機械畢業(yè)設(shè)計（論文）三輥導(dǎo)向裝置設(shè)計【全套圖紙】VIP

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題 目：三輥導(dǎo)向裝置設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 號：0704103329專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班 級：機07-3班 指導(dǎo)教師： 三輥導(dǎo)向裝置設(shè)計摘要畢業(yè)設(shè)計的題目是三輥導(dǎo)向裝置。該設(shè)備是無縫鋼管生產(chǎn)線上的一個重要的設(shè)備，處于穿孔機的后臺工作階段，對穿孔出來的鋼管起到導(dǎo)向定心的作用。主要要求定心的精度較高，以便以后的加工。具體功能是：穿孔機抱緊頂桿，保證頂頭位于軋制中心線，起導(dǎo)向作用，其定心作用。這個題目我們分兩位同學(xué)同時進行，我的說明書所包括的內(nèi)容是：無縫鋼管的工藝簡介及生產(chǎn)方法，設(shè)計方案的選擇確定，杠桿機構(gòu)設(shè)計分析，液壓缸的選擇與校核，對三輥定心

2、裝置的改進。關(guān)鍵詞：無縫鋼管；機構(gòu)設(shè)計；校核； design of three-roller guidesabstract graduation is the subject of three roller guides. the seamless steel pipe production line equipment is an important device in the background session punch, punch out on the play-oriented steel centering effect. high precision centering th

3、e main requirements for subsequent processing. specific functions are: hold punch ejector to ensure the head is located in the rolling center line, from the guide, its centering. we divided the subject two students at the same time, i included the manual are: introduction and process seamless steel

4、tube production methods, determine the choice of design, lever mechanism design and analysis, selection and check the hydraulic cylinder, the three roll centering device.key words: seamless steel tube; mechanism design; check目錄三輥導(dǎo)向裝置設(shè)計i摘要idesign of three-roller guidesiiabstractii第一章 概述11.1無縫鋼管生產(chǎn)工藝簡介

5、11.2熱軋無縫鋼管生產(chǎn)方法11.2.1自動式軋管機11.2.2周期式軋管機組21.2.3連續(xù)式軋管機組31.2.4三輥式軋管機組41.2.5頂管機組51.3穿孔機簡述6第二章 設(shè)計方案分析及校核82.1設(shè)計題目和參數(shù)82.2方案選擇92.2.1方案一92.2.2方案二102.2.3方案三112.3機構(gòu)分析122.3.1機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)122.3.2機構(gòu)運動分析132.3.3三輥開口度控制機構(gòu)142.4部分零件的運動分析和計算152.4.1拉板1的運動分析152.4.2拉板1的計算182.4.3 杠桿1的分析計算232.4.4 杠桿3的受力分析和強度校核242.4.5 固定杠桿1、2的軸的設(shè)計與校

6、核322.5 輥子的參數(shù)選取及棍子上軸的校核34第三章液壓缸的選擇與校核423.1液壓缸主要參數(shù)的確定423.2 液壓缸結(jié)構(gòu)的選. 473.3 活塞桿及活塞桿的設(shè)計校核. 47第四章 三輥定心裝置電液控制系統(tǒng)的設(shè)計504.1前言504.2三輥定心裝置結(jié)構(gòu)和工作原理504.3三輥定心裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計514.4結(jié)論53結(jié)束語54參考文獻55附錄：56軸承壽命校核程序57第一章 概述1.1無縫鋼管生產(chǎn)工藝簡介 無縫鋼管生產(chǎn)開始于德國曼內(nèi)斯兄弟1886年發(fā)明二輥式斜軋穿孔機。用穿孔機將實心坯穿成空心坯，為制造無縫鋼管創(chuàng)造了條件。18911892年周期軋管機相繼出現(xiàn)，使空心坯軋成無縫鋼管成為現(xiàn)實。此后

7、又發(fā)明了自動軋管機、三輥軋管機、連軋管機等制管設(shè)備。 與其他軋材的生產(chǎn)過程相比，無縫鋼管的生產(chǎn)過程具有工藝方法多、生產(chǎn)工序多、設(shè)備多樣化等特點。但就其變形過程來講，可概括為兩步工序，一為將實心坯穿成空心坯，一為將空心坯穿成鋼管。空心坯的制造方法有兩種:一是斜軋穿孔法，二是壓力穿孔法。前者多用于自動軋管機組。連軋管機組、三輥軋管機組和舊式的周期軋管機組；后者多用于頂管機組、擠壓機組、限動心棒連軋管機組和新式的周期軋管機組。各種軋管機組中，穿孔和軋管兩道工序的變形量分配是不同的，有的變形主要在穿孔機上，有的則在軋管機上。 斜軋穿孔法是無縫鋼管生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法，而二輥斜軋又是廣為流行的形式。從

8、二輥斜軋機發(fā)明以來，技術(shù)上根本性的改進不多。到了本世紀六十年代，為提高產(chǎn)量和改善質(zhì)量，廣泛采用大送進角、水冷頂頭、軸向出料、頂推穿孔等新技術(shù)。七十年代又出現(xiàn)了立式穿孔機、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤和頂桿循環(huán)等。在壓力穿孔方面，近年出現(xiàn)了推軋穿孔機，用方坯生產(chǎn)空心坯。國外也有用鑄造空心坯為原料直接鋼管的。 1.2熱軋無縫鋼管生產(chǎn)方法1.2.1自動式軋管機自動式軋管機是瑞士人斯蒂芬爾于1903年發(fā)明的，1906年建立第一套機組。是目前熱軋無縫鋼管生產(chǎn)的主要方法之一。它由軋輥主傳動裝置、工作機座、軋管機前臺、回送裝置、軋管機后臺組成。自動軋管機的工作機座為二輥不可逆式縱軋機，其特點是在工作輥的后設(shè)置一對高速反向的回送

