2692 钢管自动下料机
2692 钢管自动下料机,钢管,自动,下料机
钢管自动下料机摘 要钢管自动下料机床是带式输送机托辊钢管切断、两端倒角一次自动完成的专用设备,该机床自动化程度高、加工精度高,如送料,定位,夹紧,倒角,切断依次进行,一次就能满足钢管的加工精度,不需要辅助加工,并且安装调试方便。该设备采用的是硬质合金刀(YT5 系列刀具) ,其硬度,耐磨性,耐热性都很好,切削速度远比高速钢快得多。液压系统中使用了双联泵供油,保证了运动速度,切断采用进口调速出口被压装置,使切断速度可调、工作稳定。钢管加工过程,由“自动送料送料到位夹紧夹紧到位进刀进刀到位自动落料 放松退刀退刀到位自动送料”循环进行,大大提高工作效率,并能适应大批量生产加工。本产品在生产中应用可以提高产品质量和经济效益,降低劳动强度。此次的设计主要是针对金属管材进行加工的切管机,完成的工作主要是下料机结构简图、主轴箱体和装配图的设计。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,绘制了装配图、结构简图和装配图。然后又针对各主要基本件,绘制了 2 张零件图。关键词: 切断倒角 刀具 液压系统 转动方案AbstractSteel pipe to be automatic feeding machine is of belt conveyor idlers cut off both ends, steel pipe Angle pouring a automatic completion of special equipment, this machine a high degree of automation, processing precision is high, such as feed, orientation, clamping and chamfering, to cut off the last out, one at a time can meet the machining precision of the steel tube, dont need to assist processing, installation and debugging is convenient. This equipment use is hard alloy knife (YT5 series tools), its hardness, wear resistance, heat resistance are all very good, high speed steel paper cutting speed than much faster. Hydraulic system used in double pump oil supply, ensure the movement speed, cut off the import export be pressure to speed device to make the cut speed adjustable, working stability. Steel pipe processing process,from automatic feed-feed place clamping clamping in place feed feed in place to be automatic blanking relax recede cutter knife in place back automatic feedcycles, and greatly improve the work efficiency, and can adapt to mass production and processing.This product can be used in the production process to improve product quality and economic efficiency, reduces the labor intensity.This is designed to carry on the processing of metal pipes cut pipe bender, complete the main job is feeding machine structure diagram, spindle box and the design of assembly drawings. Including the design and calculation of transmission device, including