3870 制冷熱交換器U型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì)
3870 制冷熱交換器U型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì),制冷,熱交換器,自動(dòng),成型,設(shè)計(jì),夾緊,機(jī)構(gòu),彎管,機(jī)主,部分,部份
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目名稱：制冷熱交換器 U 型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì) 院系名稱： 機(jī) 電 學(xué) 院 班 級(jí)： 機(jī) 自 072 學(xué) 號(hào)： 200700314216 學(xué)生姓名： 趙 樂 朝 指導(dǎo)教師： 樊 瑞 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書12011 年 03 月摘要小 U 型管的彎制方法有很多，相應(yīng)的設(shè)備也有很多，但大多數(shù)都是用手動(dòng)或機(jī)械彎管機(jī)加工生產(chǎn)出來的，而且多為冷彎。在實(shí)際中通常是根據(jù)生產(chǎn)對(duì) U 管的質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的彎管機(jī)進(jìn)行加工。本課題旨在尋求一種新的彎管工藝，在保證彎管質(zhì)量的前提下盡可能提高彎管的速度。本著以上的目的，本課題研究設(shè)計(jì)了一款液壓全自動(dòng) U 型管彎管機(jī)，所加工的管材為硬銅管。它具有生產(chǎn)效率較高，制造成本低。整臺(tái)機(jī)器共有以下幾部分組成：送料夾緊和送料機(jī)構(gòu)、彎曲夾緊機(jī)構(gòu)、彎曲機(jī)構(gòu)和切斷機(jī)構(gòu)四大部分組成。除了切斷機(jī)構(gòu)是由一臺(tái)功率為 0.37kw 的小功率三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)之外，其它的機(jī)構(gòu)均采用了液壓傳動(dòng)。彎管方式采用輾壓。在彎管的過程中，定模保持不動(dòng)，固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的動(dòng)模進(jìn)行靠模完成管子的加工。由于主要采用了液壓傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，和其它的液壓設(shè)備相同，該液壓全自動(dòng)彎管機(jī)在傳動(dòng)上大為簡(jiǎn)化，縮短了傳動(dòng)鏈，從而提高了動(dòng)力的傳動(dòng)效率。本設(shè)備可以一次完成兩根管料的同時(shí)加工，所以加工效率較高。另外本設(shè)備還有一個(gè)很大的特點(diǎn)：在生產(chǎn)過程中采用了芯軸機(jī)構(gòu)來減弱管子彎曲截面的橢圓度和內(nèi)壁管子內(nèi)壁的褶皺。同時(shí)由于芯軸機(jī)構(gòu)中頂推彈簧的頂推作用，彎曲過程中管子外壁的開裂現(xiàn)象得到了很好的解決。Abstract There are many bending method of Small U-tube, so the corresponding device is a lot. But most bending machine is manual or mechanical processing, and mostly is cold .In practice; the select of bending machine is usually based on the quality of the production requirements on U tube. This topic seeks to find a new elbow technology, in ensuring the quality of pipe bends under the premise of improving the speed as much as possible. In the above purpose, the research design of a hydraulic automatic U-tube bending machine, the processing of copper pipe as hard. It has higher production efficiency, low manufacturing cost. The whole machine is a total of the following components: Feeding clamping and feed mechanism, clamp body bending, bending bodies and cut off the bodies of four parts. In addition to cutting off body 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書2by a low-power power 0.37kw three phase induction motor drive, the other agencies are using a hydraulic transmission. Rolling Elbow is adopted. In the bending process, scheduled to die remain intact, fixed on the rotating platform, the dynamic model for the tube to complete the processing by the module. Since the main use of the hydraulic drive transmission, and other similar hydraulic equipment, automatic bending machine of the hydraulic drive on the greatly simplified, reducing the transmission chain, resulting in improved power transmission efficiency. The device at once, while two pipe materials processing, so the processing efficiency is higher. The device also has a lot of features: in the production process used to weaken the tube bending mandrel body section of