9、輥。同時為了滿足軋后的荒管回送到前臺的需要，設(shè)有上工作輥和下回送輥快速升降機構(gòu)。軋管時，頂頭由頂桿軸向支持在軋輥圓形孔中構(gòu)成環(huán)形孔形。由穿孔機或延伸機送來的毛管通常要在自動軋機上軋制兩道成荒管。每軋一道后，需要快速提升臺上工作輥以打開軋輥孔型，同時下回送輥同步快速提升以夾持軋后荒管，而將其快速回送到軋管機前臺。然后將工作輥恢復(fù)到原工作位置，而回送管恢復(fù)到打開位置?；厮偷角芭_的荒管需翻90后，再在同一軋輥孔型進行第二道軋制。而經(jīng)第二道軋制回送到前臺的荒管，由翻料裝置移出自動軋管機軋制線進入下一工序的軋制（勻整）。下一根毛管軋制重復(fù)上述過程。毛管在自動軋管機上軋制兩道次的變形量分配，通過兩道頂頭的

10、直徑的大小來調(diào)節(jié)。1.2.2周期式軋管機組周期式軋管機是一臺普通的二輥型鋼軋機，兩個軋輥座不可逆連續(xù)傳動。這種軋管機工作時，空心毛管中穿上一根跟直徑接近成品管內(nèi)徑的長芯棒。周期式軋管機的軋管上車有變斷面的軋槽。整個軋槽可分為三部分：（1）工作錐：約占整個軋槽的六分之一至四分之一。在這段變形區(qū)中依靠變直徑：變斷面槽將毛管由開始咬入時的直徑和壁厚壓縮成出軋管機后的毛管尺寸，它擔(dān)負了周期式軋管機的主要變形任務(wù)。（2）壓光（定徑）段：約占整個軋槽的四分之一至三分之一。這一段軋槽底部直徑是不變的，任務(wù)是把幾個工作循環(huán)中被工作錐壓縮過的毛管進一步壓光，是毛管脫離這一區(qū)域后能達到接近成品管的要求。（3）非工

11、作帶：這一段軋槽保證未經(jīng)軋管機軋制的毛管不與軋輥接觸，使毛管順利通過由兩個軋輥所構(gòu)成的孔型。在周期式軋管機上，軋管過程大致可分為以下幾個階段：當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)到軋槽的非工作帶時，由于孔型高度比毛管外徑大，軋機的送料機可以將毛管送進一段。送進動作結(jié)束后，軋輥轉(zhuǎn)到孔型尺寸較小的工作錐，毛管被咬入。由于軋槽尺寸在這一段內(nèi)是變化的，所以，毛管逐漸被碾薄，與此同時，毛管和芯棒會隨著軋輥的轉(zhuǎn)動而朝著與送進方向相反的方向后退直到軋輥又轉(zhuǎn)到非工作帶為止。當(dāng)軋輥再次轉(zhuǎn)到非工作帶時，第一工作循環(huán)結(jié)束。這時送料機再度前進，它除了把第一工作循環(huán)中已軋完的一段毛管退回外，還要往前多送一段尚未加工過的毛管。為了使毛管外圓規(guī)整些，

12、再送回已軋完的一段毛管的同時，送料機還能繞其自身軸線翻轉(zhuǎn)90左右。周期式軋管機就是這樣周期性地軋一段毛管，再送進一段毛管，把一根毛管漸漸軋完。因此，對每一段毛管來說，在這種軋機上要經(jīng)若干的工作循環(huán)后才能得到最終的尺寸。正是因為這樣，周期式軋管機的延伸系數(shù)較大，可達1012，最大可達16，而自動軋機的延伸系數(shù)一般不超過2.0.周期式軋管機的延伸系數(shù)較大，因此，通常采用小錐度圓鋼錠或多邊形鋼釘作坯料。鋼錠經(jīng)清理、加熱后用穿孔機軋成厚壁毛管，再用周期式軋管機軋制。毛管軋完后用熱鋸切去頭、尾，再經(jīng)加熱后送定徑機定徑。經(jīng)過定徑后的成品管在冷床上冷卻后送矯直機矯直。矯直后的鋼管進行其他精整工序，然后檢查入

13、庫。某些大直徑鋼管為了保證內(nèi)表面光滑，不經(jīng)過定徑而直接精整。周期式軋管機組的產(chǎn)品范圍：小型機組生產(chǎn)鋼管外徑為48140mm，壁厚為2.2515mm；中型機組生產(chǎn)鋼管外徑為140273mm或325mm，壁厚為535mm的鋼管；大型外徑為219426mm，有些機組可達665mm，壁厚為650mm或50mm以上的鋼管。周期式軋管機組突出的優(yōu)點是:可以利用鋼錠直接生產(chǎn)無縫鋼管；其次是整個車間的機械設(shè)備較少，投資省。但是，周期式軋管機的工具復(fù)雜，因此，在一套機組上所能生產(chǎn)的鋼管品種是有限的。另外，用鋼錠直接生產(chǎn)的鋼管固然是一個突出的優(yōu)點，但同時他也帶來了這能生產(chǎn)碳素鋼管的缺點。近年來為了彌補這一缺點，有

14、些廠采用軋制或鍛造鋼坯，利用積壓水壓機穿孔，以便生產(chǎn)合金鋼管。綜上所述，周期式軋管機組目前主要用來生產(chǎn)一些石油工業(yè)用的大、中型無縫鋼管和大直徑厚壁管。1.2.3連續(xù)式軋管機組連續(xù)式軋管機組在軋管前的幾個工藝環(huán)節(jié)和所用設(shè)備與自動軋管機組基本一樣。連續(xù)式軋管機是由七架或九架類似的定徑機構(gòu)二輥軋機構(gòu)成。在連續(xù)式軋管機上，毛管套在長度與成品管相近似的長芯棒上，靠軋孔的孔型和長芯棒減壁。由于孔型是橢圓的，而且軋機的配置保證相鄰的兩架軋機是成90交替的壓縮軋件，所以出連續(xù)軋機后，毛管和芯棒間有1毫米左右的間隙?？梢杂面準匠樾景魴C把芯棒從毛管中抽出芯棒后，再經(jīng)過加熱爐加熱，然后送到定徑機或減徑機作進一步的加

