噸混合式焊接滾輪架的設(shè)計 課程設(shè)計

1、.武漢理工大學(xué)工裝模具課程設(shè)計說明書44噸混合式焊接滾輪架的設(shè)計目錄1、焊接滾輪架分析·······································22、方案的選擇與確定··

2、···································32.1驅(qū)動方案的擬定·············&

3、#183;·························32.2傳動方案的確定······················&#

4、183;················32.3滾輪的直徑確定·······························

5、83;·······32.4偏心系數(shù)的確定·······································43、計算與校核&#

6、183;···········································53.1焊接滾輪架的設(shè)計計算····

7、·····························83.2電機型號的確定···················&

8、#183;··················103.3傳動比分配及減速器選擇····························

9、83;·103.4滾輪架滾輪設(shè)計······································113.5主動滾輪軸的設(shè)計計算······

10、··························123.6蝸桿軸的設(shè)計計算······················

11、;··············123.7蝸輪蝸桿傳動設(shè)計計算································133.8 V帶

12、設(shè)計計算·······································154、滾輪架零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇·······

13、3;·····················154.1軸承端蓋的設(shè)計··························

14、3;··········164.2鍵及聯(lián)軸器的選擇····································164.3機架的設(shè)

15、計·········································174.4表面粗糙度·······&

16、#183;·································185、小結(jié)及參考資料··············&#

17、183;························19#；- 24 -44噸混合式焊接滾輪架的設(shè)計1 焊接滾輪架分析1.1課程設(shè)計題目分析焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉(zhuǎn)的變位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。焊接滾輪架按結(jié)構(gòu)形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架，第二類是組合式滾輪架。本次設(shè)計的就是組合式滾輪架，它的主動

18、滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不是1與1的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應(yīng)性很強。本次課程設(shè)計即是組合式滾輪架，草圖如下 圖1-1組合滾輪架草圖1.2 給定參數(shù) 噸位：44T G=44×103×9.8=4.31×105N 焊接滾輪的圓周速度：V=660m/h范圍內(nèi)無級可調(diào)。 中心角： 主要計算結(jié)果及參數(shù)2 方案的選擇與確定2.1滾輪驅(qū)動方案的擬定 為使焊接滾輪架的滾輪間距調(diào)節(jié)方便可靠，組合便利，采用主動輪單獨驅(qū)動的設(shè)計方案，即每個主動輪單獨利用一臺電動機和減速機構(gòu)驅(qū)動。不過要注意解決好各主動

19、輪的同步問題，在選用電動機和減速機結(jié)構(gòu)上要盡量選用特性一致且經(jīng)過實測的使用。2.2 傳動方案的確定整個傳動過程實質(zhì)上是一個減速過程，且總的傳動比比較大，可以采用三級減速：一級皮帶輪減速；一級擺線針輪減速器減速；一級蝸輪蝸桿減速。傳動方案簡圖如下圖所示 圖2-1 傳動方案簡圖2.3滾輪的直徑的確定 由表1可知本次設(shè)計的44t滾輪架選取滾輪直徑Dr=500mm；工件筒體直徑Dmin=500mm，Dmxa=4000mm。當(dāng)中心角的>130時支反力和圓周力急劇增大，相反，當(dāng)角太小時，滾輪架上的筒體焊件放置有可能不穩(wěn)定。因此在實際應(yīng)用中為使焊件在滾輪架上獲得可靠的穩(wěn)定性，并保證焊件可以平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動應(yīng)

20、小于40度我國制定的焊接滾輪架行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定中心角應(yīng)在45度到110度之間。 滾輪直徑Dr=500mm工件筒體直徑Dmin=500mmDmxa=4000mm 滾輪的轉(zhuǎn)速：n=1000V/（Dr）/60=1000*（660）/（500）/60 =（0.06370.637）r/min 式中Drmm ，Vm/s表2-1 焊接滾輪架技術(shù)參數(shù) 當(dāng)工件直徑為500mm時，帶入數(shù)據(jù)得兩滾輪間距為819.15mm 當(dāng)工件直徑為4000mm時，帶入數(shù)據(jù)得兩滾輪間距為1722.08mm。因此兩滾輪間距的調(diào)節(jié)范圍選定為：810mm1730mm之間2.4偏心系數(shù)的確定中心角的使用下限

