管道焊接坡口加工裝置的設計

1、摘要（中文）I摘要（英文）n第一章前言 3第二章研究內(nèi)容及簡介 3研究內(nèi)容 3坡口機簡要分析 3實現(xiàn)方法及預期目標 4對設計進度具體安排 4坡口機的主要類型 42.5.1 坡口機的主要類型 42.5.2 管端坡口機 52.5.3 全自動柔性切管機 52.5.4 爬式管道切割/坡口機 6坡口機的分析和展望 72.6.1 坡口機的分析 72.6.2 坡口機的展望 7第三章坡口機的使用及維護 7坡口機的使用 7使用中的注意事項及維護 83.2.1 操作注意事項 83.2.2 特殊工件開坡口 8第四章坡口機的液壓驅(qū)動系統(tǒng) 8機械本體 9液壓系統(tǒng) 94.2.1 刀具回轉(zhuǎn)回路 94.2.2 比例閥控爬行回

2、路 94.2.3 安全回路 104.2.4 徑向進給回路 10控制策略及其仿真 10第五章齒輪的設計計算 11減速圓柱齒輪設計 115.1.1 已知 115.1.2 初步設計 115.1.3 按齒輪面接觸強度設計 11計算 11按齒根彎曲強度設計 12幾何尺寸計算 13驗算 13第六章 軸的設計 13軸的選擇 136.1.1 選擇軸的材料 146.1.2 初步估算軸的直徑 14軸上零部件的選用和軸的結(jié)構(gòu)設計 146.2.1 初步選擇滾動軸承 146.2.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 146.2.3 軸上零件的周向定位 156.2.4 確定軸上倒角和圓角尺寸 15軸的受力分析 15

3、6.3.1 作出軸的計算簡圖 156.3.2 軸受外力的計算 15軸的較核 156.4.1軸材料的疲勞強度極限 156.4.2考慮彎矩的作用（彎曲應力按對稱循環(huán)）計算安全系數(shù) 16第七章工作原理 16機體結(jié)構(gòu) 16夾緊原理 18傳動原理 19進刀原理 19結(jié)束語 21致謝 22參考文獻 23第一章 前言我國是一個海洋大國，面臨太平洋及其所屬渤海、黃海、東海、南海，大陸海岸線長1 8萬多公里，有 300 多平方公里的領海和管轄海域。海洋資源是近幾年國際上激烈競爭的焦點之一，是 各國重要的戰(zhàn)略目標。水下技術(shù)，是我國一個起步較晚，但近些年來發(fā)展很快的領域。目前盡管在水下科學技術(shù)方 面已取得了一定成績

4、，但是還需要進一步發(fā)展多元科學技術(shù)，以使海洋作業(yè)更加方便、快捷。其 中水下工程技術(shù)就是需要盡快發(fā)展的一種多元科學技術(shù)。水下工程技術(shù)通常是指海洋工程中圍繞海底油氣及其它礦產(chǎn)資源的勘探、開采和救助打撈工 程所需要的設備、設施的設計、建造及施工工藝和作業(yè)技術(shù)。海底油氣輸送管道維修作業(yè)系統(tǒng)是水下工程技術(shù)的一個部分，維修作業(yè)的主要任務是研制一 套海洋環(huán)境下能夠?qū)坞p層海底管道進行吊裝、切割、去表皮、開坡、清理等作業(yè)的機具并能夠 快速修復海底管道。第二章 研究內(nèi)容及簡介21 研究內(nèi)容 我此次主要負責管道焊接坡口加工裝置(坡口機)的設計，在前期進行了大量的調(diào)研工作以 后， 完成該機械的具體設計計算， 并畫出

5、三張 A0 號圖和完成總的裝配圖。 最后對其設計成果進行 產(chǎn)品的技術(shù)分析和制作零件的仿真動畫。2 2 坡口機分析在上述介紹的各種切割/坡口機中，現(xiàn)場作業(yè)效果最好的坡口機屬美國Wachs和Mathey公司的爬管式切坡口機，在管道維修這一領域有很強的實用性。它具有如下特點：(1)應用面廣。由氣動或者液壓驅(qū)動，它可以在管子水平或者垂直方向作業(yè)，安裝防腐外殼后可 以在壕溝和深水下作業(yè)。加工對象范圍大。直徑為 1501800mm的碳鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、鑄鐵及大部分合金材料管道。甚至直徑達 100m 的油罐。(3) 銃削切割方式，可以切下 4. 1775mm的金屬，而且不改變機加工表面的物理性能。(4)

