編編 號號 無錫太湖學院 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文） 題目：題目： 自動切管機及送料機構設計自動切管機及送料機構設計 信機 系系 機械工程及自動化專專 業(yè)業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 自動切管機 及送料機構設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得 的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 96 學 號： 0923267 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學學院院 信信 機機 系系 機機械械工工程程及及自自動動化化專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計論論 文文 任任 務務 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 自動切管機及送料機構設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源于生產(chǎn)實際。 切管機在許多制造行業(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 強度顯著降低，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)中切管機得到了廣泛的應用。 某機車車輛廠，每天都要切割大量 5060 mm 材料為 Q235 的 金屬管，現(xiàn)需設計制造一臺切管機。 1.切管尺寸范圍：5060 mm。 2.切管力：F=3500N。 3.切管時滾筒轉(zhuǎn)速：70r/min。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求：三、本設計（論文或其他）應達到的要求： II 1.通過該設計使學生熟悉機械設計的一般思路。 2.使學生掌握機械設計的方法和技巧。 3. 通過設計鞏固機械制圖、金屬材料、機械設計基礎等課程的知 識。 4.完成自動切管機方案設計、主要部件的參數(shù)計算。 5.完成標準件的選用。 6.完成零、部件圖 8 張以上。 7.完成自動切管機總裝圖 1 張。 8.撰寫畢業(yè)說明書一份。 計算正確完整，文字簡潔通順，書寫整齊清晰。 論文中所引用的公式和數(shù)據(jù)應注明出處。 論文字數(shù)不少于 1.5 萬字。 四、接受任務學生：四、接受任務學生： 機械 96 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設計（論文）指導（或顧問）：六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師指導教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 III 教教研研室室主主任任 學科組組長研究所學科組組長研究所 所長所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 IV 摘摘 要要 自動切管機主要用于加工各種用途的管件，包括各種材料的金屬管件，本次設計的 自動切管機及送料機構所加工的管件主要是直徑在 6070mm之間。本論文設計的自動 切管機及送料機構，能自動切管和送料達到自動加工金屬管件的目的。完成的工作主要 是自動切管機中圓錐齒輪減速器、切管機棍筒、機架及自動送料機構工作方案的設計。 其中，切管機的工用原理是：電動機通過V帶傳動，圓錐齒輪減速箱、開式齒輪傳動到一 對棍筒，然后帶動金屬管的旋轉(zhuǎn)，獲得切割時的主運動。同時，圓盤刀片向下移動，實 現(xiàn)管子的切割工作。其中包括確定切管機設計方案的制定、傳動裝置的設計和計算（包 括電動機的選擇、擬定傳動方案、各軸轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計算、傳動機構的設計與計 算等）。根據(jù)已有的經(jīng)驗公式，對上述各項進行了詳細的計算和強度校核之后，確定了 各個零件之間的尺寸位置。最后繪制切管機裝配圖、部件圖以及部分零件圖。 本設計所完成的切管機主要用于車間中對6070mm管件的切管加工，對提高生產(chǎn)效 率，減輕工人的勞動強度有著積極的意義。 關鍵詞：關鍵詞：切管機；減速器；棍筒 V Abstract Automatic cutting machine mainly being used in processing various functional tube parts ,primarily includes varieties materials metals tube parts . This time the designed automatic cutting machine and conveying mechanism essentially process the tube parts which diameter between 6070mm.