數(shù)控蛇形管彎管機設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 1章 前言 材彎曲加工的種類和技術現(xiàn)狀 彎曲 彎曲 第 1 章 前言 材彎 曲加工的種類和技術現(xiàn)狀 管材彎曲加工的方法很多。按成形方法區(qū)分，主要有滾彎曲 ,模彎曲和無模彎曲三種。按彎曲時加熱與否，可分為冷彎曲和熱彎曲。按彎曲時有無填充物，又分為有芯彎管和無芯彎管。近年來，彎管彎曲成形技術取得了新進展，相繼開發(fā)出了零半徑鋼管彎曲加工，熱應力彎曲和激光彎曲成形等最新技術。 彎曲 滾彎時用三個驅動輥輪對管材進行彎曲加工的加工方法，其工作原理如下圖 1示。滾彎方法及滾彎機工作原理與板材滾彎基本相同，區(qū)別僅在于管材滾彎所用的滾輪具有與彎曲管坯斷面形狀相吻合的工作表面。通過改變滾 輪的間隔，就可作各種曲率半徑的彎曲，尤其對彎制環(huán)形或螺旋線形彎管件特別方便。不過，滾彎方法對彎曲半徑有一定的限制，僅適用于曲率半徑要求大的厚壁管件。 圖 1－ 1 滾彎工作原理圖 彎曲 模彎曲是一種鋼管在彎曲模型中實現(xiàn)彎曲的成形過程，它包括壓彎，推彎和繞彎三種方式。 1. 壓彎 壓彎是最早用于管材彎曲加工的工藝方法。如下圖1示，它是在液壓機上利用模具或胎具對管坯進行彎曲加工。壓彎方法既可以彎制帶直段的管件，又可以購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 彎制彎頭。由于壓彎具有生產效率高，模具 調整簡單等突出優(yōu)點，故在生產中一直被廣泛應用。 圖 1－ 2 壓彎原理示意圖 2. 推彎 推彎是在一般壓力機，液壓機或專用推制機上進行彎曲加工，主要用于彎制彎頭。推彎包括型模式冷推彎管和芯棒式熱推彎管。型模式冷推彎管是在普通液壓機或曲柄壓力機上，利用金屬的塑性，在常溫狀態(tài)在將管坯壓入帶有彎曲型腔的型模中，從而形成彎頭。型模式冷彎管裝置如下圖 1棒式特推彎管是在專用推制機上，在推力和牛角芯棒阻力的作用下，邊加熱邊推制，使管坯產生周向擴張和軸向彎曲變形，從而將 較小直徑的管坯推制成較大直徑的彎頭 ,原理如下圖 1 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 3. 繞彎 圖 1－ 3a 型模式冷推彎管示意圖 圖 1－ 3b 芯棒式熱推彎管 3. 繞彎 繞彎使最常用的彎管方法，包括碾壓式和拉拔式，其工作原理如下圖 1示，按彎管設備的不同，繞彎又可以分為手工彎管和彎管機彎管兩類。 手工彎管是利用簡單的彎管裝置對管坯進行彎曲加工。它不需要專用的彎管設備，彎管裝置制造成本低，調節(jié)使用方便，但勞動量大，生產率低，主要應用于小批量生產 的場合。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 （ a） （ b） 圖 1－ 4 繞彎工作原理圖 （ a） 輾壓式 （ b） 拉拔式 彎管機彎管是在立式或臥式彎管機上進行冷態(tài)彎曲加工，是用得最多的一種彎管方式。目前，彎管機彎管主要包括有芯彎管，無芯彎管和頂壓彎管三種工藝方法。 有芯彎管是在彎管機上利用芯棒使管材沿彎曲模胎繞彎的工藝方法，其工作原理如下圖 1示，彎曲模胎 4 固定在機床主軸上并隨主軸一起旋轉，管坯 5 的一端由夾持塊 3 壓緊在彎曲模胎上。在管坯與彎曲模態(tài)的相 切點附近，其彎曲模胎逐漸成形。管件的彎曲角度由擋塊控制，當彎曲模胎轉到管件要求的角度時，則撞擊擋塊，使彎曲模胎停止轉動。 圖 1－ 5 有芯彎管原理圖 1. 壓塊 2. 芯棒 3. 夾持塊 5. 管坯 無芯彎管工作原理如下圖 1示，它的結構比有芯彎管簡單，工作原理與有芯彎管相同，只是沒有芯棒支撐內管壁，而是在管坯進入彎曲變形前，預先利用反購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 模彎曲 變形裝置（如反變形滾輪和反變形滑槽）給以管坯一定量的反向變形。在彎曲后，由于不同方向變形的相互抵消，使管坯 截面基本保持圓形。無芯彎管與有芯彎管相比，既提高了生產率，又避免了芯棒的消耗，省卻了管內的潤滑。 圖 1－ 6 無芯彎管原理圖 1. 彎曲模胎 2. 夾持塊 3. 滾輪 4. 導向輪 5. 管坯 模彎曲 隨著經濟建設的迅速發(fā)展，管道的規(guī)格和用材也在向大型化和高強度發(fā)展。目前， 600火力發(fā)電機組的主蒸汽管路的直徑已達 663厚達 103料為12溫合金鋼。對于這種達口徑，厚壁及高強度鋼管的彎制加工，最適宜的方法就是無模彎曲 。 無模彎曲使利用局部加熱代替彎曲模具和芯棒等工具進行彎曲加工的方法。按加熱方式的不同，可分為中頻感應彎管和火焰加熱彎管兩種。中頻彎管原理如下圖1示，它是將中頻感應圈套在管坯上，依靠中頻感應電流將管坯加熱到所需的高溫，隨即對加熱部分進行購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 應力彎曲 彎曲，并在彎曲后緊接著噴水冷卻，從而獲得所需的管件?