15、工。為了擴大連續(xù)式軋管機組的產(chǎn)品范圍，提高產(chǎn)量，近年來在這種軋機組中廣泛應(yīng)用張力減徑機。減徑后鋼管的最小直徑可達16.5mm，長度可達40120m，減徑后用飛鋸或飛剪切斷。連續(xù)式軋機組的優(yōu)點：1. 軋制速度高。連續(xù)式軋管機的出口速度可達每秒6米；連續(xù)式軋管機組的生產(chǎn)過程全部是機械化，小時產(chǎn)量高達1500根，比自動軋機組生產(chǎn)同規(guī)格的產(chǎn)品時提高34倍。2. 可以用熱軋方法生產(chǎn)其他熱軋管機組所不能生產(chǎn)的薄壁管（最薄可達2mm）。生產(chǎn)的鋼管壁厚精度高達10%。3. 主要變形任務(wù)由連續(xù)試軋機完成，穿孔變形量小，毛管厚，穿孔缺陷少。同時可以生產(chǎn)合金鋼管。 連續(xù)式軋機組的缺點是：需要大量軋輥和長芯棒；工具磨

16、損快，換鋸和調(diào)整時間多；產(chǎn)品品種范圍小。適用于生產(chǎn)尺寸規(guī)格較少，產(chǎn)量要求高的無縫鋼管。目前這種機組主要生產(chǎn)直徑為40168mm，壁厚為215mm，長度為740mm的無縫鋼管。1.2.4三輥式軋管機組三輥式軋管機組的工藝流程和連續(xù)式軋管機組大體上相同，不同的只是軋管工序。三輥式軋管機在垂直毛管中心線的平面內(nèi)有三個相同相互間隔120的軋輥，三個軋輥作同向轉(zhuǎn)動。在通過軋輥軸線和毛管中心線的平面內(nèi)，每一個軋輥中心線與毛管中心線成7夾角，稱為碾軋角；在與上述平面垂直的品面內(nèi)，軋輥中心線與毛管中心線間成39角，稱為送進角，送進角即使毛管回轉(zhuǎn)又使毛管前進成螺旋運動，送進角的大小決定毛管前進速度的大小。碾軋角

17、的大小決定長芯棒與軋輥表面的孔型尺寸，即調(diào)節(jié)變形過程和鋼管尺寸。三輥軋管機組的優(yōu)點可歸納為：1.三輥軋管機靠三個相互間隔120的軋輥和圓柱型長芯棒軋管，毛管在軋制工程中增多了與軋輥接觸的機會，因此生產(chǎn)的鋼管尺寸精度高，直徑公差不超過0.5%，壁厚公差為0.3%，比其他方法生產(chǎn)的熱軋無縫鋼管精度提高11.5倍。2. 三輥式軋管機只要改變?nèi)齻€軋輥的間距和更換長芯棒，即能迅速改變鋼管規(guī)格。由于三輥式軋管機的調(diào)整時間少，因而生產(chǎn)效率高。穿孔變形量小，一般穿孔延伸系數(shù)只有1.52.2，因而可生產(chǎn)高合金鋼管。三輥式軋管機組的主要缺點是需要準備大量各種規(guī)格的長芯棒。針對上述缺點，三輥式軋管機組最適于生產(chǎn)尺寸

18、精度高，產(chǎn)品批量不大，但尺寸規(guī)格較大，需要經(jīng)常調(diào)整軋機的各種厚壁管。例如生產(chǎn)滾動軸承鋼管等。一般三輥軋管機組生產(chǎn)直徑為40200mm，長達612m的各種碳素鋼、合金鋼及高合金鋼管。三輥式斜軋機的三個軋輥構(gòu)成一個接近于全封閉的變形區(qū)，各種變形區(qū)有利于軋制變形，故近年來已采用與三輥軋管機結(jié)構(gòu)相似的三輥穿孔機，以改善穿孔質(zhì)量，主要用于穿軋合金鋼坯。1.2.5頂管機組頂管機組可生產(chǎn)直徑57219mm，壁厚為2.515mm，長達810m的碳素鋼和合金鋼管。頂管機組以熱軋方坯為原料，加熱后用400700噸立式或臥式水壓機沖成環(huán)形管。方坯在擠壓筒中以四個棱角和擠壓筒接觸。為了提高環(huán)形毛管的精度，在新式頂管機

19、組中，沖孔前增設(shè)一臺400600噸立式水壓機校正方坯的對角線尺寸和錐度。環(huán)形毛管經(jīng)再加熱后送到頂管加工。為了提高鋼管的尺寸精度，使毛管壁厚均勻，近年來在頂管機前增設(shè)一臺二輥式毛管延伸機。延伸機的工作原理和穿孔機、勻整機一樣。杯型毛管套在頂管的機芯棒上，靠齒輪齒條機構(gòu)將毛管頂過按順序排列的?？?。?？椎目倲?shù)可達21個，每個模孔的延伸系數(shù)為1.021.23，因此頂管機的總延伸數(shù)可達715。在頂管機上，毛管應(yīng)該經(jīng)常同時在兩個?？字泄ぷ?，在頂管結(jié)束時可以同時在三個?？字泄ぷ?。在新式頂管機中為了減少?？椎哪p和提高鋼管的質(zhì)量，采用輥式模具，每個模具由三個或四個棍子構(gòu)成。采用輥式模具后，每一模具的延伸系數(shù)可