the choice of motor, transmission scheme of the draft, the axis of rotation speed, torque and power calculation. General structure design, including the axis of the size of the design, the main transmission parts of the design of the structure size. And according to the design and calculationof the detailed check. Finally, through the data retrieved, mapped the assembly drawing, structure diagram and the assembly drawing. And then on the main basic parts, painted two to drawing.Keywords: cut off chamfering tool hydraulic system turn scheme 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计目 录前 言 .11 钢管自动下料机 .41.1 机床主要规格及技术参数 .41.2 机床简介 .41.2.2 机床工作适用条件 .51.3 机床结构概述 .51.3.1 机床工作原理 .51.3.2 各主要部件结构、性能 .51.4 机床电器系统 .61.4.1 电源 .61.4.2 控制按钮功能 .61.4.3 可编程序控制器(PLC)简介 .72 机床元件主要参数的选择及校核 .82.1 刀具的选择 .82.1.1 刀具牌号材料的选择 .82.1.2 刀具结构的设计 .92.2 电机的选择 .92.1.1 转速的确定 .92.2.2 初选传动比 I 和齿轮齿数 .102.2.3 初算刀具的切削力 FC, (按切断刀计算) .102.2.4 确定电机的参数 .112.3 齿轮的确定 .122.3.1 直齿轮参数的确定 .12 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2.3.2 斜齿轮参数的确定 .132.3.3 齿轮的校核 .142.4 皮带的选择与计算 .182.5 主轴的校核计算 .202.6 轴承的的校核 .232.7 液压系统 .252.7.1 结构: .252.7.2 工作原理 .253.送料机构的设计 .263.1 送料机构形式的确定: .263.2 送料小车的设计 .273.2.1 确定传动形式 .273.2.2 选择小车电机 .273.2.3 皮带的选择 .283.2.4 蜗轮蜗杆的确定及其校核计算 .293.2.5 车轮的布置 .313.3 小车轨道的选择 .324定尺机构 .334.1 机构简介 .334.2 动作顺序 .334.3 工作原理 .335.简单故障的处理 .345.1.液压故障的处理 .34结 论 .35参考文献 .36 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计致 谢 .37 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计前 言钢管是一种多功能经济断面钢材,它在国民经济各部门应用愈来愈广泛,需求量也越来越大。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。它一方面广泛用于输送油、气、水等各种流体,被人们称为工业“血管”;其次大量应用于机械制造和建筑工业,也是一种抗弯能力较强的结构材料,另一方面钢管作为中空的零件毛坯用于制造滚动轴承、液压支柱、液压钢简体、空心键、花键套、螺母以及手表壳等,这既节约金属又节约加工工时;其次钢管又是军队工业中的重要材料,如用于制造枪管、炮筒及其他武器,随航空、火箭、导弹、原子能与宇宙空间技术等的发展,精密、薄壁、高强度钢管的需求量迅速增长。随着钢管的需求量的日益增大,钢管的生产也显得尤为重要,而钢管自动下料机的应用,主要是为了降低劳动强度,节约人力,提高产品质量。当然,保证经济性也是这次设计的重要考虑的重要项目之一。目前国内外主要有手摇式、磁力式、链条式、轨道式钢管下料机。手摇式钢管下料机(管道下料机)优点:制造成本低、价格便宜。