21、，主要受焊件靜載穩(wěn)定性的制約，當(dāng)給定后，偏心距只有滿足滾輪的轉(zhuǎn)速n：（0.06370.637）r/min焊件才不致于從滾輪架上掉下而破壞其穩(wěn)定性，則：=，式中Dmm取=0.023 計算與校核3.1焊接滾輪架的設(shè)計計算3.1.1 驅(qū)動圓周力和摩擦力的計算圖3-1焊接滾輪架受力簡圖 1焊件 2主動滾輪 3從動滾輪圖3所示為焊件滾輪架及焊件的受力簡圖，圖中2為一列主動滾輪，3為一列從動滾輪。當(dāng)重量為G、其偏心距e=0的筒體焊件1靜置在主、從動滾輪座上時，則主、從動滾輪上的支反力相等，即式中 中心角；D焊件直徑； Dr滾輪直徑； L主、從動滾輪之間的橫向距離；當(dāng)即時，F(xiàn)fmax=4.31×1

22、05/2/cos55°=3.76×105N=0.02Ffmax=3.76×105N當(dāng)即時，F(xiàn)fmin=4.31×105/2/cos22.5°=2.33×105N當(dāng)焊件的偏向距不為零時，在主動滾輪圓周力F1的作用下，逆時針轉(zhuǎn)動，則焊件是受力情況如圖2所示。圖中F2是焊件借助摩擦力帶動從動滾輪轉(zhuǎn)動時，滾輪作用到焊件上的反力。此時 (1) (2) (3) (4)與主動滾輪軸搭配的軸承圓錐滾子軸承，故f=0.02，滾輪采用組合輪（鋼輪與橡膠輪相結(jié)合），故=，橡膠面和鋼輪面各占一半，故取=1.65。初定滾輪軸徑 dr=95mm，則 b=Dr/(

23、fdr+2u)=500/(0.02*95+2*1.65) 取b=96當(dāng)時：Ffmin=2.33×105Nf=0.02u=1.65初定滾輪軸徑dr=80mm =N當(dāng)時：時，F(xiàn)1=1.119104F2=2.568103NFf1=2.257105NFf2=2.465105N時，F(xiàn)1=0.127105F2=0.041105N通過比較上述兩組計算結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)第組的計算結(jié)果較大，故后續(xù)計算應(yīng)采用第組的計算結(jié)果進行計算。3.1.2滾輪軸上的載荷的計算由于同一列上的滾輪數(shù)量為2，即，所以載荷作用不均勻系數(shù)。則作用在一個主動滾輪上的載荷 作用在一個從動滾輪上的載荷3.1.3滾輪軸徑大小的計算設(shè)主動滾輪

24、軸上兩軸承中點間的距離L=355mm，則在的作用下，主動滾輪軸的彎曲力矩 Mw=P1*L/4=1.92105355/4=170.400105N·mm由于是獨立驅(qū)動的主動滾輪，所以每一輪軸所承受的扭矩Ff1=3.847105NFf2=3.907105NMw=170.400105N·mmMn=20.879105N·mm所以主動滾輪所受的當(dāng)量彎矩 該主動滾輪軸采用45鋼制造，查機械設(shè)計P354其b=590Mpa安全系數(shù)取，則= b/nb=590/2=295Mpa, 則主動滾輪軸的計算直徑 因為，所以試設(shè)計成功。為了維修的方便，及簡化設(shè)計工作，從動滾輪的軸徑也取同一數(shù)值，

25、即d、=95mm。3.1.4附著力驗算 為了保證焊件在主動滾輪上不打滑，焊件在滾輪上的有效摩擦因數(shù)f應(yīng)滿足 在滾輪上的有效摩擦因數(shù)； 焊件在滾輪上的許用摩擦因數(shù)，采用鋼輪時，取=0.5。 因為f=F1/Ff1=0.127105/3.847105=0.033fp=0.5 故實際的附著力滿足設(shè)計要求3.2 焊接滾輪架的電動機驅(qū)動功率的確定及型號選擇3.2.1 焊接滾輪架的電動機驅(qū)動功率的確定 焊接滾輪架的電動機驅(qū)動功率 N=Mn*n/9550/=2087.90.637/9550/0.4 =0.348KW式中 N每個主動滾輪電動機的驅(qū)動功率（kw）； 主動滾輪軸的傳遞扭矩（N·m）； n主

