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1 畢業(yè)設計說明書 題 目：彎管機機構設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 1 目 錄 摘要： ................................................................................................................................................2 第 1 章 緒 論 ..................................................................................................................................4 1.1 課題的研究背景： ............................................................................................................4 1.2 課題的國內外研究現狀.....................................................................................................6 1.3 課題設計的方向以及意義.................................................................................................8 1.4 參考文獻 ............................................................................................................................7 第二章 總體設計方案的擬定 ..........................................................................................................8 2.1 彎管機的基本原理與選擇 .................................................................................................8 第三章 機構設計 ............................................................................................................................11 3.1 工件的工藝分析 ..............................................................................................................11 3.2 彎曲力矩的計算 ...............................................................................................................11 3.3 選取電動機.......................................................................................................................13 3.4 機構傳動比的計算與分配 ...............................................................................................13 3.5 各級傳動裝置的轉矩以及功率計算...............................................................................15 3.6 電動機與渦輪蝸桿減速器之間的傳動帶的計算選取 ...................................................15 3.7 蝸輪蝸桿減速箱的計算與擇取 .......................................................................................16 3.8 聯(lián)軸器的計算和擇取 .......................................................................................................17 3.9 軸承的選擇 .......................................................................................................................17 3.10 軸的計算與設計及校核 .................................................................................................18 3.11 齒輪的設計與計算 .........................................................................................................23 3.12 大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計 ....................................................................26 3.13 軸套的結構設計 .............................................................................................................27 第四章 擋料架以及蓋板的設計....................................................................................................31 4.1 蓋板的結構設計及計算 ..................................................................................................29 4.2 彎管機整體結構的設計及其參數的計算 .......................................................................30 4.3 擋料架結構設計 .......................................................32 第五章 總結....................................................................................................................................37 參考文獻..........................................................................................................................................39 附錄 1 英文翻譯譯文 .....................................................................................................................38 附錄 2 英文翻譯原文.....................................................................................................................47 2 彎管機的機構設計 摘要： 隨著工業(yè)社會的發(fā)展，各式各樣的家電，交通工具等工業(yè)產品得到了更大范圍的普及， 隨著這些產品多樣化的發(fā)展，相應的非標準零部件的需求也越來越大。彎管機作為一種針 對管件成型而被設計制造的非標準設備，在以后的工業(yè)發(fā)展中的作用正在慢慢凸現出來。 設計出符合不同作用需要同時維護方便，經濟的彎管機顯得更為重要。 彎管機的機構設計在整個彎管機的設計中舉足輕重，本文將詳細論述小型簡易彎管機 的機構設計過程，同時畫出了必要的零部件圖以及傳動裝配圖。此彎管機采用滾彎式彎管 原理，采用異步電機提供動力，同時配有蝸輪蝸桿減速器，足以滿足小型作坊企業(yè)的生產 需要。 關鍵詞：彎管機，非標準設備，機構設計，滾彎式原理。 3 The Mechanism design of Pipe bending machine Abstract： With the development of industrial society,Every kind of home appliances, vehicles and other industrial products by the popularity of a wider range of.With the development of the diversified products,non standard parts corresponding demand is also growing.For pipe forming and design of non-standard equipment manufacturing as the pipe bending machine, in the future development of industry is slowly emerged.Design to meet the different needs and convenient maintenance, bender economy is more important. Bender design in