焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要焊接變位機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是焊接變位機(jī)方案設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，而焊接變位機(jī)運(yùn) 動(dòng)自由度的確定是其前提條件。焊接變位機(jī)的關(guān)鍵是對(duì)變位機(jī)進(jìn)行最佳位置焊接所需 要的運(yùn)動(dòng)自由度的設(shè)計(jì)，如平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。焊接焊接變位機(jī)是將工件回轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，以便使工件上的焊縫置于水平和船形位置的機(jī) 械裝置。焊接變位機(jī)是應(yīng)用最廣泛的一種焊接變位機(jī)，載重量一般不超過(guò) 1 噸 變位機(jī)的主體部分是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底座。本設(shè)計(jì)主要論述了焊接變位機(jī)械的 組成，工作原理，重點(diǎn)講述了其中的旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)，經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)，二級(jí)蝸桿蝸輪減速器的傳動(dòng)，起到減速和工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的效 果。包括了電機(jī)的選擇，鍵的選擇

2、，軸承的選擇等，還有帶輪傳動(dòng)的計(jì)算，蝸輪蝸桿 傳動(dòng)的計(jì)算，蝸桿軸的校核，軸承的校核等一系列設(shè)計(jì)計(jì)算。焊接變位機(jī)有利于實(shí)現(xiàn)最佳位置的焊接過(guò)程、提高工作效率、降低疲勞強(qiáng)度并達(dá) 到良好的焊縫成型。關(guān)鍵詞 ：焊接變位機(jī)械；帶傳動(dòng)；蝸輪蝸桿傳動(dòng)；減速器AbstractThe design of the moving system of the welding positioner is the core content of the scheme design,but the system depends on the moving freedoms certainty.The key part of

3、the design of the welding positioner is the design of the moving freedom, according to the best welding position.The main parts of the welding positioner include overturning machinery, circumgyrating machinery and the base.The arm-extending welding posioner is used most widely ,the load is less than

4、 one ton.The arm-extending welding positioner is the machine which makes the workpiece circumgyrate and overturn to make the welding line on the workpiece park the level direction and cymbate position. The welding positioners makeup and operating principle make up of the paper ,which disserates the

5、design of the turning gear of the machine .The belt driving and two stage worm wheel retarder make the turning gear realize the mans anticipating speed.The use of the techogenerator which will feed back the instant speed to the generator and then the controller will adjust the speed makes sure of th

6、e high welding line quality.Welding positioner is in favor of the welding process to achieve the best possible position,improving efficiency,reducing the fatigue strength,and forming a good weld.Key words: welding posioner,belt drive,worm drive,reducer目錄摘要 I Abstract II目錄 I.I.I.前言 1第 1 章緒論 21.1課題研究現(xiàn)

7、狀及意義 21.2焊接變位機(jī)械概述 21.3 論文主要研究?jī)?nèi)容 4第 2 章帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6.2.1.電動(dòng)機(jī)的選擇 62.2.帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6第 3 章 旋轉(zhuǎn)減速器設(shè)計(jì) 103.1傳動(dòng)比的分配 103.2二級(jí)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 103.3蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 183.4軸承的選擇及校核 233.5鍵的選擇及校核 28第 4 章 焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì) 314.1 伸臂梁的設(shè)計(jì)計(jì)算： 314.2底座和箱體的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 32結(jié)論 33參考文獻(xiàn) 34致謝 35、八 、-前言隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和焊接技術(shù)的不斷進(jìn)步，焊接作為一種金屬連接的工藝方 法。在金屬結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中已基本取代了鉚接連接工藝。許多傳統(tǒng)的鑄鍛制

8、品也有焊接制 品或鑄-焊，鍛 -焊制品所代替。焊接結(jié)構(gòu)廣泛用于是由于化工工業(yè)重型與礦山機(jī)械，起重與運(yùn)輸設(shè)備，汽車與船 舶制造，航空航天技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)與國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域中。許多產(chǎn)品，例如大型的超高 壓容器，除采用焊接工藝外，難以設(shè)想有更好的方法。在先進(jìn)的工業(yè)國(guó)中，焊接產(chǎn)品 的用鋼量已達(dá)到總用鋼量的 43%以上，為了制造如此龐大的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，需建立大 量專門制造焊接結(jié)構(gòu)的工廠，而其中焊接變位機(jī)則是滿足其焊接工藝的重要基礎(chǔ)。本次論文主要介紹旋轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì)及其裝配，重點(diǎn)介紹其中的回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)及其組裝，由于作者水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，錯(cuò)誤再所難免，還請(qǐng)讀者朋友們 批評(píng)指正。第1章緒論1.1課題