6、 加工精度較高。一般情況下，端面垂直度在1 . 56ram范圍內(nèi)。如果使用導軌附件可將加工精度保持在0 . 125mm以內(nèi)。采用導軌和特殊導軌輪可在零能見度下進行垂直切割、水下切割及多道切割。(5) 安全防爆。切割機在易爆的環(huán)境下可以在天然氣、原油及燃料管上作業(yè)，它曾經(jīng)用于切割導 彈燃料系統(tǒng)。(6) 安裝簡單。將可調(diào)節(jié)的驅(qū)動鏈條連接起來并扣緊在管道上，便可開動機器。(7) 海上管道維護。 液壓型的切割/坡口機采用全封閉液壓系統(tǒng)， 特別適合惡劣環(huán)境 (風沙、 水下) 工作。適合海上鉆井、鋪管及各種水上安裝工程。(8) 抗腐蝕。使用不銹鋼螺絲、特殊軸承、鉛封及鋅層等附件，可防止鹽水作業(yè)下的腐蝕。2

7、 3 實現(xiàn)方法及預期目標 初步先計算各方面的大體范圍，確定機身各部分的材料。 確定機身部分的轉(zhuǎn)動速度以及刀的進給速度。重點和難點都是液壓馬達的運動傳遞到機器自身轉(zhuǎn)動的運動轉(zhuǎn)化。如何實現(xiàn)刀進給時為切出坡口而需要的運動方式。機身轉(zhuǎn)動部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如何實現(xiàn)刀和工件的冷卻。2 . 4對設計進度具體安排1- 4周充分的社會實踐，調(diào)研以及完成開題報告5-6周進行總體方案的設計計算工作7-8周進行具體零件的設計計算工作，并攻破其存在的主要難點9周完成草圖的設計10-11周 完成裝配的設計12-14周 完成總裝配圖，并進行修改以至基本完善15-16周 完成畢業(yè)論文以及說明書17-18周 準備迎接畢業(yè)答辯2.

8、 5坡口機的主要類型下面就維修作業(yè)機具中的管道焊接坡口機的發(fā)展概況作詳細介紹。在管道鋪設或管接修復過程中，需要對管道進行切割/開坡口作業(yè)，以便進行焊接。切割/坡口機是管道換接修復過程中不可缺少的專業(yè)設備，它所涉及的各項技術(shù)在國外有成形產(chǎn)品出售。我國的產(chǎn)品多數(shù)為模仿國外制造。國外具有代表性的坡口機產(chǎn)品有以下幾種。2.5.1火焰切割/坡口機美國H&M公司生產(chǎn)兩種火焰切割/坡口機（如右圖所示）：鋼帶式火焰切割和坡口機采用鋁制機身，重量輕，適合現(xiàn)場切割管道，坡口機的導軌采用不銹鋼凸緣導軌，（鋼帶通過搭接，直徑可調(diào)）,行走穩(wěn)定準確，切割線不錯位坡口角度可調(diào) 帶有15m電動遙控器，速度可調(diào)，正反轉(zhuǎn)控制,

9、非常適應海上平臺導管架切割和管道切割產(chǎn)品適用管徑為2502400mm的管道：馬鞍形環(huán)齒輪式火焰切割/坡 口機適合車間高效率下料，而且可擴展成斜口切割機。鋁制機身，重量輕，裝配精度極高，鞍座和環(huán)齒輪同軸度達到土 0. 64mm，端面垂直度達到土 0. 38mm。電動型配15m長遙控電纜，可調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。一種機型可 適用四種相鄰管徑。坡口角度可調(diào)。配雙割把架，可以 同時割出雙側(cè)坡口配圓度靠輪，可以適應不圓的管子切割系列產(chǎn)品，適用管徑為501200ram的管道。（圖2- 1）圖2- 1火焰切割/坡口機2.5.2管端坡口機意大利古倍喜”公司生產(chǎn)內(nèi)卡式、外卡式坡口機和管端坡口車床（如右圖所示）。內(nèi)卡式管

10、道坡口機有兩個型號，適合于小管徑管道加工坡口。它由氣動操作，防爆，適用于石化圖2馬鞍形環(huán)齒輪式煉油企業(yè)管道維修。坡口機工作時通過超強自鎖內(nèi)卡芯軸卡于管道內(nèi)，不打滑，不振顫，不彎曲變形。外卡式管道坡口機有 多個型號，采用多刀車削方 式，適用于小管徑管道。管 端坡口車床內(nèi)徑卡緊，便 攜，尤其適合厚壁管端加工 處理圖3內(nèi)卡式管圖4 外卡式管 圖5管端坡道坡口機 道 坡臼機L】車床。2.5.3全自動柔性切管機日本板橋全自動柔性軸切管機結(jié)構(gòu)比較特 殊，機頭沒有任何動力馬達，動力來自柔性扭 矩傳輸纜軸（如右圖所示）。可以對管道進行切割、 開槽等作業(yè)。適用于鑄鐵管、水泥管、鋼管、 石棉管和塑料管等。 能夠

