機械畢業(yè)設計（論文）鋼管打包捆成型裝置設計【全套圖紙】

1、第一章第一章 概述概述 1.11.1 包鋼無縫廠簡介包鋼無縫廠簡介 包鋼無縫鋼管廠是我國唯一采用400 自動軋管機組的大型無縫鋼管重點 生產(chǎn)廠，設計能力為 30 萬噸，1971 年投產(chǎn)以來，由于全廠推行質量認證體系， 不斷進行技術改造，引進了大量的先進設備和先進技術改進了生產(chǎn)工藝，使產(chǎn) 品質量和產(chǎn)量明顯提高，因此鋼管產(chǎn)量已突破設計能力，目前穩(wěn)定在 35 萬噸左 右。 我廠產(chǎn)品規(guī)格180-426x6-40mm,品種有低中壓鍋爐管、高壓鍋爐管、 結構管、流體傳輸送管、液壓支架管、石油套管等。我廠于 1996 年獲得 iso9002-94 標準認證，1997 年獲得美國 api 認證，2000 年獲

2、得德國 tuy 認證， 具有較強的質量保證體系。 我廠主要采用的設備有：環(huán)形加熱爐、二臺穿孔機、 自動軋管機、二臺均整機、步進式再加熱爐、三輥定徑機、矯直機、水壓機、 樣傷機等及套管加工車床及配套設備。 2001 年該廠結合引進德國技術裝備，成功的實施400 機組大規(guī)模技術改 造，進一步提高了裝備水平，實現(xiàn)了操作自動化,在線質量檢測,自動更換頂頭。 改造后場頻質量和產(chǎn)量都躍上了新的檔次,產(chǎn)品結構明顯改善。已形成鍋爐用管， 結構用管和石油套管等多條專用管材工藝線，可生產(chǎn)直徑 177.8-426mm，壁厚 6-40mm 的 23 個品種，120 多個規(guī)格的無縫管材，并且具備生產(chǎn)大斷面方矩形無 縫管

3、的能力，年產(chǎn)量穩(wěn)定在 35 萬 t 以上，2005 年新增 2 條線套管加工線，年 產(chǎn) 20 萬 t 套管。問來生產(chǎn)能力達 100 萬 t。 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司無縫鋼管廠，是我國生產(chǎn)無縫鋼管，石油套 管的重要基地，只生產(chǎn)光管向生產(chǎn)精加工，管家公無縫鋼管轉變，建成無縫管 精整線和石油管加工生產(chǎn)線，n80q 鋼級石油套管下井成功，標志著包鋼 n80q 石油套管已具備了直銷國內(nèi)油田的全部準入條件。該廠下設有三個作業(yè)區(qū)： 400 作業(yè)區(qū)，180 作業(yè)區(qū) 管加工作業(yè)區(qū)。 180 作業(yè)區(qū)采用的是意大利 innse 公司引進的五機架 mini-mpm 機組，年 設計能力為 20 萬噸，現(xiàn)在年產(chǎn)量已達

4、 30 萬噸以上。該機組采用了二級自動化 控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)工藝參數(shù)預設定，物料跟蹤，生產(chǎn)監(jiān)控等功能，設置了以在 線監(jiān)測為手段的質量保證體系，該機組無論生產(chǎn)工藝，設備還是自動化等方面 均屬九十年代國際先進水平。2004 年180 機組還配套新建了熱處理生產(chǎn)線， 年處理量為 12 萬噸，其中60.3-114.3mm 油管（包括加厚油管）3 萬噸/年。 114.3-244.5mm 套管 9 萬噸/年，同時還可以處理低合金鋼，合金鋼等其他品 種鋼級，為用戶提供了 n80,l80,c90,p110,q125 優(yōu)質鋼級。 無縫鋼管廠作為國家重要的無縫管生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品有石油套管和油管， 高中低壓鍋爐管，

5、液壓支架管，結構用無縫管，輸送流體用管，管件用管等， 還可以根據(jù)用戶協(xié)議要求提供60-426mm 范圍內(nèi)任何非標準規(guī)格的無縫管產(chǎn)品。 1.21.2 180180 無縫鋼管工藝流程介紹無縫鋼管工藝流程介紹 場內(nèi)主要設備有管坯鋸，加熱爐，穿孔機，連軋機，矯直機等。其生產(chǎn)的 工藝流程為：管坯鋸坯加熱穿孔機連扎機脫管再加熱爐 探傷矯直機管排鋸冷床張減定徑倒棱熱處 理成品包裝。 該廠管坯的尺寸主要有170 和270 兩種，長度均在 3m 左右，其中在管 坯加熱環(huán)節(jié)中最重要的是機械手，管坯進出環(huán)形加熱爐都是靠機械手來完成的， 機械手是由 2 根長約 8m 粗 300mm 的空心鋼管并排連接而成，前段個帶有

6、一個 管坯，這種旋轉運動是有液壓系統(tǒng)來完成的，而機械手的前后，上下移動則是 靠電動下車來實現(xiàn)的。因此，該機構看起來很簡單，但里面的結構卻是十分復 雜。管坯出爐后就可以進行穿孔了，在穿孔是管坯在頂桿推動作用下向穿孔機 推進。穿孔機是180 機組主要設備之一，是軋制無縫管過程中的一道變形工 序，其主軸及傳動軸安裝在減速機與軋輥之間，帶有兩個萬向節(jié)軸。主要作用 是將加熱好的管坯進行初步打孔，打好孔的管坯才能進入軋機進行軋制。該廠 采用的是意大利 innse 公司引進的穿孔機此類型的穿孔機由 2 跟傳動軸交叉連 接而成，其中在每一根軸上均有 2 個電機串聯(lián)，然后經(jīng)過減速機傳到軋輥上， 并且 2 根傳動

7、軸是交錯設計的，此項巧妙的設計方法能使管坯在穿孔的同時還 自動的向前推進。經(jīng)過穿孔的管坯就可以送到軋機中進行軋制了。采用五架連 軋機組，其中在豎直放置的軋機有 2 臺，水平放置的軋機有 3 臺，這樣設計的 目的在于能提高軋管的工藝質量，而且還能提高生產(chǎn)率，每根鋼管在經(jīng)過五架 軋機后都已經(jīng)不需要進行再軋制，只要經(jīng)過一些工藝上的處理就能得到成品， 比以前的幾次軋制在生產(chǎn)率上提高了很多，而且還很方便。加工好的鋼管經(jīng)打 包成捆運出車間。 1.31.3 無縫鋼管發(fā)展中的新工藝無縫鋼管發(fā)展中的新工藝 2121 世紀世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝世紀世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝 世界上最近十年才發(fā)展起來的 p

