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DN400-R406-90°短半徑彎頭自動進給坡口裝置設計 摘 要 彎頭是一種常見的標準件，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。 彎頭在與管道進行實際焊接的時候，需要進行打坡口處理，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，影響設計美觀，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，直接打磨到工作需求的標準。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，但是關于彎頭坡口的機械設備還是比較少的，本文主要設計研究的就是彎頭坡口機的設計。 我設計的論文關鍵是運用了機械的設計和機械的原理對坡口加工裝置的所有零件進行尺寸的逐一設計，對重要的零件部分進行了解釋和校核過程的計算，用CAD2012軟件進行了畫圖和圖表，并且畫出了裝配圖和零件圖。 關鍵詞：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)彎頭自動進給坡口裝置的概況 4 第三章 彎頭自動進給坡口裝置設計方案 6 3.1 總計設計參數(shù) 6 3.2 整體布局的設計 6 3.3 工作原理簡介 7 第四章 坡口刀具裝置的設計分析 9 4.1 刀具傳動裝置的結構設計 9 4.2 刀具傳動裝置設計原理介紹 9 4.3 刀具選擇 10 4.4 切削力計算 10 4.4 切削功率計算 11 第五章 傳動系統(tǒng)主要零部件設計計算 13 5.1 V帶設計計算 13 5.1.1 帶傳動的特點 13 5.1.2 帶傳動的類型及應用 13 5.1.3 V帶傳動 13 5.1.4 已知數(shù)據(jù) 14 5.1.5 設計計算 14 5.2 主皮帶輪的設計 16 5.2.1 皮帶輪設計要求 16 5.2.2 皮帶輪的材料 16 5.2.3 皮帶輪的結構尺寸 16 5.3 減速箱齒輪設計 17 5.3.1 小齒輪設計計算 17 5.3.2 大齒輪設計計算 20 第六章 花鍵軸與軸承校核 24 6.1 花鍵軸校核 24 6.2 傳動裝置軸承計算校核 25 6.2.1 軸承的潤滑 26 總 結 28 致 謝 29 參考文獻 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，直接打磨到工作需求的標準。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，但是關于彎頭坡口的機械設備還是比較少的，現(xiàn)在市面上面生產(chǎn)制造的90度彎頭自動進給坡口裝置難以適應大批量生產(chǎn)的實際需求，另外因為彎頭坡口設備起步的比較晚，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備來替代現(xiàn)有的設備，本課題對國內(nèi)外彎頭現(xiàn)狀做出了詳細的分析和介紹，為了滿足市場的要求，設計了一款可以滿足我國需求的彎頭自動進給坡口裝置。 1.1.2課題研究的意義 彎頭是一種常見的標準件，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。 彎頭在與管道進行實際焊接的時候，需要進行打坡口處理，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，影響設計美觀，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，因為機械自動化方面還處在發(fā)展中階段，還存在著技術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，機械設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)設計研發(fā)出新型的彎頭坡口進給自動化加工設備，使用自動化生產(chǎn)設備制造生產(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備的機械化進行設計研究的，設計了一種安全可靠的彎頭倒坡口機設備，已電機和液壓缸為動力源，進行彎頭坡口的壓緊，進給，倒坡口等聯(lián)合作業(yè)。 我的這篇文章對彎頭和管道的設備進行了思考，從資料和書的角度對傳動系統(tǒng)的重要零件和運動的機構進行了比較全面的設計、計算和研究。外國對于彎頭的坡口加工裝置研究先進一些，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展，這樣才能達到用小的耗能來做出適應、耐久性強的彎頭，而且效率高的目的。在不增高損壞率的加工要求的前提下，能夠減小工作的強度，從而實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)的目的。其主要研究內(nèi)容概括如下： 1、彎頭坡口設備總體方案設計； 2、傳動系統(tǒng)的設計； 3、刀具進給裝置設計； 4、液壓壓緊裝置設計； 1.3 研究方法 第一，我通過上網(wǎng)查找文獻和人員的分析，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，然后就要對它進行計算分析和校核。