翅片管绕片机送料装置设计.docx

摘 要随着我国空调、制冷业的发展，对翅片管的需求量日益增加。作为翅片散热管生产的专用设备，翅片散热管绕制机仅靠进口已经不能适应市场竞争的要求。因此有必要借鉴国内、外绕制机的先进技术设计出一种全新的自动绕制机，以适应现在市场的需求。本文从特殊暖气管绕制机的功能要求出发，在查阅大量有关国内、外绕制机文献的基础上，提出了自动绕制机的总体设计方案，确定了该绕制机的绕制原理、加工工艺过程及总体布置等。课题来源于哈尔滨热风机制造厂和哈尔滨理工大学联合研制开发的合作项目。本设计拟解决原有传统的半机械、半手工的绕制方式，提高产品质量的稳定性，增加翅片散热管的绕制品种和规格，降低了操作者的劳动强度，实现了产品螺距的无级调节，并可实现程序管理、参数预设置、自动和手动等功能。能够有效地提高企业的生产效率和自动化程度，提高企业在市场上的竞争力。关键词翅片散热管；绕制机；电动机；轴承。AbstractAlong with development of the air-conditions and refrigeration industry, the requirement for fin tube is increasing. As special product equipment of aliform radiator pipe, it cant adapt the requirement of market competition only by importation. So it is necessary to use advanced technique of demestic and oversea for reference and design a new automatism curling machine to adapting the requirement of market.This paper is Setting out from function request of special caliduct curling machine, After refer to large numbers of books and related literature of curling machine, the design of automatism curling machine is put forward, and its curling principle, technics process and disposal are confirmed. The task roots in the cooperate exploitation item between Harbin sirocco machine produce factory and Harbin university of science and technology. This design will resolve the curling problem of half machining and half handworking, advance the stability of product quality, and increase curling variety and specification of fin radiators, depress labor intension of manipulator, and realize function of stepless adjusting to product pitch, program managing, parameter early-setting, automatism or handworking and so on. It can advance enterprise production and automatization, and enhance enterprise competition on