机械弯管机毕业设计.doc

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1、机械弯管机设计摘 要 随着工业社会的发展，各式各样的家电，交通工具等工业产品得到了更大范围的普及，随着这些产品多样化的发展，相应的非标准零部件的需求也越来越大。弯管机作为一种针对管件成型而被设计制造的非标准设备，在以后的工业发展中的作用正在慢慢凸现出来。设计出符合不同作用需要同时维护方便，经济的弯管机显得更为重要。弯管机的机构设计在整个弯管机的设计中举足轻重，本文将详细论述机械弯管机设计过程，同时画出了必要的零部件图以及装配图。此弯管机采用滚弯式弯管原理，采用异步电机提供动力，同时配有蜗轮蜗杆减速器，足以满足小型作坊企业的生产需要。关键词：弯管机；非标准设备；机构设计；滚弯式原理10The d

2、esign of Pipe bending machineAbstract 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 pi

3、pe 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 bendin

4、g 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 t

5、ime with the worm gear reducer, enough to meet the need of the production of small workshops of enterprises. Key words: Pipe bending machine;Non standard equipment;Mechanism Design;Roll type principle.目 录摘 要IAbstract II1 绪 论11.1 课题的研究背景11.2 课题的国内外的研究现状21.3 课题设计的方向以及意义32 总体设计方案的拟定52.1 弯管机的基本原理与选择53 机

6、构设计83.1 工件的工艺分析83.2 弯曲力矩的计算83.3 选取电动机93.4 机构传动比的计算与分配103.5 各级传动装置的转矩以及功率计算113.6 电动机与涡轮蜗杆减速器之间的传动带的计算选取123.7 蜗轮蜗杆减速箱的计算与择取143.8 联轴器的计算和择取143.9 轴承的选择153.10 轴的计算与设计及校核153.11 齿轮的设计与计算203.12 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计233.13 轴套的结构设计244 机构设计264.1 盖板的结构设计及计算264.2 弯管机整体结构的设计及其参数的计算264.3 挡料架结构设计29总 结32致 谢33参考文献34加Q 10

7、37774652 有多张 CAD图纸，开题报告I机械弯管机设计1 绪 论1.1 课题的研究背景工业一直是衡量一个国家发展水平的重要依据，在以往，常常以钢材厂量多少作为衡量工业发展水平的标志，但是随着工业水平的发展，衡量工业发展水平的标准也越来越多。其中接机械工业的发展水平便是其中一条重要的标准。因为机械工业负担着为工业，农业等产业提供性能优异，操作安全的技术设备的重任，同时，机械工业的进步在很大程度上影响着一个国家的交通，国防，经济发展等重要方面，可以说机械工业担负着一个国家发展进步的脊梁作用。而在机械加工生产中，一部分设备的生产装配所需要的零件是可以直接订购的标准件，而另外一些则是需要专门设

8、计和制造的非标准件。所以非标准件的设计制造关系到工业产品的生产效率以及生产质量。对于这样的非标准件，对于需求进行设计，更为重要的是如何进行加工。在机械工业中， 专门用于生产非标准件的设备叫做非标设备。而在非标准件中，管材是应用的非常多的一种零件。例如汽车刹车的液压油管。由于汽车的刹车原理是两个刹车片通过液压油提供的压力加紧刹车盘，从而达到刹车的目的，所以液压油管的好坏决定了汽车制动距离的远近。不单单只限于汽车的液压油管，管件的应用十分广泛，包括汽车，锅炉的热导管，冰箱背后的输送管等等，所以管材成型的工艺要求十分重要。折弯机就是其中一种被广泛使用的用于管材弯曲塑性的非标准设备。不同类型的弯管机在

9、广泛的工业加工中起到了举足轻重的作用。而在目前的弯管机市场里，绝大部分的弯管机都是数控液压弯管机，这种弯管机的体积较大，同时造价昂贵，维修不便。也有少部分的机械弯管机，但由于设备设计过于老旧原因，机械弯管机同样占地面积大(由于其夹紧装置的原因，机身长度一般子啊3.55m之间)，而且操作不方便。而在现实生活中，有很多小型企业或者家庭作坊需要一种价格便宜操作便捷的折弯机，能帮助他们完成一些简易管件的弯曲工艺。针对这样的市场需要，能否设计出满足简易加工需要的折弯机便是本课题的方向。1.2 课题的国内外的研究现状在我国，由于工业进程起步较慢，所以在折弯机的研究生产方面我国起步较晚。对于数控折弯机而言，