這個非常重要。驗算出了我剛開始設計的重要步驟。在這種情況下，假如有一個沒有達到預期的地方，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，將它標注，完成了整個彎頭坡口設備的整體設計。 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 國外關于彎頭坡口設備研究起步早、發(fā)展的比較快、生產(chǎn)技術水平也比較高。目前，國外的彎頭自動化坡口設備已經(jīng)批量生產(chǎn)了，生產(chǎn)工藝也比較先進，自動化程度也比較高。 國外生產(chǎn)的管道坡口機已經(jīng)實際推廣應用了起來，廣泛的應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。 國外斜切機的主要產(chǎn)品有：火焰切割斜切機。管道坡口機，爬管式管道切割機等。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。這個公司做的平頭斜面機主軸運用了液壓進給。而它的優(yōu)點主要是進給的速度快，運用了浮動鎖緊裝置，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，它運用了電機伺服進給系統(tǒng)，它的優(yōu)點是低速性能好，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)彎頭自動進給坡口裝置的概況 因為我國以前經(jīng)濟技術比較落后，彎頭以前實際生產(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。我國的彎頭坡口設備技術相比國外還是比較落后的，起步晚，發(fā)展的比較慢。現(xiàn)在科學經(jīng)濟的飛速發(fā)展，自己化機械設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)代化機械設備代替人工生產(chǎn)，這樣的發(fā)展方向也大大的帶動了機械設備快速發(fā)展。我國的科學技術飛速發(fā)展，中國現(xiàn)在以高質(zhì)量，高科技，高效能的趨勢去進化。針對這一特點，我國現(xiàn)在擁有了非常多的特種設備，譬如就有管道口中的中頻預熱器，還有管道焊接電源車。我國的科學技術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，譬如浙江的奧泰機械有限公司，上海的上海秉嵐機械有限公司以及常州的常州研鼎機械設備有限公司等。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的管道坡口設備主要有分瓣式切割坡口機，內(nèi)漲式坡口機等等。采用的驅(qū)動方式也有很多種，主要的有電機驅(qū)動，氣動馬達，液壓裝置等幾種。我國生產(chǎn)的管道坡口設備能滿足不同的場合，不同的工藝，不同實際工作的要求，大多都用于石油化工、鍋爐、等行業(yè)。 第三章 彎頭自動進給坡口裝置設計方案 3.1 總計設計參數(shù) 本文主要是針對彎頭坡口設備的機械化進行設計研究的，設計了一種安全可靠的彎頭倒坡口機設備，已電機和液壓缸為動力源，進行彎頭坡口的壓緊，進給，倒坡口等聯(lián)合作業(yè)。主要對彎頭的坡口加工裝置進行研究思考，而且對它的傳動系統(tǒng)的重要零件和機構進行全面的設計和計算，彎頭自動進給坡口設備主要設計參數(shù)如下表所述： 彎頭自動進給坡口設備主要設計參數(shù) 彎頭坡口設備外形尺寸（長X寬X高） 1800X1200X1245mm 電機功率（主傳動電機） 7.5KW 伺服電機功率（伸縮驅(qū)動電機） 1.2KW 生產(chǎn)率 30件/h 進給速度 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 整體布局的設計 本文設計的彎頭自動進給坡口裝置主要依靠1.5KW的電機提供動力，在電機轉(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)動或者進給，所以考慮實際運行時候的情況，本文專門設計增加了一個伸縮驅(qū)動電機，依靠齒輪轉(zhuǎn)動來完成進給運動，用來負責刀具的進給工作。 本文設計的彎頭坡口設備主要是由電機，皮帶，減速箱，傳送機構，刀具和進給機構，還有液壓鎖緊機構等組成的。 下圖所示為彎頭坡口設備的總體布局圖（圖1）： 圖1 彎頭坡口設備的總體布局圖 1. 皮帶 2.主電機 3.減速箱 4.傳動裝置 5.進給裝置 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 本文的彎頭自動進給坡口設備的動力來源是1.5KW的電機，在電機的轉(zhuǎn)動下，電機皮帶輪在皮帶的帶動下跟著轉(zhuǎn)動。 因為本文設計選擇的是電機，電機的功率是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，從而帶動傳動機構轉(zhuǎn)動。 彎頭零件是固定夾緊死的，所以本文設計的彎頭坡口設備需要具有進給功能?？