机械毕业设计自动弯管机设计.doc

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目录

目录………………………………………………………………………………………………1

第一章绪论……………………………………………………………………………………2

1.1弯管机在工业中的地位和各种弯管机的性价比……………………………………………2

1.2弯管机的基本原理与选择……………………………………………………………………3

第二章弯管机的设计……………………………………………………………………4

2.1工件的工艺分析………………………………………………………………………………5

2.2计算弯曲力矩…………………………………………………………………………………5

2.3电机的选取……………………………………………………………………………………6

2.4传动比的计算与各传动装置的运动参数……………………………………………………8

2.5皮带与皮带轮的计算与选取…………………………………………………………………9

2.6蜗轮蜗杆减速箱的计算与选取………………………………………………………………9

2.7联轴器的计算与选取…………………………………………………………………………10

2.8轴承的选取……………………………………………………………………………………10

2.9轴的初步计算与设计及校核…………………………………………………………………14

2.10齿轮的计算与设计……………………………………………………………………………17

2.11大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计……………………………………………………18

2.12轴套的结构设计………………………………………………………………………………19

2.13盖板的结构设计与计算………………………………………………………………………20

2.14机身的结构设计与计算………………………………………………………………………21

2.15弯管机的主要参数……………………………………………………………………………22

第三章挡料架的结构设计………………………………………………………………23

3.1挡料架的结构设计……………………………………………………………………………23

第四章用电器选择与电路………………………………………………………………24

4.1各用电器的选择与电路设计…………………………………………………………………24

设计总结…………………………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………………………………28

第1章绪论

1.1弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比：

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2.5~4m之间），价格昂贵（2~5万元人民币或更多），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。

液压弯管机1-1

数控弯管机1-2

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图1-4

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。

第二章弯管机设计

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。

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2-1,2-1.1。

图2-1图2-1.1

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。

其式如下2-1

（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

=2420N·m

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*=2KW（2-2）

由工作功率为2KW所以电机功率P=（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==2.5KW

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。

故选用电机的型号为YEP132S-6，其基本性能如表[1]2.1

表2.1YEP132-6的主要性能参数

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-6

3KW

960r/min

8.8A

77%

0.67

2.2

2.2

29．4N·m

0．4/s

71/db

电机的主要安装尺寸如下

图2-2

表[1]2.2电机的安装尺寸单位（mm）

型号

A

B

C

D

E

F

G

H

I

L

YEP-132S-6

280

140

89

38

80

315

216

132

210

515

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1~4所以取皮带轮的传动比=2.5，由于单付齿轮的传动比为1~8。

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。

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（N·m）；

N1,N2…为各轴的转速（r/min）；

（1）各轴转速

电机轴转速Nm=960r/min

蜗轮小轴端N1===384r/min（2-4）

蜗轮大轴端N2===24r/min

小齿轮转速N3=N2=24r/min

大齿轮转速N4===8r/min

工作台转速N5=N4=8r/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P1=P0*=3*=3*0.96=2.88KW（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=P4*=P4**=2.41*0.972*0.98=2.22KW

