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鋼管自動下料機
摘 要
鋼管自動下料機床是帶式輸送機托輥鋼管切斷、兩端倒角一次自動完成的專用設備，該機床自動化程度高、加工精度高，如送料，定位，夾緊，倒角，切斷依次進行，一次就能滿足鋼管的加工精度，不需要輔助加工，并且安裝調試方便。該設備采用的是硬質合金刀（YT5系列刀具），其硬度，耐磨性，耐熱性都很好，切削速度遠比高速鋼快得多。液壓系統(tǒng)中使用了雙聯(lián)泵供油，保證了運動速度，切斷采用進口調速出口被壓裝置，使切斷速度可調、工作穩(wěn)定。鋼管加工過程，由“自動送料—送料到位—夾緊—夾緊到位—進刀—進刀到位—自動落料—放松退刀—退刀到位—自動送料”循環(huán)進行，大大提高工作效率，并能適應大批量生產加工。本產品在生產中應用可以提高產品質量和經濟效益，降低勞動強度。
此次的設計主要是針對金屬管材進行加工的切管機，完成的工作主要是下料機結構簡圖、主軸箱體和裝配圖的設計。包括傳動裝置的設計和計算，其中有電動機的選擇，傳動方案的擬訂，各軸的轉速，功率和轉矩的計算?？傮w結構的設計，其中有各軸尺寸的設計，各主要傳動件的結構尺寸的設計。并且針對以上的設計計算進行了詳細的校核。最后通過得到的數據，繪制了裝配圖、結構簡圖和裝配圖。然后又針對各主要基本件，繪制了2張零件圖。
關鍵詞： 切斷倒角 刀具 液壓系統(tǒng) 轉動方案
Abstract
Steel pipe to be automatic feeding machine is of belt conveyor idlers cut off both ends, steel pipe Angle pouring a automatic completion of special equipment, this machine a high degree of automation, processing precision is high, such as feed, orientation, clamping and chamfering, to cut off the last out, one at a time can meet the machining precision of the steel tube, don't need to assist processing, installation and debugging is convenient. This equipment use is hard alloy knife (YT5 series tools), its hardness, wear resistance, heat resistance are all very good, high speed steel paper cutting speed than much faster. Hydraulic system used in double pump oil supply, ensure the movement speed, cut off the import export be pressure to speed device to make the cut speed adjustable, working stability. Steel pipe processing process,from "automatic feed-feed place clamping clamping in place feed feed in place to be automatic blanking relax recede cutter knife in place back automatic feed"cycles, and greatly improve the work efficiency, and can adapt to mass production and processing.This product can be used in the production process to improve product quality and economic efficiency, reduces the labor intensity.
