無縫鋼管切割機(jī)切割裝置設(shè)計

I第1章緒論1.1研究意義本課題研究的是機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域中的切割機(jī)構(gòu)，旨在解決自動切割機(jī)操作復(fù)雜等問題。研究提高鋼管切割的精度和效率的方案。無縫鋼管的切割是鋼管制造和加工過程中非常重要環(huán)節(jié)，質(zhì)量和效率都會直接影響到鋼管的后續(xù)加工和使用。設(shè)計和研發(fā)高效、精準(zhǔn)的鋼管切割機(jī)切割裝置，可以提高切割精度和效率，從而提高鋼管的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。研究促進(jìn)無縫鋼管加工自動化。隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)自動化已成為未來的發(fā)展趨勢。設(shè)計和研發(fā)高效、智能的無縫鋼管切割機(jī)切割裝置。研究如何讓傳動，切割，控制更加簡便，可以促進(jìn)無縫鋼管加工的自動化程度，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低成本和風(fēng)險，具有重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通過對主要管道切割機(jī)，鋸床型管道切割機(jī)，大型通風(fēng)管道切割機(jī)，微型切割機(jī)，切管機(jī)微電腦，美國對切割進(jìn)行了有限元仿真和實驗性研究，研究了多線切割機(jī)。而我國的切割技術(shù)在設(shè)計不斷改進(jìn)，品種不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。同時，存在很多方面不足，如，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)與維修困難，生產(chǎn)效率低等，阻礙了切割機(jī)的發(fā)展。近年來，在我國的切割機(jī)行業(yè)中，現(xiàn)在正逐步過渡到使用一些具有智能控制功能和儀器儀表。切割機(jī)也朝著多樣多功能、多角度切割、節(jié)能和環(huán)保的方向不斷發(fā)展。鋼管：包括無縫鋼管和焊接鋼管等，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕和適合高壓的特點。切割機(jī)的核心組成有切割，傳動，控制三大方面，切割裝置為切割機(jī)的核心部件，所以研究切割裝置顯得極為重要，要想提高切割機(jī)空間，重量，體積，效率，質(zhì)量方面，從切割裝置入手效果最為顯著。因此，必須有針對性地進(jìn)行設(shè)計研究，選用不同的機(jī)構(gòu)或材料來滿足不同管材的切割需求。1.3研究內(nèi)容針對要求設(shè)計一種切割裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、滿足生產(chǎn)要求的無縫鋼管切割機(jī)切割裝置。研究市場上的路邦89-325管道切割機(jī)，小型繩鋸機(jī)SQ-200弧形厚板繩切機(jī)械，三維五軸激光切割機(jī)等切割機(jī)。此設(shè)計的切割機(jī)械應(yīng)主要是針對金屬管材進(jìn)行加工。設(shè)計任務(wù)主要是鋼管切割機(jī)進(jìn)行切割裝置的設(shè)計。需要考慮傳動和切割裝置的具體零部件的設(shè)計和計算，繪畫機(jī)器輪廓圖，計算數(shù)據(jù)，編制總裝配圖，還要繪制零部件圖紙。第2章總體設(shè)計2.1確定機(jī)械切割工藝方案切割是一種常見的加工工藝，它通過在工件表面切割出所需形狀和尺寸的方式來實現(xiàn)工件加工。切割的原理是利用刀具或切割工具對工件進(jìn)行切割或切割刀具的相對運動，使工件上的材料被切割或切割達(dá)到所需形狀和尺寸。本次設(shè)計一鋼管切割裝置，有三種設(shè)計方案對比：方案一：切斷刀對管切割，在車床上進(jìn)行切斷。工作原理是用卡盤夾緊零件并帶動其旋轉(zhuǎn)，安裝在刀架上的刀具完成切割進(jìn)給運動。