；鹧鎻澒艿脑砼c中頻彎管相同，只不過是用火焰加熱圈代替了中頻感應圈來加熱管坯。 圖 1－ 7 中頻彎管原理圖 1. 管坯 2. 支撐滾輪 3. 感應圈 4. 夾頭 5. 轉臂 無模彎曲不需要模具，彎管成形質量好，彎管能力強，具有生產效率高，勞動強度低等優(yōu)點。由于無模彎曲的彎曲力臂自由回轉，彎曲半徑可隨彎曲力臂長度的變化任意改變，故其適應性比其他彎曲方法強。同時，由于加熱線圈與管材的形狀無關，故利用無模彎曲代替彎模成形，可以巧妙地解決異形鋼管的彎曲加工問題。 近年來，國內外都已開發(fā)出原子能發(fā)電廠使用的不銹鋼管和橋梁建筑行業(yè)使用的大，中型光管的無模彎曲成形技術和全自動 維彎曲成形生產線，該生產線利用 行配管設計及全線計算機控制，以擴大彎管加工范圍，并使管坯 供給，準備，彎曲加工及配管組合后的焊接，切斷和檢測等工序全部實現(xiàn)了自動化。 應力彎曲 熱應力彎曲是一種利用工件內部溫度分布不均勻所產生的熱應力來驅動工件變形的特殊的成形方法，具有無外力，無模具，便于現(xiàn)場操作等優(yōu)點。通常產生熱應力的方法是對工件進行局部加熱或冷卻。加熱方式包括火焰局部加熱和加熱爐內整體加熱；冷卻方式剝奪空冷，噴水冷卻及浸水冷卻。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 光成形彎曲工藝 由于鋼管的形狀所致，采用火焰加熱和噴水冷卻的方案難以形成合適的溫度場，工藝過程不易控制。其效果如下圖 1圖 1－ 8 鋼管的熱應力彎曲 如圖 1－ 8所示，管的熱應力彎曲工藝是：先將管子整體加熱到某一高溫，然后一定速度水平進入水中，直至管件完全冷卻。其彎曲變形特點是： 管件沿彎曲半徑方向的截面尺寸大于垂直彎曲平面方向的截面尺寸； 彎曲效果好； 加整體加熱――浸水冷卻的次數(shù)，可獲得較大的彎曲變形量。 光成形彎曲工藝 激光成形是一種利用激光 束照射材料表面式形成的內部非均勻熱應立場來實現(xiàn)材料成形的新技術。通過調整激光加工工藝參數(shù)和選擇合適的掃描詭計就能成形任意的彎曲件，異形件和其他復雜的三維曲面等零件。與常規(guī)成形相比，其顯著優(yōu)點是： 而生產周期短，柔性大，特別適合小批量的大型零件生產； 形時無外力作用，購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 管工藝分析及常見的彎管缺陷 管工藝分析 因而不產生回彈變形和由此帶來的問題； 的變形由多次掃描累積而成，故能夠成形在常溫下不易成形的難變形材料。 鋼管的激光成形方法比較復雜，根據所要彎曲的幾何形狀不同，采 取的激光照射方法也大不相同。一般是先通過精確的有限元計算，然后確定照射方法和照射區(qū)域及工藝參數(shù)。通過選擇不同的照射區(qū)域就可以形成扁化多端的形狀。 激光彎曲成形加工成本較高，目前還未應用于工程實際。但是，由于它的先進性和獨特優(yōu)勢，在不久的將來必將獲得廣泛的應用。 管工藝分析及常見的彎管 管工藝分析 管材彎曲與板材彎曲相比，雖然從變形性質等方面看非常相似，但由于管材空心橫斷面的形狀特點，彎曲加工時不僅容易引起斷面形狀發(fā)生變化，而且也會使壁厚發(fā)生變化。因此，在彎曲加工方法，需要解決的工藝難點， 產品的缺陷形式和防止措施，彎曲用模具及設備等方面，兩者之間存在很大差別。 我們知道在純彎曲的情況下，外徑為 D，壁厚為 的作用而彎曲時，彎曲變形區(qū)的外磁材料受到切向拉伸應力 拉? 作用而伸長，從而使外測管壁減薄；內側材料則受到切向壓應力 壓? 的作用而縮短，從而使內側管壁增厚，（見下圖）。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 見的彎管缺陷及解決措施 圖 1－ 9 管材純彎曲時的受力情況 由于位于彎曲變形區(qū)最外測和最內側的材料所受的切向應力 最大，故其管壁的厚度變化也最大，因此，外側管壁會過量減薄 (見下圖 a)。當變形程度過大時，最外側管壁會產生裂紋（見下圖 b） ,最內側管壁會出現(xiàn)失穩(wěn)而起皺（見下圖 c）。同時，由于彎曲內外側管壁上切向應力在法向的合力（外側切向拉應力的合力 側切向壓應力的合力 上）的作用，使彎曲變形區(qū)的圓管橫截面在法向受壓而產生畸變，即法向直徑減小，橫向直徑增大，從而成為近似橢圓形（見下圖 d）。變形程度越大，則畸變現(xiàn)象越嚴重。另外，由于拉應力過渡到壓應力的彈性階段的存在，卸載時外層纖維因彈性恢復而縮短，內層纖維因彈性恢 復而拉長，結果使工件彎曲的曲率和角度發(fā)生顯著變化，與模具的形狀和設計要求的形狀不一致，造成彎曲回彈現(xiàn)象，降低了彎曲件的工藝精度。