the design of consequence in the bending machine.In this paper, the design process in detail small simple bender mechanism.At the same time to draw the necessary spare parts diagram and transmission assembly drawing.This pipe bending machine with bending type bender principle, the use of asynchronous motor to provide power, at the same time with the worm gear reducer, enough to meet the need of the production of small workshops of enterprises. Key word;Pipe bending machine ,Non standard equipment ,Mechanism design,Roll type principle. 4 第一章 緒 論 1.1 課題的研究背景： 工業(yè)一直是衡量一個國家發(fā)展水平的重要依據，在以往，常常以鋼材廠量多少 作為衡量工業(yè)發(fā)展水平的標志，但是隨著工業(yè)水平的發(fā)展，衡量工業(yè)發(fā)展水平的標 準也越來越多。其中接機械工業(yè)的發(fā)展水平便是其中一條重要的標準。因為機械工 業(yè)負擔著為工業(yè)，農業(yè)等產業(yè)提供性能優(yōu)異，操作安全的技術設備的重任，同時， 機械工業(yè)的進步在很大程度上影響著一個國家的交通，國防，經濟發(fā)展等重要方面， 可以說機械工業(yè)擔負著一個國家發(fā)展進步的脊梁作用。而在機械加工生產中，一部 分設備的生產裝配所需要的零件是可以直接訂購的標準件，而另外一些則是需要專 門設計和制造的非標準件。所以非標準件的設計制造關系到工業(yè)產品的生產效率以 及生產質量。對于這樣的非標準件，對于需求進行設計，更為重要的是如何進行加 工。在機械工業(yè)中， 專門用于生產非標準件的設備叫做非標設備。而在非標準件中， 管材是應用的非常多的一種零件。例如汽車剎車的液壓油管。由于汽車的剎車原理 是兩個剎車片通過液壓油提供的壓力加緊剎車盤，從而達到剎車的目的，所以液壓 油管的好壞決定了汽車制動距離的遠近。不單單只限于汽車的液壓油管，管件的應 用十分廣泛，包括汽車，鍋爐的熱導管，冰箱背后的輸送管等等，所以管材成型的 工藝要求十分重要。折彎機就是其中一種被廣泛使用的用于管材彎曲塑性的非標準 設備。不同類型的彎管機在廣泛的工業(yè)加工中起到了舉足輕重的作用。而在目前的 彎管機市場里，絕大部分的彎管機都是數控液壓彎管機，這種彎管機的體積較大， 同時造價昂貴，維修不便。也有少部分的機械彎管機，但由于設備設計過于老舊原 因，機械彎管機同樣占地面積大(由于其夾緊裝置的原因，機身長度一般子啊 3.55m 之間) ，而且操作不方便。而在現實生活中，有很多小型企業(yè)或者家庭作坊 需要一種價格便宜操作便捷的折彎機，能幫助他們完成一些簡易管件的彎曲工藝。 針對這樣的市場需要，能否設計出滿足簡易加工需要的折彎機便是本課題的方向。 5 1.2 課題的國內外的研究現狀 在我國，由于工業(yè)進程起步較慢，所以在折彎機的研究生產方面我國起步較晚。 對于數控折彎機而言，第一臺數控折彎機由武昌造船廠于 1970 年 10 月研制，這是 我國自主研制的第一臺數控彎管機，此后我國的數控折彎機發(fā)展迅速，僅僅在三年 之后即 1973 年武昌造船廠又成功研制了 SKWG-2 型數控彎管機。此后，我國很多企 業(yè)都逐步研究出具有自主知識產權的彎管機設備，其中比較具有代表性的企業(yè)有黃 石鍛壓機床廠，濟南鑄造鍛壓機械研究所，上海沖剪機床廠等企業(yè)單位。其中黃石 鍛壓機床股份有限公司和濟南鑄造鍛壓機械研究所聯(lián)合先后完成了 w67K 一 100/3000!w67K 一 100/3100!w67K 一 100/3200 型數控三點板料折彎機。而在步入改 革開放后生產力解放的大浪潮中，我國的數控機床技術逐漸開始成熟。目前我國許 多大型企業(yè)都擁有了自動化程度很高的數控彎管機，這些高自動化，高作業(yè)精度的 彎管機很大程度上提高了我國工業(yè)生產水平。同時，我國現在也是世界上主要的彎 管機生產國，我國數控彎管機的產量一直能穩(wěn)居世界前列。 但是我們在看到自己進步的同時也應當看到與其他西方國家的差距，早在上世 紀七十年代，美國就已經研究出來了由計算機控制的數控彎管設備。這一里程碑一 樣的技術革新，極大的提高了當時美國工業(yè)的管件工藝水平，間接的促進了美國加 工制造水平的又一次提高。而二十世紀八十年代，日本千代田工業(yè)株式會社在美國 研究成果上更進一步，成功研制了 M-1 型管料測量機和 EC、TC 兩種系列的數控彎管 機。而在九十年代，隨著數控技術的進一步發(fā)展，西方國家率先研制出了 CNC 彎管 機，這又是一次里程碑式的革新。其中意大利 ERCOLINA 彎管機在世界范圍內都是領 先的水平。同時隨著靜液壓傳動技術以及氣動控制的革新與使用，彎管機的工藝精 度又達到了一個新的水平線。 