电动弯管机：设计

设计任务书：电动弯管机

一. 绪论

1.1 弯管机的地位

现今工业，很多种机器设备都有钢管、导管配件，用以输油、输气、输液等，数量众多。

且加工的零件要求不高，简易手动、电动的弯管机很实用。采用手动加紧，机械弯曲的弯管机结构简单，控制元件少，占地面积小，设备成本较低，并且操作简单。

1.2 公司现状与设计目的

1.2.1 公司现状：本公司生产的各种试验设备，都有弯管配件，管材规格在φ6mm-φ27mm之间，

φ20mm以下的弯管采用简易工装手工弯曲，φ20mm以上的弯管配件外协制做。

1.2.2 设计目的：为解决φ20mm以上的弯管配件自制，现设计一台电动弯管机，按管材规格

φ32×3、材质20#钢、弯曲半径80mm进行设计。

1.3. 弯管机的原理与步骤

弯管机的原理：管材绕弯是最常用的弯管方法，而绕弯使用的设备是弯管机。弯管机是弯管加工的主要设备。

弯管机的步骤：⑴. 管材直线段前端定位，并加紧。

⑵. 弯管，保压。

⑶. 反转使磨具复位。

⑷. 松开夹紧块，取出弯管、检测。

⑸. 调整定位尺寸与弯管角度。

⑹. 重复步骤1-5。

1.4. 弯管机的组成：电动弯管机由机架、电机、带轮、减速机构、弯管模具、挡料机构、指示牌装

置、电器控制机构等组成。

二. 电动弯管机的设计

2.1 工艺分析

弯管工件采用无缝钢管φ32×3，材质20，最小弯管半径R＞2φ=2×32mm=64mm，

取弯管半径R=80mm，符合加工工艺性，弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸与皱纹。

2.2预计方案

⑴. 必须有过载保护，所以第一级采用V带传动；

⑵. 因为总减速比较大，约i=200，固采用二级蜗轮蜗杆减速机（二级减速传动比i≥200）；

又因为蜗轮蜗杆减速机的输出轴向上，所以采用WPEO型二级蜗轮蜗杆减速机；

⑶. 工件弯管时，采用加紧装置，操作方便；

⑷. 因工件弯曲有弯管和卸料工序，用电机正反转来控制；

⑸. 为使弯管精确度更高，增加指示装置。

2.3计算弯曲力矩

弯曲旋转装置绕旋转中心O 转动，其转动角位移θ、角速度ω和转动力矩M 是主要控制对象，挡料装置将工件压紧到弯曲模具中，弯管模具随着弯管一起转动，将管件弯曲成形，弯曲轴的转速、转角以及转矩的控制通过电机来实现。 2.3.1 管材弯曲力矩的计算方法

管材弯曲力矩的计算是确定弯管机机械结构的基础，通过弯曲力矩，才能确定弯管机所需的驱动力矩、电机的功率、主传动机构各部件的结构尺寸、夹紧力大小等一系列参数。 根据经验公式求弯曲力矩： 0

1()4s s

k M k W R =+

σ （2-1） 其中，121.275,,332s D t R k R W D t D D

-===-44π（D -d ）

具体参数：管材直径D=32mm ，管壁厚度t=3mm ，管材内径d=26mm ，管材弯曲中经R=80mm ， 材料屈服极限σ s =245MPa ，材料相对强度系数K 0=10mm （查表的）

把以上参数代入以上经验公式公式得弯曲力矩为：M=1085N.m 。 2.3.2 电机的选取

初选：（1）根据资料查取，初步规定弯管机的弯曲速度为6-8r/min 。

（2）传动形式为：电机→带轮传动→二级减速器传动→滚子轴承传动→工作台弯管模具

经计算，弯管工作功率为P

工=M*ω=1085*8r/min*2π/60=0.908KW ；

所以，电机功率： 0.908

1.2870.96*0.75*0.98P P KW ==

=工123

ηηη 其中：V 带传动效率η 1=0.96； 减速器传动效率η 2=0.75； 滚子轴承传动效率η 3=0.98；

由于弯管机可能弯多种型式的型钢，固选用较大功率的电机，以使弯管机的弯曲范围更大，又由于弯管机需要有制动功能，固选用有制动功能的电机；因为选用二级蜗轮蜗杆减速机减速，所以初步规定电机转速在1500r/min 。经查JB/T6448《YEP 系列（IP44）旁磁制动三相异步电动机技术条件》，选用的电机型号为：YEP90L-4，其基本性能如下表2.1

型号 额定功率 满载时

堵转 转矩 最大转达距 静制动转达距不小于 空载制动时间不大于 转速 电流 效率 功率因数 YEP90L-4

1.5KW

1500r/min

6A

76%

0.65

6.5

2.2

9.9N.m

0.2/s

电机的主要尺寸如图：

2.4传动比的计算、传动装置的运动与参数 2.4.1传动比

由电机转速N 1=1500r/min ，

弯管模具的转速为N 2=N 1/i=1500/200=7.5r/min ， 所以，总传动比I

总= N 1/ N 2=1500/7.5=200； ⑴.取V 带传动的传动比i 1=1；

⑵.二级蜗轮蜗杆减速机的传动比i 2=200； 经过计算，弯管磨具的转速应为：12121500

7.5/min *1*200

N N r i i === 2.4.2各轴的转速、功率和转矩

各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴……； 两轴间的传动比依次定为i 1、i 2……；

传动效率依次定为η 1、η 2……；各轴的输入功率依次定为P 1、P 2……； 输入转矩依次定为T 1、T 2……； 各轴的转速依次定为N 1、N 2……；

⑴.各轴的转速：

电机轴转速=主动带轮转速=从动带轮转速=减速器小轴端转速=N 1=1500r/min ；

减速机大轴端转速=弯管模具转速=12215007.5/min 200

N N r i =

== ⑵.各轴的功率：电机输出功率：P

1=1.5KW

减速器输入功率:P

2= P 1*η 1=1.5×0.96=1.44KW

减速器输出功率:P

3= P

2*η 2=1.44×0.75=1.08KW 工作台输入功率:P

4= P

3*η 3=1.08×0.98=1.0584 KW

⑶. 各轴的转矩：电机输出转矩：1

11 1.59550

9550*9.55.1500

P T N m N === 减速器输入转矩：2111**9.55*1*0.969.168.T T i N m ===η

减速器输出转矩：3222**

9.168*200*0.751375.2.T T i N m ===η 工作台输入转矩：433*

1375.2*0.981347.7.T T N m ===η 因为：工作台输入转矩T 4=1347.7N.m ＞管材弯管力矩M=1085 N.m ，所以，以上选择方案成立。 安全系数=1347.7/1085=1.242 2.5 V 带与带轮的选择

⑴. 由电机转速1500r/min 与电机功率1.5kw,查表确定采用普通A 型V 带作为传动带。因为A 型带的小带轮直径需要＞80mm ，固选取小带轮直径为d =100mm 。

V 带速度验算：11 3.14*100*1500

7.85/60*100060*1000

d n v m s =

==π； 因为5m/s ＜v=7.85m/s ＜20 m/s ，所以，此带轮合格。