8、qf、cps 和 pam 軋管工藝，將成為 21 世紀 世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝。這三種新工藝的發(fā)展歷程大體如下 (1)pqf 軋管工藝 意大利 innse 公司 palma 于 1993 年在香港國際會議上正式推出 pqf(premiumqualityfinishing)軋管工藝；2003 年 8 月世界上第一臺 pqf 連軋 管機組在天津鋼管公司投產(chǎn)。該臺 pqf 連軋管機是由德國 smsmeersmsdemaginnse 公司與天津鋼管公司共同設計。 (2)cps 軋管工藝 cps(conicalpiercerstretchreducing)軋管工藝，即二步軋管工藝，其設 想是省去軋

9、管工序，穿孔后毛管直接進張力減徑機組；二是連鑄空心坯，連鑄 空心坯直接進軋管工序，省去穿孔工序，將傳統(tǒng)三道工序變?yōu)槎拦ば颉?cps 軋管機早在 1990 年就在南非 tosa 鋼管廠投產(chǎn)，但 16 個月后宣告停產(chǎn)。 然而 2006 年秋由意大利 innse 在熱軋生產(chǎn)線中間增加了四機架限動芯棒連軋機， 使其恢復正常生產(chǎn)，成品管規(guī)格范圍也有所改變。從此之后 cps 軋管工藝才又 時“新”起來。 (3)pam 軋管工藝 pam(planetaryasselmill)軋管工藝,即把德國發(fā)明的“行星斜軋機”(psw) 與“阿塞爾軋機”(asselmill)結合起來的軋管工藝。 第一臺 psw 軋管機

10、于 1982 年在德國 esw 廠投產(chǎn)，德國 wengenroth 博士從 研究三輥行星軋管工藝出發(fā)，1998 年在其論文中提出“行星阿塞爾軋機”的設 想，這種軋管工藝技術將在本世紀有可能取得極大的發(fā)展。 行星軋管機在鋼管工業(yè)領域的發(fā)展應用已有 20 年的歷史，但迄今只有德國 鋼管廠采用這種軋管機生產(chǎn)鋼管(smsmeer 在一篇文章中稱它是生產(chǎn)銅管的設備。 筆者也曾經(jīng)介紹過我國金龍銅管集團也用這種軋管機生產(chǎn)銅管的情況)。因此， 人們對能否成為一項常規(guī)性持懷疑態(tài)度。但德國 wengenroth 博士卻提出了“行 星阿塞爾軋機”的設想，他在一篇論文中談及德國三輥行星軋管工藝的前景時 認為對金屬流動

11、阻力施加影響，是未來提高三輥行星軋管機能力的關鍵。施 加這種影響的措施就是在三輥行星軋管機后臺輸出端施以向前拉曳的作用力。 向前拉曳的作用力加大，在軋制過程行將結束時，可以不改變軋管孔型而完全 避免荒管出現(xiàn)尾三角，且不出現(xiàn)增厚的管端。這一措施可以使三輥行星軋管機 超越現(xiàn)存的工藝極限。 在該論文的最后部分，wengenroth 博士提出了“行星阿塞爾軋機”的概念 “首先要改變?nèi)佨埞艿倪\動方式，即“采用軋輥張角布置，使軋輥圍繞穿孔 坯旋轉，以取代穿孔坯在軋管時的旋轉運動。軋出的荒管可以直接進張力減徑 機，而不需要輸出導衛(wèi)裝置，由張力減徑機來施加向前拉曳力”，這就是“行 星阿塞爾軋機”的概念。當長

12、度為 8 米、s/d(壁厚/管徑)為 0.25 時，荒管長度 可能超過 60 米，而成品管長度將達到數(shù)百米；三輥行星軋管機軋后不產(chǎn)生荒管 端部切損，也不需設置荒管加熱爐，這是三輥軋管技術的新概念。一次軋出數(shù) 百米的成品管，可謂奇觀，有人將其稱之為“真正的連續(xù)軋管”。將阿塞爾軋 機與行星軋管機相結合，不僅僅是三輥軋管技術的新理念，也是一項創(chuàng)舉，是 鋼管生產(chǎn)工藝劃時代的一項技術革命。 1.41.4 問題的提出及研究本課題的意義問題的提出及研究本課題的意義 鋼管產(chǎn)品包裝是鋼管產(chǎn)品生產(chǎn)的繼續(xù)，它是保護鋼管產(chǎn)品在流通過程中質 量完好和數(shù)量完整的必要措施。大多數(shù)鋼管產(chǎn)品如管線管、高壓容器用管、液 壓缸用管

13、、流體輸送用管、氣缸用管等，只有加以必要的包裝，才算完成鋼管 產(chǎn)品的生產(chǎn)，才能進入流通領域和進行銷售，從而完成鋼管產(chǎn)品的價值和使用 價值。良好的鋼管產(chǎn)品包裝有利于保護鋼管產(chǎn)品、美化鋼管產(chǎn)品、吸引顧客、 擴大消路和增加售價。因此，許多國家都把改進鋼管產(chǎn)品包裝作為加強對外競 銷的一個手段。從法律上看，合同中有關鋼管產(chǎn)品包裝的規(guī)定是產(chǎn)品說明的組 成部分。一方違反這方面的規(guī)定，另一方即有權拒收貨物或要求損失賠償。由 此可見，鋼管產(chǎn)品的包裝條款，是合同中的主要條款之一。 大約在 70 年以前，鋼管產(chǎn)品的競爭主要靠商標，也就是說看一個公司的 牌子響亮不響亮;到上世紀 40 年代初，由于生產(chǎn)的發(fā)展，大量鋼管

14、產(chǎn)品擁進 市場，這時一競爭主要靠文字說明;發(fā)展到 60 年代，鋼管產(chǎn)品的競爭就靠產(chǎn)品 本身的質量和特色了。隨著競爭的日趨激烈，在 70 年代到 80 年代初期出現(xiàn)了 以鋼管產(chǎn)品包裝定位為特點的包裝即以爭取消費者為目的去設計的鋼管產(chǎn)品 包裝。 中國的鋼管產(chǎn)品正是由于鋼管產(chǎn)品的包裝質量原因在國際上曾留下了“一 等 產(chǎn)品，二等包裝，三等價格”的名聲，對中國鋼管產(chǎn)品的出口及聲譽都造成了 不 好的影響。因此，要擴大出口，就必須下決心在提高鋼管產(chǎn)品質量的同時，認 真解決好鋼份產(chǎn)品的外觀質量和包裝質量問題。 目前，國內(nèi)的鋼管打捆包裝主要還是采用人工方式，與國外先進的打捆機 相比，還存左不少的缺點: 1)鋼價

