管套压装专机结构设计.docx
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管套压装专机结构设计
毕业设计说明书
题目：
管套压装专机设计
学生姓名:
专业：
数控机床加工技术
指导教师:
职称：
目录
摘要及关键词1
1.设计思路2
1.1课题的目的与意义2
1.2对机械设计基本要素的认识2
1.3机械设计方法3
1.4针对本课题的设计思路6
2.管套结合件（附图一）9
3.管套零件图（附图二）10
4.引言11
5.设计计算13
5.1压入力计算13
5.2螺杆计算14
5.3电动机的选择16
5.4离合器计算与选择16
5.5皮带轮的选择19
5.6轴承的选择19
5.7螺栓强度计算20
6.产品部分附图（CAD）22
6．1V型块22
6．2回转压板23
6．3左离合器24
7.产品部分附图（Solidworks）25
7.1Solidworks的简单介绍26
7.2管套零件图27
7.2.1轴套零件图27
7.2.2管子零件图28
7.3管套装配图29
7.4V型块30
7.5回转压板31
7.6左离合器32
7.7垫块33
结论34
致谢35
参考文献36
摘要及关键词
摘要：
本课题设计的是一台管子轴套压装专机。
采用的总体方案是：
在专机上定位两轴套相对位置，利用电机减速机提供动力，通过皮带轮带动丝杠转动，进而带动装有螺母的压头移动，将旋转运动转化为直线压入运动。
采用牙嵌式安全离合器进行过载保护，压配后在管子相应位置通过钻模板钻孔。
关键词：
压入力，设计，选择
1．设计思路
1．1课题的目的与意义
管套压装专机设计，是对CAD/CAM专业的一次综合训练。
此课题的目的是让我们更好地掌握机械设计的内容和方法，能正确、合理地选用设计参数、机械结构；学会利用厂家提供的产品样本合理选择配套件；提高查阅设计手册和正确使用标准的能力，尤其是利用计算机进行辅助设计的能力。
通过这次工作前的适应性训练，为今后从事专业工作打下良好的基础。
1．2对机械设计基本要素的认识
机械设计首先要保证的是产品的功能及其可靠性，并保证产品有良好的工艺性。
机械设计是一项创造性的劳动，新颖的设计要求有新的构思，对此，设计人员一方面应大胆地采用新理论和新结构，另一方面也要总结经验采用原有的成功的技术和结构。
设计的过程是一个探索的过程，在设计的起始阶段，应该允许发挥创造性而不受各种约束。
即使发生许多不切实际的设想，也没关系，这可以在设计的早期，在绘制图样以前加以纠正。
通常要有几套设计方案，要在各方面对这些方案进行对比，从中选择最佳方案。
最后选定的方案可能是各套方案中最好部分的组合，也可能是未被接受方案中的某个构思。
产品要便于使用和减轻人的劳动强度。
设计人员要使所设计的机器适应人，就必须考虑人的操作特征，其中包括：
工作场所的空间分配，通风条件，色彩和照明，手柄、开关及踏脚的位置和尺寸，操作人员的体力，安全保护，操作人员的心理和习惯等。
机械设计的起始阶段，设计人员要对产品是否为社会所需要，有无竞争力，有无销路，是否经济，盈利多少等问题与管理人员、销售人员磋商。
如上所述，机械设计涉及工程技术的各个领域。
这些领域中所涉及到的基本要素有：
材料、强度、挠度、刚度、稳定度；摩擦、磨损、润滑；形状、尺寸、表面加工、体积、重量、风格；温度、噪音、腐蚀；可靠性；控制；实用、安全、价格；以及维修等。
1．3机械设计方法
1．3．1机械设计步骤
机械设计是机械产品生产的第一道工序。
在设计中要求对机器的工作原理、功能、结构、零部件设计，甚至加工制造和装配方法都确定下来。
因此，不同的设计者可能有不同的设计方案和设计步骤。
但是，机械设计的共性规律是客观存在的，需要不断地总结和完善。
机械设计的一般步骤：
动向预测；方案设计；技术设计；施工设计；试生产。
下面着重分析方案设计和技术设计。
1．3．2方案设计
根据设计任务书提出的对所设计机器的工作要求，首先对能满足工作要求的多种设计原理方案加以分析比较。
由于任何工作原理都必须通过一定的运动形式来实现，所以这一步骤也是确定设计所需运动的方案。
例如设计一台往复运动的机器时，可采用的设计原理方案很多，有电动的，有气动、液压及其他组合机构等形式的，每种形式中还有多种机构能达到预期的运动，如齿轮齿条机构、丝杆螺母机构、凸轮机构、曲柄滑块机构等。
确定设计原理方案时，可把设计对象当作完整的系统，并将它分成具有各种分功能的机构及零件为子系统和元素，进行系统分析和机构分析、机构综合和加以比较，选择最优方案。
在这一阶段，要按选择最优方案所需的技术—经济论证来制定产品总体和主要部件方案，同时要确定关于工作原理、可靠性和强度的问题范围，这些问题必须加以研究，有些要得到实验验证。
要对不致太大影响技术任务书中规定的设计对象，它的最终主要指标的那些结构要素作近似计算。