紤]到實際作業(yè)時候的情況，在進行設計的時候，傳動裝置上面特定了設計了花鍵軸，軸外面有軸套，主電機轉(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。當進給量不夠的時候，需要把伸縮驅(qū)動電機開起來，電動機運轉(zhuǎn)然后傳給齒輪運轉(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。刀具進給到工作位置時，伸縮電機關掉，主電機打開，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備，嚴重的可能危機人身安全。 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。夾緊機構就是確保零件能夠準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行夾緊，主要還是因為它的操作比較簡單，從而在日常生產(chǎn)中得到大力的推廣應用。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，就不能使彎頭達到預期的夾緊力，從而關系到彎頭坡口的質(zhì)量。所以使用液壓夾緊的不費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 坡口刀具裝置的設計分析 4.1 刀具傳動裝置的結構設計 本文設計的零件選擇是DN400-90°短半徑彎頭，查詢《機械設計手冊》和《彎頭設計手冊》可以知道零件的相關數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如下所述： 材料:20號鋼，抗拉強度σb(MPa)≥410(42) ，屈服強度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。 本文設計的刀具轉(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 9.伸縮套 10.刀盤 11.刀具 4.2 刀具傳動裝置設計原理介紹 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?shù)毒咝纬刹粔虻臅r候，需要關閉主電機，傳動裝置不再轉(zhuǎn)動。將電動機的按鈕調(diào)成開，電動機正轉(zhuǎn)運動，經(jīng)過齒輪和齒條的作用下， 花鍵軸從花鍵套中拉伸出來，達到形成要求的時候，將電動機的按鈕調(diào)成關，打開主電機，刀具旋轉(zhuǎn)工作，完成坡口任務。坡口完成之后，關閉主電機，打開伺服電機反轉(zhuǎn)，電機回到原始位置，依次重復工作。 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)實際情況，我們能實現(xiàn)的手法對于工件的坡口的要求也多種多樣。根據(jù)我的設計來說，我所設計的加工彎頭零件圖，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系，調(diào)整起來也比較容易。 本文設計的彎頭坡口加工標準是： 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》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 切削力計算 設計整機彎頭坡口設備的時候，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備切削力的直接影響。 切削力的計算選擇都直接決定坡口設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是作用在主運動方向(切削方向)上的分力，在整個坡口設備中主切削力FC消耗的功率最大，占到整個坡口設備總功率的90%左右，是選擇機床電機和計算鎖緊裝置強度的重要依據(jù)。徑向切削力FP是作用在基面內(nèi)并與工件軸線方向(進給方向)垂直的分力，因為在工件軸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(進給方向)平行的分力，雖然軸向切削力較小，但是它與坡口設備進給系統(tǒng)的設計密切相關。 根據(jù)查閱參考文獻等方法，可以知道，現(xiàn)在切削力和切削功率的計算都是根據(jù)實際實驗時候得到的經(jīng)驗總結出來的公式，現(xiàn)在一般計算的方法都是根據(jù)單位切削力進行計算的方法，查到的計算公式如下所述： 主切削力 背向力 進給力 查詢《金屬切削手冊》可以知道： ，，， ，，， ，，， 經(jīng)過實際驗證，前偏角，主偏角與論文中的試驗條件不符，計算時需進行修正，可確定： ，，， ，，， 根據(jù)上面參數(shù)可以計算出： 經(jīng)過計算驗證，本文設計的的切削力數(shù)據(jù)如下所述： 主切削力C=451.46N 背向力P=132.51N 進給力f=262.48N 4.5 切削功率計算 在坡口裝置的設計的時，應該優(yōu)先算出主電機的功率。主電機的功率確定關系到彎頭在加工的時候需要的扭矩和轉(zhuǎn)速的大小。