缺点:1、手摇速度不均匀,切割粗糙;2、下料机在绕管子转动的过程中,很多位置不好手摇操作,如顶面、底面等;3、切割中途出现紧急情况,不能及时关闭火焰;4、以链条限定行走轨迹会造成定位不准,切割精度不够,割口差,钢管常需要进行焊补或补割。磁力式自动管道下料机优点:磁力式是利用磁 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计力小车做行走机械,实现了自动切割。缺点:1、对钢管椭圆度不好的情况下,磁力小车沿管壁走,行走路径改变,特别是大口径钢管,焊接后椭圆度很难保持很好,切割效果不好。2、在表面有涂层或保温层等情况下,磁力减少,无法克服自重,磁力式无法工作。3、在切割有缝管特别是螺旋管时,磁力式行走轨迹发生变化,磁力小车在经过螺旋管的焊缝处易掉下来或是由于颠簸,行走机构车轮走偏。4、不锈钢等无磁性管道不能切割。5、磁力下料机放置到管子上的时候很难保证切割机体与管子端面的平行,行走偏差不可避免,管径越大,偏差越大,因此常常先画线,切割过程中再由工人实时监控,出现偏差再手动干预,浪费工时,同时又不能彻底保证质量。链条式自动管道下料机优点:链条式自动下料机,克服了磁力式自动下料机切割过程中掉下来的。缺点:1、链条节与节之间有空隙,使用链条作为轨道,很难保证切割精度。钢管口径越大,误差越大;2、链条为要一节一节安装,链条在安装过程中是松弛的,安装好的链节容易脱落,安装费时费力,并容易加剧上述 1 的缺点。并克服了手动链条式切割机的部分缺点,但依然有其致命的缺点。定位块式管道下料机 优点:定位准,切割准确。缺点:1、制造成本高;2、设备重,部件多,安装费时费力;3、配件多,价格昂贵,且一组定位块只能适合某一种特定管径,一个齿条轨道,只能适合其中几种管径的切割,要实现柔性功能,要配全各种型号的配件。4、国内没有厂家做这种下料机,一般都是从国外进口,维修成本高,一次维修费高达万元以上。STZQ 系列轨道链条复合式自动管道下料机 优点:1、超高的切割精度;2、方便的控制模式; 3、简便的安装过程;4、更强的适应能力;5、优越的防滑性能 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计在本次研究中,稍微吸取上述下料机的各自优点,并结合我国实际情况,设计了一款定位块式托辊钢管切断机。目的在于对我国钢管切割方面尽一点绵薄之力意见,以求在一定程度上提高产品质量和经济效益,降低劳动强度。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计1 钢管自动下料机1.1 机床主要规格及技术参数切断钢管直径 60-159切断钢管长度 200-2000mm切断长度误差 0.5mm切断两端面平行度 0.4mm最大送料长度 12000mm工作时,除上料外,其余工序(送料、定位、夹紧、倒角、切断)在此设备上自动完成,调整简单、自动化程度高。该设备应采用硬质合金刀加工,工作效率高,采用可编程序控制器(PLC)为中心的控制系统,限位采用无触点开关,动作程序准确可靠。1.2 机床简介1.2.1 机床主要用途及适用范围本机床是带式输送机托辊钢管切断、两端倒角一次自动完成的专用设备。倒角、切断后不需辅助加工,其精度能满足托辊钢管的技术要求。适用于目前国内外生产的带式输送机托辊钢管的切断加工。除上料外,其余工序(送料、定位、夹紧、倒角、切断)在此设备上自动完成,调整简单,自动化程度高。该设备采用硬质合金刀加工,工作效率高。采用可编程序控制器(简称PLC)为中心的控制系统,限位采用无触点开关,动作程序准确可靠。适用于大批量的专业化生产。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计1.2.2 机床工作适用条件适用于海拔不超过 1000 米,环境温度在 1040之间,无粉尘及各种腐蚀介质的场合,被加工的管子须去除浮锈。1.3 机床结构概述1.3.1 机床工作原理机床的工作过程: 小车在导轨上推动钢管前进,钢管穿过中空的主轴,顶住主轴箱另一侧的定尺机构,由定尺确定要切断倒角的钢管的长度(从切刀刀头到定尺的边缘即为工件的切断长度) 。当电机带动小车推动的钢管顶住定尺时,定尺右侧的感应开关发出信号,弹簧夹套立即夹紧钢管,待夹紧到位后倒角刀切断刀依次进行,整个过程钢管逆时针连同主轴一起同步旋转,刀具做进给运动.待刀具到位后被切断的钢管自动落料,刀具放松退回到位,下一次循环开始.整个循环过程按照“小车送料-送料到位-夹紧-进刀-进刀到位-自动落料-放松退回-退回到位-小车送料”的步骤进行。1.3.2 各主要部件结构、性能主轴箱座: 材料选用铸铁,有减少震动作用,支承主传动箱及主轴电机,并连接定尺机构。主传动箱:通过主轴电机经减速机构带动主轴转动,并通过夹紧轴、弹簧夹套使钢管旋转,且可根据不同管子的直径实现变速。