This is designed to carry on the processing of metal pipes cut pipe bender, complete the main job is feeding machine structure diagram, spindle box and the design of assembly drawings. Including the design and calculation of transmission device, including the choice of motor, transmission scheme of the draft, the axis of rotation speed, torque and power calculation. General structure design, including the axis of the size of the design, the main transmission parts of the design of the structure size. And according to the design and calculationof the detailed check. Finally, through the data retrieved, mapped the assembly drawing, structure diagram and the assembly drawing. And then on the main basic parts, painted two to drawing.
Keywords: cut off chamfering tool hydraulic system turn scheme
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計
目 錄
前 言 1
1 鋼管自動下料機 4
1.1 機床主要規(guī)格及技術參數 4
1.2 機床簡介 4
1.2.2 機床工作適用條件 5
1.3 機床結構概述 5
1.3.1機床工作原理 5
1.3.2各主要部件結構、性能 5
1.4 機床電器系統(tǒng) 6
1.4.1 電源 6
1.4.2控制按鈕功能 6
1.4.3可編程序控制器（PLC）簡介 7
2 機床元件主要參數的選擇及校核 8
2.1刀具的選擇 8
2.1.1 刀具牌號材料的選擇 8
2.1.2刀具結構的設計 9
2.2電機的選擇 9
2.1.1轉速的確定 9
2.2.2初選傳動比I和齒輪齒數 10
2.2.3初算刀具的切削力FC，（按切斷刀計算） 10
2.2.4確定電機的參數 11
2.3 齒輪的確定 12
2.3.1 直齒輪參數的確定 12
2.3.2 斜齒輪參數的確定 13
2.3.3齒輪的校核 14
2.4皮帶的選擇與計算 18
2.5 主軸的校核計算 20
2.6 軸承的的校核 23
2.7液壓系統(tǒng) 25
2.7.1結構： 25
2.7.2工作原理 25
3.送料機構的設計 26
3.1送料機構形式的確定： 26
3.2送料小車的設計 27
3.2.1 確定傳動形式 27
3.2.2選擇小車電機 27
3.2.3皮帶的選擇 28
3.2.4蝸輪蝸桿的確定及其校核計算 29
3.2.5車輪的布置 31
3.3小車軌道的選擇 32
4．定尺機構 33
4.1機構簡介 33
4.2動作順序 33
4.3工作原理 33
5.簡單故障的處理 34
5.1.液壓故障的處理 34
結 論 35
參考文獻 36
致 謝 37
前 言
鋼管是一種多功能經濟斷面鋼材，它在國民經濟各部門應用愈來愈廣泛，需求量也越來越大。管材的需要量之所以急劇增長，是因為管子能用各種材料來制造。而且質量和精度也高。它一方面廣泛用于輸送油、氣、水等各種流體，被人們稱為工業(yè)“血管”；其次大量應用于機械制造和建筑工業(yè)，也是一種抗彎能力較強的結構材料，另一方面鋼管作為中空的零件毛坯用于制造滾動軸承、液壓支柱、液壓鋼簡體、空心鍵、花鍵套、螺母以及手表殼等，這既節(jié)約金屬又節(jié)約加工工時；其次鋼管又是軍隊工業(yè)中的重要材料，如用于制造槍管、炮筒及其他武器，隨航空、火箭、導彈、原子能與宇宙空間技術等的發(fā)展，精密、薄壁、高強度鋼管的需求量迅速增長。
隨著鋼管的需求量的日益增大，鋼管的生產也顯得尤為重要，而鋼管自動下料機的應用，主要是為了降低勞動強度，節(jié)約人力，提高產品質量。當然，保證經濟性也是這次設計的重要考慮的重要項目之一。
目前國內外主要有手搖式、磁力式、鏈條式、軌道式鋼管下料機。
