機械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)設(shè)計-波紋管機整體設(shè)備與工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　波紋管機整體設(shè)備與工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　誠信聲明 </b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指

2、導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 波紋管機整體設(shè)備與工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、 </p><p>　　1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標</p><p>　　根據(jù)國內(nèi)波紋管機的需求，完成此波紋管專機整體設(shè)備及工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容</p><p><b>　?。?）主要涉及內(nèi)容</b></p><p>　　完成

4、波紋管機結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　（2）工作要求</b></p><p>　　1）根據(jù)給定的設(shè)計任務(wù)書及設(shè)計參數(shù)，在調(diào)研及多方搜集資料的基礎(chǔ)上，明確所涉及題目及內(nèi)容，進行波紋管機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并撰寫開題報告一篇。</p><p>　　2）完成波紋管機的主機架結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成中期答辯報告一份。</p><p>　

5、　3）完成波紋管機的滑動導(dǎo)軌設(shè)計，選取支撐桿做剛度校核。</p><p>　　4）繪制主機架和導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　1）章日晉，張立乃，尚鳳武.機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.</p><p>　　2）黃會榮.結(jié)構(gòu)力學(xué)與鋼結(jié)構(gòu)[M

6、].北京：國防工業(yè)出版社.2011.</p><p>　　3）李慧，馬正先.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝性分析[M].北京：機械工業(yè)出版社.2012.</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　波紋管機整體設(shè)備與工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：隨著我國波紋管道越來越多的使用和制造業(yè)的飛速發(fā)展，波

7、紋管機的生產(chǎn)制造也得到了很大的發(fā)展機遇。我國現(xiàn)在產(chǎn)的波紋管主要依靠引進國外機器來生產(chǎn)，成本高，大多是滾壓成型，滾壓成型有著它不同于其它成型方式的特點，它工藝簡單、工裝制造容易等優(yōu)點。但同時也存在產(chǎn)品制造比較粗糙，性能不高等缺點。這次我們組是設(shè)計一款新型單波紋壓制成型機，操作簡單，而且可以將管長增長，通過液壓缸和絲杠能隨意控制所壓波紋的波距和波深，大大增強了可操作性。</p><p>　　本課題是對波紋管機進行整體

8、結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要部分是主機架和滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核，本文通過對本機床所壓制波紋的參數(shù)分析，再結(jié)合小組其他成員各個系統(tǒng)部分的設(shè)計，通過理論計算得到該機床支撐部件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，然后選取重要截面進行剛度和強度校核，用許用應(yīng)力法判斷設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否滿足剛度強度校核。</p><p>　　關(guān)鍵詞：波紋管機,結(jié)構(gòu),主機架,導(dǎo)軌,校核</p><p>　　Analysis of

9、machine equipment and technology of bellows</p><p>　　Abstract：With the rapid development of corrugated pipe in China more and more use and manufacturing, production of corrugated pipe machine also obtained g

10、reat development opportunities. China now produces corrugated pipe mainly rely on imported machinery for the production, high cost, are rolling, roll forming has its different characteristics with other processing method

11、s, it has the advantages of simple process, tooling easy manufacture etc.. But there is also a product of rough comparison, pe</p><p>　　This topic is of corrugated pipe machine structure design, the main par

12、t of the structure design and check the main frame and a sliding guide rail, this paper through the analysis of the parameters of the corrugating machine, combined with the design of each part of the system, the other me

13、mbers of the group, structure size and shape by theoretical calculation to get the machine tool supporting parts, the structure design is completed, and then select the important section of stiffness and stren</p>

14、<p>　　Keywords : Corrugated pipe machine , Structure , The main frame ,Guide , Check </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1課題研究的背景及

15、意義1</p><p>　　1.2 課題研究主要內(nèi)容1</p><p>　　1.3 基礎(chǔ)知識介紹2</p><p>　　1.3.1 機械設(shè)計簡介2</p><p>　　1.3.2 機械設(shè)計步驟2</p><p>　　1.3.3 機械設(shè)計準則4</p><p>　　1.3.4 Auto

16、CAD簡介5</p><p>　　2 總體方案設(shè)計7</p><p>　　2.1 波紋管機床特點7</p><p>　　2.2 總體設(shè)計7</p><p>　　2.2.1 機床設(shè)計7</p><p>　　2.2.2 波紋管參數(shù)的確定11</p><p>　　3 波紋管機主機架設(shè)計