刀架(两套):由液压缸带动执行进刀、退刀,分别实现钢 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计管的倒角、切断。送料小车:此小车由电机通过减速机构带动行走,推动钢管到位后进行加工。定尺机构:根据要求,可沿床身导轨移动定尺座,调整钢管的切断长度。工作时,定尺油缸伸出实现钢管定位,然后自动退回- 保证切断后的钢管顺利退出。1.4 机床电器系统1.4.1 电源操作台外接电源为三相 380V50HZ 交流电,零线需可靠连接,保证 50A 电流,电源线大于 10mm2,操作台内“31”号线(PLC 接地线)必须单独接地,导线大于 2mm2,接地电阻小于 100,切不可与其它设备共地。1.4.2 控制按钮功能(1)主令开关 SA:用于工作方式转换,自动循环-循环停止-手动调整。(2)油泵启动、油泵停止、主轴启动、主轴停止,分别用于控制油泵电机和主轴电机,它们的使用没有工作方式的要求。(3)送料:料车退回为点动按钮,控制料车的前进和后退。(4)夹紧:在手动调整状态下使用,按动此按钮,夹紧油缸动作,夹紧工件,再按一次则松开(此时主轴孔中必须有相应尺寸的工件) 。(5)进刀、退刀:在手动调整状态下使用,为点动按钮。(6)循环启动:在自动循环状态下使用,使设备自动连续工 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计作。在循环状态工作中,当管端与小车顶尖顶紧不牢时,可按送料按钮使小车顶紧管子。(7)紧急制动:在紧急情况下使用,可切断控制电源,紧急停止设备动作。1.4.3 可编程序控制器(PLC)简介PLC 是设备控制系统的中枢,其内部结构是高精度、大规模集成电路,应特别注意维护与保养,并做定期检查,及时解决出现的问题。不要放置于高温、潮湿、振动或有冲击的地方。运输时应采取防振措施,尽量减少振动。不要用腐蚀性较大的溶剂擦洗机壳。注意不要把电线头、螺丝等零星物品落进机壳内。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2 机床元件主要参数的选择及校核2.1 刀具的选择2.1.1 刀具牌号材料的选择加工钢管材料为碳素钢,选用硬质合金钢刀具,YT 类刀具适合加工碳素钢,YW 类刀具加工铸铁,硬质合金的硬度,耐磨性、耐热性很高,切削速度远超过高速钢,加工效率高。而 YT5 相对YT15 韧性较好 ,硬度较高,不易损坏。所以刀具选用 YT5。牌号 WC TIC TAC CO 密度 硬度 抗弯强度抗压强度弹性模量ISO 牌号TY5 85 5 10 12.513.289.5 104 4.6 590600P30 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2.1.2 刀具结构的设计切刀倒角刀2.2 电机的选择2.1.1 转速的确定刀具的切削力 Fc 与切削速度 V 有关,当选择进给量 s,转速 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计到达 n 稳定时,切削力基本保持不变。整个过程的动作时间(自定尺后到倒角切断完成过程中)为15 秒。主轴的旋转速度 n1 名义切向力: Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x11.76/112x595 得 3353N圆周速度:v=nmaxZ1mn/6000COS nmax=595r/min=3.14x595x4x28/60000 得 3.49m/s动载系数: Kv=1+k1/(FKA/b)+K2Z1vi2/(1+i2)1/2/100=1+12.10x30/3353x1.2+0.0192x28x3.49x(4/1+4)1/2/100=1.002b=30mm 由表 3.4-37 k1=12.10,k2=0.0192齿向载荷:KH=1.1 由图 3.4-5 3.4-6, 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计b/d1=30/112=0.27 分布系数: KF=1.2 KH=KF=0.18+1+0.15 得 1.33齿间载荷:KH 由表 3.4-38 FtKA/b=3353x1.2分配系数:KF KH= KF/30=134N/mm节点区域系数:ZH 图 3.4-7 得2.5弹性系数 : ZE 表 3.4-39 189.8(N/mm2)1/2 齿轮副均为钢 重合度及螺旋角系数 Z(接触) 图 3.4-8 得0.9=1+2=0.75+0.91=1.66许用接触应力: 