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 VI 目目 錄錄 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 本課題應達到的要求.2 2 自動切管機設計方案的擬定.3 2.1 自動切管設計方案的分析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 自動切管機傳動裝置的設計.5 3.1 傳動裝置的分析5 3.1.1 棍筒傳動裝置方案的初步擬定.5 3.1.2 各傳動裝置方案的比較.6 3.2 棍筒傳動裝置方案的確定6 4 切管機傳動裝置的計算.7 4.1 電動機的選擇7 4.1.1 電動機的類型和結構分析.7 4.1.2 選擇切管機電動機的功率.7 4.1.3 確定切管機電動機的轉(zhuǎn)速.8 4.2 計算總傳動比及分配各級的傳動比8 4.3 運動參數(shù)及動力參數(shù)計算9 4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計算.9 4.3.2 各軸輸入功率計算.9 4.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩計算.9 5 切管機傳動零件的設計計算.11 5.1 V 帶輪傳動的設計計算 .11 5.2 圓錐齒輪傳動的設計計算13 5.3 圓柱齒輪傳動的設計計算16 6 自動切管機軸的設計計算.19 6.1 主動軸設計計算19 6.2 錐齒輪輸出軸設計計算21 6.3 惰輪軸設計計算24 6.4 棍筒軸設計計算25 7 鍵聯(lián)接的選擇及計算.26 VII 7.1 電機與電動機帶輪聯(lián)接采用平鍵連接26 7.2 主動軸與減速器機帶輪聯(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 滾動軸承設計.28 8.1 主動軸的軸承設計計算28 8.2 輸出軸的軸承設計計算29 9 減速機箱體結構設計.31 10 密封及潤滑的設計.33 10.1 密封33 10.2 潤滑33 11 自動送料機構工作方案設計.34 11.1 自動送料裝置的總體設計及工作原理.34 11.2 主要組成部分的設計計算.34 11.2.1 驅(qū)動的設計和計算34 11.2.2 軸向運動的傳動機構設計和計算35 11.2.3 夾具的設計和計算35 11.2.4 控制系統(tǒng)的選擇35 11.2.5 電動機的選擇.35 11.2.6 機架的設計36 11.2.7 其他部分的設計36 12 結論與展望.37 12.1 結論.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.39 附 錄.40 YEJ 系列電磁制動三相異步電動機安裝及外形尺寸 .40 附錄二.40 YEJ 系列電磁制動三相異步機技術數(shù)據(jù) .40 附錄三.41 常見機械傳動的主要特性.41 自動切管機及送料機構設計 1 1 緒論緒論 機械制造業(yè)在國民經(jīng)濟中起著重要的作用的基礎產(chǎn)業(yè)。隨著時代的發(fā)展，人們在想 方設法改善自己的生存條件和生活水平，正是因為這一點，并推動機械制造業(yè)生產(chǎn)的快 速發(fā)展，人們在超前進到一個更高的精度，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)的先進制造技術和在新的先進生產(chǎn)模式的新提高企業(yè)的生產(chǎn)能力和市場適應能 力，產(chǎn)品性能大幅提高，機械制造行業(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，長期使用相對落后的手工切割金屬管操作，進行批量生產(chǎn)，不 僅是勞動密集，生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量差的產(chǎn)品，合格率，導致成本高。隨著機械制造業(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，因此自動切管機的需求已是迫在眉睫。 自動切管機在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位，因為自動切管機可以被轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的 手工生產(chǎn)，自動化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，勞動強度已大大降低，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)， 管道切割機具有自動送料機構已被廣泛使用。 自動切管機切割機和送料機構的設計主要是設計用于金屬管道切割。其主要內(nèi)容是 在切管機，切割機構和齒輪箱和其相關聯(lián)的部分的進給機構，其中主要包括傳輸?shù)脑O計 和計算;整體結構的設計，檢查設計計算的研究設計和設計，并通過獲得的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的 總裝配圖，然后繪制相關零件圖;最后切管機，自動送料機構組合，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的目 的。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)外的發(fā)展概況 機械制造業(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，自動化在許多領域取得了很好的效果，自動化已經(jīng)深入人心。所以自動 切管機誕生了。