手搖式鋼管下料機（管道下料機）優(yōu)點：制造成本低、價格便宜。缺點：1、手搖速度不均勻，切割粗糙；2、下料機在繞管子轉動的過程中，很多位置不好手搖操作，如頂面、底面等；3、切割中途出現緊急情況，不能及時關閉火焰；4、以鏈條限定行走軌跡會造成定位不準，切割精度不夠，割口差，鋼管常需要進行焊補或補割。磁力式自動管道下料機優(yōu)點：磁力式是利用磁力小車做行走機械，實現了自動切割。缺點：1、對鋼管橢圓度不好的情況下，磁力小車沿管壁走，行走路徑改變，特別是大口徑鋼管，焊接后橢圓度很難保持很好，切割效果不好。2、在表面有涂層或保溫層等情況下，磁力減少，無法克服自重，磁力式無法工作。3、在切割有縫管特別是螺旋管時，磁力式行走軌跡發(fā)生變化，磁力小車在經過螺旋管的焊縫處易掉下來或是由于顛簸，行走機構車輪走偏。4、不銹鋼等無磁性管道不能切割。5、磁力下料機放置到管子上的時候很難保證切割機體與管子端面的平行，行走偏差不可避免，管徑越大，偏差越大，因此常常先畫線，切割過程中再由工人實時監(jiān)控，出現偏差再手動干預，浪費工時，同時又不能徹底保證質量。鏈條式自動管道下料機優(yōu)點：鏈條式自動下料機，克服了磁力式自動下料機切割過程中掉下來的。缺點：1、鏈條節(jié)與節(jié)之間有空隙，使用鏈條作為軌道，很難保證切割精度。鋼管口徑越大，誤差越大；2、鏈條為要一節(jié)一節(jié)安裝，鏈條在安裝過程中是松弛的，安裝好的鏈節(jié)容易脫落，安裝費時費力，并容易加劇上述1 的缺點。并克服了手動鏈條式切割機的部分缺點，但依然有其致命的缺點。定位塊式管道下料機 優(yōu)點：定位準，切割準確。缺點：1、制造成本高；2、設備重，部件多，安裝費時費力；3、配件多，價格昂貴，且一組定位塊只能適合某一種特定管徑，一個齒條軌道，只能適合其中幾種管徑的切割，要實現柔性功能，要配全各種型號的配件。4、國內沒有廠家做這種下料機，一般都是從國外進口，維修成本高， 一次維修費高達萬元以上。STZQ系列軌道鏈條復合式自動管道下料機 優(yōu)點：1、超高的切割精度；2、方便的控制模式； 3、簡便的安裝過程；4、更強的適應能力；5、優(yōu)越的防滑性能
在本次研究中，稍微吸取上述下料機的各自優(yōu)點，并結合我國實際情況，設計了一款定位塊式托輥鋼管切斷機。目的在于對我國鋼管切割方面盡一點綿薄之力意見，以求在一定程度上提高產品質量和經濟效益，降低勞動強度。
1 鋼管自動下料機
1.1 機床主要規(guī)格及技術參數
切斷鋼管直徑 φ60-φ159
切斷鋼管長度 200-2000mm
切斷長度誤差 ≤0.5mm
切斷兩端面平行度 ≤0.4mm
最大送料長度 12000mm
工作時，除上料外，其余工序(送料、定位、夾緊、倒角、切斷)在此設備上自動完成，調整簡單、自動化程度高。該設備應采用硬質合金刀加工，工作效率高，采用可編程序控制器(PLC)為中心的控制系統(tǒng)，限位采用無觸點開關，動作程序準確可靠。
1.2 機床簡介
1.2.1機床主要用途及適用范圍
本機床是帶式輸送機托輥鋼管切斷、兩端倒角一次自動完成的專用設備。倒角、切斷后不需輔助加工，其精度能滿足托輥鋼管的技術要求。適用于目前國內外生產的帶式輸送機托輥鋼管的切斷加工。除上料外，其余工序（送料、定位、夾緊、倒角、切斷）在此設備上自動完成，調整簡單，自動化程度高。該設備采用硬質合金刀加工，工作效率高。采用可編程序控制器（簡稱PLC）為中心的控制系統(tǒng)，限位采用無觸點開關，動作程序準確可靠。適用于大批量的專業(yè)化生產。
1.2.2 機床工作適用條件
適用于海拔不超過1000米，環(huán)境溫度在10～40℃之間，無粉塵及各種腐蝕介質的場合，被加工的管子須去除浮銹。
1.3 機床結構概述
1.3.1機床工作原理
機床的工作過程: 小車在導軌上推動鋼管前進，鋼管穿過中空的主軸，頂住主軸箱另一側的定尺機構，由定尺確定要切斷倒角的鋼管的長度（從切刀刀頭到定尺的邊緣即為工件的切斷長度）。當電機帶動小車推動的鋼管頂住定尺時，定尺右側的感應開關發(fā)出信號，彈簧夾套立即夾緊鋼管，待夾緊到位后倒角刀切斷刀依次進行,整個過程鋼管逆時針連同主軸一起同步旋轉,刀具做進給運動.待刀具到位后被切斷的鋼管自動落料,刀具放松退回到位,下一次循環(huán)開始.整個循環(huán)過程按照“小車送料--送料到位--夾緊--進刀--進刀到位--自動落料--放松退回--退回到位--小車送料”的步驟進行。
1.3.2各主要部件結構、性能
主軸箱座: 材料選用鑄鐵,有減少震動作用,支承主傳動箱及主軸電機，并連接定尺機構。
主傳動箱：通過主軸電機經減速機構帶動主軸轉動，并通過夾緊軸、彈簧夾套使鋼管旋轉，且可根據不同管子的直徑實現變速。
刀架（兩套）：由液壓缸帶動執(zhí)行進刀、退刀，分別實現鋼管的倒角、切斷。
送料小車：此小車由電機通過減速機構帶動行走，推動鋼管到位后進行加工。
定尺機構：根據要求，可沿床身導軌移動定尺座，調整鋼管的切斷長度。工作時，定尺油缸伸出—實現鋼管定位，然后自動退回--保證切斷后的鋼管順利退出。
1.4 機床電器系統(tǒng)
1.4.1 電源