其特點是效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案二：兩個電機(jī)，一個電機(jī)控制砂輪刀片旋轉(zhuǎn)運動切割鋼管，一個電機(jī)控制電壓桿方向向下運動:機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)效率高，但砂輪磨損快，只適用于精準(zhǔn)切割，對于無縫鋼管切割不經(jīng)濟(jì)。方案三：滾筒旋轉(zhuǎn)金屬管，此切割運動金屬管旋轉(zhuǎn)和刀片切割管材。工作是進(jìn)行連續(xù)切割，可以提高效率，機(jī)器的結(jié)構(gòu)類型精簡將傳動機(jī)構(gòu)與夾緊切割裝置進(jìn)行了一體化嘗試。根據(jù)畢設(shè)要求和結(jié)合生產(chǎn)實際。對所選擇方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)點和切割質(zhì)量加以具體說明。方案一，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，所能切割材料類型有限，所切割的鋼管粗糙不一，另外還需要改裝額外的機(jī)床不經(jīng)濟(jì),噪聲較大，比較不安全。方案二，結(jié)構(gòu)屬于簡單，生產(chǎn)效率也高，切割表面粗糙度較為小，切割更為工整適合精密器件，但砂輪的消耗與更換不經(jīng)濟(jì)和不方便。另外，方案一和二容易造成鋸條的鋸齒和砂輪損壞，從而影響表面工整，這兩個方案破壞了被加工表面精度，增加生產(chǎn)成本，為了解決能實現(xiàn)鋼管切割，切割較為工整問題，切割設(shè)計中選用方案三。工藝方案確定后，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，查找必要的特殊尺寸，工藝方案原理圖如圖2.1圖2.1工藝方案原理圖綜上，考慮到一些限制條件，蝸桿傳動是合適的選擇，根據(jù)信息，在滾筒設(shè)計中根據(jù)這些條件，我們可以得到如下的設(shè)計方案：1.滾筒中心距離>=108mm，設(shè)計齒輪的外徑<=?100mm。2.采用=2的蝸桿和=40的蝸輪，蝸輪的外徑為160mm。3.在蝸桿和蝸輪之間安裝惰輪，防止避免蝸輪和滾筒相撞。4.選擇=50，模數(shù)m=4的齒輪作為傳動機(jī)構(gòu)的一部分。因此，我們可以采用蝸桿傳動和齒輪傳動相結(jié)合的方式，來設(shè)計實現(xiàn)滾筒的傳動機(jī)構(gòu)。這個組合方案可以滿足滾筒設(shè)計中的尺寸和工作條件要求，以及同一軸上不同直徑齒輪的配合問題。圖2.2傳動系統(tǒng)圖2.2工作原理管機(jī)的工作原理：動力來自電動機(jī)→皮帶輪→蝸桿→直齒輪→中間輥→滾輪軸上的小齒輪。最頂層滾筒起夾緊作用，三個滾筒使之鋼管夾緊。由于滾子的旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動工件的整體運動，使圓盤刀片向下做進(jìn)給移動，實現(xiàn)切削時的主要切割。通過操縱手輪調(diào)節(jié)方向，讓圓盤刀片向下進(jìn)給，不斷增加刀片對鋼管的壓力，實現(xiàn)鋼管切割。確定了包括帶傳動、蝸桿傳動以及齒輪傳動等多種機(jī)構(gòu)的傳動方案。同時，我們還繪制了傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，并使用它來清晰地闡述不同傳動元件之間的相互作用關(guān)系。圖2.3機(jī)械切割圖手輪2-絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)3-從動滾輪4-絲杠5-圓盤刀片第3章傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1電動機(jī)的選擇3.1.1類型的選擇在工業(yè)領(lǐng)域中，采用籠式三相交流異步電動機(jī)。在選擇電動機(jī)類型時，我們主要考慮機(jī)器的長期連續(xù)工作時間、工作負(fù)荷或靜態(tài)負(fù)荷慣性短期重復(fù)勞動，并要考慮工作環(huán)境中的灰塵和濺射物。根據(jù)本次設(shè)計的特點，機(jī)器的載荷變化較小，有灰塵和鐵屑存在，因此選擇了籠式三相交流異步電動機(jī)。