11、圖6日本板橋管道切 割機快速、安全作業(yè)，也可在水中作業(yè)最大切割厚度達60nun。圖2-2管端坡口機圖2-3全自動水柔性切管機2.5.4爬管式管道切割/坡口機美國瓦奇T L C爬管式切割/坡口機是一種便攜式銃削機（如右圖所示），它通過鏈條將機 體固定在管道上，驅(qū)動鏈輪使機體帶著旋轉(zhuǎn)的切割刀和坡口刀沿鏈條爬行一周，完成管道的切割 和開坡口它由液壓驅(qū)動，可以在管子水平或者 垂直方向作業(yè)，也可以在壕溝和180m深水下作業(yè)它可以在帶壓的管道或者罐體上進行冷切割和坡口加工，加工精度高，安全防爆，特別 適合惡劣環(huán)境（風沙、污泥、水下）工作，適合海上鉆井、鋪管及各種水上安 裝工程美國瓦奇閘刀式管道切割鋸是系列

12、產(chǎn) 品?？梢愿钿弻嵭?空心管道和棒料。可用于 自來水公司、輸氣公司、煉油廠、核電站、化工廠等行業(yè)。閘刀式管鋸固定時需用帶鏈條的臺鉗將閘刀鋸和管子夾緊，精加工的鑄鐵V 形馬鞍底座確保切口的平直：管鋸可在管外的任何圖2-4爬式管道切割/坡口機責手通用 切割 命大 美國 理同 產(chǎn)的 道切位置安裝，垂直和水平作業(yè)的效果同樣出色。 它可以采用氣動、液動或電動控制，搖把負 工進給，馬達負責鋸割，一個標準壁厚的 150mm管子在6min內(nèi)便可以割斷。鋸條采用 的硬質(zhì)合金高強度鋸條，更換方便，由于在 回程中是將刀刃從割口處提升，因此刀刃壽 大延長。除了上述切割/坡口機外，還有： Mathey公司生產(chǎn)的爬管式切

13、割/坡口機，原 瓦奇坡口機，性能稍有差異。德國GF公司生適用于薄壁細長管切割/開坡口的RA系列管割兼坡口機；適用于鍋爐、換熱 器管道處理的BRB系列坡口機； 適用于現(xiàn)場和車間厚壁管道管 端處理加工的坡口機。美國“力上圖為切割刀片，下圖為坡口刀得”公司生產(chǎn)用于城市公用供 暖、供氣管道施工的手動切割刀 等等。綜上所述，國外用于現(xiàn)場 作業(yè)的切割/坡口機成型產(chǎn)品 可靠性高，適合于現(xiàn)場作業(yè)，但在很大程度上是由 人手工操作的，自動化程度并不圖2-5坡口刀2 6 坡口機的分析和展望2.6.1 坡口機分析在上述介紹的各種切割/坡口機中，現(xiàn)場作業(yè)效果最好的坡口機屬美國Wachs和Mathey公司的爬管式切坡口機

14、，在管道維修這一領域有很強的實用性。它具有如下特點：1、應用面廣。由氣動或者液壓驅(qū)動，它可以在管子水平或者垂直方向作業(yè)，安裝防腐外殼后 可以在壕溝和深水下作業(yè)。加工對象范圍大。直徑為1501800mm的碳鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、 鑄鐵及大部分合金材料管道。甚至直徑達 100m 的油罐。3、銃削切割方式，可以切下 4. 1775mm的金屬，而且不改變機加工表面的物理性能。4、 加工精度較高。一般情況下，端面垂直度在156ram 范圍內(nèi)。如果使用導軌附件可將加工精度保持在0. 125mm以內(nèi)。采用導軌和特殊導軌輪可在零能見度下進行垂直切割、水下切割及多道切割。5、安全防爆。切割機在易爆的環(huán)境下可以在