如果設計的時候選擇的電機功率太大的話，不僅會加大坡口設備的整體尺寸，浪費了生產(chǎn)材料，增大了額外的成本。如果選擇的功率太小的話，坡口設備長時間運動工作，電機就是在過載的情況下工作，輕則電機會發(fā)熱發(fā)燙，停止工作，重則的會直接把電機燒掉，直接影響整個坡口裝置的工作。所以選用合適的電機是非常重要的，它直接影響坡口設備的工作性能和機械效率。 當我算完切削力以后，就能根據(jù)剛剛的計算算出來切削功率，確定好切削功率之后，就可以計算確定電機的功率了。切削功率的計算公式如下文所示： 公式里面，V是本文設計的坡口設備的切削速度，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。由于設計電機的時候需要考慮實際的工作效率，一般我們選擇電機功率的時候，工作效率取其80%。根據(jù)計算，電機的實際功率需要7.5KW。所以，本文最終選擇的主傳動電機為7.5KW。 第5章 傳動系統(tǒng)主要零部件設計計算 5.1 V帶設計計算 5.1.1 帶傳動的特點 因為帶傳動非常簡單易懂而且比較平穩(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結構簡單易懂而且便宜，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 帶傳動的類型及應用 在帶傳動中，我們經(jīng)常會運用到的就是平帶、V帶、多楔、同步帶傳動。 在常見的設備中，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 因此設計皮帶的依據(jù)是：在保證帶不打滑的前提下，具有所需要的疲勞強度和使用周期，這也是帶傳動的設計準則。 5.1.4 已知數(shù)據(jù) 本文設計計算的是主電機與減速箱輸入軸連接的V帶。 電機的額定功率 =1.5KW 電機的轉(zhuǎn)速=400r/min 每天工作時間t=8h 5.1.5 設計計算 （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）驗算帶速 = （5）計算帶的長度 = 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 因為傳動不不等于1,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,因為裝置經(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 主皮帶輪的設計 5.2.1 皮帶輪設計要求 設計是應該保證質(zhì)量較小而且結構工藝性好、質(zhì)量分布均勻、速度快時的動平衡、槽加工表面細小、減少磨損、各槽的尺寸和角度應保持的要求。下文設計計算的是主電機與減速箱裝置連接的皮帶輪。 5.2.2 皮帶輪的材料 本文設計的皮帶輪綜合考慮使用情況，最終選擇的材料是HT200。 5.2.3 皮帶輪的結構尺寸 皮帶輪由1根皮帶帶動，帶輪寬很窄，所以帶輪采用實心結構。由Z﹣732×1可知帶輪的尺寸結構： 基準寬度（節(jié)寬） =16mm 基準線上槽深 取=1.0mm 基準線下槽深 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 減速箱齒輪設計 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，參照相關手冊并根據(jù)以前學過的知識選取 ψd=0.6。 5.3.1 小齒輪設計計算 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) 齒面疲勞強度計算 1) 確定許用應力[σH] ① 總工作時間th，假設該彎頭坡口設備的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則： ② 應力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③ 壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱相關手冊選取Zn1=1.0、Zn2=1.15 ④ 接觸疲勞極限?。害襤lim1=720MPa、σhlim2=580MPa ⑤ 安全系數(shù)?。篠h=1.0 ⑥ 許用應力 [σh1]、[σh2] 1） 彈性系數(shù)ZE 查閱機械設計手冊可選取 2） 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH查閱機械設計手冊可選取ZH=2.5 3） 求所需小齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 c) 齒根抗彎疲勞強度驗算 1）求許用彎曲應力 [σF] ① 應力循環(huán)次數(shù)NF1、NF2 ② 壽命系數(shù)Yn1、Yn2 ，查閱相關手冊選取Yn1=1、Yn2=1 ③ 極限應力?。