电动拧接箍机设计 毕业论文.doc
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1、电动拧接箍机设计Design of electric Tightening machine摘 要通过对机械设计制造及其自动化专业知识学习,总结大学四年所学的知识,对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析,以及实际操作中的应用情况,设计了一种使用电机驱动的拧接箍机。拧接箍机是对油管接箍的上扣、卸扣的专用设备,是油管修复和生产必不可少的专用设备。整体由主钳,背钳,导轮支架和床体构成。本设计中的电动拧接箍机以电力驱动取代传统的液压驱动,使用已经在行业中使用的开口型动力钳钳头卡紧机构1作为主钳的卡紧方式。背钳通过液压油缸进行卡紧,使用高度可调导轮支架进行辅助支撑。重点针对机床的驱动系统,传动系统以
2、及主钳主夹部分进行了详细的设计。同时针对传动齿轮尺寸和驱动系统进行了分析和设计计算。通过对拧接箍机作业的工艺过程和控制要求的分析,设计了整台机床结构。首先,本文简要介绍了国内拧接箍机发展现状,与采用液压驱动相比,采用电驱动受温度影响较小,实用性更广,输出转矩范围更大,控制更加方便。其次,设计了机床传动系统,整体有圆锥齿轮组以及涡轮蜗杆组成,传递方便有效。并且对齿轮的尺寸进行了设计计算。最后,根据计算和拧接箍机作业工艺过程和要求,对机床进行整体设计。关键字:电动;拧接箍机;主钳;背钳;液压I AbstractBy studying on mechanical design manufacture
3、 and automation speciality knowledge, summary of four years at the University of knowledge, on the structure and function of parts industrial manipulator machinery Exposition and analysis, as well as the practical application of, designed a Tightening machine using motor-driven. Tightening machine o
4、n the tubing coupling is chain, shackle of specialized equipment, is the essential special equipment for pipeline repair and production. Overall by the main clamp, back-ups, stator bracket and bed body composition. In the design of electric Tightening machine to electric drive replacing the traditio
5、nal hydraulic-driven, use has been in the industry using the open type dynamic clamp clamp head tight bodies as the main clamp clamping. Back-ups by clamping the hydraulic cylinders, auxiliary support using the height-adjustable guide wheel stand. Focused on machine tools drive system, transmission
6、system and parts of main clamp clips are designed in detail. For gear sizes and drive systems for both the analysis and design calculation. By screw coupling analysis of process and control requirements for the job, design structure of the entire machine. First, this article provides an overview of
7、domestic Tightening machine development, compared with the hydraulic drive, using smaller electric drive under the influence of temperature, availability more widespread, output torque of the wider, easier to control. Second, the design of machine tools transmission system, composed of conical gear
8、group as a whole, as well as Turbo-worm, delivery convenient and effective. Design and the dimensions of the gear has been calculated. Finally, according to calculations and screw coupling operation process and requirements, to design the machine. Keywords: Electric; Tightening machine; main clamp;
9、back-ups; hydraulicI 目 录摘 要IIAbstractIII第1章 前言11.1 国内外现状11.2 课题研究的目的和意义11.3 接箍拧扣机发展现状6第2章 电动拧接箍机的工作原理8第3章电动拧接箍机总体设计83.1动力系统93.2 运动执行机构93.3 传动机构93.4 控制系统93.5 辅助系统10第4章 部件设计以及相关计算104.1 电机选择104.2齿轮设计和尺寸的确定104.3 涡轮蜗杆的设计计算134.4 轴的尺寸设计144.5 轴承选择15第5章 结论16参 考 文 献17致 谢18第1章 前言1.1 国内外现状目前,国内外已经开发了几种接箍拧接机。例如,