17、12</p><p>　　3.1 主機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計12</p><p>　　3.1.1 機架設(shè)計的準則12</p><p>　　3.1.2 機架設(shè)計的一般要求13</p><p>　　3.1.3 機架設(shè)計的步驟13</p><p>　　3.1.4 波紋管機機架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案14</p><

18、p>　　3.2主要界面的剛度和強度校核14</p><p>　　3.2.1 受力的簡化和分析14</p><p>　　3.2.2 主要剖面的設(shè)計計算15</p><p>　　3.2.3 剛度校核16</p><p>　　3.2.4 強度校核18</p><p>　　4 波紋管機導(dǎo)軌設(shè)計23</p

19、><p>　　4.1 導(dǎo)軌的功用和結(jié)構(gòu)特點23</p><p>　　4.2 主要截面的剛度和強度校核23</p><p>　　4.2.1 受力的簡化和分析23</p><p>　　4.2.2 參數(shù)的選擇24</p><p>　　4.2.3 剛度校核25</p><p><b>　

20、　結(jié)論26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1課題研究的背景及意義</p><p>　　

21、波紋管是一種帶橫向波紋的圓柱形薄壁彈性殼體，其生產(chǎn)歷史已有一百多年。于1784年最早誕生于英國。1896年，美國率先進行了波紋管通道、涵管的可行性研究，并首次應(yīng)用于涵洞。1990年（日本高速公路設(shè)計規(guī)范）制定了波紋管設(shè)計技術(shù)規(guī)范，波紋管在世界各地得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　金屬波紋涵管也叫金屬波紋管涵、波紋管涵、波紋涵管或鋼制波紋涵管，是指鋪埋在公路，鐵路下面的涵洞用螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或

22、用半圓波形鋼片拼制成的圓形波紋管，鋼波紋管涵的應(yīng)用廣泛：1、可應(yīng)用在公路、鐵路橫向排水。2、可用于市政線纜穿線工程。3、豎井掘進4、涵遂快修工程5、圍堰工程。金屬波紋涵管有一些優(yōu)點：(1) 現(xiàn)場安裝方便，不需使用大型設(shè)備。(2) 有利的解決北方地區(qū)霜凍對橋梁和管涵砼結(jié)構(gòu)的破壞問題。(3) 減少或根本舍棄了常規(guī)建材，如水泥、黃砂、石子、木材的使用，環(huán)保意義深遠。(4) 結(jié)構(gòu)受力情況合理，荷載分布均勻，并有一定的抗變形能力。(5) 采用標準

23、化設(shè)計，生產(chǎn)、設(shè)計簡單，生產(chǎn)周期短。 </p><p>　　我國現(xiàn)在產(chǎn)的波紋管主要依靠引進國外機器來生產(chǎn)，成本高，大多是滾壓成型，滾壓成型有著它不同于其它成型方式的特點，它工藝簡單、工裝制造容易等優(yōu)點。但同時也存在產(chǎn)品制造比較粗糙，性能不高等缺點。這次我們組是設(shè)計一款新型單波紋壓制成型機，操作簡單，而且可以將管長增長，通過液壓缸和絲杠能隨意控制所壓波紋的波距和波深，大大增強了可操作性。</p>&l

24、t;p>　　1.2 課題研究主要內(nèi)容</p><p>　　在對該波紋管機進行整體了解，熟悉該機床傳動原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出該機床的主機架結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，然后通過理論分析計算設(shè)計出機床的主要參數(shù)，最后是本論文設(shè)計的最重要的部分，就是選取重要斷面進行強度校核，若滿足強度和剛度要求，則該機床結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。</p><p>　　(1)通過對波紋管機市場的調(diào)研，搜集相關(guān)的國內(nèi)外波紋管機相關(guān)產(chǎn)品的

25、資料，確定研制產(chǎn)品的市場地位，明確本論文的主要內(nèi)容和現(xiàn)實意義以及研制該機床的重要性。</p><p>　　(2)在分析比較各種波紋管機床的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，確定機床的整體設(shè)計方案，完成該機床的總體設(shè)計。</p><p>　　(3)根據(jù)總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，完成主機架和導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，根據(jù)相關(guān)參數(shù)選取重要斷面進行強度校核。<

26、/p><p>　　1.3 基礎(chǔ)知識介紹</p><p>　　1.3.1 機械設(shè)計簡介</p><p>　　機械設(shè)計，是根據(jù)用戶生產(chǎn)或使用的要求對專用機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、能量傳遞方式、以及各零件的形狀尺寸、潤滑方法等進行分析、設(shè)計和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體制造依據(jù)的工作過程。 </p><p>　　機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分。作為機械