26、動滾輪的轉(zhuǎn)速，即許用最高轉(zhuǎn)速（r/min）； Mxd=171.674105N·mm 主動滾輪軸的計算直徑d=83.49mm 傳動機構(gòu)的總效率，因為機構(gòu)中有一級蝸輪蝸桿傳動，故=0.4。3.2.2電動機型號的確定 上面計算的電動機功率為0.269kw，但根據(jù)目前廠家生產(chǎn)的44T滾輪架的實際產(chǎn)品，電動機功率應(yīng)進行放大。這是因為滾輪或工件不能做到絕對的平滑，尤其是許多筒狀工件都有橫向焊縫，當(dāng)橫向焊縫通過滾輪是會產(chǎn)生很大的附加力矩。由于滾輪的轉(zhuǎn)速很低，且減速機構(gòu)只有三級，所以不宜選用轉(zhuǎn)速過大的電動機，考慮上訴因素功率應(yīng)留足夠余量才能使?jié)L輪架穩(wěn)定工作。另外1990年頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（

27、ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定了不同噸位的焊接滾輪架的電動機最小功率： 表3-1 電動機功率表3-1 不同噸位焊接滾輪架電動機最小功率根據(jù)上訴情況電動機功率應(yīng)放大數(shù)倍，電動機決定選用功率：P=1.5KW ，轉(zhuǎn)數(shù)：N=955轉(zhuǎn)， 型號：Z4-100-1直流電動機作為該焊件滾輪架的驅(qū)動力源。3.3傳動比的分配及外購減速器型號的選擇 總的傳動比整個傳動過程，分三級進行減速，傳動比的分配如下：第一級采用皮帶輪減速機進行減速，傳動比為，第二級采用擺線針輪減速機進行減速，傳動比為i2=23,所選的減速器型號如下：表3-2 ZW 2.2-5-55擺線針輪減速器的主要參數(shù)輸入轉(zhuǎn)速r/min輸出功率 k

28、w中心高 mm輸入軸軸徑 mm輸出軸軸徑 mm7451.861603055第三級采用蝸輪蝸桿減速，傳動比為。電動機型號: Z4-100-1額定功率P=1.5kw額定轉(zhuǎn)速n0=955r/min擺線針輪減速器型號：ZW2.2-5-55 i2=23因為相差不是很大，故可以滿足設(shè)計使用的要求。3.4滾輪架滾輪的設(shè)計滾輪架的滾輪結(jié)構(gòu)主要有四種類型，其特點和使用范圍見表3-3表3-3 滾輪結(jié)構(gòu)的特點和適用范圍由于滾輪架的額定載荷是44t，所以選用組合輪結(jié)構(gòu)。圖3-2 組合輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖34所示。滾輪直徑為500mm，寬260mm。滾輪中間采用橡膠來增大摩擦力，作為驅(qū)動，寬130mm；兩邊采用鋼輪，作為承

29、重，寬65mm；3.5主動滾輪軸的設(shè)計與計算主動滾輪軸與滾輪配合處的尺寸在前面已經(jīng)計算：d=95mm，這里就不在重復(fù)計算，主動滾輪軸與蝸輪和圓螺母配合處的最小軸徑計算 ： （該主動滾輪軸采用45鋼制造，b=590Mpa，其許用安全系數(shù)取，則= b/nb=590/2=295Mpa,）；這就是說只要主動滾輪軸的最小軸徑大于41.36mm，即可滿足使用要求，該軸的其它尺寸根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，主動滾輪軸的尺寸如下圖所示： 圖3-3 主動滾輪軸的尺寸示意圖由于該軸在設(shè)計時是按強度進行設(shè)計的，這里可不必重新校核軸的強度了。由于軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計軸的同時，需根據(jù)與軸承配合的軸徑（d=90mm）選對應(yīng)的軸承型號，

