薄壁螺旋鋼管成型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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\目 錄1 前言 .11.1 課題來源及研究的目的和意義 11.2 國內(nèi)外發(fā)展概況 21.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 22 方案的論證與選擇 .32.1 帶鋼輸入輸出的基本原理 32. 2 成形角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選擇 .32.3 成型器成型方式選擇 42.4 對外控式成型器的探討 53 薄壁螺旋鋼管成型機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì) .63.1 帶鋼輸入部分設(shè)計(jì) 63.1.1 拆卷機(jī)設(shè)計(jì) .63.1.2 收紙部分的設(shè)計(jì) 143.1.3 遞送部分的設(shè)計(jì) 183.1.4 成型角調(diào)節(jié)部分的設(shè)計(jì) 273.2 成型器部分設(shè)計(jì) 293.2.1 基本原理的設(shè)計(jì) 293.2.2 成型器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 324 控制部分的設(shè)計(jì) .414.1 控制基本原理的設(shè)計(jì) 414.1.1 管速的測量原理 414.1.2 成型角和輥?zhàn)游恢谜{(diào)節(jié)的控制原理 415 結(jié)束語 .43總 結(jié) .44參考文獻(xiàn) .45謝 辭 .46\薄壁螺旋鋼管成型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 前言1.1 課題來源及研究目的和意義本課題的設(shè)計(jì)題目是薄壁螺旋鋼管成型機(jī)設(shè)計(jì)，課題是老師自擬。螺旋鋼管安全可靠、衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，管道的薄壁化以及新型可靠、簡單方便的連接方法的開發(fā)成功，使其具有更多其他棺材不可替代的優(yōu)點(diǎn)，工程中的應(yīng)用也越來越多。通過對薄壁螺旋鋼管成型機(jī)的設(shè)計(jì)，解決一些問題。從焊接工藝來講,直縫焊管不可避免的會(huì)有很多的丁字焊縫，丁字焊縫處的焊接殘余應(yīng)力較大，增加了產(chǎn)生裂紋的可能性。而薄壁螺旋鋼管成型機(jī)的設(shè)計(jì)，恰好解決了這個(gè)缺陷問題。從強(qiáng)度角度講，直縫鋼管在焊接后，其內(nèi)應(yīng)力沿焊縫分布，而螺旋鋼管焊后的內(nèi)應(yīng)力沿軸向和徑向均勻分布，可以更好地部分抵消所承受的壓力。但是在本次的設(shè)計(jì)中，沒有設(shè)計(jì)在完成螺旋鋼管成型之后的后續(xù)切斷結(jié)構(gòu)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，成型角的調(diào)節(jié)方式我選擇齒輪齒條傳動(dòng)并采用前擺式的方式調(diào)節(jié)成型角。在成型器的成型方式選擇時(shí)，我選擇上卷成型；帶鋼由成型器下切線方向進(jìn)入并向上旋轉(zhuǎn)成型稱為上卷成型，或稱上旋；上旋設(shè)備簡單、調(diào)整方便、內(nèi)焊操作方便、產(chǎn)品規(guī)格范圍廣。并且加工螺旋鋼管時(shí)選擇外抱式成型。其穩(wěn)定生產(chǎn)的原理是利用三輥彎板時(shí)鋼帶不充分的塑性變形以獲得等于或者稍大于規(guī)定直徑的管坯直徑，再經(jīng)過外抱輥對管坯的包攏作用而達(dá)到規(guī)定直徑。通過對這些機(jī)構(gòu)的選擇，使得薄壁螺旋鋼管成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)達(dá)到更優(yōu)質(zhì)，從而在作業(yè)時(shí)加工出更優(yōu)質(zhì)的薄壁螺旋鋼管。1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有無縫管生產(chǎn)企業(yè)約 240 多家，無縫鋼管機(jī)組約 250 多套，年產(chǎn)能力約 450 多萬噸。從口徑看，6000N 時(shí)可保證鋼板的正常送進(jìn)，則膠輥上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為mNrFT?????? 