15、捆的成型沒有在專門的成型機構中完成，鋼管捆的外形不能得到保 證。這就很容易使捆扎鋼管捆的各道包裝帶受力不均勻，導致包裝帶的破壞， 甚至造成翎 i 少捆的散捆。 2)打包過程沒有專門的工具，不能保證每道包裝帶的受力基本相同，這也 同樣不能保證包裝質量。 3)不能適應于惡劣環(huán)境下的鋼管包裝，例如高溫的線管，管線管的打捆包 裝。 4)鋼價捆打捆各過程都需要手動完成，自動化水平較低，已經(jīng)嚴重地不能 滿足現(xiàn)代化鋼管企業(yè)生產(chǎn)的需要。 由于以上存在的缺點以及各種技術上的問題，國內(nèi)到上個世紀 90 年代，才 有企業(yè)和技術人員對鋼管打捆機進行了一些研制工作。 通過對鋼管打捆機的研究，可以借鑒和學習國外先進的機械

16、設計技術，自 動控制技術，管理技術，減輕工人的勞動強度，提高工作效率，保證鋼管捆的 包裝質量;可以改變我國目前大量鋼管打捆機依賴進口的局面，填補國內(nèi)的這 一空白。 1.51.5 國內(nèi)外鋼管打捆機發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外鋼管打捆機發(fā)展現(xiàn)狀 目前世界上生產(chǎn)鋼管打捆機的國家主要有:美國、日本、德國、意大利。 其中美國是研究鋼管打捆機歷史較長的國家，目前已經(jīng)形成了獨立完整的鋼管 打捆機體系，其產(chǎn)品的品種和產(chǎn)量均居世界之首。其產(chǎn)品以高、精、尖產(chǎn)品居 多，日本緊隨其后。由于近年來微電子、材料、制造等行業(yè)的迅猛發(fā)展，日本 引進、吸收和消化了美國的打捆機技術，并在打捆工具的制造方面獨樹一幟。 德國，意大利的打捆機也具有

17、自己的優(yōu)勢方面。 進入上世紀 8090 年代，各個發(fā)達國家為了維護本國的鋼管打捆機市場和 擴大出口能力，積極采用其它領域的新技術(如微電子、激光、新材料等)， 開創(chuàng)了鋼竹汀捆機研究發(fā)展的新局面。歐美國家的鋼管打捆機研究，已不再太 注重產(chǎn)品的.顯:種，而是注重在原有品種的基礎上繼續(xù)研究改進性能。 作為子川困機核心部分的打捆頭，美國、日本、德國、意大利都具有自主 的 產(chǎn)品。 我國的包裝機械起步于 20 世紀 70 年代。經(jīng)過 30 年的發(fā)展，雖然已初步形 成門類比較齊全、產(chǎn)品比較配套的產(chǎn)業(yè)，但是我們應該清楚地看到我國在鋼管 打捆機技術方面還是十分薄弱的。目前主要的鋼管生產(chǎn)企業(yè)如上海寶鋼、內(nèi)蒙 古包

18、鋼、天津無縫鋼管公司等使用的鋼管打捆機都還依賴進口。我國目前基本 上沒有或者說沒有專門對鋼管打捆機進行研究與制造。綜合分析我國鋼管打捆 機的發(fā)展現(xiàn)狀，阻礙其發(fā)展的主要原因在于: l)對寸丁捆機輔助機械的設計知識缺乏研究。打捆機的輔助機械是打捆機 至 關重要的部分，它設計的先進與否直接影響到打捆的進度和質量。 2)對打捆機的關鍵部件打捆頭的機械設計知識缺乏研究。在這個方面同 時一也暴露出我國在材料、制造等多方面的欠缺與不足。國外同類包裝機械工 具產(chǎn)品的壽命是國內(nèi)的產(chǎn)品的 2 一 4 倍就是明顯的例證?？梢娺@方面的改進還 將 有賴于我國材料、制造等基礎工業(yè)整體水平的提高。 3)主要控制部件與執(zhí)行部

19、件微型機(plc)的穩(wěn)定性、氣動元件及各種執(zhí)行 部件性能與可靠性還有待于提高。這部分元件目前國內(nèi)的產(chǎn)品性能與國 外的產(chǎn)品性能還具有一定的差距。 1.61.6 鋼管打捆機的相關技術鋼管打捆機的相關技術 鋼管打捆機系統(tǒng)是系統(tǒng)技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、機 械傳動與氣動技術等多個學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程。 一、機械技術 機械技術是鋼管打捆機技術的基礎，是連接整個打捆過程的橋梁，是打捆 機至關重要的部分。從打捆機所采用的機械技術就可以清楚的看到打捆機的先 進性如何。因此，需要更新機械設計概念，實現(xiàn)結構上、材料上、性能上的變 更，滿足誠小體積、減輕重量、提高精度、提高剛性、

20、改善性能的要求。 經(jīng)典的機械技術借助于計算機的輔助設計技術，以及在此基礎上同時一采 用 人工督能(artificial eialxntelligenee)與專家系統(tǒng)(experrsystem)等，已經(jīng) 形成新一代機械制造技術。 鋼管掃捆機最關鍵的機械部分打捆頭設計，尤其體現(xiàn)了機械技術的先進 性。 二、系統(tǒng)技術 系統(tǒng)技術就是以整體的概念組織應用各種相關技術。從全局的角度和系統(tǒng) 目標出發(fā)，將總體分解成相互有機聯(lián)系的若干概念單元，以功能和單元為子系 統(tǒng)進行二次分解，生成功能更為單一的子系統(tǒng)功能和單元。這些子功能和單元 同樣可以卯廠賣逐層分解，直到能夠找出一個可實現(xiàn)的技術方案。深入了解系 統(tǒng) 內(nèi)部結構

21、和相互關系，把握系統(tǒng)外部聯(lián)系，對系統(tǒng)設計和產(chǎn)品開發(fā)十分重要。 接口技術是系統(tǒng)技術中的一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各個部分有機連接 的保證。按日包括電氣接口、機械接口、人一機接口。電氣接口實現(xiàn)系統(tǒng)間電 信號的連按:機械接口則實現(xiàn)機械與機械部分、機械與電氣裝置部分的連接; 人一機接口提供人與系統(tǒng)間的交互界面。 三、目功控制技術 自動扛;制技術范圍廣泛，主要包括:基本控制理論;在此理論的指導下， 對具體控制裝置或控制系統(tǒng)進行設計;設計后系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試;最后使研 制的系統(tǒng)能一弓一靠的投入運行。由于系統(tǒng)控制對象種類繁多，所以控制技術 的內(nèi)容及其豐富，例如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正