30、選用雙列向心軸承，型號為：滾動軸承 3218GB/T2971994。3.6蝸桿軸的設(shè)計與計算蝸桿與十字滑塊聯(lián)軸器配合處的軸徑最小，為便于聯(lián)軸器的安裝，取蝸桿的最小軸徑與擺線針輪減速器的輸出軸徑相等，即實際的最小軸徑dmin=55mm，設(shè)計尺寸如下圖所示： 圖3-4 蝸桿周的尺寸示意圖dmin=80mm蝸桿軸的強度校核計算：蝸桿材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設(shè)計P354其 安全系數(shù)取，則= b/nb=590/2=295Mpa，蝸桿最小軸徑可根據(jù)蝸桿所受的扭矩進行校核計算，蝸輪的工作扭矩為，蝸桿為單頭，故，設(shè)蝸桿的工作扭矩為,則故，滿足設(shè)計使用要求。由于軸承為標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計軸徑的同時，需根據(jù)軸徑選

31、擇所需軸承的型號。這里由于所受軸向力向里，考慮到設(shè)計的經(jīng)濟性，這里決定選用圓錐滾子軸承；根據(jù)蝸桿軸與軸承配合處的軸徑為d=90mm，選用雙列向心軸承，型號為：滾動軸承 3218GB/T2971994。3.7蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計與計算3.7.1蝸桿功率與材料的選擇蝸桿的輸入功率 式中 V 帶傳動的效率，；擺線針輪減速機的傳動效率，； 聯(lián)軸器的傳動效率， ；蝸桿的轉(zhuǎn)速 蝸桿采用45鋼，表面高頻淬火，硬度為4555HRC；蝸輪齒圈材料采用ZCuSn10P1，金屬模鑄造，內(nèi)圈采用45鋼制成。Dmin=55mmn2=20.76r/min3.7.2主要參數(shù)的計算根據(jù)傳動比，查機械設(shè)計表12-2，取，采用蝸輪

32、的工作轉(zhuǎn)矩進行設(shè)計計算，則查機械設(shè)計表12-5得基本許用接觸應(yīng)力，設(shè)計使用期限為10年（=24000h），則應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 故許用應(yīng)力由于是鋼蝸桿與銅蝸輪配對使用，故根據(jù)機械設(shè)計表12-1 選定確定中心距 表3-4 蝸輪及蝸桿的主要尺寸參數(shù)表名稱符號計算公式及結(jié)果 mm中心距aa=245蝸桿軸向模數(shù)mm=10蝸桿頭數(shù)Z1Z1=1蝸輪齒數(shù)Z2Z2=i×Z1=33傳動比ii=33蝸桿直徑系數(shù)q16齒頂高系數(shù)ha*ha*=1蝸桿軸向齒距PxPx =×m=31.41蝸桿導(dǎo)程PzPz = Z1×Px =31.41蝸桿軸截面齒廓壓力角=20°間隙CC=（0.

33、20.3）m，取C=1.5蝸桿齒頂高h(yuǎn)a1ha1= ha*×m=10Z2=33ZN=1蝸桿齒根高蝸桿齒高=+=21.5蝸桿分度圓直徑蝸桿齒頂圓直徑蝸桿齒根圓直徑蝸輪分度圓直徑=*m=3303.8V帶傳動設(shè)計與計算電動機與擺線針輪減速器之間同V帶傳動來傳遞扭矩，帶傳動比i=2。根據(jù)電動機額定功率P=1.5kw，額定轉(zhuǎn)速n0=955r/min，設(shè)計該V帶傳動。V帶傳動的設(shè)計計算過程如下表所示：計算項目設(shè)計計算依據(jù)結(jié)果（長度單位為mm）工況系數(shù)查機械設(shè)計表13-101.0計算功率PcPc=KAP1.5kw選V帶型號查機械設(shè)計圖13-7、圖13-8選用A型小輪直徑查機械設(shè)計表13-4及推薦標(biāo)