the ellipticity of the inner wall of the tube wall folds. At the same time pushing the mandrel institutions push the spring effect, the outer wall of the tube bending process of cracking phenomenon has been well addressed. Keywords: Bender, Motor, Gear, Rack, Hydraulic cylinder 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書3目錄目錄 ...................................................................................................................................................................31 管子彎曲方法的選擇 ...............................................................................................................................41.1 管料彎曲變形分析【1】 ................................................................................................................41.2 常用彎管方法 ..................................................................................................................................41.3 小彎曲半徑管件的加工 ..................................................................................................................51.4 彎曲方法的擬定 ..............................................................................................................................62 彎管機(jī)的總體設(shè)計(jì)擬定 ...........................................................................................................................72.1 彎管機(jī)的總體機(jī)擬定及分析【2】 ................................................................................................72.2 彎管機(jī)總體機(jī)構(gòu)的劃分 ..................................................................................................................73 彎管機(jī)各機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì) ...................................................................................................................83.1 靠模彎曲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【3】 ............................................................................................................83.2 定模和夾塊運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................83.3 彎管輔助機(jī)構(gòu)—— 芯軸的設(shè)計(jì) ......................................................................................................83.4 頂鐓裝置的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................93.5 切斷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................94 齒輪齒條的參數(shù)計(jì)算和選定 ...................................................................................................................94.1 齒輪的擬定 ......................................................................................................................................94.2 齒條的參數(shù)計(jì)算和擬定 ................................................................................................................105 液壓缸的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................105.1 液壓缸主要參數(shù)的初步計(jì)算和擬定【4】 ..................................................................................105.2 液壓缸的驗(yàn)算 ................................................................................................................................115.3 液壓缸各部分結(jié)構(gòu)形式的擬定 ....................................................................................................115.3.1 缸筒與端蓋聯(lián)接方式的確定 ................................................................................................115.3.2 活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 ............................................................................................................125.3.3 活塞桿的結(jié)構(gòu)擬定以及直徑的計(jì)算 ....................................................................................125.3.4 活塞與活塞桿的聯(lián)接以及活塞的密封 ................................................................................135.3.5 導(dǎo)向套的選擇 ........................................................................................................................136 大液壓缸的選擇 .....................................................................................................................................147 切斷電機(jī)的選擇以及計(jì)算【5】 ...........................................................................................................158 芯軸工藝尺寸以及冷彎工藝參數(shù)的計(jì)算 .............................................................................................168.1 常用芯軸的工藝尺寸 ....................................................................................................................168.1.1 芯軸的直徑 ............................................................................................................................168.1.2 芯軸的長(zhǎng)度 L.........................................................................................................................168.2 冷彎工藝參數(shù)的計(jì)算【3】 ..........................................................................................................17中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書48.2.1 彎頭伸長(zhǎng)量的計(jì)算 ................................................................................................................178.2.2 旋轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 ....................................................................................................................178.2.3 夾緊力和壓料力的計(jì)算 ........................................................................................................189 旋轉(zhuǎn)軸的校核 .........................................................................................................................................1810 彎管機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)整體建模以及造型 ................................................................................................2011 設(shè)計(jì)小結(jié) ............................................................................................................................................2012 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................211 管子彎曲方法的選擇1.1 管料彎曲變形分析【1】管料彎曲基本變形機(jī)理與板料彎曲加工是相同的，特殊之處在于管料斷面是中空的，被折彎的管料外側(cè)與內(nèi)側(cè)壁厚變化相反。管料斷面的形狀變化，內(nèi)側(cè)管面的褶皺缺陷往往成為管料彎曲加工中的問題。加工過程中管料斷面的形狀變化如圖 1 所示，與板料彎曲相似，管料彎曲時(shí)，彎曲橫斷面上，外側(cè)壁厚發(fā)生拉伸變形，內(nèi)側(cè)壁厚發(fā)生壓縮變形。當(dāng)彎曲達(dá)到一定程度后，內(nèi)側(cè)管壁在壓應(yīng)力的作用下仍會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生皺折，外側(cè)管壁在拉應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生裂紋。