6 圖 1.1 手動彎管機 圖 1.2 CNC 彎管機 7 1.3 課題設計的方向以及意義 在針對以上問題的思考中，我們發(fā)現其實這樣的彎管機所生產出來的產品主要 是用在一些家具器材的承重部件，以及一些液壓機、發(fā)動機等機器上液壓油輸送管 等，所以針對這些對于工藝精度要求不是太高的管件，從管件彎曲所需特性出發(fā)， 設計出一種操作方便，基本上能完成一些常見小口徑無縫鋼管的彎曲作業(yè)的彎管機。 同時相對于傳統(tǒng)的彎管機對其性能進行優(yōu)化，完成必要設計需要的同時減小機身體 積，使其在能完成不同材質成分以及更多口徑型號的無縫鋼管作業(yè)要求的同時也能 一定程度上降低了機器制造成本。而采用異步制動電機的設計也能在降低了電氣操 作復雜程度的同時，提高作業(yè)精度。在機身結構設計上，考慮到此類彎管機作業(yè)環(huán) 境較為不規(guī)范，所以在機身設計上準備設計分層式結構，即采用蓋板傳動機構 中板電機和減速器底板的模式，同時對于機身四面進行包裹。 1.4 參考文獻 1. 徐灝，機械設計手冊.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2001，9 2. 濮良貴、紀名剛，機械設計. 第七版.北京：高等教育出版社，2001，6 3. 羅圣國、李平林、張立乃，機械設計課程設計指導書. 第二版.北京：高等教育出版 社，2001，4 4. 王光銓，機床電力拖動與控制.北京：機械工業(yè)出版社，2001，7 5. 曾紀進，自動彎管機與鋼筋管曲機的改進.廣州：輕工機械， 1998 6. 劉江南 郭克希, 機械設計基礎. 湖南大學出版社,2005 7. 梁景凱, 機電一體化技術與系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社,1999 8. 成大先. 機械設計圖冊(第 5 卷)M.北京：化學工業(yè)出版社，2000 9. 東北工學院. 機械零件零件設計手冊M.北京: 冶金工業(yè)出版社,1979 10. 李維榮.標準緊固件實用手冊M.北京：中國標準出版社，2001 11. 劉鴻文. 材料力學M.北京：高等教育出版社，1992.9 12. 鄒慧君. 機械原理課程設計手冊M.北京：高等教育出版社， 1998 8 第二章 總體設計方案的擬定 2.1 彎管機的基本原理與選擇 圖 2.1 上圖 2.1 為常見的彎管機的工作原理視圖。工件通過夾緊裝置進行固定，工具 模轉動帶動工件進行彎曲運動，同時液壓系統(tǒng)對工件進行壓緊，定位銷進行輔助定 位，從而完成整個加工過程。而彎管機在完成一次彎管作業(yè)過程中，常見的彎曲工 件的方式有很多，可以按照彎曲形式，彎曲工作溫度，傳動方式等等分類。其中按 照彎曲形式可以分為，壓彎式，滾彎式，擠壓式和纏繞式。在此，主要列出兩種不 同彎曲形式的彎管機原理，即碾壓式回彎的滾彎式（通過工具模提供彎矩，擋料輪 抵消力矩的方式）以及拉拔纏繞式彎曲原理（即通過夾緊塊將工件貼合在工具模上， 然后在導向塊的作用下進行彎曲作業(yè)） 。 下圖 2.1.2 為滾彎式原理圖 圖 2.1.3 為纏繞 式原理圖。 9 圖 2.1.2 圖 2.2 下就兩種彎管原理的優(yōu)缺點作簡要分析： 10 兩者的優(yōu)點：滾彎式的彎管機可以用于圓管也可以完成方管作業(yè)，同時機構簡 單。而纏繞式彎管機則主要是用于方管，但是作業(yè)精度更佳。 兩者的缺點：滾彎式作業(yè)精度不足，但是纏繞式的結構復雜、維護不方便，同 時造價較高。 由于我們機構設計的目的在于應用在一些作坊以及小公司的簡易零部件加工， 同時考慮到設備維護難度以及工作環(huán)境要求，滾彎式設計更能節(jié)約成本，同時由于 其結構簡單，維護容易，故采用滾彎式。 而滾彎式彎管機的主要加工步驟是： 1.先用夾緊塊緊固鋼管，同時保證預留出足夠的直線長度以完成彎管工序。 2.啟動機器，進行彎曲作業(yè)。 3.完成彎曲作業(yè)后，松開夾持裝置，拿下管件后并且復位模具。 4.將管件平穩(wěn)置放于檢驗夾具上，用標準件檢查管形同時進行校正。 5.重復進行以上操作，直到工件滿足其工藝要求。 11 第三章 機構設計 3.1 工件的工藝分析 要完成機構設計，首先需要從工件本身工藝性質出發(fā)，從而設計出能完成加工 工藝流程的工作機構。此彎管機工件原料采用無縫鋼管，擬取材質為 10 號鋼，該鋼 管外徑為 d=30mm,管壁壁厚為 t=2mm 的管件作為目標管件進行工藝分析。管件在彎 曲過程中，當彎曲變形程度過大時，彎曲弧的外管壁則會變薄，甚至發(fā)生斷裂。而 弧的內管壁則會變厚，可能會出現起皺。所以我們先考慮管件的加工特性。該管件 在彎曲作業(yè)時所能承受的最小彎曲半徑為 d*2=60mm,而在管件進行加工時，其加工 的彎曲半徑為 3.5 倍外徑（因為其壁厚小于 0.02d).即為 30*3.5=105mm，所以此管件 滿足彎曲半徑要求。下圖 3.1 和 3.2 分別為該類型管件的加工彎曲半徑示意圖以及 所能承受的最小彎曲半徑示意圖。 圖 3.1 加工彎曲半徑 圖 3.2 最小彎曲半徑 注：在我們選擇彎管工件時應當注意是否有該管件是否有裂紋，管壁不能外凸。 