【正文】 直徑，單位為mm；B——軸瓦寬度，單位為mm。 行星輪系傳動比計算示意圖刀片、空心軸和鋼管組成行星輪系。根據行星輪系的傳動比計算公式，求出刀片的轉速后即可求出軸頸處的圓周速度。 （） （）式中：——鋼管的轉速，鋼管被夾緊不動，故為0，單位為r/min；——刀片的轉速，單位為r/min?！招妮S的轉速，單位為r/min；——鋼管的直徑，單位為mm?！镀闹睆?，單位為mm；v——軸頸處的圓周速度，單位為m/s；d——軸頸處直徑，單位為mm。則有pv==查閱《機械設計手冊》，滑動軸承的軸瓦可以采用鋁青銅ZCuA110Fe3Mn2,其許用[p]為20MPa，許用[v]為5m/s,許用[pv]為15。[pv]值15，滑動軸承的軸瓦采用鋁青銅ZCuA110Fe3Mn2是可行的。使用Pro/E軟件設計得到刀架組合實體模型， 刀架組合3D模型經過軟件分析得到：① ，；② 刀軸跨度為23mm。 進刀與退刀機構的設計計算在金屬切削加工過程中，真正起作用的角度稱為工作角度。由于刀具進給運動精度的影響，各種切削加工中的刀具工作角度均發(fā)生變化，進而直接影響到刀具的使用壽命和工件的加工質量。而導向機構主要用于保證運動件和靜止件之間能夠準確對合，起定位和定向作用[31][32][33]。刀片在繞鋼管高速公轉的同時需要徑向進給，要求進給運動靈活可靠，結構簡單緊湊。管材壁厚為2～10mm，因此刀架的最大進給量稍大于10mm/次即可。根據功能要求本切管機的進給量f是可調的，最大進給量=15mm/次。 徑向進給導軌的設計計算導軌是金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導移動裝置或設備，并減少其摩擦的一種裝置。在本設計中刀架組合安裝在空心主軸上隨空心主軸繞鋼管做高速公轉的同時徑向進給，刀架組合進給過程中的穩(wěn)定性和可靠性由導軌來保證以實現(xiàn)鋼管切割的精度。① 導軌需要承受軸向載荷以克服刀片對鋼管的徑向壓力和刀具告訴轉動時產生離心力。刀架組合的離心力： （）式中：m——刀架組合的質量，；r——刀軸的轉動半徑，鋼管半徑50mm+刀片半徑40mm=；v——刀軸質量中心的線速度，2400r/min180mm=代入數(shù)據得到F=550N，所以導軌的軸向載荷為550+=。（）② 導軌需要承受橫向載荷以克服鋼管對刀片的周向阻力矩和刀架組合的動量矩。為了簡化計算。 （） （）式中：R——刀片所承受周向力的力臂長。 （）式中：r——刀架組合的轉動半徑，90mm；m——刀架組合（包括刀軸及軸上零件）的質量，；v——刀架組合質量中心的線速度。代入數(shù)據得到刀架組合的動量矩=。綜上所述，導軌需要承受的橫向力矩為197+=。導軌有普通滑動導軌、貼塑滑動導軌、鑲鋼滑動導軌、滾動導軌、動壓導軌和靜壓導軌。但是不論對那種導軌來說，考慮的著眼點是相同的，那就是速度、剛性和負載[30]。表 導軌分類表導軌類型主要特點應用滑動導軌結構簡單，使用維修方便 未形成完全液體摩擦時低速易爬行 磨損大、壽命低、運動精度不穩(wěn)定普通車床、冶金設備貼塑導軌動導軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵或鋼導軌搭配，摩擦系數(shù)小且動、靜摩擦系數(shù)相近，不易爬行，抗磨損性能好 貼塑工藝簡單 剛度教低、耐熱性差，容易蠕變中、大型機床壓強不大的導軌鑲鋼導軌在支撐導軌上鑲裝有一定硬度的鋼板或鋼帶，提高導軌耐磨性在動導軌上鑲裝有青銅之類的金屬防止咬合磨損，提高耐磨性，運動平穩(wěn)，精度高工藝復雜，成本高，用于重型機床滾動導軌運動靈敏度高，低速運動平穩(wěn)性好，定位精度高 精度保持性好、磨損少、壽命長 剛性和抗振性差，結構復雜，成本高，要求良好的維護精密機床、數(shù)控機床、紡織機械動壓導軌速度高，形成液體摩擦 阻尼大，抗振性好 結構簡單，不需要復雜供油系統(tǒng)，使用維護方便高速、高精度的車床主導軌靜壓導軌摩擦系數(shù)小，驅動力小 低速運動平穩(wěn)性好承載能力大，剛性、吸振性好結構復雜大型、重型、精密、數(shù)控車床的工作臺根據上述表格對比分析，首先考慮采用滑動導軌，而刀架組合的進給速度為2mm/s，屬于低速爬行，且以節(jié)拍小于10s的頻率往復直線運動，采用普通滑動導軌即可。