有許多切管機，車床主要管道切割機，鋸床型管道切割機，大型通風管 道切割機，微型切割機，切管機微電腦，微電腦切帶機，微管切割機，微電腦切片機， 微電腦帶機，微電腦切帶機，微剪彩機，微電腦松緊帶切割機，微電腦切膜機，粘扣帶 圓角切割機，微型切割機，F(xiàn)FC軟電纜切割機，切片自動化配套設備。 圖 1.1 車床切斷金屬示意圖 無錫太湖學院學士學位論文 2 圖 1. 2 弓鋸切割金屬示意圖 圖 1.3 砂輪片切割機 車床切割機操作工件旋轉(zhuǎn)，翻不動，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，面對中心切料歪斜，平行度低，加工表面質(zhì)量好，加工 材料時，會丟失，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，材料丟失。 1.3 本課題本課題應達到的要求應達到的要求 通過自動切管機，送料機構設計，使鋼60-70mm的自動切管機，自動處理。喂奶后自 動切管機，自動切管材料，切割完成上下料，自動送料，繼續(xù)切割循環(huán)工作。可以達到 傳統(tǒng)的手工工作，投入批量生產(chǎn)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率，大大降低了勞 動強度的目的。 自動切管機及送料機構設計 3 2 自動自動切管機設計方案切管機設計方案的擬定的擬定 2.1 自動切管自動切管設計方案的分析設計方案的分析 設計是一個項目，旨在校準的繁瑣，復雜的工作，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 應該是能夠?qū)崿F(xiàn)良好的任務，它應該達到實現(xiàn)的功能。 2.1.1 切管方案的擬定切管方案的擬定 根據(jù)傳統(tǒng)切割金屬管的方法和改進方法現(xiàn)擬定以下幾種方案： 方案一： 使用車床，通過切斷刀的進給運動來切斷金屬管； 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，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 無錫太湖學院學士學位論文 4 方案三： 使用切管機，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 切管方案的比較切管方案的比較 方案一程序需要切斷的金屬管的機器上，只占用一個共同的工具，同時夾緊需要一 定的時間，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的送料。 方案二輪需要同時通過搖臂旋轉(zhuǎn)飼料切割金屬管，其結構簡單，使用方便，生產(chǎn)效 率高，而且切割時砂輪磨損大，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，同時旋轉(zhuǎn)圓盤刀片不斷地向下移動，為了達到目的切割管道，機 器結構簡單，工作可靠，能滿足大量切管的目的。其結構簡單，也不需要加強，以方便 自動處理管。 2.2 切管切管方案的確定方案的確定 基于以上的分析和比較，生產(chǎn)的實際需求和設計要求，設計選擇方案三的設計。 切割原理是由一電動機的輸入運動和力，通過減速齒輪機構驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滾筒棒，用棒 之間的缸和管道，管旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的切削工具的主運動，并通過刀片的摩擦切割機制進給運 動，達到切割金屬管。 自動切管機及送料機構設計 5 3 自動自動切管機傳動裝置的設計切管機傳動裝置的設計 3.1 傳動裝置的分析傳動裝置的分析 發(fā)送裝置是運動和功率之間的數(shù)據(jù)傳輸遠程兼實現(xiàn)其他效果的移動設備，其功能如 下： 如圖1所示，能量分布; 2，速度的變化; 3，運動形式的改變。 該驅(qū)動裝置是機器的主要組成部分。 3.1.1 棍筒傳動裝置方案的初步擬定棍筒傳動裝置方案的初步擬定 根據(jù)設計要求現(xiàn)擬定以下幾種傳動方案： 方案一：渦輪蝸桿-圓柱齒輪傳動，其示意圖如圖3.1所示： 圖 3.1 渦輪蝸桿-圓柱齒輪傳動 方案二：二級圓柱齒輪傳動，其示意圖如圖3.2所示： 圖 3.2 二級圓柱齒輪傳動 無錫太湖學院學士學位論文 6 方案三：圓錐齒輪-圓柱齒輪傳動，其示意圖如圖3.3所示： 圖 3.3 圓錐齒輪-圓柱齒輪傳動 3.1.2 各傳動裝置方案的比較各傳動裝置方案的比較 方案一：該蠕蟲 - 圓柱齒輪，其結構緊湊，傳動比大，傳動平穩(wěn)，噪音低，但在長 期連續(xù)運行的條件下，由于效率低蝸輪，功率損耗，適用于負載較小，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：采用兩個圓柱齒輪傳動，其承載能力和調(diào)速范圍大，傳動比恒定，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，而設計寬度尺寸較大。 方案三：使用錐齒輪 - 圓柱齒輪傳動，其承載能力和調(diào)速范圍大，傳動比恒定，可 靠，效率高，壽命長。同時設計寬度更小的尺寸也是適合于長期連續(xù)運行。但是，其處 理成本也較高。 3.2 棍筒棍筒傳動裝置方案的確定傳動裝置方案的確定 工作機，以滿足性能要求的傳輸方案，傳動機構可以是不同的類型，在不同的組合 和排列順序的組合物。合理的解決方案，應確保運行可靠，結構簡單，體積小，易加工， 成本低，傳動效率高，使用維修設施。當使用計劃往往是難以滿足這些要求，因此，確 保重點的要求。 上述比較分析傳輸方案的基礎上，考慮合理的傳輸方案，所以這種設計選擇方案三， 用于傳輸?shù)囊蟆?