10、第一台数控折弯机由武昌造船厂于1970年10月研制，这是我国自主研制的第一台数控弯管机，此后我国的数控折弯机发展迅速，仅仅在三年之后即1973年武昌造船厂又成功研制了SKWG-2型数控弯管机。此后，我国很多企业都逐步研究出具有自主知识产权的弯管机设备，其中比较具有代表性的企业有黄石锻压机床厂，济南铸造锻压机械研究所，上海冲剪机床厂等企业单位。其中黄石锻压机床股份有限公司和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了w67K一100/3000!w67K一100/3100!w67K一100/3200型数控三点板料折弯机。而在步入改革开放后生产力解放的大浪潮中，我国的数控机床技术逐渐开始成熟。目前我国许多大

11、型企业都拥有了自动化程度很高的数控弯管机，这些高自动化，高作业精度的弯管机很大程度上提高了我国工业生产水平。同时，我国现在也是世界上主要的弯管机生产国，我国数控弯管机的产量一直能稳居世界前列。但是我们在看到自己进步的同时也应当看到与其他西方国家的差距，早在上世纪七十年代，美国就已经研究出来了由计算机控制的数控弯管设备。这一里程碑一样的技术革新，极大的提高了当时美国工业的管件工艺水平，间接的促进了美国加工制造水平的又一次提高。而二十世纪八十年代，日本千代田工业株式会社在美国研究成果上更进一步，成功研制了M-1型管料测量机和EC、TC两种系列的数控弯管机。而在九十年代，随着数控技术的进一步发展，西

12、方国家率先研制出了CNC弯管机，这又是一次里程碑式的革新。其中意大利ERCOLINA弯管机在世界范围内都是领先的水平。同时随着静液压传动技术以及气动控制的革新与使用，弯管机的工艺精度又达到了一个新的水平线。 图1.1 手动弯管机 图1.2 CNC弯管机1.3 课题设计的方向以及意义 在针对以上问题的思考中，我们发现其实这样的弯管机所生产出来的产品主要是用在一些家具器材的承重部件，以及一些液压机、发动机等机器上液压油输送管等，所以针对这些对于工艺精度要求不是太高的管件，从管件弯曲所需特性出发，设计出一种操作方便，基本上能完成一些常见小口径无缝钢管的弯曲作业的弯管机。同时相对于传统的弯管机对其性能

13、进行优化，完成必要设计需要的同时减小机身体积，使其在能完成不同材质成分以及更多口径型号的无缝钢管作业要求的同时也能一定程度上降低了机器制造成本。而采用异步制动电机的设计也能在降低了电气操作复杂程度的同时，提高作业精度。在机身结构设计上，考虑到此类弯管机作业环境较为不规范，所以在机身设计上准备设计分层式结构，即采用盖板传动机构中板电机和减速器底板的模式，同时对于机身四面进行包裹。2 总体设计方案的拟定2.1 弯管机的基本原理与选择 图2.1上图2.1为常见的弯管机的工作原理视图。工件通过夹紧装置进行固定，工具模转动带动工件进行弯曲运动，同时液压系统对工件进行压紧，定位销进行辅助定位，从而完成整个

14、加工过程。而弯管机在完成一次弯管作业过程中，常见的弯曲工件的方式有很多，可以按照弯曲形式，弯曲工作温度，传动方式等等分类。其中按照弯曲形式可以分为，压弯式，滚弯式，挤压式和缠绕式。在此，主要列出两种不同弯曲形式的弯管机原理，即碾压式回弯的滚弯式（通过工具模提供弯矩，挡料轮抵消力矩的方式）以及拉拔缠绕式弯曲原理（即通过夹紧块将工件贴合在工具模上，然后在导向块的作用下进行弯曲作业）。 下图2.1.2为滚弯式原理图 图2.1.3为缠绕式原理图。 图2.1.2 图2.2 下就两种弯管原理的优缺点作简要分析：两者的优点：滚弯式的弯管机可以用于圆管也可以完成方管作业，同时机构简单。而缠绕式弯管机则主要是用

15、于方管，但是作业精度更佳。两者的缺点：滚弯式作业精度不足，但是缠绕式的结构复杂、维护不方便，同时造价较高。由于我们机构设计的目的在于应用在一些作坊以及小公司的简易零部件加工，同时考虑到设备维护难度以及工作环境要求，滚弯式设计更能节约成本，同时由于其结构简单，维护容易，故采用滚弯式。 而滚弯式弯管机的主要加工步骤是： 1.先用夹紧块紧固钢管，同时保证预留出足够的直线长度以完成弯管工序。 2.启动机器，进行弯曲作业。3.完成弯曲作业后，松开夹持装置，拿下管件后并且复位模具。4.将管件平稳置放于检验夹具上，用标准件检查管形同时进行校正。5.重复进行以上操作，直到工件满足其工艺要求。3 机构设计 3.