9、研究現(xiàn)狀及意義國(guó)外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應(yīng)用機(jī)械手，從國(guó)內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投入情 況，完全用焊接機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒(méi)有焊接變位機(jī)， 對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件內(nèi)的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調(diào)整至容易焊接的平焊或船焊 位置是不可能的。工人無(wú)法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無(wú)法保證。再者，工程機(jī)械大部分結(jié)構(gòu)件很不規(guī)則，如裝載機(jī)的前車架、挖掘機(jī)的大臂等類 工件，焊縫復(fù)雜，外形大且重量較重，靠行車或其它吊裝設(shè)備人工翻轉(zhuǎn)，不僅頻繁占 用吊裝設(shè)備，焊接效率低，而且現(xiàn)場(chǎng)操作不規(guī)范，存在一定的安全隱患。因此，近年 來(lái)人工焊接變位機(jī)得到國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣泛共識(shí)，都在加大這方面的投入。本次論文處

10、于對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行的一次綜合性的梳理及應(yīng)用，對(duì)學(xué)生的 綜合能力進(jìn)行的一次較為實(shí)質(zhì)性的鍛煉。1.2焊接變位機(jī)械概述隨著焊接產(chǎn)品在國(guó)防工業(yè)，船舶運(yùn)輸，機(jī)械化工中的廣泛使用，對(duì)焊接產(chǎn)品的質(zhì) 量要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的手工定位已不能夠滿足其精度要求，焊接變位機(jī)械便應(yīng)運(yùn) 產(chǎn)生使用，近幾年并隨著控制理論的成熟發(fā)展，將其運(yùn)用到其機(jī)械當(dāng)中，發(fā)揮了越來(lái) 越大的作用。1.2.1焊接變位機(jī)械的結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)通常焊接變位機(jī)械可分為變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、滾輪架、升降機(jī)等四大類：一、變位機(jī)是通過(guò)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工件所有焊縫處于最理想的位置進(jìn)行焊接， 使焊縫質(zhì)量的提高有了可靠的保證，它是焊接各種軸類、盤類、筒體等

11、回轉(zhuǎn)體零件的 理想設(shè)備，同時(shí)也可用來(lái)焊接機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼等非長(zhǎng)形工件。選用變位機(jī)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)根據(jù)工件的質(zhì)量、固定在工作臺(tái)上的工件重心至臺(tái)面的重心高度、重心偏 心距來(lái)選用適當(dāng)噸位的變位機(jī)。（2）要在變位機(jī)上焊接圓形焊縫時(shí)，應(yīng)根據(jù)工件直徑與焊接速度計(jì)算出工作臺(tái)的 回轉(zhuǎn)速度；如變位機(jī)僅用于工件的變位，工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度及傾翻速度應(yīng)根據(jù)工件的 幾何尺寸及重量選擇，對(duì)大型、重型工件速度應(yīng)慢些。（3）工作臺(tái)的傾翻速度一般是不能調(diào)節(jié)的，如在傾翻時(shí)要進(jìn)行焊接工作，應(yīng)對(duì)變 位機(jī)提出特殊要求。（4）工作臺(tái)應(yīng)有聯(lián)接焊接地線的位置，且不受工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的影響。不允許將焊接 地線接在變位機(jī)機(jī)架上，從而使焊接電流

12、通過(guò)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)零件。（5）批量生產(chǎn)定型工件時(shí)，可選用具有程序控制性能的變位機(jī)。（6）變位機(jī)只能使工件回轉(zhuǎn)、翻動(dòng)，要使焊接過(guò)程自動(dòng)化、機(jī)械化，還應(yīng)考慮用 相應(yīng)的焊接操作機(jī)械。二、翻轉(zhuǎn)機(jī) 是將工件繞水平軸翻轉(zhuǎn)，使之處于有利施焊位置的機(jī)械，適用于梁、柱、框架、 橢圓容器等長(zhǎng)形工件的裝配焊接。焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)種類繁多，常見(jiàn)的有 頭架式、頭尾架式、框架式、轉(zhuǎn)環(huán)式、鏈條式及 油壓千斤頂式。（ 1）頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī) 這種翻轉(zhuǎn)機(jī)由主動(dòng)的頭架及從動(dòng)的尾架組成，它們之間的 距離可根據(jù)所支撐的工件長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。當(dāng)工作較重時(shí)應(yīng)考慮將頭尾架固定在基礎(chǔ)上，防 止傾倒。頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)的缺點(diǎn)是工件由兩端支承，翻轉(zhuǎn)時(shí)頭架端要施加扭轉(zhuǎn)力，因

13、而不 適用于剛性小，易撓曲的工件；另外，當(dāng)設(shè)備安裝不當(dāng)，頭尾架的兩根樞軸不在同一 軸線上時(shí)，工件會(huì)受到過(guò)大的扭轉(zhuǎn)力矩使翻轉(zhuǎn)困難，甚至造成工件扭壞或樞軸因發(fā)生 超負(fù)荷而扭斷。對(duì)于短工件可以不考慮兩端支撐，可僅將工件固定在頭架上進(jìn)行反 轉(zhuǎn)，而不用尾架。（ 2）框架式翻轉(zhuǎn)機(jī) 用一根橫梁連接在頭尾架的樞軸上或工作臺(tái)上，可構(gòu)成框架 式翻轉(zhuǎn)機(jī)。工作時(shí)工件固定在橫梁上有橫梁帶動(dòng)工件一起翻轉(zhuǎn)。為減小驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng) 使橫梁工件合成的縱向重心線盡可能與樞軸的軸線相重合。（ 3）轉(zhuǎn)環(huán)式翻轉(zhuǎn)機(jī) 這類翻轉(zhuǎn)機(jī)使用于長(zhǎng)度和重量均較大，截面又多變化的工件 翻轉(zhuǎn)。4）液壓千斤頂式翻轉(zhuǎn)機(jī) 液壓千斤頂式翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，載重量大，通常

