旋轉(zhuǎn)式管端成型機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、引言隨著現(xiàn)在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，空調(diào)已經(jīng)進(jìn)入了人們家庭，而空調(diào)系統(tǒng)作為影響生活舒適性的主要總成之一,為生活提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制功能?，F(xiàn)在國內(nèi)是空調(diào)設(shè)備仍屬于專用設(shè)備，其技術(shù)和方法也很單一，并卻有些設(shè)備和技術(shù)仍需采用國外的。管端成型作為空調(diào)設(shè)備不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一，國內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對于不同管件的加工具有一定的局限性。目前國內(nèi)脹管法主要分為機(jī)械成型,管端偏心回轉(zhuǎn)成型,利用NC工作機(jī)的管端成型,無模成型四種方法?；诮?jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)考慮，本課題研究的管端成型機(jī)采用機(jī)械脹管的方法，并且機(jī)械脹管法比較普遍，容易

2、實(shí)現(xiàn)工作要求，原理簡單易操作。本機(jī)是一種可以適應(yīng)不同管件成型加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時的手工管端成型，而且可以節(jié)省時間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時滿足產(chǎn)品零部件的需要。管端成型機(jī)用于空調(diào)熱交換器鋁管的端部成型處理,即通過沖壓或旋壓的方式將鋁管或銅管的端部擴(kuò)口或縮口,加工成所需的管端形狀，后用于空調(diào)器熱交換器或汽車空調(diào)熱交換器的管端連接。該機(jī)用于將鋁管或銅管管端加工成杯狀、喇叭狀，適用于批量生產(chǎn)，可以完成直徑為F9.42X1.2、F9X1.2、F12.6X1.2、F、F19.1X1.2mm鋁管或銅管的脹形加工，而且也可滿足其它材料管件的脹形

3、加工。目前，國內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要設(shè)計(jì)這樣一種可以適應(yīng)不同管件脹形加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時的手工脹管，而且可以節(jié)省時間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時滿足產(chǎn)品零部件的需要。由于本機(jī)的工作循環(huán)周期較短，運(yùn)動方向變化頻繁，使本機(jī)所承受的交變應(yīng)力較明顯，因此對于本機(jī)工作部分的強(qiáng)度要求較高。因此本課題設(shè)計(jì)的這一產(chǎn)品具有較高的使用價值和普遍性。1、管端成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案擬定1.1目前管端成型技術(shù)的幾種方法目前國內(nèi)管端成型方法主要分為機(jī)

4、械成型、管端偏心回轉(zhuǎn)成型、利用NC工作機(jī)的管端成型、無模成形四種方法。管料加工成品如圖所示的產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于空調(diào)機(jī)熱交換器或汽車空調(diào)熱交換器的管端連接。圖1-1成型管端Figure1-1 formation jet1.1.1機(jī)械成型機(jī)械成型主要是應(yīng)用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械部分的動作，來實(shí)現(xiàn)對管端進(jìn)行沖壓成型的一種方法。1.1.2管端偏心回轉(zhuǎn)成型該成型方法中，模具的包絡(luò)角與模具半角相同，模具的軸線與鋼管的軸心偏離一定的距離，它適合于鋼管的縮口。偏心量與管端縮口量、模具半角有關(guān)。管端不規(guī)整變形程度與模具接觸鋼管的面積率有關(guān)，面積率越小，越能控制回轉(zhuǎn)成形過程。偏心回轉(zhuǎn)成形適合于管材縮口成形的成形前

5、期；成形末期一般采用搖動回轉(zhuǎn)成型。當(dāng)側(cè)壁具有約束導(dǎo)板時，可實(shí)現(xiàn)縮口率達(dá)68%的內(nèi)法蘭成型。1.1.3利用NC工作機(jī)的管端成型NC工作機(jī)進(jìn)行管端成形，是利用往復(fù)運(yùn)動的半球形工具逐步使管端成型，以獲得所需的管端形狀。圓管固定在水平的工作臺上作平面運(yùn)動，半球形工具沿垂直方向運(yùn)動，與管材的轉(zhuǎn)動相配合，形成了管端部成型曲面。這樣，即可得到非對稱形狀的管端。例如。正多邊形錐臺體的端部，四角形異形管的擴(kuò)口端部等。同時，也可以實(shí)現(xiàn)非管端部的局部縮徑加工與切斷加工。因而，它是一種柔性較大的管端成形過程，此法與旋壓成形原理相同，但工具形狀不同。1.1.4無模成型管端無模成型，使用兩個既是坯料又是成形工具管坯。首先