the market.Keywords radiator pipe aliform ; curling machine目录 摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究现状21.2.2 国外研究现状31.3 研究的目的和意义41.4 本文研究的内容4第2章 总体设计62.1 设计要求62.2 绕制原理82.3 工艺流程92.4 总体布置102.4.1 基本要求102.4.2 布置形式及选择112.5 运动计算132.6 动力计算152.6.1 压紧力的计算152.6.2 钢管转动的有效功率162.6.3 总传动效率162.6.4 主运动电机功率172.6.5 进给运动电机功率172.7 本章小结17第3章 主要零部件设计193.1 床身设计193.2 自动上料装置设计203.3 托架设计213.3.1 托架结构213.3.2 托架功用223.3.3 托架工作过程233.4 下料装置设计233.5 绕制装置设计243.6 本章小结25第4章 主要零部件的选择、计算与校核274.1 电机的选择274.2 同步齿形带的计算274.3 齿轮齿条传动294.4 矫正装置中弹簧的设计计算304.4.1 选取材料和确定许用应力314.4.2 计算曲度系数k314.4.3计算钢丝直径d314.4.4弹簧中径D2314.4.5弹簧有效圈数n324.4.6 弹簧的几何尺寸324.5 液压缸设计计算334.5.1 液压缸的设计概述334.5.2 液压缸的计算334.6 轴承的计算与校核354.6.1 寿命计算354.6.2 静载荷计算364.6.3 许用转速验算374.7 本章小结37结 论39致 谢40参考文献40附录1 译文43附录2 英文参考文献46第1章绪 论1.1课题背景本课题来源于哈尔滨热风机制造厂和哈尔滨理工大学联合研制开发的合作项目。哈尔滨热风机制造厂是制造暖风机和组合式空调机组的专业生产厂家，翅片散热管是其主要产品之一。特殊散热器绕制机是生产翅片散热管（以下简称翅片管）的专用设备。翅片管是指金属外表面绕有连续薄带状的螺旋形金属翅片，利用翅片进行热交换的一种换热元件。这种翅片管是目前国内外一致公认的一种新型高效热交换元件，是先进的节能产品，可广泛应用于机械、冶金、石油、化工、电站、汽车、医疗等行业的热交换器及各种散热器、暖风机等设备上。由于我国现有的绕制机多属于半机械半手工的操作方式，生产效率低、产品质量不稳定、产品规格少、不能满足用户日益增长的对产品质量、品种和规格的要求。因此，借鉴国外的先进技术，开发具有自动控制功能的绕制机是一项极具开发潜力的项目。随着工农业的日益发展和人们生活水平的不断提高，能源紧张已成为世界性重大问题之一。世界各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径，而换热器是开发利用和节约能源的有效设备，在传热和余热回收，利用地热，太阳能等方面都离不开换热器。由于翅片管是换热器中最基本、最重要的热交换元件，其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能，因此翅片管的研究倍受重视。现在国内市场上所用的翅片管大致分为两种：一种是在钢管外表面绕有连续薄带状的螺旋形的铝片，这种铝带翅片管是通过钢管转动和铝带的轴向移动使铝带变成螺旋状，进而靠铝带自身的张力紧紧地包裹在钢管上形成的。由于铝带将钢管全部包裹，并且铝带自身的散热效果很好，因此通过钢管的热量全部传给铝带，经过铝带向外部散热，这样就更好的达到了散热的效果，并且增大了散热面积1。另外一种是高频焊螺旋翅片管，其加工原理是在无缝钢管外圆上按一定的螺距缠绕钢带（钢带垂直于钢管外圆的表面），以高频电流作焊接热源，利用高频电流的集肤效应和电热效应，局部加热钢管与钢带的接触面及待焊区，使接触面达到塑性可焊状态，同时在翅片外侧施加顶锻力将接触处的金属氧化物、局部熔化物以及多余的塑态金属挤出，使钢管与翅片材料之间达到固态原子间的结合，从而实现接触面的塑性焊接。