27、生產(chǎn)的第一步，它是決定機械性能的最主要的因素。機械設(shè)計的目標是：在給定的各種限定的條件(如材料、加工性能、工藝要求、理論知識等)下做出最優(yōu)化設(shè)計。最優(yōu)化設(shè)計需要設(shè)計師們綜合地考慮許多因素。這些因素一般包括：最好的工作性能、最低的制造成本、最小的尺寸和重量、使用的最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求通常都是互相矛盾的，它們之間的相對重要性會因機械種類和用途的不同而有一定區(qū)別。設(shè)計者的任務(wù)綜合各種因素，整體考慮使設(shè)計的機械有最優(yōu)的技術(shù)

28、經(jīng)濟效果。過去，設(shè)計的優(yōu)化一般依靠設(shè)計者的知識、經(jīng)驗，隨著機械工程理論、價值工程和系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，設(shè)計和制造技術(shù)數(shù)據(jù)資料的積累,以及計算機的推廣應(yīng)用,最優(yōu)化設(shè)計逐漸舍棄主觀判斷，從而依靠科學(xué)計算來實現(xiàn)。</p><p>　　1.3.2 機械設(shè)計步驟</p><p>　　機械設(shè)計流程（如圖1.1所示）一般包括：</p><p>　　圖1.1 機械設(shè)計流程<

29、;/p><p>　?。?）制定設(shè)計任務(wù)。這是設(shè)計的前期工作。設(shè)計任務(wù)的根據(jù)是用戶需求來確定的。任務(wù)的正確性決定了整體方案的經(jīng)濟性和合理性。</p><p>　?。?）確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式。即確定總體方案以及所要應(yīng)用的工作原理和與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　?。?）運動設(shè)計。設(shè)計的總體方案確定之后，需要運用機構(gòu)學(xué)的知識，設(shè)計合適的機構(gòu)以獲得需要的運動方案。

30、在運動設(shè)計時，設(shè)計者們應(yīng)盡量使用已有的和成熟的機構(gòu)來設(shè)計運動方案。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制初步總圖。運動設(shè)計之后，設(shè)計者開始進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算機械各主要零件的受力、強度，確定其形狀、尺寸和重量等，并繪制主要零、部件草圖。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案不可行，需要及時調(diào)整。</p><p>　?。?）初步審查。初步總圖繪制后，需要進行初步審查。若設(shè)計不適用(如重量、體積太大、造價太高、以

31、及結(jié)構(gòu)的可靠性低等),則須重新進行運動設(shè)計，或者改用別的工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式。一般情況是針對設(shè)計不足之處采取某些改善措施。</p><p>　?。?）技術(shù)設(shè)計。根據(jù)初步審查的結(jié)果,對設(shè)計進行修改,繪制零件圖和部件圖，對主要的零部件進行應(yīng)力分析，按分析結(jié)果修正零件的形狀、尺寸等細節(jié)，以及確定零件加工精度以及部件和總裝的裝配條件，完成潤滑設(shè)計、驅(qū)動控制設(shè)計等。</p><p>　?。?）繪制

32、工作圖。即繪制正式的零件圖、部件裝配圖和總裝配圖，編寫零件表、易損零件清單、使用指南等技術(shù)文件。設(shè)計負責(zé)人應(yīng)注意協(xié)調(diào)零件間的尺寸，并要核對各耦合件間的公差配合，復(fù)核主要零件的強度和剛度。零件圖完成后開始圖紙核對。在繪制零件圖的同時還需要進行兩項工作：一是工藝性審核,使零件便于加工并降低制造成本;二是標準審核，使零件結(jié)構(gòu)要素、尺寸、公差配合、熱處理技術(shù)條件以及標準和通用零件等符合標準的規(guī)定。</p><p>　?。?/p>

33、8）試生產(chǎn)和定型設(shè)計。單件或小批生產(chǎn)的機械設(shè)備,在經(jīng)過上述步驟后，便可按照設(shè)計圖紙投入正式生產(chǎn)。對于成批或大量生產(chǎn)的機械,在正式生產(chǎn)前要先試制樣機,進行功能試驗和鑒定。試驗通過后，才能按生產(chǎn)工藝進行批量試生產(chǎn)。在批量試生產(chǎn)中如果出現(xiàn)的問題還可能需要對設(shè)計作相應(yīng)的修改，方成為可供正式生產(chǎn)使用的定型設(shè)計。</p><p>　　1.3.3 機械設(shè)計準則</p><p>　　機械零件的設(shè)計一般都需

