电动弯管机：设计

精品文档设计任务书：电动弯管机一. 绪论1.1 弯管机的地位现今工业，很多种机器设备都有钢管、导管配件，用以输油、输气、输液等，数量众多。且加工的零件要求不高，简易手动、电动的弯管机很实用。采用手动加紧，机械弯曲的弯管机结构简单，控制元件少，占地面积小，设备成本较低，并且操作简单。1.2 公司现状与设计目的 公司现状：本公司生产的各种试验设备，都有弯管配件，管材规格在φ6mmφ-27mm之间，φ20mm以下的弯管采用简易工装手工弯曲，φ20mm以上的弯管配件外协制做。 设计目的：为解决φ20mm以上的弯管配件自制，现设计一台电动弯管机，按管材规格φ32×3、材质20#钢、弯曲半径80mm进行设计。1.3. 弯管机的原理与步骤弯管机的原理：管材绕弯是最常用的弯管方法， 而绕弯使用的设备是弯管机。 弯管机是弯管加工的主要设备。弯管机的步骤：⑴. 管材直线段前端定位，并加紧。.弯管，保压。⑶.反转使磨具复位。⑷.松开夹紧块，取出弯管、检测。⑸.调整定位尺寸与弯管角度。⑹.重复步骤1-5。1.4. 弯管机的组成：电动弯管机由机架、电机、带轮、减速机构、弯管模具、挡料机构、指示牌装置、电器控制机构等组成。二. 电动弯管机的设计2.1 工艺分析弯管工件采用无缝钢管φ32×3，材质20，最小弯管半径R＞2φ=2×32mm=64mm，取弯管半径R=80mm，符合加工工艺性，弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸与皱纹。2.2预计方案⑴.必须有过载保护，所以第一级采用V带传动；⑵.因为总减速比较大，约i=200，固采用二级蜗轮蜗杆减速机（二级减速传动比i≥200）；又因为蜗轮蜗杆减速机的输出轴向上，所以采用WPEO型二级蜗轮蜗杆减速机；⑶.工件弯管时，采用加紧装置，操作方便；⑷.因工件弯曲有弯管和卸料工序，用电机正反转来控制；。1欢迎下载精品文档⑸. 为使弯管精确度更高，增加指示装置。2.3计算弯曲力矩弯曲旋转装置绕旋转中心 O转动，其转动角位移θ、角速度ω和转动力矩 M是主要控制对象，挡料装置将工件压紧到弯曲模具中， 弯管模具随着弯管一起转动，将管件弯曲成形，弯曲轴的转速、转角以及转矩的控制通过电机来实现。 管材弯曲力矩的计算方法管材弯曲力矩的计算是确定弯管机机械结构的基础，通过弯曲力矩，才能确定弯管机所需的驱动力矩、电机的功率、主传动机构各部件的结构尺寸、夹紧力大小等一系列参数。根据经验公式求弯曲力矩：M(k1k0)Wσs（2-1）4Rs其中，k11.275D2t,RsR,Wπ（D4-d4）D3tD32D具体参数：管材直径D=32mm，管壁厚度t=3mm，管材内径d=26mm，管材弯曲中经R=80mm，材料屈服极限σs=245MPa，材料相对强度系数K0=10mm（查表的）把以上参数代入以上经验公式公式得弯曲力矩为： M=1085N.m。 电机的选取初选：（1）根据资料查取，初步规定弯管机的弯曲速度为 6-8r/min。（2）传动形式为：电机→带轮传动→二级减速器传动→滚子轴承传动→工作台弯管模具经计算，弯管工作功率为 P工=M*ω=1085*8r/min*2π/60=0.908KW；所以，电机功率：P工0.908P1.287KWηηη1230.96*0.75*0.98其中：V带传动效率η1=0.96；减速器传动效率η2=0.75；滚子轴承传动效率η3=0.98；由于弯管机可能弯多种型式的型钢，固选用较大功率的电机，以使弯管机的弯曲范围更大，又由于弯管机需要有制动功能，固选用有制动功能的电机；因为选用二级蜗轮蜗杆减速机减速，所以初步规定电机转速在1500r/min。