7201.06粗略設(shè)整個(gè)傳動(dòng)過程效率為 ，則需減速器輸出轉(zhuǎn)矩為6.?\mp7001826???zzLzLpap5.82 2824 1121? ?????? ??????????????????????mNT????2650106.72所以電機(jī)和減速器的選擇均能滿足工作需要。（2）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[11]一書中滾子鏈傳動(dòng)來設(shè)計(jì)：傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，電機(jī)的調(diào)速范圍為 1250～125 r/min,經(jīng)減速器減速后，○ 1其速度為 0.29～2.9r/min,取其中間值 2r/min 來確定設(shè)計(jì)參數(shù)。傳動(dòng)比選擇：○ 2小齒輪的齒數(shù)根據(jù)表 5-18 推薦取 ＝18,大齒輪取 ＝18，則傳動(dòng)比 i=1，雙排鏈。1z2z修正功率： ○ 3 ZACKP??其中： 為工況系數(shù)，查表 5-19，取 =1.0AKA為齒數(shù)系數(shù)，查表 5-26，取 =1.2Z Z由此， KWPZAC 6.3210.52????查圖 5-23（A）取鏈號(hào)為 20A○ 4查表 5-13，得 20A 型號(hào)的鏈子的參數(shù)如下：節(jié)距 P=31.75mm mm 滾子直徑 mm 76.35?t 05.19?d內(nèi)鏈板高度 mm 內(nèi)鏈板寬度 mm 抗拉載荷 KN1802h81b5.173?QF確定中心距 a 及鏈節(jié)數(shù)○ 5 pL初選 a=26p，則鏈節(jié)數(shù) 為：理論中心距 ：2010 apzzaP ????????\取 ma47.203.??實(shí)際中心距 83???確定潤滑方式：○ 6鏈速 查圖 5-24，確定采用滴油潤滑。smpnzv/019.1??鏈輪的設(shè)計(jì)：○ 7查表 5-17，鏈輪的材料為 40Cr，經(jīng)淬火、回火處理后，硬度達(dá)到 40~50HRC分度圓直徑： mpd84.120sin75.318si1 ????????? ??齒頂圓直徑： mdpa 48.2035.197.35.25.1mx1 ???????mzd0.641in ?????????取 da201齒根圓直徑： df 79.6305.84.211 ????齒側(cè)凸緣：取 =147mm1gd軸孔直徑根據(jù)所選減速速器的型號(hào)取小鏈輪的直徑 mdk601?齒槽的形狀參數(shù)：（查表 5-15）按最小齒槽形狀計(jì)算：齒側(cè)圓弧半徑 ??zdre 72.4512.0max???滾子定位圓弧半徑 mi 6.9011n?滾子的定位角 ??3584901max???zmhzpg92.470cos211????\鏈輪的軸向齒廓尺寸：（查表 5-16）齒寬 ： mbf 96.170.895011 ???齒側(cè)倒角： ?3.4.pa齒側(cè)半徑： rx7輪轂齒厚： mdhk3.210.65.911????取齒厚： m21輪轂長度： hl9.703.1取輪轂長度： ?其詳細(xì)尺寸的設(shè)計(jì)如表 3：表 3 遞送機(jī)構(gòu)鏈輪參數(shù)--分度圓直徑/mm齒頂圓直徑/mm齒根圓直徑/mm齒側(cè)凸緣/mm /mmmaxer/mmminr鏈輪 182.84 200 163.79 147 45.72 9.62-- /omax?齒寬/mm 齒側(cè)倒角/o齒側(cè)半徑/mm輪轂厚度/mm輪轂長度/mm鏈輪 135o 17.96 4.13o 31.75 21 70（3）齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [11]第 6 章中直齒輪的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：①由于兩個(gè)膠輥的傳遞功率較大，且要求結(jié)構(gòu)緊奏，使用壽命長，查表 6-2，選兩個(gè)齒輪的材料為 40MnB，表面淬火處理，齒面硬度 48~55HRC，選擇 7 級精度，閉齒硬齒面。傳動(dòng)比 1251?zi按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：○ 2因?yàn)殚]式硬齒面的齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算\接觸強(qiáng)度，由式（6-15）有 ??312????????FSdzaYKTm???