44钻杆螺旋边成型机总体设计

摘要本设计主要对钻杆螺旋边卷绕机进行了较全面论述，了解了缠绕机的类型、发展现状。阐明了卷绕机的工作原理、组成及其特性。并根据螺卷绕机的工作原理、工作条件、工作要求等设计一卷绕机。在此过程中，经过对比结合，初步确定了合适的卷绕机结构形式。在计算中，首先确芯轴的尺寸，然后通过对该尺寸计算校核，选择出其他部件的外形尺寸，再对其进行校核，确定是否能达到设计要求。. 由于芯轴在卷绕过程中受力较复杂。本设计从这个问题出发，通过芯轴的动力学模型对其受力过程进行分析.同时，利用分析问题的结果再综合其他因素，最终选取合适的电动机、减速器和联轴器。接下来的设计包括对主轴组件的设计校核，对送料压轮的设计校核，对连接接键及转盘的强度校核，对支承轴的命、前后支架轴承端盖及套杯的设计和优化。最后对钻杆螺旋边卷绕机的安装和平时保养做了总结，整个设计对今后的设计工作将有实际指导意义和价值。关键词：螺旋边卷绕机芯轴校核原理AbstractThisdesignonthedrillpipespiralsidewindingmachine,discussedinamorecomprehensiveunderstandingofawindingmachinetype,developmentstatus.Clarifiestheworkingprincipleofthewindingmachine,thecompositionandcharacteristics.Andinaccordancewiththeworkingprincipleofthespiralwindingmachine,workingconditions,jobrequirementsandthedesignofawindingmachine.Inthisprocess,afterthecontrastcombination,initiallyidentifiedasuitablewindingmachinestructure.Inthecalculation,firstdeterminethemandrelsize,thenbythesizecalculationchecking,selecttheothercomponentsDimensions,andthenitschecktodeterminewhetheritcanmeetthedesignrequirements.Forceduetothemandrelinthewindingprocessismorecomplex.Thisdesign,startingfromthisissue,andanalyzedbythedynamicmodelofthemandrelforce.Thesametime,theresultsoftheanalysisoftheproblemandthencombinedwithotherfactors,andultimatelyselectasuitablemotor,speedreducerandcoupling.Next,thedesignincludesthespindlecomponentdesignverification,thedesignofthefeedpressureroundofdesignchecking,checkingthestrengthtoconnecttheaccesskeyanddialthelifeofthesupportingshaft,frontandrearbracketbearingcoverandcupsetandoptimization.Finally,theinstallationandnormalmaintenanceofthedrillpipespiraledgeofthewindingmachinetodotheentiredesignforthefuturedesignworkwillhavepracticalguidanceonthemeaningandvalue.Keywords:SpiralsidewindingmachineMandrelCheckprinciple目录前言………………………………………………………………错误！未定义书签。1芯轴参数设计……………………………………………………21.1芯轴直径及螺旋边弧长计算......................21.2芯轴的其他尺寸参数设计........................32芯轴力学模型及电机选用..............................42.1芯轴装置力学模型..............................42.2扁钢塑性变形分析..............................52.3芯轴和卷制的扁钢转动惯量分析..................52.4电动机功率计算及选用..........................83芯轴尺寸校核和确定.................................103.1按扭转强度条件强度校核并确定轴的直径..........113.2按弯扭合成强度校核轴.........................124主轴组件设计.......................................294.1主轴组件的基本要求............................294.2滚动轴承的刚度确定............................314.3主轴组件设计计算..............................314.4主轴组件的刚度校核...........................395连接接键的强度校核计算及转盘的设计.................405.1键的连接强度计算..............