3.2 彎曲力矩的計算 現計算完成該類型的鋼管所需提供的彎曲力矩 擬設 為鋼管內徑r 為管材彎曲時的彈性應力系數s 為管材彎曲時的屈服應力系數b 為管材的壁厚t 為中性層的彎曲半徑（取 =95） 則此時彎管力矩公式可以表示成 2384bsrttrM 12 通過對管材彎曲時作業(yè)情況進行分析，我們不難發(fā)現，管材在越來越小的彎曲 半徑的情況下時，我們得提供的力矩是越來越大的，所以當管件用 進行作最 小 半 徑 業(yè)的時候，此時我們所需提供的力矩便是該管件所需的臨界值。 =2079.46+322.39=2402.03 Nm 238*364*082695M 3.3 選取電動機 通過查閱實際生產資料可知小型彎管機的彎管速度一般為 8r/min 則 P=M* =2402.03* 2012.29KW 602*8 即此彎管機工作時所需的功率為 2012.29 kw 故所需電機的功率 P = 電 12534 其中 為 V 帶傳動效率；1 為蝸輪減速器的傳動效率；2 為 的傳動效率；3齒 式 聯(lián) 軸 器 為一般圓柱齒輪效率；4 為滾子軸承的傳動效率。5 查機械設計手冊表 1-5 后可知 取 =0.96、 =0.8、 =0.99、 =0.97、 =0.98 則12345 P= =2840.99 KW298.0*7.80*96.21 由于在上述設計中，管件工藝分析時所采用的管件口徑較小，然而在實際作業(yè) 中，彎管機需要完成對不同型號管型的加工，所以在電機選取上應該選取功率更大 的電機，以滿足可能的需要。同時由于彎管機在整個工藝流程中，需要有自帶的制 動減速功能，就空間角度考慮，決定選用帶有渦輪渦桿減速器的電機。但是此時電 機正反交換的頻率相對較大，所以所選擇的電機轉速不宜過大，以方便進行制動。 現擬取電機的型號為 Y132S-6，其基本性能如表 3.1 表 3.1 電機 Y132S-6 的主要性能參數 型號 額定功率/kw 堵轉 最大轉達矩 滿載轉速 13 /（N*M）轉 矩 /(N*M) /（r/min） Y132S-6 3 2.0 2.2 960 查閱機械設計手冊表 12-3 可知 Y132S-6 電機的安裝以及外形尺寸如下 圖 3.3 電機安裝尺寸圖 表 3.2 Y132S-6 電機的安裝尺寸 型號 A B C D E F AB H K L Y132S-6 216 140 90 38 80 10 280 132 12 475 3.4 機構傳動比的計算與分配 由表 3.1 可知 Y132S-6 電機轉速 N1=960r/min ，而在 2.3 中已擬定彎管機的彎 管速度 N5 =8r/min 故可得 總傳動比 =N1/N5=960/8=120i總 查機械設計手冊表 1-6 可知 V 帶動態(tài)的傳動比的取值范圍為 07,開式圓柱齒輪的傳動比的范圍為 08。 擬取此電機的傳帶輪 V 帶傳動的傳動比為 =2.5，取此時圓柱齒輪的傳動比 =3,則1i 3i 可得出蝸輪蝸桿減速器中的傳動比為 =16。2i 3.5 各級傳動裝置的轉矩以及功率計算 為傳動比；其中下標 1 為電機與渦輪高速軸間的傳動比；下標 2 為渦輪高速i 軸與渦輪低速軸間的傳動比；下標 3 為渦輪低速軸與齒輪高速軸間的傳動比：下標 14 4 為齒輪高速軸與齒輪低速軸間的傳動比。 為傳動效率；其中下標 1 為傳動機與蝸桿高速軸之間 V 帶的傳動效率，取值 為 0.96；下標 2 為蝸桿高速軸與蝸輪間的傳動效率取值為 0.8；下標 3 為聯(lián)軸器的 傳動效率取值為 0.99；下標 4 為小齒輪與大齒輪嚙合之間的傳動效率取值為 0.97。 為輸入功率；其中下標 1 為蝸輪蝸桿減速器蝸桿軸的輸入效率；下標 2 為渦P 輪蝸桿減速器渦輪軸的輸出效率；下標 3 為小齒輪高速軸的輸入效率；下標 4 為大 齒輪低速軸的輸入效率；下標 5 為工作臺上工具模的輸入功率。 為軸的輸入轉矩；其中下標 0 為電機的輸出轉矩：下標 1 為蝸輪蝸桿減速器T 蝸桿軸的輸入轉矩；下標 2 為渦輪蝸桿減速器渦輪軸的輸出轉矩；下標 3 為小齒輪 高速軸的輸入轉矩；下標 4 為大齒輪低速軸的輸入轉矩；下標 5 為工作臺上工具模 的輸入轉矩。 （1） 下面進行各級裝置 N 的計算 彎 矩 由表 3.1 可知 電動機的轉速 N=960 r/min N1= =960/2.5=384 r/min 其中 N1 為渦輪的高速軸的轉速 im N2= =384/16=24 r/min 其中 N2 為渦輪的低速軸的轉速 N3= N2=24r/min 其中 N3 為高速齒輪的轉速（與低速軸嚙合） N4= =24/3=8r/min 其中 N4 為低速齒輪的轉速32i N5= N4=10 r/min 其中 N5 為彎曲模的轉速（與低速齒輪嚙 合） （2） 下面進行各級裝置 P 的計算 由表 3.1 可知 電動機 P=3KW 則 P =P* =2.88KW 11 P =P1* = 2.304KW 2 P =P2* =2.28KW3 P = * =2.21KW44 P = =2.19KW55 15 （3） 下面進行各級裝置的 T 的計算 = * =9550* = Nm 0950mPN3962.84 = * * = *2.5*0.96=71.61 Nm10i12.84 = * * =71.61*16*0.8=916.68 Nm2T = * =916.68 907.51 Nm330.9 = * * =907.51 =2668.37 Nm424i2.*3 3.6 電動機與渦輪蝸桿減速器之間的傳動帶的計算選取 在電動機和渦輪蝸桿減速器之間，我們需要選擇皮帶和一個帶輪作為傳動裝置， 而皮帶的選取取決的電動機的參數，即功率和轉速，根據表 2-1 可知，V 型 A 帶較 為合適。