6、，用高頻感應(yīng)加熱管坯，然后將其頭部互相接觸并旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)管端縮口加工。這種成形過程實(shí)際上是利用兩個管坯相對運(yùn)動而產(chǎn)生的摩擦熱而成形。此法已應(yīng)用于高鉻合金管端部成型。此外，近年來國外還開發(fā)出利用高頻感應(yīng)局部加熱使鋼管壁厚增加的裝置。當(dāng)在該裝置垂直方向施加力的作用時，該力可傳遞到水平管端上，使管材壁厚增加。利用高頻感應(yīng)加熱進(jìn)行管端型鍛成型過程是通過型砧上下、左右移動，以及鋼管的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)鋼管端部的變壁厚加工。目前，國外已經(jīng)開發(fā)出能夠控制芯棒的軸向力，金屬沿軸向和徑向流動，以及確保鋼管軸向壁厚分布的變壁厚加工CNC型鍛機(jī)，可以得到高質(zhì)量、高尺寸精度的管端。1.2管端成型方法選定對以上幾種管端成

7、型的方法從性價比方面進(jìn)行比較?；诮?jīng)濟(jì)性與結(jié)構(gòu)性考慮，本課題研究的銅管管端成型機(jī)采用機(jī)械成型的方法比較經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，并且機(jī)械成型方法比較普遍，容易實(shí)現(xiàn)工作要求，原理簡單易操作。1.3管端成型機(jī)構(gòu)的組成圖1-2旋轉(zhuǎn)式?jīng)_壓管端成型機(jī)總體機(jī)構(gòu)圖Figure1-2Rotary system ramming jet shaper overall organization chart該設(shè)計(jì)管端成型處理機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)成型成形主機(jī)和液壓站構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)成型主機(jī)由機(jī)架體、驅(qū)動旋轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動電機(jī)、帶傳動裝置、旋轉(zhuǎn)沖壓裝置、夾緊裝置、定位裝置，帶傳動裝置由大小連個帶輪和傳動帶構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)沖壓裝置由旋轉(zhuǎn)液壓缸、三爪卡盤、縮

8、口器和擴(kuò)口氣構(gòu)成，夾緊裝置由定位塊、夾緊油缸、連接體、上模塊和下模塊構(gòu)成，定位裝置有定位油缸和定位體（F型定尺擋塊）構(gòu)成。三個液壓缸均由液壓系統(tǒng)控制，并分別固定在機(jī)架體上。機(jī)架體為焊接體；為了滿足不同規(guī)格管件的要求，脹頭、脹套和夾緊塊可以配套更換。由于生產(chǎn)周期較短，脹頭和脹套承受了較大的交變應(yīng)力，非常易于損壞，所以需要及時更換。液壓站由液壓控制裝置、液壓動力源、油箱構(gòu)成，這兩者直接安裝在油箱頂表面。液壓控制裝置由液壓控制閥均和集成塊組構(gòu)成，通過集成塊內(nèi)部的通油孔道來實(shí)現(xiàn)功能。集成塊通過管接頭與管道和執(zhí)行器連接。液壓動力源由電動機(jī)和液壓泵構(gòu)成，二者直接通過聯(lián)軸器連接，其軸的中心高可由電動機(jī)下的調(diào)

9、整墊塊來實(shí)現(xiàn)。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，容易拆裝和搬運(yùn)。1.4管端成型機(jī)構(gòu)的工作原理以手動方式進(jìn)行送料。通過定位油缸（F型定尺擋塊）進(jìn)行定位（F型定尺擋塊與尺寸定長油缸活塞桿端部連接，擋塊伸出后，將工件放入夾緊模時，讓其端面接觸擋塊定位面，工件夾緊后擋塊復(fù)位，以此保證成形前的管端預(yù)留長度）。通過夾緊部分將工件進(jìn)行夾緊（夾緊模分上、下兩部分，下模安裝在主機(jī)機(jī)架上，上模與夾緊油缸活塞桿連接，非工作狀態(tài)時上、下模分開，工作時將工件置于夾緊模中，油缸夾緊，將上、下模合在一起，工件被夾緊。）最后通過沖模部分將銅管管端以沖壓成型的方法進(jìn)行成型：一個完整的成形過程由不同的沖模（沖頭）、夾緊模組合完成。不同的成