15、天然氣、原油及燃料管上作業(yè)，它曾經(jīng)用于切割 導彈燃料系統(tǒng)。6、安裝簡單。將可調(diào)節(jié)的驅(qū)動鏈條連接起來并扣緊在管道上，便可開動機器。7、 海上管道維護。液壓型的切割/坡口機采用全封閉液壓系統(tǒng)，特別適合惡劣環(huán)境（風沙、 水下 ）工作。適合海上鉆井、鋪管及各種水上安裝工程。8、抗腐蝕。使用不銹鋼螺絲、特殊軸承、鉛封及鋅層等附件，可防止鹽水作業(yè)下的腐蝕。2.6.2 坡口機的展望 從目前國外發(fā)展現(xiàn)狀來看，爬管式坡口機不僅能在水下工作，也能在干式環(huán)境中工作，而且 能適應大范圍管徑的管道切割/開坡口作業(yè)。但是該坡口機屬于半自動的，針對不同材質(zhì)、不同 性能的材料所用切削速度應是多少，需要靠人工根據(jù)經(jīng)驗作現(xiàn)場調(diào)整

16、。如遇能見度較差的海情， 作業(yè)將非常困難；而且我國海域環(huán)境較為復雜，該坡口機還需要進一步完善。第三章 坡口的使用以及維護3 1 坡口機的使用坡口加工常用的方法有機械切削和熱切割兩類。機械切削加工坡口常使用坡口機、刨邊機 及銑床、刨床、車床等各種型號的通用機床，加工的坡口尺寸精確，坡口面質(zhì)量較好。在所有的機械切削加工方法中， 坡口機加工坡口所使用的機床體積小， 結(jié)構(gòu)簡單操作方 便，可一次加工成形，工效是銃床或刨床的 20倍以上，為刨邊機的10倍以上，且設備一次性投資 小， 運行費用較低。 該方法所加工的板材， 無論是圓板還是直板， 除厚度外 在理論上不受直徑、 長度、寬度的限制。和熱切割加工方法

17、相比，坡口機加工坡口無污染環(huán)境的煙氣，能耗低，開坡 口速度為氣割的 10倍左右，而且不需要清除毛刺。目前，在坡口加工上，常采用坡口加工機、氣 割機取代刨邊機等機械切削加工坡口， 中小型零件乃至整張鋼板一般選用坡口加工機來進行，對大型零件或形狀復雜的坡口則在大型門式氣割機或數(shù)控切割機上完成。坡口加工機是坡口加工的專用設備，選用及使用有許多特點。目前， 國內(nèi)能提供的坡口加工機型號有：HP. 16, HP-20, HP-22. HP-26. HP-30型等。HP-10 HP-14，3. 2 使用中的注意事項及維護3.2.1 操作注意事項 先根據(jù)工件需求調(diào)整坡口面角度、坡口鈍邊,然后再置人工件,調(diào)整壓

18、緊機構(gòu)。在確認不存在任何不安全因素的情況下,再開始坡口加工。操作時,先將工件待開坡口一邊緊靠導向輪,人 工將工件推向刀盤。工件一旦與刀盤接觸,便可自行喂料, 不再需要人力推動。如果坡口面寬度 大, 坡口端應倒角。3.2.2 特殊工件開坡口1 、對于長度小于 300 mm 的小工件,需配置一套附加裝置, 以免工件翹扭；2、對于坡口面寬度小于 1O mm 的工件,在坡口加工終端可能發(fā)生少量偏斜,如用戶認為有必要保持坡口面寬度的高精度，可配置專用的頂塊；對于尺寸長、質(zhì)量大的工件，必須附設支承工件用輥道（托架）； 對于寬度為50 350的狹長工件，須配置專用的附加裝置，以確保工件的 平穩(wěn)性； 加工圓盤

19、形工件的圓邊坡口或圓筒形工件坡口時，須另配置一套附加裝置。3、刀具的刃磨1 ） 滾剪刀只能磨前端面,磨削加工可在平面磨床或在萬能工具磨床上進行；2） 通常一把滾剪刀進行 34次刃磨， 每次刃磨量不超過2 nm （刃磨量以0 .5,1,1.5, 2 mm 為準 ），刃磨后應用油石修磨；3）刃磨過的滾剪刀在使用時應根據(jù)刃磨量在主軸端面間安置調(diào)整墊片。調(diào)整墊片的厚度為0 . 5, 1, 1 . 5, 2lltlm 等四種。第四章 坡口機的液壓驅(qū)動系統(tǒng)海洋油氣資源的開發(fā)是海洋開發(fā)的重要組成部分，其中海底破損油氣管道的維修是海洋油氣 順利運輸?shù)谋匾ＷC。水下坡口機是管道修復過程中不可缺少的專業(yè)設備，是焊