这种翅片管的特点是焊接速度快，生产率高，调整方便。但是由于必须要使用高频电源，且高频焊电力消耗大，因此投资较大2。1.2国内外研究现状 1.2.1国内研究现状 60年代初，兰州石油机械研究所和哈尔滨空调机厂共同研制成功了单L型翅片管的绕制机，同时也研制出我国第一台空气冷却器，这标志着我国应用空冷技术时代的开始。该绕制机功能单一，只能绕制单一的L型翅片管，管径和片距均不能任意改变。且操作速度较低，工人劳动强度大，产品不能满足炼油、化工工艺的要求，国家仍需用大量外汇进口急需的空冷器产品。为克服上述被动局面，1966年由兰州石油机械研究所与天津市风机厂合作，对镶嵌式翅片管制造工艺进行了研究。该工艺的研究内容包括翅片管的镶嵌工艺原理、镶嵌设备结构及其工艺过程等。最后试制成功了一台可以镶嵌光管直径25mm、铝翅片外径分别为44、50和57mm的绕制机。通过对镶嵌翅片管的热力学试验表明，这种翅片的制造工艺基本上是成功的，其性能与当时国外同类产品相近。然而，由于多种原因，该研究没有继续进行，成果也未推广使用3。在总结上述两种绕制机研制经验的同时，根据市场需求，兰州石油机械研究所与兰州长征机械厂协作，于1982年制成DL25-38型高速多功能翅片管绕制机。这台绕制机在原理、结构及绕制工艺过程等方面，均吸取了前两种绕制机的成功经验。如在绕片时，无论铝带是镶嵌还是缠绕，都要先冷弯成型。由于翅片在绕（镶）时需承受很大的弯曲应力，故对铝带从材料成分、供货状态、机械性能及制造质量等都有严格的要求。该绕制机吸取这一教训，把铝翅片由纯弯曲状态改为压延、弯曲工艺。即把铝带绕到管上之前，先经过轧头和轧盘之间的挤压和延伸，最后再弯曲缠绕在管子上，使翅片的应力状态和变形点得到改善，从而避免了材料因受拉应力而使其外部边缘发生破坏的现象，这就是该绕制机成功的关键之一。同样，这台高速、多功能绕制机通过更换少数零部件，也可绕制单L、双L、KLM和镶嵌等形式的翅片管。这里还要说明一点，设计绕制镶嵌式翅片管的绕制机，除了要解决管子旋转与翅片压延、缠绕速度同步和匹配的关键技术外，还要使管壁挤槽、缠绕和压紧三道工序外同步进行4。我国绕制机的大量使用从80年代开始，但多数为引进设备。随着我国空调、制冷业的发展，对翅片管的需求量日益增加，作为翅片管生产的专用设备，绕制机仅靠进口已不能适应市场竞争的要求。为此，我国各企业，如无锡雪隆换热器制造有限公司、沈阳汇智精密机械有限公司等，都纷纷开发、研制了适合本企业发展的设备，并取得了较好的经济效益。经过不断的改进和完善，绕制机的性能和各项参数都得到了很大的提高，但这些改进多数都只限于对机械结构的改进，绕制机自动控制能力相对较低1。1.2.2国外研究现状 20世纪初，国外开始应用空冷技术来冷却炼油及化工过程的工艺流体。由于工艺过程的迅速发展，对空冷器翅片管的结构形式提出了多种要求，因此各种翅片管制造设备相继问世。英国、德国、波兰和美国等工业国家，都先后研制出各自的翅片管绕制机并取得了相应的专利。20世纪60年代中后期，美国的麦克埃洛依（Mc-ELROY）公司设计出了改进较大的高速多功能绕制机。法国、英国、德国和日本等许多空冷器制造公司，都使用该公司的绕制机。其特点是：具有完整的机械、电气、气动、润滑、冷却及钢管喷丸等系统，功能多，精度高。随着空分设备制造业的发展，欧美发达国家的空分设备制造企业急需开发新一代空分设备的核心部机换热器，而换热器的核心零件就是翅片，这是制造出高效、节能和先进换热器的关键，而要制造这高精度的翅片必须有专用的翅片成形机。因此研制出能成形高精度翅片的成形机，成为当时各空分设备制造企业要发展和创新换热器的迫切需要5。70年代初期，美国TRIDAN公司就已经开始研制翅片散热管绕制机。目前，该公司生产的翅片换热器冲压生产线为全自动冲压生产线，满足各种换热器翅片的冲压加工，主要有开卷机，过油装置，精密高速压力机，拉料机构，真空吸料集料装置等组成6。日本OKA株式工业会社作为热交换器的专业制造厂家，是日本唯一的能够把绕制机、扁管制管机、组装机、检漏装置等设备组合一体系统性提案的设备厂家。