22、、 補償、再現(xiàn)、檢索等等。 由于微型計算機的廣泛應用，自動控制技術越來越多的與計算機控制技術 聯(lián)系在一起，成為檢測系統(tǒng)中十分關鍵的技術。 四、傳感及檢測技術 傳感器與檢測裝置是系統(tǒng)的感官器官，它與系統(tǒng)的輸入輸出相連，并將檢 測到的信號輸送到信息處理部分，傳感器檢測裝置是實現(xiàn)自動化的關鍵環(huán)節(jié)， 它的功能越強，系統(tǒng)的自動化程度越高。隨著自動化領域的不斷擴展，需要測 量的參量日益增加，對傳感器進一步提出數(shù)字化、智能化、標準化的緊迫要 求。 五、電、氣、液傳動技術 傳動系統(tǒng)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，由微型計算機通 過接口與這些傳動裝置相連接，控制它們的運動，帶動工作機械作回轉、直線 及

23、其它各種復雜的運動。傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉換裝置與部 件，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質量和功能具有決定性的影響。常見的系統(tǒng)驅動 執(zhí)行部件有交流電機、步進電機、氣缸等等。 氣動技術是以壓縮空氣為介質來傳動和控制機械的一門專門技術。由于它 具有節(jié)能、龍污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單等優(yōu)點，廣泛應用于 各工業(yè)部門現(xiàn)在，氣動技術與微電子、液壓技術一樣，都是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自 動化最有效技術之一。 六、現(xiàn)場總線技術 現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機和測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多 點數(shù)字通信的系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線最終實現(xiàn)的是管理的集中化和控制的完全分散 化。現(xiàn)場總線技術將專用的微處理器置入傳統(tǒng)的測

24、量控制儀表，使它們各自都 具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線， 把多控制儀表連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多 個微機化測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn) 數(shù)據(jù)傳輸與信息的交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線具有系統(tǒng)開放性、互操作性與互用性、現(xiàn)場設備的智能化與功能 自治性、系統(tǒng)結構的高度分散性、對一現(xiàn)場環(huán)境的適應性等技術特點。正是由 于 具有了以_泊勺特點，使用現(xiàn)場總線可以節(jié)省硬件數(shù)量與投資、節(jié)省安裝費用、 節(jié)省維護升消，同時給了用戶高度的系統(tǒng)集成權，也提高了系統(tǒng)的準確性和可 靠性。 目前世界上主要有 f

25、f(基金會現(xiàn)場總線)、lonworks、profibus、 can 等幾種現(xiàn)場總線，它們已經(jīng)逐步形成影響并在一特定的應用領域顯示了自 己的優(yōu)勢。 基金會現(xiàn)場總線的主要技術包括 ff 通信協(xié)議，用于完成開放互連模型中 第 2 一 7 層 j 坦信協(xié)議的通訊站(communieationstack);用于描述設備特征、參 數(shù)、屬性及操作接口的 ddl 設備描述語言、設備描述字典;用于實現(xiàn)測量、控 制、工程華洲專換等應用功能的功能塊;實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)度、管理等功能的系 統(tǒng)軟件技術以及構建集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術。 lonwworks 現(xiàn)場總線采用了 150/051 模型的全部七層通訊協(xié)

26、議，采用了面 向 對象的設計方法，以神經(jīng)元芯片為核心、 ，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為 參數(shù)設置，上琴通信速率從 3oobps 至 1.smbps 不等，直接通信距離可達 2700m (7skbps，雙絞線);支持雙絞線、同軸電纜，光纖、射頻、紅外線、電力線 等多種通訊介質，并開發(fā)了相應的本質安全防爆產(chǎn)品。 profibus 是德國國家標準 din19245 和歐洲標準 en50170 的現(xiàn)場總線標 準。由 pl 之 ofibus 一 dp，profibus 一 fms，profibus 一 pa 組成了 profibus 系列。dp 型用于分散外設間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領 域

27、。profibus 一 fms 適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等 領域。pro 廠 ibus 一 pa 是用于過程自動化的總線類型，它遵從 iec1158 一 2 標 準。 本系統(tǒng)將采用 profibus 一 dp 現(xiàn)場總線標準。 1.71.7 本課題的來源和目標本課題的來源和目標 鑒于鋼管打捆機相關技術的分析，在消化和吸收德國西馬特鋼管打捆機技 術的基礎土，根據(jù)國內(nèi)的鋼管生產(chǎn)企業(yè)的特點，研制開發(fā)鋼管打捆機是可行 的。為此，浙大精益公司就鋼管打捆機己和天津無縫鋼管公司簽定了合作協(xié) 議。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，對方委托我們開發(fā)應用于無縫鋼管打捆機。 我們開發(fā)鋼管打捆機，希望實現(xiàn)鋼管打捆機的

28、國產(chǎn)化，以填補國內(nèi)這一空 白。因此，本文主要將進行以下幾方面的工作: 1)通過對德國西馬特公司的鋼管打捆機采用的機械設計理論和方法的分 析，深入了解了一整套鋼管打捆機的機械設計方法。 2)通過對德國西馬特公司的鋼管打捆機采用的自動控制理論和方法的分 析，深入了解了基于 profibus 一 dp 現(xiàn)場總線的打捆機控制系統(tǒng)設計技術。 3)通過對微型機在工控領域應用優(yōu)點的分析，初步設計了鋼管打捆機的硬 件和軟件系統(tǒng)。 4)通過對鋼管打捆機的工藝流程分析，初步設計了鋼管打捆機的機械和電 氣控制系統(tǒng)。 第二章第二章 鋼管打捆機的總體方案設計鋼管打捆機的總體方案設計 2.12.1 鋼管打捆包裝機械的性能

29、要求鋼管打捆包裝機械的性能要求 2.1.12.1.1 國家對鋼管包裝的要求國家對鋼管包裝的要求 依據(jù)中華人民共和國冶金部 1998 一 02 一 02 一批準: 1、鋼管(鋼管和焊接鋼管)打捆包裝的有關規(guī)定 根據(jù)鋼管的驗收、包裝、標志和質量說明書 gb2102 一 88 規(guī)定: 一般鋼管采用捆扎成扎包交貨，每捆應是統(tǒng)一批號的鋼管 每捆鋼管不應超過 5oookg; 外徑大于 159ll 的鋼管或截面周長大于 8oomm 的異型鋼管，可散裝交 貨; 經(jīng)供需雙方協(xié)議，每捆鋼管的重量可以超過 8000kg，也可小包裝交 貨; 成捆鋼管一端應放置整齊; 短尺寸鋼管應單獨包裝交貨; 定尺寸長度交貨的鋼管，