14、用于 將工件作_45：90 :的翻轉(zhuǎn)。三、滾輪架是借助焊件與主動(dòng)滾輪間的摩擦力帶動(dòng)圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置。主要應(yīng)用于 回轉(zhuǎn)體工件的裝配與焊接，其載重可從幾十千克到千噸以上。按其結(jié)構(gòu)形式可分為三 大類：1 、自調(diào)式滾輪架2 、長(zhǎng)軸式焊接滾輪架。3、組合式焊接滾輪架。四、升降機(jī)是用來(lái)將工人及裝備升降到所需的高度的裝置，主要用于高大焊件的手工焊和半 自動(dòng)焊及裝配作業(yè)。其主要結(jié)構(gòu)形式有：1 、管結(jié)構(gòu)肘臂式。2 、管筒肘臂式。3 、板結(jié)構(gòu)肘臂式。4 、立柱式。1.2.2焊接變位機(jī)械的工作原理焊接變位機(jī)械主要為焊接工藝提供合適的工作焊點(diǎn)，其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)輸出一定的轉(zhuǎn)速，

15、經(jīng)過(guò)帶輪一次減速后，然后經(jīng)過(guò)二級(jí)蝸 輪蝸桿減速器兩次減速，最后由回轉(zhuǎn)主軸，經(jīng)過(guò)工作臺(tái)輸出焊件所需要的焊接速度， 以期達(dá)到所需要的焊縫要求；傾斜機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)工件在空間上的傾斜，本次論文所要研究的是傾斜機(jī)構(gòu)空間四 十五度范圍內(nèi)的傾斜，其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：整個(gè)傾斜機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)輸出 一定的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)帶輪一次減速后，然后經(jīng)過(guò)二級(jí)蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后其 輸出軸與錐角四十五度的伸臂梁相連接，伸臂梁與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在空 間上的四十五度傾斜。底座在整個(gè)機(jī)械工作過(guò)程中起到抗振，平衡的作用。1.3論文主要研究?jī)?nèi)容本次論文從整體上對(duì)焊接變位機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)，它包括焊接機(jī)械當(dāng)中的傾斜機(jī)構(gòu), 回

16、轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以及底座的總體設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)機(jī)械當(dāng)中的旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì) 描述：包括電動(dòng)機(jī)的選擇，二級(jí)蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)，帶輪及其傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì) 算，箱體的設(shè)計(jì)等。第2章帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)2.1.電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇三相電動(dòng)機(jī) 丫801 4,其相關(guān)數(shù)據(jù)如下：額定轉(zhuǎn)速n =1390r/min額定功率P二0.55KW22帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）確定帶輪的計(jì)算功率Pea =Ka P（ 2-1）式中：Ka工作情況系數(shù)：由資料1表8-7查得Ka=1.1；P 所需傳遞的額定功率即電動(dòng)機(jī)的功率：P = 0.55kw。Pca =1.1 0.55 =0.605kw（ 2-2）（2）選擇帶的帶型根據(jù)計(jì)算功率巳

17、=0.605kw和帶輪轉(zhuǎn)速1390 r min。.選取普通V帶的類型由資料1圖8-11選擇為Z型帶，其截面尺寸見(jiàn)表2-1。表2-1 Z型帶截面尺寸普通V帶的帶型節(jié)寬bp / mm頂寬b/ mm高度h/ mm橫截面積A/ mmZ8.510.06.04740（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1并驗(yàn)算帶速 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1根據(jù)V帶的帶型，參考資料1表8-6和表8-8確定小袋輪的基準(zhǔn)直徑dd1 應(yīng)使 dd1 -ddmin，這里取 dd1 =90mm。 驗(yàn)算帶速V根據(jù)資料1式8-13計(jì)算帶的速度：D1 n60 1000二 90 139060 1000m/ s = 6.55m/ s(2-3)帶速不宜過(guò)

18、高或過(guò)低,5m/s ： v ： 30m/s(2-4)故帶速合適。 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑由dd2 = i dd1可得(2-5)dd2 = 2 90 二 180mm其中i為大小帶輪之間的傳動(dòng)比i = 2 故取帶輪直徑dd2 = 180mm。(4) 確定中心距a，并選擇帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld計(jì)算相應(yīng)的帶長(zhǎng)Ld0-：2dd1 dd2a. 結(jié)合資料1式8-20,初定中心距a。= 400mm2=2 400 二.290 180180-904 400-1229mm(2-6)帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，根據(jù)Ld0由資料1表8-2選取，可得Ld = 1250mm。 計(jì)算中心距a及其變動(dòng)范圍：傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為a ： aLd