该公司的翅片换热器生产线的主要特点是磁粉阻尼自动控制开卷送料，磁粉阻尼自动控制张力，日本三菱变频调速控制送料，日本三菱交流伺服控制系统，控制高切断精度，刀片原材料采用特殊加工工艺处理，刀具使用寿命长，加工翅片快速稳定，人机界面触摸屏控制操作。该机具有自动开卷、张紧、送料、翅片成型、定波、整型、自动切断等功能7。1.3研究的目的和意义 目前，国产绕制机在市场上并不多见，而且多数都仅限于对机械结构的改进，并没有解决绕制机的自动控制问题，仍满足不了对换热元件的物理结构参数和性能技术参数的要求。国产绕制机与进口绕制机在技术方面有一定的差距。前者精度较低，自动化程度较差，调试困难，生产效率也不高，翅片管制造质量不易保证，故应对其进行技术改造。为了满足国内、国际市场的需求，同时降低国内企业的生产成本，提高企业的市场竞争力，针对国产绕制机的不足，借鉴国外先进技术，在数字化平台上设计出一种新型高效的绕制机。开发后的绕制机功能齐全，使用可靠，根据实际需求，进行绕制工艺和结构设计。在以往研究的基础上进行改进和创新，使绕制机具有全自动控制功能，可实现生产过程的自动化、智能化，稳定加工质量提高企业的自动化程度，提高生产效率和产品加工精度。因此，开发具有自动控制功能的特殊散热管绕制机是一项极具开发潜力的项目，能够产生可观的经济效益和社会效益。该绕制机生产的翅片管的传热效率可提高30%，生产率提高约6倍，直接节约原材料（铝带）15%，从而更好地满足客户对产品的需求。该特殊散热管绕制机的主要性能和要求均可达到国内领先水平，将填补国内相关领域的空白。经调查，全国使用该设备的企业有约上万家，该设备批量生产后，按市场份额的20%30%计算，年产值可达到约7000万元，销售收入约6300万元，利润约600万元，税金可达1070万元，具有可观的经济效益。1.4本文研究的内容 本课题主要是通过对国内外铝带绕制机进行研究的基础上，提出了一种全新的绕制机的设计方案。本方案能够实现绕制机自动上下料、自动传送、自动加工和实现不同的螺距加工等功能，使其加工的产品精度达到更高水平。具体有以下研究内容：1调研，收集相关资料，了解国内外现有设备的工作状况。2根据所设计绕制机的性能要求和绕制原理，对其进行总体设计，初步确定其工艺路线及总体配置，同时进行运动计算和动力计算。3对绕制机各主要零部件进行详细设计，包括床身设计、自动上料装置设计、托架设计、下料装置设计、绕制装置设计。4根据运动和动力计算的结果，进行主要零部件的计算和选择，包括电机的选择，同步齿形带、齿轮齿条、弹簧、液压缸、轴承的设计计算，进而确定其主要结构尺寸。第2章总体设计机械系统总体设计是产品设计的关键，它对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义。机械系统总体设计主要包括机械系统功能原理设计、总体布局、主要技术参数如尺寸参数、运动参数和动力参数的确定及技术经济分析等。由于最终确定的总体设计方案是技术设计阶段的指导性文件，亦即各子系统中所有零部件的结构、形状、尺寸、材质等都是以总体设计方案为依据，所以，设计者在进行此阶段工作时必须大量查找国内、外有关同类产品设计的资料，通过分析、判断、创新，最终获取最有价值的信息以便设计出较理想的总体方案来8。2.1设计要求 由于设计要求既是设计、制造、试验、鉴定、验收的依据，同时又是用户衡量的尺度，所以，在进行设计前必须对所设计产品提出详细、明确的设计要求。任何一个产品的设计要求无外乎都是围绕着技术性能和经济指标来提出，一般主要包括功能要求、适应性要求、可靠性要求、生产能力要求、使用经济性要求和成本要求8。经过不断的改进和完善，国产绕制机在翅片管形式及其他主要参数、规格方面已取得长足进步，但就总的技术性能和经济指标来说，与国外绕制机相比还有较大差距。为了改变我国现有绕制机产品技术落后、生产效率低等状况，同时提高企业自动化程度、提高企业的市场竞争力，在对国内外绕制机进行调查研究的基础上，借鉴国外先进技术，提出一种全新的绕制机设计方案。其总体要求主要表现在以下几个方面：1实现不同管径和长度钢管绕片的自动控制和铝带螺距的无级调节。