如果想在有接近于设计对象的实际样机，就可以不经过计算而拟订各个机构要素，但在方案设计中，为了进行于选择最优设计方案有关的技术—经济计算，必须充分精确地估计对最终结果有影响的参数。
例如，在设计机械传动装置方案时，为了选择传动型式（丝杆螺母传动，行星齿轮传动、蜗杆传动等），必须具有一些数据能求得要素尺寸，从而确定对比方案的重量和外廓尺寸，而其误差对最终结果没有很大影响。
在简化设计中，选择最优方案可以与机械的使用者和对该项机械有经验分得人员共同商定。
在确定设计原理方案时，还必须体现机械工业的技术发展政策。
根据机械的实际工作情况，尽量采用微电子技术和新型材料，设计机电一体化产品。
1．3．3技术设计
在技术设计中，要拟定设计对象的总体和部件，具体确定零件的结构，对所设计的机械产品提出的要求是：
制造和维护经济，操纵方便而安全，可靠性高，使用寿命长，为了能达到这些要求，零件应满足一些准则，简而言之，可以用：
“明确、简单、安全”六字来表达。
所谓明确主要指结构的形状和尺寸关系清晰，作用关系可以预测和计算，功能明确，也即能量、信息和物料的转换与流动走向明确。
一个明确的结构应避免产生附加载荷、附加变形和可能的剧烈磨损，应尽可能见效载荷和温度应力引起的变形。
明确的结构是实现产品预定技术功能的前提。
所谓简单，一般是指形状简单，零件数少，相对运动副少，磨损件少，使用、维护、保养方便等。
但对于具体情况要具体分析。
不希望某一方面的简单导致另一当面的复杂。
一旦出现这种情况应予协调。
安全性包括由小到大的五个范围：
结构构件的安全性；功能的安全性；运行的安全性；工作的安全性和环境的安全性。
这五个范围相互之间是关联的，应该统盘考虑。
在结构设计时主要采用安全技术、间接安全技术和指示安全技术来解决产品的安全问题。
在上述结构设计准则下，应考虑技术设计中出现的强度、刚度、抗振性、耐磨性、工艺性等问题。
如载荷的合理分配、结构的合理传力、运动中的稳定性等。
操纵条件和操纵方便对机械的可靠性和劳动生产率有很大影响，因为很多机械产品的工作效果取决于人机系统的指标。
如产品在运行中噪声大、振动强、手柄作用力大、检查不便、变速困难等等，易导致疲劳，违反操作而可能引起事故。
标准化对所设计的产品的制造成本和运行经济有很大意义。
实现了标准化，可使机械产品的成本有所降低，设计周期有所缩短，可靠性则有所提高
机械设计和绘图是密切联系的工作，因为机械设计是一种创造性的形象思维，而绘画则是将形象思维表现出来的最好方法。
形象思维的结果，不通过图的表现总是模糊和支离的，并且难以精确无误的传给别人，一个有经验的设计者在构思时，总是需要反复的修改初步设计总图。
设计人员按照他所绘制的初步设计总图，简单计算或估算机械的各主要零件的受力、强度、形状、尺寸和重量等，如发现原来所选的结构不可行或不实际，则要调整或修改结构，还要考虑有没有发生过热、过度磨损和过早发生疲劳破坏的危险部位，并采取措施解决。
在这阶段，设想中的机器初步成型了，设计人员通过初步设计总图的绘制，会发现各部分的形状、尺寸和比例大小有许多矛盾，当需要加强或改进某一方面，可能会削弱或恶化另一方面，必须权衡取舍，在各方面保持平衡以达到最佳综合效果。
这时，设计人员的经验起着重要作用。
在修改初步设计的总图的过程中，还需对初步设计进行技术-经济分析，一般原则是：
选那些结构复杂的、重量大的、尺寸大的、材料贵的、性能差的、技术水平低的，以及批量大的、工艺复杂的、远材料消耗高的、成品率低的那些零件进行分析，并据此修改设计，以期得到技术—经济指标高的初步设计总图。
1．4．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
针对本课题的设计思路
此次毕业设计的课题是设计一台管子轴套压装专机。
根据设计任务书的要求，在无缝钢管二端要均匀压入二轴套，且要保证二轴套相对位置，轴套压到底后，在相应位置要钻攻螺孔，具体尺寸及要求见附图—管套结合件图。
分析管套结合件图，管套结合是过盈配合，需要较大的压入力，且要保证套和管子上螺孔的相对位置，显然用人工压配劳动强度太大，相互位置尺寸不易保证，使用压装专机势在必行。
根据设计任务书的要求，在10秒钟内要压到位，工作行程为100mm，压入速度范围大。
速度快些，效率虽会提高，但结合时冲击会很大，尤其是在管套压到底时，所以选择时间为10秒完成压套动作。
专机方案的确定，最重要的是选择一种往复运动机构。
最常用的形式有：
齿轮—齿条机构加滚动或滑动导轨；丝杠螺母机构（滑动或滚珠丝杆螺母副）；气动或液压传动装置等。
原动件可采用电机—减速机，动力通过皮带轮传至执行件。
采用皮带轮的好处是柔性传动，过载时皮带会打滑，可以起到辅助的保护作用，但不能用作经常的安全保护使用。
二套之间的相对位置可通过定位实现。
利用套上φ48凸台和φ9孔及φ100端面定位，φ9孔装入菱形销,φ48凸台插入定位沉孔,用这样的类似于一面二销的六点完全定位方式保证相对位置，其中一只套定位在压头上，另一只套定位于固定支座上。