19、- Ld。/2 =(400 10)mm =410mm(2-7)考慮到帶輪的制造誤差，帶長(zhǎng)誤差，帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的 需要，常給出中心距的變動(dòng)范圍 390 440mm。(5) 驗(yàn)算小帶輪上的包角:,=180 ： - dd2 dd1 57.3 Ja= 180180 -9057.3 7 410= 167.4 ： 90(2-8)故滿足小帶輪的包角條件。(6) 確定帶的根數(shù)乙?guī)У母鶖?shù)Z 二 Pea / Pr二 Ka P F0K1K2(2-9)式中：Ki 當(dāng)包角不等于180度時(shí)的修正系數(shù)，參見(jiàn)資料1表8-2；K -當(dāng)帶長(zhǎng)不等于試驗(yàn)所規(guī)定的特定帶長(zhǎng)時(shí)的修正系數(shù)參見(jiàn)資料1表8-2。(7)

20、計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值(F)min由資料1表8-3得Z型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.1Kg/m，所以(2.5_K JPca “2 (F0 ) min - 500qvKzv(2.5-0.98) 0.60521K1(2-10)二5000.06 6.552N0.98x2x6.55二 38.4N應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力Fg (Fc)min。(8) 計(jì)算壓軸力Fp壓軸力的最小值為(2-11)a1167 4(Fp)min =2z(Fc)minSin=2 2 38.4 sinN =152.7N2 2(9) 帶輪選材大帶輪的材料為HT200，小帶輪的材料為Q235-A?；鶞?zhǔn)直徑dd2 =180mm，由于安裝帶輪的

21、軸徑為20mm故帶輪可采用腹板式（圖2-1）miw圖2-1腹板式帶輪第3章旋轉(zhuǎn)減速器設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)比的分配由電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶輪傳動(dòng)后，輸出功率為 0.55KW，輸出速度n二n額P = 690r/min ,D 2故總傳動(dòng)比i690 = 958，初分高低速級(jí)傳動(dòng)比分配為h i2i二958 :- 31，n 出0.72確定咼速級(jí)傳動(dòng)比h = 30，低速級(jí)傳動(dòng)比i2 = 32 o3.2二級(jí)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.2.1高速級(jí)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)輸入功率為 R =0.55Kw，電機(jī)轉(zhuǎn)速n1 =1390r/mi n，傳動(dòng)比為i = 30，輸出轉(zhuǎn)速n2二nJi =23r/min設(shè)使用壽命為四年每年工作 300d,每天工作8h

22、，JC=40%。ZA 蝸桿傳動(dòng)，精度 8CGB10089(1)選擇傳動(dòng)的類型，精度等級(jí)和材料 考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用1988,其示意圖見(jiàn)圖圖3-1高速級(jí)蝸桿傳動(dòng)示意圖蝸桿用35CrMo，表面淬火，硬度為 4550HRC;表面粗糙度Ra 1.lm。蝸輪選用20Cro(2)選用蝸桿蝸輪的齒數(shù)傳動(dòng)比i =30參考資料2表16.5-5,取乙=1 , z2二iz, = 30 仁30（3）確定許用應(yīng)力HP =HP Z vs Z n由資料2表 16.5-14 查得 c hp =220N/mm2，二FP =70N/mm2，按圖vs 1.5m/s，由圖16.5-3,采用浸油潤(rùn)滑，得 Zv 0.98

23、。輪齒應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nl = 60n2j =60 23 1 300 4 8 0.4 = 5.3 106查資料2圖 16.5-4得 Zn -1.08，Yn =0.852”-hp = 220 0.98 1.08 = 233N / mm 2匚 fp 二二 fpYn = 70 0.85 二 59.5N / mm（4）接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)15000二 HP Z2KT 2式中：載荷系數(shù)K=1.2蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩T2 =9550乩=9550 0.55 0.75 =171 N m n23（式中暫取=0.75 ）。代入上式m2d1F：.2，鵲）171=945mm3查資料2表16.5-4，接 近于m =945 mm3的是100

24、0 mm3，相應(yīng)d1 =50mm。查表 16.5-6,按 i=30，m=5mm， d1 =50mm，其 a=100mm, z2 = 31，（3-1）16.5-2查得（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）m=5mm，x2 = -0.5，蝸輪分度圓直徑d2二mz2 =5 31mm = 155mm，導(dǎo)程角吋-5.71 :。(5) 求蝸輪的圓周速度，并校核效率實(shí)際傳動(dòng)比Zi31=311n1門2i690 =22.26r/min31蝸輪的圓周速度d2 nV?60000155 叫。.伽/s60000(3-8)滑動(dòng)速度求傳動(dòng)的效率，按divs :s 60000 cos=1.88m/s60