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 1－ 10常見的彎管缺陷 （ a） 圓弧外側壁過量減薄 （ b） 圓弧外側彎裂 （ c） 圓弧內側起皺 （ d） 斷面形狀畸變 見的彎管缺陷及解決措施 從上述工藝分析可知，常見的彎管缺陷主要有一下幾種形式：圓弧處變扁嚴重（橢圓形），圓弧外側管壁減薄量過大，圓弧外側彎裂，圓弧內側起皺及彎曲回彈等。隨著彎管半徑的不同，前四 種缺陷產生的方式及部位有所不同，而且不一定同時發(fā)生，而彎曲工件的彈性回彈卻是不可比避免的。 彎管缺陷的存在對彎制管件的質量會產生很大的負面影響。管壁厚度變薄，必然降低管件承受內壓的能力，影響其使用性能；彎曲管材斷面形狀的畸變，一方面可能引起橫斷面積減小，從而增大流體流動的阻力，另一方面也影響管件在結構中的功能效果；管件內壁起皺不但會削弱管子強度，而且容易造成流動介質速度不均，產生渦流和彎曲部位積聚污垢，影響彎制管件的正常使用；回彈現(xiàn)象必然使管材的彎曲角度大于預定的角度，從而降低彎曲工藝精度。因此，應在彎制之 前采取對應措施防止上述缺陷的產生，以獲得理想的管件，保證產品的各項性能指標和外觀質量。 在通常情況下，對于前面提到的幾種常見缺陷，可以有針對性地采取下列措施： 進行無芯彎管時可將壓緊模設計成有反變槽的結構形式；在進行購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 文的主要設計內容 有芯彎管時，應選擇合適的芯棒，正確安裝，并在安裝模具時保證各部件的管槽軸線在同一水平面上。 不可避免的。為了避免減薄量過大，常用的有效方法是使用側面帶有助推裝置或尾部帶有頂推裝置的彎管機，通過助推或頂推來抵消 管子彎制時的部分阻力，改善管子橫剖面上的應力分布狀態(tài)，使中性層外移，從而達到減少管子外側管壁減薄量的目的。 先應保證管材具有良好的熱處理狀態(tài)，然后檢查壓緊模的壓力是否過大，并調整使其壓力適當，最后應保證芯棒與管壁之間有良好的潤滑，以減少彎管阻力及管子內壁與芯棒的摩擦力。 根據起皺位置采取對應措施。若是前切點起皺，應向前調整芯棒位置，以達到彎管時對管子的合理支撐；若是后切點起皺，應加裝防皺塊，使防皺塊安裝正確，并將壓模力調整至適當；若圓弧內側全是皺紋， 則說明所使用的芯棒直徑過小，使得芯棒與管壁之間的間隙過大，或者就是壓模力過小，應更換芯棒，并調整壓模塊使壓模力適當。 要采用補償法和校正法來加以控制。補償法是通過綜合分析彎曲回彈的影響因素，根據彎曲時的各種條件和回彈趨勢，預先估算回彈量的大小，在設計制造模具時，修正凹凸模工作部件尺寸和幾何形狀，實現(xiàn)“過正”彎曲。校正法是在模具結構上采取措施，使校正力集中在彎角處，改變應力狀態(tài)，力圖消除彈性變形，克服回彈。如拉彎工藝，在彎曲的同時施加拉力，使整個斷面都處于拉應力的作用下，卸載時彈性回復 與變形方向一致，可明顯減小回彈量。 文的主要設計內容 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 1. 對彎管工藝進行工藝分析，指出常見的五中彎管缺陷并提出相應的解決措施； 2. 新型蛇形管彎管機的方案設計，包括機械系統(tǒng)設計，液壓系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)設計； 3. 分析管材彎曲變形區(qū)的應力應變狀態(tài)，建立管材彎曲力矩的計算公式，對加緊模和管坯夾持部分進行受力分析，建立加緊機構所需加緊力的計算公式和校核公式，并計算新型彎管機的各個力能參數(shù)。 4. 管材彎曲變形區(qū)的應力應變狀態(tài)，建立管材彎曲力矩的計算公式，對夾緊模和管坯受夾持部分進行受力分析，建立夾緊 機構所需夾緊力的計算公式和校核公式，并計算新型彎管機的各個力能參數(shù)。 第 2 章總體設計 言 第 2 章 總體設計 言 管道彎曲段的加工工藝及設備，一直是國內外管件技術開發(fā)的重點。目前主要采用熱壓、壓焊、中頻推制和中頻彎管四種工藝。前三種工藝的共同特點是生產率高，設備投資大，需制作模具，成本較高，適用于大批量的訂貨 ;中頻彎管的主要特點是帶有直管段，夸曲半徑 無級可調且不需模具，設備投資小，但生產率較低，適用于多規(guī)格小批量的訂貨。一般，對直徑較小的中低壓管件多 采用彎頭，而對大口徑厚壁管多采用中頻彎管。 小半徑彎管具有其它彎頭工藝不可比擬的優(yōu)越性。隨著電站裝機容量的不斷增長，管道布置日趨魔大，對管道系統(tǒng)的質量、安全性等要求越來越高。如果采用R=(。的小半徑彎管，可使電站管系布置結構緊湊，減少管系占用空間，節(jié)約運輸、安裝和材料費用，并能通過優(yōu)化設計，提高管道系統(tǒng)的運行質量。 為了借鑒原有彎管機的結構技術，并在新型彎管機的研制方案中克服原有設備的缺陷，我們對該設備進行了仔細的研究，認為它主要存在以下問題： 1. 