10、德国MEER公司开发的全液压接箍拧接机采用液压卡盘卡紧接箍,液压马达驱动直齿条机构卡紧管体其液压系统复杂,漏油严重,卡盘卡紧力与上扣扭矩依靠液压系统协调,对液压系统要求高,且扭矩测量采用的是通过测量液压马达的油压换算成扭矩,由于液压系统存在效率问题(一般为0.95左右),所以测出的扭矩不准确,误差超过3%(通过补偿后的值)。这种拧接机现在已经很少应用。美国PMC公司开发的接箍拧接机采用电驱动和液压卡胖,有7个卡抓,夹紧点数为14个,卡爪与接箍为面接触,夹紧力和扭矩由一套比例控制系统控制,能够有效的避免局部应力集中造成的粘扣和夹扁现象。但其装机功率高达200KW,而且价格昂贵,目前国内只有少数几
11、个大型钢厂购买并使用。国内某厂开发的凸轮夹紧机构拧接机其夹紧机构的夹持范围大,在一定的管径范围内无需更换零件,但这种夹紧机构的最大缺点是,夹紧接箍或管体为线接触,且由于机构的限制,夹持点数仅为36个,这样在夹紧接箍或管体时,局部应力集中,容易使管体或接箍产生变形和粘扣;扭矩测量不准确,误差很大。这种拧接机正在逐步被淘汰2。 1.2 课题研究的目的和意义接箍拧扣机是对油管接箍的上扣、卸扣的专用设备,是油管修复和生产必不可少的专用设备。常规拧接箍机多为液压驱动,液压驱动与机械传动、电气传动相比有以下优点:1、液压传动的各种元件,可以根据需要方便、灵活地来布置。 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应
12、速度快。 3、操纵控制方便,可实现大范围无级调速(调速范围达2000:1)。 4、可自动实现过载保护。 5、一般采用矿物油作为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。 6、很容易实现直线运动。 7、很容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现遥控。但同时,液压驱动也具有明显的缺点:1、由于流体流动的阻力和泄露较大,所以效率较低。如果处理不当,泄露不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。 2、由于工作性能易受到温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3、液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。 4、由于液体介质的泄露及可压
13、缩性影响,不能得到严格的传动比5、液压传动出故障时不易找出原因;使用和维修要求有较高的技术水平。液压系统的三大顽疾:1、发热 由于传力介质(液压油)在流动过程中存在各部位流速的不同,导致液体内部存在一定的内摩擦,同时液体和管路内壁之间也存在摩擦,这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大,降低其机械效率。同时由于较高的温度,液压油会发生膨胀,导致压缩性增大,使控制动作无法很好的传递。解决办法:发热是液压系统的固有特征,无法根除只能尽量减轻。使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。 2、振动 液压系统的振动也是其痼疾之一。
14、由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。强的振动会导致系统控制动作发生错误,也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误,导致系统故障。解决办法:液压管路应尽量固定,避免出现急弯。避免频繁改变液流方向,无法避免时应做好减振措施。整个液压系统应有良好的减振措施,同时还要避免外来振源对系统的影响。 3、泄漏 液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部,例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。内泄漏虽然不会产生液压油的损失,但是由于发生泄漏,既定的控制动作可能会受到影响,直至引起系统故障。外泄漏是指发生在系统和
15、外部环境之间的泄漏。液压油直接泄漏到环境中,除了会影响系统的工作环境外,还会导致系统压力不够引发故障。泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。解决办法:采用质量较好的密封件,提高设备的加工精度。 液压冲击在液压系统中,由于某种原因引起液体压力在某一瞬间突然急剧上升,而形成很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。 1、产生液压冲击的原因 阀门突然关闭而产生液压冲击1(1)阀门突然关闭引起液压冲击 如图所示有一较大容腔(如液压缸、蓄能器等)和在另一端装有阀门K的管道相通。阀门开启时,管内液体流动。当阀门突然关闭时,从阀门处开始迅速将液体动能逐层转化为压力能,相应产生一从阀门向容腔推进的高压冲击波;此
16、后又从容腔开始将液体压力能逐层转化为动能,液体反向流动;然后,再次将液体动能转化为压力能而形成一高压冲击波,如此反复地进行能量转化,在管道内形成压力震荡。由于液体内摩擦力和管道弹性变形等的影响,振荡过程会逐渐衰渐而趋于稳定。 (2)运动部件突然制动或换向时引起液压冲击 换向阀突然关闭液压缸的回油通道而使运动部件制动时,这一瞬间运动部件的动能会转化为封闭油液的压力能,压力急剧上升,出现液压冲击。 (3)某些液压元件动作失灵或不灵敏产生的液压冲击 当溢流阀在系统中做安全阀使用时,如果系统过载安全阀不能及时打开或根本打不开,也会导致系统管道压力急剧升高,产生液压冲击。 2、液压冲击的危害 (1)巨大
17、的瞬时压力峰值使液压元件,尤其是液压密封件遭受破坏。 (2)系统产生强烈震动及噪声,并使油温升高。 (3)使压力控制元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作,造成设备故障及事故。 3、减小液压冲击的措施 (1)延长阀门关闭和运动部件换向制动时间 当阀门关闭和运动部件换向制动时间大于0.3s时,液压冲击就大大减小。为控制液压冲击可采用换向时间可调的换向阀。如采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼以及控制通过先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向(关闭)速度,液动换向阀也与此类似。 (2)限制管道内液体的流速和运动部件速度 机床液压系统,常常将管道内液体的流速限制在5.0m/s以下,运动部件速度
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