另外，彎管外側(cè)的管壁由于受切向拉伸而向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致管料彎曲后整個(gè)斷面形狀呈橢圓形。圖 1.管料彎曲變形示意圖1.2 常用彎管方法管材彎曲成型是直接靠特別的磨具來實(shí)現(xiàn)的，通常按模具的特征大致可以分為四類：? 沖模強(qiáng)制成型法，其代表就是用沖床來生產(chǎn)彎管件。? 滾輪彎曲法，常見于電動(dòng)三輥卷彎機(jī)，其特點(diǎn)是只能卷制不同的弧形，目前中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書5應(yīng)用最廣的是不銹鋼裝飾行業(yè)。? 滾壓法，常見于電動(dòng)機(jī)平臺(tái)式彎管機(jī)，目前液壓彎管機(jī)械中的雙彎機(jī)也是采用這種成型方法。? 纏繞式彎曲法，目前市場(chǎng)上所有的單頭液壓彎管機(jī)及數(shù)控彎管機(jī)采用的都是這種成型法，其特點(diǎn)是產(chǎn)品變形小，基本上可以避免管材表面的劃傷，進(jìn)行有芯彎曲時(shí)管材的橢圓度和減薄量都可以控制在最小范圍內(nèi)。? 若按采用芯棒情況又可以分為兩類，即有芯棒彎曲法和無芯棒彎曲法，液壓彎管機(jī)和數(shù)控彎管機(jī)都是按纏繞式彎曲進(jìn)行設(shè)計(jì)的，并都可以進(jìn)行有芯彎曲和無芯彎曲。管料的壓彎和繞彎示意圖：圖 2.壓彎法彎管示意圖 圖 3.管料繞彎示意圖按管子成型方法的不同可以分為以分為：壓（頂）彎、滾彎、回彎和擠彎，回彎又分為輾壓式和拉拔式。1.3 小彎曲半徑管件的加工管料彎曲制品斷面有一定橢圓度是難免的。但不同的加工方法（包括是否使用芯棒）對(duì)橢圓變化程度影響不同。用壓縮彎曲或回轉(zhuǎn)牽引彎曲法加工，當(dāng) R/d=2.0時(shí)，橢圓率 η 約為 5%（η=(a-b)/a 各符號(hào)見圖 1）管料彎曲的加工極限決定于破裂和折皺缺陷的產(chǎn)生。一般對(duì)于壁厚 t 和管徑 d之比較小的薄壁管料，折皺是制約加工極限的主要因素；而采用回轉(zhuǎn)牽引彎曲時(shí)，由于整個(gè)管料都收拉伸，容易發(fā)生破裂，其加工極限決定于是否達(dá)到破裂的拉伸極限。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書6隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為了獲得緊湊的結(jié)構(gòu)，對(duì)減小管子的彎曲半徑提出了新的要求。相對(duì)彎曲半徑 R/d<1.5 的管件稱為小彎曲半徑管件。這類管件的彎制目前可以采用以下加工方法，但第二和第三種已不屬于彎曲變形。帶有軸向頂鐓裝置的機(jī)械冷彎如圖 4 所示：圖 4.軸向頂鐓機(jī)械冷彎示意圖如圖 4 所示，為了改善小彎曲半徑彎頭的質(zhì)量，采用頂鐓裝置，即在管子末端施加了軸向推力。在軸向推力的作用下，可以使管子外側(cè)拉伸區(qū)的切向拉伸應(yīng)力由+σ1 減小大+σ3，使彎曲中性線外移（圖 5 中由 R2 移到 R1）.這樣，彎頭截面的畸變和外側(cè)壁厚減薄都得到改善。但內(nèi)側(cè)壓縮區(qū)的壓縮應(yīng)力-σ1 增大至-σ3，這樣將增加內(nèi)壁產(chǎn)生皺折的可能性，為此在內(nèi)側(cè)加防皺板。軸向推力的大小根據(jù)具體要求而定。通常以中性線外移至等于平均彎曲半徑的原則來確定。1.4 彎曲方法的擬定由于本設(shè)備所加工的是制冷熱交換器用的薄壁小徑銅管 U 型彎頭，所以初步擬定采用輾壓式的加工方法。管子彎曲過程彎曲意圖如圖 6 所示：圖 5.切向應(yīng)力疊加中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書7圖 6. 管子彎曲過程示意圖2 彎管機(jī)的總體設(shè)計(jì)擬定2.1 彎管機(jī)的總體機(jī)擬定及分析【2】彎管機(jī)的總體構(gòu)思如圖 7 所示圖 7 彎管機(jī)的總體工作示意圖2.2 彎管機(jī)總體機(jī)構(gòu)的劃分彎管機(jī)的總體結(jié)構(gòu)可以分為送料夾緊、送料、彎曲夾緊、靠模彎曲和切斷機(jī)構(gòu)五個(gè)部分。彎曲夾緊、彎曲靠模以及動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)考慮采用液壓缸液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)短而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。切斷機(jī)構(gòu)采用小電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。3 彎管機(jī)各機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)3.1 靠模彎曲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【3】動(dòng)模固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，而定模固定在主機(jī)機(jī)體上，靠模過程靠動(dòng)模和定模的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，定模在靠模過程中保持不動(dòng)，動(dòng)模繞著定模和導(dǎo)槽旋轉(zhuǎn)中心所在的軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。管子內(nèi)壁受到擠應(yīng)力的作用，外壁受拉應(yīng)力的作用，從而彎曲形成 U 型管。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：由一個(gè)大液壓缸推動(dòng)齒條滑動(dòng)，齒條與直齒圓柱齒輪相嚙合把轉(zhuǎn)矩傳遞到齒輪安裝軸上，軸和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)間通過鍵連接，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)模固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上隨旋轉(zhuǎn)平臺(tái)一塊轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 8 所示：中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書8圖 8.彎管機(jī)工作原理示意圖3.2 定模和夾塊運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)定模和夾塊在各自軸線方向上的運(yùn)動(dòng)均由一個(gè)小行程液壓缸驅(qū)動(dòng)，當(dāng)送料機(jī)構(gòu)把管料送到夾塊所在位置處時(shí)，處于遠(yuǎn)距離的夾料液壓缸推動(dòng)彎曲夾緊機(jī)構(gòu)的夾塊向前移動(dòng)完成彎曲夾緊這一動(dòng)作。