自動化程度低，工作效率低下 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 定新型彎管機研制方案 型彎管機工作原理和技術參數(shù) 用原有彎管機 加工管坯時，整個彎管過程都是通過工作人員手動操作，至少需要四人協(xié)同工作，操作中一旦有人操作不當，就會造成廢品，且人工進料，人工旋轉管坯加工角度費時費力，工作效率低。 2. 無加熱系統(tǒng)，彎管彎曲精度低缺陷多 由于管材直徑較小，冷彎時彎曲應力較大。隨著彎曲半徑的減小，金屬的變形增大，現(xiàn)有彎管機的出力和強度難以保證 ;更主要的是，若仍采用常規(guī)的彎管工藝，則將使小半徑彎管外弧側的壁厚減薄率和橫截面的橢圓度超差，內弧側易產生波浪折皺，嚴重影響彎管質量。 3. 工作可靠性差，故障率高 原有彎管機完全采用傳統(tǒng)的繼電器進行電氣控制，長期 而頻繁切換的工作狀態(tài)已經大大降低了控制系統(tǒng)的工作可靠性，在工作中會經常出現(xiàn)繼電器接觸不實、觸點燒毀等事故，影響工廠的正常生產。 定新型彎管機研制方案 由于所研制的彎管機主要用于鍋爐設備中管坯加工，且經常加工管壞直徑為 15子彎曲半徑小且變化范圍大，雖然管子彎曲加工并非批量進行，但工作頻率高，故需要彎曲的管子總量還是很大，故對彎管設備的自動化程度要求高。經過仔細分析和消化國內外在管材彎曲加工方面的新技術和新工藝，針對工廠原有彎管機存在的一系列問題，本著低投入高效益的原則，我們決定在原有彎 管機的基礎上加以改進，研制一臺數(shù)控蛇形管彎管機，它的自動化程度要有所提高，可以自動進料，自動加熱，自動進行彎管彎曲加工，鑒于上述特點，我們確定了新型彎管機的研制方案。 型彎管機工作原理和技術參數(shù) 新型彎管機主要由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、中頻加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成，其工作原理如圖 2－ 1所示：彎管模 3 固定在主軸上并跟隨主軸一起轉動，管子通過夾緊模 2 固定在彎管模的夾槽上， 1 為移動式導購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 械系統(tǒng)設計 主傳動機構 向壓料滑槽，緊貼于管坯的彎曲外側，當彎管模回轉時，管子就被纏繞在彎管模的周向，從而得到所需的彎管半徑。新型彎管機的主 要參數(shù)見表 2－ 1： 表 2－ 1 新型彎管機的主要參數(shù) 技術指標 數(shù)據 彎管直徑 / 15~φ 25 彎曲半徑 /40~300 彎管最大臂厚 / 最大彎曲角度 /° 195 進給 /回程速度 /r/ 液壓工作系統(tǒng)壓力 /4機功率 /4 進給精度 / 1 彎管速度 /r/~3 彎曲角度精度 /° ± 1 彎管中心距地面高度 /050 械系統(tǒng)設計 新型彎管機的機械系統(tǒng)主要由主傳動機構、夾緊機構、壓料機構、管坯進給機構、彎 管模及床身等七部分組成。 傳動機構 根據彎管的原理并經過分析、比較，我們確定了如圖 2－ 2 所示的主傳動方案。彎管機的驅動力矩有雙活塞 液壓缸來提供。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 緊機構 圖 2－ 2 主傳動機構方案示意圖 1. 主傳動油缸 2. 鏈條 3. 鏈輪 由于所需的驅動力矩比較大且要達到彎曲精度，故采用承載能力高而沖擊較小且傳動精確的鏈條 —— 鏈輪—— 主傳動軸作為傳動裝置，彎管時，壓力油進入主傳動油缸左腔并推動油缸活塞帶動鏈條移動，鏈條通過鏈輪帶動主軸旋轉，從而使彎管旋轉，以達到纏繞彎管的目的。液壓缸采用雙作用等速等行程式液壓缸，活塞兩端桿徑相等，活塞正反、向運動速度、行程和推力均相等。 緊機構 管材在彎曲模胎上纏繞彎曲時，驅動力是由彎管模型腔內壁和管坯外壁之間的摩擦力來提供。為了產生摩擦力，就必須由夾緊機構提供一個夾緊力來把管坯壓緊在彎管模胎的型槽上。而且，這個夾緊力必須足夠大并持續(xù)作用在管坯上才能保證彎管工作正常進行。下面我們提出以下幾種夾緊機構設計方案： 圖 2－ 3 用油缸直接夾緊 1. 用油缸直接夾緊 如圖 2－ 3 所示，采用油缸直接夾緊，其優(yōu)點是結構簡單，易于實現(xiàn)；缺點是所需夾緊油缸的缸徑很大。經初步估計，當液壓系統(tǒng)的工作壓力為 14，夾緊油缸的內徑至少需要 140徑越大，油缸的價格越高，這就增加了彎管機的制造成本。同時，因為夾緊塊與彎管模的管槽軸線必須在同購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 一水平面上，而彎管模本身是高出床身上表面的，所以夾緊油缸必然暴露在機床表面，影響美觀。 2. 通過連桿增力機構來實現(xiàn)夾緊 為了減少夾緊油缸的尺寸，使夾緊裝置 結構緊湊，在夾緊油缸和夾緊模之間增加一套連桿增力機構。這樣一來，夾緊油缸只需提供較小的推力就可以獲得較大的夾緊力。