操作臺外接電源為三相380V50HZ交流電，零線需可靠連接，保證50A電流，電源線大于10mm2，操作臺內“31”號線（PLC接地線）必須單獨接地，導線大于2mm2，接地電阻小于100Ω，切不可與其它設備共地。
1.4.2控制按鈕功能
（1）主令開關SA：用于工作方式轉換，自動循環(huán)-循環(huán)停止-手動調整。
（2）油泵啟動、油泵停止、主軸啟動、主軸停止，分別用于控制油泵電機和主軸電機，它們的使用沒有工作方式的要求。
（3）送料：料車退回為點動按鈕，控制料車的前進和后退。
（4）夾緊：在手動調整狀態(tài)下使用，按動此按鈕，夾緊油缸動作，夾緊工件，再按一次則松開（此時主軸孔中必須有相應尺寸的工件）。
（5）進刀、退刀：在手動調整狀態(tài)下使用，為點動按鈕。
（6）循環(huán)啟動：在自動循環(huán)狀態(tài)下使用，使設備自動連續(xù)工作。在循環(huán)狀態(tài)工作中，當管端與小車頂尖頂緊不牢時，可按送料按鈕使小車頂緊管子。
（7）緊急制動：在緊急情況下使用，可切斷控制電源，緊急停止設備動作。
1.4.3可編程序控制器（PLC）簡介
PLC是設備控制系統(tǒng)的中樞，其內部結構是高精度、大規(guī)模集成電路，應特別注意維護與保養(yǎng)，并做定期檢查，及時解決出現的問題。不要放置于高溫、潮濕、振動或有沖擊的地方。運輸時應采取防振措施，盡量減少振動。不要用腐蝕性較大的溶劑擦洗機殼。注意不要把電線頭、螺絲等零星物品落進機殼內。
2 機床元件主要參數的選擇及校核
2.1刀具的選擇
2.1.1 刀具牌號材料的選擇
加工鋼管材料為碳素鋼，選用硬質合金鋼刀具，YT類刀具適合加工碳素鋼，YW類刀具加工鑄鐵，硬質合金的硬度，耐磨性、耐熱性很高，切削速度遠超過高速鋼，加工效率高。而YT5相對YT15韌性較好,硬度較高，不易損壞。所以刀具選用YT5。
牌號
WC
TIC
TAC
CO
密度
硬度
抗彎強度
抗壓強度
彈性模量
ISO牌號
TY5
85
5
10
12.5~13.2
89.5
104
4.6
590~600
P30
2.1.2刀具結構的設計
切刀
倒角刀
2.2電機的選擇
2.1.1轉速的確定
刀具的切削力Fc與切削速度V有關，當選擇進給量s，轉速到達n穩(wěn)定時，切削力基本保持不變。
整個過程的動作時間（自定尺后到倒角切斷完成過程中）為15秒。主軸的旋轉速度n<400r/min，初選刀具的進給量s=0.2mm/r,而t=15s則有一個過程總的進給量為6mm(管子的壁厚)，則15s最少需要轉30r,而倒角刀與切斷刀同時動作 , 則就有n=120r/min考慮傳動中的損失，取n=150r/min,初選電機級數為6，就有n同=1000r/min實際轉速n=980r/m 總的傳動比η=(980r/min)/(150r/min)=6.53
2.2.2初選傳動比I和齒輪齒數
根據傳動比的選擇原則，傳動副要“前多后少”傳動路線要“前密后疏”降速要“前慢后快”由上述原則初選I=1.65 I12=2 I23=1.98
對于不同直徑的管子主軸的轉速不同,需要有調速裝置,采用不同齒數的齒輪嚙合,從而改變傳動比,進而滿足末端軸有不同的轉速。對于管子直徑較小的主軸轉速可以快一些, 可取n=200r/min 此時的總傳動比η=(980r/min)/(200r/min)=4.9,而具體的傳動比為 I=1.65 I12=1.4 I23=1.98
對于不同齒數的齒輪傳動可以選用滑移齒輪傳動，一般滑移齒輪選擇相互靠近的窄排列，且符合Z2-Z1＞4。則選擇Z1=28 Z2=35 Z3=56 Z4=49
2.2.3初算刀具的切削力FC，（按切斷刀計算）
切向力（切削力）PX=CPXT0.72S0.8 CPX=388 PX=3360N （t為切削深度s=0.2 PY=CPYt0.73s0.67 CPY=141 PY=1481N
對工件圓管來說扭矩T=PXr=3360×80×10-3=268.8Nm
而總的刀具扭矩T總=2T=268.8×2=537.6Nm
工件的質量 M1=12×22.64=271.68Kg
軸與夾套的質量M2=11×68.56=75.42Kg
轉動慣量 J1=M1r2=271.68×0.082=1.7387521Kgm2
J2=M2r2=75.42×(0.1)2=0.7542 Kgm2
2.2.4確定電機的參數
以0.5s為啟動時間 則角加速度α=W/T=2πn/t=800π則轉矩T工件=（J1+J2）*α=（1.738752+0.7542）×800π=6262.3Nm
考慮齒輪間的傳動效率則有T輸=（T工件+T刀具）/η總，η總=ηⅢηⅡⅢηⅡηⅡⅠηⅠη0=0.98×0.98×0.9×0.98×0.8×0.9=0.61則T輸=（6262.3+537.6）/0.01=11147.4Nm又初定電機的額定轉速n=980r/min 又根據T=9550×P/n