34、要滿足眾多的約束條件，即設(shè)計準則：</p><p>　　(1) 技術(shù)性能準則</p><p>　　技術(shù)性能是包括產(chǎn)品的功能、制造和運行狀況在內(nèi)的一切性能，它既有靜態(tài)性能，也包括動態(tài)性能。例如，產(chǎn)品所能傳遞的功率、產(chǎn)品的效率、使用壽命、強度、剛度、振動穩(wěn)定性等。技術(shù)性能準則是指機械相關(guān)的技術(shù)性能必須達到規(guī)定的要求。</p><p><b>　　(2) 標準化

35、準則</b></p><p>　　概念標準化：設(shè)計過程中所涉及的名詞術(shù)語、符號、計量單位等應(yīng)符合標準；</p><p>　　實物形態(tài)標準化：零部件、原材料、設(shè)備及能源等的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、性能等，都應(yīng)按統(tǒng)一的規(guī)定選用。</p><p>　　方法標準化：操作方法、試驗方法和測量方法等都應(yīng)按相應(yīng)規(guī)定實施。</p><p>　　標準化準則

36、就是在設(shè)計的全過程中的所有行為，都要滿足上述標準化的要求。</p><p><b>　　(3) 可靠性準則</b></p><p>　　產(chǎn)品或零部件在規(guī)定的使用條件下，在預(yù)期的壽命內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率?？煽啃詼蕜t就是指所設(shè)計的產(chǎn)品、部件或零件應(yīng)能滿足規(guī)定的可靠性要求。</p><p><b>　　(4)安全性準則</b>

37、</p><p>　　零件安全性：指在規(guī)定外載荷和規(guī)定時間內(nèi)零件不發(fā)生如斷裂、過度變形、過度磨損和不喪失穩(wěn)定性等等。</p><p>　　整機安全性：指機器保證在規(guī)定條件下不出故障，能正常實現(xiàn)總功能的要求。</p><p>　　工作安全性：指對操作人員的保護，保證人身安全和身心健康等等。</p><p>　　環(huán)境安全性：指對機器周圍的環(huán)境和人

38、不造成污染和危害。</p><p>　　1.3.4 AutoCAD簡介</p><p>　　CAD（Computer Aided Design）的含義是指計算機輔助技術(shù)，是計算機技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。AutoCAD則是美國Autodesk企業(yè)開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，是用于二維及三維設(shè)計、繪圖的系統(tǒng)工具，用戶可以用它來創(chuàng)建、瀏覽、管理、打印、輸出、共享和準確復(fù)用富含信息的設(shè)計圖形。&l

39、t;/p><p>　　AutoCAD是目前世界上應(yīng)用最廣的CAD軟件，市場占有率居世界第一。AutoCAD軟件具有如下特點：</p><p>　　(1) 具有完善的圖形繪制功能。 </p><p>　　(2) 具有強大的圖形編輯功能。 </p><p>　　(3) 可以采用多種方式進行二次開發(fā)或用

40、戶定制。 </p><p>　　(4) 可以進行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力。</p><p>　　(5) 支持多種硬件設(shè)備。 </p><p>　　(6) 支持多種操作平臺。 </p><p>　　(7) 具有通用性、易用性，適用于各類用戶。 &l

41、t;/p><p>　　此外，從AutoCAD 2000開始，該系統(tǒng)又增添了許多強大的功能，如AutoCAD設(shè)計中心（ADC）、多文檔設(shè)計環(huán)境（MDE）、Internet驅(qū)動、新的對象捕捉功能、增強的標注功能以及局部打開和局部加載的功能，從而使AutoCAD系統(tǒng)更加完善。 </p><p>　　雖然AutoCAD本身的功能集已經(jīng)足以協(xié)助用戶完成各種設(shè)計工作，但用戶還可以通過A

42、utodesk以及數(shù)千家軟件開發(fā)商開發(fā)的五千多種應(yīng)用軟件把AutoCAD改造成為滿足各專業(yè)領(lǐng)域的專用設(shè)計工具。這些領(lǐng)域中包括建筑、機械、測繪、電子以及航空航天等。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 波紋管機床特點</p><p>　　(1) 該機床對鋼管壓制波紋的種類具有很強的適應(yīng)性：使用數(shù)字控

