>S=1.5 故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因?yàn)檩S無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 6.6軸承的校核 機(jī)床一般傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。 對型號為3006圓錐滾子軸承進(jìn)行校核。 由可知主動(dòng)軸的軸向力。 所受徑向力：Fr=1754.5/2=877.25N 軸承安全。 6.7本章小結(jié) 軸上的大部分零件包括齒輪，套筒，軸承和軸承端蓋及聯(lián)軸器幾大部分。機(jī)床一般傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。 第7章 聯(lián)軸器、鍵的校核及選擇 7.1聯(lián)軸器類型的選擇 為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器 1）載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩 由表查得工作情況系數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 2）型號選擇 從中查得型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為，許用最大轉(zhuǎn)速為。 型號 許用轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)速[] 軸孔直徑 軸孔長度 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 重量 型 鐵 鋼 鐵 鋼 250 3300 3800 32、35、38 82 60 82 160 5 45 0.026 10.36 40 40、42 工作溫度： 件號 名稱 材料 1、7 半聯(lián)軸器 鋼鐵 2 螺母 按性能等級5級 3 墊圈 4 擋圈 5 彈性套 橡膠 6 柱銷 35 8 制動(dòng)輪 鑄鋼 7.2鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)算 1）鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬鍵高表示）與長度L。鍵的截面尺寸按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪 的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動(dòng)距離而定。一般輪轂的長度可取為，這里為軸的直徑。所選定的鍵長亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列。重要的鍵聯(lián)接在選用鍵的類型和尺寸后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 2）鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 滑鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算，平鍵聯(lián)接轉(zhuǎn)遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)接中各零件的受力情況。對于采用常用材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），其主要失效形式是工作面被壓潰，除非有嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。對于導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接（動(dòng)聯(lián)接），其主要失效形式是工作面的過度磨損。因此，通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布。 普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為 (7-1) 導(dǎo)向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為 (7-2) 式中： T——轉(zhuǎn)遞的轉(zhuǎn)矩（），單位為； K——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，此處為鍵的高度，單位為； ——鍵的工作長度，單位為，圓頭平鍵，平頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位為；為鍵的高度，單位為； —— 軸的直徑，單位為； [] ——鍵、軸、輪 三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為； [] ——鍵、軸、輪 三者中最弱材料的許用應(yīng)力，單位為； 對套絲筒與蝸輪軸聯(lián)接的滑鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核 已知 (7-3) ，已知蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效率為，得 T——工作機(jī)的阻力矩 (7-4) 強(qiáng)度滿足條件。 7.3本章小結(jié) 鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求取定。通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。 第8章 切管機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 8.1切管機(jī)的組成 該切管機(jī)由動(dòng)力部分（主動(dòng)機(jī)）、工作部分、液壓部分、轉(zhuǎn)動(dòng)部分（V型帶）輔助部分（支料滑車及導(dǎo)軌）組成。 圖8-1 切管機(jī)構(gòu)裝配圖 1 支撐架2滾輪3管件4螺母5平鍵6 V型帶7皮帶輪8軸承端蓋9密封圈10圓錐滾子軸承11三角卡盤12切刀13彈簧14密封活塞15螺母16進(jìn)油口17密封圈18夾緊機(jī)構(gòu) 8.2套絲機(jī)工作原理 1）如圖8-1所示，工件向右進(jìn)料，由于管件比較長，為了防止管件過長發(fā)生塑性彎曲，在夾緊機(jī)構(gòu)后面加上支撐架，由滾輪帶動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)管件時(shí)減少摩擦力，減少勞動(dòng)、強(qiáng)度。