图 3.4-3 及图 3.4-9 采用 HJ-20,v=17-23,HP=1150x0.91 得 1047N/mm2ZLVR=0.91复合齿行数: 剃齿图 3.4-11 YFS=4.84复合度及螺旋角系数(弯曲) 图 3.4-12 Y=0.70许用齿根系数 : 3.4-4FP=1.3X360 468N/mm2按接触强度验算模数 :mH=267KAKHPntKVKHKH1 名义切向力:Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x10.37/(220x417) 得 2147.7N圆周速度:v=nmaxZ5mn/6000COS nmax=417r/min=3.14x417x44x5/(60000x0.9) =82022 得 4.85m/s动载系数: Kv=1+k1/(FKA/b)+K2Z1vi2/(1+i2)1/2/100=1+12.10x84/2147.7x1.2+0.0192x44x4.85x(1.982/1+1.982)1/2/100=1.782b=84mm 由表 3.4-37,k1=12.10,k2=0.0192齿向载荷 : KH 由图 3.4-5 3.4-6, b/d1=84/220=0.38 分布系数: KF KH=KF=0.36+1+0.2 得 1.56齿间载荷: KH=1.1 由表 3.4-38 FtKA/b=2147.7x1.2分配系数: KF=1.2 KH= KF /84=30.68N/mm节点区域系数: ZH=2.5弹性系数: ZE= 189.8(N/mm2)1/2 齿轮副均为钢 重合度及螺旋角系数:Z=0.9=1+2=0.75+0.91=1.66 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计许用接触应力: 采用 HJ-20,v=17-23,HP=1150x0.91 得 1047N/mm2ZLVR=0.91复合齿行系数剃齿图 3.4-11 YFS=4.84复合度及螺旋角系数(弯曲) 图 3.4-12 Y=0.70许用齿根应力: FP=1.3X360 468N/mm2按接触强度验算模数 mH=267KAKHPntKVKHKH 4mm按弯曲强度验算模数 mF=3.240mm4mm结论 模数取为 4mm 满足设计要求2.4 皮带的选择与计算保证带在工作中不打滑,并具有一定的疲劳强度和使用寿命是 V 带传动设计的主要根据,也是靠摩擦传动的其他带传动设计的主要根据。此机床选择普通 V 带中的 B 型带,其设计计算如下:计算功率 PC=KaxP=1.2x15 18kw选择带型 小带轮转速 n1=980r/min B 型带小带轮的基准直径 dd1=125-140 取 140mm 为了提高带的 寿命,如结构允许应选较大直径 大带轮的基准直径 dd2= n1dd1/n2(1-) =1.65x140x0.99 带速 v=dd1n1/60x1000vmax v=20 初定中心距 0.7(dd1+dd2) a 0.7x362=253mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计a0=255mm带基准长度 Ld0=2a0+ (dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2x255+/2x362+822/(4x255) =1120mm中心距 a=a0+(Ld-Ld0)/2=255+17 =272mma 的范围: amax=a+0.03 Ld=272+33.6=306mmamin=a-0.015 Ld =272-16.8=255mm小带轮的包角 a1=180-(dd2-dd1)x57.3/ a120 a1=162.7单根 V 带传动功率及其增量 P0=2.2KW P0=1.5KW带的根数 Z Z=0.95x0.84x18/3.7=3.84 Z 取 4 根单根带的初拉力 F0 F0=500(2.5/ K-1)P/ZV+mv2 =500x(2.5/0.95-1)15/4x7+0.2x72=447N 作用于轴上的力 Fr Fr=2F0Zsin(/2)=2x447x4xSin80 =3504N 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2.5 主轴的校核计算设计图纸中可以看出,主轴为最危险轴只需考虑主轴的强度是否符合要求,主轴的结构简图如下:主轴的转速为 n 转=4170.90.98=368r/min 由于机械损失传递到主轴的功率 P=150.80.90.980.90.98=9.34KW 传递到该轴的扭转力矩为 