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摘 要 彎頭是一種常用的工件，主要用于管道轉(zhuǎn)彎處的連接，其中90度鋼制焊接彎頭，是最常見的一種。隨著社會的發(fā)展，工作效率越發(fā)的重要。不僅使得工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大，也加大了對工作效率的追求，彎頭機(jī)械化的程度、產(chǎn)品的精度成為了主要依據(jù)。我國多數(shù)地區(qū)的坡口裝置以人力為主。90°彎頭兩端坡口存在的問題有工作效率低、加工精度低以及安全問題。為了改善這些問題，本課題對國內(nèi)外彎頭現(xiàn)狀做出了詳細(xì)的分析和介紹，為了滿足市場的要求，設(shè)計(jì)了一款可以滿足我國需求的彎頭自動進(jìn)給坡口裝置[1]。 關(guān)鍵詞：彎頭；自動化；工作效率 Abstract The elbow is a commonly used workpiece, mainly used for the connection of pipe bends, of which the 90 degree steel welded elbow is the most common one. With the development of society, work efficiency is increasingly important. Not only has the industrial production expanded, but it has also increased the pursuit of work efficiency. The degree of elbow mechanization and the accuracy of products have become the main basis. Grooves in most areas in China are mainly manpower. The problems at the groove at both ends of the 90° elbow are low work efficiency, low machining accuracy, and safety issues. In order to improve these problems, this topic has made a detailed analysis and introduction of the status quo of elbows at home and abroad. In order to meet the requirements of the market, we have designed an automatic feed groove device for the elbow that can meet the needs of China. Key words: elbow; automation; work efficiency 目 錄 第一章 課題內(nèi)容 １ 1.1課題背景 １ 1.2相關(guān)理論 １ 1.3研究目的及意義 １ 第二章 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的原理及國內(nèi)外現(xiàn)狀 ２ 2.1 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的整體結(jié)構(gòu)及工作原理 ２ 2.2 國內(nèi)外彎頭自動進(jìn)給坡口裝置現(xiàn)狀 ２ 2.2.1 國外彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 ２ 2.2.2 國內(nèi)彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 ３ 第三章 本課題研究的關(guān)鍵 ４ 3.1 方案論證 ４ 3.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ４ 結(jié) 論 ５ 參考文獻(xiàn) ６ 第一章 課題內(nèi)容 1.1課題背景 當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對于工作效率越發(fā)的重要。不僅使得工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大，也加大了對工作效率的追求。彎頭機(jī)械化的程度、產(chǎn)品的精度成為了主要依據(jù)。我國主要是以人力生產(chǎn)為主的，因此機(jī)械自動化方面還處在發(fā)展中階段，機(jī)械還存在著些技術(shù)上和安全性等方面的問題，比如，彎頭兩端坡口加工的工作效率低、加工精度低以及存在的安全等問題。因此，現(xiàn)有的90度彎頭兩端坡口加工方式難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需求，急需一種高效率加工精度高安全可靠的90度彎頭自動化加工設(shè)備來替代現(xiàn)有的設(shè)備。 1.2相關(guān)理論 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置基本部分是由上料皮帶輸送機(jī)、下料皮帶輸送機(jī)、滑道、工作臺等組成。采用上料夾鉗裝置和下料夾鉗裝置，自動送料和取料采用氣動夾具夾緊工件，同時利用兩個中心線為90度夾角的成形銑刀，一次性加工出彎頭的兩個斷面，有效的提高了工作效率，加工精度高，裝夾工件和卸料不需要手動參與，不會發(fā)生機(jī)械傷人事故，杜絕了安全隱患[2]。 1.3研究目的及意義 彎頭是一種常用的工件，主要用于管道轉(zhuǎn)彎處的連接，其中90度鋼制焊接彎頭，是最常見的一種。隨著社會的發(fā)展，工作效率越發(fā)的重要。通過手動加工出的彎頭所耗費(fèi)的時間和工人加工出來的精度無法滿足當(dāng)代社會的需求。本設(shè)計(jì)的目的就是針對現(xiàn)階段彎頭生產(chǎn)的情況，通過參考查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，來設(shè)計(jì)一款適用于現(xiàn)階段社會所需求的彎頭自動進(jìn)給坡口裝置，它的主要優(yōu)點(diǎn)有工作效率較高，精度高，更安全。 ６ 第二章 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的原理及國內(nèi)外現(xiàn)狀 2.1 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的整體結(jié)構(gòu)及工作原理 工作臺上方設(shè)有夾緊機(jī)構(gòu)，下夾具體上兩側(cè)分別設(shè)有上料夾具裝置和下料夾具裝置。具體過程為：上料夾鉗裝置和下料夾鉗裝置，自動送料和取料采用氣動夾具夾緊工件，同時利用兩個中心線為90度夾角的成形銑刀，一次性加工出彎頭的兩個斷面。 2.2 國內(nèi)外彎頭自動進(jìn)給坡口裝置現(xiàn)狀 2.2.1 國外彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 外國機(jī)械自動化起步早、較發(fā)展、技術(shù)水平也高。如今的90度彎頭已經(jīng)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，其機(jī)械自動化的成都非常高。目前管道坡口機(jī)在國外管道施工中已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，如美國CRC公司，CCI公司，德國的VIETZ公司以及加拿大的PROLINE公司。他們的產(chǎn)品已經(jīng)在荷蘭、澳大利亞等國家使用，現(xiàn)在國外具有代表性的坡口機(jī)產(chǎn)品有以下幾種，火焰切割坡口機(jī)，管道坡口機(jī)，爬管式管道切割機(jī)。除了上述外，還有美國PMC公司生產(chǎn)的平頭坡口機(jī)。主軸采用液壓進(jìn)給，相應(yīng)速度快，采用浮動加緊裝置和鎖緊裝置，保證了管道的形狀和消除了加緊滑動間隙。德國REIKA WERK公司生產(chǎn)坡口機(jī)，采用了電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，低速性能好，維護(hù)方便，適用于車間壁厚管道坡口加工[3]。 2.2.2 國內(nèi)彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 目前國內(nèi)正朝著高質(zhì)量，高科技，高效能的方向發(fā)展針對這一特點(diǎn)，生產(chǎn)了大量的特種設(shè)備，如管口中頻預(yù)熱器，管道焊接電源車，管道內(nèi)焊機(jī)，管道全位置自動焊機(jī)和管道端面坡口機(jī)等[4]。有多家企業(yè)生產(chǎn)管道坡口加工設(shè)備，如浙江的奧泰機(jī)械有限公司等，其主要產(chǎn)品有外部安裝式管道，坡口機(jī)驅(qū)動方式，有普通電機(jī)，氣動馬達(dá)，液壓等多種驅(qū)動方式，能滿足不同的場合，不同的工藝，不同的加工要求，它主要是針對于管道現(xiàn)場切割坡口，不可移動管道的切割坡口加工而設(shè)計(jì)，還有內(nèi)漲式管道破口機(jī)，廣泛應(yīng)用于石油化工、電建、鍋爐、天然氣等行業(yè)[5]。 第三章 本課題研究的關(guān)鍵 3.1 方案論證 首先裝置采用活塞桿連接，上料夾鉗裝置和下料夾鉗裝置，自動送料和取料采用氣動夾具夾緊工件，同時利用兩個中心線為90度夾角的成形銑刀，一次性加工出彎頭的兩個斷面[6]。 3.