彎曲夾緊動(dòng)作完成后，動(dòng)模液壓缸推動(dòng)動(dòng)模沿軸向移動(dòng)完成合模動(dòng)作。并保持合模狀態(tài)，直到 U 管彎制成功再復(fù)位。3.3 彎管輔助機(jī)構(gòu)——芯軸的設(shè)計(jì)由于該管材為小內(nèi)徑薄壁銅管，在彎曲過程中容易出現(xiàn)管子內(nèi)壁褶皺的狀況，所以擬采用芯軸對(duì)管子的彎曲褶皺進(jìn)行矯正。常用的芯軸的結(jié)構(gòu)形式有圓頭式、尖頭式、勺式、單向關(guān)節(jié)式、萬向關(guān)節(jié)式和軟軸式。本設(shè)計(jì)擬采用圓頭式，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。其結(jié)構(gòu)形式如下所示：圖 9. 圓頭式芯軸3.4 頂鐓裝置的設(shè)計(jì)由于管子在彎曲過程中經(jīng)常出現(xiàn)外壁拉裂的情況所以考慮采用一個(gè)頂鐓裝置給管子施加軸向的一個(gè)推力，來改善管子拉裂狀況。此頂鐓裝置主要由兩個(gè)受壓的中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書9彈簧作用，送料時(shí)管料被送到頂鐓裝置的左擋板處，放在兩擋板中間的兩個(gè)彈簧受壓，產(chǎn)生反方向的推力作用于管子的軸線上，從而起到減弱管子彎曲過程中外壁的拉應(yīng)力，減弱管子的拉裂。3.5 切斷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于所切除的是外經(jīng)小而且壁厚很薄的小銅管，可以考慮的切割方式有以下兩種：? 由機(jī)械傳動(dòng)用鋸條切割，特點(diǎn)是切割機(jī)構(gòu)所占空間較大，且機(jī)械傳動(dòng)復(fù)雜。? 由一臺(tái)小功率電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)合金工具鋼鋸片高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割。特點(diǎn)是傳動(dòng)簡(jiǎn)單，管子切割截面處得變形小。綜合考慮采用方案 2。由于機(jī)構(gòu)相互位置關(guān)系的影響，切斷機(jī)構(gòu)還必須有軸向方向的移動(dòng)。軸向的移動(dòng)采用一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。4 齒輪齒條的參數(shù)計(jì)算和選定4.1 齒輪的擬定旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)由齒條和齒輪嚙合，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)完成。由于該彎管機(jī)屬于輕負(fù)載機(jī)械，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度約為 N 平臺(tái)=10r/min，所以直齒圓柱齒輪齒輪即可滿足設(shè)計(jì)要求。初選齒輪的參數(shù)如下：模數(shù) m=2, z=30，分度圓壓力角 α=20°齒距：P=πm=3.14×2=6.28mm齒頂高：ha=m=2mm齒根高：hf=1.25m=2.5mm 齒高：h=2.25m=4.5mm齒頂圓直徑：da=m(z+2)=64mm分度圓直徑：d=mz=60mm齒根圓直徑：df=m(z-2.5)=55mm分度圓周長(zhǎng)：c=πd=188.4mm4.2 齒條的參數(shù)計(jì)算和擬定中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書10模數(shù) m=2，壓力角 α=20°齒頂高：ha=m=2mm齒根高：hf=1.25m=2.5mm 齒條長(zhǎng)度 L≥C/2=99.2mm初選 L=120mm5 液壓缸的設(shè)計(jì)5.1 液壓缸主要參數(shù)的初步計(jì)算和擬定 【4】由于本彎管機(jī)的彎曲部分的彎曲夾緊力和動(dòng)模的壓料力都比較小，為了設(shè)計(jì)和計(jì)算的方便，初步擬定彎曲夾緊部分的夾緊液壓缸和壓料液壓缸采用同種型號(hào)。初定小液壓缸的工作力大小為 F=500N。? 此液壓缸的壓力按低壓來設(shè)計(jì)。初定壓力為 P=3.0MPa,液壓缸的額定工作壓力大小為 Pn=3.0MPa。? 最高允許工作壓力為 Pmax≤1.5Pn=1.5×3.0=4.5 MPa? 初步選定液壓缸內(nèi)徑為 D=20mm? 初步擬定液壓缸的外徑 d=30mm? 活塞桿的直徑初定為 d 桿=10mm? 初定液壓缸的行程 L=50mm由以上各數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到液壓缸向前推進(jìn)時(shí)推力大小為：F=P(A1-A2) ×10^6A1=π×(d／2)^2 A2=π×(D／2)^2經(jīng)計(jì)算得推力 F=706.86N5.2 液壓缸的驗(yàn)算由于該液壓缸尺寸較小，為了加工制造的方便，缸筒材料采用 ZG230-450，缸筒與兩端蓋間采用內(nèi)螺紋聯(lián)接。? 缸筒壁厚的驗(yàn)算前面初定液壓缸的外徑 d=30mm,內(nèi)徑 D=20mm,壁厚 δ=5.0mm缸筒壁厚 δ=δ0+C1+C2 (C1、C2 分別為缸筒外徑公差余量和腐蝕余量)中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書11δ/D=0.25＞0.08，符合 δ/D=0.08 ~0.3 的情況δ0≥PmaxD/(2.3σp-3Pmax)ZG230-450 材料的許用應(yīng)力 σp=σb/n(取安全系數(shù) n=5)σp=108 MPa計(jì)算可得 δ0≥0.38mm? 缸筒底部厚度的驗(yàn)算δ1=PD0βm/(4σp)徑計(jì)算得 δ1=0.625mmδ=5.0mm＞0.625mm，所以滿足要求5.3 液壓缸各部分結(jié)構(gòu)形式的擬定5.3.1 缸筒與端蓋聯(lián)接方式的確定常用的缸筒與端蓋的聯(lián)接方式有三種：? 拉桿型液壓缸 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝方便，缸筒是用內(nèi)徑經(jīng)過研磨的無縫鋼管半成品，按行程要求的長(zhǎng)度切割。端蓋和活塞均為通用件。但這類缸受行程長(zhǎng)度、缸內(nèi)徑和額定工作壓力的限制。當(dāng)行程即拉桿長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)，安裝時(shí)容易偏歪，致使缸筒端部泄露。