而 V 型 A 帶的帶輪直徑范圍71mm,現為方便加工計算，取定直徑為 100mm 的型號進行計算。 現對其工作速度進行計算，從而校核其是否符合要求 = =5.02 106*dn3.4*0961 此時 < 063. 16 V 帶的根數 z= 0LPK帶 帶 取 .97W= 帶 =帶 01 由機械設計表 8-2 選取 =K96. =L.0 得 z= =2.793.971*.96 取整后得 z 3.7 蝸輪蝸桿減速箱的計算與擇取 在上述結構設計中，我們需要將渦輪和蝸桿的夾角設計成 90，即根據機械 設計表 183 可知，我們可以選擇單機蝸桿減速器，蝸桿在蝸輪側面，蝸輪軸垂 直布置。 由 3.5 中所列計算可知 =825.01 Nm （渦輪低速軸）2T P1=2.88 KW （渦輪高速軸） 由 3.4 中可知在渦輪蝸桿減速器中 =16 i 而蝸輪蝸桿減速器中心距 32)(ZKTaE 即 a 124.2mm （驗算此數據可用） 則根據中心距和傳動比 選擇了下述蝸輪蝸桿減速器 其主要性能參數如表 表 3.3 蝸輪蝸桿減速器的主要參數 17 型號 公稱傳動比 轉速 中心距 額定輸入功率 額定輸出轉矩 CWS-125 16 750r/min 125mm 7.781KW 1400 Nm 3.8 聯(lián)軸器的計算和擇取 完成蝸輪蝸桿減速器的選取后我們需要將蝸桿的輸出軸和小齒輪的高速軸相連， 此時我們需要設計一個聯(lián)軸器。 由 3.5 可知 T =907.51 Nm （小齒輪高速軸）3 則渦輪軸的直徑 d 0nPA 其中 A =103126 P=2.304KW N=24r/min0 而在上述計算中可以看到，我們需要其能承受的力矩比較大，而由機械設計 表 8-7 可知 彈性柱銷聯(lián)軸器滿足設計要求。 根據渦輪軸的直徑，即此時渦輪軸的最小直徑 d=54.9mm 選用 LX4 聯(lián)軸器， LX4 聯(lián)軸器 GB5014200315284YBXJD 下表為聯(lián)軸器的主要參數 表 3.4 聯(lián)軸器參數表 型號 許用轉矩 Nm 許用轉速 r/min 軸孔直徑 軸孔長度 LX4 2500 3870 42,48,50,55 112 84 3.9 軸承的選擇 由于 工作時 同時受有 和 的作用，因此不能選用彎 管 機 軸 承 徑 向 力 軸 向 力 。而在上述計算中可以看出，此機構的軸件工作時轉速低，所受到的深 溝 滾 子 軸 承 作用力小。所以我們能選用 ?，F擬定選用 32910 和 30213 二種圓錐圓 錐 滾 子 軸 承 18 滾子軸承。 其主要參數及基本尺寸如表 3.5 表 3.5 圓錐滾子軸承的主要參數 型號 小徑 外徑 厚度 基本額定動 載荷 脂潤滑下的 極限轉速 32910 50 90 20 73.2KN 4300r/min 30213 65 120 23 102KN 3200r/min 3.10 軸的計算與設計及校核 軸徑 計算的 初 步 取軸的 為 鋼，進行調質處理。材 料 45 軸 徑 3*PdAn 其中 P 為軸 功率 2.56 KW傳 遞 的 為 轉速 24r/minn軸 的 A 為 許用 所確定的 ，軸 的 切 應 力 系 數 為 A=取 值 10326 取 A=115擬 定 則 342.561*dm4. 取 =4 19 則 352.41*8dm09.7 取 =5 由于 需進行軸向 ，故軸與 相接處 軸肩。半 聯(lián) 軸 器 定 位 半 聯(lián) 軸 器 需 設 計 軸肩設計： 的連接 為 ，并且軸 要短于 L，故半 聯(lián) 軸 器 長 度 m84L段 長 度 軸段長度 ，軸徑與 直徑相等，即 。軸肩后擬 定 m821L半 聯(lián) 軸 器 m51d 是齒輪段， ，取 的總厚度為 。鏈 接 的 60d故 取 軸 承 端 蓋 42 由 的裝配與拆卸要求以及為了便于對于軸承進行潤滑，擬取 外端軸 承 端 蓋 端 蓋 面與 左端面間的 。軸承座要求 起支撐 ，故取半 聯(lián) 軸 器 12L距 離 對 軸 承 作 用 的壁厚為 ，取 與齒輪間距為 。取 的寬厚為 ，軸 承 座 m25軸 承 座 m15齒 輪 m175 故 左端需設計軸肩齒 輪 設計：因為 與齒輪間距為 同時 與軸承間距 ，則軸 肩 軸 承 座 軸 承 座 8 軸肩的 ，且軸承的厚度為 17mm，而 至左端的 要長于23815長 度 為 軸 肩 對 象 對應 的厚度，取值 ，直徑 。軸 承 m60 在軸和齒輪以及半聯(lián)軸器之間的軸向定位均擬用平鍵聯(lián)接。 查閱機械設計手冊表 4-1 可知當公稱直徑 d 的取值范圍在 5865 時鍵的截 面為 B（鍵寬）*h（鍵高）=18*11 鍵槽的長度為 160mm，因為其加工使用鍵槽刀加工，并且為使 與 間的配合軸 齒 輪 有較好的對中性，所以 與 輪轂的 配合選為 ；公 差 軸 齒 輪 公 差 n6/7H 同上，因為 與 之間采用 聯(lián)接，取 的尺寸為半 聯(lián) 軸 器 軸 平 鍵 平 鍵 ，故 的配合 為 。m7016半 聯(lián) 軸 器 公 差 k/ 又因為 與滾動 之間采用的 的軸向 ，所以此處 軸直徑軸 軸 承 過 渡 配 合 定 位 選 用 20 的 為 ，軸端倒角為 。尺 寸 公 差 n6452 軸的 與載荷校 核 計 算 310.96TNm 其中 = 352tFd 3*.4081 則 0tantan2861*coscos9.7rN14 = 0*t4taF.83 根據軸 條件及尺寸 ，軸的 跨距為 ，則由軸的 、裝 配 可 知 支 承 m21a彎 矩 扭矩圖以及 結構圖中 看出截面 C 危險截面?