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 夾緊機(jī)構(gòu)包括下夾具體、上夾具體、以及夾緊氣缸，下夾具體固定在工作臺上，上夾具體與夾緊氣缸的活塞桿相連，夾緊氣缸固定在機(jī)架上端的橫梁上，下夾具體和上夾具體分別設(shè)有與彎頭弧度相吻合的下圓弧凹槽和上圓弧凹槽。下夾具體的兩側(cè)分別設(shè)有上料夾鉗裝置和下料夾鉗裝置[7]。 結(jié) 論 隨著社會的發(fā)展，工作效率越發(fā)的重要。不僅使得工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大，也加大了對工作效率的追求，彎頭機(jī)械化的程度、產(chǎn)品的精度成為了主要依據(jù)。我國多數(shù)地區(qū)的坡口裝置以人力為主。90°彎頭兩端坡口存在的問題有工作效率低、加工精度低以及安全問題。本文概述了彎頭自動進(jìn)給裝置的研究現(xiàn)狀，以及關(guān)于彎頭自動化相關(guān)理論和工作原理。根據(jù)現(xiàn)有的國內(nèi)外文獻(xiàn)參考提出了彎頭自動化進(jìn)給裝置設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1] 李育錫. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京.高等教育出版社，2008-6 [2] 馮景華.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的研究[D].北京.中國水利水電出版社，2014 [3] 王俊.管道坡口機(jī)高效加工坡口的方法.哈爾濱汽車輪機(jī)長責(zé)任有限公司，2013 [4] 沈永松.彎頭自動化加工設(shè)備制造[P].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2017-10 [5] 袁勝利.管道自動坡口機(jī)設(shè)計(jì)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013-4 [6] 殷祥獅.全自動式坡口機(jī)設(shè)計(jì)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015-3 [7] 吳磊.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2009-1 DN400-R406 90短半徑彎頭自動進(jìn)給坡口裝置設(shè)計(jì),,答辯人：XXX,指導(dǎo)老師：XXX,,1,緒論,2,設(shè)計(jì)方法與思路,3,設(shè)計(jì)過程,4,設(shè)計(jì)總結(jié),,目 錄,Contents,彎頭是一種常見的標(biāo)準(zhǔn)件，彎頭的主要用途是用在管道連接上面，一般彎頭的分類有很多種，常見的有短半徑彎頭，長半徑彎頭以及國標(biāo)半徑彎頭。還有一些比較特殊的彎頭有45的，但是我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中比較常用的還是90的焊接沖壓彎頭。 彎頭在與管道進(jìn)行實(shí)際焊接的時候，需要進(jìn)行打坡口處理，這樣的操作是為了方便留焊縫，方便焊接工人的焊接作業(yè)，如果不去打坡口，不僅焊接效果不好，影響設(shè)計(jì)美觀，更重要的是沒有辦法去保證管道的密封性。,電焊工人處理彎頭打坡口的時候都是用的磨光機(jī)，直接打磨到工作需求的標(biāo)準(zhǔn)。直徑比較小其厚度比較薄的彎頭操作起來簡單，但是直徑大的彎頭實(shí)際打磨起來就比較麻煩了，這樣的工作效率也比較低下，難以保證工作的產(chǎn)量，更重要的是彎頭的精度難以得到保證。,隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)械自動化設(shè)備也日益增多了起來,,,,國外研究,國外關(guān)于彎頭坡口設(shè)備研究起步早、發(fā)展的比較快、生產(chǎn)技術(shù)水平也比較高。目前，國外的彎頭自動化坡口設(shè)備已經(jīng)批量生產(chǎn)了，生產(chǎn)工藝也比較先進(jìn)，自動化程度也比較高。,國內(nèi)研究,因?yàn)槲覈郧敖?jīng)濟(jì)技術(shù)比較落后，彎頭以前實(shí)際生產(chǎn)需要倒坡口的時候，依靠的都是人工處理。但是隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)生活水平的顯著提高，科學(xué)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自己化機(jī)械設(shè)備也日益增多了起來。,研究意義,我國現(xiàn)在的彎頭坡口處理主要是以人力生產(chǎn)為主的，因?yàn)闄C(jī)械自動化方面還處在發(fā)展中階段，還存在著技術(shù)上和安全性等方面的問題。但是隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備也得到了飛速的發(fā)展。隨著工業(yè)自動化的逐漸普及，越來越多的自動化生產(chǎn)設(shè)備代替了人工勞動，現(xiàn)在許多國家已經(jīng)設(shè)計(jì)研發(fā)出新型的彎頭坡口進(jìn)給自動化加工設(shè)備，使用自動化生產(chǎn)設(shè)備制造生產(chǎn)彎頭，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以提高生產(chǎn)質(zhì)量，保證彎頭生產(chǎn)精度，減少了大量的人力物力的輸出。,設(shè)計(jì)內(nèi)容,,,,本文主要是針對彎頭坡口設(shè)備的機(jī)械化進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，設(shè)計(jì)了一種安全可靠的彎頭倒坡口機(jī)設(shè)備，已電機(jī)和液壓缸為動力源，進(jìn)行彎頭坡口的壓緊，進(jìn)給，倒坡口等聯(lián)合作業(yè)。,1,緒論,2,設(shè)計(jì)方法與思路,3,設(shè)計(jì)過程,4,設(shè)計(jì)總結(jié),,目 錄,Contents,,,研究思路,研究思路,研究方法,起初是按圖片開始設(shè)計(jì)的，然后將手動改為自動進(jìn)給。,通過查閱資料，了解之后將總體方案分成一個個的部分。,有了大體的裝配簡圖之后，接下來就要對其進(jìn)行計(jì)算分析和校核。這兩項(xiàng)分析是十分重要的，它是對前面所設(shè)計(jì)的東西進(jìn)行檢驗(yàn)的一個關(guān)鍵步驟。此時如果發(fā)現(xiàn)有不滿足要求的地方，就要改變尺寸或者改變結(jié)構(gòu)，甚至?xí)淖冊蟹桨?，然后再進(jìn)行分析、更改，如此循環(huán)，直至達(dá)到預(yù)定要求為止。 最后，將符合要求的二維平面圖，標(biāo)注尺寸、公差、配合、加工要求等，完成整個彎頭坡口設(shè)備的整體設(shè)計(jì)。,1,緒論,2,設(shè)計(jì)方法與思路,3,設(shè)計(jì)過程,4,設(shè)計(jì)總結(jié),,目 錄,Contents,,,,,整體布局,齒輪傳動,花鍵軸,潤滑,刀具,V帶傳動,實(shí)踐難點(diǎn),在電機(jī)的轉(zhuǎn)動下，電機(jī)皮帶輪在皮帶的帶動下跟著轉(zhuǎn)動。因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)選擇的是電機(jī)，電機(jī)的功率是7.5KW，轉(zhuǎn)速比較高，需要配套使用減速箱，來降低轉(zhuǎn)速。減速箱的輸入軸部分通過皮帶與電機(jī)皮帶輪鏈接在一起，輸出軸上面裝有小帶輪，通過皮帶與轉(zhuǎn)動部分連接在一起。電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，通過皮帶的作用帶動減速箱的轉(zhuǎn)動，從而帶動傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。 彎頭是固定夾緊死的，根據(jù)題目要求需要具有自動進(jìn)給功能。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，傳動裝置上面設(shè)計(jì)了花鍵軸，軸外面有軸套，主電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)動裝置轉(zhuǎn)動的時候，整個傳動裝置隨著轉(zhuǎn)動。當(dāng)進(jìn)給量不夠的時候，需要把伸縮驅(qū)動電機(jī)開起來，電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪傳動的作用下，花鍵軸被齒輪傳動從軸套中拉伸出來。刀具進(jìn)給到工作位置時，伸縮電機(jī)關(guān)掉，主電機(jī)打開，完成自動進(jìn)給。,實(shí)踐難點(diǎn),工作原理,整體布局圖,減速箱輸出軸上的皮帶輪通過皮帶帶動刀具傳動裝置的皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪與花鍵套配合在一起，考慮到長久的實(shí)用性能，花鍵套與帶輪采用的是過盈配合，另外還加上了鍵。固定套筒左端內(nèi)部裝有6209深溝球軸承，軸承左邊有花鍵套，花鍵套上裝有6209深溝球軸承，頂部用端蓋密封起來。固定套筒右端裝6205深溝球軸承，軸承左端有卡簧限位，軸承外部裝有伸縮套，伸縮套與封蓋連接再一起。 伸縮套上面車有齒條。