（3）各轴输入转矩

电机输出转矩=9550*=9500*=29.84N·m（2-6）

蜗轮小轴输入转矩=**=29.84*2.5*0.96=71.62N·m

蜗轮大轴输入转矩=**=71.62*16*0.9=1031.27N·m

齿轮小轴输入转矩=*=1031.27*0.99=1020.96N·m

齿轮大轴输入转矩=**=1020.96*3*0.972=2881.86N·m

工作台输入转矩=**=2881.86*0.972*0.98=2657.31N·m

2.5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。

由A型带的小带轮最小直径为70mm，故定小带轮直径为=100mm

皮带速度验算

==5.03（2-7）

所以5<<=20

所以此带轮合格

则从动轮=*=100*2.5=250mm

初选=1600mm

则有a=A+（2-8）

其中A===262.63（2-9）

B===2812.5

所以a=262.63+=519.6mm

主动轮包角==（2-10）

=>

带的根数z=（2-11）

其中取=00.97KW

=0.11KW

=0.96

=0.99

可得z==2.92

取z=3

2.6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型的蜗轮蜗杆减速器，又因为

蜗轮大轴输入转矩=1031.27N·m

蜗轮小轴输入功率P1=2.88KW

传动比=16

所以选用蜗轮蜗杆的型号为[1]CWS-125JB/T7935

其基本性能如表2-2

表[1]2-2蜗轮减速器的主要友参数

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-125

16

750r/min

125mm

7.781KW

1400N·m

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=1020.96N·m

且蜗轮蜗杆的蜗轮轴径为55mm故选用ZL4联轴器，

其型号为ZL4GB5015—1985

其主要尺寸及参数如表2-3

表[1]2-3联轴器的主要参数未标单位（mm）

型号

许用转矩N·m

许用转速r/min

轴孔直径

轴孔长度

外径

凸圆厚度

转动惯量（kg·m2）

重量（Kg）

ZL4

1600

4000

40,45,50,55

112

84

158

89

0.046

14.8

2.8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。

其主要参数及基本尺寸如表2-4

表[1]2-4轴承的主要参数未注单位（mm）

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

32912

60

85

17

16

14

34.5KN

4000r/min

0.24kg

32918

90

125

23

22

19

77.8KN

3200r/min

0.79kg

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。

（2-12）

P为轴所传递的功率，KW

为轴的转速，r/min

A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=55mm

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160mm，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

==4861N（2-13）

=1794N（2-14）

=830.9N（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=221mm，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。

现将计算出的截面C处的、、的值如表2-5

表2-5

载荷

水平面H

垂直面V

支反力F

=2430.5N=2430.5N

=1005.7N=794N

弯矩M

=268570N/mm

=111129N/mm=87734N/mm

总弯矩

=290653N/mm=282536N/mm

扭矩T

=1020960N/mm

轴的弯矩图:

图2-4

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。

则由

==31.39Mpa（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

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（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=0.7~0.8，现取=0.8

花键的齿数=8

花键齿侧面工作高度=

=3mm（2-18）

齿的工作长度=80mm

花键平均直径=

==60mm（2-19）

故有=56.77Mpa<=100~140Mpa（2-20）

故此矩形花键安全

另外，为了紧固弯曲模在轴上，从而在轴端钻了螺纹孔，其规格为M12-深30mm，轴的主要尺寸及其结构如下图2-6

图2-6

2.10齿轮的计算与设计

由于齿轮传动只有一对，为利于机器的平稳，寿命及制造方便，故选用直齿齿轮传动。

此机器为一般工作机器，速度不高故选用7级精度采用锻造制造。

材料选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS

按齿面接角强度设计

（2-21）

式中

取载荷系数=1.3

取小齿轮传递的传矩=1020.96N·m

取齿宽系数==1

查得材料的弹性影响系数=189.8MPa

大齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa；小齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa

各取值代入公式

则得13.9mm

由于小齿轮直径为55mm而为了达到2*

故取=140mm

所以齿轮中心矩

==280mm（2-22）

初步定=280

一般=1730，=初选=23，=，则==69

则m===5.99（2-23）

取m=6

则==91.9（2-24）

取=92

则按=可得=23,=69

则==（2-25）

则小齿轮==140.00mm

大齿轮=420.00mm

则齿厚=1.2*140=168mm

取大齿轮厚=170mm

则小齿轮厚取=175mm

验算齿轮,由==*103=14571N（2-26）

=83.26N/mm<100N/mm合适（2-27）

大、小齿轮的结构及尺寸如图2-7，2-8

图2-7大齿轮

图2-8小齿轮

2.11大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计

考虑到综合性能故都采用45号钢，由于轴主要是由钢板支撑，但由于钢板不能选用太厚，而轴承的厚度又是过厚故采用加入轴承座用螺钉紧固于钢板从而来支持轴承，从而支持轴，这样较于用轴承套焊接于钢板上或是用超厚钢板来支持轴与轴承大大的降低了成本，同时也便于安装和维修。

由于受力不大所以采用四根M10的内六角螺钉来紧固轴的前后端盖及轴承承座，已经足够支撑。

它的的结构及尺寸图2-9，2-10，2-11，2-12，2-13，2-14

图2-9大轴前端盖图2-10大轴后端盖

图2-11大轴承座图2-12小轴承座

图2-13小轴后端盖图2-14小轴前端盖

2.12轴套的结构设计

由于轴套的厚度s在0.5d~2.0d之间

小轴轴径为60mm故取小轴的轴套厚度为6mm

大轴轴径为90mm故取大轴的轴套厚度为8mm

轴套的材料为45钢，为能与轴与轴承之间的更好，更耐久的配合，故把轴套进行调

质处理，轴套的结构其尺寸如图2-15，2-16

图2-15大轴轴套图2-16小轴轴套

2.13盖板的结构设计及计算

由于在盖板上需装好多零件，如行程开关，挡料架，大小齿轮轴的端盖以及用于安装定位的孔。

故盖板采用厚度为20mm是45钢。

此盖板的长与度主要是由电机与蜗轮蜗杆所占的空间位置所取定的，由于

电机与蜗轮蜗杆的中心距a=519.6mm

大飞轮的分度圆直径为d2=250mm

电机的安装地脚宽为L