34、準(zhǔn)值100驗算帶速，一般525m/s5m/s大輪直徑，一般應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值200初定中心距400初算帶長1277確定帶長Ld查機械設(shè)計表13-7、表13-81400定中心距461aminamin =a-0.015Ld400amaxamax = a+0.03Ld503驗算包角167.57°確定V帶根數(shù)z2確定初拉力F0116.32N對軸的壓力FQ462.54NV帶傳動的張緊定期張緊或采用自動張緊裝置 表3-5 V帶設(shè)計主要參4 滾輪架零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計與選擇4.1軸承端蓋的設(shè)計如下圖所示，根據(jù)軸承座孔（外圈）直徑160mm由機械設(shè)計課程設(shè)計表46查得軸承端蓋螺釘直徑為d3=12mm，螺釘數(shù)目為

35、6個。如圖24所示，由機械設(shè)計課程設(shè)計，D4=D-(1015mm) 得D4=150mmD0=D+2.5d3 D0=190e=（11.2）d3 e=12 D2=D0+2.5d3 D2=220 軸承端蓋、軸承透蓋都是按照此尺寸設(shè)計。 圖41 軸承端蓋4.2鍵及聯(lián)軸器的選擇4.2.1主動滾輪軸上鍵的選擇及型號確定鍵的鏈接采用普通平鍵聯(lián)接，這種鍵應(yīng)用最廣，普通平鍵按照頭、方頭、和單圓頭三種。為了減小軸在加工過程中所引起的應(yīng)力集中，這里決定選用A型鍵。根據(jù)與鍵配合的軸徑d=95mm及軸長L=257mm，查機械設(shè)計課程設(shè)計可得所需鍵的型號，與滾輪配合處的鍵的型號為：鍵；與蝸輪配合處的軸徑d=85mm，軸長

36、L=130mm，查機械設(shè)計課程設(shè)計可確定該處所用的鍵型號為：鍵。4.2.2蝸輪軸上鍵的選擇及型號確定蝸桿軸與十字滑塊聯(lián)軸器配合處需用一個鍵，為了減小軸在加工過程中所引起的應(yīng)力集中，這里也選用A型鍵。根據(jù)與鍵配合的軸徑d=55mm及軸長L=80mm，查機械設(shè)計課程設(shè)計可得該處所用的鍵的型號為：鍵。4.2.3聯(lián)軸器的選擇蝸桿與擺線針輪減速器之間是通過聯(lián)軸器來傳動扭矩的，可移式剛性聯(lián)軸器可以通過兩半聯(lián)軸器間的相對運動來補償被聯(lián)接兩軸的相對位移。該焊接滾輪架傳動特點要求所選用的聯(lián)軸器具有較好的剛性，由表4-1，再考慮到經(jīng)濟性，這里設(shè)計選用價格相對便宜而又具有較好剛性的十字滑塊聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的尺寸大小可

37、根據(jù)擺線針輪減速器輸出軸的軸徑大小查機械設(shè)計課程設(shè)計進行確定。名稱公稱扭矩范圍軸徑范圍最大轉(zhuǎn)速范圍特點應(yīng)用條件凸緣連軸器102000010180140013000結(jié)構(gòu)簡單，成本低可傳動較大扭距，但不等消除沖擊。對所連兩軸間的偏移缺乏補償能力經(jīng)常用于荷載平穩(wěn)有輕度沖擊的條件下，鏈接低速和剛性不大的兩軸。NZ撓性爪型聯(lián)軸器256001565380010000外形尺寸小，飛輪力矩小用于小功率，高轉(zhuǎn)速，沒用急劇沖擊載荷的情況下十字滑塊聯(lián)軸器1202000015150100250結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，壽命長。但制造比較復(fù)雜無較大沖擊，轉(zhuǎn)速不高的，存在兩軸徑向相對位移時采用4.3機架的設(shè)計機架零件支撐著機器中的全部零件，保證組成機器的各零件處于正確的工作位置，承受各零件的作用力，并傳遞到基礎(chǔ)上。 每臺機器都有各自的特殊功能，因而，為滿足這些特殊要求，機架零件具有各自的結(jié)構(gòu)形狀。常