下面是我們擬定的三種增力機構方案。 jF 圖 2－ 4 曲柄滑塊增力機構 1. 夾緊油缸 2. 夾緊模 3. 彎管模 方案（ 1）：如圖 2－ 4 所示采用曲柄滑塊機構來增力。這時，夾緊力和油缸所提供的推力之間的關系為 2－ 1） 式中 油缸所提供的推力（ N）； — 夾緊機構所提供的夾緊力 （ N）； 1l —— 夾緊油缸活塞中心與曲柄滑塊機構固定支點的距離（ m）； 2l —— 夾緊模管槽軸線與曲柄滑塊機構固定支點的距離（ m）。 由式（ 2－ 1）可見，采用了曲柄滑塊機構以后，油缸的推力得到了線性放大，放大倍數(shù)為 21/為了提高購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 放大倍數(shù)， 1l 應盡量大而 2l 應盡量小，這就使曲柄的剛度大為降低。通過計算，這種方案獲得的放大系數(shù)最多為 ，增力效果不明顯。而且，夾緊油缸也是布置在床身上面，影響外觀。 圖 2－ 5 斜楔增力機構 1. 夾緊油缸 2. 斜楔 3. 彎管模 4. 夾緊模 方案（ 2）：如圖 2－ 5 所示，夾緊油缸提供的推力經斜楔 2 放大后，通過平行四桿機構來實現(xiàn)夾緊塊的夾緊動作。這 時夾緊力和油缸推力之間的關系為： ?（ 2－ 2） 式中 ? —— 斜楔的楔角（°）。 由式（ 2－ 2）可見，夾緊力和斜楔角的余切值成正比關系， ? 值越小，則獲得的夾緊力越大。采用這種方案，可獲得較大的增力系數(shù)，夾緊機構的動作也很平穩(wěn)。但為了保證斜楔的強度和剛度，楔角 ? 不能小于 30° 。因此，夾緊力的放大倍數(shù)約為 。另外，平行四連桿機構的采用在使夾緊機構平穩(wěn)動作的同時，也增加了機構的復雜程度和加工制造的難度，從而提高了彎管機的研制成本。 方案（ 3）：采用如圖 2－ 6 所示的四連桿機構升降夾緊機構。此時，夾緊力和油缸推力的關系為： 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 料機構 221 ?（ 2－ 3） 式中 ? —— 兩搖臂之間的夾角（°）。 圖 2－ 6 四連桿增力機構 1. 夾緊油缸 2. 夾緊模 3. 彎管模 由式（ 2－ 3）可見，夾緊力的放大系數(shù)為 2/)2/(?當 ? 角超過 140°以后， ? 值稍微增大一點兒，夾緊力就急劇增大。 上述三種方案比較而言，方案 3的增力效果最顯著。而且，這種機構結構緊湊，動作平穩(wěn)可靠，制造工藝較簡單。因為夾緊油缸布置在連桿下方，故整體造型比較美觀。經過比較，我 們決定采用方案 3。 料機構 壓料機構也可以采用油缸驅動連桿，進而帶動壓料模壓緊管坯的結構形式。其連桿增力方式類似于夾緊機構，故壓料機構的設計方案參考夾緊機構設計時的三種方案。同樣，從增力效果、制造工藝、整體布局等方面考慮，我們仍選擇圖 2－ 6 所示的四連桿增力機構。 坯進給機構 設計要求：工作有效行程 1m，要求進給速度 s，運轉平穩(wěn)，低速不爬行，傳動具有可逆性，進購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 坯進給機構 給精度為 ± 1 圖 2－ 7 管坯進給機構原理圖 1. 絲杠螺 母 2. 絲杠 3. 聯(lián)軸器 卡盤 如圖 2－ 7所示，管坯自動進給是通過步進電機 4 帶動絲杠 2 及絲杠螺母 1 轉動，而絲杠螺母與液壓卡盤 5焊接成一體，液壓卡盤隨著絲杠螺母的移動而直線運到。液壓卡盤卡緊管坯時，管坯就由步進電機的控制而自動向前進給。 1. 螺旋傳動機構的選擇 根據進給速度及進給精度查得絲杠參數(shù)如下表所示： 表 2－ 2 絲杠主要參數(shù) 導程 8 鋼球直徑 ?163 ） 圈數(shù) 3列數(shù) 1 公稱直徑 32 螺紋升角與承載能力（ N） ψ 4° 33′ 2000 6350 參考文獻 【 4】 上冊 94 表 14 由于滾珠絲杠傳動中既有軸 向力，又有徑向力，故采用以下軸承。 所選支承軸承型號： 滾動軸承 30204 297滾動軸承30204 297動軸承60004 301計l 1000mm l ＝ 1046買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ?22 J kg ??4. 進給機構總轉動慣量得計算 滾動軸承 60004 276為絲杠的計算長度為 ＝計得絲杠兩端的支承距離 l ＝ 1146 2．步進電機的選擇 根據脈沖當量和最大靜轉矩初選電機 當傳動比 i=1時，可用聯(lián)軸器直接將電機與絲杠連接，這種結構有利于簡化結構，提高精度。由公式 i= ?360（ 2 式中 θ ?h 為滾珠絲杠導程、 p? 為系統(tǒng)脈沖當量。 選電動機型號 為 130步矩角b?= 故可用聯(lián)軸器將電機與絲杠直接連接。 3．步距角的選擇 由公式 0 1 . 5 8 0 . 