43、制機床就行波紋壓制，只要重新編程就能隨意控制被壓制波紋的波距和波深。與現(xiàn)國內(nèi)外一些波紋管機床相比，有控制精確、加工靈活等特點。</p><p>　　(2) 該機床壓制波紋具有很高的加工精度：控制機床的指令是以數(shù)字的形式進行的，與一般機器相比，可排除人為操作失誤等誤差因素，能很好的提高波紋的精度和可靠性。</p><p>　　(3) 該機床具有高的生產(chǎn)效率和自動化性：機床的控制程序是通過人按

44、要求輸入編程器，然后通過這些程序指令來控制機床加工波紋，整個加工過程不需要人的過多干預(yù)，操作人員只要完成安放和取走工作，然后通過操作界面控制就可以進行加工</p><p>　　(4) 該機床還具有好的經(jīng)濟效益：可以很長的鋼管進行壓制，也可以對短的鋼管壓制波紋，然后拼裝起來。</p><p><b>　　2.2 總體設(shè)計</b></p><p>

45、　　2.2.1 機床設(shè)計</p><p>　　本專機的主要機械結(jié)構(gòu)如下：整機采用水平加工的臥式機構(gòu)，機架采用C形架，上橫梁邊上放置油缸，采用上壓輥與下壓輥配合壓制波紋，鋼管放置在支撐架上，氣缸和導(dǎo)軌底架相連，導(dǎo)軌底架可以無限長，但考慮到空間問題，將底架設(shè)置成四五米的長度，也就是可以壓制四五米的鋼管。機構(gòu)簡要布局(如圖2.1)：</p><p><b>　　圖2.1 機床簡圖<

46、;/b></p><p>　　該機構(gòu)工作過程為：液壓馬達控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，油缸控制上壓輥進行壓制波紋工作，也就是控制波紋的波深，絲杠控制鋼管前進的距離，也就是控制波距，氣缸控制支撐架在導(dǎo)軌底架上的移動，當(dāng)壓制鋼管較長時，使用氣缸推動支架向后移以支撐鋼管。該波紋管機是壓制成型一個完整波紋然后向前推進一個波距繼續(xù)壓制波紋，然后重復(fù)該過程。</p><p>　　該機器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計重點在于：&

47、lt;/p><p>　　合理設(shè)計主機架結(jié)構(gòu)，由于采用臥式C形機架，考慮到加工管徑的大小和上梁的剛度問題，所以需要考慮機架的開口度。</p><p>　　（2）合理設(shè)計導(dǎo)軌機構(gòu)，使支撐架能夠平穩(wěn)的支撐鋼管在底架上移動。</p><p>　　（3）合理設(shè)計壓輥機構(gòu)，使壓輥能平穩(wěn)地進行壓制工作，同時機構(gòu)應(yīng)能保證加工精度，減少加工誤差。</p><p>

48、　?。?）合理設(shè)計傳動機構(gòu)，使整機盡量減少不必要的工作行程。</p><p>　　在設(shè)計各部分機械結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮到目前的加工精度問題和加工成本問題。此外，為了提高整個機器的可靠性和穩(wěn)定性，應(yīng)使整機的機械結(jié)構(gòu)盡量簡單。同時，設(shè)計時應(yīng)盡量選用標準元件，使設(shè)計標準化，以保證其有較高的置換性。</p><p>　　2.2.2 波紋管參數(shù)的確定</p><p>　　鋼板材質(zhì)：

49、ss400或Q235熱軋鋼板</p><p>　　鋼板厚度：2.5-10mm</p><p>　　按組裝形式分為：整體型 拼裝型</p><p>　　按通道截面形式分為：圓形、橢圓形、拱形、馬蹄形</p><p>　　按進出口形式分為：正交、斜交、直口、斜口</p><p>　　填土高度：0.5米-60米</p

50、><p>　　管徑（跨徑）：1.5米-12米</p><p>　　波形參數(shù){波距P X 波深D（mm）}：125x25 、200x55、150x50、150x65、300x110、400x150</p><p>　　使用年限：≥100年</p><p>　　3 波紋管機主機架設(shè)計</p><p>　　3.1 主機架的結(jié)構(gòu)設(shè)