16、1 工件的工艺分析要完成机构设计，首先需要从工件本身工艺性质出发，从而设计出能完成加工工艺流程的工作机构。此弯管机工件原料采用无缝钢管，拟取材质为10号钢，该钢管外径为d=30mm,管壁壁厚为t=2mm的管件作为目标管件进行工艺分析。管件在弯曲过程中，当弯曲变形程度过大时，弯曲弧的外管壁则会变薄，甚至发生断裂。而弧的内管壁则会变厚，可能会出现起皱。所以我们先考虑管件的加工特性。该管件在弯曲作业时所能承受的最小弯曲半径为d*2=60mm,而在管件进行加工时，其加工的弯曲半径为3.5倍外径（因为其壁厚小于0.02d).即为30*3.5=105mm，所以此管件满足弯曲半径要求。下图3.1 和3.2分

17、别为该类型管件的加工弯曲半径示意图以及所能承受的最小弯曲半径示意图。 图 3.1 加工弯曲半径 图 3.2 最小弯曲半径注：在我们选择弯管工件时应当注意是否有该管件是否有裂纹，管壁不能外凸。3.2 弯曲力矩的计算现计算完成该类型的钢管所需提供的弯曲力矩拟设为钢管内径 为管材弯曲时的弹性应力系数 为管材弯曲时的屈服应力系数 为管材的壁厚 为中性层的弯曲半径（取=95）则此时弯管力矩公式可以表示成 通过对管材弯曲时作业情况进行分析，我们不难发现，管材在越来越小的弯曲半径的情况下时，我们得提供的力矩是越来越大的，所以当管件用进行作业的时候，此时我们所需提供的力矩便是该管件所需的临界值。 =2079.

18、46+322.39=2402.03 Nm 3.3 选取电动机 通过查阅实际生产资料可知弯管机的弯管速度一般为8r/min则 P=M*=2402.03*2012.29KW 即此弯管机工作时所需的功率为2012.29 kw故所需电机的功率 P= 其中 为V带传动效率； 为蜗轮减速器的传动效率； 为的传动效率； 为一般圆柱齿轮效率； 为滚子轴承的传动效率。 查机械设计手册表1-5后可知 取=0.96、=0.8、=0.99、=0.97、=0.98则P=2840.99 KW由于在上述设计中，管件工艺分析时所采用的管件口径较小，然而在实际作业中，弯管机需要完成对不同型号管型的加工，所以在电机选取上应该选取

19、功率更大的电机，以满足可能的需要。同时由于弯管机在整个工艺流程中，需要有自带的制动减速功能，就空间角度考虑，决定选用带有涡轮涡杆减速器的电机。但是此时电机正反交换的频率相对较大，所以所选择的电机转速不宜过大，以方便进行制动。现拟取电机的型号为Y132S-6，其基本性能如表3.1 表3.1 电机Y132S-6的主要性能参数型号额定功率/kw堵转/（N*M）最大转达矩/(N*M)满载转速/（r/min）Y132S-632.02.2960 查阅机械设计手册表12-3可知 Y132S-6电机的安装以及外形尺寸如下 图3.3 电机安装尺寸图 表3.2 Y132S-6电机的安装尺寸 型号ABCDEFABH

20、KLY132S-621614090388010280132124753.4 机构传动比的计算与分配 由表3.1可知Y132S-6电机转速N1=960r/min ，而在2.3中已拟定弯管机的弯管速度N5 =8r/min故可得总传动比 =N1/N5=960/8=120查机械设计手册表1-6可知V带动态的传动比的取值范围为07,开式圆柱齿轮的传动比的范围为08。 拟取此电机的传带轮V带传动的传动比为=2.5，取此时圆柱齿轮的传动比=3,则可得出蜗轮蜗杆减速器中的传动比为=16。3.5 各级传动装置的转矩以及功率计算为传动比；其中下标1为电机与涡轮高速轴间的传动比；下标2为涡轮高速轴与涡轮低速轴间的传