25、000 cos5.71:(3-9)23式中:ta ntan 5.71:tanvtan 5.7V 2: -0.746由資料2表16.5-16查得 匚=2 -；取 2 =0.98, 3 =0.98。貝U(3-10)=1 2 3 = 0.74 0.98 0.98 =0.71與暫取值0.75接近。(6) 校核蝸輪齒面的接觸強(qiáng)度按資料2表16.5-10，齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算公式為94005一ad；(3-11)式中：查資料2表 16.5-11 得 Ze=155 N/mm2 ;按表 16.5-12取 Ka=0.9 (間歇工作)；取 Kv=1.1 ;取 K ：=1.1蝸輪傳遞的實(shí)際轉(zhuǎn)矩(3-12)T2 =9550

26、 P 1 2 =955055 0.71 =167.5N m n222.26當(dāng) vs =1.88m/s時(shí)，查資料2圖 16.5-4得 Zv 0.97二HP = 220 0.97 1.08 = 230.5N/mm2(3-13)將上述諸值，代入公式= 1559400 167.5.50 155220.9 1.1 1.1 =185N/mm -HP2=230.5N / mm(3-14)（7）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度校核按資料2表16.5-10，齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式666T2KaKvK ：d1d2mYfsY： _ - FP(3-15)式中:Z2按 Zv2 =cos廠cos331551皿47 及 X20.5，查圖 1

27、6.5-18得 Yfs =3.34Y： =1仁57 =0.9524120 1202；fp 二 59.5N / mm將上述諸值，代入公式3.34 0.9524(3-16)666 167.5 0.9 1.1 1.150汽155漢5=9.97N/mm2 _ ；： FP = 59.5N /mm2（8）選取蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 Vs =1.88 m s，載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。（9）高速級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置t01000 P (1 - )/ ： d S(3-17)式中:t 周圍空氣的溫度，常溫情況下可取20 ?0；n蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率,=0.7

28、5 ；箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可?。篸 =(8.1517.45)wm2 :C，當(dāng)周圍空氣流動(dòng)良好時(shí):d可取偏大值。這里取:d =15 :；p輸入功率，p=0.55Kw。t0 = 20 1000 0.55 0.25/15 0.20 = 20 45.9 = 65.9由于65.9： 80,其中80T為臨界溫度，故在通風(fēng)良好的情況下，不需要加散熱裝置。(10) 幾何尺寸計(jì)算已知：a=100mm， z1 =1， z2 = 31， * = 50mm， d2 二 155mm， x2 - -0.5。da1 =* 2m F502 5 mm =60mmd f1 =- 2m 1 0.2 = 50 - 2 5 1 0.2

29、 】mm 二 38mm6 _ 8 0.06z2 m -18 0.06 31 5mm = 49.3mm取 bi =50mm。da2 = d2 2m ha* x2 = 155 2 5 1 - 0.5 】mm 二 160mmdf2 =d2-2m(1.2-x) =155 -2 5 1.7 = 138mmdw2 二 d2 二 155mmDw - da2 2m 二(160 10)mm 二 170mmb2 乞 0.75da1 = 45mm* *ha1 = ha m =5mm(ha =1)c =c*m =0.2 5 =1mm(c*般取 0.2)h1 二肖(da1 - d 口)=吵(60 - 38)mm 二 1

30、1mm3.2.2低速級(jí)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)經(jīng)高速級(jí)傳動(dòng)后輸入功率為P2=R =0.55 0.71Kw=0.4Kw，輸入軸轉(zhuǎn)速 n22.26r / min，輸出轉(zhuǎn)速n2=0.72r/min設(shè)使用壽命為四年每年工作 300d，每天工 作 8h，JC=40%。(1) 選擇傳動(dòng)的類型，精度等級(jí)和材料考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動(dòng)，精度 8 c GB10089 1988，其示意圖見(jiàn)圖3-2圖3-2低速級(jí)蝸桿傳動(dòng)示意圖蝸桿用35CrMo，表面淬火，硬度為 4550HRC;表面粗糙度Ra豈1.6m。蝸輪 選用HT200鑄造。（2）選用蝸桿蝸輪的齒數(shù)傳動(dòng)比i =ni /n2 =22.26/0.72

31、=31參考資料2表 16.5-5,取乙=1，z2 =）乙=31 1 =31。（3）確定許用應(yīng)力二 HPhpZvsZn（ 3-18）由資料2表 16.5-14 查得-hp =220N/mm2，匚FP70N/mm2。按圖 16.5-2 查得vs : 0.5m/s，由圖16.5-3知，采用浸油潤(rùn)滑，得Zv10輪齒應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nl =60n2jLh= 60 0.72 1 300 4 8 0.4 = 1.7 105(3-19)查資料2圖 16.5-4得 Zn -1.6，Yn =1（4）接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)二 hp = 220 1 1.6 = 352N/mm? 2二 fp 一 丁 fpYn = 70 1 二 70