51、計</p><p>　　機架是波紋管機的主要部件之一。機架把波紋管機的大部分零件結(jié)合在一起，再結(jié)合導(dǎo)軌部分，組成一臺機器。當(dāng)波紋管機工作時，機架承受很大的工作壓力，在工作壓力的作用下會引起變形，會使壓制的波紋形狀受到影響。因此機架的合理設(shè)計對減輕波紋管機的重量，提高波紋管機的剛度，減小機械加工工時等都具有直接的影響。</p><p>　　3.1.1 機架設(shè)計的準則</p>

52、<p><b>　?。?）工況要求</b></p><p>　　任何機架的設(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證機架上安裝的零部件能順利運轉(zhuǎn)，機架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不能有阻礙運動件的突起；設(shè)置執(zhí)行動作所必需的平臺；保證工人操作的方便及安全等。</p><p><b>　?。?）剛度要求</b></p><p&g

53、t;　　在必須保證特定外形條件下，對機架的主要要求是剛度。例如機床的零部件中，床身的剛度則決定了機床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。</p><p><b>　　（3）強度要求</b></p><p>　　對于一般設(shè)備的機架，剛度達到要求，同時也能滿足強度要求。但對于重載設(shè)備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機架上任何點的應(yīng)力都不得

54、大于許用應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強度要求。</p><p><b>　?。?）穩(wěn)定性要求</b></p><p>　　對于細長的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。</p><p><b>　　（5）美觀</b></p>

55、;<p>　　目前對既期待額要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。</p><p>　?。?）其他 如散熱要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對于精密機械、儀表等熱變形小的要求等。</p><p>　　3.1.2 機架設(shè)計的一般要求</p><p>　　在滿足機架設(shè)計準則的前提下，必須根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求并有所偏重。

56、</p><p>　　（1）機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)合理，便于制造。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)應(yīng)使機架上的零部件安裝、調(diào)整和更換都方便。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好。</p><p><b>　?。?）抗振性能好。</b>&l

57、t;/p><p>　?。?）耐腐蝕，使機架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少維修。</p><p>　　3.1.3 機架設(shè)計的步驟</p><p>　?。?）初步確定機架的形狀和尺寸。根據(jù)設(shè)計準則和一般要求,初步確定機架結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸,以保證其內(nèi)外部零部件能正常運行。</p><p>　?。?）根據(jù)機架的制造數(shù)量、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小,初定制造工藝。例如非標

58、準設(shè)備單件的機架、機座,可采用焊接代替鑄造。</p><p>　?。?）分析載荷情況,載荷包括機架上的設(shè)備重量、機架本身重量、設(shè)備運轉(zhuǎn)的動載荷等。對于高架結(jié)構(gòu),還要考慮風(fēng)載、雪載和地震載荷。</p><p>　?。?）確定結(jié)構(gòu)形式,例如采用桁架結(jié)構(gòu)還是板結(jié)構(gòu)等。再參考有關(guān)資料,確定結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)(即高、寬、板厚與材料等)。</p><p>　　（5）畫出結(jié)構(gòu)簡圖。&

59、lt;/p><p>　?。?）參照類似設(shè)備的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程,確定本機架結(jié)構(gòu)所允許的撓度和應(yīng)力。</p><p>　?。?）進行計算確定尺寸。</p><p>　?。?）有必要時,進行詳細計算并校核或做模型試驗,對設(shè)計進行修改,確定最終尺寸。</p><p>　　3.1.4 波紋管機機架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案</p><p>　　波紋

60、管機的機架多采用框架式機架，這類機架分整體式和組合式兩種。整體式機架加工裝配工作量較小,但需要大型加工設(shè)備,運輸也比較困難。組合式機架由上橫梁、下橫梁和立柱組成。組合式機架加工運輸都比較方便,本文所研究的波紋管機即采用這種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　根據(jù)所選材料性能不同,機架結(jié)構(gòu)又可分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。鑄造結(jié)構(gòu)使用材料有HT200鑄鐵、QT42o鑄鐵和zG35鑄鋼等。鑄造結(jié)構(gòu)的材料比較容易供應(yīng),消震性能較

61、好,但鑄件加工周期長,質(zhì)量較重,剛度較低,適合成批生產(chǎn)。焊接結(jié)構(gòu)多使用A3鋼板,也有用18Mn鋼板或其他鋼板。焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕,剛度較好,加工周期短,外形比較美觀，焊接結(jié)構(gòu)適合單件小批生產(chǎn)。本文所設(shè)計的機架即用焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2主要界面的剛度和強度校核</p><p>　　3.2.1 受力的簡化和分析</p><p>　　主機架為框式焊接結(jié)構(gòu)，現(xiàn)