打開伺服電機(jī)開關(guān)，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)過齒輪和齒條的作用下， 花鍵軸從花鍵套中拉伸出來，達(dá)到形成要求的時候，關(guān)閉伺服電機(jī)開關(guān)，打開主電機(jī)，刀具旋轉(zhuǎn)工作，完成坡口任務(wù)。,刀具,1,緒論,2,設(shè)計(jì)方法與思路,3,設(shè)計(jì)過程,4,設(shè)計(jì)總結(jié),,目 錄,Contents,思考,設(shè)計(jì)完成了之后感覺到了自己的不足，很多地方需要更加努力的學(xué)習(xí)。但是這次的經(jīng)歷使我有了一次完整的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，是我最認(rèn)真、完整的做好一件事，是一次極大地挑站，是一次實(shí)現(xiàn)自我突破的機(jī)會，不研究就不會有突破，這次的經(jīng)驗(yàn)給了我很多東西，在以后的人生路上不斷地激勵我前行。,謝謝觀看,大學(xué)生活即將結(jié)束，在此，我要感謝所有教導(dǎo)我的老師和一齊成長的同學(xué)，他們在我的大學(xué)生涯給予了很大的幫助。本論文能夠順利完成，要特別感謝我的導(dǎo)師文學(xué)洙老師，感謝各位老師的關(guān)心和幫助！,懇請各位老師批評指正！,,, DN400-R406-90°短半徑彎頭自動進(jìn)給坡口裝置設(shè)計(jì) 摘 要 彎頭是一種常見的標(biāo)準(zhǔn)件，彎頭的主要用途是用在管道連接上面，一般彎頭的分類有很多種，一般我們能接觸到的彎頭有長、短半徑彎頭和國標(biāo)半徑彎頭。還有一些比較特殊的彎頭有45°的，但是我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中比較常用的還是90°的焊接沖壓彎頭。 彎頭在與管道進(jìn)行實(shí)際焊接的時候，需要進(jìn)行打坡口處理，這樣的操作是為了方便留焊縫，方便焊接工人的焊接作業(yè)，如果不去打坡口，不僅焊接效果不好，影響設(shè)計(jì)美觀，更重要的是沒有辦法去保證管道的密封性。以前科技比較落后，電焊工人處理彎頭打坡口的時候都是用的磨光機(jī)，直接打磨到工作需求的標(biāo)準(zhǔn)。直徑比較小其厚度比較薄的彎頭操作起來簡單，但是直徑大的彎頭實(shí)際打磨起來就比較麻煩了，這樣的工作效率也比較低下，難以保證工作的產(chǎn)量，更重要的是彎頭的精度難以得到保證。我國現(xiàn)在研發(fā)出許多管道的自動坡口機(jī)，但是關(guān)于彎頭坡口的機(jī)械設(shè)備還是比較少的，本文主要設(shè)計(jì)研究的就是彎頭坡口機(jī)的設(shè)計(jì)。 我設(shè)計(jì)的論文關(guān)鍵是運(yùn)用了機(jī)械的設(shè)計(jì)和機(jī)械的原理對坡口加工裝置的所有零件進(jìn)行尺寸的逐一設(shè)計(jì)，對重要的零件部分進(jìn)行了解釋和校核過程的計(jì)算，用CAD2012軟件進(jìn)行了畫圖和圖表，并且畫出了裝配圖和零件圖。 關(guān)鍵詞：彎頭；坡口；效率 ；產(chǎn)量 Abstract Elbow is a common standard parts, the main purpose of the elbow is used in the pipe connection, general classification of elbow has a lot of kinds, long radius elbow and gb radius of bend.There are some special Angle 45 °, but which are frequently used in the production of our daily life or 90 °stamping welding elbow。 Bend the actual welding with the pipeline, the need for a groove processing, such action is for the convenience of weld, if you don't go to dozen groove, welding effect is not good, there is no way to guarantee pipeline sealing。 In the past, the technology was backward, and the welding workers used the polishing machine when they were dealing with the bevel, which was directly polished to the standard of work demand.Diameter smaller the thickness thinner elbow simple to operate, but actual grinding up large diameter bend is more troublesome, so the work efficiency is low, more important is the precision of the elbow is difficult to guarantee。mechanical automation equipment is also growing up now, our country now has developed many pipeline automatic groove machine, but about the elbow groove mechanical equipment or less, in this study。 I design paper trick is to use the principle of mechanical design and mechanical processing of groove device size of all parts of each design, has carried on the explanation to the important parts and the checking calculation of the process, with 2012 cad software for drawing and chart, and draw the assembly drawing and part drawing。 Key words：Elbow; Groove; Efficiency; production 目 錄 第一章 緒論 1 1.1選題研究的背景與意義 1 1.1.1 課題研究的背景 1 1.1.2 課題研究的意義 1 1.2 研究內(nèi)容 2 1.3 研究方法 2 第二章 彎頭坡口裝置國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 4 2.2 國內(nèi)外彎頭坡口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 4 2.2.1 國外彎頭坡口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 4 2.2.2 國內(nèi)彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 4 第三章 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置設(shè)計(jì)方案 6 3.1 總計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù) 6 3.2 整體布局的設(shè)計(jì) 6 3.3 工作原理簡介 7 第四章 坡口刀具裝置的設(shè)計(jì)分析 9 4.1 刀具傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 4.2 刀具傳動裝置設(shè)計(jì)原理介紹 9 4.3 刀具選擇 10 4.4 切削力計(jì)算 10 4.4 切削功率計(jì)算 11 第五章 傳動系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 13 5.1 V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 13 5.1.1 帶傳動的特點(diǎn) 13 5.1.2 帶傳動的類型及應(yīng)用 13 5.1.3 V帶傳動 13 5.1.4 已知數(shù)據(jù) 14 5.1.5 設(shè)計(jì)計(jì)算 14 5.2 主皮帶輪的設(shè)計(jì) 16 5.2.1 皮帶輪設(shè)計(jì)要求 16 5.2.2 皮帶輪的材料 16 5.2.3 皮帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 16 5.3 減速箱齒輪設(shè)計(jì) 17 5.3.1 小齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 17 5.3.2 大齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 20 第六章 花鍵軸與軸承校核 24 6.1 花鍵軸校核 24 6.2 傳動裝置軸承計(jì)算校核 25 6.2.1 軸承的潤滑 26 總 結(jié) 28 致 謝 29 參考文獻(xiàn) 30 第一章 緒論 1.1選題研究的背景與意義 1.1.1 課題研究的背景 在管道通路的系統(tǒng)中，彎頭是重要的變更方向的零件。根據(jù)角度，有三種彎頭是我們經(jīng)常接觸的，45度和90度180度。