P=11147.4×980／9550=11.4(KW)
型號
額定功率
額定電流
效率
功率因數
額定轉矩
最大轉矩
額定轉速
Y180L-6
15KW
31.6A
89.5%
0.81
1.8Nm
2.0Nm
980r/min
初選電機為15KW(同步轉速n=1000r/min) 型號為Y180L-6
2.3 齒輪的確定
直齒輪用于高速小扭矩的軸上，而斜齒輪用于低速大扭矩的軸上，所以初級減速的軸Ⅰ、Ⅱ用直齒輪，末端軸Ⅲ用斜齒輪。
2.3.1 直齒輪參數的確定
由于軸一二的轉速較高，相對于來說該軸上的扭矩就比較小，而直齒輪剛好符合這種要求，所以軸一二上均選用直齒輪。
已知參數m z1 z2 z3 z4 α
（1）第一組直齒輪參數的確定
端面模數 m=4 z1=28 z3=56
端面齒形角 at=20°
分度圓直徑 d1=z1m=28×4=112mm
d3=z3m=56×4=224mm
齒頂高 ha1=ha2=m=4mm
齒根高 hf=1.25m=5mm
全齒高 h=ha+hf=9mm
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=(z1+2)m=30×4=120mm
da3=d3+2ha3=232mm
齒根圓直徑 df1=d1-2hf=(z1-2.5)m=(28-2.5)×4=102mm
df3=d3-2hf=(z3-2.5)×m=(56-2.5)×4=214m
中心距 a1=(d1+d3)/2=(z1+z3)m/2=(28+56)×4=168mm
（2）第二組直齒輪參數的確定
端面模數 m=4 z2=35 z4=49
端面齒形角 at=20°
分度圓直徑 d2=z2m=35×4=140mm
d4=z4m=49×4=196mm
齒頂高 ha1=ha2=m=4mm
齒根高 hf=1.25m=5mm
全齒高 h=ha+hf=9mm
齒頂圓直徑 da2=d2+2ha2=(z2+2)m=37×4=148mm
da4=d4+2ha4=(z4+2)m=51×4=204mm
齒根圓直徑 df2=d2-2hf=(z2-2.5)m=(35-2.5)×4=130mm
df4=d4-2hf=(z4-2.5)×m=(49-2.5)×4=170m
中心距 a2=(d2+d4)/2=(z2+z4)m/2=(35+49)×4=168mm
2.3.2 斜齒輪參數的確定
末段軸的轉速較低，扭矩比較高，直齒輪不能很好滿足需要，而斜齒輪剛好符合這種要求，所以軸三的齒輪就選用斜齒輪。
已知參數mn =5mm z1=44 z2=87 β=8°20′22″ αn =20°
端面模數 mt= mn/cosβ=5/cos8°20′22″=5/0.99=5.05mm
端面齒形角 tanαt=tanαn/cosβ=tan20°/cosβ
分度圓直徑 d1=z1mt/cosβ=5×44/cos8°20′22″=220/0.99=222.22mm
d2=z2mt/cosβ=5×87/cos8°20′22″=435/0.99=439.39mm
齒頂高 ha1= ha2=mn=5mm
齒根高 hf=1.25mn=1.25×5=6.25mm
全齒高 h=ha+hf=2.25mn=2.25×5=11.25mm
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=222+2×5=232mm
da2=d2+2ha2=439+2×5=449mm
齒根圓直徑 df1=d1-2hf=222-2×6.25=209.5mm
df2=d2-2hf=439-2×6.25=426.5mm
中心距 a=(d1+d2)/2=(222+439)/2cosβ=661/（2×0.99）=331mm
2.3.3齒輪的校核
齒輪的校核主要依據按接觸強度，彎曲強度進行計算模數，再對所確定的模數進行驗算，從而達到校核的目的。
（1）直齒輪的校核：
Z=28的模數的計算
估算模數
傳動比 i=Z2/Z1=56/28=2 外嚙合
齒寬系數 φm=5-10 7.5
齒輪傳遞的名義功 P=Pxη=15x0.8x0.98 11.76kw
載荷系數 K=0.8-1.6 1.0
許用接觸 σHP =0.9 x σHlim=1035N/mm2 圖 3.4-3查得，
σHlim=1150N/mm2
許用齒根應 單向受力σFP=1.4σFlim=504N/mm2 圖 3.4-4查
σFlim=360N/mm2
按接觸強度 mH=16020(KP(i+1)/ φmncz12σHP2i)1/3
=16020(1.0x11.76x3/7.5x595x282x10352x2)1/3 2.68mm
按彎曲強度 mF=430(KP/φmncz1σFPi)1/3= 1.95mm