21、动比；下标3为涡轮低速轴与齿轮高速轴间的传动比：下标4为齿轮高速轴与齿轮低速轴间的传动比。 为传动效率；其中下标1为传动机与蜗杆高速轴之间V带的传动效率，取值为0.96；下标2 为蜗杆高速轴与蜗轮间的传动效率取值为0.8；下标3为联轴器的传动效率取值为0.99；下标4为小齿轮与大齿轮啮合之间的传动效率取值为0.97。 为输入功率；其中下标1为蜗轮蜗杆减速器蜗杆轴的输入效率；下标2为涡轮蜗杆减速器涡轮轴的输出效率；下标3为小齿轮高速轴的输入效率；下标4为大齿轮低速轴的输入效率；下标5为工作台上工具模的输入功率。 为轴的输入转矩；其中下标0为电机的输出转矩：下标1为蜗轮蜗杆减速器蜗杆轴的输入转矩；

22、下标2为涡轮蜗杆减速器涡轮轴的输出转矩；下标3为小齿轮高速轴的输入转矩；下标4为大齿轮低速轴的输入转矩；下标5为工作台上工具模的输入转矩。 （1） 下面进行各级装置N的计算 由表3.1可知 电动机的转速N=960 r/min N1=960/2.5=384 r/min 其中N1为涡轮的高速轴的转速 N2=384/16=24 r/min 其中N2为涡轮的低速轴的转速 N3= N2=24r/min 其中N3为高速齿轮的转速（与低速轴啮合） N4=24/3=8r/min 其中N4为低速齿轮的转速 N5= N4=10 r/min 其中N5为弯曲模的转速（与低速齿轮啮合）（2） 下面进行各级装置P的计算由

23、表3.1可知 电动机 P=3KW则 P=P*=2.88KW P=P1*= 2.304KW P=P2*=2.28KW P=*=2.21KW P=2.19KW（3） 下面进行各级装置的T的计算 =*=9550*= Nm =*=*2.5*0.96=71.61 Nm =*=71.61*16*0.8=916.68 Nm =*=916.68907.51 Nm =*=907.51=2668.37 Nm3.6 电动机与涡轮蜗杆减速器之间的传动带的计算选取 在电动机和涡轮蜗杆减速器之间，我们需要选择皮带和一个带轮作为传动装置，而皮带的选取取决的电动机的参数，即功率和转速，根据表2-1可知，V型A带较为合适。而V

24、型A带的带轮直径范围71mm,现为方便加工计算，取定直径为100mm的型号进行计算。 现对其工作速度进行计算，从而校核其是否符合要求=5.02 此时V带的根数 z= 取 = 由机械设计表8-2选取 = =得 z=2.79取整后得 3.7 蜗轮蜗杆减速箱的计算与择取 在上述结构设计中，我们需要将涡轮和蜗杆的夹角设计成90，即根据机械设计表183可知，我们可以选择单机蜗杆减速器，蜗杆在蜗轮侧面，蜗轮轴垂直布置。由3.5中所列计算可知 =825.01 Nm （涡轮低速轴） P1=2.88 KW （涡轮高速轴）由3.4中可知在涡轮蜗杆减速器中 =16 而蜗轮蜗杆减速器中心距 即 a124.2mm （验

25、算此数据可用）则根据中心距和传动比 选择了下述蜗轮蜗杆减速器其主要性能参数如表 表3.3 蜗轮蜗杆减速器的主要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-12516750r/min125mm7.781KW1400 Nm3.8 联轴器的计算和择取完成蜗轮蜗杆减速器的选取后我们需要将蜗杆的输出轴和小齿轮的高速轴相连，此时我们需要设计一个联轴器。由3.5可知 T=907.51 Nm （小齿轮高速轴）则涡轮轴的直径 d 其中 A=103126 P=2.304KW N=24r/min而在上述计算中可以看到，我们需要其能承受的力矩比较大，而由机械设计表8-7可知 弹性柱销联轴器满足设计要求

26、。根据涡轮轴的直径，即此时涡轮轴的最小直径d=54.9mm选用LX4联轴器， LX4联轴器 GB50142003 下表为联轴器的主要参数 表3.4 联轴器参数表 型号许用转矩Nm许用转速r/min轴孔直径轴孔长度LX42500387042,48,50,55112843.9 轴承的选择由于工作时同时受有和的作用，因此不能选用。而在上述计算中可以看出，此机构的轴件工作时转速低，所受到的作用力小。所以我们能选用。现拟定选用32910和30213二种圆锥滚子轴承。其主要参数及基本尺寸如表3.5 表3.5 圆锥滚子轴承的主要参数 型号小径外径厚度基本额定动载荷脂润滑下的极限转速3291050902073