另外，還有的彎頭根據(jù)實(shí)時情況采用了共60個其它非常見角度的彎頭，譬如60度。彎頭的材料有很多種，譬如鑄鐵、不銹鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、碳鋼、有色金屬、塑料等。一般相互對接的種類是直接焊接，還有的對接種類是法蘭連接、熱熔連接、電熔連接、螺紋連接和插座連接。由我們的生產(chǎn)的工藝方式可以將它們標(biāo)為：焊接彎頭、沖壓彎頭、推肘、鑄造彎頭、對焊彎頭等。譬如：90度彎曲，直角彎曲等。 以前科技比較落后，電焊工人處理彎頭打坡口的時候都是用的磨光機(jī)，直接打磨到工作需求的標(biāo)準(zhǔn)。直徑比較小其厚度比較薄的彎頭操作起來簡單，但是直徑大的彎頭實(shí)際打磨起來就比較麻煩了，這樣的工作效率也比較低下，難以保證工作的產(chǎn)量，更重要的是彎頭的精度難以得到保證。 我國現(xiàn)在研發(fā)出許多管道的自動坡口機(jī)，但是關(guān)于彎頭坡口的機(jī)械設(shè)備還是比較少的，現(xiàn)在市面上面生產(chǎn)制造的90度彎頭自動進(jìn)給坡口裝置難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)的實(shí)際需求，另外因?yàn)閺濐^坡口設(shè)備起步的比較晚，存在著各種各樣的問題。針對現(xiàn)存的生產(chǎn)狀況，急需一種高效率、加工精度高、并且安全可靠的90度彎頭自動化加工設(shè)備來替代現(xiàn)有的設(shè)備，本課題對國內(nèi)外彎頭現(xiàn)狀做出了詳細(xì)的分析和介紹，為了滿足市場的要求，設(shè)計(jì)了一款可以滿足我國需求的彎頭自動進(jìn)給坡口裝置。 1.1.2課題研究的意義 彎頭是一種常見的標(biāo)準(zhǔn)件，彎頭的主要用途是用在管道連接上面，一般彎頭的分類有很多種，一般我們能接觸到的彎頭有長、短半徑彎頭和國標(biāo)半徑彎頭。還有一些比較特殊的彎頭有45°的，但是我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中比較常用的還是90°的焊接沖壓彎頭。 彎頭在與管道進(jìn)行實(shí)際焊接的時候，需要進(jìn)行打坡口處理，這樣的操作是為了方便留焊縫，方便焊接工人的焊接作業(yè)，如果不去打坡口，不僅焊接效果不好，影響設(shè)計(jì)美觀，更重要的是沒有辦法去保證管道的密封性。 我國現(xiàn)在的彎頭坡口處理主要是以人力生產(chǎn)為主的，因?yàn)闄C(jī)械自動化方面還處在發(fā)展中階段，還存在著技術(shù)上和安全性等方面的問題。但是現(xiàn)在人類發(fā)展的越來越快，機(jī)械設(shè)備也得到了飛速的發(fā)展。隨著工業(yè)自動化的逐漸普及，機(jī)器的自動化讓人們都失去了原有的價值，現(xiàn)在許多國家已經(jīng)設(shè)計(jì)研發(fā)出新型的彎頭坡口進(jìn)給自動化加工設(shè)備，使用自動化生產(chǎn)設(shè)備制造生產(chǎn)彎頭，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能在不減少精度的情況下增加作業(yè)的質(zhì)量，減少了大量的人力物力的輸出。 1.2 研究內(nèi)容 本文主要是針對彎頭坡口設(shè)備的機(jī)械化進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，設(shè)計(jì)了一種安全可靠的彎頭倒坡口機(jī)設(shè)備，已電機(jī)和液壓缸為動力源，進(jìn)行彎頭坡口的壓緊，進(jìn)給，倒坡口等聯(lián)合作業(yè)。 我的這篇文章對彎頭和管道的設(shè)備進(jìn)行了思考，從資料和書的角度對傳動系統(tǒng)的重要零件和運(yùn)動的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了比較全面的設(shè)計(jì)、計(jì)算和研究。外國對于彎頭的坡口加工裝置研究先進(jìn)一些，但是中國大陸對于彎頭的坡口加工裝置的理論分析和計(jì)算還是比外國的要遜色一些。所以，現(xiàn)階段所產(chǎn)生的問題我們有必要在彎頭的坡度加工裝置的工作性能上有所進(jìn)展，這樣才能達(dá)到用小的耗能來做出適應(yīng)、耐久性強(qiáng)的彎頭，而且效率高的目的。在不增高損壞率的加工要求的前提下，能夠減小工作的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)的目的。其主要研究內(nèi)容概括如下： 1、彎頭坡口設(shè)備總體方案設(shè)計(jì)； 2、傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 3、刀具進(jìn)給裝置設(shè)計(jì)； 4、液壓壓緊裝置設(shè)計(jì)； 1.3 研究方法 第一，我通過上網(wǎng)查找文獻(xiàn)和人員的分析，得知了目前中外的彎頭的坡口加工裝置的一些情況，在閱讀的同時思考了自己的方案。這才將我的方案分成幾個部分，“一對一”的進(jìn)行了數(shù)據(jù)的分析，而且在CAD上畫了草圖。首先將零件拉出，然后組裝成整體。 思路清晰之后先做出了簡圖，然后就要對它進(jìn)行計(jì)算分析和校核。這個非常重要。驗(yàn)算出了我剛開始設(shè)計(jì)的重要步驟。在這種情況下，假如有一個沒有達(dá)到預(yù)期的地方，那就得改動圖紙，甚至改變原來的方案。 最后，畫出理想的CAD圖，將它標(biāo)注，完成了整個彎頭坡口設(shè)備的整體設(shè)計(jì)。 第二章 彎頭坡口裝置國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2.2 國內(nèi)外彎頭坡口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 2.2.1 國外彎頭坡口裝置發(fā)展現(xiàn)狀 國外關(guān)于彎頭坡口設(shè)備研究起步早、發(fā)展的比較快、生產(chǎn)技術(shù)水平也比較高。目前，國外的彎頭自動化坡口設(shè)備已經(jīng)批量生產(chǎn)了，生產(chǎn)工藝也比較先進(jìn)，自動化程度也比較高。 國外生產(chǎn)的管道坡口機(jī)已經(jīng)實(shí)際推廣應(yīng)用了起來，廣泛的應(yīng)用到了管道施工工程之中。在上網(wǎng)查找了資料以后知道了美國的CRC公司，CCI公司，德國的VIETZ公司以及加拿大的PROLINE公司的存在。他們做的彎頭的坡口加工裝置技術(shù)已經(jīng)是完整的了，這幾家公司生產(chǎn)的彎頭已經(jīng)廣泛的使用在荷蘭，澳大利亞等國家。 國外斜切機(jī)的主要產(chǎn)品有：火焰切割斜切機(jī)。管道坡口機(jī)，爬管式管道切割機(jī)等。而除了這些常見的坡口加工裝置還有美國PMC公司生產(chǎn)的平頭坡口機(jī)。這個公司做的平頭斜面機(jī)主軸運(yùn)用了液壓進(jìn)給。而它的優(yōu)點(diǎn)主要是進(jìn)給的速度快，運(yùn)用了浮動鎖緊裝置，既能保存管子的形狀，又能減小拉緊的滑動間隙。還有德國REIKA WERK公司生產(chǎn)的坡口加工裝置，它運(yùn)用了電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是低速性能好，而且修著簡單，可以用于車間的壁厚管道坡口加工。 2.2.2 國內(nèi)彎頭自動進(jìn)給坡口裝置的概況 因?yàn)槲覈郧敖?jīng)濟(jì)技術(shù)比較落后，彎頭以前實(shí)際生產(chǎn)需要倒坡口的時候，依靠的都是人工處理，不僅工作效率低，而且彎頭的質(zhì)量難以得到保證。我國的彎頭坡口設(shè)備技術(shù)相比國外還是比較落后的，起步晚，發(fā)展的比較慢。現(xiàn)在科學(xué)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自己化機(jī)械設(shè)備也日益增多了起來，現(xiàn)在大多數(shù)的生產(chǎn)都使用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備代替人工生產(chǎn)，這樣的發(fā)展方向也大大的帶動了機(jī)械設(shè)備快速發(fā)展。我國的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，中國現(xiàn)在以高質(zhì)量，高科技，高效能的趨勢去進(jìn)化。針對這一特點(diǎn)，我國現(xiàn)在擁有了非常多的特種設(shè)備，譬如就有管道口中的中頻預(yù)熱器，還有管道焊接電源車。我國的科學(xué)技術(shù)也正朝著國際化接軌。 如今中國也出現(xiàn)了許多廠家可以做坡口加工裝置，譬如浙江的奧泰機(jī)械有限公司，上海的上海秉嵐機(jī)械有限公司以及常州的常州研鼎機(jī)械設(shè)備有限公司等。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的管道坡口設(shè)備主要有分瓣式切割坡口機(jī)，內(nèi)漲式坡口機(jī)等等。采用的驅(qū)動方式也有很多種，主要的有電機(jī)驅(qū)動，氣動馬達(dá)，液壓裝置等幾種。我國生產(chǎn)的管道坡口設(shè)備能滿足不同的場合，不同的工藝，不同實(shí)際工作的要求，大多都用于石油化工、鍋爐、等行業(yè)。 