3.1.2功率的選擇電動機(jī)選用Y90L-4型，確定好電機(jī)型號后，可以計算出切管機(jī)的傳動比:i總===20 （3-1）在本設(shè)計中，設(shè)計任務(wù)給定的管道切割機(jī)的工作參數(shù)，切削力：F=280000N，棍筒轉(zhuǎn)速：n=70r/min，切管尺寸范圍：50～60mm?，F(xiàn)初步選取棍筒直徑為=80mm，兩棍筒中心距a=100mm，刀片直徑為=80mm進(jìn)行計算。根據(jù)公式：工作所需的電動機(jī)功率：—工作機(jī)工作所需的電源，是指主動側(cè)桿管工作機(jī)所需要的功率，kW;；—電機(jī)工作機(jī)的主動側(cè)桿缸效率。工作機(jī)所需工作功率，由機(jī)器的工作阻力和機(jī)器的運動參數(shù)（如：線速度、轉(zhuǎn)速和角速度）。3.2傳動結(jié)構(gòu)計算3.2.1進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算1.帶傳動設(shè)計皮帶傳動適用范圍廣泛，可以適用于需要傳遞動力的場所，特別是軸距變化較大或較長的應(yīng)用場景。它的結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不易受到?jīng)_擊和振動，可以有效地減震和保證安全。此外，由于傳動比不能做到精確，其使用壽命也較短，通常為3000～5000小時。因此，在選擇皮帶傳動時需要綜合考慮各種因素，包括使用環(huán)境、傳動效率、負(fù)載情況等等，以確保其正常工作并延長使用壽命。在本次設(shè)計中，選取帶的傳動系數(shù)，計算功率為： （3-2）由和=1400r/min，查表用A型三角帶。小帶輪=100mm，考慮到標(biāo)準(zhǔn)直徑的適用性，我們選取大帶輪的直徑為125mm。驗算帶輪： （3-3）小于25m/s，適合。初定中心距，按公式：構(gòu)造，選取=350mm.三角帶長度計算，按下述公式計算：（3-4）選取標(biāo)準(zhǔn)長度為=1033mm，計算內(nèi)圓周長度=1000mm。則實際中心距為：（3-5）驗算小帶輪上包角，公式計算：（3-6）計算三角帶輪根數(shù)。當(dāng)帶輪速度v=7.4m/s，小帶輪直徑=100mm，A型時，由表查得0.96，=0.99，=0.89，所以：（3-7）選取z=2根。2.齒輪模數(shù)的確定這里采用公式法進(jìn)行齒輪模數(shù)設(shè)計，步驟如下：本例中，齒形系數(shù)y為0.297，許用彎曲應(yīng)力限制在19.61kg/mm2。需要將許用彎曲應(yīng)力減少20%以提高齒輪壽命。經(jīng)過計算，降低后的許用彎曲應(yīng)力為[]約15.68kg/mm2。開式齒輪傳動，齒寬系數(shù)通常在8～15范圍內(nèi)。開式齒輪傳動中，由于齒寬系數(shù)為=8～15，懸臂支承，所以選的值，取=9。載荷系數(shù)K=1.3～1.5，取K=1.4，使用懸臂支撐，由公式： （3-8）選擇低強(qiáng)度的情況下，我們可以取標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)m=3mm。為了便于加工和測量，我們將無縫鋼管切割機(jī)中的齒輪模數(shù)統(tǒng)一取為m=3mm。3.蝸輪蝸桿模數(shù)的確定對于渦輪蝸桿材料的選擇：蝸桿選用的45號鋼，調(diào)質(zhì)處理；蝸輪材料為無錫青銅ZQA19-4。由公式：（3-9）取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4，q=11。4.齒數(shù)的確定根據(jù)傳動比對齒數(shù)的選擇：查閱《機(jī)械零件設(shè)計手冊》可知：選取最小齒輪齒數(shù)為=18。蝸輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)的確定：查閱《機(jī)械零件設(shè)計手冊》可知：蝸桿頭數(shù)=1，蝸輪齒數(shù)=50。（3-10）將=18代入，則。并由此可以推得：。得到切管機(jī)全部齒輪（蝸輪蝸桿）齒數(shù)：=54，=81，=18，=1，=50。如圖3．1圖3.1各軸齒數(shù)與配速比圖3.2.2計算各主要傳動件的結(jié)構(gòu)尺寸1.三角帶輪已知選用A型三角膠帶，小三角帶輪計算直徑為=100mm：=δ=6mm、3.5mm、H=12mm、=13.1mm、f=10mm、=、e=15+-0.3mm。