這類缸的一個(gè)很大的特點(diǎn)是缸的外形尺寸比較大。? 焊接型液壓缸 缸體有桿側(cè)的端蓋與缸筒之間為內(nèi)外螺紋聯(lián)接、內(nèi)外卡環(huán)、卡圈聯(lián)接，后端蓋與缸筒常采用焊接聯(lián)接。這類缸暴露在外面的零件較少，外表光潔，外形尺寸小，能承受一定的沖擊負(fù)載和惡略的外界環(huán)境條件。但由于前端蓋螺紋強(qiáng)度和預(yù)緊時(shí)端蓋對(duì)操作的限制，因此不能用于過大的缸內(nèi)徑和較高的工作壓力。缸內(nèi)徑常用于 D≤200mm,額定壓力 Pn≤25MPa。? 法蘭型液壓缸 缸體的兩個(gè)端蓋均用法蘭螺釘（螺栓）聯(lián)接；缸底為焊接，而缸前蓋用法蘭聯(lián)接的結(jié)構(gòu)。這類缸的外形尺寸較大，適用于大中型液壓缸，缸內(nèi)徑通常大于 100mm，額定工作壓力 Pn=25 ~40MPa，能承受較大的沖擊負(fù)荷和惡劣的外界環(huán)境條件，屬于重型缸，多用于重型機(jī)械、冶金機(jī)械。本設(shè)計(jì)所研究的彎管機(jī)是輕負(fù)載型機(jī)械，而且由于彎曲夾緊機(jī)構(gòu)、切斷機(jī)構(gòu)以及動(dòng)模的靠模運(yùn)動(dòng)的影響，該液壓缸的外形適于采用小型的液壓缸。初步中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書12選定液壓缸缸筒與端蓋的聯(lián)接方式為焊接型液壓缸。由于該液壓缸的外徑和內(nèi)徑較小，承受的工作壓力小，缸筒與兩端蓋的聯(lián)接方式都采用螺紋聯(lián)接的方式。并且易于拆卸維修。5.3.2 活塞結(jié)構(gòu)形式的選取由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此它與缸筒間的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?；钊慕Y(jié)構(gòu)形式根據(jù)密封裝置來選定。常用的活塞結(jié)構(gòu)形式有整體式活塞和組合式活塞。整體活塞在圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是加工比較困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)大量使用，大大降低了活塞的加工成本。綜合考慮活塞的選用條件，該小型液壓缸可以采用整體式活塞。因?yàn)樵撘簤焊坠ぷ鳝h(huán)境為低壓、行程較短且液壓缸的尺寸小。活塞與液壓缸缸筒內(nèi)徑的配合采用小間隙配合。5.3.3 活塞桿的結(jié)構(gòu)擬定以及直徑的計(jì)算? 活塞桿的桿體由兩種：實(shí)心桿和空心桿。該液壓缸的活塞桿直徑較小所以應(yīng)采用實(shí)心桿。? 由于缸工作時(shí)軸線固定不動(dòng)，所以活塞桿的桿頭聯(lián)接形式采用小螺栓頭形式。活塞桿的材料采用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。? 活塞桿直徑的擬定：活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于無速比要求的液壓缸，其活塞桿直徑 d 可以根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比 （無桿側(cè)和有桿側(cè)的面積比）來確定。?d=D m （1）1?中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書13本設(shè)計(jì)對(duì)液壓缸無速比要求，可根據(jù)液壓缸的推力和拉力確定，也可以根據(jù)公式： m D——缸筒內(nèi)徑Dd)51~3(?計(jì)算得 d=20/3~20/5mm，由于該活塞桿的直徑較小所以為了加工制造的方便將 d 圓整為 d=10mm。? 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算活塞桿的工作壓力穩(wěn)定，只受軸向推力，所以可以按公式 2 來對(duì)活塞桿進(jìn)行簡(jiǎn)單的強(qiáng)度驗(yàn)算：MPa (2)pdF???????26410（3）nsp經(jīng)計(jì)算得 =1360MPa =6.37MPa， ＜ 所以滿足設(shè)計(jì)要求p??p?5.3.4 活塞與活塞桿的聯(lián)接以及活塞的密封活塞與活塞桿的聯(lián)接方式有許多種形式，常用的由三種：卡環(huán)型、軸套型和螺母型?？ōh(huán)型拆裝方便，在低速時(shí)使用廣泛。本設(shè)計(jì)活塞與活塞桿聯(lián)接方式采用卡環(huán)型。由于該液壓缸工作壓力低，推力小活塞的密封以及缸筒與端蓋的密封采用簡(jiǎn)單的 O 型密封即可滿足要求。5.3.5 導(dǎo)向套的選擇導(dǎo)向套安裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵以及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)有軸套式和端蓋式兩種。本設(shè)計(jì)采用軸套式導(dǎo)向套，材料采用磨差系數(shù)小耐磨的青銅。導(dǎo)向套主要尺寸的計(jì)算：導(dǎo)向套的主要尺寸是支撐長(zhǎng)度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套材料的承壓能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來考慮。通?？刹捎脙啥藢?dǎo)向段，中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書14每段寬度一般約為 d/3，兩段中活塞桿導(dǎo)向套尺寸配置線間距離取 2d/3。由于該液壓缸的尺寸小，工作壓力低，對(duì)導(dǎo)向的要求也比較低，所以導(dǎo)向套可以做成整體式的，長(zhǎng)度為 L=d(活塞桿直徑)=10mm。6 大液壓缸的選擇本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和切斷電機(jī)橫向移動(dòng)的兩個(gè)液壓缸的工作力比較大，為了設(shè)計(jì)和計(jì)算的方便，將兩個(gè)液壓缸選為同一型號(hào)的液壓缸，但是對(duì)兩缸的活塞桿行程要求不同，因此擬選取兩個(gè)同型號(hào)不同行程的液壓缸作為兩個(gè)工作液壓缸。本設(shè)計(jì)擬采用輕型拉桿式液壓缸。輕型拉桿式液壓缸，缸筒采用無縫鋼管，根據(jù)工作壓力不同，選擇不同壁厚的鋼管，其內(nèi)徑加工精度高，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝形式多樣，且易于變換，尤其是具有良好的低速性能。壓力范圍從MPa。廣泛應(yīng)用在機(jī)床、輕工、紡織、塑料加工、農(nóng)業(yè)機(jī)械等設(shè)備上。