2用自动控制系统代替原来的手工操作，提高加工精度。3通过自动控制，减少人为操作造成的误差。4减少工人劳动强度。表2-1 翅片管技术参数管径(D)mm管长(L)mm片长(B)mm螺距(t)mm翅片高(h)mm251235717.52.515.5293.015.0293.514.52914.52.512.5293.012.0293.511.52912.52.510.5293.010.0293.59.529211235717.52.515.5293.015.0293.514.52914.52.512.5293.012.0293.511.52912.52.510.5293.010.0293.59.529161235717.52.515.5293.015.0293.514.52914.52.512.5293.012.0293.511.52912.52.510.5293.010.0293.59.5292.2绕制原理 铝制螺旋翅片散热管是螺旋变形铝带以一定的螺距绕制在基管上，并通过适当的联接方法使二者联接起来，达到增大热交换面积的目的。一种粘接的方法是在基管上切槽后，将铝带放入，再将基管上槽的两侧机械挤压而发生塑性变形；另一种是铝翅片通过机械式挤压实现绕制。后一种方法，铝带在绕制过程中不仅发生塑性变形，而且还利用材料的弹性变形使得基管与铝翅片通过内应力达到联接的目的。该方法生产成本低廉，易于加工9。绕制铝制翅片管的成型方法如图2-1所示。将裁好的条形铝带送入轧盘与基管形成的间隙中，通过基管的旋转运动和相对轧头的轴向运动使铝片以空间螺旋状缠绕在基管上。调节轧头上弹簧的伸缩长度可控制轧制力的大小及不同管径翅片管的轧制。翅片在绕制过程中是由直线状态被轧盘强制挤压成空间螺旋面，因而塑性变形情况复杂。但由于铝片与钢管相比，其刚度较小，易于成型，因此对钢管的几何精度影响不大，且实现起来比较容易。铝翅片基管图2-1 铝制翅片管成型原理矩形直铝带经加工后的变形见图2-2。其外侧塑性变形大，内侧小，从而铝带形成环状，内孔在设备工艺条件的限制下与被加工的管子紧密结合。加之基管旋转运动和直线运动的合成，使铝带形成所要求的螺旋形状10。图2-2 铝带加工后的变形2.3工艺流程 工艺流程决定了产品的加工路线，零件的加工方法，从而决定了采用什么样的设备及工装。良好的、合理的工艺流程，是保证和提高产品质量的重要环节。工艺流程必须将质量摆在首位，否则，该工艺流程生产的件数再多也是无用的，也就是说，没有质量就没有数量。如果生产零件的质量提高了，它的性能、耐用度好了，废品率降低了，实际上也相当于增加了产量，这说明质量可以转化为产量。另一方面，零件的质量必须通过一定的数量来体现，因为任何质量都表现为一定的数量，没有数量也就是没有质量。若工艺流程导致产量极低，即使质量很高，仍是不能完成生产任务的。由此可见，质量和产量是各以对方的存在为条件，并且它们之间又有相互对立的。例如，某一正常的工艺流程，若在生产条件（如设备工艺装备,人的操作水平等）不变的情况下，要求产量提高一倍，这就势必使工人劳动强度加大，导致零件的废品率增加，质量下降，同样，如果在生产条件不变的情况下，提高质量要求，也势必使生产效率下降而废品率上升，在产品结构设计合理先进的条件下，工艺流程的编制必须要较好地解决好产量和质量的关系，才能使企业的生产得到发展，经济效益得到提高。先进合理的工艺流程可以使企业处于较好的运转过程，并充分利用企业的资源，从而提高劳动生产率，创造满意的经济效益11。针对本课题现有资源情况，在满足零件结构、性能的条件下，同时兼顾最大程度地利用资源，初步拟定工艺流程如图2-3所示。装片送片预折定位夹紧粗定位送管上管 人工拿走下料断片绕片 图2-3 绕制机工艺流程2.4总体布置2.4.1基本要求机械系统的总体布置应从保证其主要性能出发，在总体设计和各总成部件设计的密切配合下，根据使用要求及功能分配来协调各总成的性能，并确定和控制它们的位置、尺寸和重量。总体布置必须要有全局观点，不仅要考虑机械本身的内部因素，还要考虑人机关系、环境条件等各种外部因素，其基本要求如下12,13：1保证工艺过程的连续和流畅 这是总体布置的最基本要求。