10、形管端形狀需不同的、數(shù)量不等的沖模和夾緊模且成形次數(shù)1-2次不等，并且其中還有需要更換沖模（沖頭）和其對應(yīng)的夾緊模。管端成型機(jī)的工作過程,包括將工件定位、夾緊、沖壓和整機(jī)沖頭工作位置四項(xiàng)主要動作。管端成型機(jī)的一個作業(yè)循環(huán)的組成包括:a定位工件以手動方式送入夾緊模具體，通過定位油缸推動定位體將工件進(jìn)行定位。b夾緊將定位好的工件通過夾緊油缸推動夾緊模具進(jìn)行夾緊c旋轉(zhuǎn)沖壓定位油缸退回，由沖壓油缸推動滑塊體、沖頭進(jìn)行沖壓成型。工作結(jié)束后各油缸復(fù)位。本機(jī)有獨(dú)立的液壓站，提供夾緊油缸、定位油缸、旋轉(zhuǎn)沖壓油缸所需動力。在電控系統(tǒng)PC機(jī)的控制作用下來完成各工序動作，實(shí)現(xiàn)整個自動循環(huán)。從而實(shí)現(xiàn)了對鋁管（或銅管）

11、的管端加工出需要的形狀，對于不同的形狀只要更換相應(yīng)的模具就可以完成整個管端成型的過程。1.5設(shè)計(jì)技術(shù)要求及規(guī)格、性能1、處理管徑（銅管或鋁管）：F8X1mm；F；F；F；F19.1X1.5mm。2、循環(huán)節(jié)拍：小于18秒（即一個二位自動循環(huán)）。3、工作方式：旋轉(zhuǎn)沖壓方式。4、操作方式：手工上料. 自動成形。5、操作回路；220V AC6、電源容量；380V 15A （三相四線制）。7、工作壓力：4.5Mpa。8、外形尺寸；1300mmX1230mmX1500mm。管端成型機(jī)一般工作在工廠內(nèi)部,因此工作環(huán)境較好,這樣對液壓系統(tǒng)、執(zhí)行元件的強(qiáng)度要求不高，對密封條件要求也不是很高。只要滿足工作條件即可

12、2、旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)設(shè)計(jì)2.1旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)整體結(jié)構(gòu)的一般布置旋轉(zhuǎn)式管端成型機(jī)的整體其中包括液壓站和旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)兩部分。旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，組成主機(jī)的零部件很多，主要由旋轉(zhuǎn)沖壓缸、驅(qū)動電機(jī)、帶傳動裝置、機(jī)架、三爪卡盤、擴(kuò)口器、縮口器、工件定位塊、夾緊缸、夾緊模、定位體等組成。圖2-1旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)Figure 3-1Rotary system ramming jet shaper overall organization chart2.4旋轉(zhuǎn)沖壓主機(jī)工作原理先有手動送料進(jìn)入模具再，動操作屏的夾緊按鈕夾緊缸開始向下運(yùn)動，帶動連接塊從而帶動上模塊固定管料，然后按動定位油缸按鈕，啟動定位油缸帶

13、動F型擋塊運(yùn)動到預(yù)定的定位位置并調(diào)整管料伸出長度，待調(diào)整好后退回F型擋塊，再調(diào)整夾緊缸使其夾緊穩(wěn)固，待夾緊后啟動沖壓油缸同時啟動驅(qū)動電機(jī)，再由帶傳動帶動旋轉(zhuǎn)油缸旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)行沖壓動作，使其管端成型，并重復(fù)上述動作。2.2驅(qū)動電動機(jī)選擇 由旋轉(zhuǎn)液壓缸的額定功率P=2.5kW,額定轉(zhuǎn)速v=1000r/min,再考慮到安裝方式及價格經(jīng)濟(jì)性等方面，即選用Y100L2-4型電動機(jī)，其額定功率為P=3kW,額定轉(zhuǎn)速v=1420r/min,中心高H=100mm，外伸周段D×E=28mm×60mm。2.3、帶傳動設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)功率 (2-1) =1.2×3 =3.6 kw 式中