5.2~3? 壓力的選定 由于本設(shè)備的負(fù)載較小，壓力的選定應(yīng)為中低壓。初選液壓缸的額定工作壓力為 7MPa，在實(shí)際使用時(shí)，可以根據(jù)需要對(duì)液壓缸的工作壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，但不宜大于 7MPa。最高工作壓力為 10.5 MPa。? 允許最高工作速度為 Vmax=300mm/s? 最低工作速度為 Vmin=8mm/s? 最高使用溫度為 ℃80~1?? 缸徑為 D=32mm? 由于該液壓缸是輕型所以活塞桿直徑應(yīng)取為 D 桿=16mm? 推力大小為 F=5.63KN? 液壓缸的安裝方式均為軸向底座式? 行程的選定 切斷電機(jī)移動(dòng)用行程為 50mm 的液壓缸；旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)用行程為 120mm 的液壓缸。所以大液壓缸的型號(hào)選定為：切斷電機(jī)移動(dòng)用 B-LB-1-32-D-7-N-50-A旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)用 B-LB-1-32-D-7-N-120-A7 切斷電機(jī)的選擇以及計(jì)算【5】切斷機(jī)構(gòu)由一臺(tái)小功率三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋸片高速旋轉(zhuǎn)，完成管件的切割加中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書15工。擬選用 YS 系列三相異步電動(dòng)機(jī)（JB/T1009--2007）71 系列，鐵心數(shù)為 2，額定功率 P=370W，n=1400r/min。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為 T=2.4N/m。安裝型式為 IMB3 型。? 電機(jī)負(fù)載的分析：本切斷機(jī)構(gòu)的作用是切斷最大外徑 d=16mm,壁厚為δ=2.5mm 的銅管。根據(jù)工作狀況知電機(jī)的負(fù)載式?jīng)_擊性負(fù)載，而且是短時(shí)的無需調(diào)速。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——減（變）速器?電機(jī)與電器》表 16-1-7，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性 n=f(TL)的分類應(yīng)屬于恒轉(zhuǎn)矩反抗性負(fù)載。按照一般要求電機(jī)電壓選用 380V。? 初選電機(jī)功率此電機(jī)的工作按一般旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械來考慮。粗略估計(jì)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩大小為T=2.0N/m,取鋸片轉(zhuǎn)速 n=1400r/min(3)950TnP?切斷類機(jī)械的負(fù)載功率按一般旋轉(zhuǎn)類機(jī)械來設(shè)計(jì)考慮，按公式 3 計(jì)算可得該切斷機(jī)構(gòu)的負(fù)載功率為P=0.293Kw及電機(jī)的額定功率 P 應(yīng)滿足 P≥0.293Kw，轉(zhuǎn)速為 n=1400r/min,滿足此條件的小功率電動(dòng)機(jī)由兩種如下表所示：電機(jī)型號(hào)機(jī)座代號(hào) 功率 P/Kw 額定電壓 U/V 額定轉(zhuǎn)速n/(r/min)堵轉(zhuǎn)電流Ie/AYs 71 370 380 2800 0.96Ys 71 370 380 1400 1.12相比之下 Ys 系列，n=1400r/min 的電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩略大于 n=2800r/min 的電機(jī)，而且 n=1400r/min 完全滿足使用要求。故選用 n=1400r/min,機(jī)座號(hào)為 71，額定功率 P=370W 的電動(dòng)機(jī)作為切斷電機(jī)。8 芯軸工藝尺寸以及冷彎工藝參數(shù)的計(jì)算8.1常用芯軸的工藝尺寸中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書168.1.1 芯軸的直徑芯軸的直徑 d=Dn-(δD+2δS) mm (4)式中 δD——管子直徑的下偏差絕對(duì)值，一般可取為δD=0.01Dw mm Dw 為管材的外徑 Dn 為管子的內(nèi)徑δs=0.1s mm S 為管壁的厚度圖 10. 常用芯軸的位置和尺寸Dw=16mm ，Dn=12mm, S=2mm經(jīng)計(jì)算得δD=0.16mm, δs=0.2mm,d=11.44mm，圓整后取 d=12mm8.1.2 芯軸的長(zhǎng)度 LL=(3 ~5)d mm 當(dāng) d 大時(shí)，系數(shù)取小值，反之取大值。經(jīng)計(jì)算得 L=36~60mm,取 L=45mm本設(shè)計(jì)采用涂油潤滑的方式，彎管時(shí)必須涂油潤滑或采用噴油芯軸。8.2冷彎工藝參數(shù)的計(jì)算【3】8.2.1 彎頭伸長(zhǎng)量的計(jì)算(5)el???180??中性層偏移量： (6)Rre2中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書17本設(shè)計(jì)中 R=20mm， =180°?經(jīng)計(jì)算得 =7.94mm， =2.53mml?e按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)做近似計(jì)算可知 Dw=16mm 的銅管的彎頭伸長(zhǎng)量為 ≈5mml?8.2.2 旋轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算旋轉(zhuǎn)力矩 (7)xmyWTM??(8)20w用移動(dòng)式滑槽時(shí)(9)(10)(11)sxWRKM?)2(01??（12）s10截面形狀為管狀的型材的截面形狀系數(shù)可以按公式 13 進(jìn)計(jì)算(13)SDKw3275.1??圓筒材料的抗彎截面系數(shù)按公式 14 進(jìn)行計(jì)算(14)dW32)(4??D（m）——管子的外徑,D=16mmd(m)——管子的內(nèi)徑,d=12mm經(jīng)計(jì)算得,取 K1=1.5,M=330N·m705.???WM0=132N·m，M W=396N·m取 Mym=40N·m，M T=630.4N·m8.2.3 夾緊力和壓料力的計(jì)算? 夾緊力的計(jì)算wxmy5.~?中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書18(15)1lMPT?