0 33 6 0 1 3 6 0b ??? ?? ? ???代 入 數(shù) 據 得 1） 機轉子轉動慣量查《指導書》表得 207.0 ?? 2） 絲杠的轉動慣量由《指導書》234 1078.0 ??? ? （ 2 得： 234 ????? ?3）平移構件折算后的轉動慣量管坯、液壓卡盤和工作臺質量總和， 0? 222 )2 ??? ??? （） （ 2 由于聯(lián)軸器的轉動慣量小故可忽略不計 4）總轉動慣量計算 ???????? 5．步進電機輸出轉矩的選擇 查《指導書》 步進電機啟動轉矩 最大靜轉電動機型號為130 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ??????????a 2 0 0 3M N cm?m a x 1 m a 0 . 6 8 8c m? ? ?5. 步進電機輸出轉矩的選擇 6． 加速度力矩 7．空載摩擦力矩 8．附 加摩擦力矩 矩： m a x ?M （ 2 6． 加速度力矩 2m a x 10602 ??? ?????? a ?? （ 2 ?????????????? i n/ 0 03602m a xm a x ??7．空載摩擦力矩（取傳動系統(tǒng)總效率 ）???? ??????? ??? )4 4 0(2 ' 0?? ? 50＝移動件 0 ＝＝絲杠 ???? ? 8．附加摩擦力矩 h???????????????(22200 ????（ 2 0?為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率取 ?故電機空載啟動力矩 m a x 1 0 . 1 3 2 9 . 3 1 m N m? ? ? ?（步進電機最大靜轉矩） 故所選步進電機 130最大靜轉矩滿足要求。 9. 軸向摩擦阻力 M 根據動摩擦力公式： 步進電機滿足要求 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 1 2 m a x 2 m a q kj . 軸向摩擦阻力 F 折算到電機上的轉矩 ? （ 2－ 10） 式中 F —— 摩擦阻力 (N)； ? —— 滑槽摩擦因數(shù)，這里取 （參考文獻【 19】查得）； N —— 徑向載荷 (N)，這里取 5006 米管坯、液壓卡盤和工作臺重量總和） 則帶入數(shù)值得 : 205 0 ??? N 故 ???????? 1 8 ? ? 所以運動部件正常工作時的總負載轉矩 ????????? （ 2 故運動部件正常工作時需的最大靜轉距2m a x M ? 此時取 j ??? 4 9 4 a x m a x 2 0 . 6 8 5 9 . 3 1 m N m? ? ? ?（電機最大靜轉矩） 按步進電機最大靜轉矩選擇要求 ? ?2m a a xm a x , MM a 所以， 選擇步進電機 130 查《指導書》步進電機啟動矩頻特性曲線 當啟動力矩 0 . 0 9 3 m??時對應的允許啟動頻率000? ，而由表查得電機的啟動頻率 000? ，保證了電機快速啟動時不丟步。 11．運行矩頻特性校核 快速進給運行矩頻特性校核： 所選步進電機滿足要求 電機快步啟動不丟步 電機快速進給時不丟步 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 m a 0 0 0 0 . 4 3346 0 6 0 0 . 0 2 Z?? ?? ? ???kj m???32 1 1 0 ???11．運行矩頻特性校核 12．滾珠絲杠副剛度驗算 快進力矩 ????? 9 0 導書》得，允許快進頻率 8000z?電機的最高快進頻率 故電機快速進給時不丟步。 12．滾珠絲杠副剛度驗算 1） 滾珠絲杠副軸向變形 a ( )(4 ? ?? ?? （ 2－ 12） 參考文獻【 17】 5－ 13） 式中 最大軸向載荷 (N)； 絲杠計算長度 ( l —— 絲杠兩端支撐距離 ( 0d—— 滾珠絲杠副的公稱直徑 ( 滾珠直徑 ( E —— 絲杠材料的彈性模量； 對于鋼， ?E N/ 則帶入數(shù)值得： 5251 4 6)520(1 0 0 01 1 4 6(1 0 0 0324 ???????? ????? ??2） 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 無預緊時： 22 )( （ 2－ 13） 參考文獻【 17】 5－ 15） 式中 F —— 軸向載荷 (N)； 滾珠直徑 ( ?Z—— 工作螺母的滾珠數(shù)目， 且有 ???； Z 為 i ，一圈的滾珠數(shù)，購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 j 為圈數(shù)， k 為列數(shù)，外循環(huán)?? ，其中0 則帶入數(shù)值得： 322 101)0(510 0 3 ???????? 3）支承滾珠絲杠的軸承軸向變形 因采用推力球軸承 作為絲杠支承，故由式（ 5－ 17） ?