32、N / mmm2d1/ 、.215000KT2HP Z2 丿(3-20)(3-21)(3-22)式中：載荷系數(shù)K=1.2蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩(3-23)T2 =9550邑=9550少 卩=3820N mn20.72(式中暫取耳=0.7 )。代入上式md1215000、(352x31 丿1.2 3820 =8662 mm3(3-24)Z2 = 31 ，查資料2表 16.5-4,接近于 mprgGGZmm3 的是 9000mm3，相應(yīng) m=10mm.d1 =90mm。查表 16.5-6，按 i=31 , m=10mm, d1 =90mm，其 a=200mm,x2 =0，蝸輪分度圓直徑 d2 =mz2 =1

33、0 31mm = 310mm，導(dǎo)程角 =6.34(5) 求蝸輪的圓周速度，并校核效率蝸輪的圓周速度V2_ 二d2 n1-60000二 310 0.72 “.012m/s 60000(3-25)滑動(dòng)速度d1 rh60000cos:90 22.26 門，0.1m /s60000 cos 6.34:(3-26)求傳動(dòng)的效率，按 =12 3式中:ta n1 tantar空40.58tan 6.34 - 4.52 -G由表16.5-16查得 匚=4.52 ?；取 2 =0.99, 3 =0.98。貝U= 0.58 0.99 0.98 = 0.56(3-27)(6) 校核蝸輪齒面的接觸強(qiáng)度按資料2表16.

34、5-10，齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算公式為式中：查資料2表 16.5-11 得 ZE =155 . N/mm2 ;按資料2表16.5-12取K a =0.9（間歇工作）；取Kv=1.1 ;取 0=1.1蝸輪傳遞的實(shí)際轉(zhuǎn)矩pmj20.47.56T2 二 9550亠二 95502971N mn20.72當(dāng) Vs 二 0.1m/s 時(shí)，查資料2圖 16.5-4得 Zvs =12-HP = 220 1 1.6 = 352N/mm（3-30）將上述諸值，代入公式cH =155 9400 2971 0.9 1.1 1.1 =290.7N/mm2十=352N/mm2（3-31）V 90 漢 310（7）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)

35、度校核按資料2表16.5-10，齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式666T2KaKvKPw、/CFYfsY -二 fp（ 3-32）d1d2m式中：按Zv2Z2 cos331cos36.34 : _31.6 及 X2=0，查圖 16.5-18 得 Yfs=2.54。丫： =1 -1 120 -6.34 :120 :=0.9472-FP =70N / mm將上述諸值，代入公式666 2971 0.9 1.1 1.190漢 310漢102.54 0.947（3-33）2 2= 18.6N / mm 乞二 FP =70N/mm（8）選取蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 Vs = 0.1ms，載荷類型為

36、重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。（9）高速級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置t0 =ta 1000 P （1 一 ）/： d（3-34）式中:ta 周圍空氣的溫度，常溫情況下可取 20 9；蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率，二0.56 ;:d 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可?。? =(8.15 17.45)w/m 2 :C，當(dāng)周圍空氣流動(dòng)良好時(shí):d可取偏大值。這里取:-d =15 :;p 輸入功率，p=0.4Kw ；to =20 1000 0.4 0.44/15 0.20 = 20 58 = 78由于78： 80,其中80E為臨界溫度，故在通風(fēng)良好的情況下，不需要加散熱裝(10) 幾何尺寸計(jì)算已知：a=200

37、mm， z1 =1， z2 = 31， * = 90mm， d2 = 310mm， x2 = 0。da1 = d1 2m = ：902 10 mm = 110mmdf1 - 2m 10.2 - 90 - 2 10 10.2】mm = 66mm0 一 80.06z2 m = 8 0.06 31 10mm 二 98.6mm取 b =100mm。da2 = d2 2m ha* x2 二 310 2 101-0 1mm = 330mmd f 2 二 d2 2m(1.2 x) = 310 2 10 1.2 = 186mmdw2 =d2 =310mmDw - da2 2m = (330 20)mm = 3

38、50mmb2 - 0.75da1 = 82.5mm* *ha1 =ha m = 10mm(ha =1)c = c*m = 0.2 10 = 5mm(c*一般取 0.2) 二舟(da1 d f1) = *(110 66)mm 二 22mm3.3蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核(1) 利用已知條件求蝸桿上的功率 R，轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1R =0.55KW小=690r/ minR0.55Ti =9550-1 =9550N mm =7.6N mni690（2）初步估算直徑選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由資料2表19.1-1查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：6 = 650 MPa二 s = 360 MPa 1 = 270

39、 MPaj = 155 MPa5E = 2.1510 MPa根據(jù)表19.3-1公式初步計(jì)算軸徑，由于材料為45鋼，由資料2表19.3-2,選取A=115，則得j p（0 55dm 3： 1 =115 3 J： -10.66mm（ 3-35）n1 690因最小直徑顯然是帶輪的內(nèi)徑，所選的軸徑與帶輪的內(nèi)徑相適應(yīng)，故最小軸徑為20mm。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核2）根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿足帶輪的軸向定位要求軸段f處有一定位軸肩，故軸 g-f的直徑為20mm，軸長(zhǎng)為 40mm。 初步確定滾動(dòng)軸承，因此軸為蝸桿軸，應(yīng)考慮軸向力，從而選用能承受軸向力的單列圓錐滾子軸承，參照工作要