14、：KA工況系數(shù)； P電機(jī)額定功率；表2-1 工況系數(shù)KATable 2-1 operating mode coefficient KA工況KA軟啟動負(fù)載啟動每天工作小時數(shù)h<101016>16<101016>16載荷變動小帶式運(yùn)輸機(jī)，發(fā)電機(jī)，金屬切削機(jī)床，印刷機(jī)，鋸木機(jī)和木工機(jī)械1.11.21.31.21.31.42.2.2帶型確定 根據(jù)Pd=3.6kW和n1=1420r/min,查普通V帶選型圖選為B型。2.2.3傳動比 (2-2)=1.42式中：n1電機(jī)額定轉(zhuǎn)速； n2旋轉(zhuǎn)液壓缸額定轉(zhuǎn)速；2.2.4小帶輪基準(zhǔn)直徑 參照表3.2選定dd1=125mm；表2-2 V帶最

15、小基準(zhǔn)直徑ddmin mmTable 2.2 V belt smallest datum diameter ddmin mm帶型YZABCDEddmin205.75125200355500大輪基準(zhǔn)直徑dd2(2-3)=125×1.42=177.5mm查標(biāo)準(zhǔn)V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表得dd2=180mm。2.2.5旋轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)際轉(zhuǎn)速 (2-4) =986 r/min3.2.6帶速 (2-5) =9.29 m/s此速度在520m/s之間，即帶速符合要求。2.2.7初定軸間距 按要求取a0=500mm2.2.8所求帶準(zhǔn)長度 (2-6) =1480.4mm查標(biāo)準(zhǔn)V帶長度系列表得Ld=1400mm

16、2.2.9實(shí)際軸間距 (2-7) =540mm安裝時所需最小間距 (2-8) =540-0.015×1400 =519mm張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距 (2-9) =540+0.02×1400 =568mm2.2.10小帶輪包角 (2-10) =176.2°2.2.11確定單根V帶的基本額定功率P1根據(jù)dd1=125mm和n1=1420r/min由表2-3查得P1=2.18kw表2-3單根普通V帶的額定功率P0 kwTable 2-3 simple root ordinary V belt's rated power P0 kw帶型小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1(m

17、m)小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)40073080098012001460B1251401601802000.841.051.321.591.851.341.692.162.613.051.441.822.322.813.301.672.132.723.303.861.932.473.173.854.502.202.833.644.415.152.2.12額定功率增量 (2-11) =0.28kw式中：Kb彎曲影響系數(shù)； Ki傳動系數(shù)。表2-4彎曲影響系數(shù)Kb 表2-5傳動系數(shù)KiTable 2-4 curving influence coefficient Table 2-5 static g

18、earing ratio Ki類型數(shù)值Y0.0204×10-3Z0.1734×10-3A1.0275×10-3B2.6494×10-3C7.5019×10-3D26.572×10-3E49.833×10-3傳動比Ki1.191.241.07191.251.341.08751.351.511.10361.521.991.1202>2.001.13732.2.13確定V帶根數(shù) (2-12)=1.99取2根。式中：Ka包角系數(shù)； KL長度系數(shù)；表2-6包角系數(shù)KaTable 2-6 arc of contact coeffi

19、cient Ka小帶輪包角（°）180175170Ka10.990.96表2-7長度系數(shù)KLTable 2-7 coefficient of length KL基準(zhǔn)長度Ld(mm)A100011201250140016000.890.910.930.960.992.2.14確定單根V帶的預(yù)緊力 (2-13) =154 N式中：qV帶每米長度的質(zhì)量；表2-8 每米長度V帶質(zhì)量q kg/mTable 2-8 each meter length V belt quality q kg/m帶型YZABCDEq0.020.060.100.170.300.620.902.3 零部件設(shè)計(jì)2.3.1

20、加緊部零件結(jié)構(gòu)圖1、夾緊塊外形如圖2-2所示:上、下夾緊塊是相互配合抱緊工件實(shí)現(xiàn)對工件的軸向和徑向定位,其尺寸和要求一樣。上夾緊塊較下夾緊塊短，可以節(jié)省材料，減小夾緊缸活塞桿承受的慣性力。裝夾工件時，銅管可以順著下夾緊塊滑到脹套的外徑，方便省事，提高生產(chǎn)效率?？K強(qiáng)度驗(yàn)算：已知夾緊力F=20000N,工作截面A，工件與夾緊模的接觸面的正應(yīng)力可按下式計(jì)算 (2-14)其中管徑選最大值即d=19mm, 則，將數(shù)值代入公式(3-14)得=11.4MPa材料的許用應(yīng)力為 （2-15）式中安全系數(shù)接觸面的正應(yīng)力<，強(qiáng)度滿足要求。圖2-2夾緊塊Figure 2-2 clamp block2、支撐體