（ 2－ 14） 參考文獻【 17】 5－ 17） 式中 F —— 軸承的軸向載荷（ N）； Z —— 軸承的滾動體數(shù)目； 軸承的滾動體直徑（ 則帶入數(shù)值得： 3322 ?????c?? ?????? 21321 ???? （ 2－ 15） 參考文獻【 17】 5－ 21） 式中 ??? —— 滾珠絲杠副的傳動精度（ 這里為1 3?—— 無預緊時，支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形量，c?? ?3。 則帶入數(shù)值得： ? ? ?????????????? 故所選絲杠剛度滿足要求。 13．滾珠 絲杠副穩(wěn)定性驗算 ??c? 所選絲杠剛度滿足要求 ?購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 13．滾珠絲杠副穩(wěn)定性驗算 由滾珠絲杠的臨界載荷計算公式 240 )(l ?（ 2－ 16） 參考文獻【 17】 5－ 22） 式中 0d—— 滾珠絲杠的公稱直徑（ 滾珠直徑（ m —— 滾珠絲杠的支承系數(shù)（ N/可查參考文獻【 17】 5－ 5 得 m ＝ 23 105 則帶 入數(shù)值得： 32 45 4 6 )532(102 ?????? sc （ 2－ 17） 參考文獻【 17】 5－ 23） 式中 滾珠絲杠的臨界載荷（ N）； F —— 滾珠絲杠承受的軸向壓力（ N）； 滾珠絲杠的穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取4~5.2? 則帶入數(shù)值 得： 46220 ? >> 由于滾珠絲杠轉速＞ 100r/要對其進行臨界轉速驗算。 對于鋼制絲杠由式（ 5－ 25） 2 12161012l dn c ???（ 2考文獻【 17】 5－ 25） 為了不發(fā)生共振現(xiàn)象，應使絲杠的轉速滿足下式： 2－ 19） 462>>購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 0.8 參考文 獻【 17】 5－ 26） 式中 n —— 絲杠的工作轉速（ r/ l —— 絲杠的支承距離（ 1? —— 系數(shù)，其值與絲杠支承方式有關，這里取 ? ； 1d —— 絲杠小徑， 201 ???（ 其中 e 為圓弧偏心距， )2(7 0 7 1.0 ?（ ； 珠 直 徑 ，0)Ld b ?，這里 80 ?取 5? R 為滾道半徑，（ ， ， 01414.0?e 。 則帶入數(shù)值得： 3 5 1 01 0 4 6 4 8 26 ?????cn r/2700?n r/3510=2808r/故所選絲杠滿足要求。 根據所選伺服電機和滾珠絲杠副參考文獻 【 18】 軸器 14 3016 30?84 管機構 彎管過程中隨著蛇形管重量 的增加，旋轉力矩急劇上升，對旋轉機構的要求也增高，因此取消管坯旋轉機構，改用雙彎管模旋轉系統(tǒng)。如下圖所示： 所選絲杠滿足要求 軸 器14 3016 30? 84 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 管機構 彎管過程由主傳動機構鏈輪帶動彎管軸旋轉，從而帶動彎管模執(zhí)行彎管任務。當向左彎管時，電磁機構控制左彎管模旋轉軸于旋轉支架結合，主軸向左旋轉，從而帶動右彎管模繞左彎管模旋轉中心旋轉，進行彎管；向右彎管時之行動作于上文相反。 管機構主軸結構設計 （ 1）擬定軸上零件裝的配方案 根據設計方案，現(xiàn)選下圖為所示的裝配方案 （ 2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足軸的豎向定位，Ⅰ -Ⅱ段右側需制出一軸肩，故?、?-Ⅲ段的直徑為 60段取直徑為 50度為 25使齒圈滿足設計要求取Ⅱ段長為 22 -Ⅲ左側需制出一軸肩，故取Ⅲ -Ⅳ段直徑為 55據結構固定需要現(xiàn)?、蠖伍L度為 97?、舳稳￠L度為 140徑為 50段取直徑為 40度為 80 2）初步選擇軸承。Ⅰ、Ⅳ處軸徑同取為 50軸承同時承受徑向力和 軸向力的作用，故選圓錐滾子軸承 32210， d3D3 t=5090Ⅴ處選擇深溝球軸承 6208 d3D3 B=4080183)確定軸上倒角的尺寸 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 參考表 15軸段倒角為 23 45°。 （ 3）求軸上的載荷 首先根據軸的結構圖做出軸的計算簡圖。確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取 a 值。對于 32210 型圓錐滾子軸承，由手冊查的 a=21于深溝球軸承 6208 型，取支點為中心。 從軸的結構圖以及彎矩圖中可以看到Ⅴ段截面為危險截面?