必须确保运动零部件的安全空间，保证前后作业工序的连续和流畅，以及能量流、物料流和信息流的流动途径合理。2降低质心高度、减小偏置 如果机械的质心过高或偏置过大，则可能因扰力矩增大而造成倾倒或加剧振动；对于固定式机械也将影响其基础的稳定性。所以，在总体布置时应力求降低质心，尽量对称布置，减小偏置，同时还必须验算各零部件和整机的质心位置，控制质心的偏移量。3保证精度、刚度和抗振性等要求 机械刚度不足及抗振性不好，将使机械不能正常工作，或使其动态精度降低。为此在总体布置时，应重视提高机械的刚度和抗振能力，减小振动的不利影响。4充分考虑产品系列化和发展要求 设计机械产品时不仅要注意解决存在的问题，还应考虑今后进行变型设计和系列设计的可能性，及产品更新换代的适应性等问题。对于单机的布置还应考虑组成生产线和实现自动化的可能性。5结构紧凑，层次分明 为使结构紧凑，应注意利用机械的内部空间，如把电动机、传动部件、操纵控制部件等安装在支承大件内部。为使占地面积缩小，可用立式布置代替卧式布置。6操作、维修、调整简便 为改善操作者的工作条件，减少操作时的体力及脑力消耗，应力求操作方便舒适。在总体布置时应使操作位置、修理位置和信息源的数目尽量减少，使操作、观察、调整、维修等尽量方便省力、便于识别，以适应人的生理机能。7外形美观 机械产品投入市场后给人们的第一个直觉印象是外观造型和色彩，它是机械的功能、结构、工艺、材料和外观形象的综合表现，是科学与艺术的结合。设计的机械产品应使其外形、色彩和表观特征符合美学原则，并适应销售地区的时尚，使产品受到用户的喜爱。为此，在总体设计布置时应使各零部件组合匀称协调，符合一定的比例关系，前后左右的轻重关系要对称和谐，有稳定感和安全感。外形的轮廓线最好由直线或光滑的曲线构成，有整体感。2.4.2 布置形式及选择 机械系统总体布置的基本类型：按主要工作机构的空间几何位置可分为平面式、空间式等；按主要工作机械的布置方向可分为水平式（卧式）、倾斜式、直立式和圆弧式等；按原动机和机架相对位置可分为前置式、中置式、后置式等；按工件或机械内部工作机构的运动方式可分为回转式、直线式、振动式等；按机架或机壳的形式可分为整体式、剖分式、组合式、龙门式和悬臂式等；按工件运动回路或机械系统功率传递路线的特点可分为分开式、闭式等。为使绕制机具有最良好的使用性能，同时考虑到其加工特点，此次设计的绕制机采用卧式布置形式。其主要特点如下：1 同侧上下料，节省操作空间。2 由于机身低，对于安置的厂房无高度限制。3 由于机身低，上、下料方便，维修方便。4 外形美观，结构合理、紧凑，操作灵活、可靠。绕制机总体布置如图2-4所示，它主要由床身、上料装置、托架、加工装置、下料装置、矫正装置等部分组成。1床身 2机头定架 3机头动架 4送片装置 5碾压机构 6主轴箱 7托架8尾架9上料机构10上料机架11下料斜梁图2-4 绕片机的总体布置2.5运动计算机床的各种运动是由相应的传动链完成的。通常机床有几种成形运动，就有几条传动链。根据传动联系的性质不同，传动链可分为内联系传动链和外联系传动链。传统的进给运动系统和主运动系统多采用一个电动机，执行件之间采用大量的齿轮传动，以实现内（外）传动链的各种传动比要求。所以它们的传动链很长，结构较为复杂14。20钢管外表面缠绕翅片形成的螺旋线的成形运动是一个复合运动，它由钢管的回转运动B11和进给的直线运动A12组成（见图2-5），两个简单运动B11与A12之间应保证严格的运动关系。在传统的设计方法中，通常将B11和A12用内联系传动链直接联系起来，以保证其运动关系。利用内联系传动链传动虽然具有传动比准确的优点，但其螺距调整困难、传动系统结构复杂、设计制造周期长、及成本较高，因此本设计采用了两台独立电动机调速的传动链分别驱动，如图2-5所示。该调速系统由数控系统来保证钢管与进给之间准确的速比关系，使钢管转动一周轧头准确地移动一个导程。0.20kW3000r/mini减=21 m =1.5720.85kW1500r/minB11A12图2-5 绕制机运动传动系统图交流调速电动机的功率和转矩特性如图2-6所示。