當(dāng)三角卡盤夾緊管件后，主電機(jī)經(jīng)V型帶帶動(dòng)空心主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓油通過進(jìn)油口、聚油環(huán)槽進(jìn)入軸上油路中，最后進(jìn)入進(jìn)刀油缸上腔，并推動(dòng)進(jìn)刀活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)刀活塞上緊固的刀具進(jìn)行輾壓其管壁。直到管件發(fā)生塑性變形最終切削最終斷裂，液壓系統(tǒng)關(guān)閉換向閥，進(jìn)刀活塞在彈簧的作用復(fù)位，即退刀，一個(gè)工作循環(huán)完成。 2）切管機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖，它是單作用缸彈簧復(fù)位液壓回路。切管機(jī)采用了間隙密封技術(shù)，如圖 所示的聚油環(huán)槽兩邊的間隙密封處，要求研配后拋光，以獲得較小的密封性能，并保證較小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)阻力和良好的密封性能，液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓油從油口進(jìn)入聚油槽中，此時(shí)無論空心主軸是靜止或是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，都不會影響液壓油的正常流入軸上油路中，從而實(shí)現(xiàn)了相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間的液壓轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓通過間隙密封處，允許有微量的泄油流量，泄油油液流經(jīng)軸承起潤滑作用，在經(jīng)泄流回油箱。 8.3切刀尺寸的選取和設(shè)計(jì) 切刀是切管機(jī)的核心部件，應(yīng)有一定的硬度和較好的韌性，減少切割作業(yè)中脆斷。切割刀采用耐沖擊工具鋼，經(jīng)過特殊的熱處理工藝，由數(shù)控機(jī)車加工制成，保證了硬度和韌性要求。 由于管材直徑不斷增大。切刀的尺寸也不斷增大，為了減少切刀的尺寸，應(yīng)選取硬度比較大的刀具。我采用了兩把切刀對管件進(jìn)行工作，管件固定不動(dòng)，切刀刀刃圓周高速旋轉(zhuǎn)，慢速切入進(jìn)給，不斷輾壓其管壁，導(dǎo)致管壁塑性變型最終斷裂。由于切刀為無齒刀具，整個(gè)切削過程都不產(chǎn)生切屑，故稱之為無屑切削。 切刀控制原理：在這工作過程中切刀進(jìn)給工作采用了液壓缸驅(qū)動(dòng)，我采用液壓系統(tǒng)的差動(dòng)連接，使得刀具能夠快速的運(yùn)動(dòng)，在短時(shí)間內(nèi)接近管件。當(dāng)?shù)毒呓佑|管件后，由變量液壓泵產(chǎn)生小流量液壓油，從而推動(dòng)刀具工作進(jìn)給。當(dāng)切斷管件后，液壓換向閥換向，高壓油回油，進(jìn)回油箱。 切刀機(jī)械原理：活塞與切刀焊接而成，由泵產(chǎn)生高壓油推動(dòng)密封活塞運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致切刀產(chǎn)生推力，對管件進(jìn)行工作進(jìn)給，當(dāng)切斷管件后，高壓油回油箱，由彈簧產(chǎn)生復(fù)位力，使刀具返回原先位置。 8.4 V帶轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和單根V帶的基本額定功率 根據(jù)分析可知，帶轉(zhuǎn)動(dòng)的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。因此，帶轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)為：在保證帶轉(zhuǎn)動(dòng)不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。 (2)設(shè)計(jì)V帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)給定的原始數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)遞的功率，轉(zhuǎn)速、（或轉(zhuǎn)動(dòng)比），轉(zhuǎn)動(dòng)位置要求及工作條件等。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定帶的截型、長度、根數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)中心距、帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸等。 (3)設(shè)計(jì)步驟和方法 1)確定計(jì)算功率 計(jì)算功率是根據(jù)轉(zhuǎn)遞的功率，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的。即 （8-1） 式中： — 計(jì)算功率，單位為； —轉(zhuǎn)遞的額定功率（例如電動(dòng)機(jī)的額定功率），單位為； —工作情況系數(shù)； 已知電動(dòng)機(jī)型號為，額定功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)比，一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。（以下《機(jī)械設(shè)計(jì)》為第七版，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著） 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-6查得工作情況系數(shù)，故 2）選取窄V帶型 根據(jù)、，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-9確定選用型。 3)確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑。 從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 驗(yàn)算帶的速度 帶的速度合適。 4）確定窄V帶的基準(zhǔn)長度和轉(zhuǎn)動(dòng)中心距 根據(jù)，初步確定中心距。