MeMe=9550P/368=95509.34/368=242.4Nm ,力矩 Me 是通过齿轮传送的应有(F 为切削力) F*D/2=Me(D=0.435m)就是F=2Me/D=2242.4/0.435=1114.5N 由平衡方程得齿轮上的法向力Fn 对轴线的力矩 Me应与轴上的力矩 Me 相等 即 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计Me=Fncos45d1/2=Me Fn=2 Me/( cos45d1)=(2242.4)/(24010-30.707)=2857N 具体的弯矩和扭矩图如下 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计在截面 1 上,扭矩为 242.4Nm 合成弯矩 M 分别为 M=(Mx2+My2)0.5=(1288.72+14012)0.5=1903Nm 抗弯截面系数 W=(D4-d4)/(32D) 其中 D=240mm d=180mm W=9.210-6 最大许用应力为=85MPa按第三强度理论进行校核,则有(1/W)*(M2+T2)0.5=(1/9.210-8)(19.32+242.42)0.5=22.7Mpa符合强度定义,该轴满足设计要求2.6 轴承的的校核由设计图纸可知主要考虑轴承所受的轴向力,径向所受的力只是受载荷作用的重力,只需考虑角接触轴承所受的力,它是靠液压缸的运动推动其运动的,液压缸的缸内面积A=r=3.14 (110/2)2=9.510-3m2 液压缸所受压力为F=PA=4.51069.510-3=4.3104N 两个相同的缸共受力 F 总=2F=86KN 输出载荷为 Poc=K0P0=1.15F 总=1.158.6104=9.89104N。而轴承间是以背对背的方式进行组合的。其中轴承的基本参数如下:计算结果1.寿命的计算(1)选取轴承型号 7240AC 由轴颈直径及载荷性质径向基本额定动载荷 Cr 3.1-9 558KN径向基本额定静载荷 C0r 3.1-9 895KN极限转速 nlim 3.1-9 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计900 r/min判断系数 e e=0.68系数 Y =0.87系数 X =0.41(2)计算附加轴向力轴承径向载荷 Fr1,Fr2 Fr1= Fr2 500N附加轴向力 S1,S2 S=eFr 1020N(3)计算单个轴承的轴向载荷轴向载荷 FA 9.89104 N Fa1=S1 =1020NFa2=S1+FA= 9.992104N(4)计算当量动载荷Pr1 Fa1/ Fr1e 912.6NPr2 Fa2/ Fr2e 3.8510 4N(5)寿命 L10h 106/60n(c/p) 18.510620000h 额定静载荷验算(1)当量静载荷Por1=Por2=9.89104N (2)所需额定静载荷安全系数 S0 2.5S0P0r 247KNC0r(3)极限转速计算载荷系数 f1=1载荷因数 f2=0.9 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计f1 f 2 nlim 810r/minn 轴校核结果 符合要求2.7 液压系统2.7.1 结构:泵组由 Y132M1-6 交流异步电动机经 NZ 挠性爪型联轴器带动 YB1-10/32 双联叶片泵组成。油泵的吸油口加设 WU-100180网式滤油器,防止油液中较大颗粒进入液压传动系统引发控制阀的误动作。本系统由卸荷阀控制低压大泵的卸荷,由溢流阀设定小泵压力。液压元件采用叠加阀。油箱内设隔板,使吸、回油管分开。2.7.2 工作原理由双联叶片泵排出液压油分两路进入液压系统:小泵排出油液经单向阀 l、大泵排出油液经单向卸荷阀 k,这两部分油液合并进入油路块。采用此回路可以使各油缸快速运动而需大流量低压油时,由双泵同时供油,保证了运动速度;而切断缸、倒角缸工作进给时用油量极小,此时大泵排油全部经卸荷阀在低压(3Mpa )排回油箱。这种设计既可保证系统的高工作效率,又可节能和减少发热。切断和倒角回路均采用背压阀,可使进给运动平稳,减小负载变化的影响,避免切断工件时刀具前冲。选用调速阀可根据加工需要任意调整速度。夹紧回路中使用了液控单向 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计阀可使夹紧运动不受系统中压力波动的影响。系统压力由溢流阀调定。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计3.