绕制机中主运动和进给运动电动机均要求恒转距输出，即应使得电动机的工作转速n电小于等于额定转速nd，且大于最低转速nmin。电动机转速（r/min）功率P（kW），转矩T（Nm）nmaxndnminPT图2-6 交流调速电动机的功率和转矩特性根据绕制机的工作特性要求，其基本参数确定为1主运动 主运动是由主运动电机通过同步齿形带带动钢管旋转，所以主运动转速n主为 （r/min） （2-1）式中 n电主主运动电机转速（r/min）； Z1 小带轮齿数（齿）； Z2 大带轮齿数（齿）2进给运动 进给运动是由进给运动电机通过齿轮齿条传动，把电机的旋转运动转换成所需的直线运动，所以进给速度VS为 （mm/min） （2-2）式中 n电进进给运动电机转速（r/min）； i减 减速器传动比； Z 齿轮齿数（齿）；m 齿轮模数3螺距 翅片管的螺距S可表示为 （mm/r） （2-3）根据翅片管的技术要求，S值分别为2.5mm/r、3mm/r、3.5mm/r。4电机转速比 电机转速比i可表示为 （2-4）当S =2.5mm/r时，i=0.07，即主运动电机转速为1500r/min时，进给电机转速为105r/min；当S =3mm/r时，i=0.084，即主运动电机转速为1500r/min时，进给电机转速为126r/min；当S =3.5mm/r时，i=0.098，即主运动电机转速为1500r/min时，进给电机转速为147r/min。2.6动力计算 各种传动件的参数都是根据动力参数设计计算的。如果动力参数选得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力；如果参数定得过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通过调查、试验和计算的方法进行确定14。2.6.1压紧力的计算 为防止打滑，同时克服铝带屈服变形产生的屈服抗力，摩擦轮与钢管之间必须有足够的法向压力。法向压力是由对摩擦轮所施加的外力FQ产生的，力FQ称为压紧力。为了顺利完成铝带在钢管上绕制，同时保证绕制质量，必须使钢管转动的圆周力应大于等于铝带的屈服抗力，即FQ （N） （2-5）式中 法向压力（N）； 屈服抗力（N）； 摩擦副材料的摩擦系数为了保证传动的工作可靠性和考虑到载荷的不稳定性，引入一载荷系数K。将K代入到式（2-5）中可得FQ （N） （2-6）式中 K载荷系数，对于功率传动，K=1.251.5， 间歇工作，载荷不的取小值，载荷较大的取大值，连续工作10h以上的在加大30%50%；对于仪器传动，K=23。铝带由断面为矩形的直带被挤压成空间螺旋形状的过程，是断面不均匀应变的结果。由塑性变形的力学知识可知，这里的应力即该种铝带的屈服变形极限，因此屈服力F为 （N） （2-7）将式（2-7）代入式（2-6）可得则压紧力FQ为 FQ =FN = （N） （2-8）2.6.2钢管转动的有效功率 钢管转动的有效功率可计算为 （kW） （2-9）式中 F 钢管转动所需驱动力（N）；D 钢管直径（mm）；钢管转速（）2.6.3总传动效率 根据传动系统图可知，主运动传动系统的总传动效率可表示为14 （2-10）式中 键传动效率，取=0.99； 带传动效率，取=0.96；滚动轴承效率（一对），取=0.98将以上参数代入式（2-10）中可得 2.6.4主运动电机功率 根据绕制机主传动系统的实际工作情况，其主运动所需功率为14 （kW） （2-11）由计算选择主电动机功率为0.85kW。2.6.5进给运动电机功率 根据绕制机进给传动系统的实际工作状态，其进给运动所需功率表示为14 （kW） （2-12）式中 移动部件的质量，； 重力加速度，； 移动速度，； 进给传动系统的总机械效率，一般取；当量摩擦系数，滚动导轨15 将以上参数代入式（2-12）中可得 （kW）由计算选择进给电动机功率为0.2kW。2.7本章小结本章在介绍绕制机的总体设计要求基础上，确定绕制机的绕制原理和工艺流程，同时提出绕制机的总体设计方案，确定其系统的组成。