20、接管道的保障。 目前我國運用的設備從國外進口，而且自動化程度并不高。為了加快我國水下工程技術(shù)發(fā)展，特 研究了一種水下坡E機。本文主要介紹坡口機的電液比例閥控系統(tǒng)及其仿真技術(shù)。4. 1 機械本體本坡口機采用液壓系統(tǒng)，特別適合惡劣環(huán)境下（風沙、污泥、海水 ）工作。適合海上鉆井、鋪管及各種水上安裝工程。坡口機主要由機械本體、液壓動力源、微機控制系統(tǒng)組成。其中坡口機本 體包括主切削頭、徑向進給機構(gòu)、周向爬行機構(gòu)、導向鏈固定張緊機構(gòu)和坡口刀片等部件，如圖1所示（PRO/E繪制）。工作時，替水員進行水下安裝，將可調(diào)節(jié)的驅(qū)動鏈條連接起來并扣緊在管道E機自動對管道進行作業(yè)，首先進上，然后調(diào)節(jié)張緊螺母使鏈條張緊

21、，保證切削不打滑；然后坡 行徑向銃削，徑向銃透后再進行周向銃4. 2液壓系統(tǒng)為坡口機設計的液壓系統(tǒng)如圖 2所示，該系統(tǒng)由以下回路組成。F111 1111L少147 I 4g e32液壓原理4.2.1刀具回轉(zhuǎn)回路刀具回轉(zhuǎn)回路該回路由齒輪泵 1、齒輪分流器2、電磁溢流閥3、比例調(diào)速閥4、馬達5組成，實 現(xiàn)刀具回轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速可變。比例調(diào)速閥具有的穩(wěn)壓作用改善了馬達的動態(tài)特性。單向閥13用以提高回油背壓。4.2.2比例閥控爬行回路該回路由齒輪泵1、齒輪分流器2、比例溢流閥6、三位四通電磁比例換向閥 7、馬達8所組成。 比例換向閥和轉(zhuǎn)速傳感器實現(xiàn)對爬行速度的調(diào)節(jié)，必要時還可以實現(xiàn)快進、回退。比例溢流閥調(diào)

22、節(jié)馬達進油壓力值大小，實現(xiàn)不同的材質(zhì)采用不同的進給力。4.2.3安全回路該回路主要由液控單向閥12組成，當?shù)毒咄蝗煌Ｖ罐D(zhuǎn)動時，爬行馬達8很快卸壓，保證刀具和機體不損壞。4.2.4徑向進給回路該回路由齒輪泵1、齒輪分流器2、溢流閥II、三位四通電磁換向閥 9、液壓馬達10、比例調(diào)速 閥14組成。實現(xiàn)刀具徑向低速進給，當徑向銃透后換向閥斷電，徑向進給自鎖，即可進行周向爬 行進給。控制策略及其仿真水下坡口機的工作過程是一個銃削過程，銃削力的恒定控制對銃削過程有重要意義。本文采取線調(diào)節(jié)液壓馬達工作速度和實時補償馬達進口壓力，從而實現(xiàn)恒切削力控制的方案，目的是提高加工效率和切削過程的穩(wěn)定性。這是一種間接

23、控制切削力的方法，比直接控制簡便易行。根據(jù)此裝置工作的實時性很強這一特點，坡口機的控制系統(tǒng)采用兩級結(jié)構(gòu)，上位機采用PC機，下位機采用單片機。上位機負責向下位機發(fā)布控制命令，采集坡口機切削過程數(shù)據(jù)，通過人機交互 接口實時顯示坡口機的狀態(tài)數(shù)據(jù)并修改控制命令。下位機負責采集來自傳感器的信號，將這些信 號進行處理后發(fā)送給上位機，并接收來自上位機的控制命令，通過閥來控制坡口機完成相應的動 作。此系統(tǒng)中周向爬行速度采用閉環(huán)控制；周向進給力采用開環(huán)控制。徑向進給速度和動力頭轉(zhuǎn) 速采用類閉環(huán)控制。周向爬行速度的液壓驅(qū)動環(huán)節(jié)采用四邊閥控制雙向液壓馬達的形式。比例閥 的中位死區(qū)可以通過起始工作電流予以消除。只要在

24、控制電流上疊加起始電流就可以把它看作是 零開口滑閥，于是可以利用伺服系統(tǒng)的分析方法。由于比例放大器及比例閥的頻率遠比液壓馬達固有頻率高，可按比例環(huán)節(jié)處理，比例放大器增益為，比例閥增益為K ,速度傳感器按比例環(huán)節(jié)處理，比例系數(shù)為F ,在沒有彈簧負載的條件下，速度控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖3比例閥控馬達速度系統(tǒng)圖其中：Ko比例閥流量增益圖3比例閥控馬達速度系統(tǒng)圖D 馬達排 量K。一一總流 量壓力系數(shù)Eh有效體積彈性模量i外擾力矩h液壓固 有頻率h=2V EhD / V,Jh阻尼比第五章齒輪的設計計算減速圓柱齒輪的設計5.1.1.已知：P=20KWn =10rpmi=55.1.2.初步設計1、選取大