保證導軌的制造精度以克服普通滑動導軌運動精度不穩(wěn)定的缺點，在滿足功能要求的前提下最大限度控制制造成本?；瑒訉к壈╒形導軌、矩形導軌、燕尾形導軌和圓柱形導軌。V形導軌也叫做山形導軌或者三角形導軌，導向精度很高，磨損后能自動補償間隙。多用于重型機床和精密機床，但是該導軌所承受載荷的方向是單一的，不符合本設計中刀架組合徑向進給的功能要求。矩形導軌也叫做平導軌，制造簡單承載能力大，不能自動補償磨損，必須用鑲條來調整、補償間隙，導向精度很低且需要良好的維護，主要用于載荷很大的機床和組合導軌。圓柱形導軌，制造簡單，磨損后不能自動補償間隙，主要用于承受軸向載荷的場合，比如鉆床、鏜床的主軸套筒、車床尾架。燕尾形導軌，制造較復雜，磨損后不能自動補償間隙，但是用一根鑲條可調整間隙，尺寸緊湊，調整方便，可同時承受軸向載荷和橫向載荷，多用于機床刀架。符合本設計刀架組合徑向進給動作的功能要求。綜合以上分析，刀架組合的徑向進給導軌采用燕尾形的普通滑動導軌。 軸向運動轉化為徑向運動的結構設計刀片的徑向進給運動擬從空心主軸的軸向方向的直線運動轉化而來?？紤]利用空心主軸內的軸向運動推桿推動動軌下部的斜塊斜面，使得刀架組合徑向進給。使用Pro/E軟件建得隨空心軸轉動部件的模型，包括刀架組合、燕尾形動軌、斜塊和相關的螺母、螺栓等。 徑向進給部件3D模型用Pro/104mm3，。根據離心力的計算公式： （）式中：F——刀架組合轉動部件的離心力，單位N；m——刀架組合轉動部件的質量，單位g；r——刀架組合轉動部件的轉動半徑，單位mm；w——刀架組合轉動部件的角速度，單位rad/s。 斜塊受力示意圖根據幾何關系有: （）。推桿與斜塊之間使用滑動軸承（）連接，下面對滑動軸承的心軸進行強度校核，該軸采用40Cr材料的光軸， （）式中：——光軸所受到的剪切應力，單位為MPa；Fa——光軸所受到的徑向載荷，單位為N；——光軸的抗剪強度，單位為MPa,查手冊得到40Cr的抗剪應力為450MPa；d——光軸的直徑，單位mm。代入數(shù)據得到光軸的最小直徑=，考慮到該軸的理論工作頻率為10s一個節(jié)拍，其接觸應力屬于脈動循環(huán)變化，極容易疲勞破壞，采用安全系數(shù)K=，將該軸的直徑放大為6mm。該斜塊受力比較大，且外形尺寸受到結構空間的限制，屬于關鍵零件，下面使用Pro/E軟件的Mechanica插件進行簡要的有限元分析。按照斜塊的材料為普通碳鋼，屈服強度為220MPa分析。 斜塊的材料屬性屬性名稱數(shù)值單位彈性模量+011N/m^2普阿松比率NA抗剪模量+010N/m^2質量密度7800kg/m^3張力強度+008N/m^2屈服強度+008N/m^2 斜塊的應力、應變有限元分析結論是斜塊采用普通碳素鋼，最大應力發(fā)生在槽上半個圓弧的節(jié)點處，196MPa，小于普通普通碳素鋼的 220MPa，最大應變發(fā)生在下半個圓弧的節(jié)點以外，說明該斜塊是可靠的。如果條件允許，斜塊的材料采用合金鋼的話安全系數(shù)將更高。 軸向運動與徑向運動的組合設計綜合以上分析，該切管機的主運動為空心軸以2400r/min的轉速轉動，帶動刀片進行滾切動作，輔助運動包括徑向進給運動和定位卸料運動。 進刀時間位置圖徑向進給包括進刀和退刀，行程S為15mm，周期T為10s。為了控制鋼管材料對刀片的沖擊，要求勻速進刀，速度為2mm/s。退刀快速，對退刀運動的加速度不做要求，平均速度為8mm/s。，、送料和夾緊的動作。斜塊內槽的傾斜角為30176。，徑向進給行程S為15mm，有幾何關系得到推桿的推程Sa （）由于推桿前進而進刀，推桿前進時間（即進刀時間）為8S；由于推桿后退而退刀，推桿后退時間（即退刀時間）為2S。由得到推桿前進速度；推桿后退速度。 定位與卸料裝置的設計該鋼管切斷工藝要求下料長度為5～20mm，并且有尺寸精度要求，屬于定長切斷工藝，有必要對定位和卸料裝置進行設計。定位零件的作用是使毛坯管軸送料運動有準確的中止位置，以保證切斷下來的工件長度符合尺寸精度要求。擬設計一個具有階梯的的定位板，該定位板具有一大一小兩個圓柱面。小圓柱面直徑略小于毛坯管的內徑以便毛坯管套在此圓柱面上，該圓柱面對毛坯管也起到“托”作用，那么工件在刀片沒有完全退刀前不會移動，以免打刀或者夾刀；大圓柱面小于毛坯管外徑，在刀片完全退刀后定位板才開始后退，此時定位板本身可以通過卸料板，而工件則不能通過被卸料板從而被卸料板“刮”下來，完成卸料動作；定位板小圓柱面的長度應小于工件的長度以避開刀片，否則定位板在“托”住工件的時候會被刀片切割到。 