(16)WD)2~5.(經(jīng)計(jì)算得 ，取 ，ml3241?l301?KgfP5.631? 壓料力的計(jì)算（17） （18）2lMPw wDl2?經(jīng)計(jì)算得 ，ml32?Kgf3.85圖 11. 夾緊壓料示意圖9 旋轉(zhuǎn)軸的校核旋轉(zhuǎn)軸的外形尺寸如圖 12 所示圖 12. 旋轉(zhuǎn)軸外形圖和受力圖中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書19此旋轉(zhuǎn)軸的材料采用 45 鋼。硬度為 230HBS,剪切疲勞極限 τ=155MPa。軸的主要作用是驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，承受的力主要是扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩。其受力圖（扭矩圖）如圖 13 所示：圖 13. 軸的扭矩圖分析之 M=M1=M2= MT=630.4N·m，且直徑大小為 30mm 處得截面積最小，屬于危險(xiǎn)截面，所以只需對(duì) d=30mm 處進(jìn)行強(qiáng)度校核即可。d=30mm 處得扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力大小為： tW??實(shí)心軸的抗扭截面系數(shù)為： ,軸危險(xiǎn)截面處的直徑為 D=30mm。163DT?經(jīng)計(jì)算得 ，所以軸的強(qiáng)度滿足使用要求。MPaPa59.8109.86?????10 彎管機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)整體建模以及造型中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書2011 設(shè)計(jì)小結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的課題為制冷熱交換器 U 形管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì)。我主要負(fù)責(zé)的是其中的夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，我確實(shí)學(xué)到了很多東西。由于對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研以及社會(huì)的考察，我對(duì)彎管機(jī)的工作原理以及國內(nèi)外常用的彎管設(shè)備的特點(diǎn)了很好的認(rèn)識(shí)和了解。本課題我們?cè)O(shè)計(jì)的是液壓全自動(dòng)小型 U 管彎管機(jī)，它雖說是小型，結(jié)構(gòu)較大型的數(shù)控和液壓彎管機(jī)要簡(jiǎn)單的多，但是它的機(jī)構(gòu)還是很復(fù)雜的，尤其是在考慮彎管機(jī)的彎管功能如何讓實(shí)現(xiàn)，各個(gè)機(jī)構(gòu)如何布局還是很費(fèi)心思的。整個(gè)彎管機(jī)分為五大塊：送料夾緊、送料、彎曲夾緊、彎曲以及切斷部分。但是從用戶的角度以及機(jī)械設(shè)計(jì)精確的原則上考慮，該彎管機(jī)還需有一個(gè)工序，那就是管子切斷完畢后的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于個(gè)人能力的限制該機(jī)構(gòu)沒有很好的解決。通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)在進(jìn)行了這一次系統(tǒng)的應(yīng)用之后有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。自己確實(shí)學(xué)到了不少東西。除了對(duì)機(jī)械專業(yè)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)外，這次設(shè)計(jì)還讓我對(duì) Solidwork 和 Autocad 的運(yùn)用提升了一個(gè)層次。我運(yùn)用三維軟件對(duì)自己設(shè)計(jì)的機(jī)器進(jìn)行了初步的建模以及分析，切實(shí)體驗(yàn)到電腦三維軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的便利。但是同樣的由于個(gè)人能力的限制，各方面做的相對(duì)來說比較粗糙。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書21總之這次設(shè)計(jì)鍛煉了我，讓我重新認(rèn)識(shí)以及體驗(yàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，也讓我的業(yè)務(wù)知識(shí)得到了很大的提升。感謝學(xué)校在我們畢業(yè)之際給我們提供了這么好的一個(gè)實(shí)踐的平臺(tái)。12 參考文獻(xiàn)【1】制冷裝置制造工藝/李玉春編著.—北京：人民郵電出版社，2003.2【2】現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用 220 例/張利平主編. —2 版. —北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.5【3】機(jī)械工程師手冊(cè)第二版-第七卷/劉才正.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.1【4】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-液壓傳動(dòng)/成大先.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.1【5】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-減（變）速器電機(jī)與電器/成大先.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.1【6】機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)第 2 版/吳宗澤.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.6【7】管材管件應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)/柳金海編.—北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3
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