30、其搭交的非尺寸長度鋼管，應單獨交貨; 成捆鋼管應用鋼帶或鋼絲捆扎牢固; 每捆鋼管的捆扎道數(shù)應符合表 2.1; 鋼管的捆扎包裝形式有如圖 2.1 所示的幾種; 表 2.1 壁厚大于 1.smm 的冷拔或冷軋不銹鋼管，應用不少于 2 層的麻袋或塑 料布緊密包奧，鋼帶或鋼絲捆扎(經(jīng)雙方同意也可以裸體捆扎)。每捆最大重 量為 2000kg 鋼管的捆扎包裝件的形式有圓形、矩形、框架式和六角形四種.其中六角 形包裝件比矩形包裝形狀穩(wěn)定，比框架式包裝經(jīng)濟、簡便易行，比圓形包裝件 外形整齊美觀，堆放時受力面大，且便于計算，故在實際生產(chǎn)中，廠家多采用 六角形包裝件，尤其優(yōu)質產(chǎn)品要求用六角形包裝件。 2、無縫鋼管

31、廠對鋼管打捆的具體要求 鋼管外徑:32.0-168.3mm 鋼管腳厚:3.2-22.2mm 鋼管定尺長度:6- 15m 管的理淪重量計算:wl= wp*l:其中 wl 一長度為 l 的(kg);wp 一平端鋼管每 米重量(kg/m);l 一測量鋼管的長度。通過鋼管修正量(人工測量獲得)修正長度 (m)。 最大鋼管重量:95okg 鋼管最高溫度:80 打捆方式:手動助力式氣動打捆機打捆 捆扎材料:鋼帶 每捆的最大捆徑:85om 打捆形狀:六角形 打捆邁數(shù):鋼管長度7m，最少捆 4 道 鋼管長度10m，最少捆 5 道 鋼管長度1om，最少捆 6 道 打捆周期:20-25 秒/道 生產(chǎn)力: 36t/

32、h 全年工作時間:6500 小時。(有效工作時間 5070 小時) 2.1.22.1.2 鋼管打捆機的性能要求鋼管打捆機的性能要求 鋼管打捆機應以滿足生產(chǎn)使用要求和保證生產(chǎn)率為前提，做到技術先進， 經(jīng)濟合理，運行可靠穩(wěn)定。 一套好的鋼管打捆機設備應具有: 1、良好的使用性能 l)所有的動作都要符合打捆的工藝要求; 2)運動平穩(wěn)準確。具有足夠的強度和剛度，能保證規(guī)定的運動精度; 3)可靠性高; 4)使明維修方便，操作簡單安全。 2、合理的技術性能指標 l)經(jīng)打捆后的鋼管應能保證實現(xiàn)客戶所提出的包裝要求。例如在運輸和 存儲澳坍間不致于松散、受潮、變形和損壞; 2)具有一定的靈活性，能適應一定范圍產(chǎn)

33、品規(guī)格、品種變化的要求; 3)具有合理的自動化程度。要根據(jù)需要和可能性來綜合考慮，不能脫離 具體的條件盲目的追求先進性; 4)創(chuàng)徹標準化、通用化和系列化; 5)結構簡單，制造容易，成本底; 6)生產(chǎn)效率高、能耗少; 7)節(jié)約材料。 3、其他 l)減輕勞動強度，改善勞動條件，不污染環(huán)境，講究技術美學，創(chuàng)造文 明生產(chǎn)條件: 2)留仃發(fā)展的余地，需要改進時而不致造成全機廢棄。 2.22.2 鋼管打捆機系統(tǒng)的工藝流程分析鋼管打捆機系統(tǒng)的工藝流程分析 鋼管掃捆機的工藝流程實現(xiàn)可以有電磁吊式、機械式。通過對電磁吊式與 機械式的掃捆工藝的深入研究，我們得出不管哪種方式雖然工藝實現(xiàn)方式不同， 但其卜要的工作流

34、程都相類似，都是:首先是將鋼管一根根的對齊，這部分我們 稱之為進移管機:然后按成型需要分批計數(shù)后移到成型機構里進行鋼管捆成型， 我們稱之為移管成型機構;最后是將成型的鋼管捆運輸?shù)酱蚶?工位進行打捆并輸出，這部分我們稱之為運輸機構。鑒于委托單位的要求 以及我們研發(fā)便利條件等因素，我們參考了德國西馬特的鋼管打捆機的工藝流 程， 將打捆機分為步進移管機、水平移管機、托叉移動機構、六角成型機構、小車 運輸機構。 2.32.3 傳動方案選擇傳動方案選擇 傳動方案的選擇對涉及的成敗起到了關鍵性作用，這一階段也充分體現(xiàn)了 設計工作有多樣性的特點。 機械的功能分析，就是對設計任務書提出的機械功能中必須達到的要

35、求， 最低要求及對希望達到要求進行綜合分析，記這些功能能否實現(xiàn)，多項功能間 有無矛盾，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù)，作為進一步設計的依據(jù)。 確定出功能參數(shù)后，即可提出可能采用的方案。尋求方案時安原動部分， 傳動部分及執(zhí)行部分分別進行討論。從電動機到工作機構部分的傳動可以是某 一減速器（它與電動機和工作機構用連軸相連接） ；也可以是減速器加帶傳動 （鏈傳動，開式齒輪傳動等） 。 2.3.12.3.1 方案比較方案比較 方案一：電機v 帶傳動減速器主動滾筒輸送鏈 圖 2.2 1電動機 2輸送帶 3主動滾筒 4減速器 5v 帶傳送 方案二：電動機運輸機主軸運輸機主動星輪鏈輪 圖 2.3 1電

36、動機 2傳動系統(tǒng) 3運輸機主動星輪 4運輸機主軸 5傳動鏈 方案三：電動機聯(lián)軸器減速器聯(lián)軸器鏈子提升裝置 圖 2.4 1提升裝置 2鏈輪 3傳動鏈 4減速器 5電動機 方案一中的帶傳動用于傳遞的功率不大，結構形式比其他傳動形式大，但 傳動平穩(wěn)，能緩沖吸收沖擊振動，由于摩擦產(chǎn)生靜電，不適用于有瓦斯積灰塵 等危險場合。常用于高速及傳動。由于打捆機的傳動部分功率較大且傳動不平 穩(wěn)，所以方案已不適用。方案二是用于水平方向上的傳動，而打捆機部分是垂 直傳動，故不適用。方案三中的鏈傳動與帶傳動無打滑現(xiàn)象，因而能保證準確 的平均傳動比，傳動效率較高，鏈條無張緊力所以作用在軸上的徑向壓力較小， 且鏈傳動尺寸小