第三章 彎頭自動進(jìn)給坡口裝置設(shè)計(jì)方案 3.1 總計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù) 本文主要是針對彎頭坡口設(shè)備的機(jī)械化進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，設(shè)計(jì)了一種安全可靠的彎頭倒坡口機(jī)設(shè)備，已電機(jī)和液壓缸為動力源，進(jìn)行彎頭坡口的壓緊，進(jìn)給，倒坡口等聯(lián)合作業(yè)。主要對彎頭的坡口加工裝置進(jìn)行研究思考，而且對它的傳動系統(tǒng)的重要零件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和計(jì)算，彎頭自動進(jìn)給坡口設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所述： 彎頭自動進(jìn)給坡口設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù) 彎頭坡口設(shè)備外形尺寸（長X寬X高） 1800X1200X1245mm 電機(jī)功率（主傳動電機(jī)） 7.5KW 伺服電機(jī)功率（伸縮驅(qū)動電機(jī)） 1.2KW 生產(chǎn)率 30件/h 進(jìn)給速度 0-0.8m/s 每次加工件數(shù) 1 加工彎頭直徑 DN400 彎頭角度 90° 3.2 整體布局的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的彎頭自動進(jìn)給坡口裝置主要依靠1.5KW的電機(jī)提供動力，在電機(jī)轉(zhuǎn)動下，皮帶和減速箱的配合下，坡口裝置跟著轉(zhuǎn)動，刀具開始工作。在實(shí)際工作的狀態(tài)下，彎頭是被固定死的，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或者進(jìn)給，所以考慮實(shí)際運(yùn)行時候的情況，本文專門設(shè)計(jì)增加了一個伸縮驅(qū)動電機(jī)，依靠齒輪轉(zhuǎn)動來完成進(jìn)給運(yùn)動，用來負(fù)責(zé)刀具的進(jìn)給工作。 本文設(shè)計(jì)的彎頭坡口設(shè)備主要是由電機(jī)，皮帶，減速箱，傳送機(jī)構(gòu)，刀具和進(jìn)給機(jī)構(gòu)，還有液壓鎖緊機(jī)構(gòu)等組成的。 下圖所示為彎頭坡口設(shè)備的總體布局圖（圖1）： 圖1 彎頭坡口設(shè)備的總體布局圖 1. 皮帶 2.主電機(jī) 3.減速箱 4.傳動裝置 5.進(jìn)給裝置 6.刀具 7.液壓鎖緊裝置 8.彎頭零件 9.底座 3.3 工作原理簡介 本文的彎頭自動進(jìn)給坡口設(shè)備的動力來源是1.5KW的電機(jī)，在電機(jī)的轉(zhuǎn)動下，電機(jī)皮帶輪在皮帶的帶動下跟著轉(zhuǎn)動。 因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)選擇的是電機(jī)，電機(jī)的功率是7.5KW，轉(zhuǎn)速比較高，需要配套使用減速箱，來降低轉(zhuǎn)速。減速箱的輸入軸部分通過皮帶與電機(jī)皮帶輪鏈接在一起，輸出軸上面裝有小帶輪，通過皮帶與轉(zhuǎn)動部分連接在一起。電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，通過皮帶的作用帶動減速箱的轉(zhuǎn)動，從而帶動傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。 彎頭零件是固定夾緊死的，所以本文設(shè)計(jì)的彎頭坡口設(shè)備需要具有進(jìn)給功能。考慮到實(shí)際作業(yè)時候的情況，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，傳動裝置上面特定了設(shè)計(jì)了花鍵軸，軸外面有軸套，主電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)動裝置轉(zhuǎn)動的時候，整個傳動裝置隨著轉(zhuǎn)動。當(dāng)進(jìn)給量不夠的時候，需要把伸縮驅(qū)動電機(jī)開起來，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)然后傳給齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪開始轉(zhuǎn)動。在齒輪工作的情況下，花鍵軸被齒輪傳動從軸套中拉伸出來。刀具進(jìn)給到工作位置時，伸縮電機(jī)關(guān)掉，主電機(jī)打開，完成坡口作業(yè)工作。 一般情祝下，在工過程中工件需要夾緊。原因是在制作過程中，零件會受到各種各樣的力的作用，譬如切削力。如果稍有松動，零件在工作過程中就可能位移。零件的位移就會破壞刀具和加工它的設(shè)備，嚴(yán)重的可能危機(jī)人身安全。 在日常的制造中，需要確保零件在承受各種外力下還能繼續(xù)在原本的地方。夾緊機(jī)構(gòu)就是確保零件能夠準(zhǔn)確的定位在該有的位置上，而且能夠保證在各種外力的作用下不位移，從而能夠保證加工零件的質(zhì)量和人員的人身安全。在彎頭坡口加工中，工人使用增加力的工件對彎頭進(jìn)行夾緊，主要還是因?yàn)樗牟僮鞅容^簡單，從而在日常生產(chǎn)中得到大力的推廣應(yīng)用。但是在比較多的彎頭坡口中，彎頭的裝夾使用比較多，如果一直用工人自己夾緊，工人的體力是大問題，而且越往后力氣就小，就不能使彎頭達(dá)到預(yù)期的夾緊力，從而關(guān)系到彎頭坡口的質(zhì)量。所以使用液壓夾緊的不費(fèi)體力的夾緊方式來夾緊彎頭。 液壓夾緊裝置比人工的優(yōu)點(diǎn)就是能快速裝甲彎頭和卸下彎頭，而且它沒有體力，工作穩(wěn)定，能夠讓工人在非常安全的情況下進(jìn)行操作，并且工作量減少了。液壓夾緊用液壓油作為動力，壓力稍微有點(diǎn)大，但是油缸尺寸相對比較小，能夠使夾緊裝置更完整、緊湊。而且液壓夾緊的剛性大，能抵抗的力很多，夾緊力值得信賴。 第4章 坡口刀具裝置的設(shè)計(jì)分析 4.1 刀具傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的零件選擇是DN400-90°短半徑彎頭，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》和《彎頭設(shè)計(jì)手冊》可以知道零件的相關(guān)數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如下所述： 材料:20號鋼，抗拉強(qiáng)度σb(MPa)≥410(42) ，屈服強(qiáng)度σs (MPa)≥245(25)，伸長率δ5 (％)≥25，斷面收縮率ψ(％)≥55，硬度未熱處理≤156HB，彎頭的外徑：φ406mm。 本文設(shè)計(jì)的刀具轉(zhuǎn)動裝置如下圖（圖2）所述： 圖2 刀具轉(zhuǎn)動裝置裝配圖 1. 皮帶輪 2.端蓋 3.6209深溝球軸承 4.花鍵套 5.花鍵軸 6.固定套筒 7.6205深溝球軸承 8.伺服電機(jī) 9.伸縮套 10.刀盤 11.刀具 4.2 刀具傳動裝置設(shè)計(jì)原理介紹 減速箱輸出軸上面的皮帶輪通過皮帶帶動刀具傳動裝置的皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪與花鍵套配合在一起，考慮到長久的實(shí)用性能，花鍵套與帶輪采用的是過盈配合，另外還需要加上鍵。固定套筒左端軸承，軸承左邊有花鍵套，頂部用端蓋密封起來，防止灰塵進(jìn)入。固定套筒右端裝有6205深溝球軸承，軸承左端有卡簧限位，軸承外部裝有伸縮套，伸縮套與封蓋連接再一起。 伸縮套上面車有齒條，當(dāng)?shù)毒咝纬刹粔虻臅r候，需要關(guān)閉主電機(jī)，傳動裝置不再轉(zhuǎn)動。將電動機(jī)的按鈕調(diào)成開，電動機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)過齒輪和齒條的作用下， 花鍵軸從花鍵套中拉伸出來，達(dá)到形成要求的時候，將電動機(jī)的按鈕調(diào)成關(guān)，打開主電機(jī)，刀具旋轉(zhuǎn)工作，完成坡口任務(wù)。坡口完成之后，關(guān)閉主電機(jī)，打開伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)回到原始位置，依次重復(fù)工作。 4.3 刀具選擇 我們在生活中經(jīng)常接觸的焊接手法有手工電弧焊，半自動焊接和全自動焊接。根據(jù)實(shí)際情況，我們能實(shí)現(xiàn)的手法對于工件的坡口的要求也多種多樣。根據(jù)我的設(shè)計(jì)來說，我所設(shè)計(jì)的加工彎頭零件圖，思考了很多的焊接方法，我們選擇的是V型坡口。V型坡口加工簡單，坡口的尺寸也跟焊接方法的不同有關(guān)系，調(diào)整起來也比較容易。 本文設(shè)計(jì)的彎頭坡口加工標(biāo)準(zhǔn)是： 坡口厚度≤25mm,任何外徑，才用Y型坡口，角度30°-35°（若均為垂直固定口，角度想等），鈍邊1mm-1.5mm,間隙3mm-4mm。 本加工件厚度9.53mm，故采用Y型坡口，角度30°，鈍邊1.5mm,間隙3mm。 由原始條件：被加工工件材料為20號鋼。按照硬質(zhì)的合金的選用原則，參照《金屬切削使用刀具技術(shù)》第二版表2-6，國產(chǎn)常用的硬質(zhì)合金的牌號和用途，選用刀具尺寸為16×25材料為YT5的硬質(zhì)合金刀具。 4.4 切削力計(jì)算 設(shè)計(jì)整機(jī)彎頭坡口設(shè)備的時候，我們主要需要的是坡口作業(yè)的效率化，自動化，以及坡口的精度。