机械自动弯管机设计.doc
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1、1.1 弯管机在工业中的地位11.2 弯管机的基本原理与选择22弯管机的设计42.1 工件的工艺分析42.2 计算弯曲力矩42.3 电机的选取52.4 传动比的计算与各传动装置的运动参数62.5 皮带与皮带轮的计算与选取82.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选取92.7 联轴器的计算与选取92.8轴承的选取102.9 轴的初步计算与设计及校核102.10齿轮的计算与设计152.11 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计172.12轴套的结构设计202.13 盖板的结构设计与计算202.14 机身的结构设计与计算222.15弯管机的主要参数233挡料架的结构设计243.1挡料架的结构设计24用电器选择与
2、电路264.1 各用电器的选择与电路设计26总结29考文献 31谢321绪 论1.1自动弯管机在工业中的地位现今工业发达,无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管,有导管,用以输油、输气、输液等,而在飞机、汽车及其发动机,健身器材,家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂,给导管的加工带来了不少的困难。对于许多小企业,家庭作坊,或者大企业中需要配管的场合,如工程机械上的压力油管,机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等,这些场合可能不需要功能全的弯管机,且加工的管件的难度不高,简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧,机械弯曲,机器结
3、构简单,控制元件极少,因此价格上比较容易被用户接受。市面上现有的自动弯管机大多数是液压的,数控的(如图1-1,1-2),也有机械传动的,但它们的占地面积较大(长度在2.54m之间),价格昂贵(25万元人民币或更多),然而大多数用户都需求是是小占地面积小价格便宜使用方便的自动本设计便是朝这方面的用途方面设计的自动弯管机,设计出一种价格便宜,占地面积少,使用方便的自动弯管机(长0.9M,宽0.8M,高1.1M,价格9000元人民币左右),并着手对弯管机的性能更进一步的强化,使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统,方便操作。图1-1液压弯管机 图
4、 1-2数控弯管机1.2弯管机的基本原理与选择弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以下二种情况,即滚弯式与缠绕式。如下图1-1、1-2分别是弯管原理图。 图 1-3 弯管原理 图 1-4 弯管原理二者各有优缺点:缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂,而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好,但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。弯管的步骤大致是: 1.留出第1段直线段长度,并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开夹紧块,取出管子,使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形,并校正。4.重复第1步,直至弯完管子为止。2 弯管机设计2.1 工件工艺分析此工作件采用的直径为30mm,厚为2mm的无
5、缝钢管做为弯管件,材料为10号钢,其最小弯曲半径为60mm,而弯曲件的弯曲半径为100mm,固其符合加工工艺性3。弯管件要求不能有裂纹,不能有过大的外凸,不能有皱纹。其工件如图2-1,2-2。 图 2-1工件 图 2-2工件2.2 计算弯曲力矩由弯管力矩公式 由于弯管时弯曲半径越小所用的力矩越大,故以钢管在最小半径弯曲时的力矩来做为管的弯曲弯力矩11。其式如下式2-1 (式2-1) 其中 为弹性应力r为管材内径t为管材壁厚为屈服应力为中性层的弯曲半径=2420 Nm 2.3 电机选取 由经验选取弯管机的弯管速度为8r/min则有 P=M*=2 KW (式2-2)由工作功率为2KW 所以电机功率
6、P= (式2-3)、分别为带传动、蜗轮传动、联轴器、齿轮、轴承的传动效率。取=0.96、=0.9、=0.99、=0.97、=0.98则P=2.5 KW由于弯管机需要弯多种型式的钢型,固选用较大功率的电机以使弯管机能够适用更大的弯曲范围,又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机,且电机正反的频率过大,所以电机转速不宜过大,现取电机的转速为960r/min为宜4。故选用电机的型号为YEP132S-6,其基本性能如表2.1 表2.1YEP132-6的主要性能参数1型号功率满载时堵转转矩最大转达矩静制动转达矩不小于空载制动时间不大于噪声转速电流效率功率因数YEP132S-63KW960r/
7、min8.8A77%0.672.2Nm2.2 Nm294Nm04/s71/db 电机的主要安装尺寸如下 图2-3电机的主要安装尺寸 表2.2 电机的安装尺寸 单位(mm)1型号ABCDEFGHILYEP-132S-6280140893880315216132210515 2.4 传动比的计算与各传动装置的运动与参数由电机转速N1=960r/min ,而弯管机的速度初拟为N5 =8r/min所以 总传动比 =N1/N5=120由皮带轮的传动比为14 所以取皮带轮的传动比=2.5,由于单付齿轮的传动比为18 。便拟定取齿轮传动比=3,则蜗轮蜗杆的传动比=16,蜗轮的传动比不大这有利于提高蜗轮的寿命
8、3。为进行传动件的设计计算,要推算出各轴的转速和转矩(或功率)。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为1轴、2轴以及, 为相邻两轴间的传动比;, 为相邻两轴间的传动效率;P1,P2 为各轴的输入功率(Kw);T1 ,T2 为各轴的输入转矩(Nm);N1 ,N2 为各轴的转速(r/min);(1) 各轴转速电机轴转速Nm=960 r/min蜗轮小轴端N1=384 r/min (式2-4) 蜗轮大轴端N2=24 r/min 小齿轮转速 N3= N2=24 r/min 大齿轮转速N4=8 r/min工作台转速N5= N4=8 r/min(2) 各轴的输入功率电机输出功率 P0=3KW蜗轮小轴输入功率