21、如圖2-3所示:圖2-3支撐體Figure 2-3 supports the body脹套穿過支撐體，同連接體相連，外端的凸緣靠在支撐體上實(shí)現(xiàn)軸向定位。支撐體通過內(nèi)六角頭螺釘與機(jī)座相連，底部有墊片，以調(diào)整脹套、芯軸與工作缸活塞桿的中心高。3連接體外形如圖2-4所示:圖2-4連接塊Figure 2-4 junction piece連接體左端的螺紋部分與芯軸的內(nèi)螺紋孔相連接，右端螺紋孔同工作缸活塞桿螺紋部分連接，并通過調(diào)整螺母實(shí)現(xiàn)軸向定位。2.3.2主機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)主機(jī)的工作要求及結(jié)構(gòu)形式的需要，并且從強(qiáng)度和制造工藝的角度分析，機(jī)架采用材料A3的七塊加工好的鋼板焊接而成，這樣既保證了強(qiáng)度要求

22、，又減少了一般采用鑄造的工藝程序。機(jī)構(gòu)如圖3-5。圖2-5主機(jī)機(jī)架Figure 2-5 main engine rack3、液壓站設(shè)計(jì)3.1 脹形力的計(jì)算1、旋轉(zhuǎn)沖壓油缸載荷計(jì)算液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度荷結(jié)構(gòu)尺寸。液壓缸的載荷組成和計(jì)算。圖3-1表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注圖上，其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fe。圖3-1

23、液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖Figure 3-1 hydraulic system calculation diagram脹形力由以下公式計(jì)算P(3-1)式中 P擴(kuò)散管脹口力，N；擴(kuò)散管坯料的屈服強(qiáng)度，MPa；t擴(kuò)散管坯料厚度，mm；d脹口前擴(kuò)散管坯料外徑，mm；d脹口前擴(kuò)散管坯料內(nèi)徑，mm。材料的許用應(yīng)力。3.6.3油缸穩(wěn)定性驗(yàn)算油缸在工作是承受的壓應(yīng)力最大，所以有必要校核活塞桿的壓穩(wěn)定性。a. 活塞桿斷面最小慣性矩I= （3-13）=b. 活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑 i (3-14) =15 (mm)c活塞桿柔性系數(shù)=(3-15)=133式中 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；L活塞為有效計(jì)算長

24、度；d. 鋼材柔度極限值=(3-16)=60.8式中 45鋼材比例極限14；E材料彈性模量14e. 從以上計(jì)算得知，>,即為大柔度壓桿時，穩(wěn)定力為：(3-17)（N）式中 為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；f. 油缸最大閉鎖力=(3-18)（N）式中 油缸最大閉鎖壓力；g. 穩(wěn)定系數(shù)(3-19)=8.3因?yàn)镹K>1由此可見，穩(wěn)定性可以滿足要求。3.7夾緊液壓缸計(jì)算3.7.1 計(jì)算作用在夾緊缸活塞上的總機(jī)械載荷F由于該機(jī)工作時工件主要承受徑向載荷，因此夾緊力應(yīng)適當(dāng)取值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此處可取夾緊力為20000N，即外載F=20000 N。3.7.2夾緊液壓缸內(nèi)徑尺寸D計(jì)算式中：

25、F 工作油缸總載荷，N。P1工作壓力，MPa。P2回油腔壓力，即系統(tǒng)背壓力，MPa。桿徑比。表3-1按載荷選擇工作壓力Table 3-1 press the load choice working pressure載荷104N0.50.511223355工作壓力Mpa0.811.522.53344557表3-2執(zhí)行元件背壓力Table 3-2 functional element back pressure系統(tǒng)類型背壓力Mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路

26、較短，且直接回油箱可忽略不計(jì)表3-3 按工作壓力選取d/DTable 3-3 press the working pressure to select d/D工作壓力Mpa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7參照以上個表選取P1=3MPa，P2=0.3MPa，=0.5。=96 mm液壓缸直徑D參照表2-4圓整為100mm。表3-4常用液壓缸內(nèi)徑D mmTable 3-4 commonly used hydraulic cylinder inside diameter D mm40506380901001101251401601802002202503.7.3夾緊液