，F將計算 的 C 處的軸 的 可 以 屬 于 出 截 面 、 、 的值如表 3.6HMV 表 3.6 界面 C 的系數表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F =2430.5N =2430.5N1N2NHF=1005.7N =794 N1NF2VF 彎矩 M =268570 N/mmH =111129 N/mm =87734N/mmVM 總彎矩 =290653 N/mm =282536 N/mm12 扭矩 T =1 020 960N/mm3 21 軸的 :彎 矩 圖 圖 3.4 彎矩圖 進行 時，通常 危險 。則由校 核 只 有 的 強 度截 面 C = = (2-16) 2213caMTW2239065.*1096pa3.1M 已 ，并進行 ，可得 因此鋼選 定 軸 的 材 料 為 4調 質 處 理 160 22 < ，故安全ca1 故小軸的結構尺寸如圖 3.5 圖 3.5 小軸 設計原理 類同。故 省略 計算過程， 出小軸 應為 軸。由 于 大 軸 的 小 軸 在 此 類 似 推 算 也 安 全 因為軸是與工作臺相連，同時因為工作臺在作業(yè)時要求平穩(wěn)以保證作業(yè)精度， 而從上可知此軸的轉矩較大，故軸 連接擬用 連接。與 工 作 臺 的 矩 形 花 鍵 由 有靜 聯(lián) 接 32*10pmTpzhld 現對 進行 計算。 矩 形 花 鍵 設 計 查閱機械設計手冊可知 不均系數 ，現擬取載 荷 分 配 8.078.0 則取 花 鍵 齒 數 z8花 鍵 工 作 高 度 = h2Dd 68m3 23 =齒 的 工 作 長 度 lm80 花鍵的平均直徑 = d2D = = m6 則 =56.77Mpa< =100140Mpa p 32*57100.86p 故此 安全矩 形 花 鍵 ，為了 在軸上， 在 鉆螺紋 ，其 M12-深同 時 緊 固 彎 曲 模 從 而 軸 端 孔 規(guī) 格 為 30mm，軸的 如下圖主 要 尺 寸 圖 3.6 大軸 3.11 齒輪的設計與計算 在此機構設計中，只有一對傳動齒輪，且為了作業(yè)時工作臺能保持平穩(wěn)，以及 考慮加工維護 ，故選用 。由于 的 較低，故方 便 直 齒 齒 輪 傳 動 彎 管 機 工 作 速 度 7 級 。 ：選 用 精 度 齒 輪 材 料 選 擇 為 小齒輪 （ ） ， 280HBS， 為 45 鋼（ ）r40C調 質 硬 度 為 大 齒 輪 調 質 240HBS，兩者 均為 40HBS硬 度 為 材 料 硬 度 差 24 為齒 面 接 觸 強 度 設 計 公 式 21312.*tEtdHKTZid 所取 分別為其 中 系 數 值 載 荷 系 數 tK3.1 =小 齒 輪 傳 遞 的 扭 矩 Tm96.02N 齒 寬 系 數 d =189.8MPa 材 料 的 彈 性 系 數 EZ1/2MPa 大齒輪的接觸疲勞強度極限 =550Mpa；2 =600Mpa極 限小 齒 輪 的 接 觸 疲 勞 強 度 1 將 以 上 取 值 代 人 公 式 13.9 mm1td 55mm 為了 2*小 齒 輪 直 徑 為 實 現 t 因 此 取 1tm40此 時 齒 輪 中 心 距 = 12tdai13m280 初 步 定 80 =17 30， = 初選 =23， = ，則 = =69一 般 1z08151z02zi1 m= = 則 12cosa*cos369.5 取 6m = = 則 12zcosa 0*8cos169. 25 取 12z9 = , 則 按 2zi1可 得 32z6 = = 則 1cosma09.7 = 則 小 齒 輪 1tdsz4 大 齒 輪 2tcom0 齒 厚 1dtb1684. 取 大 齒 輪 厚 270 則 小 齒 輪 厚 取 1m5 ,由 = = *103 驗 算 齒 輪 tF31tTd*2.9640N1457 < 合適 AtKb/.8Nm/ ，大、 的 及其綜 上 小 齒 輪 結 構 設 計 尺 寸 如 圖 圖 3.7 大齒輪 26 圖 3.8 小齒輪 3.12 大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計 由于軸的結構設計可知，其主要是靠鋼板支撐，但是因為所選用來作為支撐作 用的 的厚度不能太大（所選鋼板過厚則重量過大后支撐管設計困難，同時增鋼 板 大了成本） ，同時所選用的軸承的厚度較大，所以通過用螺釘將軸承座緊固在鋼板上， 從而支撐起軸承，進而支撐軸。軸承的材質選用 45 號鋼。這樣的設計較傳統(tǒng)設計降 低了成本，同時安裝方便，維修便捷。在螺釘選用上，因為其軸向力不大故采用四 根 M10 內六角螺釘進行緊固。至于軸蓋的設計，其參數與對應的軸相適配，材質同 樣選用 45 號鋼。 