9、P1= P0*=3*=3*0.96=2.88KW (式2-5)蜗轮大轴输入功率 P2= P1= P1*=2.88*0.9=2.59KW齿轮小轴输入功率 P3= P2*= P2*=2.59*0.99=2.56KW齿轮大轴输入功率 P4= P3=P3*=2.56*0.972=2.41KW工作台输入功率 P4P4*=2.41*0.972*0.98=2.22KW(3) 各轴输入转矩电机输出转矩 =9550*=9500*=29.84Nm (式2-6)蜗轮小轴输入转矩 =*=29.84*2.5*0.96=71.62Nm蜗轮大轴输入转矩 =*=71.62*16*0.9=1031.27Nm齿轮小轴输入转矩 =
10、*=1031.27*0.99=1020.9Nm齿轮大轴输入转矩 =*=1020.96*3*0.972=2881.86Nm工作台输入转矩 =*=2881.86*0.972*0.98=2657.31 Nm2.5 皮带轮与皮带的计算与选择由电机转速与功率,确定了采用普通A型皮带作为传动带1。 由A型带的小带轮最小直径为70 mm,故定小带轮直径为=100 mm皮带速度验算=5.03 (式2-7)所以5带的根数 z= (式2-11)其中取 =00.97KW=0.11KW=0.96=0.99可得 z=2.92取z=32.6 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择因为蜗轮蜗杆的安装为蜗杆在蜗轮的侧面所以选用CWS型的
11、蜗轮蜗杆减速器,又因为 蜗轮大轴输入转矩 =1031.27 Nm蜗轮小轴输入功率 P1=2.88 KW传动比 =16所以选用蜗轮蜗杆的型号为1 CWS-125 JB/T 79353其基本性能如表2-2表2-2 蜗轮减速器的主要参数1型号公称传动比转速中心距额定输入功率额定输出转矩CWS-12516750r/min125mm7.781KW1400Nm 2.7 联轴器的计算与选择由于此联轴器承受的力矩相对较大,且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单,制造容易,不需用专用的加工设备,工作是不需润滑,维修方便,更换易损件容易迅速,费用低,因此选用弹性柱销齿式联轴器。由于 =1020
12、.96Nm且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为55 mm 故选用ZL4联轴器,其型号为 ZL4GB50151985其主要尺寸及参数如表2-3 表2-3联轴器的主要参数 未标单位(mm)1型号许用转矩Nm许用转速r/min轴孔直径轴孔长度外径凸圆厚度转动惯量(kgm2)重量(Kg)ZL41600400040,45,50,5511284158890.04614.82.8 轴承的选择由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故不能选用深沟滚子轴承。且轴承受力不大,转速也较低,故可选用圆锥滚子轴承,且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用32912和32918二种圆锥轴承1。其主要参数
13、及基本尺寸如表2-4 表2-4轴承的主要参数 未注单位(mm)1型号小径外径厚度内圈厚度外圈厚度额定载荷极限转速重量32912608517161434.5KN4000r/min0.24 kg329189012523221977.8KN3200r/min0.79 kg 2.9 轴的初步计算与设计及校核初步计算轴径选取轴的材料为45钢,调质处理。 (式2-12)P为轴所传递的功率,KW为轴的转速,r/minA由轴的许用切应力所确定的系数,其值可取A=,现在取A=115则 =54.54mm取 =55 mm则 =77.09mm取 =85mm为了满足半联轴器的轴向定位要求,故在轴与联轴器相接间需制出一个
14、轴肩,由于半联轴器的连接长度为L=84mm又因轴段长度比L要短些故取L1为82mm,且轴径与半联轴器直径一样取d1=55mm。轴肩后却是齿轮段,于是轴承的关系故取d2为60mm,取轴承端盖的总厚度为42mm(由箱体及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离L2=10mm,由于轴承是由轴承座支撑住的,故取轴承座的高厚为25mm,取齿轮与轴承座之间的距离为15mm由于齿轮的宽度为175mm,齿轮左端需制出一个轴肩,由齿轮与轴承座之间的距离为15mm且轴承座与轴承之间的距离相差为8mm,则此轴肩的长度为23mm,又因为轴承的厚度
15、为17mm则轴肩之至左端要比轴承的厚度要长一点,取18mm,其直径为60mm。至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。查得键的截面为 b*h=18*11键槽用键槽刀加工,长为160 mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;同样,半联轴器与轴的联接,选用平键为16mm*10mm*70mm,半联轴器的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为n6。取轴端倒角为2*450。轴上载荷的计算与轴的校核=4861 N (式2-13)=1794 N (式2-14)=830.9 N
16、 (式2-15)由轴的结构尺寸及安装条件可知,作为得支梁的轴的支承跨距a=221 mm,从轴的结构图以及弯矩各扭矩图中可以看出截面C是危险截面6。现将计算出的截面C处的、的值如表2-5 表2-5截面C处的、的值 载荷水平面H垂直面V支反力F=2430.5N =2430.5N=1005.7N =794 N弯矩M=268570 N/mm=111129 N/mm =87734N/mm总弯矩=290653 N/mm =282536 N/mm扭矩T=1 020 960N/mm轴的弯矩图:图2-4 轴的弯矩图进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度11。则由=31.39Mp
17、a (式2-16)前已选定轴的材料为45钢,调质处理,可得=60Mpa 因此,故安全故小轴的结构尺寸如图2-5 图2-5小轴的结构尺寸由于大轴的结构设计与计算大部分与小轴类同。故在此,类同的省略,且经验算此轴也为安全轴。由于轴不是与半联轴器相连,而是与工作台即弯曲模。由于转矩较大且要求工作台要较为平稳及误差小,由此轴与弯曲模的连接采用矩形花键连接。由静联接有 (式2-17) 对矩形花键进行验算。 载荷分配不均系数,与齿数多少有关,一般取=0.70.8,现取=0.8花键的齿数 =8花键齿侧面工作高度= =3mm (式2-18)齿的工作长度 =80mm花键平均直径 = = =60mm (式2-19
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