27、壓缸活塞桿直徑d尺寸計(jì)算 由 得 d=0.5×96 =48 mm工作液壓缸活塞桿直徑d參照表3-5圓整為50mm。表3-5活塞桿直徑d mmTable 3-5 connecting rod diameter d mm速比缸徑40506380901001101251401601802002202501.462222835454550506055706380709080100901101001251101401251403.7.4活塞桿最大允許計(jì)算長度該液壓缸采用一端固定一端自由的安裝形式，即由表2-6取nk=1/4。 =6520 mm表3-6末端系數(shù)Table 3-6 terminal

28、 coefficients液壓缸安裝形式一端固定一端自由兩端鉸接一端固定一端鉸接兩端固定Nk1/4124式中：d活塞桿直徑，mm；nk末端條件系數(shù)（查表） P工作壓力，MPa； n安全系數(shù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到S=6500mm3.7.5 活塞有效計(jì)算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計(jì)手冊得 =650040 =6460 mm式中：C液壓缸的前端安裝間距(表2-7) 表3-7液壓缸固定部分長度參照表 mmThe Table3-7 terminals are the mathematical mm液壓缸內(nèi)徑AB1B2CEFG40100115115301159008550

29、1151351304013010010063127144155401551101103.7.6 最小導(dǎo)向長度(mm) 取最小導(dǎo)向長度為360（mm）式中：L液壓缸最大行程； D缸筒內(nèi)徑。3.7.7 導(dǎo)向套長度A=（0.61.0）d =(3050)mm導(dǎo)向套長度為40mm3.7.8 活塞寬度 B=（0.61.0）D =（60100）mm活塞桿寬度B=80mm式中： D缸筒內(nèi)。3.7.9缸筒壁厚由下表查得液壓缸外徑為121mm，所以缸筒壁厚為10.5mm。表3-8工程機(jī)械用液壓缸外徑系列Table 3-8 engineering machineries use the hydraulic cyli

30、nder outer diameter series缸徑mm液壓缸外徑mm缸徑mm液壓缸外徑mmP16MPa202531.5P16MPa202531.540505050541101331331331335060606063.51251461461521526376768383140168168168168809595102102160194194194194901081081081141802192192192191001211211211272002452452452453.8 夾緊液壓缸強(qiáng)度校核3.8.1活塞桿應(yīng)力校核 = =12Mpa式中：油缸工作壓力?；钊麠U材質(zhì)為調(diào)質(zhì)，經(jīng)查表得強(qiáng)度極限

31、為800Mpa16,材料的許用應(yīng)力為：= （n為安全系數(shù)）.由此可見，應(yīng)力完全滿足要求。 3.8.2缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算由于缸筒壁厚與缸徑之比，屬于厚壁缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。 = =1.5（mm）由此可見,<,強(qiáng)度滿足要求。式中：P工作壓力,P=3MPa；16材料的許用應(yīng)力。3.8.3油缸穩(wěn)定性驗(yàn)算油缸在工作是承受的壓應(yīng)力最大，所以有必要校核活塞桿的壓穩(wěn)定性。a. 活塞桿斷面最小慣性矩I=b. 活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑 i =12 (mm) c活塞桿柔性系數(shù)=542式中:為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；L為活塞有效計(jì)算長度；d. 鋼材柔度極限值=60.8式中 :45鋼材比例

32、極限16；E材料彈性模量16e. 從以上計(jì)算得知，>,即為大柔度壓桿時，穩(wěn)定力為：（N）式中:為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；f. 油缸最大閉鎖力=（N）式中:油缸最大閉鎖壓力；g. 穩(wěn)定系數(shù)=14.6因?yàn)镹K>1由此可見，穩(wěn)定性可以滿足要求。3.9 元件選型3.9.1 執(zhí)行器的確定由前計(jì)算結(jié)果已經(jīng)知道，工作缸缸徑為110mm，活塞桿直徑為63mm；夾緊缸缸徑為100mm，活塞桿直徑為50mm。本液壓系統(tǒng)中，工作缸最大壓力4.5MPa，最大流量4L/min；夾緊缸最大壓力3MPa，最大流量4L/min。根據(jù)執(zhí)行器的最大壓力，工作缸采用日產(chǎn)旋轉(zhuǎn)油缸，安裝方式為軸向腳架與