25、齒輪材料為選取小齒輪材料為45調(diào)質(zhì) 硬度為240HBS40Cr調(diào)質(zhì)硬度為280HBS2、初選小齒輪齒數(shù)為乙=24則大齒輪齒數(shù) Z2=i Z1 =5 24=1205.1.3.按齒面接觸強度設計2d 3 KtTi u 1 Zedit xy d u h1. 選取荷載系數(shù)kt =2. 計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 T1 95.5 105 2010 3.315 104N mm3. 由表10-7取齒寬系數(shù) d =14. 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE = Mpa5. 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限Hlim1 600Mpa，大齒輪接觸疲勞強度極限Hlim2 550Mpa86. 由式 10

26、-13 計算應力循環(huán)次數(shù) N1 60n1jLh=60 240 1(2 8 180 10) = 10 ,N2N16 0.829 108.7. 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)Khn1 0.95, Khn2 1.0&計算接觸疲勞許用應力，取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式10-12得：KHN1 H Iim1sK HN 2 H Iim2s0.95 60011.0 5501570Mpa550Mpa1.試算小齒輪分度圓直徑d1t,代入 h中的較小值計算齒寬b=3.3521.3 7.958 105 6 189.8訂=145mm，取 d1t=180mm55500.64.h 2.25 mtd . d1t

27、 =V=60 1000=1082.2660 1000 s算齒寬與齒高之比mt7.5,2.25 7.5 16.875 ,10%6.8756.45. 計算荷載系數(shù)根據(jù)v=2.26 ms ,7級精度，由圖10-8查得動荷載系數(shù)Kz 1.05直齒輪，假設KAF/b 100 Nmm，由表10 3查得KhKf 1.2由表10 2查得使用系數(shù)K 1.0由表10 4,7級精度，小齒輪相對支承懸臂，查得：223Kh1.12 0.18 1 6.7 d 0.23 10 b 1.234由bh 6.4, Kh 1.234,查圖10 13得心1.24故荷載系數(shù):K KaKvKh Kh1.0 1.05 1.2 1.234

28、1.5556. 按實際荷載系數(shù)校正所得分度圓直徑d1 d1t 3 兀 1803 訂兀 191.077. 計算摸數(shù) m=d1 乙=191.07 24 =按齒根彎曲強度設計d2kT1乙2菲Ys_H1.由圖10-20c小齒輪彎曲強度極限FE1=500Mpa，大齒輪彎曲強度極限FE2 =380Mpa2.由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)K FN1=, KfN2 =.3.計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數(shù)s=,Kfn1Kfe1S0.9 5001.4321.43Mpa ,K FN 2 K fe 2S0.94 3801.4255.14Mpa大齒輪的數(shù)值比較大，則:對比計算結(jié)果由齒面接觸疲勞強度計算摸數(shù)

29、m大于由齒根彎曲疲勞強度計算摸數(shù)m,由于齒4.計算載荷系數(shù) K= KaKvKf Kf 1.0 1.05 1.2 1.24 1.5625.查取齒形系數(shù)，由表10-5查得：YFa1 = , YFa2 =6. 查取應力校正系數(shù)，查表10-5得：Ysa1=, YSa2 =7. 計算大、小齒輪的YFaYSa，并比較大小，F(xiàn)YFa1YSa1 =2.65 1.58321.43泉2緇2=2.14 1.83255.140.01535 =3 2 1.562 7.958 1050.6 242輪摸數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定承載能力，而面接觸承載能力僅與齒輪直徑有關，故 可取由彎曲強度計算的摸數(shù) m=圓整并取為

30、6mm。故乙呂=19凹m 6=32Z2 iZi 5 32160幾何尺寸計算1.2.分度圓：di Zimi 50 6 300, d2 Zzm? 275 6 1650。192 8004963.齒輪寬度：bdd1 0.6 192 115mm h=B2=115mm , B =125mm。驗算Ft扌d12 7.958 10541.03 10 N192KaR b41 1.06 10 m m11572.08m s 10叭，結(jié)果合適。第六章軸的設計軸的選擇設計軸要承受錐齒輪的徑向和同等的軸向載荷，根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定不同的軸上零件布局和裝配方案，分析比較后選用圖所示的裝配方案。6.1.1選擇軸的材