坡口刀具的使用壽命和彎頭坡口的精度都受到設(shè)備切削力的直接影響。 切削力的計(jì)算選擇都直接決定坡口設(shè)備的切削效率及切削余量的確定。切削力是在切削零件的時侯，由于刀的進(jìn)給，零件被切削層產(chǎn)生了形變成為切屑所需要的力。在車削過程中，我們可以把切削力分解為三個力:主切削力FC、徑向切削力(切深抗力)FP和軸向切削力(進(jìn)給抗力)Ff。主切削力最大，徑向切削力次之，軸向切削力最小。主切削力FC是作用在主運(yùn)動方向(切削方向)上的分力，在整個坡口設(shè)備中主切削力FC消耗的功率最大，占到整個坡口設(shè)備總功率的90%左右，是選擇機(jī)床電機(jī)和計(jì)算鎖緊裝置強(qiáng)度的重要依據(jù)。徑向切削力FP是作用在基面內(nèi)并與工件軸線方向(進(jìn)給方向)垂直的分力，因?yàn)樵诠ぜS線垂直的方向上工件的剛性比較弱，因此徑向切削力的作用容易引起工件振動和變形。軸向切削力是作用在基面內(nèi)并與工件軸線方向(進(jìn)給方向)平行的分力，雖然軸向切削力較小，但是它與坡口設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。 根據(jù)查閱參考文獻(xiàn)等方法，可以知道，現(xiàn)在切削力和切削功率的計(jì)算都是根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)時候得到的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的公式，現(xiàn)在一般計(jì)算的方法都是根據(jù)單位切削力進(jìn)行計(jì)算的方法，查到的計(jì)算公式如下所述： 主切削力 背向力 進(jìn)給力 查詢《金屬切削手冊》可以知道： ，，， ，，， ，，， 經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，前偏角，主偏角與論文中的試驗(yàn)條件不符，計(jì)算時需進(jìn)行修正，可確定： ，，， ，，， 根據(jù)上面參數(shù)可以計(jì)算出： 經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的的切削力數(shù)據(jù)如下所述： 主切削力C=451.46N 背向力P=132.51N 進(jìn)給力f=262.48N 4.5 切削功率計(jì)算 在坡口裝置的設(shè)計(jì)的時，應(yīng)該優(yōu)先算出主電機(jī)的功率。主電機(jī)的功率確定關(guān)系到彎頭在加工的時候需要的扭矩和轉(zhuǎn)速的大小。如果設(shè)計(jì)的時候選擇的電機(jī)功率太大的話，不僅會加大坡口設(shè)備的整體尺寸，浪費(fèi)了生產(chǎn)材料，增大了額外的成本。如果選擇的功率太小的話，坡口設(shè)備長時間運(yùn)動工作，電機(jī)就是在過載的情況下工作，輕則電機(jī)會發(fā)熱發(fā)燙，停止工作，重則的會直接把電機(jī)燒掉，直接影響整個坡口裝置的工作。所以選用合適的電機(jī)是非常重要的，它直接影響坡口設(shè)備的工作性能和機(jī)械效率。 當(dāng)我算完切削力以后，就能根據(jù)剛剛的計(jì)算算出來切削功率，確定好切削功率之后，就可以計(jì)算確定電機(jī)的功率了。切削功率的計(jì)算公式如下文所示： 公式里面，V是本文設(shè)計(jì)的坡口設(shè)備的切削速度，它的數(shù)值可以直接影響到切削功率到底是多少。在實(shí)際情況下，切削速度必須參考刀具的材料來得出，不同材料的刀具的切削速度都不是一模一樣的。詳細(xì)參考《金屬切削手冊》：硬質(zhì)合金的刀具的切削速度是80m/min。 把切削速度代入到公式里面可以得到：切削功率=7.15KW。由于設(shè)計(jì)電機(jī)的時候需要考慮實(shí)際的工作效率，一般我們選擇電機(jī)功率的時候，工作效率取其80%。根據(jù)計(jì)算，電機(jī)的實(shí)際功率需要7.5KW。所以，本文最終選擇的主傳動電機(jī)為7.5KW。 第5章 傳動系統(tǒng)主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1 帶傳動的特點(diǎn) 因?yàn)閹鲃臃浅：唵我锥冶容^平穩(wěn)，可以減少撞擊，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個軸和變速器之間的長度。 帶傳動具有的優(yōu)點(diǎn)如下所述： ①具有彈性，能緩沖，吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小； ②在過載的時侯，防止破壞其他的零件，從而其他零件得以安全； ③適用于中心距較大的場合； ④結(jié)構(gòu)簡單易懂而且便宜，最重要的是安裝和拆的時候方便。 帶傳動的主要缺點(diǎn)如下所述： ①皮帶輪有零件之間的相對滑動，傳動比不能是一樣的； ②傳動效率低，使用時間少； ③傳動的外廓尺寸大； ④需要張緊； ⑤它不能被放在高溫的地方。 5.1.2 帶傳動的類型及應(yīng)用 在帶傳動中，我們經(jīng)常會運(yùn)用到的就是平帶、V帶、多楔、同步帶傳動。 在常見的設(shè)備中，V帶傳動裝置是能夠見到的。在傳動的過程里根據(jù)書上的摩擦原理，平帶傳動比V帶傳動的摩擦力大。所以V帶傳動運(yùn)用的更多。 5.1.3 V帶傳動 帶的失效形式是： （1）帶打滑 （2）帶疲勞斷裂 （3）帶工作面磨損 因此設(shè)計(jì)皮帶的依據(jù)是：在保證帶不打滑的前提下，具有所需要的疲勞強(qiáng)度和使用周期，這也是帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 5.1.4 已知數(shù)據(jù) 本文設(shè)計(jì)計(jì)算的是主電機(jī)與減速箱輸入軸連接的V帶。 電機(jī)的額定功率 =1.5KW 電機(jī)的轉(zhuǎn)速=400r/min 每天工作時間t=8h 5.1.5 設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）確定功率 查得工作情況系數(shù)=1.1 ==1.1×1.5KW=1.65KW （2）選取普通V型帶 根據(jù)=1.65KW和=400r/min，確定為Z型。 傳動比 ===2 （3）帶輪直徑 =i(1-) 通常取彈性滑動率=0.02，故 =1.98 取=102mm （4）驗(yàn)算帶速 = （5）計(jì)算帶的長度 = 選取節(jié)線長度的V帶。 （6）帶輪包角 =180°-57.3°=166°>120° （7）單根V帶的額定功率p 根據(jù)帶型及轉(zhuǎn)速查得功率為0.23K （8）單根V帶的額定功率增量△p 因?yàn)閭鲃硬徊坏扔?,所以根據(jù)帶型、轉(zhuǎn)速及傳動比查得△p=0.02KW （9）帶的根數(shù) Z= 包角修正系數(shù)=0.98 帶長修正系數(shù)=1.03 Z=1.2根，取Z=1,因?yàn)檠b置經(jīng)常不滿載工作 （10）單根V帶的初張緊立F F=500 其中m為單位長度質(zhì)量(kg/m)得m=0.06kg/m F=51.6N （11）有效圓周力F F==458.3N （12）作用在軸上的力F F=2FZsin （13）所用規(guī)格Z﹣732×1 5.2 主皮帶輪的設(shè)計(jì) 5.2.1 皮帶輪設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)是應(yīng)該保證質(zhì)量較小而且結(jié)構(gòu)工藝性好、質(zhì)量分布均勻、速度快時的動平衡、槽加工表面細(xì)小、減少磨損、各槽的尺寸和角度應(yīng)保持的要求。下文設(shè)計(jì)計(jì)算的是主電機(jī)與減速箱裝置連接的皮帶輪。 5.2.2 皮帶輪的材料 本文設(shè)計(jì)的皮帶輪綜合考慮使用情況，最終選擇的材料是HT200。 5.2.3 皮帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 皮帶輪由1根皮帶帶動，帶輪寬很窄，所以帶輪采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。由Z﹣732×1可知帶輪的尺寸結(jié)構(gòu)： 基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬） =16mm 基準(zhǔn)線上槽深 取=1.0mm 基準(zhǔn)線下槽深 取=4.0mm 槽間寬e e=0 第一槽對稱面端面距離f f=12.0mm 最小輪緣厚mm 帶輪寬B B=(z-1)e+2f=44mm 外徑 98+2×2.0mm=102mm 5.3 減速箱齒輪設(shè)計(jì) a) 選材料、確定初步參數(shù) 1) 選材料：小齒輪：40Cr鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS。 大齒輪：45鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS。 2) 初選齒數(shù)：取小齒輪的齒數(shù)為20，則大齒輪的齒數(shù)為20×6.4=128 3) 齒數(shù)比即為傳動比： 4) 選擇尺寬系數(shù)ψd和傳動精度等級情況，參照相關(guān)手冊并根據(jù)以前學(xué)過的知識選取 ψd=0.6。 5.3.1 小齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 初估小齒輪直徑d1=50mm，則小齒輪的尺寬為b=ψd× d1=0.6×83.3=50mm 5) 齒輪圓周速度為： 參照手冊選精度等級為9級。 