標準模數m=4mm
驗算模數
使用系數： KA=1.2 表3.4-31
功率利用系數： KHP=0.8 KFP=0.88 表3.4-32
轉速變化： KHn=0.97 KFn=0.98 Rn=1000/150<50
工作期系數： KHt=（60nmint/N∞）1/P 表3.4-34
=(60x150x16000/5x107)1/6.6=1.174
KFt=（60nmint/N∞）1/P 彎曲:P=8.7
=(60x150x16000/3x106)1/8.7 =3x106
變動工作系數KHPnt=KHPx0.8x0.97x1.174=0.911 表3.4-36
KFPnt=KHPxKHNxKHt=0.88x0.98x1.561=1.346>1
名義切向力： Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x11.76/112x595
得3353N
圓周速度：v=nmaxZ1mn/6000COSβ nmax=595r/min
=3.14x595x4x28/60000 得3.49m/s
動載系數： Kv=1+[k1/(FKA/b)+K2]Z1v[i2/(1+i2)]1/2/100
=1+[12.10x30/3353x1.2+0.0192]x28x3.49x(4/1+4)1/2/100
=1.002b=30mm 由表3.4-37 k1=12.10,k2=0.0192
齒向載荷：KHβ=1.1由圖3.4-5 3.4-6， b/d1=30/112=0.27
分布系數： KFβ=1.2 KHβ=KFβ=0.18+1+0.15 得1.33
齒間載荷：KH由表3.4-38 FtKA/b=3353x1.2
分配系數：KFα KHα= KFα/30=134N/mm
節(jié)點區(qū)域系數：ZH 圖3.4-7 得2.5
彈性系數 ： ZE 表3.4-39 189.8（N/mm2）1/2
齒輪副均為鋼
重合度及螺旋角系數Zεβ（接觸） 圖3.4-8 得0.9
εα=εα1+εα2=0.75+0.91=1.66
許用接觸應力： 圖3.4-3及圖3.4-9 采用HJ-20,v=17-23,
σHP=1150x0.91 得1047N/mm2
ZLVR=0.91
復合齒行數： 剃齒圖3.4-11 YFS=4.84
復合度及螺旋角系數（彎曲） 圖3.4-12 Yεβ=0.70
許用齒根系數 ： 3.4-4σFP=1.3X360 468N/mm2
按接觸強度驗算模數 ：mH=267[KAKHPntKVKHβKHα<4
按彎曲強度驗算模數 ： mF<4mm
結論 模數取為4mm滿足設計要求
（2）斜齒輪的校核：
Z=44的模數的計算
估算模數
傳動比 i=Z6/Z5=87/44=1.98 外嚙合
齒寬系數 φm=5-10 7.5
齒輪傳遞的功率 P=Pxη=15x0.8x0.98x0.8x0.98 10.37kw
載荷系數 K=0.8-1.6 1.0
許用接觸力 σHP =0.9 x σHlim=1035N/mm2 圖 3.4-3查
σHlim=1150N/mm2
許用齒根應力單向受力 σFP=1.4 σFlim=504N/mm2
σFlim=360N/mm2
按接觸強度 mH=16020(KP(i+1)/ φmncz12σHP2i)1/3
nc=417r/min=16020(1.0x10.37x2.98/7.5x417x442x10352x1.98)1/3 2.15mm
按彎曲強度 mF=430(KP/φmncz5σFPi)1/3= 1.82mm
選取標準模數 m=4mm
驗算模數
使用系數： KA=1.2 表3.4-31
功率利用系數： KHP=0.8 表3.4-32
KFP=0.88
轉速變化系數： KHn=0.97 Rn=1000/150<50
KFn=0.98
工作期系數： KHt=（60nmint/N∞）1/P 表3.4-34
=(60x150x16000/5x107)1/6.6 接觸:P=6.6
=1.174
KFt=（60nmint/N∞）1/P
=(60x150x16000/3x106)1/8.7=1.69
變動工作系數：KHPnt=KHPxKHNxKHt 據表3.4-30注
=0.8x0.97x1.174=0.911 與表3.4-36
KFPnt=KHPxKHNxKHt=0.88x0.98x1.561=1.346>1
名義切向力：Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x10.37/(220x417)
得2147.7N
圓周速度：v=nmaxZ5mn/6000COSβ nmax=417r/min
=3.14x417x44x5/（60000x0.9） β=8°20′22 ″