20、提高到1.53左右。經(jīng)過頂管機定制后，毛管和芯棒一起送到勻整機。經(jīng)過勻整后，毛管直徑擴大了，毛管與芯棒間產(chǎn)生24mm間隙，在芯棒機上很容易將芯棒抽出。抽掉芯棒后，用熱鋸切去環(huán)形毛管的底部，然后送到定徑機或張力機減徑機軋制，最后進行精整工序。用頂管機組生產(chǎn)的鋼管質(zhì)量，特別是內(nèi)表面質(zhì)量較高；另一個優(yōu)點是設(shè)備比較簡單，初投資較少。缺點是金屬耗能系數(shù)較高，一般在自動軋管機組的金屬消耗系數(shù)為1.11.15；生產(chǎn)效率比常用的機組都低，只適用于規(guī)模較小的企業(yè)。坯料用環(huán)形轉(zhuǎn)底爐或感應(yīng)爐加熱后，先用450900噸立式水壓機穿孔。接著將空心毛管送入鹽浴爐，一方面為了再加熱，另一方面為了去除氧化鐵皮。然后將空心毛管

21、送到臥式水壓機，此時先在水壓機擠壓筒襯套中和芯棒上涂好潤滑劑，在坯料后面放上擠壓墊，然后用沖頭將坯料送入擠壓筒，再將坯料從芯棒和擠壓模所構(gòu)成的模孔中擠出,形成鋼管。當(dāng)殘料長度達到3040mm時，沖頭停止工作。隨后，擠壓筒后退，以便熱鋸切去殘料。水壓機擠出的鋼管根據(jù)需要可送定徑機定徑或減徑機減徑。有些機組中采用立式機械壓床擠管，由于機械壓床的沖頭是用曲柄連桿機構(gòu)帶動的，在擠壓過程中沖頭速度是變化的，所以不能生產(chǎn)低塑性的特殊合金鋼管和高合金鋼管。 擠管機組的優(yōu)點是：由于擠壓時坯料受三向壓應(yīng)力，因此，可以加工各種用其他方法不能生產(chǎn)的低塑性、難變形的合金和高合金鋼管；擠管機組中更換工具比較容易，使用生

22、產(chǎn)小批量、多品種的鋼管；可以生產(chǎn)異形材和異形鋼管，也可生產(chǎn)復(fù)合金屬管。擠管機組的缺點是輔助時間長，生產(chǎn)效率比較低。1.3穿孔機簡述穿孔機是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中最重要的變形工序。它的任務(wù)是將加熱好的實心管坯穿制成要求的幾何尺寸和內(nèi)外表面質(zhì)量的毛管。以供下一步工序軋制。同時保證相應(yīng)的穿孔速度和軋制周期，來適應(yīng)整個機組的生產(chǎn)節(jié)奏。 近幾年來，盤式穿孔機和菌式穿孔機在許多鋼管廠采用。盤式穿孔機把原來水平并列布置的穿孔機軋輥改為上下垂直布置。同時用一對水平放置的大導(dǎo)盤（直徑1.52m）代替導(dǎo)板，導(dǎo)盤由液壓馬達驅(qū)動，這樣對管坯施加一個前進力，也同樣可以減少頂頭前形成孔腔，改善毛管質(zhì)量等。而菌式穿孔機軋輥呈錐

23、形，錐形輥的直徑沿穿孔變形區(qū)漸漸增大，從而有利子變形區(qū)中軋輥與軋件間的速度（軸向速度與旋轉(zhuǎn)速度）能較好的匹配，減輕變形中會屬的堆積，促進延伸，提高穿孔效率和可穿性；同時，減少扭轉(zhuǎn)變形，從而減少內(nèi)外表面缺陷發(fā)生的機率。所以，近幾年來這兩種穿孔機已在許多鋼管廠采用。 目前，包鋼無縫鋼管廠采用的是菌式（錐形）穿孔機，與連軋機組相匹配。該穿孔機組的優(yōu)點是：(1) 延伸系數(shù)大； (2) 擴徑量大，可減少管坯規(guī)格種類； (3) 徑壁比大；。 (4) 穿高合金鋼的能力強； (5) 穿出毛管的質(zhì)量高。 穿孔機主要由主傳動裝置、工作機座、前臺和后臺四部分組成。 這里著重介紹一下穿孔機的后臺，它由后臺i段和ii段

24、組成。 i段包括定心輥，用于支撐桿，毛管導(dǎo)向，限制頂桿和毛管徑向振動，保證穿出的毛管壁厚的均勻性；升降輥，用于輸送頂桿和毛管。 ii段包括頂頭冷卻箱，頂桿支持輥，項桿小車。 其中本次設(shè)計的三輥導(dǎo)向裝置就是位于穿孔機后臺的i段，對穿孔出來的鋼管起到導(dǎo)向和定心的作用。主要要求定心的精度較高，以便以后的加工。具體功能是：穿孔時抱緊頂桿，保證頂頭位于軋制中心線；起導(dǎo)向作用；起定心作用。第二章 設(shè)計方案分析及校核2.1設(shè)計題目和參數(shù) 本次設(shè)計的題目是三輥導(dǎo)向裝置，該裝置是無縫鋼管穿孔機后臺段的一個設(shè)備。該三輥導(dǎo)向裝置分布在兩臺穿孔機的后臺，有12架三輥導(dǎo)向裝置，其中#穿孔機5架，#穿孔機7架，工作中有三

25、個動作，大小缸同時伸縮為抱緊，小缸縮回小開，大缸縮回為大開。三輥導(dǎo)向裝置有兩架。穿孔機后臺段的設(shè)備有：三輥導(dǎo)向裝置、三輥導(dǎo)向裝置、輸出輥道、脫管裝置、撥料裝置、三輥導(dǎo)向定位裝置及聯(lián)接底座。穿孔機后臺段的用途：它和穿孔機后臺段組合在一起，與穿孔機緊密配合，共同完成管坯的穿孔機工序，具體的功能如下：1. 穿孔時抱緊頂桿，保持頂頭位于軋制中心線。2. 起導(dǎo)向、定心作用，使穿孔機穿出的荒管沿軋制線正常前進。3. 使穿出的荒管與頂桿分離，并且將荒管從軋制線側(cè)面撥離軋制線，進入下道工序。4. 換頂頭時可以實現(xiàn)其自動快速更換。三輥導(dǎo)向裝置部分給定參數(shù)如下：導(dǎo)向輥直徑320mm蝸輪蝸桿升降機導(dǎo)向輥長度420m