是通過滑輪由電機帶動，然后通過錐齒輪的錐齒輪和惰輪驅(qū)動桿管 進行傳輸，從而達到切割金屬管的目的。 自動切管機及送料機構設計 7 4 切管機傳動裝置的計算切管機傳動裝置的計算 4.1 電動機的選擇電動機的選擇 選擇電機，您必須了解電機，每個電機的出廠銘牌，標用電機的主要技術參數(shù)。因 此，合理選擇電動機，電動機將比較這些特點，在設計中應選擇電機類型，結構，動力 和速度，并在目錄中找到它的類型和大小。 4.1.1 電動機的類型和結構電動機的類型和結構分析分析 電動機交流電動機和直流電動機兩種。由于直流電動機需要直流電源的結構較復雜， 價格較高，維護相對不便，因此不應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。三相交 流異步電動機具有結構簡單，可靠，價格便宜，維修方便等，因此被廣泛使用。交流電 機的異步和同步電機的類別。異步電動機鼠籠傷口兩個，其中一個普通的鼠籠式感應電 機應用最。設計荷載的變化，由于其規(guī)模較小，所以使用三相籠型異步電動機，封閉結 構，電壓為380V，因為有時需要快速停止，頻繁啟動，所以使用YEJ系列。 4.1.2 選擇切管機電動機的功率選擇切管機電動機的功率 工作所需的電動機功率： w d a P PkW 計算公式： 工作機工作所需的電源，是指主動側(cè)桿管工作機所需要的功率，kW;；wP 電機工作機的主動側(cè)桿缸效率。 a 工作機所需工作功率，由機器的工作阻力和機器的運動參數(shù)（如：線速度、轉(zhuǎn)速wP 和角速度）計算求得。 在本設計中，設計任務給定的管道切割機的工作參數(shù)，切削力：F=3500N，棍筒轉(zhuǎn)速： n=70r/min，切管尺寸范圍：5060mm?，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進行計算。 根據(jù)公式： 3 4 210 100060 10006 10 w nDFFvnrF P 滾 其中： F切割刀片工作機的工作阻力，N； v工作機刀片的速度，m/s； n棍筒的轉(zhuǎn)速，r/min； r工作機棍筒的半徑，mm； D滾工作機棍筒的直徑，mm。 傳動裝置的總效率表示組成傳動的各個裝置部分運動副效率之乘積，即 a 123 =. . .a n 無錫太湖學院學士學位論文 8 其中：、.分別為每一傳動副（帶、齒輪）、每對軸承的效率。 1 2 3 n 傳動副的效率數(shù)值可按附錄一選取。 查附錄一，取帶傳動效率，滾動軸承傳動效率，開式圓柱齒輪傳10.96 20.98 動效率，圓錐齒輪傳動效率。30.9540.95 故總效率 4242 12340.980.950.95=0.7580.96a 7 6 10 w a d a pnD F P 滾 將以上數(shù)值代入公式，得： 77 1.36 0.758 70 80 3500 6 106 10 d a kW nD F P 滾 4.1.3 確定切管機電動機的轉(zhuǎn)速確定切管機電動機的轉(zhuǎn)速 棍筒的工作轉(zhuǎn)速為n=70r/min; 按附錄一推薦的傳動比合理范圍，取V帶傳動的傳動比，二級圓錐圓柱 1 2 4i 齒輪減速器傳動比，則總傳動比合理范圍為，故電動機轉(zhuǎn)速的可 2 5 16i 10 64 a i 選范圍為： 10 64)70700 4480 / min( da rnni 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，有三個附錄II適用電機型號，所以有4個齒輪傳動比的方案，如表 4-1中所示。 表 4-1 傳動比方案 電動機轉(zhuǎn)速 v(r/min)傳動裝置的傳動比 方案電動機型號 額定功率 KW同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速總傳動比 V 帶傳動 比 減速器 1YEJ90S-21.53000284040.573.511.59 2YEJ90L-41.515001400202.96.9 3YEJ100L-61.5100094013.432.65.16 考慮到電機和傳動裝置的尺寸，重量，價格，和皮帶傳動，齒輪減速比，同時考慮 到錐齒輪的大小，所以選擇方案三。因此，所選的電機模型YEJ100L-6，其主要性能如表 4-1所示。 表 4-2 YEJ100L-6 的主要性能 滿 載 時 型號 額定功 率kW 轉(zhuǎn)速 r/min 電流 A 效率 % 功率因素 啟動電流 額定電流 啟動轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 YEJ100L-61.59404.077.50.746.02.02.0 主要外形和安裝尺寸如表 4-2 所示。 4.2 計算總傳動比及分配各級的傳動比計算總傳動比及分配各級的傳動比 1、總傳動比電940/7013.43；ain/n 自動切管機及送料機構設計 9 2、分配各級傳動比： 根據(jù)附錄一，合理的 V 帶輪傳動比為 24，二級圓錐圓柱齒輪傳動比為 56，故取 V 帶輪傳動比為 2.64，則二級圓錐圓柱齒輪傳動比為 u 齒輪=ia/i=13.43/2.64=5.09(符合)。 對于圓錐圓柱齒輪減速器，可取圓錐齒輪傳動比為 i1=0.25i，并盡量使 i13，最大 允許到 4，以使圓錐齒輪直徑最小。