得4.85m/s
動載系數： Kv=1+[k1/(FKA/b)+K2]Z1v[i2/(1+i2)]1/2/100
=1+[12.10x84/2147.7x1.2+0.0192]x44x4.85
x(1.982/1+1.982)1/2/100=1.782
b=84mm 由表3.4-37，k1=12.10,k2=0.0192
齒向載荷 ： KHβ由圖3.4-5 3.4-6， b/d1=84/220=0.38
分布系數： KFβ KHβ=KFβ=0.36+1+0.2 得1.56
齒間載荷： KHα=1.1由表3.4-38 FtKA/b=2147.7x1.2
分配系數： KFα=1.2 KHα= KFα /84=30.68N/mm
節(jié)點區(qū)域系數： ZH=2.5
彈性系數： ZE= 189.8（N/mm2）1/2
齒輪副均為鋼
重合度及螺旋角系數：Zεβ=0.9
εα=εα1+εα2=0.75+0.91=1.66
許用接觸應力： 采用HJ-20,v=17-23,
σHP=1150x0.91得1047N/mm2
ZLVR=0.91
復合齒行系數剃齒圖3.4-11 YFS=4.84
復合度及螺旋角系數（彎曲） 圖3.4-12 Yεβ=0.70
許用齒根應力： σFP=1.3X360 468N/mm2
按接觸強度驗算模數 mH=267[KAKHPntKVKHβKHα
<4mm
按彎曲強度驗算模數 mF=3.240mm<4mm
結論 模數取為4mm滿足設計要求
2.4皮帶的選擇與計算
保證帶在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設計的主要根據，也是靠摩擦傳動的其他帶傳動設計的主要根據。此機床選擇普通V帶中的B型帶，其設計計算如下：
計算功率 PC=KaxP=1.2x15 18kw
選擇帶型 小帶輪轉速n1=980r/min B型帶
小帶輪的基準直徑 dd1=125-140 取140mm 為了提高帶的
壽命，如結構允許應選較大直徑
大帶輪的基準直徑 dd2= n1dd1/n2(1-ε)
ε=1.65x140x0.99
帶速 v=πdd1n1/60x1000≤vmax
v=20
初定中心距 0.7（dd1+dd2）〈a 0.7x362=253mm
a0=255mm
帶基準長度 Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）2/4a0
=2x255+π/2x362+822/(4x255) =1120mm
中心距 a=a0+(Ld-Ld0)/2=255+17 =272mm
a的范圍： amax=a+0.03 Ld=272+33.6=306mm
amin=a-0.015 Ld =272-16.8=255mm
小帶輪的包角 a1=180°-（dd2-dd1）x57.3°/ a≥120° a1=162.7
單根V帶傳動功率及其增量 P0=2.2KW △P0=1.5KW
帶的根數Z Z==0.95x0.84x18/3.7=3.84 Z取4根
單根帶的初拉力F0 F0=500(2.5/ Kα-1)Pα/ZV+mv2
=500x(2.5/0.95-1)15/4x7+0.2x72=447N
作用于軸上的力 Fr Fr=2F0Zsin(α/2)=2x447x4xSin80°
=3504N
2.5 主軸的校核計算
設計圖紙中可以看出，主軸為最危險軸只需考慮主軸的強度是否符合要求，主軸的結構簡圖如下：
主軸的轉速為n轉=417×0.9×0.98=368r/min 由于機械損失傳遞到主軸的功率P=15×0.8×0.9×0.98×0.9×0.98=9.34KW 傳遞到該軸的扭轉力矩為Me
Me=9550×P/368=9550×9.34/368=242.4Nm ，力矩Me是通過齒輪傳送的應有（F為切削力）F*D/2=Me(D=0.435m)就是F=2Me/D=2×242.4/0.435=1114.5N 由平衡方程得齒輪上的法向力Fn對軸線的力矩Me′應與軸上的力矩Me相等 即 Me′=Fncos45°d1/2=Me Fn=2 Me/( cos45°d1)=（2×242.4）/(240×10-3×0.707)=2857N 具體的彎矩和扭矩圖如下
在截面1上,扭矩為242.4Nm合成彎矩M分別為M=(Mx2+My2)0.5=(1288.72+14012)0.5=1903Nm 抗彎截面系數W=π(D4-d4)/(32D) 其中D=240mm d=180mm W=9.2×10-6 最大許用應力為[σ]=85MPa
按第三強度理論進行校核,則有(1/W)*(M2+T2)0.5=(1/9.2×10-8)×(19.32+242.42)0.5=22.7Mpa＜[σ]
符合強度定義,該軸滿足設計要求