26、m最大靜負荷300kn導(dǎo)向輥開口度100520mm行程370mm液壓缸活塞直徑140mm速比32活塞桿直徑140mm提升距離/轉(zhuǎn)0.5mm/r活塞行程385mm/245mm驅(qū)動方式手動數(shù)量#5架，#7架數(shù)量#、#各一件2.2方案選擇 設(shè)計方案中的傳動方案般用機構(gòu)的簡圖表示。它反映運動和動力傳遞路線和各部件的組成和聯(lián)接關(guān)系。 合理的傳動方案首先要滿足機器的功能要求，例如傳遞功率的大小，轉(zhuǎn)速和運動形式。此外還要適應(yīng)工作條件（工作環(huán)境、場地、工作制度等），滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟性合理等要求。要同時滿足這些要求是比較困難的，因此要通過分析比較多種方案，

27、來選擇能保證重點要求的較好的方案。 針對三輥導(dǎo)向裝置的機構(gòu)設(shè)計部分，我分別考慮了三種設(shè)計方案，通過分別分析每一個方案的特點，以選擇可行的。 2.2.1方案一 采用單液壓缸控制三輥的動作，以實現(xiàn)三輥定心裝置的作用，結(jié)構(gòu)簡圖（圖1）圖1 方案一 在該方案中要滿足拿管要求，2號輥必須設(shè)計靠后，而這樣的話，三個輥的角度產(chǎn)生很大的差異。聯(lián)動板的結(jié)構(gòu)在設(shè)計時過于復(fù)雜，甚至不可能達到設(shè)計的要求，是不可能對規(guī)格為100520mm范圍的鋼管進行導(dǎo)向。 即使達到設(shè)計要求，導(dǎo)向結(jié)束后取出荒管的過程也很難實現(xiàn)，只有使三個輥的開口增大，而增大它們開口所導(dǎo)致的結(jié)果就是液壓缸無法選擇，以及導(dǎo)向輥運動范圍過大，所占空間過大，

28、導(dǎo)向輥不能及時完成央緊荒管，失去定心的目的。 因此，該方案不合適，不能采用。 2.2.2方案二 采用兩個液壓缸控制三個輥子的開合，用一個液壓缸調(diào)整三輥的開口度，結(jié)構(gòu)簡圖（圖2）這種方案的突出優(yōu)點是調(diào)整精度高且便于實現(xiàn)自動控制。但該方案控制較復(fù)雜且成本較高，由于液壓缸存在泄漏問題，若采用液壓缸來調(diào)整，需要采用壓力傳感器或位置傳感器來進行位置補償。該三輥導(dǎo)向裝置的主要作用是定心和導(dǎo)向，從經(jīng)濟性和該裝置的作用方面考慮，否定了該方案。圖2 方案二2.2.3方案三采用兩個液壓缸控制三個輥子的開合，用一個蝸輪蝸桿調(diào)整三輥的開口度，結(jié)構(gòu)簡圖（圖3）圖3 方案三該方案設(shè)計的機構(gòu)使用兩個液壓缸控制三輥的開合，其

29、中一個液壓缸控制三個棍子同時加緊，而另一個是控制上面的那個輥子的單獨開啟，增大角度以方便荒管的順利取出。單獨控制的上面輥子的液壓缸與聯(lián)動板固定在同一根軸上并成一定角度，可以與聯(lián)動板一起動作，這樣在該液壓桿在不取管的時候相當(dāng)于拉板的功能，推拉杠桿，實現(xiàn)三個輥子的同時夾緊和松開的動作?？梢酝ㄟ^蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)控制聯(lián)動板來調(diào)整三輥的開口度，因為，開口度不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，所以使用這種方式既能較精確的控制開口度，又可以降低成本，且穩(wěn)定性高。 經(jīng)過分析，該方案的可行性較好，在經(jīng)過一些結(jié)構(gòu)的改進和補充就可以滿足要求，因此，選擇此方案為設(shè)計方案。下面將根據(jù)此方案和設(shè)計要求及參數(shù)進行設(shè)計計算。2.3機構(gòu)分析2.3.1

30、機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計方案最終確定的機構(gòu)運動原理圖如圖4所示：圖4 三輥導(dǎo)向裝置運動簡圖1 液壓缸2 2、 液壓缸1 3 、拉板 4、 杠桿2 5、 輥子6 、杠桿3 7、 拉板 8、 杠桿1 9、 聯(lián)動板為了便于進一步分析三輥導(dǎo)向裝置的具體動作過程，根據(jù)該運動簡圖做出了如圖5所示的機構(gòu)簡圖。通過圖5分析出機構(gòu)中每部分的動作過程。2.3.2機構(gòu)運動分析圖5 三輥導(dǎo)向裝置機構(gòu)簡圖根據(jù)機構(gòu)簡圖進行該機構(gòu)的運動分析，由圖5所示，液壓缸2推動聯(lián)動板運動，聯(lián)動板上有拉板1和拉板3，它們分別接杠桿1和杠桿3，杠桿1帶動輥子1，杠桿3帶動輥子3一起運動。 當(dāng)液壓缸2伸出時，聯(lián)動板延順時針方向轉(zhuǎn)動，控制輥子1的