輪寬；外徑；電動機(jī)的輸出軸位于大三角帶輪的孔徑處，輸出軸的直徑為d。根據(jù)查詢得知，該電動機(jī)型號為，輸出軸直徑為22mm。其結(jié)構(gòu)形式為實心輪。大三角帶輪計算直徑=125mm；小三角帶輪尺寸和、e、f、δ、H、B等一樣。=,=13.4mm。，外徑；查可知Ⅰ軸的=20mm，孔徑d等于與其配合的軸Ⅰ的軸徑；由結(jié)構(gòu)形式可知為輻板式：輪轂直徑，取=40mm輪緣直徑，查輻板厚度得為S=10mm；輪轂寬度L=(1.5～1.8)=30～36mm，取L=35mm；輻板孔圓周定位尺寸：（3-11），因此，孔直徑為2.蝸輪和蝸桿已知=1、=50，m=4，q=11：蝸桿分度圓直徑=qm=114=44mm；蝸輪的分度圓直徑為，根據(jù)模數(shù)m和齒數(shù)的關(guān)系可得，==200mm。桿齒頂圓直徑=m(q+2)=4(11+2)=52mm；蝸輪齒頂圓直徑=m(+2)=4(50+2)=208mm；蝸桿的齒根圓直徑為，在已知模數(shù)m和齒數(shù)q的情況下，可通過公式·-2.4)計算得出。例如，當(dāng)模數(shù)m=4、齒數(shù)q=11時，=4(11-2.4)=34.4mm。蝸輪齒根圓直徑=m(-2.4)=4(50-2.4)=190.4mm；蝸桿分度圓圓柱上螺旋升角，當(dāng)=1、q=11時，查得；在蝸桿的制造過程中，螺紋部分的長度需要滿足一定的要求，可以通過公式L≥（11+0.06）m來計算。其中，表示蝸輪的齒數(shù)，m表示模數(shù)。例如，當(dāng)蝸輪齒數(shù)為50，模數(shù)m為4時，可以計算出L≥（11+0.06×50）×4=56mm。根據(jù)這個結(jié)果，蝸桿的螺紋部分長度至少應(yīng)該為56mm。蝸輪外圓直徑=+2m=208+24=216mm；蝸輪寬度B≤0.75=0.7552=39mm；Ⅰ、Ⅱ軸中心距：（3-12）可知：輪緣厚度f=1.7m=1.74=6.8mm根據(jù)常見的蝸輪蝸桿傳動設(shè)計規(guī)范和實際加工難度等因素綜合考慮，可設(shè)蝸輪輪轂外徑為（1.6～1.8）蝸輪孔徑直徑，即=（1.6～1.8）55=88～99mm。在確定具體的輪轂外徑時，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，以保證軸的強(qiáng)度和尺寸的要求。取=90mm輪轂寬度（3-13）取L=70mm輻板厚度，一般采用c=10mm蝸輪包角2,一般采用2=3.齒輪1）已知Ⅱ軸上齒輪=54，m=3，則：齒頂圓直徑（3-14）分度圓直徑（3-15）齒根圓直徑（3-16）由于齒輪精度不高，懸臂布置的設(shè)計，所以齒寬系數(shù)應(yīng)該選小值，現(xiàn)取所以齒寬.由于>160mm，采用輻板式結(jié)構(gòu)的來鍛造齒輪。輪緣內(nèi)徑輪轂外徑(——齒輪的孔徑=45mm)輻板厚度 （3-17）輻板孔圓周定位尺寸：（3-18），取=17mm。齒輪示意圖如圖3.2圖3.2Ⅱ軸齒輪示意圖2)已知Ⅲ軸上齒輪=81，m=3，則：（3-19）齒頂圓的直徑（3-20）齒根圓的直徑（3-21）分度圓的直徑（3-22）設(shè)計齒寬B=30mm。由于>160mm，可采用輻板式結(jié)構(gòu)的鍛造齒輪。輪緣內(nèi)徑（3-23）輪轂外徑=1.63=1.650=80mm（3-24）設(shè)計輻板孔圓周定位尺寸：=0.5(+)=0.5(219+80)=149.5mm（3-25）輻板孔直徑：Ⅱ、Ⅲ兩軸的中心距：（3-26）Ⅲ軸上齒輪如圖3.3圖3.3Ⅲ軸齒輪示意圖3）已知Ⅳ軸上的齒輪=18,m=3則：齒根圓直徑（3-27）齒頂圓直徑=m(+2)=3(18+2)=60mm（3-28）分度圓直徑=m=318=54mm（3-29）齒寬B=30mm。由于<160mm，故必須采用實心式結(jié)構(gòu)鍛造齒輪。Ⅲ、Ⅳ兩軸的中心距：（3-30）在Ⅳ軸上的齒輪如圖3-4所示圖3.4Ⅳ軸齒輪示意圖3.3滾動軸承的選取1.軸承的選擇在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點，有能夠承受少量軸向力的角接觸球軸承，（其中軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時所承受的載荷估算載荷大小為100N。