根据绕制机总体布置要求，选择其布置形式，阐述卧式布置的特点。根据绕制机性能要求，确定其基本参数，进而进行相关动力计算，确定主运动电机和进给运动电机功率。第3章主要零部件设计3.1床身设计3-1图3-1 床身截面形状绕制机床身所受的载荷主要是压力和弯矩，其中弯矩是最主要的。针对其所受载荷，本次床身设计有如下特点：1足够的自身刚度 由于床身变形主要是弯曲变形，这与截面形状（惯性矩）有密切关系。为了提高其弯曲刚度，床身设计时采用矩形截面，同时合理布置隔板。2足够的局部刚度 局部变形发生在载荷集中之处，为了提高床身的局部刚度，设计时布置了若干加强筋。3重量轻 在保证床身具有足够的自身刚度和局部刚度的同时，为了减轻其的重量，设计的钢板厚为6mm。4便于加工 由于该床身长达9m，为了方面加工，在床身设计时采用分体设计，即把其分成两段设计，中间通过联接立板和联接镶板固定。3.2自动上料装置设计5在自动上料装置中，为保证被加工的钢管在一定的时间间隔内，按照先后顺序合理完成上料过程，设计中使用了一种特殊的摆动轮结构见图3-2。它主要由摆动液压缸、转摆、分料板、导料板、上料支架、可调支承座和支承横梁等部分组成。1764321分料板 2转摆 3上料支架 4导料板 5钢管 6可调支承架座 7摆动液压缸图3-2 自动上料装置该结构利用液压缸、转摆及分料板相结合构成一套摆动式自动分管、送管机构。分料板的结构有它自身的特点，当送管开始时液压缸开始动作，通过其活塞端部的铰关节和转摆使分料板转动，利用分料板上的分料凹槽带动第一根钢管进行送料，而分料板上的圆弧面能挡住后一根钢管输送，当分料板旋转到规定角度时，钢管就会依靠重力沿着导料板滚动到待加工位置，然后分料板在液压缸的作用下又重新回到起始位置，第二根钢管在重力作用下进入分料板的分料凹槽内，这样就完成了一个上料工作过程。分料板所摆动的角度可由液压缸的行程来调节。结构中，为了保证让钢管能够在上料支架上自由向前滚动，设计有可调支承座用来调整上料支架的倾斜角度，（角度约为810）。如果上料支架的倾斜角度过大，钢管往下滚动的速度就会过快，这样就会导致多个钢管滚入分料板的分料凹槽而发生钢管的重叠现象；相反，其倾斜角度过小，钢管往下滚动的速度会非常缓慢，甚至可能会不滚动，这样就会迫使钢管全部滞留在上料支架上无法进入分料板的分料凹槽。如果出现上述两种情况，就不能完成所需要的上料过程，从而延误整个机构的运行状态。因此，在自动上料装置的设计中，为使得钢管支架结构简单，其支架均是采用国家标准的槽钢材料，并且其斜度可以进行人工调节，这样既能简便机械结构，又能更好的达到预期效果。最重要的在本论文设计中能够实现几个摆轮的同步性。这样就避免了钢管在机构中由于挤压而堵塞通道。有一些传统的上料装置结构相对于本文所设计的方案就要复杂些，它是靠电机跟转动轮结合来完成上料。因此，如需要加工过长的钢管，就需要一个电机带动多个转动轮，这样转动轮之间会产生扭矩，并且很难达到同步性。此外，从经济方面考虑，步进电机比较昂贵，对于整个装置的造价来说，就相对比较高。所以本文所设计的上料装置比传统的设计方案更具有实用性，并且能够更好的实现所要完成的功能。3.3托架设计3.3.1托架结构 托架如图3-3所示，主要由导向上体固定架、上半导向体、下半导向体、V型座、摆动液压缸、升降液压缸、支承座体等构成。在托架的设计过程中采用了液压缸和浮动支承托架结合方式，托架上设置有两个半圆形的装置，即上半导向体和下半导向体。上半导向体能够在摆动液压缸作用下转动而实现开合运动，下半导向体固定在V型块上。74321651上导向体铰支座 2上半导向体 3下半导向体 4V型座5摆动液压缸 6升降液压缸 7支承座体图3-3 托架3.3.2托架功用 3.3.2.1辅助完成上、下料 钢管由自动上料装置传送到下半导向体后，升降液压缸开始往上托起整个支架，使机器两端的顶尖对钢管进行轴向固定，等待加工。当整根钢管都加工完后，升降液压缸工作使托架下移，将翅片管带到下料装置。3.3.2.2减少翅片管绕制过程中的挠曲变形、振动 钢管被绕上翅片后，由于钢管的转动速度