62、將主機架做如下簡化（如圖3.1）：</p><p>　　圖3.1 主機架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　(1)由于下梁固定在地基上，不能自由變形，所以可以把下梁看做不變形的鋼架，這樣就把C形結(jié)構(gòu)簡化成L行結(jié)構(gòu)，下梁處為固定端</p><p>　　(2)上橫梁與液壓缸相連，為了簡化計算，不考慮隔板的連接作用</p><p>　　(3)選定液壓缸

63、的工作壓力為31.5MPa，重為246kg。</p><p><b>　　尺寸參數(shù)：</b></p><p><b>　　外力數(shù)值：</b></p><p>　　當(dāng)對鋼管進行波紋壓制時，油缸可達到最大作用力。</p><p>　　3.2.2 主要剖面的設(shè)計計算</p><p>

64、;　　(1) AB剖面（如圖3.2）：</p><p>　　圖3.2 AB剖面圖</p><p><b>　　慣性矩：（1）</b></p><p>　　(2) BD剖面（如圖3.3）：</p><p>　　圖3.3 BD剖面圖</p><p><b>　　形心： </b&g

65、t;</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　慣性矩：</b></p><p>　　3.2.3 剛度校核</p><p>　　主機架示意圖如下（如圖3.4）：</p><p>　　圖3.4 主機架受力示意圖</p><p&g

66、t;　　參數(shù)選?。褐鳈C架材料為Q235A，查資料可得彈性模量的范圍為196～206GPa，所以選擇 E=200GPa</p><p><b>　　參數(shù)： </b></p><p>　　將ABD分為兩部分：AB和BD</p><p>　　AB（如圖3.5）:</p><p>　　圖3.5 AB受力示意圖</p&g

67、t;<p><b>　　B點轉(zhuǎn)角 （3）</b></p><p>　　BD（如圖3.6）：</p><p>　　圖3.6 BD受力示意圖</p><p>　　D點撓度： （4）</p><p>　　AB和BD結(jié)合起來求得：</p><p><b>　　D點總撓度：<

68、;/b></p><p>　　對于跨度為L的梁，其許用撓度一般為[14]：</p><p><b>　　對于BD梁 </b></p><p><b>　　剛度應(yīng)滿足：</b></p><p><b>　　即 1.96＜</b></p><p>

69、　　所以設(shè)計滿足剛度要求</p><p>　　3.2.4 強度校核</p><p><b>　　(1) 立柱</b></p><p>　?、?受力情況（如圖3.7）：</p><p>　　圖3.7 機架受力情況</p><p>　　橫梁壓力： —理論質(zhì)量</p><p>

70、　　鋼材 F—斷面面積 L—長度</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　油缸工作壓力：</b></p><p><b>　　油缸重力：</b></p><p>　　② 立柱受力分析（如圖3.8）：</p><p>　

71、　圖3.8 立柱受力情況</p><p><b>　　計算得： </b></p><p><b>　　合成得：</b></p><p>　?、?A-A剖面（如圖3.9）：</p><p>　　圖3.9 A-A剖面圖</p><p><b>　　立柱為彎拉組合：&l

72、t;/b></p><p>　　軸力P產(chǎn)生的正應(yīng)力：（6）</p><p>　　彎矩M產(chǎn)生的正應(yīng)力：（7）</p><p>　　應(yīng)力圖（如圖3.10）：</p><p>　　圖3.10 立柱應(yīng)力圖</p><p>　　由上圖知道，最大正應(yīng)力發(fā)生在cd邊上</p><p>　　許用應(yīng)力

73、 [14]</p><p>　　則： ＜</p><p>　　所以 滿足立柱強度要求</p><p><b>　　(2) 上橫梁</b></p><p>　　受力分析（如圖3.11）：</p><p>　　圖3.11 上橫梁受力分析</p><p>　　該

74、橫梁受彎矩和剪力，但由于剪力產(chǎn)生的剪應(yīng)力與彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力相比太小，可以忽略，所以只計算上橫梁彎曲應(yīng)力。</p><p>　　彎矩圖(如圖3.12):</p><p><b>　　圖3.12 彎矩圖</b></p><p><b>　　彎矩方程為：</b></p><p>　　當(dāng)時，應(yīng)力最大，所以

