电动铜管弯管机设计
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• 早在 1970年武昌造船厂就研制成功一台数控弯管机，这是国内自主研制 的第一台数控弯管机。1973年武昌造船厂又成功研制了 SKWG-2型数控 弯管机。此后上海造船厂工艺研究所等多家国内企业也陆续研制出了数控 弯管机。目前我国弯管加工的现状是既有自动化程度高的数控弯管机，也 有半自动的数控弯管机，甚至还有相当一部分中小企业还在使用传统的手 工弯管，具有典型的“老、中、青”(即手工弯管设备、半自动弯管机床和
全自动弯管机床)三者结合的中国Байду номын сангаас色。
液压弯管机的现状与发展
• 我们已经是世界上主要的弯管机生产国家之一，但是目前， 管道施工应用的弯管机基本上都是进口的，国外比较著名的 弯管机生产厂家有德国的VIETZ公司和美国的CRC公司。通 用的技术都是利用静液压传动、气动控制技术来实现弯管机 的弯管操作和控制。国内目前仍没有具备生产大型弯管机设 计和制造能力的厂家。
研究方案
2 电动铜管弯管机的基本工作原理
•电动铜管弯管机主要由机械装置、减速装置以及作为动力源的 手电钻等组成。其工作原理是使用手电钻带动行星齿轮减速器， 再由减速器使摇臂轮转动，同时管坯置于加工导轨与压块之间的 圆槽内，并用摇臂上的滚筒压紧压块，这样，当摇臂转动时带动 压块一起沿导轨转动，弯管就可以完成。
设计要求
1 电动铜管弯管机的加工范围
弯管铜管尺寸两种： （1）弯铜管直径Ф22mm，壁厚1.5mm； （2）弯铜管直径Ф16mm，壁厚1.2mm。
2 弯管动力
使用功率700-800W，转速800r/min左右的便携式手电钻
3 弯管速度
弯成90°时所需时间为8~10秒
4 弯管要求
弯曲处不能起褶皱，弯曲后大管外径大小不能小于21mm， 小管外径大小不能小于15mm
6 可能遇到的困难及应对
•由于手电钻功率较小，通过减速的输出力矩不够，可能无法使铜管发生弯曲， 所以考虑设计机械增力装置辅助弯管
研究内容
1 电动铜管弯管机的工作原理及分析 2 电动铜管弯管机机械结构设计 3 电动铜管弯管机零部件设计及计算 4 手电钻输入800r/min经减速器输出2r/min时的输出扭 矩的计算和利用有限元等进行弯管所需扭矩的计算 5 电动铜管弯管机行星齿轮减速机构设计及计算 6 电动铜管弯管机增力机构的设计及计算
国内外研究现状与发展趋势
• 数控弯管机的现状与发展
• 弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关，早在20世纪70年代时，美国 EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备，首创计算 机编程数控弯管之先河，大大提高了当时的数控弯管水平。 20世纪 80年 代，日本千代田工业株式会社在美国 EATONLEONARD公司的研究成果 上，成功研制了 M-1型管型测量机和 EC、TC两种系列十多种型号的数控 弯管机，功能非常强大，很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。
研究方案
•工作示意图1：
研究方案
•工作示意图2：
研究方案
5 要解决的主要问题和技术关键
•本设计的弯管机需要携带方便，减速器部分体积不能过大 •手电钻转速高，输入800r/min，经过减速器后输出2r/min进行弯管，转速比 400：1，而且减速机构要小，Ф120×35的体积内 •要求同时对直径Ф22mm和Ф16mm铜管进行弯管，而且弯管不能有褶皱，所 以弯管时的施力点同铜管支点均在与手电钻力矩输出轴的连线上，故弯管力 矩半径仅为铜管半径值大小，因此所需弯管力矩将很大，需要根据（通过有 限元分析等）计算的值的大小设计增力机构或采取其它相应措施
电动铜管弯管机设计
课题的来源、目的、意义
课题来源
本课题来源于企业工程实际和对弯管设备的需要。弯管机的种类很多，有 电动的和手动的等等。本弯管机属于小型电动弯管设备，通过使用家庭装 潢等常用的动力电钻作为动力源，主要应用于室内或家庭装潢等。