但同時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 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 中心高 H (/ 2)LACADHD ABKDEFG 100405282.5245160140122860824 4.3 運動參數(shù)及動力參數(shù)計算運動參數(shù)及動力參數(shù)計算 4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速各軸轉(zhuǎn)速計算計算 軸 1 0 940 356/ min 2.64 m r n n i 軸 1 2 1 356 91.3/ min 3.9 r n n i 惰輪 2 2 3 91.3 30.4/ min 3 r n n i 棍筒 3 3 4 30.4 70/ min 1/ 2.3 r n n i 4.3.2 各軸輸入功率各軸輸入功率計算計算 軸 01 11.360.961.3 d kWPP 軸 21121.30.980.951.21kWPP 惰輪的軸 32231.210.980.951.15kWPP 棍筒的軸 43341.150.980.951.07kWPP 4.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩各軸輸入轉(zhuǎn)矩計算計算 電動機需要的軸輸出轉(zhuǎn)矩： 無錫太湖學院學士學位論文 10 1.36 9550955013.82 940 d d m Nm P T n 軸 100113.822.640.9635.01dNmTTi 軸 2111235.013.90.980.95127.15mNTTi 惰輪軸為 32223127.1530.980.95355.13mNTTi 棍筒軸為 34334355.131 / 2.30.980.95143.75mNTTi 自動切管機及送料機構設計 11 5 切管機傳動零件的設計計算切管機傳動零件的設計計算 5.1 V 帶輪傳動的設計計算帶輪傳動的設計計算 1、確定計算功率需要為： 初步擬定該切管機工作壽命是10年，兩班制的工作制度。 根據(jù)參考文獻1表8-7可查得，其工作情況系數(shù)，1.3Ak 1.31.51.95caAkWPkP 2、選擇V帶： 根據(jù)、，查參考文獻1圖8-11 選用A型V帶。caPn 確固定皮帶輪速度參考直徑和驗證： 從參考文獻1表8-6和8-8，以基準的馬達皮帶輪直徑1106dmmd 11106940 5.22 601000601000 / dnd vms 525/msvms 帶速合適。 3、計算大輪的基準直徑： 1 211 2 279.8dddmm n didd n 根據(jù)文獻1表8-8，圓潤。 4，確定V形皮帶的中心距為基準長度： 根據(jù) 012120.72()()ddddddadd 初定中心距 0450mma 0 0 21 012 2 4 () 2() 2 dd ddd a dd Ladd 0 2 1523 4450 (280106) 2450(106280) 2 dmmL 從參考文獻1表8-2與參考長度選舉。 5，計算實際中心距離： 0 0 488.4 2 dd mm LL aa 6、電機滑輪包角： 121180159.6120 57.3 ()dd a dd 無錫太湖學院學士學位論文 12 7、計算帶的根數(shù)： 根據(jù) ，1106dmmd1940/ minrn 利用插值法，查參考文獻1表8-4a得 00.99kWP 根據(jù) ，1940/ minrn2.64i 查參考文獻1表8-4b得 00.11kWP 利用插值法，根據(jù)文獻1表8-5得 0.948k 使用考文獻1表8-2得 0.99lk 00()1.03rlkWPPPkk 故取根。 1.95 1.03 1.89 ca Pr z P 2z 8、計算V帶的初拉力的最小值： 從參考文獻1表8-3可以查得 A型V帶長度是質(zhì)量0.10/qkgm 0 min 2(2.5) 500 cakP qv kzv F 0 min 2(2.50.948)1.95 5000.15.22 0.94825.22 F 0 min155.6NF 9、計算壓軸力： 1 0 min 22 159.6 22155.6sin612.62sin=pNzFF 。 10、V帶輪的尺寸計算： 1) 電動機帶輪需要的尺寸的計算： 從上面計算可以聽知，電動機帶輪為A型，其直徑為1106dmmd 查表，得： bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=150.3，fmin=9，=34 輪轂寬度 B=(z-1)e+2f(2-1)15+2933mm，取B=35mm 輪轂外徑 da=dd+2ha=106+22.75=111.5mm 輪轂孔徑 由電動機輸出軸尺寸決定，由表4-3，得d孔=28mm，鍵槽寬 b=8mm。 2) 減速器機帶輪的尺寸計算： 由上面計算可知，減速器機帶輪為A型，其直徑為2280dmmd 查參考文獻1表8-10，得： bd=11.0，hamin=2.75，hfmin=8.7，e=150.3，fmin=9，=38 輪轂寬度 B=(z-1)e+2f(2-1)15+2933mm，取B=35mm 輪轂外徑 da=dd+2ha=280+22.75=285.5mm 自動切管機及送料機構設計 13 3) 結構選擇： 電動機帶輪： 2.5 dddd1300mm 采用腹板式結構。 減速器機帶輪： dd2300mm，且D1-d1100mm 采用孔板式結構。 5.2 圓錐齒輪傳動的設計計算圓錐齒輪傳動的設計計算 1、選擇齒輪類型，精度等級，材料和牙齒; 從參考文獻1表10-8理查德，通用減速機的精度水平是68，減速機的精度等級為 7。 從參考文獻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 =3.921= 81.9，取z2 =82。i 則齒數(shù)比為。 