75、</p><p><b>　　最大彎曲正應(yīng)力為：</b></p><p>　　查資料得，鋼材的許用應(yīng)力為 </p><p>　　則： ＜</p><p>　　所以上橫梁滿足強度要求</p><p>　　4 波紋管機導(dǎo)軌設(shè)計</p><p>　　4.1 導(dǎo)

76、軌的功用和結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　目前幾種常見導(dǎo)軌及其優(yōu)、缺點與適用場合見表 4-1。</p><p>　　表4-1 幾種常見導(dǎo)軌比較</p><p>　　該機器采用的導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，制造容易結(jié)構(gòu)簡單，該滑動導(dǎo)軌主要是用來支撐波紋管的，支撐架被氣缸控制在導(dǎo)軌底架上往復(fù)運動，由于不需要高的精度，所以選用滑動導(dǎo)軌。</p><p>　　4.

77、2 主要截面的剛度和強度校核</p><p>　　4.2.1 受力的簡化和分析</p><p>　　導(dǎo)軌的支撐架可簡化為下圖（如圖4.1）：</p><p>　　圖4.1 支撐架簡化圖</p><p>　　(1) 導(dǎo)軌的底架放在地基上，不能自由變形，所以不用作強度和剛度校核</p><p>　　(2) 該導(dǎo)軌支撐架實際

78、可移動距離，取得2m</p><p>　　(3) 鋼管放在支撐架上，可簡化為均勻分布的力</p><p>　　4.2.2 參數(shù)的選擇</p><p>　　(1) 取最大管徑和厚度的鋼板Q235A</p><p>　　管徑： d=12m</p><p>　　厚度： h=10mm </p><

79、p>　　(2) 取支撐架移動最大距離</p><p><b>　　S=2m </b></p><p>　　當(dāng)取d=12m的鋼板時，管徑遠遠大于支撐架的寬度，所以支撐桿幾乎受力向上，此時桿受力最大（如圖4.2）：</p><p>　　圖4.2 支撐桿受力分析圖</p><p>　　4.2.3 剛度校核</p&g

80、t;<p>　　活動支撐架的受力圖（如圖4.3）：</p><p><b>　　圖4.3 受力圖</b></p><p>　　最大撓度發(fā)生在B點，所以</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　對于跨度為L的梁，其許用撓度一般為[14]：</p>&

81、lt;p>　　對于支撐桿AB，L=615mm</p><p><b>　　剛度應(yīng)滿足：</b></p><p>　　即： 0.4mm＜mm</p><p><b>　　所以滿足剛度要求</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>&

82、lt;p>　　作為波紋管機的基礎(chǔ)支撐部件，機架和導(dǎo)軌的強度和剛度、可靠性和穩(wěn)定性對工作性能至關(guān)重要。本文通過對本機床所壓制波紋的參數(shù)分析，再結(jié)合小組其他成員各個系統(tǒng)部分的設(shè)計，通過理論計算得到該機床支撐部件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，然后選取重要截面進行剛度和強度校核。本課題完成的主要研究工作和主要成果如下：</p><p>　　分析了國內(nèi)外波紋管的發(fā)展狀況、市場的需求情況和研制本項目的必要性。&

83、lt;/p><p>　　分析了該波紋管機的工藝情況，大致了解該波紋管機的工作過程。</p><p>　　完成了該專機的主機架結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括選材。</p><p>　　對主機架建立力學(xué)模型，基于材料力學(xué)的基礎(chǔ)，選取機架主要截面進行剛度強度校核。</p><p>　　完成了該專機的滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括導(dǎo)軌的底架和支撐架。</p>&l

84、t;p>　　對導(dǎo)軌支撐架建立力學(xué)模型，基于材料力學(xué)的基礎(chǔ)，對支撐桿進行剛度校核，以能支撐波紋管的重量。</p><p>　　本文在波紋管機整體設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計方面所做的工作比較有限，仍有若干問題需要進一步研究和完善，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：</p><p>　　在波紋管機結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，只用理論計算進行了強度校核，并沒有運用軟件進行較為準確的應(yīng)力分析。</p><p&

85、gt;　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，考慮的因素還太少，全面性不足，需有待加強。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周鵬.雙錐輥碾壓機機架結(jié)構(gòu)的有限元分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2007.</p><p>　　[2] 周祥態(tài).并聯(lián)式數(shù)控龍門銑床C形機架設(shè)計與優(yōu)化[D].南京：南京理工大學(xué)，2013.</p

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