31、料該軸傳動功率為10KW,選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學性能由表21 1 查得 b 640MPa ,355MPa ,1 275MPa ,1 155MPa , 1 60MPa , s 207MPa ,0.2 ,0.1，由表 21 23查得 A 115。6.1.2初步估算軸的直徑由公式初步估算的軸徑為p10dmin-115330.4mm,n.540考慮裝聯(lián)軸器加鍵，將其軸徑增加3%,故取軸的直徑為+(x 3%)=,取軸的最小直徑為 32mm。軸上零部件的選用和軸的結(jié)構(gòu)設計6.2.1初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力，選取30000型圓錐滾子軸承。 為了方便軸承的裝配， 取裝軸承處軸的直徑為 35mm,初步

32、選定圓錐滾子軸承為 31307型，其尺寸為 dx DX B=35mm x 80mm x 23mm。定位軸肩 高度為4mm。6.2.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸的直徑取最小直徑，同時與萬向聯(lián)周器的內(nèi)徑相匹配，為32mm。軸的頂部有一個圓孔，用于和萬向節(jié)的固定連接。2-3軸段為與軸承相配合的軸段，根據(jù)所選取軸承的尺寸規(guī)格，即d XDX B=35mm x 80mm x 23mm，選取軸的內(nèi)徑為 35mm，軸的長度為 25mm，軸肩取 4mm。 3-4軸 段為過度軸段，選取其幾何尺寸為43mm x 80mm。4-5軸段為軸承配合軸段，其基本尺寸與上面所講的2-3軸段相同。5-6軸段為與

33、錐齒輪嚙合的軸段，為安裝軸段，其基本尺寸為32mm x 55mm,其上有鍵的選擇，選擇鍵時根據(jù)軸的內(nèi)徑尺寸，選擇鍵的尺寸規(guī)格為10mm x 8mm x 25mm。則軸的總長度為l 總 30mm+80mm+25mm+65mm=200mm至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。6.2.3軸上零件的周向定位錐齒輪與軸的軸向定位采用平鍵聯(lián)接，鍵的尺寸由表9 4查得，錐齒輪與軸聯(lián)接的鍵bx hx l=10mm x 8mm x 25mm ( GB1095 79 )。6.2.4確定軸上倒角和圓角尺寸參考GB6403.4 86取軸各處的倒角和圓角尺寸，見裝配圖。軸的受力分析6.3.1作出軸的計算簡圖對各軸段進行

34、受力分析，得到的計算簡圖如圖所示。6.3.2軸受外力的計算軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：P0 132T 9.55 1049.55 104N mmn7.5168080N mm槽輪的圓周力：Ft紐山08%2367NS 142軸的較核6.4 .1軸材料的疲勞強度極限 對45號鋼調(diào)質(zhì)，查得1 275MPa1 155MPa求兩危險截面的性能參數(shù) W、Wp (安全系數(shù)法要求有較精確的計算)。截面B處有鍵槽b 14mm， t 5.5mm，則其抗彎、抗扭的截面系數(shù)分別為 bt(d t)22dbt(d t)22dWbWTBd332d3宜 14 5.5 (50 5.5)2 10747mm3322 50323019mm316截面C

35、的抗彎、抗扭截面系數(shù)，可按花鍵軸的公式計算如下，式中: 鍵的寬度b按照分度圓上齒厚取為 大圓直徑D即為軸齒輪的頂圓 da3 小圓直徑d即為軸齒輪的根圓 df3 花鍵的齒數(shù)z亦即軸齒輪3的齒數(shù)s 0.5 m 0.5 d3 d32m 602.5m60于是，得WcWTCd4 zb(D d)(D d)232D42d zb(D d)(D d)16DZ320。319756mm339511mm6.4.2考慮彎矩的作用(彎曲應力按對稱循環(huán))計算安全系數(shù) 應力幅MbaBWbMeaCWe5888001074795900019756平均應力mBmC安全系數(shù)K aB54.8MPa48.5MPaSc1K aCm 127

36、51K aB2.62.2 48.5結(jié)論：軸的強度足夠2.32.2 1mm; 66mm ；352.5mm ；第七章工作原理機體結(jié)構(gòu)工作原理：本坡口機工作是先將工件（管道）置于機器中間腔內(nèi)，夾緊，然后進行切割和坡 口作業(yè)。機體由三個三角托架圍成一個三角形空腔，套在工件上。夾緊原理將工件夾緊。夾緊的爪子由絲杠連接，用以調(diào)整爪子的伸縮，進而實現(xiàn)工件的夾緊。傳動原理夾緊后，由液壓馬達輸出的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)減速器后傳給主動軸11y_.x. /鄉(xiāng)緩 / /0IIII再由主動軸傳遞給主動小齒輪主動小齒輪與大齒輪齒合，進而實現(xiàn)大齒輪的轉(zhuǎn)動。大、小齒輪的邊緣處都有滾道相配合，限制大齒輪轉(zhuǎn)動時在水平方向