害褾lim1=290MPa、σFlim2=220MPa ④ 尺寸系數(shù)Yx：查閱機械設計手冊選，取Yx=1.5 ⑤ 安全系數(shù)SF：參照表9-13，取SF=1.5 ⑥ 需用應力[σF1] 、[σF2] 由式（9-20），許用彎曲應力 1) 齒形系數(shù)YFa1、YFa2 取: YFa1=2.56 YFa2=2.15 2) 應力修正系數(shù)Ysa1、Ysa2 取: Ysa1=1.62 Ysa2=1.82 3) 校核齒根抗彎疲勞強度，齒根彎曲應力 5.3.2 大齒輪設計計算 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) 齒面疲勞強度計算： ①總工作時間th，假設該彎曲機的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則：。 ②應力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱相關手冊選取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許用應力 [σh1]、[σh2] 彈性系數(shù)ZE 查閱機械設計手冊可選取 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH查閱機械設計手冊可選取ZH=2.5 求所需齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 齒根抗彎疲勞強度驗算: 1) 求許用彎曲應力 [σF] ① 應力循環(huán)次數(shù)NF1、NF2 ② 壽命系數(shù)Yn1、Yn2 ，查閱相關手冊選取Yn1=1、Yn2=1 ③ 極限應力取：σFlim1=290MPa、σFlim2=230MPa ④ 尺寸系數(shù)Yx：查閱機械設計手冊選，取Yx=1.5 ⑤ 安全系數(shù)SF：參照表9-13，取SF=1.5 ⑥ 需用應力[σF1] 、[σF2] 由式（9-20），許用彎曲應力 2）齒形系數(shù)YFa1、YFa2 ?。? YFa1=2.56 YFa2=2.15 3）應力修正系數(shù)Ysa1、Ysa2 ?。? Ysa1=1.62 Ysa2=1.82 4)校核齒根抗彎疲勞強度，齒根彎曲應力： 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，花鍵軸的的運動學和動力學參數(shù)假設轉(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：抗拉強度極限，屈服強度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，屈服許用彎曲應力為 （1）最小軸徑校核公式 滿足條件，所以設計合理。 （2） 進一步校核軸的的強度，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)強即可。 滿足強度設計要求。 （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)計算軸的扭轉(zhuǎn)剛度滿足要求。 6.2 傳動裝置軸承計算校核 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，運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預期壽命L=10h。 選型計算： 1、 求比值 深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時 >e 2、 初步計算當量動載荷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?，F(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、 軸承應有的基本額定動載荷值 C=P=3.4KN 按照軸承樣本或設計手冊選擇 軸承型號 6205 6206 6209 C值 3.23KN 3.53KN 4.68KN 基于軸承的支撐、加工以及周的強度，我們選用6209軸承。 此軸承的基本額定靜載荷C。驗算如下： ① 求相對軸向載荷對應的e值與Y值，相對軸向載荷為， 介于0.04—0.07之間，對應的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 求當量動載荷P P=1.2*(0.56*300+1.778*150)=521.64N ③ 驗算6209軸承的壽命： L>10 即大于預期壽命，故6209軸承合適。 6.2.1 軸承的潤滑 軸承潤滑的目標是縮小摩擦的磨損，進而得到了冷卻、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械油、高速機械油、透平油、壓縮機油、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 當溫度超越120時，應利用非尋常潤滑脂。當溫度升高到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 殼體設計 較簡單 需要較復雜的密封和供油裝置 長時間不需維護的地方 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)矩損失 如填裝適當，比采用油的損失還要低 為了獲得最低功率損失，應采用有清洗泵或油霧裝置的循環(huán)系統(tǒng) 污染條件 可用。正確的設計可防止污染物的侵入 可用。