31、拉板1處于拉狀態(tài)：控制輥子3的拉板3處于推狀態(tài)。此時，棍子1、3同時處于夾緊狀態(tài)。 這時再分析液壓缸1，杠桿2與液壓缸l直接相連接，液壓缸2推動聯(lián)動板夾緊剛液壓缸1不工作，液壓缸與聯(lián)動板固定在同一根軸上并成一定角度，此時的液壓缸充當(dāng)?shù)氖抢?來推動杠桿2使輥子2也同時加緊，以實現(xiàn)三個輥子的同時加緊的運動過程。 拔管時，液壓缸2先縮回帶動聯(lián)動板逆時針旋轉(zhuǎn)，同時3個輥子在各自杠桿的作用下，實現(xiàn)同時放松荒管。此時頂桿小車穿孔桿已收回，需要把管拔出。此時液壓缸1縮回，輥子2單獨打開，留出較大的空間，使荒管順利取出。2.3.3三輥開口度控制機構(gòu)導(dǎo)向輥所要導(dǎo)向荒管尺寸大小的控制取決于導(dǎo)向輥的開口度。導(dǎo)向輥

32、開口度的控制如圖6所示：圖6 控制三輥開口度的蝸輪蝸桿機構(gòu)簡圖由圖可知：蝸輪蝸桿升降機做上下運動，可使聯(lián)動板順時針、逆時針轉(zhuǎn)動一定角度控制3輥的開口度，該升降機的絲杠提升距離與轉(zhuǎn)速比為0.5mm/r，可以手動來精確控制聯(lián)動板轉(zhuǎn)角。完成3輥導(dǎo)向的可導(dǎo)荒管直徑范圍的精確控制。2.4部分零件的運動分析和計算2.4.1拉板1的運動分析拉板1相對于拉板3比較特殊，它所鉸接的杠桿1，與液壓缸1連接的杠桿2是同軸的，這就是造成拉板1與液壓缸l的柱塞桿很容易出現(xiàn)碰撞，特別是在液壓缸l運動不穩(wěn)定的情況。所以拉板1設(shè)計為一個弧形，該弧的半徑為2150mmo拉板1寬200mm。另外考慮到的一點也是拉板1運動分析的主

33、要目的：拉板1在運動過程中是否會存在死點，是否會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 拉板l處在一個四桿機構(gòu)中，現(xiàn)就四桿機構(gòu)的特點及運動情況進行分析：四桿機構(gòu)，一般的四桿機構(gòu)的壓力角、傳動角及死點。 現(xiàn)給定一個四桿機構(gòu)分析（如圖7）：圖7 四桿機構(gòu)的壓力角和傳動1四桿機構(gòu)的基本特征如圖所示的四桿機構(gòu)，a、b、c、d分別為桿1、2、3、4的長度。如果桿1為曲柄，能夠繞轉(zhuǎn)動副a整周轉(zhuǎn)動，則桿1能順利通過與機架4處于共線的兩個位置ab1和ab2，既可以構(gòu)成三角形b1c1d和b2c2d2。根據(jù)三角形構(gòu)成原理可以推出以下各式： 當(dāng)桿1處于ab1位置時，構(gòu)成b1c1d，可得 a+d b+c 當(dāng)桿1處于ab2位置時，構(gòu)成b2c2

34、d2可得 a+b c+da+c b+d 將以上三式分別兩兩相加可得：ab，ac，ad。 它表明曲柄1為最短桿，且最短桿和最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和。在有整轉(zhuǎn)動副即曲柄存在的鉸鏈四桿機構(gòu)中，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動副均為整轉(zhuǎn)副。因此，若取最短桿為機架，則得雙曲柄機構(gòu)：若取最短桿的任一相鄰的機構(gòu)為機架，則得曲柄搖桿機構(gòu)；若取最短桿對邊為機架，則雙搖桿機構(gòu)。綜上分析可得出四桿機構(gòu)曲柄存在的條件是：1）連架桿或機架為最短桿；2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。若四桿機構(gòu)最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿之和，則曲柄不存在，兩連架桿均為搖桿。但這種情況下形成的雙搖桿機構(gòu)與上述雙搖

35、桿機構(gòu)不同，它不存在整轉(zhuǎn)副。2.壓力角和傳動角在生產(chǎn)中要求所設(shè)計的連桿機構(gòu)均不但能實現(xiàn)預(yù)期的運動，而且還希望在傳動功率過程中有良好的傳動性能，即驅(qū)動力應(yīng)能盡量發(fā)揮有效作用。如圖所示，若不考慮構(gòu)件慣性力、重心及運動副中摩擦力等影響，原動件曲柄通過連桿作用于從動件搖桿的力f沿連桿bc的方向，它與c點絕對速度vc之間所夾得銳角 稱為壓力角。力f的有效分力ft=fcos。顯然， 愈小，fn愈小。力fn與力f的夾角稱為傳動角。由圖知，=90-，它又等于連桿與搖桿所加銳角。因此，壓力角愈小，傳動叫愈大，則對機構(gòu)工作愈有利。當(dāng)機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，其傳動角的大小事變化的，為了保證架構(gòu)傳動良好，設(shè)計時通常應(yīng)使最小傳動角

36、min50。在圖7中可以看出，當(dāng)曲柄ab轉(zhuǎn)到與機架ad重疊共線和拉直兩位置ab1、ab2時，bcd將出現(xiàn)極值，即當(dāng)bcd 90時，該角等于傳動角；當(dāng)bcd 90 時，傳動角=180-bcd。比較這兩個位置時的傳動角，即可求最小傳動角min。3.死角位置圖8 曲柄搖桿機構(gòu)的死點位置在圖8所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)搖桿cd為主動桿，而曲柄ab為從動件。當(dāng)機構(gòu)處于圖示的兩個共線位置之一時，連桿與曲柄在一條直線上，出現(xiàn)了傳動角=0的情況。這時主動件cd通過連桿作用于從動件ab上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不產(chǎn)生力矩。因此，機構(gòu)在此位置時，不論驅(qū)動力多大，也不能使曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)在此種位置稱為死點位置。對于傳動