確定式中的各項(xiàng)數(shù)值載荷狀態(tài)是均勻平穩(wěn)的，查表 6-3，取 ，初選載荷系數(shù)0.1?A 5.2?tK減速器的輸入功率 P=1.5KW,單級傳動(dòng)效率為 95%，鏈傳動(dòng)效率為 93%，則輸出功率 KWP26.93.05.12???轉(zhuǎn)矩 NmnpT161789?由式（6-7） ??cos12.32???????????????za6.1由式（6-13） 71.062.5.075.2.0???aY??由表 6-6 選取 3.d?由圖 6-19，圖 6-20 查得 58.?FaY1.Sa由式（6-12）有 71 108.3082360????njLN由圖 6-21，查得 9.取 25.1min?FS由圖 6-22d ,按硬齒面硬度均值 51HRC，在 ML 線上查得 MPaF450lim????MPaSYFN8.352min1??016?Fa?設(shè)計(jì)齒輪的模數(shù)：代入式 6-15 得\mm65.528.31257.0.18336??????????修正 ：t sznvt /028.10643106?????由圖 6-7 查得 5.vK由圖 6-10 查得 2?由圖 6-4 查得 1.?a則 9vK?mmtt 32.65.1633由表 6-1，選取第一系列的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 8?齒輪的主要尺寸設(shè)計(jì)如下：○ 3分度圓直徑 zd20521??圓心距 ????mma8??齒寬 bd603.2?651?校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度：○ 4??HHEubdKTz??????12由表 6-5 查得 MP9.18?由表 6-14 查得 52Hz由表 6-15，按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 8.0??z由圖 6-16e，按齒面硬度均值 51HRC，在 MQ 和 ML 線的中間查出\MPaH106lim??inS則 MPazHN8.9513.0minl ????將確定的各值代入接觸強(qiáng)度的校核公式 ??12632.451078.39.0528.1 HH a?? ?????所以接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。具體尺寸的詳細(xì)設(shè)計(jì)：○ 5齒頂圓直徑： mmdna 216802????孔徑取 D804na17650?輪轂直徑 md2.3?腹板孔的圓心所在圓的直徑 mD152301??腹板孔徑 ??D8.63.0302???精度的設(shè)計(jì)：○ 6齒輪材料為 40MnB,線膨脹系數(shù) ；支架為鑄鐵，線膨脹系數(shù)為Ca????/105.61；齒輪的工作溫度為 ；支架溫度按室溫 。Ca????/105.62 t4Ct??20按選擇的 7 級精度可知： mfpt?2?Fp6ma?F?4齒厚偏差計(jì)算：分度圓弦高公稱值 ??????????????zznh90cos12_m97.8\分度圓弦齒高公稱值 ????mzmns58.1290sin25890i_ ??????計(jì)算齒厚仿差：由式（6-35） ， ??atctcajn si121????m73.5 20n04.206? ??由表 6-9 查得 jnn ?25.12?由式（6-34） j4021mi?查齒輪公差表，齒輪基節(jié)的極限偏差 mfpb81?fpb?20??由式（6-37） FfJpbn ?9.221??中心距極限偏差 fa?5.37?由式（6-33）齒厚上偏差 ?????aJjafEnsn cos2/tmi????6705420.1????齒圈徑向偏差 ?mbFaTrs ?126326.1tantn22 ????齒厚下偏差 mEsni 91???（4）軸承的選擇：導(dǎo)向輥的載荷比較小，兩側(cè)的支撐軸承選擇滾動(dòng)軸承6002，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動(dòng)載荷 KNCor10.5?KNCr38.2?油潤滑極限轉(zhuǎn)速 n=2700r/min 內(nèi)徑 d=15mm 外徑 D=32mm 寬 B=8mm查表7-25-21，選擇凸緣式軸承蓋，其基本尺寸如下：螺釘直徑 mm 大徑 mm 厚度 m=10mm103?d1902?D遞送輥的兩個(gè)軸承只承受徑向載荷，選擇滾動(dòng)軸承6013，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動(dòng)載荷 KNCor.2KNCr7.4\油潤滑極限轉(zhuǎn)速 n=7500r/min 內(nèi)徑 d=65mm 外徑 D=100mm 寬 B=18mm防止鋼帶左右竄動(dòng)的四個(gè)軸承選擇滾動(dòng)軸承6006，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動(dòng)載荷 KNCor2.13?KNCr3.8?