21 /82/213.905uzz 2、齒面接觸強度設計； 試選載荷系數(shù)Kt=1.3 取齒寬系數(shù)0.33R 由參考文獻1表10-6查的材料的彈性影響系數(shù) 1/2 189.8EMpaZ 從文獻1圖10-21d的齒的表面硬度的小齒輪接觸疲勞強度極限調(diào)查 ， min1600HMPa 大齒輪的接觸面的疲勞強度極限min 2550HMPa 由參考文獻1式10-13可得應力的循環(huán)次數(shù)為： =603561(2810365)=1.2471091160hNn jL =3.194108 9 1 2 1.247 10 3.905 N N u 由參考文獻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 可計算失效概率是1%，安全系數(shù)S=1 1=0.92600=552MpaH 1lim1HNK s 2=0.95550=522.5MPaH 2lim2HNK s 試計算小齒輪的分度圓直徑d1t 根據(jù) 1 2 3 3 2 3 2 2 1 1 2.92 () (1 0.5) 189.81.3 35.01 10 2.92() 522.50.33(1 0.5 0.33)3.905 E t HRR KT Z d d t t u =51.80mm 無錫太湖學院學士學位論文 14 11 4 51.8 356 0.97/ 60 10006 10 td n vm s 模數(shù)m t=d1t/z1=51.80/21=2.47 計算其載荷系數(shù)： 根據(jù)，7級精度，由參考文獻1圖10-8查的動載系數(shù) k v=1.05，0.97/vm s 查參考文獻1表10-3，得齒間載荷分配系數(shù) 1HFKK 由參考文獻1表10-2查得使用系數(shù) 1AK 由參考文獻1表10-9查得 1HbeK 1.51.5HFHbeKKK 故載荷系數(shù)1 1.05 1 1.5 1.575AVHHKK K KK 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓的直徑為： 33 11 1.575 51.8055.22 1.3 t t K ddmm K 計算模數(shù) m =d1/z1=55.22/21=2.63mm。 3、齒根彎曲強度的設計 由參考文獻1圖 10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度的極限值，大齒輪1500FEMPa 的彎曲疲勞強度極限2380FEMPa 由參考文獻1圖10-18取彎曲疲的勞壽命系數(shù)k FN1=0.85，k FN2=0.88 取其設計彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4 1=0.85500/1.4=303.57MpaF 11FNFEK s 2=0.88380/1.4=238.86MpaF 22FNFEK s 1 1.05 1 1.5 1.575AVFFKK K K K 節(jié)圓錐角： 1arctan(1/ ) 14.36u 219075.64 當量齒數(shù)： 1 1 1 21.677 cos v z z 2 2 2 330.63 cos v z z 根據(jù)參考文獻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 11 1 22 2 2.73 1.57 0.01412 303.57 2.06 1.97 0.01698 238.86 FaSa F FaSa F Y Y Y Y 可得 自動切管機及送料機構設計 15 1 3 22 1 3 3 22 2 2 4 (1 0.5)1 4 1.575 35.01 10 0.01698 0.33 (1 0.5 0.33)213.9051 FaSa F RR KTY Y m Zu m =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、幾何計算： 錐距離計算： R= =126.98mm 21 2 1 1 () 2 mzz z 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 R d m 2 = d2 (1-0.5) = 205.4mm R 齒寬： B=R=0.33126.98=41.9mm R 齒頂圓直徑： da1=m(z1+2cos1)=68.8mm da2=m(z2+2cos2)=247.49mm 齒根圓直徑： df1=m(z1-2.4cos1)=56.02mm df2=m(z2-2.4cos2)=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=235.01/52.6=1.33kN Fa1=-Fr2= Ft tansin1 =1.33=0.12kN tan20sin14.36 Fr1=-Fa2= Ft tancos1 =1.33=0.469kN tan20cos14.36 6、結構設計： 小圓錐減速器齒輪： 齒根圓到鍵槽底部的距離e e 根據(jù)參考文獻1表13-5得，徑向動載荷系數(shù)X1=1，X2=0.4，軸向動載荷系數(shù) Y1=0，Y2= Y=1.6 查參考文獻1表13-6得， 取中等沖擊或中等慣性沖擊，fp=1.5 查參考文獻1表13-4得， 取ft=1 則：P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=1.5(12990+0815.6)=4485N 無錫太湖學院學士學位論文 30 P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=1.5(0.42050+1.61054.4)=3760.56N P1P2 12hh LL 6 10 () 60 t h fC L nP 58400h 89082 h hL 故所選軸承滿足壽命要求。 