37、機構(gòu)來說，機構(gòu)有死點位置是不利的，應(yīng)該采取措施使機構(gòu)順利通過死點位置。對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的機器，可以利用從動件的慣性來通過死點位置。2.4.2拉板1的計算通過上面的論述我們可以看出利用解析法很難對拉板1進行運動分析，為了分析方便可以采用圖解法，判斷拉板1在運動中是否存在死點機傳動角大小的變化，因為在機構(gòu)運動中，為了保證機構(gòu)傳里性能良好，應(yīng)使min4050，這個問題在上面以詳細介紹。下面就是采用圖解法，判斷拉板1在運動中是否存在死點及傳動角大小的變化。已知:l1=320mm，l2=882mm，l3=520mm,l4=894.48mm，l5=743mm在20-13角之間變化，如圖9所示：圖9 拉板1的運

38、動簡圖以下用圖解法求出min，以判斷機構(gòu)傳力性能是否良好，共有3個分析位置，的兩個極限位置和一個=0的位置。以1：10比例會制：1.位置一 =20繪圖步驟：（1） 做線段=/10=32mm，與水平方向夾角為20；（2） 以點為圓心，以=/10=88.2mm為半徑畫??；（3） 作ae=/10=89.448mm；（4） 作ed=/10=74.3mm；（5） 以d點為圓心，以為半徑，=/10=52mm為半徑畫弧與上弧交點為點；（6） 連接；（7） 在運動圖中測量=7970。2.位置二 =0繪圖步驟：（1） 作線段=/10=32mm，與水平夾角為0；（2） 以點為圓心，以=/10=88.2mm為半徑畫

39、??；（3） 作ae=/10=89.448mm；（4） 作ed=/10=74.3mm；（5） 以d點為圓心，以為半徑，=/10=52mm畫弧交c2點；（6） 連接；（7） 在運動圖中測量=7979。3.位置三 =-13繪圖步驟：（1） 作線段=/10=32mm，與水平方向夾角為 -13；（2） 以點為圓心，以=/10=88.2mm為半徑畫??；（3） 作ae=/10=890488mm；（4） 作ed=/10=74.3mm；（5） 以d點為圓心，以=/10=52mm為半徑畫弧與上弧交點為點；（6） 連接;（7） 在運動圖中測量=8686?？梢姡恢靡坏轿恢萌齼蓚€極限位置時，的范圍是7086，符合40

40、50的要求，由開始所論述的死點位置得出拉板1不會出現(xiàn)死點，即不會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，可以完成正常的運動周期。2.4.3 杠桿1的分析計算 根據(jù)上面敘述的原理圖和結(jié)構(gòu)簡圖，下面對杠桿1作進一步的運動分析。主要是確定輥1轉(zhuǎn)動情況與聯(lián)動版之間的關(guān)系。其運動簡圖（如下圖）： op與y軸負方向的夾角=129.474-90-22.126 =17.348 ao與x軸負方向的夾角=64.2755 ao與op的夾角=90+17.348-64.2755=43.0725 vo與op得夾角=90-43.0725 =46.9275 vo與pd的夾角=180-129.474-46.9275 =3.5985 vo與vp的夾角=9

41、0-3.5985=86.4 vpo與dp的夾角=360-129.474-90 =140.526 vpo與vp得夾角=140.526-90=50.526 vo=3201 根據(jù)v（x）=0 列方程式： vosin86.4=vposin50.526=413.736 vp=v0cos86.4+vpocos50.526 =320cos86.4+413.736cos50.526 =263+20.09 =283.09 =52011=520/283.09=1.83682.4.4 杠桿3的受力分析和強度校核1.受力分析 由于機構(gòu)的潤滑較好，所以可以不考慮摩擦力，即為理想情況考慮。先取聯(lián)動板上聯(lián)接液壓缸2的點和聯(lián)

42、接拉板3的點作受力分析，受力圖如下：fa=pp液壓缸工作壓力d液壓缸內(nèi)徑fa=141063.14（）=215.4kn可得力三角形：由前述關(guān)系可得:abc=28.33,cab=68.56,acb=180-28.33-68.56=83.11由正弦定理可得： fcsincab=fasinacbfb=fasinacbsincab =201.95knfd=fb=201.95kn取拉板作受力分析可得：拉桿3屬于二力桿，所以fd=fe=201.95kn 取杠桿3作受力分析：單獨拿出杠桿3的a部分作受力分析：作力三角形：由前述可得：acb= 90 + 70.14 = 160.14cab=11.95abc=18

43、0 - 11.95 - 160.14 =7.91由正弦定理可得：ffsinabc=fsincab 可得出杠桿3的受力分析為： ab的剪力和剪力圖：x=-f1=-200.65knab的彎矩和彎矩圖：m(x)= -f1x=-200.65x當(dāng) x=0時 m（0）=0 x=520時 m（520）=104338nmbc的剪力和剪力圖：bc的分析：m = f3520sin9.2=16153.7nmbc的彎矩及彎矩圖為：m(x) = -fx + m + f3（x-520cos170.8） =413.559x 167970.59nm（513.3x513.3+480）2.杠桿3的強度校核： 合成杠桿3兩段的彎矩

44、圖可知危險截面為b點。 b點的受力截面圖為：iy = a z2da = 90130yz2dz + -130-90yz2dz = 2.64724 10-4 m4h = 2 (130-90)=0.08m w= iz/h/2 = 6.6 10-3m3=mwmax=mmaxw=m(b)/wmb=167.96+167.95=335.91knm max=50.89mpa根據(jù),可選杠桿的材料為 zg230-4502.4.5 固定杠桿1、2的軸的設(shè)計與校核該軸轉(zhuǎn)速不高，載荷較大，它確定杠桿1，杠桿2處于同軸轉(zhuǎn)動。軸上受力分析：利用余弦定理將f0與f力合成 sf合2= f0+ f2- 2ff0cos60正弦定理