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時的力相同的情況下，拆卸帶輪時，軸承所受的力更大，所以選取軸向力的方向向右。M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過程中，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時相互抵消，所以在計算過程中不再考慮電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對軸承的影響。由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角的角接觸球軸承。其代號為7207ACJ，基本額定動載荷，基本額定靜載荷。2.確定軸承型號由《簡明機(jī)械零件手冊》查得軸徑時，應(yīng)選軸承的代號為7207ACJ，其額定動載荷為>=故選用代號為7207ACJ的軸承合適。第4章切割裝置設(shè)計4.1圓盤刀片4.1.1圓盤刀片設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求切削分切削力、背向力、進(jìn)給力。圓盤刀片的主要功能是切削，因此其設(shè)計應(yīng)考慮切削性能的要求。包括刀片材質(zhì)、硬度、刃口形狀、刃口角度等因素，以保證切削效率、切削質(zhì)量和壽命。1.剛度和強(qiáng)度：圓盤刀片在切削作業(yè)過程中需承受較大的負(fù)載，加工精度和穩(wěn)定性取決于其剛度和強(qiáng)度。因此，刀片的設(shè)計應(yīng)考慮其剛度和強(qiáng)度，以滿足加工要求。2.熱穩(wěn)定性：在高溫和高速切削狀態(tài)下，圓盤刀片易發(fā)生熱變形、熱疲勞等問題，影響切削質(zhì)量和壽命。因此，刀片的設(shè)計應(yīng)考慮其熱穩(wěn)定性和散熱性能，以提高生產(chǎn)效率和刀具壽命。3.圓盤刀片的裝配：刀具是生產(chǎn)過程中不可缺少的工具，刀片設(shè)計需考慮其可靠性和安全性。應(yīng)確保刀具不易損壞、易于更換和維護(hù)，并盡可能減少操作人員的操作誤差，提高生產(chǎn)效率。圓盤刀片，又稱切割機(jī)刀片，是由碳化鎢材料整體組成，并有許多其他名稱:切割機(jī)、割機(jī)刀片、圓盤切割機(jī)刀片等。4.1.2圓盤刀的選擇1.材料的選擇：選用高品質(zhì)的材料，以提高圓盤刀的硬度和強(qiáng)度，避免刀片的損壞和失效。實際許用應(yīng)力需要根據(jù)具體情況進(jìn)行計算，以確保使用的安全性和可靠性。一些高強(qiáng)度的高速合金鋼牌號，其許用應(yīng)力可以超過700MPa，例如：1）.ASP60粉末冶金高速鋼：715MPa；2）.HSSS690Q高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：760MPa；3）.Vanadis23超硬高速鋼：800-900MPa；4）.M42高速鋼：350-450MPa。一般的圓盤刀片要求高速合金鋼的許用應(yīng)力可以計算為其屈服強(qiáng)度除以一個安全系數(shù)。一般情況下，高速合金鋼的安全系數(shù)取值為2.0～3.0。因此，選取安全系數(shù)為2.5，又因要切割棒料在128-285Mpa,則該材料的許用應(yīng)力為：285×2.5=712.5MPa。高強(qiáng)度高速鋼和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是鋼材中的高端品種，價格相對較高，而ASP60粉末冶金高速鋼則是高速鋼中的一款高端產(chǎn)品，相對而言價格更加昂貴，但是ASP60高速鋼具有更高的硬度和韌性，使用壽命更長。因此，選擇合金鋼中ASP60高速鋼。2.刀片的幾何尺寸：確定合理的刀片幾何尺寸，以保證刀片的剛度和強(qiáng)度，達(dá)到良好的加工精度和穩(wěn)定性。背向力,刀片根據(jù)進(jìn)給力確定了圓盤刀片的材料。根據(jù)剛度校核確定圓盤刀片的最小尺寸，切削力，棒料剪斷剪應(yīng)力大于材料許用剪應(yīng)力。因此，棒料能夠被切斷條件（4-1）刃口設(shè)計：刃口設(shè)計應(yīng)遵循圓盤刀受力平穩(wěn)、切削質(zhì)量較好、刀片壽命較長的原則。在標(biāo)準(zhǔn)原件中選擇較為合理，因為刀片還有另外的設(shè)計選擇經(jīng)濟(jì)的要求。