6) 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1： 7) 確定重合度系數(shù)Zε、Yε：由公式可知重合度為： 則由手冊中相應(yīng)公式可知： 8) 確定載荷系數(shù) KH 、KF 確定使用系數(shù) KA：查閱手冊選取使用系數(shù)為KA=1.85 確定動載系數(shù)Kv：查閱手冊選取動載系數(shù)Kv=1.10 確定齒間載荷分布系數(shù)KHa、KFa： 則 載荷系數(shù)KH、KF 的確定，由公式可知 b) 齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1) 確定許用應(yīng)力[σH] ① 總工作時間th，假設(shè)該彎頭坡口設(shè)備的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則： ② 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③ 壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱相關(guān)手冊選取Zn1=1.0、Zn2=1.15 ④ 接觸疲勞極限取：σhlim1=720MPa、σhlim2=580MPa ⑤ 安全系數(shù)取：Sh=1.0 ⑥ 許用應(yīng)力 [σh1]、[σh2] 1） 彈性系數(shù)ZE 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可選取 2） 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可選取ZH=2.5 3） 求所需小齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 c) 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 1）求許用彎曲應(yīng)力 [σF] ① 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NF1、NF2 ② 壽命系數(shù)Yn1、Yn2 ，查閱相關(guān)手冊選取Yn1=1、Yn2=1 ③ 極限應(yīng)力取：σFlim1=290MPa、σFlim2=220MPa ④ 尺寸系數(shù)Yx：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選，取Yx=1.5 ⑤ 安全系數(shù)SF：參照表9-13，取SF=1.5 ⑥ 需用應(yīng)力[σF1] 、[σF2] 由式（9-20），許用彎曲應(yīng)力 1) 齒形系數(shù)YFa1、YFa2 取: YFa1=2.56 YFa2=2.15 2) 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1、Ysa2 取: Ysa1=1.62 Ysa2=1.82 3) 校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度，齒根彎曲應(yīng)力 5.3.2 大齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 初估大齒輪直徑d1=184mm，則齒輪的尺寬為b=ψd× d1=2/3×84=mm。 齒輪圓周速度為： 參照手冊選精度等級為9級。 1） 計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩T1： 2） 確定重合度系數(shù)Zε、Yε：由公式可知重合度為： 則由手冊中相應(yīng)公式可知： 3) 確定載荷系數(shù) KH 、KF： 確定使用系數(shù) KA：查閱手冊選取使用系數(shù)為KA=1.85。 確定動載系數(shù)Kv：查閱手冊選取動載系數(shù)Kv=1.0。 確定齒間載荷分布系數(shù)KHa、KFa： 則 載荷系數(shù)KH、KF 的確定，由公式可知： 4) 齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算： ①總工作時間th，假設(shè)該彎曲機(jī)的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則：。 ②應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱相關(guān)手冊選取Zn1=1.33、Zn2=1.48 ④接觸疲勞極限?。害襤lim1=760MPa、σhlim2=760MPa ⑤安全系數(shù)?。篠h=1 ⑥許用應(yīng)力 [σh1]、[σh2] 彈性系數(shù)ZE 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可選取 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可選取ZH=2.5 求所需齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算: 1) 求許用彎曲應(yīng)力 [σF] ① 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NF1、NF2 ② 壽命系數(shù)Yn1、Yn2 ，查閱相關(guān)手冊選取Yn1=1、Yn2=1 ③ 極限應(yīng)力取：σFlim1=290MPa、σFlim2=230MPa ④ 尺寸系數(shù)Yx：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選，取Yx=1.5 ⑤ 安全系數(shù)SF：參照表9-13，取SF=1.5 ⑥ 需用應(yīng)力[σF1] 、[σF2] 由式（9-20），許用彎曲應(yīng)力 2）齒形系數(shù)YFa1、YFa2 ?。? YFa1=2.56 YFa2=2.15 3）應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1、Ysa2 ?。? Ysa1=1.62 Ysa2=1.82 4)校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度，齒根彎曲應(yīng)力： 第六章 花鍵軸與軸承校核 6.1 花鍵軸校核 根據(jù)上面的以上的敘述可以知道，花鍵軸的的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)假設(shè)轉(zhuǎn)速；軸所傳遞的扭矩 軸的材料選擇:選用45#（調(diào)質(zhì)），根據(jù)材料主要性能表查得：抗拉強(qiáng)度極限，屈服強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，屈服許用彎曲應(yīng)力為 （1）最小軸徑校核公式 滿足條件，所以設(shè)計(jì)合理。 （2） 進(jìn)一步校核軸的的強(qiáng)度，其中軸向力不考慮，徑向力求解 由于徑向力所產(chǎn)生的彎矩很小，故此處不用考慮，僅需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)即可。 滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。 （3）最后校核軸的扭轉(zhuǎn)剛度，根據(jù)公式： 式中：T—軸所受的扭矩，； ????? G—軸的材料的剪切彈性模量，,對于45鋼，； ????? Ip—軸截面的極慣性矩，,對于圓軸， ????? L—階梯軸受扭矩作用的長度，； ????? Ti、li、Ipi—分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩； ????? z—階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為：對于一般傳動軸，可取 經(jīng)計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)剛度滿足要求。 6.2 傳動裝置軸承計(jì)算校核 根據(jù)傳動裝置的工作條件，我們決定選用深溝球軸承。軸承的徑向載荷為F。軸向載荷為F。裝軸承的軸直徑可在35—55mm范圍內(nèi)選擇，運(yùn)轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預(yù)期壽命L=10h。 選型計(jì)算： 1、 求比值 深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時 >e 2、 初步計(jì)算當(dāng)量動載荷P，根據(jù)公式P=f f 取f 取X=0.56，Y值需在一直型號和基本額定靜載荷C后才能求出。現(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=1.5，則 P=1.2*(0.56*300+1.5*500)=471.6N 3、 軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值 C=P=3.4KN 按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊選擇 軸承型號 6205 6206 6209 C值 3.23KN 3.53KN 4.68KN 基于軸承的支撐、加工以及周的強(qiáng)度，我們選用6209軸承。 此軸承的基本額定靜載荷C。驗(yàn)算如下： ① 求相對軸向載荷對應(yīng)的e值與Y值，相對軸向載荷為， 介于0.04—0.07之間，對應(yīng)的e值在0.24—0.27之間。Y值為1.6—1.8。 