8.2 輸出軸的軸承設計計算輸出軸的軸承設計計算 1、求兩軸承受的徑向載荷，如圖8.2所示： 圖8.2 錐齒輪輸出軸軸承受力示意圖 由受力分析可知： 1 2 2.33 0.57 NH NH FkN FkN 1 2 1.36 5.79 Nv Nv FkN FkN 0.469aeFkN 則 ： 22 1112.69rr Vr HFFFkN 22 2225.82rr Vr HFFFkN 2、計算軸承當量動載荷： 軸承預計壽命Lh=1610365=58400 h 因軸承在工作條件下受到Fr徑向作用和軸向力作用，查參考文獻2表12.21得，30208 軸承的判斷系數(shù)e=0.37，基本額定載荷C=63kN，系數(shù)Y=1.6 由參考文獻1表13-7得， Fd=Fr/(2Y) 對于滾子軸承 10/3 Fd1=Fr1/(2Y)=2690/(21.6)=840.6N Fd2=Fr2/(2Y)=5820/(21.6)=1818.8N Fd1 58400 h 132576 h hL 故所選軸承滿足壽命要求。 無錫太湖學院學士學位論文 32 9 減速機箱體結構設計減速機箱體結構設計 1、窺視孔窺視孔蓋 可以看到在上部的驅(qū)動齒輪減速在窺視孔打開，以檢查齒面接觸模式和間隙，了解 齒輪嚙合。因此，潤滑油被注射進入體內(nèi)。窺孔上的蓋，以防止污染物進入體內(nèi)和潤滑 油飛濺。 2，調(diào)整墊片 從多芯片薄軟金屬墊片，用于調(diào)整軸承的游隙。部分焊盤也調(diào)整傳動部件的軸向位 置的作用。 3，放油螺塞 減速機底部有排水孔排放廢油，油脂在使用前插頭插入。 4，呼吸 檔位操作，由于摩擦生熱，從而使人體的溫度，壓力的增加，導致油從該間隙向外 泄漏。因此，翻蓋的頂部或窺視孔安裝通氣帽，讓身體熱起來氣體逸出自由達到身體內(nèi) 外壓力相等，提高機體縫隙的密封性能。 5，油標準 油標用來檢查油位，以確保正常量的油。 6，啟蓋螺絲 經(jīng)常涂蓋和底座結合緊密，不易分離后，與地表水聯(lián)合玻璃或密封的組合。為了便 于服用蓋，法蘭蓋往往從一到兩蓋的螺釘，啟蓋，該螺釘可以從最上方的可動蓋擰開。 也可以被安裝在軸承蓋蓋螺絲啟，為了消除端蓋。環(huán)軸向調(diào)節(jié)的需要，例如啟把兩個蓋 螺絲，便于調(diào)節(jié)。 如圖7所示，定位銷 為了確保精密軸承孔安裝定位銷孔的位置之前，遠遠無聊安裝后蓋子和底座采用高 強度螺栓。如果車身結構是對稱的，在銷孔的位置不應被對稱地布置。 8，第一環(huán)頭螺釘，吊環(huán)和掛鉤封面上第一環(huán)頭螺釘或鑄鐵環(huán)或鉤蓋處理或刪除。 如圖9所示，密封裝置 在延伸必須安裝在軸與蓋之間的間隙的密封件，以防止漏油和污染物進入體內(nèi)。 減速箱結構尺寸選擇，如表9-1所示： 表9-1 減速機箱體結構尺寸 名稱符號及尺寸名稱符號及尺寸 機座壁厚8df、d1、d2至外機壁距離122C 機蓋壁厚18df、d2至凸緣邊緣距離220C 機座凸緣厚度 1.512b 軸承旁凸臺半徑 120R 機蓋凸緣厚度 111.512b 機座底凸緣厚度 22.520b 凸臺高度 h 根據(jù)低速級軸承外 徑確定，以便于扳手 操作為準 自動切管機及送料機構設計 33 續(xù)表9-1 地腳螺釘直徑16fd 外機壁至軸承座端面距離 150l 地腳螺釘數(shù)目4n齒輪端面與內(nèi)機壁距離 212 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 112d 機蓋、機座肋厚 ， 17m 7m 機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑 210d 軸承端蓋外徑 ，2125D 2 112D 聯(lián)接螺栓 d2的間距150l 軸承端蓋凸緣厚度9t 軸承端蓋螺釘直徑 38d 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 2sD 窺視孔蓋螺釘直徑 45d 定位銷直徑 8d 無錫太湖學院學士學位論文 34 10 密封及潤滑的設計密封及潤滑的設計 10.1 密封密封 由于使用低速電動機，在室溫下，電動馬達可用于常用毛氈密封。毛氈密封圈，毛 氈環(huán)與套管內(nèi)填充堵塞泄漏間隙達到密封的目的。毛氈具有天然的彈性，是松孔海綿， 儲存潤滑油和擋塵。軸旋轉(zhuǎn)時，毯子和可反復刮了自己的無油自潤滑。 10.2 潤滑潤滑 1，齒輪，由于驅(qū)動構件的圓周速度 V 12 米/秒，使用浸油潤滑，所以身體需要有足 夠的油潤滑和冷卻。同時，為了避免沉淀物拋出攪拌油，油的頂部的底表面上的齒不小 于 3050mm 的距離 H。對于單級變速箱，浸油 齒全高的深度，你可以設置所需的石油量。對于單級傳動，每 1kW 的油需要 V0=0.350.7dm3。 2，滾動軸承，由于傳動部件的速度是不高，而且往往難以供給，所以使用潤滑脂潤 滑。不僅密封簡單，容易流失，并且可以形成完全獨立的膜的滑動面。 自動切管機及送料機構設計 35 11 自動送料機構工作方案設計自動送料機構工作方案設計 11.1 自動切管機自動切管機送料裝置的總體設計及工作原理送料裝置的總體設計及工作原理 如圖11.1所示，該裝置主要由步進電機、機架、可移動的氣動夾具、PLC控制系統(tǒng)、 滾珠絲杠傳動副、固定氣動夾具等裝置組成。在管件切割前，先依靠定位板將該管件放 入夾具上進行加緊。在確定管件固定好后，用控制按鈕啟動機器進行全部的切割管件工 作。