2.6 軸承的的校核
由設計圖紙可知主要考慮軸承所受的軸向力，徑向所受的力只是受載荷作用的重力，只需考慮角接觸軸承所受的力，它是靠液壓缸的運動推動其運動的,液壓缸的缸內面積A=πr=3.14×(110/2)2=9.5×10-3m2 液壓缸所受壓力為F=PA=4.5×106×9.5×10-3=4.3×104N 兩個相同的缸共受力F總=2F=86KN 輸出載荷為Poc=K0P0=1.15F總=1.15×8.6×104=9.89×104N。而軸承間是以背對背的方式進行組合的。
其中軸承的基本參數如下：
計算結果
1.壽命的計算
（1）選取軸承型號7240AC 由軸頸直徑及載荷性質
徑向基本額定動載荷Cr 3.1-9 558KN
徑向基本額定靜載荷C0r 3.1-9 895KN
極限轉速nlim 3.1-9 900 r/min
判斷系數e e=0.68
系數 Y =0.87
系數 X ==0.41
（2）計算附加軸向力
軸承徑向載荷Fr1,Fr2 Fr1= Fr2 500N
附加軸向力S1，S2 S=eFr 1020N
(3)計算單個軸承的軸向載荷
軸向載荷FA 9.89×104 N
Fa1=S1 =1020N
Fa2=S1+FA= 9.992×104N
(4)計算當量動載荷
Pr1 Fa1/ Fr1＞e 912.6N
Pr2 Fa2/ Fr2＞e 3.85×104N
(5)壽命L10h 106/60n(c/p)ξ 18.5×106＞20000h額定靜載荷驗算
（1）當量靜載荷
Por1=Por2=9.89×104N
(2)所需額定靜載荷
安全系數S0 2.5S0P0r 247KN＜C0r
（3）極限轉速計算
載荷系數f1=1
載荷因數f2=0.9
f1 f 2 nlim
810r/min＞n軸
校核結果 符合要求
2.7液壓系統(tǒng)
2.7.1結構：
泵組由Y132M1-6交流異步電動機經NZ撓性爪型聯(lián)軸器帶動YB1-10/32雙聯(lián)葉片泵組成。油泵的吸油口加設WU-100×180網式濾油器，防止油液中較大顆粒進入液壓傳動系統(tǒng)引發(fā)控制閥的誤動作。本系統(tǒng)由卸荷閥控制低壓大泵的卸荷，由溢流閥設定小泵壓力。液壓元件采用疊加閥。油箱內設隔板，使吸、回油管分開。
2.7.2工作原理
由雙聯(lián)葉片泵排出液壓油分兩路進入液壓系統(tǒng)：小泵排出油液經單向閥l、大泵排出油液經單向卸荷閥k，這兩部分油液合并進入油路塊。采用此回路可以使各油缸快速運動而需大流量低壓油時，由雙泵同時供油，保證了運動速度；而切斷缸、倒角缸工作進給時用油量極小，此時大泵排油全部經卸荷閥在低壓（3Mpa）排回油箱。這種設計既可保證系統(tǒng)的高工作效率，又可節(jié)能和減少發(fā)熱。切斷和倒角回路均采用背壓閥，可使進給運動平穩(wěn)，減小負載變化的影響，避免切斷工件時刀具前沖。選用調速閥可根據加工需要任意調整速度。夾緊回路中使用了液控單向閥可使夾緊運動不受系統(tǒng)中壓力波動的影響。系統(tǒng)壓力由溢流閥調定。
3.送料機構的設計
3.1送料機構形式的確定：
3.1.1 送料小車
它采用電機驅動小車在導軌上進行送料，它具有使用方便耐用能，能對較重的工件進行送料，采用無觸點限位開關，可以準確的控制小車的送料，在送料過程中可以減少管子的中心偏差。
齒輪齒條，能夠精確的傳遞送料，具有較好的傳動效率，但齒輪強度要求，制造比較麻煩，不能很好的避免送料過程中不斷的受到沖擊力，容易使齒輪出現較大磨損。
絲杠螺母，傳動效率高，運動平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高、低速無爬行，使用可靠性高，可以用作精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉換。但是它的抗沖擊性不好，剛度較低。
液壓缸傳動，可實現大范圍的無級調速，反映速度快，易于實現過載保護，易于實現直線運動，操作省力，控制方便，易于實現自動化。但是送料的距離太遠，導致液壓缸太長，使制造上困難，使用上產生不便。
從以上幾種形式中，聯(lián)系該機床的實際工作要求，優(yōu)選送料小車，它既能滿足送料要求，在使用壽命和制造成本的方面考慮也是十分理想的。
3.2送料小車的設計
3.2.1 確定傳動形式
采用“電機——皮帶——蝸輪蝸桿”的減速形式，皮帶的作用可以緩解沖擊，在送料過程中受阻力過大，可以打滑斷裂。如果直接以齒輪的嚙合方式傳動，很容易將齒輪齒面損壞，或斷齒。
3.2.2選擇小車電機
根據節(jié)拍確定送料速度，6300mm/min ?即角速度ω=10.4弧度/分，選擇電機Y系列異步電動機，級數P=6，同步轉速為1000r/min 、度0.4hu?ji