33、機(jī)座連接，采用日本SMC公司的YD4C-15型旋轉(zhuǎn)液壓缸；夾緊缸采用安裝方式為桿側(cè)長法蘭與機(jī)架連接，采用江都市永堅(jiān)有限公司的YJ01-FY100B-70R2000型液壓缸；定位油缸采用的安裝方式為桿側(cè)長法蘭與機(jī)體連接，由于定位油缸基本不受任何力，所以直接選用江都市永堅(jiān)有限公司的YJ01-FY50B-70R2000型液壓缸。3.9.2 液壓泵的確定1、管道系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算1) 沿程壓力損失的計(jì)算沿程壓力損失主要是注射缸快速注射時進(jìn)油管路的壓力損失。其管路長l=5m，管內(nèi)徑d=0.032m，快速通過流量, 選用20號機(jī)械系統(tǒng)油損耗，其密度為=918 m3/kg。a.油在管路中的實(shí)際平均流速v為

34、(3-20) =3.36m/s式中：qv流量； d管內(nèi)徑。b.沿程損失系數(shù)(3-21)式中 Re臨界雷諾數(shù)。對于圓管，查液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計(jì)得Re2300，因此0.03c.沿程壓力損失用下式計(jì)算(3-22)= =0.024MPa式中：沿程阻力系數(shù)；l管道長度，m；管內(nèi)直徑，m；液體密度，m3/kg；v平均流速，m/s。2、液壓泵的最大工作壓力為（3-23）式中：液壓執(zhí)行元件最大工作壓力；液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間所有的沿程壓力損失和局部壓力損失之和。初算時按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?，管中流速不大時，取0.2MPa0.5MPa;管路復(fù)雜而且管中流速較大或者有調(diào)速元件時，取0.5MPa1.5MPa。

35、由上述選取0.3MPa，然后帶入公式（3-23）計(jì)算得4.5+0.34.8MPa在選擇泵的額定壓力時應(yīng)考慮到動態(tài)過程和制造質(zhì)量等因素，要使液壓泵有一定的壓力儲備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高2060，所有最后算得的液壓泵的額定壓力應(yīng)為4.8×（1+0.2）5.8MPa 液壓泵的流量按照下式進(jìn)行計(jì)算，即K（3-24）式中：K考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)，一般取K1.11.3；同時工作的執(zhí)行元件的最大總流量。本設(shè)計(jì)取泄漏系數(shù)K1.1，帶入公式（3-24）得1.1×2.42.64L/min由阜新液壓件廠樣本查的PV2R1-12低壓低噪音變量葉片泵滿足上述

36、估算得到的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為10MPa，公稱排量V12.6ml/r，額定轉(zhuǎn)速為n=1800r/min?，F(xiàn)取泵的容積效率0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n1400 r/min的驅(qū)動電機(jī)時，泵的實(shí)際流量為Vn（3-25）12.6×0.85×1400×14.9L/min式中：V泵的公稱排量；n電機(jī)轉(zhuǎn)速；泵的容積效率。3.10 液壓泵驅(qū)動電機(jī)的選擇在額定壓力和額定流量下工作時，其驅(qū)動電機(jī)的功率一般可直接從產(chǎn)品樣本或技術(shù)手冊中查得，但其數(shù)值在實(shí)際中往往偏大。因此，也可以根據(jù)具體工況用下述方法計(jì)算出來。由前面計(jì)算可知泵的最大功率出現(xiàn)在夾緊保壓階段，參照表2-10取泵的總效率

37、為0.75，則 (3-26) 1.9 kw表3-10液壓泵的總效率Table 3-10 hydraulic pump's overall effectiveness indices液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0.60.70.650.800.600.750.800.85選用電動機(jī)型號：由于內(nèi)軸式電動機(jī)可以與相對應(yīng)的泵直接連接，無需用連軸器，從而減少安裝空間，裝配方便。所以由大連電機(jī)廠樣本查的Y100L1-4式電動機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1420，額定功率為2.2KW。3.11 油箱的設(shè)計(jì)3.11.1油箱容量的計(jì)算油箱的容量可按下式計(jì)算 (3-27)式中：V油箱的有效容積，L；