37、，結構緊湊，能工作在高溫潮濕的環(huán)境中。因此方案三為最佳 方案。 第三章第三章 提升裝置設計提升裝置設計 3.13.1 選則電動機選則電動機 電動機的選擇內(nèi)容包括選擇電動機的種類，電機的型式，電機的額定電壓 轉速和功率計算。標準電極的容量等，所選電機應符合工作要求。 電動機的容量主要由運行時發(fā)熱條件的確定，再不變或變化很小的條件下， 長期連續(xù)運行的機械，只要其電機負荷不超過額定值，電機則不會過熱，通常 不必校驗發(fā)熱和啟動力矩。 已知參數(shù)：1.鋼管規(guī)格 外徑60-180mm;長度 6000-14630mm；厚度 2.5- 12mm; 2.生產(chǎn)能力 12 萬噸/年; 捆形 六邊形 3.最該溫度 80

38、； 4鏈速 0.3m/s; 傳動方案：1提升裝置 2鏈輪 3鏈傳動 4減速器 5電動機 3.1.13.1.1 提升裝置受力分析提升裝置受力分析 圖 3.1 提升裝置受力圖 如圖所示：鋼管受到重力 g，拉力 f，支持力 n (3.1)其 n108.4044 m)10 2 16180 (m) 2 10180 (3.14m101200010mkg7800 ) 2 2d () 2 d gl(mgg 232 3 32 22 中：m，。kg7800 2 /10gsmmmdmmlmm180,12000,8 （3.2） ngn nngf gg 04.113237 2 1 52.5661860cos 48000

39、93.48691 2 3 52.5661860sin 52.5661818.40441414 max 3.1.23.1.2 電動機負載功率電動機負載功率 1 4 . 14 1000 3 . 0105 . 3 1000 4 kw fv pe （3.3） 式中 p勻速提升時所需的牽引功率； 所以電機所需的功率k 總 電 e p p 其中選聯(lián)軸器的效率；鏈傳動的效率9.90 1 ；5.90 2 選減速器的效率。.11k6.90 3 ，取得安全系數(shù)是考慮提升支架的重量； 。功率因素； 。，額定功率；額定轉速； ，；型電動機，其同步轉速表選 機械設計便覽更具電機所需功率查表 電 總 89.5% 0.81

40、cos 15kw1460r/min 1500r/min4.-y160m 14.69.11 8.90 14.4 k p p 98 . 0 9.905.906.909.90 1321 e 1321 3.23.2 減速器的選擇減速器的選擇 3.2.13.2.1 常用減速器的選擇常用減速器的選擇 減速器是在原動機(一般為電動機)和工作機間的獨立傳動部件。一般以齒 輪，蝸桿傳動等 傳動件裝在鑄造或焊接的剛性箱體中而成，有些減速器與電動 機構成一個組合體，結構緊湊，使用方便。許多減速器我國已有國家標準，并 在專門的工廠批量生產(chǎn)，可以按樣本選取。選擇減速器一般考慮以下幾個方面 的問題：根據(jù)傳動類型，減速器可

41、分為齒輪，蝸桿，齒輪-蝸桿和行星減速器， 根據(jù)齒輪形狀不同，減速器可分為圓柱，圓錐，圓錐-圓柱齒輪減速器；根據(jù)傳 動的級數(shù)，減速器可分為單級，多級減速器；根據(jù)周在空間的位置，減速器可 分為臥式和立式減速器；根據(jù)傳動的布置形式，減速器可分為展開式，分流式 和同軸式減速器?？紤]不同工作環(huán)境還可分為在高溫，低溫，高速等條件下工 作的減速器。 3.2.23.2.2 減速器的計算減速器的計算 已知參數(shù)；電機；功率 p=15kw 轉速 n1=1460r/min 求總傳動比；i= （3.4）21 8.469 1460 n1 電機 n 3.2.33.2.3 選擇減速器選擇減速器 1）由傳動比 i=21，選 z

42、l 型減速器； 2)由機械設計便覽表 41-2 查取減速器效率；95 . 0 3 3）查機械設計便覽表 41-5，由 i=21，p=15kw 查選 a=425；核算尖峰載荷， 查機械設計便覽表 41-5，當 i=21，a=425，且為連續(xù)型，高速軸功率 p1=15kw 時，選用高速級齒輪精度為 8-8-7-dc，故選用代號為 zl425-10-ii 型 的減速器。 3.33.3 鏈的設計計算鏈的設計計算 已知參數(shù)：電動機功率./.3m0vkw15sp，鏈速 電 鏈傳動的工作條件不同，其失效形式也不同。根據(jù)鏈速不同分為 v0.6m/s 的一般鏈傳動，按功率曲線設計計算，當 v=0.6m/s 的低

43、速鏈傳動， 安靜強度設計計算。因為已知鏈的速度 v=0.3m/s0.6m/s，所以本設計中的鏈 傳動設計計算應安靜強度進行計算，當 v0.6m/ss 時，其主要失效形式是鏈的 靜力拉斷，故應進行強度校核。 3.3.13.3.1 選取鏈輪齒數(shù)選取鏈輪齒數(shù) 鏈輪齒數(shù)的多少對傳動平穩(wěn)性和使用壽命有很大的影響。小鏈輪的齒數(shù)少， 可以減小外廓尺寸，但齒數(shù)過少，會增加運動的不平穩(wěn)性和動載荷；鏈輪在進 入和退出嚙合時，鏈接間的相對轉角增大；鏈傳動的圓周力增大，從整體上加 速鉸鏈和鏈輪的磨損?？梢娦δ樰喌凝X數(shù)不宜太少，一般鏈輪的齒數(shù)。9 min z 但小鏈輪的齒數(shù)也不宜太大，在傳動比給定時，小齒輪齒數(shù)增大，大

44、齒輪的齒 數(shù)也相應增大，其結果不僅增大了傳動的總體尺寸，而且還容易發(fā)生跳鏈和脫 鏈，從另一方面限制了鏈條的使用壽命。假定鏈速，又下表選取小鏈輪齒數(shù) z1 小鏈輪齒數(shù) z1對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。尺寸小可減小 外廓尺寸，但齒數(shù)過少，將會導致：傳動的不均勻性和動載荷增大；鏈條 進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉角增大，是鉸鏈的磨損加??；鏈傳遞 的圓周力增大。 從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。 所以當鏈速 v=0.3/s，取主動輪齒數(shù) z1=17。 3.3.23.3.2 確定鏈的額定功率確定鏈的額定功率 由于連的傳動啟動屬輕微沖擊，查機械設計表 9-6 取 （3.5） kw72 . 6 6