经查JB/T6448《YEP系列（IP44）旁磁制动三相异步电动机技术条件》，选用的电机型号为：YEP90L-4，其基本性能如下表2.1表2.1电机YEP90L-4的主要性能参数型号额定功率满载时堵转最大转静制动转达空载制动时转矩达距距不小于间不大于转速电流效率功率因数YEP90L-41.5KW1500r/min6A76%0.656.52.29.9N.m0.2/s。2欢迎下载精品文档电机的主要尺寸如图：2.4传动比的计算、传动装置的运动与参数2.4.1传动比由电机转速N1=1500r/min，弯管模具的转速为N2=N1/i=1500/200=7.5r/min，所以，总传动比I总=N1/N2=1500/7.5=200；⑴.取V带传动的传动比i1=1；⑵.二级蜗轮蜗杆减速机的传动比i2=200；经过计算，弯管磨具的转速应为：N2N115007.5r/mini1*i21*2002.4.2各轴的转速、功率和转矩各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴⋯⋯；两轴间的传动比依次定为i1、i2⋯⋯；传动效率依次定为η1、η2⋯⋯；各轴的输入功率依次定为P1、P2⋯⋯；输入转矩依次定为T1、T2⋯⋯；各轴的转速依次定为N1、N2⋯⋯；⑴.各轴的转速：电机轴转速=主动带轮转速=从动带轮转速=减速器小轴端转速=N1=1500r/min；减速机大轴端转速=弯管模具转速=N2N115007.5r/mini2200⑵.各轴的功率：电机输出功率：P1=1.5KW减速器输入功率:P2=P1*η1=1.5×0.96=1.44KW减速器输出功率:P3=P2*η2=1.44×0.75=1.08KW工作台输入功率:P4=P3*η3=1.08×0.98=1.0584KW⑶.各轴的转矩：电机输出转矩：T19550P19550*1.59.55N.mN11500减速器输入转矩：T2T1*i1*η19.55*1*0.969.168N.m减速器输出转矩：T3T2*i2*η29.168*200*0.751375.2N.m工作台输入转矩：T4T3*η31375.2*0.981347.7N.m因为：工作台输入转矩 T4＞管材弯管力矩 M=1085N.m，所以，以上选择方案成立。安全系数=1347.7/1085=1.2422.5V 带与带轮的选择。3欢迎下载精品文档⑴.由电机转速1500r/min与电机功率1.5kw,查表确定采用普通A型V带作为传动带。因为A型带的小带轮直径需要＞80mm，固选取小带轮直径为d=100mm。πd1n13.14*100*1500V带速度验算：v7.85m/s；60*100060*1000因为5m/s＜v=7.85m/s＜20m/s，所以，此带轮合格。⑵.因为带轮传动比i1=1，所以，从动轮直径=主动轮直径；.查表初选V带长度：L=1120mm；⑷.两带轮中心距：经计算得 中心距a=403mm；主动轮包角θ=180°＞120°，所以选取的 V带长度：L=1120mm合格；⑸.V带的根数：zP11.5选取z=2根。△P）KK1.5根,(PL(0.970.11)*0.96*0.99带带α查表的：P带=0.97kw；△P带=0.11kw；Kα=0.96；KL=0.992.6 二级蜗轮蜗杆减速器的计算与选择 （参考资料：佛山市南海珠江减速机有限公司：强珠减速）选取减速器的作用轴在蜗轮的顶部，所以选用 WPEO型二级蜗轮蜗杆减速器。又因为：蜗轮大轴端输出转矩：T3蜗轮小轴端输入功率：P2=1.44kw蜗轮小轴端转速：N1=1500r/min蜗轮蜗杆减速比：i2=200查蜗轮蜗杆减速器样本，选用二级蜗轮蜗杆减速器的型号为：WPEO70/120-1/200-A；见附图。2.7 弯管轴的计算、设计与校核⑴.初步设计轴径：选取轴的材料为 45#钢，调质处理，根据公式 d≥A*3P计算轴径；n其中，A由轴的许用切应力所确定的系数，其值取 A=118-107，现在取111；P为轴所传递的功率，取 P3=1.0584KW；(即工作台输入功率 P4=1.0584KW＞弯管工作实际功率为 P工=0.908KW)n为轴的转速，取 7.5r/min;则弯管轴d≥31.0584，轴身有键槽，加粗，所以弯管轴径d取；111*57.8mm5%65mm7.5⑵.