40、求并根據(jù) d2，確定選用32006型軸承，其尺寸為 d D T = 30mm 55mm 17mm，所以軸e-f直徑為30mm，而長(zhǎng)度為50mm。 因軸段c-d為蝸桿輪齒部分，其分度圓直徑為50mm,全齒寬為50mm,考慮與其配合的蝸輪外圓直徑為 170mm，取軸b-e的軸徑為36mm，長(zhǎng)度為210mm。 軸a-b長(zhǎng)度為軸承寬度，故軸長(zhǎng)度為17mm，軸徑為30mm。3）軸向零件的周向定位帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接，按d1查資料3可得平鍵截面尺寸 b h =6 6，鍵長(zhǎng)30mm，采用公差配合為H7/k6，滾動(dòng)軸承與軸的軸向定位是借過(guò)渡 配合來(lái)保證的，此處軸的直徑公差為 m6。4）確定軸上倒角

41、軸上倒角為2 45。5）求軸上的載荷 做出軸的簡(jiǎn)圖，在確定軸的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從資料2中查取軸承壓力中心偏離值a =13.1mm，因此，作為簡(jiǎn)支梁的支撐跨距為 317mm。 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩055 .71 9550 N m=167.5N m22.26(3-36)22蝸桿所受的圓周力2000T1d12000 7.650N =216N(3-37)蝸桿所受的徑向力Fr1譏 tan，皿 tan：d22000id2tan -2000 7.6 31 0.71155tan20、813N(3-38)蝸桿所受的軸向力Fa1 =Ft2 =2233N帶輪的切向力(3-39)Fr= 2Z(F)min sin=2 2 38.

42、4 sin 167.4 n = 152.7N(3-40)式中：Z為V帶的根數(shù);Fo min為單根V帶的初拉力最小值；:j為帶輪上的包角。 求支反力1）在水平平面的支反力，由 Ma = 0diRbz a b - Fria Fai 一 = 02Rbz 217.8 -813 108.9 2233 25 = 0RBz =150.2N由7 z =0得RAz =813RBz = 662.8N2） 在垂直平面內(nèi)的支反力，Mb = 0（3-41）-RAy a bFtb Fc = 0-RAy 217.8216 108.9 152.7 73.1 =0RAy 二 159.25NRBy =216 152.7 159.

43、25 = 209.45N6）作彎矩圖和扭矩圖 在水平平面的彎矩圖M DZ 二 RAza 二 662.8 0.1089N m 二 72.18N mMDz 二 MDz -F/-1 =72.18 - 2233 0.025 =16.35N m2 在垂直平面內(nèi)的彎矩圖M Dy = RAya =159.25 0.1089 = 17.34N mM Ey 二 Frc =152.7 0.0731 = 11.16N m 合成彎矩計(jì)算：Md 二 mDz MDy 二 78.182 17.342 N m=112N mM d 二 M d； M Dy 二 16.352 11.162 N m =19.8N m(3-42)(3

44、-43) 作彎扭矩圖見(jiàn)圖3-4IIT-7. 6ndi圖3-4彎扭矩圖7）軸的強(qiáng)度校核確定危險(xiǎn)截面截面e處彎矩最大，屬危險(xiǎn)截面，現(xiàn)對(duì)e截面進(jìn)行強(qiáng)度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力cavM D + (aT 丫J(1904.5x：103 2 + (0.6 漢 7.6 疋103 $42.98 MPa0.1 303(3-44)又因軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查手冊(cè)得二ca ： J J - 60 MPa軸的強(qiáng)度符合要求。3.4軸承的選擇及校核3.4.1對(duì)低速級(jí)蝸桿軸軸承進(jìn)行選擇校核由資料2選單列圓錐滾子軸承的型號(hào) 33110可知:基本額定動(dòng)載荷為Cr =89.2KN ；基本額定靜載荷

45、為Cr =125KN ；內(nèi)徑為d =50mm ；外徑為D = 85mm ；計(jì)算系數(shù)為e 二 0.41Y =1.5將受力其簡(jiǎn)化為力學(xué)模型見(jiàn)下圖 3-5。（1）根據(jù)靜力學(xué)公式可求得軸承處的水平及豎直方向得力:Fbh -1697 NFeh 二 2669NFbv = 7010NFev -778.6N其中：尸門=6976比片=2133N,Fa1 =19168NFr2 =813N,Ft2 =2233N,Fa2 =216N豎亶面受力*FhF&l+ cFrl圖3-5軸承受力力學(xué)模型B,E處所受總的力大小為:FbFbh2Fbv2 =7212N(3-45)Fe=,Feh2Fev2 =2780N(3-46)(2)求