但要采用有防護、過濾裝置的循環(huán)系統(tǒng) 總 結 這次的畢業(yè)設計使我受益頗深，讓我懂得了獨立思考。懷揣著崇敬之心和耐性一步步的計算最后得出齒輪的具體參數(shù)。對于帶輪的設計，更為復雜，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計計算，這次畢業(yè)設計感觸頗深的地方就是要善于查手冊與與各種圖表。 設計是運用我所學到的知識和老師的幫助所改進的設備。在生活中我們應用已經(jīng)有的原型再加工出能夠達到標準和完善的目的。所以是一項規(guī)范和嚴謹?shù)墓ぷ?，時時處處要求我們有理可依、有據(jù)可查，以達到互換性、合理性與科學性設計不是一蹴而就的事情。事實上也正是這一過程決定了我們的設計成果能否優(yōu)于他人。一些先進的理論和方法是我們完成理論奠基的框架上進一步的優(yōu)化。我們不可忽視其所帶來的有力支持，但同時也應分清主輔，不能一味冒進。 任何時候虛心與協(xié)作是我們成就一項成果的關鍵。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很好解決了這一問題。同時正如完成一項工程需要不同功能的機械設備一樣，設計不同設備的我們也應相互探討利弊，一是為了使自己的設計變得簡單；二是為了自己將來設計的設備能更好的同其他設備協(xié)作完成預期目標。 確定產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和競爭力的推倒是我們設計的每個組件的質(zhì)量。每一次選擇、設置、確定工藝和工藝、檢查強度和壽命、選擇合適的零件有其嚴格和豐富的基礎，每一個都有堅實的理論基礎和堅實的基本技能。因而，設計不是簡略的復制別人；設計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我們所學的，鼓舞本身有一種追隨的精神。因此，模糊概念必然是設計結果的缺陷。 興許該說再見了。教師和同窗在上學期的設計中表現(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。從去年接手這項課題開始，我就一直激動得睡不著，因為這是學校給我的一次考驗測評，同時也是一次和老師共同努力創(chuàng)作的機會。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)上尋找資料來彌補這些漏洞，借助現(xiàn)代化工具以及實際的動手操作來讓我的知識更為充實，讓我對每一步的前進更為清晰明了，在不斷地和老師探討過程中，將我的作品一步步的改良，每一次的進步都是對我的一次成長體驗；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計經(jīng)驗，是一次我認認真真、完完整整做好一件事，是一次極大地挑，是一次實現(xiàn)自我突破的機會，不研究就不會有突破，這次的經(jīng)驗給了我很多東西，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，沒有你們的細心教導，我不可能走到現(xiàn)在；我必須感謝老師在我大學最后一站的支持，沒有你的幫忙，我不可能這么順暢地完成整個畢業(yè)設計，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們，是你們陪伴我度過四年的大學生涯，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 [1] 李育錫.機械設計課程設計.北京.高等教育出版社，2008-6 [2] 馮景華.現(xiàn)代機械設計理論與方法的研究[D].北京.中國水利水電出版社，2014 [3] 王俊.管道坡口機高效加工坡口的方法.哈爾濱汽車輪機長責任有限公司，2013 [4] 沈永松.彎頭自動化加工設備制造[P].溫州職業(yè)技術學院，2017-10 [5] 袁勝利.管道自動坡口機設計研究[D].合肥工業(yè)大學，2013-4 [6] 殷祥獅.全自動式坡口機設計研究[D].合肥工業(yè)大學，2015-3 [7] 吳磊.現(xiàn)代機床夾具設計.北京.化學工業(yè)出版社，2009-1 [8] 倪小丹，楊繼榮，熊運昌.機械制造技術基礎[M]，2014.8 [9] 濮良貴，陳國定，吳立言.機械原理[M],高等教育出版社，2013.5 [10] 王越，王明紅.現(xiàn)代機械制造裝備[M],清華大學出版社，2009.3 [11] 張德生，孫曙光.機械制造技術基礎課程設計指導[M]，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2013.1 [12] 原方.《工程力學》[M].北京.清華大學出版社，2006 [13] 謝忠東等.機械原理[M].北京.北京航空航天大學出版社,2006 [14] 陳麗.《金屬切削手冊》[M].北京.清華大學出版社，2006.11 [15] 王巍，錢可強.《機械工程圖學》[M].北京.機械工業(yè)出版社，2000.8 [16] 程靳.簡明理論力學[M].北京.2010 [17] 劉文鴻.材料力學[M].北京.2011 [18] 成大先.《機械設計手冊》[M].北京.化學工業(yè)出版社，2007.11 37