送料机构的设计 3.1 送料机构形式的确定:3.1.1 送料小车它采用电机驱动小车在导轨上进行送料,它具有使用方便耐用能,能对较重的工件进行送料,采用无触点限位开关,可以准确的控制小车的送料,在送料过程中可以减少管子的中心偏差。齿轮齿条,能够精确的传递送料,具有较好的传动效率,但齿轮强度要求,制造比较麻烦,不能很好的避免送料过程中不断的受到冲击力,容易使齿轮出现较大磨损。丝杠螺母,传动效率高,运动平稳,摩擦力小,灵敏度高、低速无爬行,使用可靠性高,可以用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。但是它的抗冲击性不好,刚度较低。液压缸传动,可实现大范围的无级调速,反映速度快,易于实现过载保护,易于实现直线运动,操作省力,控制方便,易于实现自动化。但是送料的距离太远,导致液压缸太长,使制造上困难,使用上产生不便。从以上几种形式中,联系该机床的实际工作要求,优选送料小车,它既能满足送料要求,在使用寿命和制造成本的方面考虑也是十分理想的。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计3.2 送料小车的设计3.2.1 确定传动形式采用“电机皮带蜗轮蜗杆”的减速形式,皮带的作用可以缓解冲击,在送料过程中受阻力过大,可以打滑断裂。如果直接以齿轮的啮合方式传动,很容易将齿轮齿面损坏,或断齿。3.2.2 选择小车电机根据节拍确定送料速度,6300mm/min 即角速度 =10.4 弧度/分,选择电机 Y 系列异步电动机,级数 P=6,同步转速为1000r/min 、度 0.4hu ji 对于送料管子(热扎结构用无缝钢管)钢管外径 159mm,壁厚6mm,理论重量 22.64Kg/m,对于 12 米的管子,其质量m=22.64(Kg/m) 12 271.68K根据主传动箱的中心高 800mm ,初步确定小车车轮直径 200mm(考虑小车车身厚的刚性) ,初估小车车身的重量为 800Kg 初算小车送料时产生的摩擦力 f(动摩擦因数为 =0.1) f=N= (G 车+0.5G)=0.1(8009.8+0.5 271.689.8)=1050 N而摩擦力对小车车轮产生的转矩 T=10500.1=105(Nm)总的传动比 i=n 电/n 轮=940(r/min)/10.4(r/min)=93 由于传动中有损失 取总的传动比 i=90 , 在根据蜗轮蜗杆的减速比为 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计575,皮带的最大减速比不要超过 2,所以就确定蜗轮蜗杆的减速比为 45,皮带的减速比为 2电机所受的转矩 T 电=T/i 105Nm/(0.690)=1.94Nm所以选择电动机型号为 Y112-M-63.2.3 皮带的选择普通 V 带连接电机和一轴,通常皮带轮传动比应不大于小于2,取带轮的传动比 I=2,传动效率 =0.8 ,保证带在工作中不打滑,并具有一定的疲劳强度和使用寿命是 V 带传动设计的主要根据,也是靠摩擦传动的其他带传动设计的主要根据。此机床选择普通V 带中的 A 型带,其设计计算如下:设计功率 Pd=KAP=1.2x2.2 2.64kw选择带型 小带轮转速 n1=940r/min 选定 A 型带传动比 I=n1/n2 2小带轮的基准直径 dd1=80-85.5 取 85.5mm 大带轮的基准直径 d2= n1dd1/n2(1-) =2x85.5x0.99 d2=170mm带速 v=dd1n1/60x1000vmax 型号 额定功率额定电流效率 功率因数额定转矩最大转矩额定转速Y112M-6 2.2KW 5.6A 80.5% 0.74 2.0Nm 2.0Nm 940r/min 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计普通 V 带 vmax=25-30 充分发挥带的能力,最好 v=20 初定中心距 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)178a0 511 a0=320mm带基准长度 Ld0=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2x320+/2x255.5+84.52/(4x320)= 1000mm实际中心距 a=a0+ (Ld- Ld0)=320+(1000-1040)/2=300mma 的范围: amax=a+0.03 Ld=300+30=330mmamin=a-0.015 Ld =300-15=285mm小带轮的包角 a1=180-(dd2-dd1)x57.3/ a120 a1=163.8单根 V 带传动功率及其增量 