27、.2KN4300r/min302136512023102KN3200r/min3.10 轴的计算与设计及校核 轴径计算取轴的为钢，进行调质处理。 其中P为轴功率 2.56 KW为转速 24r/minA为许用所确定的，为A=取A=115则 取 =则 取 = 由于需进行轴向，故轴与相接处轴肩。 轴肩设计：的连接为，并且轴要短于L，故轴段长度，轴径与直径相等，即。轴肩后是齿轮段，取的总厚度为。 由的装配与拆卸要求以及为了便于对于轴承进行润滑，拟取外端面与左端面间的。轴承座要求起支撑，故取的壁厚为，取与齿轮间距为。取的宽厚为，故左端需设计轴肩 设计：因为与齿轮间距为同时与轴承间距，则轴肩的，且轴承的厚

28、度为17mm，而至左端的要长于对应的厚度，取值，直径。在轴和齿轮以及半联轴器之间的轴向定位均拟用平键联接。查阅机械设计手册表4-1可知当公称直径d的取值范围在5865时键的截面为 B（键宽）*h（键高）=18*11键槽的长度为160mm，因为其加工使用键槽刀加工，并且为使与间的配合有较好的对中性，所以与轮毂的配合选为；同上，因为与之间采用联接，取的尺寸为，故的配合为。又因为与滚动之间采用的的轴向，所以此处轴直径的为，轴端倒角为。轴的与载荷 其中 = 则 = 根据轴条件及尺寸，轴的跨距为，则由轴的、扭矩图以及结构图中看出截面C危险截面。现将计算的C处的、的值如表3.6 表3.6 界面C的系数表载

29、荷水平面H垂直面V支反力F=2430.5N =2430.5N=1005.7N =794 N弯矩M=268570 N/mm=111129 N/mm =87734N/mm总弯矩=290653 N/mm =282536 N/mm扭矩T=1 020 960N/mm轴的:图3.4 弯矩图进行时，通常危险。则由= (2-16)已，并进行，可得 因此，故安全故小轴的结构尺寸如图3.5 图3.5 小轴设计原理类同。故省略计算过程，出小轴应为轴。因为轴是与工作台相连，同时因为工作台在作业时要求平稳以保证作业精度，而从上可知此轴的转矩较大，故轴连接拟用连接。由有 现对进行计算。 查阅机械设计手册可知不均系数，现拟

30、取则取 = =花键的平均直径 = = = 则 =56.77Mpa=100140Mpa 故此安全，为了在轴上，在钻螺纹，其M12-深30mm，轴的如下图 图3.6 大轴3.11 齿轮的设计与计算在此机构设计中，只有一对传动齿轮，且为了作业时工作台能保持平稳，以及考虑加工维护，故选用。由于的较低，故7级。：小齿轮（），280HBS， 为45钢（）240HBS，两者均为40HBS 所取分别为 = =189.8MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限 =550Mpa； =600Mpa将 13.9 mm55mm 为了2* = =1730，=初选 =23，=，则=69 m= = = = , = = ,由 =*10

31、3 合适 ，大、的及其 图3.7 大齿轮 图3.8 小齿轮3.12 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 由于轴的结构设计可知，其主要是靠钢板支撑，但是因为所选用来作为支撑作用的的厚度不能太大（所选钢板过厚则重量过大后支撑管设计困难，同时增大了成本），同时所选用的轴承的厚度较大，所以通过用螺钉将轴承座紧固在钢板上，从而支撑起轴承，进而支撑轴。轴承的材质选用45号钢。这样的设计较传统设计降低了成本，同时安装方便，维修便捷。在螺钉选用上，因为其轴向力不大故采用四根M10内六角螺钉进行紧固。至于轴盖的设计，其参数与对应的轴相适配，材质同样选用45号钢。 上述设计的简图与参数如下所示 图3.9大轴前端盖

32、 图3.10 大轴后端盖 图3.11 大轴承座 图3.12 小轴承座 图3.13 小轴后端盖 图3.14 小轴前端盖3.13 轴套的结构设计 在此设计中，轴套的作用为对轴进行轴向定位，同时对轴以及轴承的配合起到保护的作用，查阅机械设计后可知的厚度是由所装配的圆锥滚子轴承的安装尺寸所决定，即厚度B=d-d， 由3.3的计算可知 高速轴的轴径d=mm 且所选用的圆锥滚子轴承所对应的d取值范围为57mm-83mm 则此时拟取B=6mm而此时低速轴的轴径为90mm 所选用的圆锥滚子轴承所对应的d 取值范围为74mm-111mm 此时 拟取B=8mm 轴套采用调制后的45钢作为材料，下图为其尺寸参数 图3.15 大轴轴套尺寸 图3.16 小轴轴套尺24