确定轴的极限长度：根据公式≥432*T*l推出以下公式：πG［φ］。4欢迎下载精品文档43.14*8*104*π*654πG［φ］d180659mml＜32*1473.45*10332T2.8 轴承的选取与校核.轴承的选取：弯管机工作台需要平稳，轴承同时受径向力和轴向力的作用，轴承受轴向力不大，转速较低，固选用圆锥滚子轴承，因弯管轴最细部分为φ65mm，所以选取轴承型号为：32914；⑵.轴承的校核：已知轴承转速7.5r/min；工作温度为常温(取fr=1)，载荷平稳（取fF=1），寿命设置为10年（250天/年，4时/天），即Lh=10×250×4=10000小时；查手册，滚子轴承取ε=10/3，径向额定动载荷 C=115KN；轴承可承受的最大载荷为：fT1061/ε13（10610/3；FC()）66.3KN60*7.5*10000fF60nLh1轴承可承受的最大扭矩为： M=66.3KN×0.065m=4309.5Nm＞工作台输入转矩 1443.98Nm;所以，圆锥滚子轴承 32914选择合格；2.9 弯管模具的设计根据以上计算结果，确定弯管模具内孔为φ 65mm，外径为φ160mm。增加手动机械加紧装置，此加紧装置可旋转，便于装卸配件，操作方便，初步设定厚度尺寸为 120mm；见附图.2.10键的校核弯管模具轴键：因为弯管轴径φ65mm，所以平键为18×11，工作台输入转矩1443.98Nm,平键长度LC=键槽长度-18-9=63-18-9=36mm，查表键的许用挤压应力［σP］=100-120N/mm2所以：键链接的挤压强度σP4T4*1347.7dhLC0.21MPa＜［σP］65*11*36同理，可以校核减速机输出端轴键与减速机输入端轴键，均符合要求，证明略。2.11 挡料压紧装置的设计：采用手轮旋转，机械进给的传动方式，轴承选用圆柱滚子轴承:UN204E,见附图。2.12 指示装置的设计：.弯管角度：使弯管角度在0°-180°之间，采用指针调整并显示角度。见附图。⑵.定位尺寸：采用工作台安装钢板尺的方法，保证定位尺寸。⑶.弯管垂直度：采用现场参考物对齐的方法（类似于铅锤吊线），保证弯管垂直度。2.13 电器配件的选择.接近开关的选择：经过与电气工程师协商确定：接近开关型号：LR12BN04DNC生产厂家：上海兰宝传感科技股份有限公司.行程开关的选择：经查阅资料确定，行程开关的型号为：LXK3-20S/B。见附图。⑶.空气开关一件。5欢迎下载精品文档.继电器一件⑸.按钮四件⑹.电线2.14价格估算序部件名称材质重量合计单价价值（元）备注号数量（元/kg）（kg）1机架部分Q235-A组焊件1182.81018282传动部分机加工件23.2240928.83挡料部分机加工件14.6840587.24指示针部分机加工件2.640104WPEO70/120-1/200-A型二级蜗轮蜗杆减速机成品115006制动电机YEP90L-4成品15007标准件部分5508电气部分7009运输费20010表面处理费20011组装试验费400合计7498注：每增加一种规格，增加费用500元。2.15加工范围根据以下计算数据，确定本弯管机的加工范围在φ20×2.5—φ32×3之间；弯管参数弯管力矩Nm电机功率KW45#钢轴径mm40Cr轴径mm20*2.5R=50v=7.50.3320.3741.2638.127*3R=80v=7.50.70.77852.948.832*3R=80v=7.51.0851.20761.0756.436*3R=100v=61.3451.19770.865.3842*3R=100v=421.18792.5285.4342*3R=100v=