1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年 月 日目 录摘要1关键词11 前言22 工艺方案的拟定23 传动装置的设计与计算33.1 原动机的选择33.1.1 切管机类型的选择33.1.2 切管机转速的选择33.1.
2、3 切管机功率的选择33.1.4 切管机的传动比43.2 传动方案额拟定43.3 各轴的转速、功率和转矩的计算63.4 传动机构的设计与计算83.4.1 带传动设计83.4.2 齿轮模数的确定93.4.3 蜗轮蜗杆模数的确定103.4.4 齿数的确定103.5 结构的总体设计114 结构设计114.1 各轴的最小直径的初算114.1.1 直径初算124.1.2 轴的校核124.2 各主要传动件结构尺寸的计算204.2.1 三角带轮204.2.2 蜗轮、蜗杆214.2.3 齿轮224.3 装配示意图的绘制234.3.1 减速箱234.3.2 轴装配的工艺设计234.4 滚筒系统与进给系统274.
3、4.1 滚筒系统的设计274.4.2 进给系统的设计275 结论28参考文献28致谢29切管机设计摘 要：本次的设计是车辆用金属管材进行加工的切管机，完成的工作主要是切管机中滚子，机体和减速箱部分的设计。包括传动装置的设计和计算，其中有电动机的选择，传动方案的拟订，各轴的转速，功率和转矩的计算。总体结构的设计，其中有各轴尺寸的设计，各主要传动件的结构尺寸的设计。并且针对以上的设计计算进行了详细的校核。最后通过得到的数据，绘制了总体装配图，减速机和滚子部分的装配图。然后又针对各主要基本件，绘制了多张零件图。关键词：切管机；结构设计；方案；设计计算；The Design of Pipe Cuttt
4、er Abstract： What need to be finished is the design of body of the machine and the roll of it. It includes the design and calculate of the slowing speed box,. The choose of the electromotor, the design of the gearing, the rev, the measure design of the main deliver parts. Than do the emandation work
5、. After all ,get the data and drawing the engineering picture. It includes one final assembling picture, two assembling pictures of each parts, some small pictures of the important accessary.Key words:pipe cutting machine, design of structure,plan,design and calculation1 前言钢管主要用来输送流体(一般叫做输送管、英文叫“pip
6、e”)和用作锅炉等的热交换器管(叫做管子，英文叫“tube”)。钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求1量也越来越大。管材的需要量之所以急剧增长，是因为管子能用各种材料来制造。而且质量和精度也高。钢管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及天然气的钻探开采与输送、锅炉的油水与蒸汽管道、一般的水煤气管道。化工部门一般用管道化方式生产与运输各种化工产品。所以钢管被人们称为工业的“血管” 。随着钢管的需求量的日益增大，钢管的生产也显得尤其的重要，因此切管机的设计生产就成了当前所急需解决的课题。此次设计的切管机，主要用于常用的通风、通水管。因此，下料所要求
7、的精度不高。本切管机主要切削大量的薄壁的金属管。如果用手工切断，劳动强度大，生产效率低，产品质量差。因此，需要一台，通用性好，耐用以及抗磨损的切管机。切管机的运用，主要是为了降低劳动强度，节省人力，提高产品质量。当然，保证经济性也是这次设计的重要考虑项目之一。由于切管机在实际生产中早已广泛应用，在使用与制造方面，已有一定的经验，本次设计中有关切管机的一些参数，都采用已有的规定。因水平有限，论文中不免有疏忽与错误的地方，敬请批阅老师指正。2 工艺方案的拟定本次设计任务为设计一简单高效的切管机，为此，对如下几种设计方案 1进行比较：方案一：用锯弓锯断金属管：需要锯弓往复的切削运动和滑枕摆动的进给与