根据近三年所学专业知识，通过参阅机械设计手册、夹具设计手册及相关图册资料，结合考虑专机制造成本和周期，本人拟采用的总体方案是：
利用电机减速机提供动力，通过皮带轮带动丝杠转动，进而带动装有螺母的压头移动，将旋转运动转化为直线压入运动。
由于轴套与轴之间的配合为过盈配合H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。
管子由V型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调V型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装配、调试简单、方便，节约成本。
针对管子较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（轴承）对其中间部位压紧。
丝杠支承可采用滑动轴承和单向推力轴承组合，或采用深沟球轴承和单向推力轴承组合，但考虑到专机工作时径向力较小而轴向力很大，为减小摩擦力、延长使用寿命，选择后者的支承方式。
根据管套结合件图，在专机上相应位置安装钻模板。
当安全离合器开始打滑，操作工即停止电机。
此时用手枪钻通过钻模板进行钻孔，然后启动电机反转退回压头到位后停止，再卸下工件进行人工或机动攻丝。
减速机的输出转速要和压头移动速度相配，即要选择相应的丝杆螺距。
减速机应选用国产著名品牌，以保证产品质量。
如选择不到相应产品，也可自行设计、制造。
该设计方案经慎重考虑，多方论证，应是切实可行的。
当然可采用滚珠丝杆螺母副加滚动导轨的形式，磨损小，寿命长，传动效率更高，但制造成本也会大幅提高。
该专机可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，可满足大批量生产要求。
2.管套结合件（附图一）
1—轴套数量2材料HT200
2—无缝钢管Ø42×5数量1材料Q235—A
技术条件
压装时要保证二端轴套压到底，并保证二轴套相对位置
3.管套零件图（附图二）
4.引言
毕业设计是在学完了专业课，并经历了生产实习的基础上进行的最后一个教学环节，是对之前所学课程的一次总复习，也是一次理论联系实际的训练，它在几年的学习中占有十分重要的地位。
就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后从事的工作，进行一次适应性的训练，通过设计锻炼自己分析问题，解决问题的能力，特别是利用计算机进行辅助设计的能力，为今后从事专业工作打下良好的基础。
此次毕业设计的课题是设计一台管子轴套压装专机。
根据设计任务书的要求，在无缝钢管二端要均匀压入二轴套，且要保证二轴套相对位置，轴套压到底后，在相应位置要钻攻螺孔，具体尺寸及要求见管套结合件图。
根据所学专业知识，通过参阅机械设计手册及图册资料，本人采用的总体方案是：
利用电机减速机带动丝杠螺母的传动方式，通过丝杠螺母结构将旋转运动转化为直线压入运动。
由于轴套与轴之间的配合为过盈配合H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。
管子由V型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调V型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装配、调试简单、方便，节约成本。
针对管子较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮对其中间部位压紧。
丝杠支承采用深沟球轴承和单向推力轴承组合，以减小摩擦力、延长使用寿命。
根据管套结合件图，在专机上相应位置安装钻模板。
当安全离合器开始打滑，操作工即停止电机。
此时用手枪钻通过钻模板进行钻孔，然后启动电机反转退回压头到位后停止，再卸下工件进行人工或机动攻丝。
该专机可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，满足了大批量生产要求。
下面是专机设计时的主要零件、外购件、标准件的计算和选用步骤。
由于能力所限，设计中当有许多不足之处，希望各位老师给予批评指教。
5.设计计算
5.1压入力计算：
5.1.1最大过盈
根据装配图上技术要求，管子与轴套的配合要求是H8/r7
所以最大过盈δmax
δmax=59μm
5.1.2所需轴向压入力P作用（千克）
根据装配图上技术要求，轴套两端的最大压入长度l为100mm
p=P/fπdlP=fπdl其中f取0.08
注：
d1：
包容面直径，f：
摩擦系数
5.1.3配合面压强p计算
配合件材料不同:
Pmax={δmax/[d×（c1/e1）+（c2/e2）]}×10-4公斤/厘米
被包容件Q235
包容件HT200