定位卸料示意圖定位板的主要尺寸有小圓柱面的直徑、長度和大圓柱面的直徑，這三個尺寸可以根據不同下料工件的尺寸制造成系列定位板，在加工不同的工件時直接更換定位板即可。這樣可以擴大切管機的加工范圍。由于在滾切過程中毛坯管是被夾緊固定不動的，要求“托”住毛坯管的定位板也不能隨空心主軸一起轉動，周向是固定的，否則會影響滾切效果。定位板在刀片接觸毛坯管前前進到達預定的定位位置，等待毛坯鋼管送料過來對毛坯鋼管起定位作用，此時毛坯鋼管和定位板靜止不動，等待滾切完畢；滾切完畢后刀片退刀至刀片離開工件后，定位板后退起卸料作用。第五章 傳動系統(tǒng)設計在本文中，啟動系統(tǒng)后，空心主軸在主切削電機的帶動下轉動，從而驅動刀片對鋼管進行滾切，其中空心主軸由兩個滾動軸承支撐。直線電機1推動定位板到達預定位置做好定位準備，送料電機將毛坯管送料至定位板，然后由夾緊電機夾緊鋼管。直線電機2前進而推動推桿與斜塊作用而使刀片進刀，直線電機2后退而使刀片退刀，直線電機1后退而卸料。整個工藝過程涉及到了傳動系統(tǒng)和五臺電機的電氣控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代機械設計中，隨著各種新技術的應用，機械傳動系統(tǒng)不斷簡化已經成為一種趨勢。例如，利用伺服電機、步進電機、微型低速電機以及電動機調頻技術等，在一定條件下可簡化或完全替代機械傳動系統(tǒng)，從而使復雜傳動系統(tǒng)的效率低、可靠性差、外廓尺寸大等矛盾得到緩解或避免。此外，隨著機械自動化和智能化的要求愈來愈高，單純的機械傳動有時已不能滿足要求，因此應注意機、電、液、氣傳動的結合，充分發(fā)揮各種技術的優(yōu)勢，使設計方案更加合理和完善[34]。根據不同的傳動原理，機械傳動可以分為摩擦傳動、嚙合傳動和推壓傳動三種。，以嚙合傳動的應用最廣泛。傳動類型的選擇關系到這個機械系統(tǒng)的傳動設計和工作性能參數(shù)，比較合理的選用機械傳動的類型，需要經過多種方案的分析比較。 機械傳動分類 主切削運動的傳動1） 電動機主切削運動為空心主軸以2400r/min的速度帶動刀片轉動，屬于高速轉動。電動機是系統(tǒng)的能量來源，電動機的轉速、轉矩等因素的不同會直接影響系統(tǒng)的工作效果。同一類型的電動機，相同的額定功率有多種轉速可供選用的，如果工作機的轉速較高，應該選擇高轉速的電動機。因為這樣不僅可以減少電動機的尺寸和質量、降低電動機的價格，還能縮短運動鏈和提高傳動系統(tǒng)的機械效率。轉動電動機以三相異步電動機的應用最為廣泛。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難[35]。由于切削載荷比較平穩(wěn)，且單向連續(xù)轉動，所以選用Y系列三相異步電動機（JB307482）。=。初步估計主切削運動的傳動系統(tǒng)的效率為則初步得到電動機需要輸出的功率為 （）因為切削運動的轉速為2400r/mim，根據經驗選擇電動機的同步轉速（空載轉速）為同步轉速n=60f/P，式中：f——電源頻率；P——電機的極對數(shù)（P=……）。我國電源的頻率為f=50Hz的電源，轉速有3000，1500，1000，750…… 因為電動機為異步電機，所以轉子轉速比同步轉速稍低一些，空載轉速為3000r/min的異步電動機的實際轉速大概在2800r/min左右。根據和，由JB307482標準選用電動機型號為Y112M2，其額定功率，滿載轉速，質量為45kg，輸出軸徑為，中心高為H=112mm。2） 齒輪將電動機的能量傳遞到空心主軸，我們可以考慮采用帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動三種方案。下面對這三種方案進行分析選擇。帶傳動包括摩擦帶傳動和同步帶傳動，其主要優(yōu)點是結構簡單，傳動平穩(wěn)，維修方便，能夠緩沖減震，但是使用壽命低（5000～10000h），其中的摩擦帶傳動有過載保護的作用，但是不能保證轉動比，同步帶傳動能夠保證固定的平均傳動比，考慮到本切割機的使用時間比較長，暫不考慮使用帶傳動。鏈傳動的平均傳動比準確，中心距變化范圍大，比帶傳動的承載能力大，但是瞬時傳動比變化，高速時有嚴重的沖擊振動