用線性插值法求Y值 Y= 故X=0.56 Y=1.778 ② 求當(dāng)量動載荷P P=1.2*(0.56*300+1.778*150)=521.64N ③ 驗(yàn)算6209軸承的壽命： L>10 即大于預(yù)期壽命，故6209軸承合適。 6.2.1 軸承的潤滑 軸承潤滑的目標(biāo)是縮小摩擦的磨損，進(jìn)而得到了冷卻、減震、防銹、降噪的作用。 我們生活中常見到的潤滑劑有潤滑油，潤滑脂及固體潤滑劑。一般來說，高溫、重載和低轉(zhuǎn)速都使用高粘度潤滑劑。 潤滑油選用：我們生活中常見到潤滑油有機(jī)械油、高速機(jī)械油、透平油、壓縮機(jī)油、變壓器油等等。軸承轉(zhuǎn)速越高，粘度越低的潤滑劑被選擇。負(fù)荷越重，粘度越高。 選擇潤滑油或脂潤滑的一般原則 影響選擇的因素 用潤滑脂 用潤滑油 溫度 當(dāng)溫度超越120時，應(yīng)利用非尋常潤滑脂。當(dāng)溫度升高到200-220 時，再潤滑的時間間隔要縮短 油池溫度超越90 或軸承溫度超越200 時，可利用非尋常的潤滑油 溫度系數(shù) <400000 〈400000－500000 載荷 低到中等 各種載荷直到最大 軸承形式 不用于不對稱的球面滾子推力軸承 用于各種軸承 殼體設(shè)計(jì) 較簡單 需要較復(fù)雜的密封和供油裝置 長時間不需維護(hù)的地方 可用。根據(jù)操作條件，特別要考慮工作溫度 不可以用 集中供油 選用泵送性能好的潤滑脂。不能有效地傳熱，也不能作為液壓介質(zhì) 可用 最低轉(zhuǎn)矩?fù)p失 如填裝適當(dāng)，比采用油的損失還要低 為了獲得最低功率損失，應(yīng)采用有清洗泵或油霧裝置的循環(huán)系統(tǒng) 污染條件 可用。正確的設(shè)計(jì)可防止污染物的侵入 可用。但要采用有防護(hù)、過濾裝置的循環(huán)系統(tǒng) 總 結(jié) 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益頗深，讓我懂得了獨(dú)立思考。懷揣著崇敬之心和耐性一步步的計(jì)算最后得出齒輪的具體參數(shù)。對于帶輪的設(shè)計(jì)，更為復(fù)雜，帶輪的制作材料相對于齒輪更為多樣，通過大量確定最后的材料選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)感觸頗深的地方就是要善于查手冊與與各種圖表。 設(shè)計(jì)是運(yùn)用我所學(xué)到的知識和老師的幫助所改進(jìn)的設(shè)備。在生活中我們應(yīng)用已經(jīng)有的原型再加工出能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和完善的目的。所以是一項(xiàng)規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，時時處處要求我們有理可依、有據(jù)可查，以達(dá)到互換性、合理性與科學(xué)性設(shè)計(jì)不是一蹴而就的事情。事實(shí)上也正是這一過程決定了我們的設(shè)計(jì)成果能否優(yōu)于他人。一些先進(jìn)的理論和方法是我們完成理論奠基的框架上進(jìn)一步的優(yōu)化。我們不可忽視其所帶來的有力支持，但同時也應(yīng)分清主輔，不能一味冒進(jìn)。 任何時候虛心與協(xié)作是我們成就一項(xiàng)成果的關(guān)鍵。知識的無邊際決定了我們總有為自己所忽視的地方，而善于請教老師和同學(xué)很好解決了這一問題。同時正如完成一項(xiàng)工程需要不同功能的機(jī)械設(shè)備一樣，設(shè)計(jì)不同設(shè)備的我們也應(yīng)相互探討利弊，一是為了使自己的設(shè)計(jì)變得簡單；二是為了自己將來設(shè)計(jì)的設(shè)備能更好的同其他設(shè)備協(xié)作完成預(yù)期目標(biāo)。 確定產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和競爭力的推倒是我們設(shè)計(jì)的每個組件的質(zhì)量。每一次選擇、設(shè)置、確定工藝和工藝、檢查強(qiáng)度和壽命、選擇合適的零件有其嚴(yán)格和豐富的基礎(chǔ)，每一個都有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和堅(jiān)實(shí)的基本技能。因而，設(shè)計(jì)不是簡略的復(fù)制別人；設(shè)計(jì)不是簡單的組合抉擇，遇到每一個不懂的地方，咱們極有須要顛倒過去來溫習(xí)我們所學(xué)的，鼓舞本身有一種追隨的精神。因此，模糊概念必然是設(shè)計(jì)結(jié)果的缺陷。 興許該說再見了。教師和同窗在上學(xué)期的設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出很好的協(xié)作能力。盡能地協(xié)助別人。因此，我們將把這份感恩轉(zhuǎn)化為工作的激情和動力，創(chuàng)造輝煌的將來。 致 謝 在本文完成之際，首先向我最尊敬的導(dǎo)師老師致以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。從去年接手這項(xiàng)課題開始，我就一直激動得睡不著，因?yàn)檫@是學(xué)校給我的一次考驗(yàn)測評，同時也是一次和老師共同努力創(chuàng)作的機(jī)會。從選題到分析到論述，一直都是老師不嫌麻煩地與我一次次探討，剛開始時我對這些特殊的知識還不是太了解，所以我只能通過自己在圖書館查閱，以及在網(wǎng)上尋找資料來彌補(bǔ)這些漏洞，借助現(xiàn)代化工具以及實(shí)際的動手操作來讓我的知識更為充實(shí)，讓我對每一步的前進(jìn)更為清晰明了，在不斷地和老師探討過程中，將我的作品一步步的改良，每一次的進(jìn)步都是對我的一次成長體驗(yàn)；每一次的成功都讓我欣喜萬分；每一次得到老師的肯定，我都會有了更多的力量不斷向前；我都會覺得目標(biāo)離我又近了一步。 我的整個論述還不是完美，有很多地方值得去改善，去修繕。但是這次的經(jīng)歷缺使得我有了一次完整的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，是一次我認(rèn)認(rèn)真真、完完整整做好一件事，是一次極大地挑，是一次實(shí)現(xiàn)自我突破的機(jī)會，不研究就不會有突破，這次的經(jīng)驗(yàn)給了我很多東西，在以后的人生路上不斷地激勵我前行。 最后，我必須要發(fā)自內(nèi)心地感謝我的老師，沒有你們，就沒有現(xiàn)在在臺上做畢業(yè)說明的我，沒有你們的細(xì)心教導(dǎo)，我不可能走到現(xiàn)在；我必須感謝老師在我大學(xué)最后一站的支持，沒有你的幫忙，我不可能這么順暢地完成整個畢業(yè)設(shè)計(jì)，沒有你的支持，哪有我在臺上滔滔不絕地演說還要謝謝我的室友和同學(xué)們，是你們陪伴我度過四年的大學(xué)生涯，讓我收獲了友誼，希望以后的人生路上我們依然能相伴左右。 謝謝大家！ 參考文獻(xiàn) [1] 李育錫.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京.高等教育出版社，2008-6 [2] 馮景華.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的研究[D].北京.中國水利水電出版社，2014 [3] 王俊.管道坡口機(jī)高效加工坡口的方法.哈爾濱汽車輪機(jī)長責(zé)任有限公司，2013 [4] 沈永松.彎頭自動化加工設(shè)備制造[P].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2017-10 [5] 袁勝利.管道自動坡口機(jī)設(shè)計(jì)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013-4 [6] 殷祥獅.全自動式坡口機(jī)設(shè)計(jì)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015-3 [7] 吳磊.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2009-1 [8] 倪小丹，楊繼榮，熊運(yùn)昌.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]，2014.8 [9] 濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械原理[M],高等教育出版社，2013.5 [10] 王越，王明紅.現(xiàn)代機(jī)械制造裝備[M],清華大學(xué)出版社，2009.3 [11] 張德生，孫曙光.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013.1 [12] 原方.《工程力學(xué)》[M].北京.清華大學(xué)出版社，2006 [13] 謝忠東等.機(jī)械原理[M].北京.北京航空航天大學(xué)出版社,2006 [14] 陳麗.《金屬切削手冊》[M].北京.清華大學(xué)出版社，2006.11 [15] 王巍，錢可強(qiáng).《機(jī)械工程圖學(xué)》[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.8 [16] 程靳.簡明理論力學(xué)[M].北京.2010 [17] 劉文鴻.材料力學(xué)[M].北京.2011 [18] 成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11 37