38、液壓泵的總額定流量，L/min；與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。此液壓系統(tǒng)為低中壓系統(tǒng)，可取510，取較大值可使系統(tǒng)更加安全，因此取=10，液壓泵的總額定流量為14.9 L/min，將以上數(shù)值代入公式2-27得=149 L該設(shè)計(jì)中，油箱為開式的獨(dú)立油箱，且形狀為矩形。由于該機(jī)工作循環(huán)比較頻繁，間隔時間較少，因此需要將油箱設(shè)計(jì)的大些以散發(fā)熱量，所以油箱外部長、寬、高為860mm、630mm、380mm,其內(nèi)部長、寬、高為848mm、618mm、345mm，即容積為848618345=180L。 3.11.2油箱的結(jié)構(gòu)確定該油箱為焊接結(jié)構(gòu)，箱頂除與電動機(jī)、葉片泵和集成塊組箱連接外，還安裝有空氣過濾器，這

39、里選網(wǎng)式過濾器，型號為WU16180。油箱側(cè)壁設(shè)置有液位計(jì)、清洗孔和放油螺塞。液位計(jì)比較靠近注油口，這是因?yàn)樽⒂蜁r可以方便地觀測液位。此處選用的液位計(jì)型號為YWZ80T，清洗孔由法蘭蓋板蓋住并密封，法蘭蓋板型號為YG250,放油螺塞型號為GB/T 57822000，箱底支腳由箱壁彎曲而成，并設(shè)有地腳螺栓孔。箱底傾斜度為1/20，吸油口設(shè)置在靠近箱底的一側(cè)，以提高吸油效率。吸油口通過吸油過濾器直接從郵箱中吸油。箱底設(shè)置有隔板，將吸油區(qū)與回油區(qū)隔開，以延長油液在油箱中逗留的時間，促進(jìn)油液在油箱中的環(huán)流，更好發(fā)揮郵箱的散熱、除氣、沉淀等功能，隔板高度為200mm。該油箱體積較大，需設(shè)置吊耳。圖3-3

40、 油箱結(jié)構(gòu)圖Figure 3-3 fuel tank structure drawing3.12各液控元件選用該機(jī)的液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速，而且是采用回油節(jié)流，由于夾緊缸工作時的壓力小于工作缸，因此需要用減壓閥調(diào)壓。先根據(jù)工作缸工作時的壓力和流量選擇主油路控制閥和工作缸油路的制閥，再根據(jù)夾緊缸工作時的壓力和流量選擇夾緊缸油路控制閥，見表2-12,根據(jù)該液壓系統(tǒng)原理，所選壓力表、冷卻器和濾油器如下：壓力表型號Y-60，壓力10 MPa，通徑6mm；冷卻器型號GLC1-0.8濾油器型號WU10080-J，流量16 L/min，通徑12mm。表3-12 液壓控制閥Table 3-12 hydrauli

41、c control valves名稱溢流閥電磁換向閥（1）電磁換向閥（2）液控單向閥減壓閥單向節(jié)流閥型號DBW10B-1-304WE10C20/AW120Z5L4WE10J/EW22010MTCV-03-WZDR10DP1-40-150YMTCV-03-W-O流量（L/min）3301201006015250壓力(MPa)21101031.531.535通徑（mm）1010101056數(shù)量1311214、經(jīng)濟(jì)性分析本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式管端成型機(jī)采用機(jī)械成型法，使設(shè)計(jì)后的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高、能耗低的、振動小、噪音低、還具有容易拆裝和搬運(yùn)等特點(diǎn)，對工人的操作技巧要求也非常低，不但能

42、減少勞動強(qiáng)度還可以增加生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)方面，本機(jī)是一種可以適應(yīng)不同管件成型加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時的手工管端成型，而且可以節(jié)省時間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時滿足產(chǎn)品零部件的需要。目前國內(nèi)設(shè)計(jì)此類機(jī)械的廠家很少，因此該設(shè)計(jì)更具有很大的發(fā)展前景和使用價值。5、結(jié)論本課題研究設(shè)計(jì)的過程中我查閱了大量的相關(guān)資料，并下到加工現(xiàn)場觀摩了實(shí)體設(shè)備的工作過程。該機(jī)用于將無縫鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀等異形，可以完成直徑為2742mm無縫鋼管管端的脹形加工，也可用于其它材料管件的脹形加工。目前，國內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對于不同管件的加工具有一定的局限性。本機(jī)是一種可以適應(yīng)不同管件脹形加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時的手工脹管，而且可以節(jié)省時間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時滿足產(chǎn)品零部件的需要。此次設(shè)計(jì)根據(jù)四種不同原理的脹管方法制定了一套解決方案，并對本機(jī)的總體方案進(jìn)行論證與擬定，從而對其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時對本