，F(xiàn)將計算出的Ⅴ段截面處的 的值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 123 0 0 0 , 1 6 0 0N H N F N??121 8 0 0 , 3 0N V N F N? ? ?彎矩 M 243276 m m?121 4 2 0 0 0 ,4000 m N m m???總彎矩 2212222 4 3 2 7 6 1 4 2 0 0 0 2 8 1 7 4 02 4 3 2 7 6 4 0 0 0 2 4 5 2 0 0M N m m m? ? ?? ? ?扭矩 T 3 960000T N m m?（ 3）按彎矩合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據式（ 15上表中的數(shù)據，以及軸雙向旋轉，扭轉應力為脈動循環(huán)變應力，取α =的計算應力 22132 8 1 7 4 0 ( 0 . 7 9 6 0 0 0 0 )0 . 1 7 02 2 . 1 a??????????前已選定軸的材料為 45 鋼，調質處理，由表 15得? ?1 60M ? ? 。因此 ? ?1?? ，故安全。 （ 4）精確校核該軸的疲勞強度 1) 判斷危險截面 截面 A,Ⅱ ,Ⅲ ,然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕地確定的，所以截面 A,Ⅱ ,Ⅲ ,B 均無需校核。 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處過購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面 面Ⅴ的應力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但截面Ⅴ不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必作強度校核。截面 應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面 。 截面Ⅵ和Ⅶ顯然 更不必校核。鍵槽的應力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側即可。 2) 截面Ⅳ左側 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面Ⅳ左側的彎矩 截面Ⅳ上的扭矩 60000 N2 面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力 軸的材料為 45號鋼，調質處理，由 軸常用材料性能表 查得σ B=640 275 55面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)α σ 及α τ 按手冊查取。因 ， ，經插值后可查得 ， 又由手冊可得軸的材料的敏性系數(shù)為 ，購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 故有效應力集 中系數(shù)為 ＝ 手冊得尺寸系 數(shù) ；扭轉尺寸系數(shù) 。 軸按磨削加工，由手冊得表面質量系數(shù)為 軸未經表面強化處理，即 ，則按手冊得綜合系數(shù)為 又由手冊得材料特性系數(shù) ψ σ = 取ψσ = τ = 取ψτ =是，計算安全系數(shù) 公式 則得 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 故可知其安全。 3) 截面Ⅳ右側 抗彎截面系數(shù) 中的公式 計算，抗扭截面系數(shù) 彎矩 扭矩 扭轉切應力為 60000 N2 盈配合處的 εσ 值 ，由手冊用插入法求出，并取 ε τ =ε σ ，于是得 ，軸按磨削加工，由手冊得表面質量系數(shù)為 故得綜合系數(shù)為 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 壓系統(tǒng)設計 所以軸在截面Ⅳ右側的安全系數(shù)為 故 該軸在截面Ⅳ右側的強度也是足夠的。本題因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此，軸的設計計算即告結束（當然，如有更高的要求時，還可作進一步的研究）。 壓系統(tǒng)設計 為使新型彎管機結構緊湊、工作平穩(wěn)可靠、噪音小，我們決定采用全液壓驅動方式。新型彎管機要求液壓系統(tǒng)完成的主要動作有： （ 1） 驅動彎管模平穩(wěn)回轉，快速復位； （ 2） 驅動夾緊模夾緊管坯； （ 3） 驅動壓料模壓緊管坯； （ 4） 驅動旋轉液壓卡盤卡緊管坯； （ 5） 驅動進給液壓卡盤卡緊管坯。 因此，新型彎管機的液壓系統(tǒng)應有五個支路構成，每一支路