非標(biāo)件相比標(biāo)準(zhǔn)件更為昂貴。表4.1圓刀片規(guī)格型號規(guī)格外徑內(nèi)徑厚度b刀口角度?140×?40×514040545°?140×?30×514030560°?150×?35×314030560°?150×?35×315035345°?100×?30×510030545°?80×?16×58016545°圖4.1圓盤刀經(jīng)過調(diào)研，雙刃圓盤刀片其規(guī)格為80*1.0*16mm，材料為ASP60高速合金鋼。4.1.3圓盤刀片的切割運動（1）設(shè)計要求機(jī)械切割裝置，圓盤刀片和絲杠螺母機(jī)構(gòu)能夠在走刀過程中縱向移動，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置。該裝置主要是為了實現(xiàn)切割機(jī)砂輪片的縱向和旋轉(zhuǎn)運動，使之完成切割動作。為了設(shè)計和制造方便，在方案設(shè)計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)簡單而又便于控制的絲杠傳動方式，絲杠機(jī)構(gòu)帶動縱向圓盤刀片在棒料旋轉(zhuǎn)同時，電機(jī)帶動刀片旋轉(zhuǎn)切割。在設(shè)計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱向行走裝置采用了絲杠，既提高了運動系統(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。（2）直線切割的運動計算經(jīng)過查閱資料，可以得知棒料的許用剪應(yīng)力，取最大值285?？紤]到本次設(shè)計的切管機(jī)要能有效切斷最大棒料粗為10mm，因此該機(jī)器所需的最小切斷力可由上述公式得出。（4-2）取切割機(jī)的。絲杠螺母進(jìn)給到固定管材，電機(jī)帶動帶輪-蝸輪蝸桿-滾筒，滾筒帶動管材旋轉(zhuǎn)，滾筒轉(zhuǎn)速會與棒料轉(zhuǎn)速同速，。4.2絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)計4.2.1螺紋副耐磨性計算絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)差動傳動《機(jī)械設(shè)計（第四版）》公式（6.20），螺紋中徑計算公式：式中，螺母為整體式并且磨損后間隙不能調(diào)整，；該螺旋機(jī)構(gòu)為人力驅(qū)動，因此提高20%，。（4-3）

表4.2滑動螺旋副材料的許用壓力[P]螺桿—螺母的材料滑動速度許用壓力鋼—青銅低速18-25≤3.011-186-127-10>151-2鋼—鋼低速10-13鋼—鑄鐵<2.413-186-124-7圖4.2螺旋副受力圖牙型角，螺距P由螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇P=6mm牙頂間隙acp=1.5-5,ac=0.25;p=6-12,ac=0.5;p=14-44,ac=1;外螺紋大徑（公稱直徑），d=44mm中徑（4-4）牙高（4-5）小徑（4-6）內(nèi)螺紋大徑（4-7）牙高（4-8）中徑（4-9）小徑（4-10）牙頂寬（4-11）牙槽底寬（4-12）螺紋升角（4-13）因此選用T44×6的螺桿，其參數(shù)為：表4.3的螺桿公稱直徑（mm）d螺距（mm）P中徑（mm）大徑（mm）小徑（mm）446414537384.2.2螺紋牙強(qiáng)度計算。圖4.3螺母螺紋圓的受力（4-14）（4-15）（4-16）（4-17）（4-18）表4.4滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力螺旋副材料許用應(yīng)力(MPa)螺桿[σ][σ]b[τ]鋼σs/(3~5)螺母青銅

40~6030~40鑄鐵

40~5540鋼

