切管机工艺设计方案

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切管机工艺设计方案

1. 确定工艺方案

此次的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。

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。

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，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。

本次设计的要求为滚子转速 n=70r/min,圆盘刀片直径a=80mm加工管件的直径

为3/8 〃〜4〃，电机额定功率i为P=1.5Kw 满载转速为 N=1410r/min,每天工作10小 时，载荷变动小。根据毕设要求和结合生 产实际。

在本次设计中选用方案四。

工艺方案确定后，并根据有关数据，

加上其它一些必要的尺寸，

得出工艺方案的原理图如图1-1 2

图

图1-1工艺方案原理图

方案四管机的工作原理：动力由电动机 —带轮—蜗杆—蜗轮—直齿轮—中 间惰轮一滚子轴上小齿轮。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。

2.传动装置的设计与计算

2.1 电动机的选择

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。

2.1.1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。

2.1.2转速的选择

异步电机的转速主要有 3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/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

2.1.3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，本次设计的切管机电机额定功率为P=1.5Kw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-4型电动机， 其额定功率P电=1.5Kw，满载转速n电=1400r/min,同步转速1500r/min(4极)，最大 转矩为2.3N m。

电动机确定后，计算出切管机的传动比为：

n 电 1400

i 总= = =20 (2-1) n工 70

2.2拟订传动方案

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。其运动形式大致分为；

(1) 传递回转运动的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮传动等；

(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。

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， 其方案如图2-1。但是由于切割的管子最大

直径为4〃，如图1-1故两个滚筒的中心距不能小于 108mm,因此带动两个滚筒的齿 轮外径不能大于滚筒的直径（?100mm）o若取蜗杆zi=2，蜗轮Z2=40， m=4，则蜗 轮分度圆直径d2=160mm,比同一轴上的齿轮大，按图2-2-1的布置，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2-2-2。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，故可将最为在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 动放在底速级。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2-2-3。

图 5

图2-2-2蜗轮蜗杆加中间惰轮传动方案图

在传动方案确定后，根据i总=ii •……的关系分配传动比•下面对个机构的主要特

性进行比较,如表2-2-1:

图2-2-3带传动、蜗轮蜗杆、中间惰轮、齿轮方案图

表2-2-1几种主要传动机构的特性比较

特 性 类 型

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:2〜4, 最大值＜ 6三角带

型：2〜4,最大值 开式圆柱齿轮： 4〜6,最大值w 15 开式圆柱正齿轮： 闭式：10〜40,最大

值 w 100

开式：15〜60,最大

＜7有张紧轮平型

带:3〜5最大值＜8 3〜4,最大值＜ 10

闭式圆柱齿轮：

2〜3,最大值＜6 值＜ 100

外廓尺寸 大 中，小 小

成本 低 中 高

效率H 平型带0.92〜0.98

三角带0.9〜0.96 开式加工齿0.92〜

0.96

闭式0.95〜0.99 开式0.5〜0.7闭式

0.7〜0.94自锁

0.40 〜0.45

考虑到传动装置的结构，尺寸，重量，工作条件和制造安装等因素，必须对传动比 6

P

进行合理的分配•根据公式T=9550—(Nm)可知：当传动的功率 P(Kw) —定时，转速

n

n(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 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：

1 ii=1.2;i2=50;i3=1.5;i4= (2-2) 4.5

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i 总=i 1i2 i3i4=1.2 50 1.5 =20 (2-3) 4.5

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.

2.3计算各轴的转速、功率和转矩

由表一我们可知，取 带=0.96,蜗=0.72,齿=0.94,滚=0.99 (一对滚动轴承的

效率)，根据公式：

n1 P

n2 =—及 N2 = ,T = 955— R = T 轄 (2-5) i n

可知各轴的转速为： 7

=10. 23 1.2 0. 96 50 0. 72 0.99) 4夕务％2

第三轴，因为装的是过渡齿轮（惰轮），所以此轴不承受转矩，只受弯 矩，它是 根心轴。 r电 1400

仃=一= --- =116.7/m in ii 1.2 (2-6)

z — - 140^-23.E/min i2 ii i2 1.2 50 (2-7)

卬二n n l4°L=i5.5/min

i3 iihi3・ 1.2501.5 (2-8)

各轴的功率为: nm 1400 70r/min i4 i1 i2 i3 i4 1.2 50 1.5 1/4.5 (2-9)

R 二 P< •带=1.5 0.96=1.44 (KW (2-10)

pn = p •蜗.滚=R •带•蜗.滚

= 1.5 0.96 0.72 0.99=1.03(KW (2-11)

2

= Pn ••=R ••.•= 1.5 0.96 0.72 0.94 0.992=0.96 (KW (2-12)

Piv二P^ •齿•滚=丘•带•蜗•齿2 •滚3

=1.5 0.96 0.72 0.942 0.993=0.89 (KW (2-13)

各轴传递的转矩为:

T 电二 955p= 9 5 5.05 二

400 1 N.n) 3 ? (2-14)

T厂 T电 M 带=10.23 1.2 0.96 (Nm・ 7285)

T「蜗 •滚=电• 1卜2带