45、.909.90 4 . 146.401 6 1 pk 6 1 p 0.46k139, 1 . 1 2 3 2 1z0 z 電機 ，則鏈的額定功率得查機械設計圖 a a k k 3.3.33.3.3 選擇鏈的型號，確定鏈節(jié)距和排數(shù)選擇鏈的型號，確定鏈節(jié)距和排數(shù) 鏈的節(jié)距 p 越大，承載能力就越高，但總體尺寸增大，多邊形效應顯著， 振動 沖擊和噪聲也嚴重。為使結構緊湊和延長壽命，應選用較小節(jié)局的單排練， 但當速度高，功率大時，宜選用小節(jié)距的多排鏈。如果從經(jīng)濟上考慮，當中心 距小，傳動比大時，應選用小節(jié)距的多排鏈；中心距大，傳動比小時，應選大 節(jié)距的單排鏈。 綜合考慮，初選鏈號；24a，雙排鏈 p=

46、38.1 查機械設計手冊帶傳動和鏈傳動，圖 14-2-2 可知，預使此鏈的額定功 率達到 。 ，每米質量，滾子外徑，排距，滾子鏈的型號 可知；表設計手冊第三卷故此鏈可用。查機械 節(jié)距 小鏈輪齒數(shù) 小鏈輪轉速 鏈速，式中 ，根據(jù) 合，則小鏈輪鏈速必須符 雙 單 m/.6kg5q mm3.222dmm4.445p.1mm38pa24 12138213 min/ r9.727 .13817 .30100060 pz v100060 n p z n , 14 100060 nzp v min/ r30n4.33 5.71 p 1t 0 0 v p 3.3.43.3.4 確定中心距和鏈節(jié)數(shù)確定中心距和鏈

47、節(jié)數(shù) 因為捆成型后形狀為正六邊形，技術要求每層厚度為 200-1030mm。 由下圖正六邊形特性可知； （3.6） mm adcfbf mmap 892 2 3 1030 2 3 2 3 1030 maxmaxmax max 圖 3.2 正六邊形 據(jù)此可知，提升支架在垂直方向在大活動距離不大于 892mm，而提升連接 頭在斜向 120 度方向最大活動距離不得低于 1030mm，因而從動輪中心距 1030mm，考慮提升連接頭不可以碰撞兩鏈輪，故兩從動輪中心距必須適當加大， 取提升支架在斜向 120 度方向的運行距離為 1170mm。 綜合考慮機器的工作要求和場地條件，主動輪最好的布置位置為從動輪

48、 (1)的正下方。另外鏈傳動必須安裝張緊裝置，所以主動鏈輪的位置相對于從動 鏈輪（2）須在鉛垂方向要有適當?shù)奶岣?。綜上所述，從動輪（1）的正下方與 主動鏈輪的中心距 a2=1040mm，下從動輪（2）較主動鏈輪低 h=230mm?？紤]提 升牽引作用，則兩從動鏈輪中心線需與水平方向成 120 度角。那么主動鏈輪與 下從動鏈輪（2）在水平方向的距離為： (3.7) .734 3 2301040 mml 則：主動鏈輪余下從動鏈輪的中心距： 。 (3.8)mma 2 . 769230734 22 3 兩從動鏈輪的中心距為： 。 (3.9)mma1463 2 3 2301073 1 鏈節(jié)數(shù)為： 75.1

49、05 3 171717 1 . 38 76710401463 3 321321 zzz p a p a p a lp 為了增加鏈輪的嚙合齒數(shù)，提高傳動能力。應適當增加鏈節(jié)數(shù)，這樣可以 在張緊裝置的作用下使鏈輪嚙合數(shù)增加，提高傳動能力。取 lp=101。如下圖 圖 3.3 聯(lián)傳動簡圖 3.3.53.3.5 軸上力的計算軸上力的計算 作用軸上的力： 工作拉力： n (3.10)8333.3 0.3 6 15 1000 v 1000 額 p f 工作平穩(wěn)： (3.11).21f（ 10000n8333.81.2f.31 ） 3.3.63.3.6 鏈傳動的潤滑，布置和張緊鏈傳動的潤滑，布置和張緊 鏈傳

50、動的潤滑：良好的潤滑有利于減少鉸鏈的磨損，提高傳動效率，緩和 沖擊從而延長鏈條的壽命。 潤滑方式的選擇：由于鏈條的運動是在空間的運動，不宜用潤滑油潤滑， 所以選用人工定期潤滑。 鏈傳動的步置：鏈傳動的布置合理與否，對傳動的工作性能和使用壽命有 很大影響，布置時，兩鏈輪已處于同一平面內(nèi)，兩軸平行，一般應采用水平或 接近 水平布置，并使松邊在下。 鏈傳動的張緊：主要是為了避免鏈的垂度過大，嚙合時鏈條上下顫動，同 時也可以增加嚙合包角。 常用的張緊方法：（1）用調(diào)整中心距來進行張緊； （2）附加張緊裝置。 綜上所述設計中的鏈傳動采用彈簧調(diào)節(jié)張緊。 3.3.73.3.7 設計結果設計結果 綜上所述，鏈

51、條的設計結果為：滾子鏈型號：24a2110 gb124383 鏈輪齒數(shù)：17 321 zzz 中心距： mmmmaamma767,1040,1463 321 壓軸力：nf10000 潤滑方式：人工定期潤滑 3.43.4 滾子鏈輪的設計選擇滾子鏈輪的設計選擇 滾子鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸： 基本參數(shù)：鏈條齒數(shù)：z=17； 配用鏈條：節(jié)距 p=38.1mm 排距 mmpt44.45 滾子外徑 mmd23.22 1 主要設計尺寸：分度圓直徑 d： 4 . 207 17 180 sin 1 . 38 180 sin z p d （3.12） 齒頂圓直徑 86.22623.22 1 . 38) 17 6

52、 . 1 1 (4 .207) 6 . 1 1 ( 795.23223.22 1 . 3825 . 1 4 .20725 . 1 1min 1max dp z dd dpdd a a （3.13） 分度圓弦齒高 mm14h 94 . 7 48.14 a min max 取 mmh mmh a a 齒側凸緣； g d mm8.4138 6.70h4.01 t 180 pcotd 2g （3.14） 取mm130dg 鏈輪轉速 n 由min/ r270n 2 nv得及 3.53.5 主動鏈輪軸的計算主動鏈輪軸的計算 已知參數(shù)：電機功率為 15kw，轉速為 1460r/min。 3.5.13.5.1