切管中，先啟動氣動夾具將管件夾好，再由步進電動機啟動聯(lián)軸器使得絲桿進行轉(zhuǎn) 動，達到固定的在螺母上的移動夾具的軸向進行的運動。并且由控制系統(tǒng)控制步進電機 進行轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)管的精確切割，誤差精度為0.1mm。 然后，把管件放置在夾具后，由該切管機自動送料裝置的工作原理如圖11.2所示。先 用PLC控制系統(tǒng)對夾具的夾緊、步進電機轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和放松進行控制。然后自動送料裝置的工 作過程中每一個環(huán)節(jié)，都要相應的輸入、輸出信號，最后完成整個工作的過程。其中S1 表示管件的切割長度。 11.2 主要主要的的組成部分的設計計算組成部分的設計計算 11.2.1 驅(qū)動裝置的設計和計算驅(qū)動裝置的設計和計算 驅(qū)動方法的多樣，可選擇直線電動機驅(qū)動、用往復磁鐵驅(qū)動、電動機的機械放式驅(qū) 動、氣動、液壓驅(qū)動等。 切管機的自動送料裝置驅(qū)動有兩部分： 一是夾具的夾緊和放松運動驅(qū)動；二是管件送料軸向運動的驅(qū)動。因為夾具的夾緊、 放松驅(qū)動則采用氣動方式，管件軸的向運動需要停靠多個位置和要較高的求精度，選用 直線步進的電機進行驅(qū)動。 圖 11.1 送料機構示意圖 無錫太湖學院學士學位論文 36 移動夾具后退 S1步進電機反轉(zhuǎn) 移動夾具 松開 進行 切割 圖 11.2 自動切管機工作原理圖 11.2.2 軸向運動的傳動機構設計和計算軸向運動的傳動機構設計和計算 該設計的主要是針對汽車制造使用的管材，管材的長度為60-70mm，最大的切斷長度 是2000，精度要求為0.1mm。 因此其送料裝置的軸向傳動方式采用滾珠絲桿的方法傳動。根據(jù)計算與校核來確定 螺母、導軌、絲桿具體參數(shù)。 11.2.3 夾具的設計和計算夾具的設計和計算 夾緊裝置是適用于各種大小，形狀的管形材料，以確定所需的夾緊力，夾緊面的對 象的幾何形狀，選定的原理機械夾具保持機構。進給裝置包括一個可移動的夾緊和其他 固定。 由于夾具。操作中，活動夾具的往復軸向運動的，為了實現(xiàn)飼養(yǎng)過程。所以，當其 中一個夾緊夾具，另一個夾具釋放。 圖11.3顯示夾具是針對不同的大小，形狀專門設計的氣動夾具。圖11.3顯示管夾結構， 這種結構非常簡單，夾緊原理清晰，簡單的制造工藝和制造成本低，應用廣泛的尺寸范 圍，夾緊數(shù)量，適合中小鎖模力工程。 同時，對于支持輥筒，使其被釋放時，可以實現(xiàn)裝置和設備的固定件的底部軸向相 對移動。 11.2.411.2.4控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)的選擇 自動送料裝置的控制分為兩部分：一是步進電機的控制；二是氣缸的控制。在工作 過程中需設置多點?？亢头磸蛦?、停止，選擇PLC控制系統(tǒng)可以滿足工作要求。控制系 統(tǒng)中還包括繼電器、行程開關等電器元件。 11.2.5 電動機的選擇電動機的選擇 采用高性能的稀土永磁材料，功率密度高，過載能力強，正弦波電流驅(qū)動電機的慣 性，低速性能好，特別適用于機床進給驅(qū)動，F(xiàn)級絕緣的材料部分，延長了電機的使用壽 命。 采用全封閉式結構，外形美觀，結構緊湊。 移動 夾具 加緊 管件 步進 電機 正傳 絲桿 螺母 傳動 移動夾具 帶動管件 前進 S1 固定 夾具 加緊 自動切管機及送料機構設計 37 電磁優(yōu)化設計，電磁噪聲低，運行平穩(wěn)，效率高。 采用高性能的稀土永磁材料，低速性能好，過載能力強。 高速，高精度光電編碼器，具有較高的準確度和速度和位置控制的高性能驅(qū)動單元。 防護等級IP65級別，以確保可靠的電機- 15 40環(huán)境溫度和粉塵，油霧的環(huán)境。 采用高精度軸承和轉(zhuǎn)子高精度動平衡技術，確保電機運行穩(wěn)定可靠，在最高轉(zhuǎn)速范 圍，噪聲低，振動小。高轉(zhuǎn)矩慣性比，快速反應能力。F級絕緣結構，具有使用壽命長的 運動的一部分，高的性能價格比。 圖 11.3 夾具裝夾圖 11.2.6 機架的設計機架的設計 機架設計，有兩個：首先，表支撐架的設計，兩個移動管支架設計。其作用是支持 支架工作臺自動管道切割設備表，載重臺及管件的基礎上，考慮到易于操作的工作人員， 移動管件。 支撐支架的作用，在一個表中的一部分的管，以防止管的彎曲變形影響的切割精度。 通過臺尺寸及額定負載的要求，并根據(jù)與普通鋼材料手冊，焊接，選擇一個普通鋼模型。 確定材料矩形鋼表支持框架，移動管支架角度。 11.2.7 其他部分的設計其他部分的設計 除了自動送料裝置的軸向驅(qū)動的設計和夾緊裝置設計的，但還需要管的尺寸，形狀 等因素的定位裝置，導軌，滑塊和器具，如一個合理的選擇和設計的輔助支撐裝置，同 時還需要為氣動元件，如氣源時，系統(tǒng)壓力，各種閥和氣缸等進行合理選擇。 無錫太湖學院學士學位論文 38 12 結論與展望結論與展望 12.1 結論結論 此次畢業(yè)設計的題目是自動切管機及送料機構設計，在整個設計和論文撰寫過程中 充分回顧了大學四年所學習的機械原理、理論力學、機械設計、工程材料、材料力學、 機械制圖、CAD應用等科目。在這次設計中充分的將這些科目融合、應用和滲透，此次 設計也是對所學科目的全面復習。同時，在這次設計中，也遇到了許多的困難與問題。 通過查找資料和老師的指導，將這些問題一一的解決。這種獨立解決問題和思考的方法 是此次設計中的重要收獲。另外，通過