C1=[1+（d1/d）2]/[1-（d1/d）2]-u1
C2=[1+（d/d2）2]/[1-（d/d2）2]+u2
注:
d配合面公称直径d=40mm=4cm
d1被包容件内孔直径d1=32mm=3.2cm
d2包容件外径d2=50mm=5cm
此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字
需要整套设计请联系q：
99872184。
名称：
左离合器数量：
1材料：
40Cr
技术要求：
去锐，调质HB185-230，齿部高频淬火HRC48-56
作用：
由于轴套与轴之间的配合为过盈配合H8/r7，所需要的压力较大，且随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。
7.产品部分附图（Solidworks）
此毕业设计图纸是用CAD软件制作，随着社会的发展计算机技术也越来更新，计算机的应用也越来越普遍，对计算机功能的要求也越来越高。
CAD制图所缺少的是立体感。
Solidworks就是一种能弥补以上缺陷的绘图软件。
下面我就对此软件做个简单的介绍，以及展示本设计中部分零件图。
7.1Solidworks的简单介绍
SolidWorks是由美国SolidWorks公司开发的三维机械CAD软件，自1995年问世以来，以其强大的功能、易用性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的竞争中逐步确立了它的市场地位，在全球已拥有30余万的正版用户。
SolidWorks提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳特征、特征阵列以及打孔等操作实现产品的设计，方便地添加特征、更改特征以及将特征重新排序，对特征和草图进行动态修改，并通过拖曳等方法实现实时设计修改。
在进行装配设计时，可以直接参与其他零件并保持这种参考关系生成新零件，可以动态地查看装配体的所有运动，并对运动零部件进行动态的干涉检查和间隙检测；还可以应用智能零件技术自动完成重复设计，运用智能化装配技术完成自动捕捉并定义装配关系。
在进行工程图设计时，可以自动生成详细、准确的工程图样，该工程图是全相关的，即在修改图样时，三维模型、各个视图、装配体都会自动进行更新。
此外，SolidWorks还提供了功能强劲的全相关的钣金设计和模具设计能力，以及开发的二次开发工具，从儿为用户进一步扩充和定制系统功能统共了方便。
7.2管套零件图
7.2.1轴套零件图
（剖视图）
7.2.2管子零件图
（剖视图）
7.3管套装配图
（剖视图）
7.4V型块
（剖视图）
7.5回转压板
（剖视图）
7.6左离合器
（剖视图）
7.7垫块
（剖视图）
结论
通过这次毕业设计，使我进一步理解了所学过的理论知识及具体运用了这些知识。
这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练。
因此，它在几年的学习中占有重要的地位。
通过这次毕业设计，使自己对轴套压装专机的工作有了亲身的体验，了解了压装专机的工作原理和工作过程，发现了许多人工手动操作压入轴套的不足和弊端，由此想出了用机器来代动手工压装，这样不紧提高了工作效率、减少了劳动强度、也增强了定位精确度。
但我们所设计的牙嵌式离合器容易打滑，则磨损厉害，影响了使用寿命，使用频率高，电机频繁启动，鉴于以上不足，今后的设计可以采用液压控制方案。
就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后将从事的工作进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
同时也学会了查图表、资料、手册等工具书。
通过实例对轴套压装专机的制造和电机及减速器选择，弹簧计算，离合器计算等做了一次练习。
总之，通过这次毕业课程设计使我受益匪浅，为以后的工作打下一个良好的基础。
在此，衷心感谢各位老师和同学的帮助和指导。
由于能力所限，设计中许多不足之处，希望各位老师给予批评指教。
参考文献
1、《机械设计手册》联合编写组《机械设计手册》上册（第二册）第二版化学工业出版社1987年12月第2版
2、《机械设计手册》联合编写组《机械设计手册》中册第二版
化学工业出版社1982年10月第2版
3、《机械设计手册》编委会《机械设计手册》新版第2卷
机械工业出版社2004年8月第3版
4、《机械设计手册》编委会《机械设计手册》新版第3卷
机械工业出版社2004年8月第3版
5、《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社
6、《公差与配合技术手册》北京出版社
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