37、的自由度。使切割過程 可以正常進行，不至于作業(yè)時，齒輪來回擺動，甚至滑出。進刀原理刀架由螺栓固定在大齒輪面上，兩刀架在大齒輪的直徑方向?qū)ΨQ固定，隨大齒輪的轉(zhuǎn)動而運動。坡口刀固定在刀架的滑塊上，隨滑塊的運動而運動，滑塊內(nèi)有進刀絲杠，實現(xiàn)刀的進給。為實現(xiàn)坡口的切削，刀架中滑塊的下端面設計成斜坡行，大齒輪與刀架接觸的對應端面也設 計為斜坡行，與刀架端面相配合，實現(xiàn)刀橫向進給的同時又有縱向進給。大齒輪內(nèi)邊緣有固定不 轉(zhuǎn)動的環(huán)行螺旋，與刀架內(nèi)的絲杠配合，實現(xiàn)進刀運動。結(jié)束語畢業(yè)設計，是大學學習生活的一個最重要的環(huán)節(jié)之一，這次設計是對以往所學知識的一次驗 證，要求我們對以往所學的理論和實踐相結(jié)合，是對大學

38、以來所學知識的一次全面總結(jié)和加深， 是我們素質(zhì)和能力的一個全面的體驗。畢業(yè)設計過程中，我多次去了國家知識產(chǎn)權(quán)局調(diào)研資料， 發(fā)展狀況，去過工廠，實地考察機器的外行、結(jié)構(gòu)和性能，在網(wǎng)上搜尋了大量資料，綜合分析， 確定研究方向，并與同學交流，互相幫助。使我體驗了團隊精神的重要性，和同學之間友誼的堅 固性，使我們成為一生的朋友和知音。鍛煉了我的獨立思考能力和與他人的交流能力。點滴積累, 最終圓滿完成了本次畢業(yè)設計。這次設計不僅為我以后的工作堅定了信心，也為我的生活增添了 光彩和美好的回憶。寫到這里時，我的心情已經(jīng)變得激動。大學以來難度最大的，歷時十六周的，最完整的一次 設計就要畫上一個圓滿的句號了。興

39、奮之余，我最先想到的是要感謝一直關心，督促，幫助我的 王科社老師。王老師一直以嚴謹?shù)闹螌W作風，高尚的治學態(tài)度，和持之以恒的治學精神教導我們, 以獨立設計的治學觀點感染我們，教會我們無論艱難困苦，都要堅持不懈地努力，自己的事情自 己做，一點一滴，克服萬難，將畢業(yè)設計獨立而完整的完成。同時也要感謝學校，在過程中給予 百分之百的支持、重視和敦促。通過這次設計，我堅定了以后進入工作后的信心，感受到，無論再困難的事情，只要堅持不 懈，刻苦努力，就一定會完成！至此，再次向?qū)W校的各級領導、老師表示深深地感謝！參考文獻1 錢昌黔耐熱鋼焊接北京：水利電力出版社，19982 斯重遙焊接手冊北京：機械32業(yè)出版社，

40、 1992 3 BS4515 1984 Appendix H： Process of Welding of Steel Pipeline 0n Land4 MANDIANG Y，CISS A，SISSOKO G，et a1 Influence ofthermal aging 0nmicrostructuml evolution and mechanical properties in titanium modifiedtype 316 stainless steel containing phosphorus Materials Science andTechnology ， 2001， 17

41、(3)： 315 3205 GOTOT Study on residual cIeplifeestimation usiI1gmn VelUerialproperies tests Mitsubishi Tedmieal Bulletin 1985， 169(4)： 11 156 霍尼庫姆RWK.鋼的顯微組織和性能.北京：冶金工業(yè)出版杜19857 http / www . pipe 1 ine. com . cn/pipeequi p / cutandbev / T L Cspecs. html .8 張 峰，梁君直大口徑管道管端坡口整形機石油工程建設。2002，(3) ： 49509 俞晨燕，張國煥.GPJ系列管子坡13機J.電耀機.1989,：192i.王海霞，湯文成，鐘秉林，等.客車車骨架有限元建模技術(shù)及結(jié)果分析J.機械強度，2002, 24(1): 77 80.崔振山，劉才， 勇力萬能軋制有限元模擬立輥摩擦元拖動模型10 工程力學， 2000， 17(1)： 5762Hartley P， Sturgess C E N， Rowe G W Influence of frictiononthe prediction o