8、让刀运动。机器的结构比较复杂，锯切运动也不是连续的。当金属直径相差较大时，锯片还要调换，生产效率低。方案二：用切断刀切断金属管：如在车床上切断，但是一般车床主轴不过几十毫米，通不过直径较大的金属管，并且占有一台普通机床，不太经济。或者用专用的切管机，其工作原理是工件夹紧不动，装在旋转刀架上的两把切断刀，既有主切削的旋转运动，又有进给运动，工作效率高，但是机床结构比较复杂。方案三：用砂轮切断金属管：需要砂轮旋转的切削运动和摇臂向下的进给运动。此机构的结构简单，生产效率高，但是砂轮磨损较快费用很高。方案四：用碾压的方法切断金属管：其需要金属管旋转的切削运动和圆盘向下的进给运动。这种方法是连续切削的
9、，生产效率高，机器的结构也不太复杂。但是会使管子的切口内径缩小，一般用于管子要求不高的场合。综合考虑，在本次设计中选用方案四。2方案四切管机的工作原理：动力由原动机通过传动装置传递给滚子。由于滚子的旋转运动，从而带动工件的旋转，实现切削时的主运动。与此同时，操作手轮，通过螺旋传动，将圆盘刀片向下进给移动，并在不断增加刀片对管子的压力过程中，实现管子的切割工作。3 传动装置的设计与计算3.1 原动机的选择一般机械装置设计中，原动机多选用电动机。电动机输出连续转动，工作时经传动装置调整和转矩，可满足工作机的各种运动和动力要求。要选择电动机，必须了解电动机，出厂的每台电动机都有铭牌，上面标有电动机的
10、主要技术参数。因此，要合理地选择电动机，就要比较电动机的这些特性。在进行简单机械设计时，应选择好电动机的类型，转速和功率。3.1.1 电动机类型的选择工业上一般用三相交流电源，所以选用三相交流异步电动机。三相交流异步电机具有结构简单，工作可靠，价格便宜，维护方便等优点，所以应用广泛。在选择电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。在本次设计中由于其载荷变动较小，有灰尘故选择笼式三相交流异步电机。3.1.2 电动机转速的选择 异步电机的转速主要有 3000r/min、1500r/min、1000r/min、75
11、0r/min 几种。当工作机械的转速较高时，选用同步转速为 3000r/min 的电机比较合适。如果工作机械的转速太低（即传动装置的总传动比太大）将导致传动装置的结构复杂，价格较高。在本次设计中可选的转速有 1500r/min 和 750r/min。在一般机械中这两种转速的电机适应性大，应用比较普遍。3.1.3 电动机功率的选择选择电动机的容量就是合理确定电动机的额定功率，电动机功率的选择与电动机本身发热、载荷大小、工作时间长短有关，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件决定。故根据电动机的额定功率大于所需功率 10%来选择电动机。综上所述，本次设计的切管机的电机额定功率为 P=1.5Kw
12、满载转速为N=1410r/min,每天工作 10 小时，载荷变动小用于多尘场合。选用 Y90L-42型电动机，其额定功率 电 为 1.5Kw，满载转速 n 电 =1400r/min，同步转速 1500r/min(4 极)，最大转矩为 2.3Nm，质量为 27kg。33.1.4 切管机传动比考虑到工件的旋转速度和刀片强度，初定滚筒转速为 70r/min。因此电动机确定后，计算出切管机的传动比为：i 总 = = =20 n电工 1407在传动方案确定后,根据 i 总 =i1i2的关系分配传动比 . 3.2 传动方案的拟订传动方案的拟定，通常是指传动机构的选择及其布置。这是彼此相联系的两个方面。其运
13、动形式大致分为以下几个方面。（1）传递回转运动的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动 3等；表 1 几种主要传动机构的特性比较Table 1 Main drive mechanism comparison主要特性 带传动 齿轮传动 蜗杆传动主要优点中心距变化范围较大,结构简单,传动平稳,能缓冲,起过载安全保护作用外廓尺寸小,传动比准确,效率高,寿命长,适用的功率和速度范围大外廓尺寸小,传动比大而准确,工作平稳,可制成自锁的传动单级传动比,i开口平型带:24,最大值6,三角带型: 24, 最大值 7 有张紧轮平型带:35最大值8开式圆柱齿轮: 46,最大值15. 开式圆柱正齿轮: 34,最大值