目的及意义
手动弯管机使用很多，尤其是在欧美应用极为广泛。但弯管要求很多， 如不能过扁和起褶皱等，而且手动弯管十分费力。因此开发一种家庭室 内装潢用小型电动弯管机很有必要。同时由于电钻转速高、功率小，很 难胜任，所以不得不考虑减速、离合等关键技术问题。电动铜管弯管机 的设计，需要综合力学、机构学和强度、刚度、结构设计等各方面的知 识，实用性强，可以训练我们观察问题、解决问题的能力。
3 结构方案
•弯管机的传动结构的设计 •管材进行弯曲加工的过程中，由于其弯曲应力大，变形大，而 且会产生热量，故不可使加工轮的转动速度过大，因此不能使用 手电钻直接拖动加工轮的传动方案，即加工轮的运动必须经过一 定的减速装置拖动。
研究方案
• 手电钻输出轴与行星齿轮轴相联，行星减速后(减速增矩)，再通过齿轮齿 条装置使摇臂转动，通过摇臂上的滚筒带动压块旋转进行弯管加工。
• 具体结构如图2所示:
图2 弯管机结构示意图
研究方案
4 弯管方案
•弯管原理如图3所示：
•
图3 弯管机的工作原理
•管坯置于导轨与压块之间的圆槽内，滚筒压紧在压块上，压块将管坯压紧在圆形槽导 轨上，这样，当摇臂转动时带动压块一起沿导轨转动，管坯在圆形槽的限制下，圆截 面变形误差在允许的范围内，弯管就可以完成。
• 由应力应变状态分析可知，在弯曲中性层外侧，由于切向拉应力作用而使 壁厚减薄；在弯曲中性层内侧，由于切向压应力作用而使壁厚增厚，且位 于最外侧和最内侧的管壁，其壁厚的尺寸变化最大，因此导致壁厚不均匀 现象。
• 在这样的受力状态下，铜管极易发生塑性变形，形成扁管(近似椭圆形)， 若要保持铜管圆截面形状不变，可采用限制变形的方法。即设计一种结构 ，在金属管弯曲变形时，进行干预，使其弯曲变形满足要求，达到使用目 的。
研究方案
1 铜管弯曲时受力分析
铜管在受力弯曲时的受力分析如图1所示：
•
图1 管子弯曲时的受力分析
研究方案
• 管坯在弯矩M作用下弯曲时，外侧受拉应力NL作用，内侧受压应力NY作 用，由于内外侧管壁上切应力在法向的合力作用下，使弯曲变形区的圆管 横截面在法向受压力N1，N2作用而产生畸变。即法向直径减小，横向直 径增大，圆管横截面成为近似椭圆形，弯曲变形程度越大，畸变现象越严 重。
全自动弯管机床)三者结合的中国Байду номын сангаас色。
液压弯管机的现状与发展
• 我们已经是世界上主要的弯管机生产国家之一，但是目前， 管道施工应用的弯管机基本上都是进口的，国外比较著名的 弯管机生产厂家有德国的VIETZ公司和美国的CRC公司。通 用的技术都是利用静液压传动、气动控制技术来实现弯管机 的弯管操作和控制。国内目前仍没有具备生产大型弯管机设 计和制造能力的厂家。
研究方案
2 电动铜管弯管机的基本工作原理
•电动铜管弯管机主要由机械装置、减速装置以及作为动力源的 手电钻等组成。其工作原理是使用手电钻带动行星齿轮减速器， 再由减速器使摇臂轮转动，同时管坯置于加工导轨与压块之间的 圆槽内，并用摇臂上的滚筒压紧压块，这样，当摇臂转动时带动 压块一起沿导轨转动，弯管就可以完成。
设计要求
1 电动铜管弯管机的加工范围
弯管铜管尺寸两种： （1）弯铜管直径Ф22mm，壁厚1.5mm； （2）弯铜管直径Ф16mm，壁厚1.2mm。
2 弯管动力
使用功率700-800W，转速800r/min左右的便携式手电钻
3 弯管速度
弯成90°时所需时间为8~10秒
4 弯管要求
弯曲处不能起褶皱，弯曲后大管外径大小不能小于21mm， 小管外径大小不能小于15mm
6 可能遇到的困难及应对
•由于手电钻功率较小，通过减速的输出力矩不够，可能无法使铜管发生弯曲， 所以考虑设计机械增力装置辅助弯管
研究内容
1 电动铜管弯管机的工作原理及分析 2 电动铜管弯管机机械结构设计 3 电动铜管弯管机零部件设计及计算 4 手电钻输入800r/min经减速器输出2r/min时的输出扭 矩的计算和利用有限元等进行弯管所需扭矩的计算 5 电动铜管弯管机行星齿轮减速机构设计及计算 6 电动铜管弯管机增力机构的设计及计算
国内外研究现状与发展趋势
• 数控弯管机的现状与发展