45、： f合sin60=f0sin得：f合=56.7kn=56.3f合2=28.4kn受力平衡方程為： 通過x軸、y軸方向的受力和彎矩分析，找出受彎矩最大處，此截面為危險截面： 經(jīng)過計算得到 m危= 40448.5nm 材料選20crmnmo，n=1.7，許用應(yīng)力-1b=100mpa； 機械設(shè)計手冊 d 340448.51.71030.1100=138mm因存在油孔所以考慮加大直徑5%，取144mm；按疲勞強度校核安全系數(shù)：只校核危險截面處即可；抗彎截面系數(shù)：w=0.1d3=1.13103mm2彎曲應(yīng)力幅： a=m危w=39.3mpa?。?m=0mpa 彎曲平均應(yīng)力 機械設(shè)計 -1=480mpa

46、彎曲疲勞極限 =0.2 彎曲等效系數(shù) s=0.80 絕對尺寸系數(shù) =0.97 質(zhì)量系數(shù) k=1.3 彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)彎矩安全系數(shù)： s=-1ka+s+m=7.3 s1.7 ss 故安全2.5 輥子的參數(shù)選取及棍子上軸的校核2.5.1輥子參數(shù)的選取輥子直徑定為320mm，防止輥子邊壓傷荒管，輥子兩邊都留有倒角10；總寬為400mm。輥子軸采用階梯軸，并開有油槽。要使配合點容易滑刀，裝配時如果嵌裝的起點為尖角或倒角很小，側(cè)嵌裝嘗嘗很困難，所以，軸要有足夠錐度和倒角。軸的材料選20crmnmo，兩次淬火。-1b=100mpa，安全系數(shù)n=1.7。最小軸位取dmin = 98mm1. 輥子上軸承的

47、選用：軸的受力很大，所以采用調(diào)心軸承，左邊采用25220，右邊為25222。2. 軸承的校核： 軸承的工作溫度大于350，取=0.5，=103=10/3動載荷p=29.5kn，兩軸承的額定動載荷都是cr=20200kn，頂桿調(diào)整輸轉(zhuǎn)速n=96r/min工作壽命：（基本額定壽命） lh=106n（cftp）t=39346h式中： p 當(dāng)量動載荷，n； c 基本額定動載荷c=c n 軸承的轉(zhuǎn)速，r/min =103 壽命指數(shù)，球軸承=103 =3；滾子軸承=103 = 10/3。2.5.2 軸的強度計算 軸的強度與工作應(yīng)力的大小和性質(zhì)有關(guān)。在選擇軸的結(jié)構(gòu)和形狀時應(yīng)注意以下幾個方面。 1）使軸的形狀

48、接近于等強度條件。 2）盡量避免個軸段剖面突然改變以降低局部應(yīng)力集中。 3）改變軸上零件的布置，有時可以減少軸上的載荷。 4）改進軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減少軸上的載荷。1、支撐輥子的軸在該軸上，主要是用來支撐輥子的，所以它可以近似上認為是一根梁，只承受彎曲。計算時主要考慮其剛度是否滿足要求即可。該軸上支撐的零部件有輥子、隔套72、透蓋73、螺釘13、透蓋67以及管坯，另外軸還有自重。其中輥子的重量為188，隔套72的重量為2.6，透蓋73的重量為7.85，螺釘13的重量為0.037，共有8件，透蓋67的重量為8.5，管坯的重量最大，即2500，軸的自重為44.6。該軸要求表面強度高、耐磨，心部有

49、較高的強度、韌性的零件，所以選20crmnmo，該材料是一種高強度的高級滲碳鋼，強度高于15crmnmo，塑性及韌性稍低，淬透性能及力學(xué)性能比20crmnti較高，淬火低溫回火具有良好的綜合力學(xué)性和低溫沖擊性能，滲碳淬火后具有較高的抗彎強度和耐磨性能，但磨削時易產(chǎn)生裂紋，焊接性能不好，常用于制造高硬度高強度的較大的重要滲碳件。查機械設(shè)計手冊得，=100mpa。（1） 分析受力情況通過對圖的分析，可知該軸上所受的力，如圖10所示。圖10 軸上受力圖圖11 彎矩圖圖12 三輥的位置當(dāng)三輥處于如圖12所示時的情況下，管坯分在軸承上的力是最大的。此時分擔(dān)到軸承上的力為： m1=2500cos60=12

50、50此時，輥子軸承上所承受的最大重量為：m = 188kg+2.6kg+7.85kn+80.037kg+8.5kg+1250kg1457.25kg作用在兩個軸承上的力為：g = mg=1457.259.8=14281.05n所以作用在一個軸承上的力為：f =g/1=14.28105kn/2=7.14kn另外輥子上所需承受的壓力為,而每個輥子上所承受的壓力為：f=350/3=116.3kn而每個輥子上有兩個軸承來承受這個力，所以每個軸承上的支撐力為：f1=f2=116.3kn=58.3kn再加上輥子及其它附件的重量，每個軸承上所承受的總的壓力為：f1=f2=58.3kn+7.14kn=65.44kn（2） 計算和經(jīng)過對10的分析得：559.5ra=65.44453.5+65.44118.5（3） 計算彎矩，畫彎矩圖(如圖11)，分析危險截面 c處 d處（4） 確定軸徑 截面a 由上式可得： 取軸的直徑為：100。截面b 由上式可得： 取軸的直徑為：100。（5） 按疲勞強度校核安全系數(shù)由圖3-3可知，計算彎矩再d截面處最大。取許用安全系數(shù)，其校核計算如下：抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)最大彎矩和最小彎矩最大彎矩為： 最小彎矩為：最小彎矩發(fā)生在當(dāng)三個輥子離開頂桿的瞬間，此時，輥子軸只承受輥子及其附件的重量，此時，每個軸承上所承受的力只有,所以兩端的