14、10. 闭式圆柱齿轮: 23,最大值6闭式: 1040,最大值100开式: 1560,最大值100外廓尺寸 大 中,小 小成本 低 中 高效率 平型带 0.92 0.98三角带 0.9 0.96开式加工齿0.920.96闭式 0.95 0.99开式 0.50.7 闭式0.70.94 自锁0.400.45（2）实现往复直线运动或摆动的有：螺旋传动，齿轮齿条传动，凸轮机构，曲柄滑块机构等；（3）实现间歇运动的有棘轮机构和槽轮机构等；（4）实现特定运动规律的有凸轮机构和平面连杆机构等。4传动机构的选择就是根据机器工作机构所要求的运动规律，载荷的性质以及机器的工作循环进行的。然后在全面分析和比较各种传
15、动机构特性的基础上确定一种较好的传动方案。机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力，并可以改变转速、转矩的大小或改变运动形式，以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台车的性能、尺寸、重量和成本都有很大影响，因此需要合理的拟定传动方案。在本次毕业设计中，已知切管机的 i 总 =20，若用蜗杆，一次降速原本可以达到，但是由于切割的管子最大直径为 80mm，故两个滚筒的中心距不能小于 80mm，因此带动两个滚筒的齿轮外径不能大于滚筒的直径（70mm） 。若取蜗杆 z1=2，蜗轮z2=40，m=4，则蜗轮分度圆直径 d2=160mm,比同一轴
16、上的齿轮大，按此布置，蜗轮将要和滚筒相撞，为此，应该加大两轴之间的中心距。这样就要加上一个惰轮，才可以解决这个问题，如图 1。 在本次设计中，取蜗轮齿数为 z2=50,模数 m=4。由于带传动具有缓冲和过载打滑的特性，故可将其作为电机之后的第一级传动，此外开式齿轮传动不宜放在高速级，因为在这种条件下工作容易产生冲击和噪音，故应将齿轮传动放在低速级。一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉以及使用维护方便。经比较各种传动方案，在本次设计中确定采用带传动、蜗杆传动、齿轮传动等机构组成的传动方案。并初步画出其传动系统图，如图2。考虑到传动装置的结
17、构、尺寸、重量、工作条件和制造安装等因素，必须对传动比进行合理的分配.根据公式 T=9550 (Nm)3可知:当传动的功率 P(Kw)一定时,转速Pnn(r/min)越高，转矩 T 就越小。为此, 在进行传动比的分配时遵循”降速要先少后多”。V 5图 1 蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图Fig.1 Worm gear plus intermediate idler gear diagram带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过减速器的中心高，造成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难，又因为齿轮在降速传动中,如果降速比较大, 就会使被动齿轮直径过大,而增加径向尺寸,或者因小齿轮的齿数太少而
18、产生根切现象.而其在升速传动中,如果升速比过大,则容易引起强烈的震动和噪音,造成传动不平稳, 影响机器的工作性能.为此,各机构的传动比分配情况如下:i1=1.2；i 2=50；i 3=1.5；i 4= （1）1.5i 总 = i1i2 i3i4=1.2 50 1.5 =20 （2）注:传动系统只大齿轮是个惰轮,它不改变传动比只起加大中心距 ,改变滚筒旋转方向的作用.3.3 各轴转速、功率和转矩的计算已知电动机的数据如下：kwpm5.1min/140rnin/70r滚查表 2可知各级传动效率如下：960带72.蜗 94.齿9.滚6图 2 带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图Fig.2 Belt
19、 drive, the worm gear, intermediate idler gear diagram（1）计算各轴转速如下： min/7.16240121 rinmin/3.250.142312312 r615.34213423 inin min/70./0214453214534 r（2）各轴功率计算如下： kwPm .960.1带1 kwPm 03.1972.09651滚蜗带滚蜗12 kwPm 96.022齿2滚蜗带滚齿23 Pm 849.0796.05132齿3滚蜗带滚齿34 （3）各轴传递的转矩计算如下： mkgnMwm *扭 电 0415.9705cmi *1扭 38.12962带1扭 电 kgiMM *3扭 5407.0952.04 滚蜗带21扭 电滚蜗1扭