P0=0.79KW P0=0.11KW带的根数 Z Z= K KL PC/(P0+P0)=0.96x0.89x2.64/0.9=2.5 Z 取 3 根单根带的初拉力 F0 F0=500(2.5/ K-1)P/ZV+mv2 =500x(2.5/0.96-1)2.64/3x4.2+0.1x4.22=169.4N 作用于轴上的力 Fr Fr=2F0Zsin(/2)=2x169.4x3xSin82 =335.5N所以皮带选用三根普通 V 带带长 1000mm3.2.4 蜗轮蜗杆的确定及其校核计算蜗轮蜗杆传动用于交错轴间传递及动力,通常交错角为 90,它的主要优点:传动比大,工作较平稳,噪声低,结构紧凑可自 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计锁,对于送料装置来说,工作平稳,可以减少误差,而又能有较大减速比。(1)选择传动类型,精度等级和材料考虑到传动的传递的功率不大,速度也不太高,故选用阿基米德蜗杆传动,精度 8C.GB10089。蜗杆选用 45 钢,调质HB240-260,表面粗糙度为 Ra 为 3.2um,蜗轮轮缘选用 ZGSn6-6-3.(2)初选几何参数传动比 I=45,参考表 23.5-3,取 Z1=1,Z2=Z1*I=45(3)确定许用接触应力由表 23.5-8 可知,HP =HP *ZVS*ZN 由表 23.5-12 查得 HP =220N/mm2由图 23.5-4 查得,VS=3.2m/s, 传动选用钙基脂润滑,由图23.5-5 查得 ZVS=0.87要求其使用寿命为 5 年,每年 300 天,每天工作 8h.蜗杆应力 NL=60n2jxln=60x10.4x1x300x5x8x0.4=1.1x107查图得 23.5-6 得 ZN=0.9,HP=220X0.87X0.9=172.3N/ mm2(4)接触强度设计按表 23.5-8 中接触强度的设计公式 m2d1(10000/HPZ2)2kt2mm3(其中载荷系数 k=1.2,蜗轮轴的转矩T2=9550xP1/N1xIx=9550x2.2/940x0.82=1365n.m)m2d1(15000/172.3x45)2x1.2x1365=734.6mm3 查表 23.5-2,可选用 m=4mm,d1=48mm.(5)主要几何尺寸计算 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计蜗轮分度圆直径 d2=mZ2=4x45=180mm传动中心距:a=0.5x(d1+d2)=0.5x(48+180)=114mm导程角 =arctanz1m/d1=arctan1x4/48=44549”(6)求蜗轮的圆周速度并校核传动效率:蜗轮的圆周速度:V2= d2n2/(60x1000)=x180x10/60x1000=0.105m/s齿面间滑动速度 VS= d1n1/60x1000 COS =x48x470/60x1000XCOS4 4549”=3.2M/S 总=1 23 1=tan /tan (+P0 )=tan44549”/ tan(44549 ”+136) =0.85 由表 23.5-14 查得 P0=136滚动轴承的效率为 0.95,而带轮的效率为 0.85 所以总的效率为 =0.81 0.950.850.65 与假定值相似(7)蜗轮与蜗杆齿面间滑动速度很大,蜗杆传动的损伤形式主要是蜗轮齿面胶合、点蚀和磨损,很少发生齿轮弯曲折断,因此通常对蜗轮齿面只校核接触强度按表 23.58 的公式 H=ZE9400T2KAKB/(d1d2)0.5HP弹性系数 ZE 由表 23.59 查得 ZE155Nmm2 使用系数KA 由表 23.5.10 查得 KA1动载荷系数 KB1.1 蜗轮轴上的转矩T29550 2.20.65/10.41365N/m 查得滑动速度影响系数ZV=0.86 许用 HP172.3N/M3H=155136594001.11.1/(48180180)0.5=149Nm2 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计HP符合强度要求可以使用,齿轮弯曲强度当 Z280 以后才进行计算(8)蜗杆传动的散热,由于小车的送料过程并不是连续进行的,它有间断停歇时间,而它又属于低速进给机构,蜗杆的散热可以不计算3.2.5 车轮的布置车轮采用一侧导向定位,另一侧只起滚动支撑作用,导向定位轮即同火车轮形状内侧定位,这种方式可以方便安装,如果车轮两边都采用定位在安装的精确度上就有更高的要求了,而小车只需要进行直线运动
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