上述設計的簡圖與參數如下所示 圖 3.9 大軸前端蓋 圖 3.10 大軸后端蓋 27 圖 3.11 大軸承座 圖 3.12 小軸承座 圖 3.13 小軸后端蓋 圖 3.14 小軸前端蓋 3.13 軸套的結構設計 在此設計中，軸套的作用為對軸進行軸向定位，同時對軸以及軸承的配合起到 保護的作用，查閱機械設計后可知 的厚度是由所裝配的圓錐滾子軸承的安軸 套 裝尺寸所決定，即厚度 B=d -d ， 由 3.3 的計算可知a1 高速軸的軸徑 d = mm 且所選用的圓錐滾子軸承所對應的 d 取值范圍為160 a 57mm-83mm 則此時擬取 B=6mm 28 而此時低速軸的軸徑為 90mm 所選用的圓錐滾子軸承所對應的 d 取值范圍為 74mm-a 111mm 此時 擬取 B=8mm 軸套采用調制后的 45 鋼作為材料，下圖為其尺寸參數 圖 3.15 大軸軸套尺寸 圖 3.16 小軸軸套尺寸 29 第 4 章 擋料架以及蓋板的設計 4.1 蓋板的結構設計及計算 因為我們需要將行程開關以及 需要裝配在蓋板上，同時蓋板需要打定擋 料 架 位孔，所以蓋板厚度取值為 ，蓋板材質取綜合性能優(yōu)異的 45 號鋼。而在整體20m 機構設計中，我們知道蝸輪蝸桿與電機以及兩者間傳動裝置整體所占的 決定了空 間 蓋板的尺寸規(guī)格。 表 4.1 蓋板長度設計相關的技術參數 電機與蝸輪 蝸桿減速器 的中心距 電機安裝地 板的腳寬 大飛輪分度 圓直徑 壁至電機腳 的空間長度 壁到大飛輪 的空間長度 壁厚 a=520mm L1=280mm d2=250mm L0=90mm L2=110mm B1=10mm 則其 的計算為 =1004.6mm長 度 ad2/ L1 02 b1L 但是由于蓋板本身的長度是要長于理論值，從而方便裝配，則兩邊分別應該預 留出 10mm 此時蓋板的長度取整計算為 L=1005+10*2=1025mm 而蓋板的寬度取決機構設計中橫置的零件的尺寸，而在上述設計中，我們可以 了解到，在傳動機構中，橫置零件尺寸最大的應為低速軸大齒輪。其寬度為 。而為了安全角度考慮，我們應當在兩側到齒輪間預留出足夠大的寬度，420md5 方便傳動機構的裝配?，F擬取大齒輪到左邊側板的距離為 ，到右邊側板10mB 的距離為 mm。則此時蓋板的寬度16B 684201d5B21 則蓋板的規(guī)程參數為 (m)*568h*L 30 下圖為蓋板的 及設計簡圖，其中包括了預留出的需要裝配零件的位置極其尺 寸 尺寸標注。 圖 4.1 蓋板示意圖 4.2 彎管機整體結構的設計及其參數的計算 完成了彎管機內部傳動裝置的主體設計后，我們需要對其進行固定，而對于這 種小型非標機器，其內部零件的固定主要是機身設計。而在大部分此類小型加工機 器的機身固定都是采用將 裁剪后，采取 的方式連接起來，從而完成一體鋼 板 焊 接 式的機身構造從而進行內部零部件的 。且為了保證彎管機在工作時候能保證穩(wěn)支 撐 定，我們需要設計機器腳板，同時通過 進行固定，從而保持其作業(yè)的時候地 腳 螺 釘 的穩(wěn)定進而保證彎管精度。 下先對腳板尺寸進行初步設計，初擬腳板尺寸 （mm） 10*28h*LB 而腳板的材質我們一般選用常見的 45 號鋼。 完成腳板設計后，我們選擇管材 ，而鑒于機身主體的設計形狀，對 機 身 進 行 支 撐 我們選擇了 25 號 作為 ，初擬其規(guī)格為 mm方 管 鋼 支 撐 鋼 管 4*60 地腳距離腳板的長度定為 80mh1 由于底板需要完成整個 和電動機的承重任務嗎，所以底板的蝸 輪 蝸 桿 減 速 器 31 厚度擬取為 ，材質還是采用比較常見的 45 號鋼。20m 底板設計完成后，中板的規(guī)格和底板保持一致。而在中板之上的是齒輪傳動機 構，同樣的設計裝配四根支撐鋼管完成承載受力，尺寸和材質與上述保持一致。而 蓋板的尺寸設計與中板以及底板保持一致。但是不同于底板的設計的是，由于我們 需要對機器進行不定時的檢修和維護，所以蓋板的固定方式應當采用可拆卸式的設 計，所以采用螺釘對蓋板與 之間進行固定。同時，四根支撐管的管口用機 身 的小鋼板進行焊接封口。20(m)*8hL*B 而在機身的四周，在中板和蓋板之間，我們?yōu)榱税踩c機器壽命考慮，我們需 要安裝四塊尺寸為 的鋼板進行固定密封。25(m)*90hLB 而在中板和底板之間，考慮到承重因素，在機身兩側的分別裝配兩塊承重鋼板， 其尺寸為 。而剩下的兩個面可以用鐵絲網包住，從而保證()54*87 操作員的安全。 下圖為上述設計的簡圖 32 圖 4.2 彎管機機身示意圖 4.3 擋料架結構設計 由于彎曲鋼管時的有反作用力，僅僅依靠夾持裝置對其反作用力進行抵銷是遠 遠不夠的，所以我們需要設計擋料架來抵消此作用力，同時完成輔助定位的作用， 保證彎管機的作業(yè)精度。 在 2.1 的分析中我們比較后決定采用了 的工作原理，而在這種彎管方滾 彎 式 式的工作過程中，擋料輪與管件的 較小，所以假如選用較硬的金屬材質，容接 觸 面 易在短時間的接觸內對管件造成損傷，故我們應當采用硬度較低的材質，又考慮到 此彎管機面對的市場定位，故采用常見的 H62 作為主體材質，同時擬定其尺寸黃 銅 33 為 。60mH 1D 接著我們用材質為 45 號鋼的軸以及軸蓋完成擋料輪的固定，其尺寸規(guī)格分別是 D1=20mm 與 D*H=56*20（mm） 。所選用的鍵也為 45 號鋼，尺寸為 。40m*6hL*B 而此時我們選用的軸承需要承受重力和軸向力，所以選用圓錐滾子軸承。軸承代號 為 30203。 而對于輪架的設計，我們采用常見的 45 號鋼，其尺寸參數為 。輪架的鎖緊采用 ，通過手輪進行固定鎖緊螺紋10(m)*84hL*B自 鎖 螺 紋 采用自鎖螺紋。同時用一個軸和兩個滾子軸承配合支撐滾輪，從而將其裝配在輪架 上，以減少滾動摩擦，提高工作精度。 下表為擋料架的設計參數。 表 4.2 擋料架參數表 在彎管作業(yè)時，不同型號的管材所需 相差較大，同時僅僅調整擋料輪彎 曲 半 徑 架不能達到所需的彎曲半徑，故為了增大擋料輪的彎曲半徑范圍，采用不定位式的 當