薄壁螺旋鋼管成型機構(gòu)設(shè)計

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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構(gòu)的詳細設(shè)計 .63.1 帶鋼輸入部分設(shè)計 63.1.1 拆卷機設(shè)計 .63.1.2 收紙部分的設(shè)計 143.1.3 遞送部分的設(shè)計 183.1.4 成型角調(diào)節(jié)部分的設(shè)計 273.2 成型器部分設(shè)計 293.2.1 基本原理的設(shè)計 293.2.2 成型器結(jié)構(gòu)設(shè)計 324 控制部分的設(shè)計 .414.1 控制基本原理的設(shè)計 414.1.1 管速的測量原理 414.1.2 成型角和輥子位置調(diào)節(jié)的控制原理 415 結(jié)束語 .43總 結(jié) .44參考文獻 .45謝 辭 .46\薄壁螺旋鋼管成型機構(gòu)設(shè)計1. 前言1.1 課題來源及研究目的和意義本課題的設(shè)計題目是薄壁螺旋鋼管成型機設(shè)計，課題是老師自擬。螺旋鋼管安全可靠、衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟實用，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，工程中的應(yīng)用也越來越多。通過對薄壁螺旋鋼管成型機的設(shè)計，解決一些問題。從焊接工藝來講,直縫焊管不可避免的會有很多的丁字焊縫，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的設(shè)計，恰好解決了這個缺陷問題。從強度角度講，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)計中，沒有設(shè)計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)計中，成型角的調(diào)節(jié)方式我選擇齒輪齒條傳動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，我選擇上卷成型；帶鋼由成型器下切線方向進入并向上旋轉(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到規(guī)定直徑。通過對這些機構(gòu)的選擇，使得薄壁螺旋鋼管成型機構(gòu)的設(shè)計達到更優(yōu)質(zhì)，從而在作業(yè)時加工出更優(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，我國現(xiàn)有無縫管生產(chǎn)企業(yè)約 240 多家，無縫鋼管機組約 250 多套，年產(chǎn)能力約 450 多萬噸。從口徑看，6000N 時可保證鋼板的正常送進，則膠輥上的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為mNrFT?????? 7201.06粗略設(shè)整個傳動過程效率為 ，則需減速器輸出轉(zhuǎn)矩為6.?\mp7001826???zzLzLpap5.82 2824 1121? ?????? ??????????????????????mNT????2650106.72所以電機和減速器的選擇均能滿足工作需要。（2）根據(jù)《機械設(shè)計》[11]一書中滾子鏈傳動來設(shè)計：傳動系統(tǒng)由電機驅(qū)動，傳動平穩(wěn)，電機的調(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)計參數(shù)。傳動比選擇：○ 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）取鏈號為 20A○ 4查表 5-13，得 20A 型號的鏈子的參數(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：○ 7查表 5-17，鏈輪的材料為 40Cr，經(jīng)淬火、回火處理后，硬度達到 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： ?其詳細尺寸的設(shè)計如表 3：表 3 遞送機構(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）齒輪傳動的設(shè)計：根據(jù)《機械設(shè)計》 [11]第 6 章中直齒輪的設(shè)計方法進行設(shè)計：①由于兩個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。傳動比 1251?zi按齒根彎曲疲勞強度計算：○ 2因為閉式硬齒面的齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強度，故先按彎曲強度設(shè)計，驗算\接觸強度，由式（6-15）有 ??312????????FSdzaYKTm???確定式中的各項數(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,單級傳動效率為 95%，鏈傳動效率為 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，選取第一系列的標準模數(shù) 8?齒輪的主要尺寸設(shè)計如下：○ 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度的校核公式 ??12632.451078.39.0528.1 HH a?? ?????所以接觸疲勞強度滿足要求。具體尺寸的詳細設(shè)計：○ 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：○ 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齒厚偏差計算：分度圓弦高公稱值 ??????????????zznh90cos12_m97.8\分度圓弦齒高公稱值 ????mzmns58.1290sin25890i_ ??????計算齒厚仿差：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軸承6002，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動載荷 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遞送輥的兩個軸承只承受徑向載荷，選擇滾動軸承6013，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動載荷 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防止鋼帶左右竄動的四個軸承選擇滾動軸承6006，其基本參數(shù)如下：額定載荷 動載荷 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3.1.4.1 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計成型角度的調(diào)節(jié)是由電機通過一大減速比的減速器帶動齒輪轉(zhuǎn)動，而弧形齒條安裝在主機架上，主機架下面安裝了輪子，齒輪和弧形齒條嚙合，可以使主機架繞著鉸鏈轉(zhuǎn)動，實現(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)機構(gòu)俯視圖圖 11 成型器調(diào)節(jié)機構(gòu)主視圖\3.1.4.2 基本參數(shù)計算(1)電機減速器的選擇:在調(diào)節(jié)的過程中需要較大的功率，同時由于角度的調(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為 XWEDH2.2-106-1003 的擺線式臥式電機直聯(lián)型二級減速器，其詳細的參數(shù)：輸入功率 2.2Kw 機器型號為 X106 減速比為 1003。電機選擇 YCT 系列電磁調(diào)速型電機，型號為 YCT160-4A，電機功率為 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，電機重 100kg。(2)齒輪齒條傳動設(shè)計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。傳動比i=；（齒條按全齒輪來設(shè)計）1920381?z按齒根的彎曲疲勞強度計算，詳細的數(shù)據(jù)如表4：表 4 成型角調(diào)節(jié)機構(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3.2.1 基本原理的設(shè)計根據(jù)設(shè)計參數(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， mD08.523cos1???當(dāng) a=60°時， 4.6考慮到實際的生產(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， ，????2.35901arcos?輥長 ml7.inD=640mm 時， ，????9.56401arcos?輥長 l7.in一般情況下，各排輥子的長度應(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，但也不宜過長，過長會影響微調(diào)，所以各排輥子的長度先假定為 1930mm。成型器的基本結(jié)構(gòu)是 2 號輥子固定，其它輥子根據(jù)管徑的不同而做出相應(yīng)的調(diào)整，如圖 12所示，假設(shè)圖中輥子的直徑均為 a mm。mfa?/ mfa?/齒輪 60 124 -250齒條54.31?18?80 169 -312