(1.0~1.2)[σ]0..6[σ]（1）螺桿強(qiáng)度計算螺桿有F和扭矩T，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其強(qiáng)度條件為;（4-19）（4-20）（2）螺紋副自鎖條件（4-21）梯形螺紋的牙型斜角，其當(dāng)量摩擦角（4-22）式中,為螺紋升角；為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù),見下表4.5。對于螺旋傳動的保證自鎖可靠，實際應(yīng)取本設(shè)計滿足這一條件，因此能夠自鎖。表4.5滑動螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)螺桿—螺母的材料當(dāng)量摩擦系數(shù)鋼—青銅0.08-0.10淬火鋼—青銅0.06-0.08鋼—鋼0.11-0.17鋼—鑄鐵0.12-0.15（3）螺桿穩(wěn)定性計算為防止失穩(wěn)定，螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷。則螺桿的穩(wěn)定性條件為：（4-23）（4-24）式中，螺桿的穩(wěn)定臨界載荷表4.6螺桿的長度系數(shù)端

部

支

撐

情

況長度系數(shù)μ兩端固定0.50一端固定，一端不完全固定0.60一端鉸支，一端不完全固定0.70兩端不完全固定0.75兩端鉸支1.00一端固定，一端自由2.00（4-25） （4-26）所以，該螺桿是穩(wěn)定的。4.3滾筒的設(shè)計4.3.1滾筒軸設(shè)計計算軸Ⅲ上裝有的主要零件為：軸承、鍵、軸環(huán)等。由表三可知其最小直徑為45mm。已知：齒輪的分度圓直徑＝162mm，z3齒輪的分度圓直徑＝243mm，齒輪分度圓直徑＝54mm，Ⅱ、Ⅲ軸中心距=202.5mm，Ⅲ、Ⅳ軸中心距=148.5mm，兩滾筒中心距108mm，Ⅱ軸轉(zhuǎn)矩＝420.2，Ⅳ軸轉(zhuǎn)矩＝122.3。驗算過程：畫出受力分析圖4－4a，因為動力從齒輪經(jīng)惰輪傳給兩個齒輪，在惰輪的圓周上就有著同時作用著、、三個切向力；根據(jù)滾筒中心距108mm和αⅢⅣ=148.5mm，我們可以計算出α角。因為在直角三角形Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，，所以；①根據(jù)轉(zhuǎn)矩（4-27）（4-28）②使用平移和四邊形法則，對作用在Ⅲ軸上的合力計算。如圖3－1b，使用作圖法可得P4≈8360N，P=P1+P4=5185.43+8360=13545.43N③因為Ⅲ軸的最大彎距在B點、所以惰輪z3的中面到滾動軸承中面的距離，現(xiàn)取為l3=70mm的位置，則其最大彎矩：（4-29）④選取軸的材料使用45號鋼，轉(zhuǎn)動心軸的B＝0.26，所以：（4-30）現(xiàn)在設(shè)計軸頸的直徑為55mm，所以合適。圖4.4滾筒軸的受力分析1、按扭矩強(qiáng)度條件計算由于碳鋼制造軸較廣泛，取材料為45鋼，采用調(diào)至處理，硬度為217HBS~255HBS。根據(jù)由參考文獻(xiàn)[2]表15-3查的=126～103，取=110（4-31），有一軸鍵軸徑增大5%~7%綜合考慮并圓整，取d=30mm4.3.2滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計1.滾筒最小直徑的確定按照國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，滾筒直徑根據(jù)膠帶形式、強(qiáng)度、緊邊和松邊張力以及滾筒類型由下式確定.（4-32）滾筒直徑的選擇問題。為了保證滾筒和臺面相配合，選用了直徑為27毫米的滾筒。（單位是kN/(帆布膠帶、人造紡材芯膠帶、鋼繩芯膠帶)）。(帆布膠帶，人造紡材芯膠帶,鋼繩芯膠帶）2.幅板厚度的確定幅板厚度的計算式為（4-33）式中h為幅板厚度，K為與半徑比率有關(guān)的無因次系數(shù)（4-34）為了確定轉(zhuǎn)角，確定軸和幅板的力矩分配系數(shù)x（4-35）在0.1—0.4取值，焊接滾筒，直徑大于1000mm,幅板為軟性時，腹板厚度=0.15-0.25焊接滾筒,直徑小于1000mm,幅板為剛性時，腹板厚度=0.3-04；（4-37）確定帶鋼的厚相對復(fù)雜的任務(wù)。在計算帶鋼厚度后，有必要進(jìn)行應(yīng)力分析。等厚帶鋼的危險應(yīng)力點位于帶鋼的內(nèi)徑上，可由下式得到（4-38）經(jīng)過計算和分析,得出當(dāng)或時、最大值，此時,幅板的主應(yīng)力為（4-39）（4-40）在校核幅板強(qiáng)度時，一般只需要即可。