................406支承轴承的寿命校核.................................436.1力作用于I处时对轴承的寿命校核...............446.2力作用于II处时对轴承的寿命校核..............507送料压轮设计.......................................558前、后支承设计......................................578.1前后支承的作用和设计基本要求.................578.2前支承的具体设计参数.........................578.3后支承的具体设计参数.........................609前后支架轴承端盖及套杯设计..........................609.1前支架轴承端盖设计...........................609.2后支架轴承端盖及套杯设计.....................6210导轨和机架设计.....................................6410.1导轨设计....................................6310.2机架设计....................................63致谢.................................................66参考文献..............................................69前言传统加工工艺是采用热卷工艺，由4人一组进行操作，第一个人上料，并用铁钳子扶正原料，同时用脚压住原料；第二个人用手虎钳将原料端部夹紧于模具左端螺旋槽开始位；第三个人用氧一乙炔中性火焰逐段加热进入螺旋槽内的原料；第四个人待原料加热到奥氏体状态，转动手把卷制螺旋边，共分3段进行卷制，直至结束，取出整个成品。传统工艺存在着许多问题，工人劳动强度大；产量低、成本高、人工效率低；模具消耗大，退模困难，劳动条件差；产品质量存在无法消除的缺陷；因离火焰近，工人长时间受高热影响，尤其在夏天情况更为恶劣。这次毕业设计的钻杆螺旋边卷绕机，采用专用机床冷卷，卷绕机。它是将扁钢条卷绕成拉簧状。卷绕之前需先把扁钢条固定在转盘上，然后装夹在滑轮的槽内。这时可起动按钮，通过驱动电机经过减速器减速后达到50 min r 的转速，转盘旋转带动扁钢条卷绕到芯轴上。通过滑轮与光杠是滑动配合。随着卷绕圈数的增加，滑轮能自行向左轴向移动，直到整根扁钢条卷绕成螺旋边为止。停车后轴承座上销轴，将后轴承座向后推开，取下芯轴。然后再套在钻杆内用螺旋边拉伸机拉开至所需螺距。改进工艺后螺旋边弯曲均匀，螺距均匀，变形光滑，产品质量大幅提高，质量稳定，下步工序无需整形；工作条件良好，工人劳动强度极大改善，退模容易，模具消耗低；效率提高，整体加工能力提高了10倍左右，解决了以前制约生产的瓶颈问题。1芯轴参数设计1.1芯轴直径及螺旋边弧长计算钻杆参数：长1米；螺距60mm；钻杆直径26mm；钻杆螺旋边参数133 mmmm´。图1-1钻杆0～2p对应弧长为（即单位螺旋弧长）：其中G为螺旋线X=acost,Y=asint,Z=kt; dsGò= 2 22 0 (sin)(cos) atatkdtp-++ò= 2 22 0 akdtp+ò 22 2 akp=+式（1-1）由已知设计参数得：螺距L=60mm=2pkÞk=30/2p直径d=26mmÞa=13带入式1-1中，则有： dsGò= 2 2 900 2 app+ 101.35mm=螺旋线总弧长：S= 1000 60 × dsGò 1689mm=图1-2芯轴卷绕螺旋边由等弧长公式求解得: dsGò= 2 2 2 22 dLppæö¢¢æö+´ç÷ç÷èøèø 101.35= 22 3 2 22 dppæöæö¢+´ç÷ç÷èøèø 2 101.35 2pæöç÷èø= 2 2 9 24 dp¢æö+ç÷èø解得： 32.25 d¢=mm说明：由于在卷绕同时芯轴和卷绕的螺旋边之间存在一定的间隙，为了确保螺旋边拉伸后紧贴在 26mmÆ的空心钻杆上，因此取 32 dmm¢=，即芯轴直径为32mm。1.2芯轴的其他尺寸参数设计由设计参数知：钻杆螺旋边螺距为60mm 钻杆长度为1000mm 螺旋边尺寸为（厚´宽）3mm13mm´为了实现紧密缠绕、防止爬背设计卷绕角度为5°，则螺旋边在沿轴线方向上的距离为： tan5(3) 60 L hdn°=´+´´式中：n为芯轴上缠绕螺旋边的数目，取n6=; L为钻杆长度，1000mm; d为芯轴直径，32mm。解得： h305mm=尺寸分布如下：（单位mm）图1-3芯轴尺寸参数2芯轴力学模型及电机选用动力学模型描述了卷绕装置所受的力和力矩作用产生的影响。芯轴卷绕过程中受力较复杂。本章从这个问题出发，通过芯轴的动力学模型对上述所提到的受力过程进行分析.同时，利用分析问题的结果再综合其他条件选取合适的电机。2.1芯轴装置力学模型如图2-1所示是卷绕机构芯轴卷绕扁钢运动受力简图。 1 R 是芯轴的直径； 1 V 是芯轴卷绕金属扁钢时的线速度；是F 0 是扁钢塑性变形临界点的力。F 1 是转动惯量派生产生的力。根据力的平衡原理得：F合=F 0 +F 1 图2-1芯轴卷绕扁钢运动受力简图2.2扁钢塑性变形分析扁钢由直板形状开始发生弯曲时的初始转矩为M 0 M 0 = 1 k s wd 1.5=´ 2 96 313 1023510 6-´´´´ 29.79 N.m=M 0 =F × 1 R F= 3 29.79 1610-´N 1862 N=式中：W为扁钢抗弯截面系数：W= 2 6 bh sd为Q235-A钢材的屈服强度： sd=235Mpa 1 k 为钢材截面形状系数（矩形）：取1.5 1w2.3芯轴和卷制的扁钢转动