46、兩軸承的計(jì)算軸向力:由Fr派生的軸向力FdFr 1di2780 927N2Y 2 1.5(3-47)Fd2Fr272122404N2Y 2 1.9(3-48)軸向受力分析如下圖3-6：圖3-6軸承軸向受力圖Fa1 Fa2 Fd廠(19168216 732)N 二 20311 N Fd2二 2404N7322780二 0.26 ： e(3-49)(3-50)(3-51)(3-52)(3-53)可見(jiàn)B軸承壓緊，E軸承放松 兩軸承軸向力分別是：Fai = Fdi 二 732NFa2 = Fai Fa2Fdi = 20311N(3)求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷R,P2電二沁=2.8 eFr27212由資料1表1

47、3-15分別查表和插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)或軸承載荷系數(shù)。對(duì)于軸承 B : X0.4,Y1.5 ；對(duì)于軸承E： X2 =1,丫2 =0。由資料1表 13-6，fp =1.21.8，取 fp =1.2 oR 二 fp X1Fr1 Y1Fa1 =3336NP2 二 fp X?Fr2 Y?Fa2 = 40022 NP1 ： B按照軸承B的受力大小及壽命進(jìn)行校核：106 C Lk =10000h60n P1 y可知滿足其壽命要求。3.4.2對(duì)高速級(jí)軸軸承進(jìn)行校核根據(jù)資料2選單列圓錐滾子軸承的型號(hào) 32006可知:基本額定動(dòng)載荷為5 =35.8KN ；基本額定靜載荷為=46.8KN ；內(nèi)徑為d =30mm

48、 ；外徑為D =55mm；計(jì)算系數(shù)為e =0.43Y =1.4將受力其簡(jiǎn)化為力學(xué)模型見(jiàn)圖3-7ATR2 AFc腫(1)根據(jù)靜力學(xué)公式可求得軸承處的水平及豎直方向的力Fav 二 686NFbv -127NFah 二 Fbh =0.5Ft -108N其中：Fr = 813N,Ft = 216N,Fae = 2233NA，B處所受總的力大小為：Fb = Fbh Fbv - 167NFa 二.Fah2 Fav2 = 694N（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力由Fr派生的軸向力Fd=300000 h(3-58)軸向受力分析如下圖3-8Fd1F d2F r12YFr22YN =60N2 1.4N =248N2 1

49、.4Fae Fdi 二(2233 60)N =2293N Fd2 二 248N可見(jiàn)A軸承壓緊，B軸承放松。兩軸承軸向力分別是：Fai = Fdi =60NFa2 = Fae Fdi= 2293N(3)求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷R,P2Fai _ 60Fr1 _ 167=0.36 ： ea2r22293694由資料1表13-15分別查表和插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)或軸承載荷系數(shù)。對(duì)于軸承B: X1 =1, =0 ；對(duì)于軸承 A : X2 =0.40,Y2 =1.4。由資料1表 13-6，fp=1.2-1.8，取 fp =1.2 oR 二 fp X1FM Y1Fa1 =200.4NP2 - fp X2Fr2

50、Y2Fa2 = 4185.36N(3-54)(3-55)(3-56)(3-57)P2 * R按照軸承A的受力大小及壽命進(jìn)行校核:Lk106 C ；60n Pi可知滿足其壽命要求。3.5鍵的選擇及校核3.5.1大帶輪處的鍵選擇及校核相關(guān)尺寸:根據(jù)資料3由帶輪處的直徑選擇鍵，其型號(hào) 6 30 6GB1096 -79（90）,b 二 6mmh = 6mmL = 30 mmt 二 3.5mm分別校核鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度（1）擠壓強(qiáng)度根據(jù)公式：(3-59)二 c 二 2000 M / dkl式中：M輸入轉(zhuǎn)矩N m ；d軸直徑，d = 20mm ；k鍵與輪轂的接觸高度，k二h-t =2.5mm；l 鍵的

51、工作長(zhǎng)度，I = L - b = 24mm。二c= 2000 2.6/20 2.5 24二 4.5Mpa ： a 丨二 36Mpa故其擠壓強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。（2）剪切強(qiáng)度(3-60)根據(jù)公式：= 2000 M /d b l= 2000 2.6/20 6 24=1.8Mp 1= 12Mpa式中:d軸直徑,d = 20mm;l鍵的工作長(zhǎng)度；M輸入扭矩N m ;b鍵的寬度，b =6mm。故其擠壓強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。3.5.2低速級(jí)渦輪軸上的鍵選擇及校核其相關(guān)尺寸:根據(jù)資料3由軸徑選擇鍵，其型號(hào)為22 14 76GB1096 -79（90），b = 22mmh = 14mmL 二 76mmt = 9mm分別校核鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度（1）擠壓強(qiáng)度根據(jù)公式：(3-61)二c 二 2000M /dkl式中：M輸入轉(zhuǎn)矩N m ；d軸直徑,d = 80mm ；k鍵與輪轂的接觸高度，k二h -1二5mm ；l 鍵的工作長(zhǎng)度，I二L - b二54mm。(3-62