53、 選擇軸的材料選擇軸的材料 選擇軸的材料，應考慮下列因素：軸的強度，剛度及耐磨性要求；熱處理 方法；材料質量；材料加工工藝性；材料價格等。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理 或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和疲勞強度，故采用碳鋼制造軸有為廣泛， 其中常用的為 45 號鋼。 合金鋼力學性能和淬火性能比碳素鋼要好，但對應力集中比較敏感，且價 格較貴，多用于對強度和耐磨性要求較高的場合。40cr 經(jīng)調(diào)制處理后，綜合力 學性能很好，是軸最常用的合金鋼。 該軸無特殊要求，因此選用調(diào)制處理的 45#，。mpa b 640 3.5.23.5.2 初步估算軸徑初步估算軸徑 對于機

54、器中的一般轉軸，主要應滿足強度和結構的要求；對于剛度要求的 軸（如機床主軸） ，主要應滿足剛度要求；對于一些高速機械的軸（如高速磨床 主軸，汽輪機主軸等） ，要考慮滿足振動穩(wěn)定性的要求。 在轉軸設計中，其特點是不能首先通過精確計算確定軸的截面尺寸。因為 轉軸工作時，受彎矩和轉矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件 相互位置有關，所以當周的結構尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩，因此 轉軸設計時，扭轉強度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑，然后進行軸的結構設計，最 后進行軸的強度校核。 對于僅承受轉矩或主要承受轉矩的轉動軸，常采用此方法進行設計計算， 對既承受彎矩又承受轉矩作用的軸，在做軸的結構設計

55、前，常采用此法做軸的 最小直徑估算，用降低許用應力的辦法來補償彎矩對軸強度的影響，對于 t 不太重要的軸，也可作為最后的強度計算。 軸的強度條件為 10 t 109550 3 t t w n p w t 式中：周所傳遞的轉矩，nmm； t 軸的抗扭截面系數(shù)，mm ； t w 3 p軸所傳遞的功率，kw； n軸的轉速，r/min； 軸的許用扭轉切應力，mpa。 t 對實心軸，將中，可 w n p 109550 w t 516 t 3 t t 33 tt dd w 代入 得軸的直徑 3 3 )109550( 5 n p c n p d t 式中：c由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)； 按上式求得的直徑

56、，應考慮到鍵槽會消弱軸的強度。因此，如軸上有一個 鍵槽，軸徑應增大 5%，有兩個增大 10%。 按扭轉強度估算軸端處的最小軸徑。取 c=120。 作用到軸上的功率： （3.15） kw8.96 9.905.909.9015 2 1 2 1 4112 電 pp 根據(jù)公式： （3.16）mm4.452 270 8.96 120 n p cd 3 3 2 2 min 由于安聯(lián)軸器出有一個鍵槽，軸徑應增加 5%，為使所選軸頸與聯(lián)軸器孔相 適應，所以 （3.17）mmdd55%)51 ( minmin 3.5.33.5.3 軸的設計計算軸的設計計算 進行軸的結構設計，就是根據(jù)工作條件確定軸的結構外形和全

57、部結構尺寸， 在進行軸的結構設計時考慮的主要因素有：軸在機械中的安裝位置及形式；軸 上安裝的零件的類型，尺寸，數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質，大小， 方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構 形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。設計時，必 須針對不同情況進行具體的分析。但是，無論何種具體條件，軸的結構都應滿 足：軸和裝載軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于拆裝和調(diào)整； 周應具有良好的制造工藝性等。 軸的結構設計中主要結局下面幾個主要問題： （1） 軸上零件的位置 軸上零件布置是否合理，關系到能否改善軸的結構合理性和裝配工藝 性，有

58、時甚至關系到能否改善軸的受力情況，提高軸的強度等問題。因此， 擬定軸上零件的布置方案時進行軸的結構設計的前提。 鏈輪靠套筒定位，裝拆，傳力均較方便，兩端軸承用統(tǒng)一尺寸，以便 于加工，安裝和維修。 （2） 軸上零件的定位和固定 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向的相對運動，軸上零件除了有特 殊的結構要求外（如游動或空轉） ，一般都必須要求定位準確?？煽?。常用 的周向定位方法有平鍵，花鍵，銷，緊定螺釘以及過硬配合等，其中緊定 螺釘僅用于傳力不大的零件。 鏈輪與軸，半萬向聯(lián)軸與軸的軸向定位均采用平鍵連接。根據(jù)軸的直 徑有機械設計使用手冊查的鏈輪，半萬向接軸處的鍵面尺寸分別為 b*h=22mm*9mm，

59、配合均為 n9/js9，滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制， 軸的尺寸公差為 n9。 圖 3.4 軸及軸上零件定位 （3） 直徑和長度的確定 臨界在軸上的布置方案確定后可初步估算軸所需的最小直徑（通常是 min d 軸端段） ，近而初步確定階梯軸各段的直徑，長度和配合類型。軸徑的初步估算 常用下列兩種方法：轉強度初步估算軸徑；按經(jīng)驗公式估算軸徑 估算出軸的最小直徑后，按軸上零件的布置方案和布置要求，從軸端段起 逐一確定各段的直徑。需要注意的是，當軸段有配合需求時，應盡量采用推薦 的標準直徑。安裝標準件（如滾動軸承，聯(lián)軸器等）部位的軸徑尺寸，應取為 相應的標準值。另外，為了使齒輪，軸承等有配合要求

60、的零件裝拆方便，避免 配合表面刮傷，應在配合段前采用較小的直徑，或在同一軸段的兩個部位上采 用不同的配合公差值。 軸的各段長度主要是根據(jù)和零件與軸的配合部分的尺寸和相鄰零件必要的 空隙來確定。為了保證軸上件軸向定位可靠，如齒輪，鏈輪，聯(lián)軸器等軸上零 件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短 23mm。 確定各段軸徑和長度，軸上零件較少，安裝定為方便，該軸可設計為光軸。 軸長取決于零件的寬度及它們的相對位置，因此設計軸80，軸長為 600mm。 （4） 軸的結構工藝性 軸的結構工藝性是指軸的結構形式便于軸的加工和軸上零件的裝配 并且要求生產(chǎn)率高，成本低。為了便于軸的裝拆和去掉加工時的毛刺，軸 的