油潤滑極限轉(zhuǎn)速 n=5500r/min 內(nèi)徑 d=65mm 外徑 D=30mm 寬 B=55mm3.1.4 成型角調(diào)節(jié)部分的設(shè)計(jì)3.1.4.1 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成型角度的調(diào)節(jié)是由電機(jī)通過一大減速比的減速器帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而弧形齒條安裝在主機(jī)架上，主機(jī)架下面安裝了輪子，齒輪和弧形齒條嚙合，可以使主機(jī)架繞著鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)成型角的調(diào)節(jié)。如圖 10 和圖 11 所示。圖 10 成型角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)俯視圖圖 11 成型器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主視圖\3.1.4.2 基本參數(shù)計(jì)算(1)電機(jī)減速器的選擇:在調(diào)節(jié)的過程中需要較大的功率，同時(shí)由于角度的調(diào)節(jié)的誤差直接影響到了管徑的誤差，所以選取具有較大的減速比和功率的減速器，查手冊確定選擇型號(hào)為 XWEDH2.2-106-1003 的擺線式臥式電機(jī)直聯(lián)型二級減速器，其詳細(xì)的參數(shù)：輸入功率 2.2Kw 機(jī)器型號(hào)為 X106 減速比為 1003。電機(jī)選擇 YCT 系列電磁調(diào)速型電機(jī)，型號(hào)為 YCT160-4A，電機(jī)功率為 2.2Kw，額定轉(zhuǎn)矩為14.1N·m，調(diào)速范圍為 1250～125 r/min,轉(zhuǎn)速變化率為 2.5%，電源為三相交流電，50Hz，380V，電機(jī)重 100kg。(2)齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒輪齒條的材料選擇40MnB，表面淬火，硬度48~55RHC，選選擇6級精度。傳動(dòng)比i=；（齒條按全齒輪來設(shè)計(jì)）1920381?z按齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，詳細(xì)的數(shù)據(jù)如表4：表 4 成型角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)齒輪齒條參數(shù)分度圓直徑 md/1齒頂圓直徑 a/齒根圓直徑 mdf/齒寬B/mm分度圓弦齒高公稱值/mh_分度圓弦齒 厚公稱值 s_/齒輪 280 308 262.5 105齒條 5360 5388 5370.5 9014．35 21．98齒輪中心距極限偏差單個(gè)齒距偏差 mfpt?/齒距累積總偏差齒厚上偏差 mEs?/齒厚下偏差 si/\3.2 成型器部分設(shè)計(jì)3.2.1 基本原理的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)該成型器輸入鋼板的板寬度為 1000 mm,成型角為 35o～60o，如圖 12 所示當(dāng) a=35°時(shí)， mD08.523cos1???當(dāng) a=60°時(shí)， 4.6考慮到實(shí)際的生產(chǎn)，當(dāng)成型角的變化范圍為 35o～60o，管徑的變化為 390～640mm，當(dāng)管徑為 D=390mm 時(shí)， ，????2.35901arcos?輥長 ml7.inD=640mm 時(shí)， ，????9.56401arcos?輥長 l7.in一般情況下，各排輥?zhàn)拥拈L度應(yīng)在理論長度的基礎(chǔ)上再加長 200mm 左右，以使其伸出咬合點(diǎn)，但也不宜過長，過長會(huì)影響微調(diào)，所以各排輥?zhàn)拥拈L度先假定為 1930mm。成型器的基本結(jié)構(gòu)是 2 號(hào)輥?zhàn)庸潭ǎ渌佔(zhàn)痈鶕?jù)管徑的不同而做出相應(yīng)的調(diào)整，如圖 12所示，假設(shè)圖中輥?zhàn)拥闹睆骄鶠?a mm。mfa?/ mfa?/齒輪 60 124 -250齒條54.31?18?80 169 -312