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)式（8-20）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 機(jī)械設(shè)計(jì)表8-2選帶的基準(zhǔn)長度。 按公式計(jì)算實(shí)際中心距 5）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 主動(dòng)輪上的包角合適。 6）計(jì)算窄V帶的根數(shù)Z （8-2） 由、、，查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-5和表8-5 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-8得和表8-2得 取根 7）計(jì)算預(yù)緊力 由式（8-23）知 （8-3） 查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4得，故 8）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 由機(jī)械設(shè)計(jì)式（8-24）得 8.5 V帶輪設(shè)計(jì) 1）V帶輪設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2 ）以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。 2）帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為或；轉(zhuǎn)速較高是宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。 3）結(jié)構(gòu)尺寸 鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：實(shí)心式；腹板式；孔板式；橢圓輪輻式。 帶輪基準(zhǔn)直徑（為軸的直徑，單位為）時(shí)，可采用實(shí)心式； 時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)時(shí)，可采用孔板式）；可采用輪輻式。 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)型式；根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸；帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-12所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。 圖8-2 V帶輪的結(jié)構(gòu) 8.6本章小結(jié) 管件發(fā)生塑性變形最終切削最終斷裂，液壓系統(tǒng)關(guān)閉換向閥，進(jìn)刀活塞在彈簧的作用復(fù)位，即退刀，一個(gè)工作循環(huán)完成。當(dāng)切斷管件后，液壓換向閥換向，高壓油回油，進(jìn)回油箱。 第9章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 9.1液壓轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般步驟進(jìn)行 1）明確設(shè)計(jì)依據(jù)，進(jìn)行工況分析 2）初步擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 3）初步確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 4）液壓元件的計(jì)算和選擇 5）液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 6）繪制液壓系統(tǒng)工作圖編寫技術(shù)文件 9.2明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求 機(jī)器設(shè)備的技術(shù)要求是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。設(shè)計(jì)者應(yīng)在設(shè)計(jì)之初與用戶或主機(jī)制造單位共同討論，并輔以調(diào)查研究，以求定量了解和掌握下列技術(shù)要求： 1）主機(jī)的工藝目的（用途）、結(jié)構(gòu)布局（臥式、立式等）、使用條件（連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)、特殊液體的使用）、技術(shù)特征（工作負(fù)載是阻力負(fù)栽還是超越負(fù)栽、恒值負(fù)載還是變值負(fù)栽，以及負(fù)載的大??；運(yùn)動(dòng)形式是直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是擺動(dòng)，位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的大小和范圍）等。由此確定哪些機(jī)構(gòu)需要采用液壓轉(zhuǎn)動(dòng)，所需執(zhí)行器的形式和數(shù)量，執(zhí)行器的工作范圍、尺寸、質(zhì)量和安裝等限制條件。 2）各執(zhí)行器的動(dòng)作循環(huán)與周期及各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之間的連鎖和安全要求。 3）主機(jī)對液壓系統(tǒng)的工作性能如運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)動(dòng)效率、控制方式及自動(dòng)化程度等要求。 4）原動(dòng)機(jī)的類型（內(nèi)燃機(jī)還是電動(dòng)機(jī)）及功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性。 5）工作環(huán)境條件、如室內(nèi)或室外、溫度、沖擊振動(dòng)、易燃易爆及腐蝕情況等。 6）限制條件，如壓力脈動(dòng)、沖擊、振動(dòng)噪聲的允許值等。 7）經(jīng)濟(jì)性要求，如投資費(fèi)用、運(yùn)行能耗和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用等。 9.3液壓系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 切管套絲機(jī)切刀要完成快進(jìn)—工進(jìn)—快退—原位停止的工作循環(huán)，并按能滿足活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng)的類型，即單作用式液壓缸最大切削力為；工件進(jìn)給要求能在快進(jìn)、快退速度為，工進(jìn)行程為,摩擦系數(shù),,兩把切刀重量為，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速減速時(shí)間要求不大于0.5。 （1）設(shè)計(jì)要求： （2）確定執(zhí)行元件（液壓缸）的主要結(jié)構(gòu)尺寸； （3）繪制正式液壓系統(tǒng)圖； （4）選擇各類元件及輔件的形成和規(guī)格； （5）確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； （6）進(jìn)行必要的性能估算（系統(tǒng)發(fā)熱計(jì)算和效率計(jì)算） （二）確定液壓缸的尺寸及工況圖 1．負(fù)載圖及速度圖 負(fù)載分析 （1）切削力 （2）摩擦阻力 （3） （4）將密封阻力考慮在液壓缸的機(jī)械效率中去，取液壓缸機(jī)械效率 （5）背壓力 表9-1 液壓缸各動(dòng)作階段中的負(fù)載 工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 液壓缸推力 啟動(dòng) 100 111.11 加速 60.19 66.87 快速 50 55.55 工進(jìn) 10050 11166.6 快退 50 55.55 快進(jìn)速度 與快退速度相等，即，行程分別為， ，，，工行程。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和表9-1 中的數(shù)值繪液壓缸的負(fù)載和速度圖，如圖9-1所示 圖9-1 液壓缸負(fù)載及速度 （三）初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 （1）初選液壓缸的工作壓力，初選。 （2）計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 因要求，故選用單桿式液壓缸，使，且快退時(shí)液壓差動(dòng)連接。 因?yàn)槭乔懈罟懿?，為了防止切斷管材時(shí)工作部件突然前沖，回油中應(yīng)有背壓。取背壓力。 快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由于管路中有壓力損失，所以這時(shí)液壓缸有桿腔中的壓力必大于無桿腔中的壓力，若估取這部分損失為，則。 快退時(shí)，油液從液壓缸無桿腔流出，是有阻力的，故也有背壓。此時(shí)背壓也按估取。 求出缸體的面積 按標(biāo)準(zhǔn)取 液壓活塞桿直徑為 按標(biāo)準(zhǔn)取 由此求得液壓缸實(shí)際有效工作面積為 無桿腔面積 有桿腔面積 查得調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為，驗(yàn)算液壓杠的有效工作面積，即 所以流量控制閥無論是放在進(jìn)油路上，還是回油路上，有效工作面積、都能滿足工作部件的最低速度要求。 （四）液壓缸工況圖 液壓缸工作循環(huán)中各動(dòng)作階段的壓力，流量和功率的實(shí)際使用值，如表9-3所列 表9-2 液壓缸工作循環(huán)中的壓力，流量和功率 工況 負(fù)載 液壓缸 計(jì)算公式 回油壓力 輸入流量 進(jìn)油腔壓力 輸入功 進(jìn) 動(dòng) 111.11 / / 5.56 / 速 68.87 / 5.425 / 速 55.55 18.69 5.382 0.1 工 進(jìn) 11166.6 6 30.31 快退 啟動(dòng) 111.11 / / 4.93 / 加速 68.87 5 / 4.91 / 恒進(jìn) 55.55 19.4 4.91 0.95 啟動(dòng)時(shí)活塞尚未動(dòng)作，故?。海爝M(jìn)時(shí)）；（快退時(shí)）。 因加速時(shí)間很短，故流量不計(jì)。 根據(jù)上表可繪制出液壓缸的工況圖（圖9-2）。 （五）擬訂液壓回路 （1）選擇回路及油源型式 由工況圖9-2知，該切管機(jī)液壓系統(tǒng)功率?。ǎ?，速度較低，切管為連續(xù)切割，切削力變化小。故采用單向節(jié)流調(diào)速回路。 節(jié)流閥是結(jié)構(gòu)比較簡單但應(yīng)用最廣泛的流量控制閥，經(jīng)常與溢流閥配合組成定量泵供油的各種節(jié)流調(diào)速回路或系統(tǒng)。按照操縱方式的不同，節(jié)流閥可以分為手動(dòng)調(diào)節(jié)式普通節(jié)流閥、行程擋塊或凸輪等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件操縱式性程節(jié)流閥等形式；節(jié)留閥還可以與單向閥等組成單向節(jié)流閥、單向行程節(jié)流筏等復(fù)合閥。本液壓系統(tǒng)采用單向調(diào)速回路。為增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，防止工件切斷時(shí)工件部件突然前沖，采用調(diào)速閥的出口節(jié)流調(diào)速回路。 圖9-2 工況圖 由工況圖還可以看出，該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓大流量兩階段組成，其最大流 量與最小流量之比： 而相應(yīng)的時(shí)間之比為： 上述比值還很大。故為了節(jié)約能源，采用雙定量泵供油。 （2）快速回路和速度換接回路 因系統(tǒng)要求快進(jìn)快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用液壓缸差動(dòng)連接的方式，以保證快進(jìn)快退時(shí)的速度基本相等。 （3）由于快進(jìn)、工進(jìn)之間的速度差較大。 換向回路，由工況可看出，回路中流量較?。ㄔ诳焱藭r(shí)，進(jìn)油路上的流量為 ，回油路上為 系統(tǒng)的工作壓力也不高，故采用電磁換向回路。 換向閥的作用是利用閥芯相對于閥體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油路的通、斷或改變液流的方向，從而實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行器的啟動(dòng)、停止或運(yùn)動(dòng)方向的變換。 （4）壓力控制回路 壓力控制閥的功用是控制液壓系統(tǒng)中的油液壓力，以滿足執(zhí)行器對輸出力、輸出轉(zhuǎn)矩及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同需求。壓力控制閥的種類很多，它們的共同特點(diǎn)是利用液壓力和彈簧力的平衡原理進(jìn)行工作，調(diào)