• 弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关，早在20世纪70年代时，美国 EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备，首创计算 机编程数控弯管之先河，大大提高了当时的数控弯管水平。 20世纪 80年 代，日本千代田工业株式会社在美国 EATONLEONARD公司的研究成果 上，成功研制了 M-1型管型测量机和 EC、TC两种系列十多种型号的数控 弯管机，功能非常强大，很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。
研究方案
•工作示意图1：
研究方案
•工作示意图2：
研究方案
5 要解决的主要问题和技术关键
•本设计的弯管机需要携带方便，减速器部分体积不能过大 •手电钻转速高，输入800r/min，经过减速器后输出2r/min进行弯管，转速比 400：1，而且减速机构要小，Ф120×35的体积内 •要求同时对直径Ф22mm和Ф16mm铜管进行弯管，而且弯管不能有褶皱，所 以弯管时的施力点同铜管支点均在与手电钻力矩输出轴的连线上，故弯管力 矩半径仅为铜管半径值大小，因此所需弯管力矩将很大，需要根据（通过有 限元分析等）计算的值的大小设计增力机构或采取其它相应措施
电动铜管弯管机设计
课题的来源、目的、意义
课题来源
本课题来源于企业工程实际和对弯管设备的需要。弯管机的种类很多，有 电动的和手动的等等。本弯管机属于小型电动弯管设备，通过使用家庭装 潢等常用的动力电钻作为动力源，主要应用于室内或家庭装潢等。
目的及意义
手动弯管机使用很多，尤其是在欧美应用极为广泛。但弯管要求很多， 如不能过扁和起褶皱等，而且手动弯管十分费力。因此开发一种家庭室 内装潢用小型电动弯管机很有必要。同时由于电钻转速高、功率小，很 难胜任，所以不得不考虑减速、离合等关键技术问题。电动铜管弯管机 的设计，需要综合力学、机构学和强度、刚度、结构设计等各方面的知 识，实用性强，可以训练我们观察问题、解决问题的能力。
3 结构方案
•弯管机的传动结构的设计 •管材进行弯曲加工的过程中，由于其弯曲应力大，变形大，而 且会产生热量，故不可使加工轮的转动速度过大，因此不能使用 手电钻直接拖动加工轮的传动方案，即加工轮的运动必须经过一 定的减速装置拖动。
研究方案
• 手电钻输出轴与行星齿轮轴相联，行星减速后(减速增矩)，再通过齿轮齿 条装置使摇臂转动，通过摇臂上的滚筒带动压块旋转进行弯管加工。
• 具体结构如图2所示:
图2 弯管机结构示意图
研究方案
4 弯管方案
•弯管原理如图3所示：
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图3 弯管机的工作原理
•管坯置于导轨与压块之间的圆槽内，滚筒压紧在压块上，压块将管坯压紧在圆形槽导 轨上，这样，当摇臂转动时带动压块一起沿导轨转动，管坯在圆形槽的限制下，圆截 面变形误差在允许的范围内，弯管就可以完成。
• 由应力应变状态分析可知，在弯曲中性层外侧，由于切向拉应力作用而使 壁厚减薄；在弯曲中性层内侧，由于切向压应力作用而使壁厚增厚，且位 于最外侧和最内侧的管壁，其壁厚的尺寸变化最大，因此导致壁厚不均匀 现象。
• 在这样的受力状态下，铜管极易发生塑性变形，形成扁管(近似椭圆形)， 若要保持铜管圆截面形状不变，可采用限制变形的方法。即设计一种结构 ，在金属管弯曲变形时，进行干预，使其弯曲变形满足要求，达到使用目 的。
研究方案
1 铜管弯曲时受力分析
铜管在受力弯曲时的受力分析如图1所示：
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图1 管子弯曲时的受力分析
研究方案
• 管坯在弯矩M作用下弯曲时，外侧受拉应力NL作用，内侧受压应力NY作 用，由于内外侧管壁上切应力在法向的合力作用下，使弯曲变形区的圆管 横截面在法向受压力N1，N2作用而产生畸变。即法向直径减小，横向直 径增大，圆管横截面成为近似椭圆形，弯曲变形程度越大，畸变现象越严 重。