根據(jù)彈性力學(xué)理論，幅板在彎曲力矩的作用下，其轉(zhuǎn)角可以表達(dá)為（4-41）由以上式子得到（4-42）因為，最大應(yīng)力發(fā)生在幅板內(nèi)徑上，即發(fā)生在位置上。為了確定最大時的相應(yīng)高度h,則（4-43）（4-44）帶入求導(dǎo)可求出h，所以當(dāng)時，最大,因此，在確定幅板厚度時，應(yīng)確保以提高滾筒壽命。3.輪轂尺寸的確定輪轂的寬度為，采用鎖緊器連接時，；采用過盈連接時，輪轂的直徑(外徑)計算（4-45）用鎖緊器連接時，就是鎖緊器外環(huán)與輪轂之間的壓強(qiáng),此時（4-46）（4-47）當(dāng)采用過盈連接時，就是軸與輪轂之間的壓強(qiáng)，此時綜上計算得到大小為：（4-48）4.滾筒厚度的確定滾筒設(shè)計中滾筒厚度是設(shè)計最復(fù)雜的，膠帶和滾筒相互作用的壓力分布復(fù)雜。滾筒太厚與太薄都會都會影響滾筒的質(zhì)量，進(jìn)而影響到機(jī)械設(shè)計機(jī)構(gòu)整體的切割。因此，設(shè)計過程中根據(jù)原則，滾筒的厚度大于或等于幅板的厚度即可滿足使用要求。設(shè)計參考表4.7選用按疲勞強(qiáng)度計算（4-49）表4.7滾筒體厚度滾筒直徑/mm滾筒殼長度/mm1800200024002800630161880018202222100020222424125020222426150022242426180022242628所以滾筒軸的直徑d為（4-50）按剛度計算（4-51）式中f為軸彎曲產(chǎn)生的擾度，取f=（1/2000～1/3000)，為軸承間距，E為材料彈性模量，低碳鋼，J為軸慣性矩，所以滾筒直徑（4-52）由此可得兩滾筒的直徑，取其中最大值為設(shè)計值,即取d=10mm圖4.5滾筒圖4.4圓盤刀片的回收利用刀具磨損實驗結(jié)果表明，刀具磨損過程可以分為三個階段：（1）初期磨損階段,新刃磨的刀具剛投入使用，后刀面與工件的實際接觸面積很小，再加上剛?cè)心ズ蟮暮蟮睹嫖⒂^凸凹不平，單位接觸面積上承受的正壓力極大，刀具磨損速度極快，此階段稱為刀具的初期磨損階段。刀具刃磨以后如能用細(xì)粒度磨粒的油石對刃磨面進(jìn)行研磨，可以顯著降低刀具的初期磨損量。（2）正常磨損階段,經(jīng)過初期磨損后，刀具后刀面的微觀粗糙表面已經(jīng)磨平，刀具后刀面與工件的接觸面積逐漸增大，單位接觸面積上承受的壓力逐漸減小，磨損速度趨緩。此階段的刀具磨損稱為正常磨損階段，它是刀具的有效工作階段。（3）急劇磨損階段,當(dāng)?shù)毒吣p量增加到一定限度時，切削力、切削溫度將急劇增高，刀具磨損速度加快，直至喪失切削能力，此階段稱為刀具的急劇磨損階段。在急劇磨損階段讓刀具繼續(xù)工作是一件得不償失的事情，既保證不了加工質(zhì)量，又將大量消耗刀具材料，如出現(xiàn)刀刃崩裂的情況，損失就更大。刀具在進(jìn)入急劇磨損階段之前必須更換。當(dāng)?shù)镀霈F(xiàn)正常磨損時，將刀片更換下來用拋光機(jī)減小磨損程度。4.5總體設(shè)計方案圖在機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計中，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計是至關(guān)重要的。這包括對原動機(jī)的選擇、各個裝置的布局、操作方法和機(jī)器的組成和大致輪廓尺寸的考慮。在選擇原動機(jī)時，需要考慮其輸出功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)，以確保傳動系統(tǒng)可以滿足其要求。在布局設(shè)計方面，需要充分考慮各個裝置之間的空間關(guān)系，確保整個機(jī)器緊湊、易于組裝。在機(jī)器組成方面，需要確定傳動機(jī)構(gòu)的類型和數(shù)量、材料以及其它配件的選擇。而在輪廓尺寸方面，要考慮整機(jī)的外形尺寸、重量和便攜性等因素。圖4.6機(jī)械切割機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖圖4.7機(jī)械切割機(jī)總體圖結(jié)論在這次設(shè)計的過程中，通過一定文獻(xiàn)參考首先對切割機(jī)傳動方案和切割方案進(jìn)行了分析和比較，并確定了最終方案，我自己的思考和解決問題