畢業(yè)設(shè)計大齒輪輪芯堆焊機動力頭設(shè)計（可編輯）

1、畢業(yè)設(shè)計-大齒輪輪芯堆焊機動力頭設(shè)計 目 錄1 緒論12 堆焊簡介43 總體方案設(shè)計83.1 動力頭的總體設(shè)計要求83.2 動力頭的設(shè)計84 蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計114.1 高速級傳動設(shè)計114.2 低速級傳動設(shè)計165 軸的校核與設(shè)計215.1 軸的設(shè)計215.2 輸入軸215.3 輸出軸235.4 中間軸的校核256 滾動軸承的選擇及校核計算326.1 輸入軸上的軸承326.2 輸出軸上的軸承337 鍵連接的選擇及校核計算378 聯(lián)軸器和箱體的設(shè)計計算398.1 聯(lián)軸器398.2.箱體419 減速器結(jié)構(gòu)與潤滑、密封方式的概要說明4310 結(jié)論45參考文獻46致謝47 大齒輪輪芯堆焊機動力頭設(shè)

2、計摘要:大齒輪是由外齒圈、輪芯和鍵組合而成,齒圈為嚙合局部所以采用優(yōu)質(zhì)鋼,輪芯為鑄造件用鍵連接齒輪軸。外齒圈和輪芯采用過盈配合,用溫差法裝配。輪芯與外齒圈無相對運動、無磨損。當(dāng)出現(xiàn)更換外齒圈或維修齒輪軸上零件等情況時,需要將齒輪解體,此時外齒圈將從輪芯外外表中被強行拉出,配合面就會被破壞,齒輪輪芯也容易受到磨損。為了不影響齒輪的工作狀態(tài),輪芯外外表需堆焊及機加工,恢復(fù)輪芯外外表及其光潔度。同樣輪芯內(nèi)孔損傷也需用堆焊的方法修復(fù)。本文所設(shè)計堆焊機動力頭就用于此工序 輪芯堆焊機主要由動力頭、尾架、焊接小車、底座、導(dǎo)軌及控制箱六大局部組成。本文設(shè)計輪芯堆焊機動力頭,工作重點在于減速器的設(shè)計。首要目的是

3、滿足根本的使用性能,其次是在此根底上盡量減少減速器的體積和重量使其結(jié)構(gòu)緊湊、加工制造方便。動力頭減速器的結(jié)構(gòu)有很多種類,本文首要滿足的性能是速比和強度,之后再從裝備方便、縮小體積、降低本錢等方面加以考慮。設(shè)計后的減速器應(yīng)具有容易生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)簡單、可實用性、安裝方便、本錢低的特點。 關(guān)鍵詞:輪芯;堆焊;動力頭 ;減速器 Wheel center welding machine power head design Abstract :From outside the ring gear, wheel core and key combination engagement ring is part o

4、f it using high quality steel, round core for the casting gear shaft with key connection.outside the ring and the wheel core by interference fit, with the temperature difference method assembly. Wheel core and outer ring is no relative movement, no wear. When replacement or repair outside the ring g

5、ear shaft parts, etc., you need to gear collapse, this time from the outer ring round the outer surface of the core was forcibly pulled out, with the surface will be destroyed, gear wheel core is also easy by wear and tear. In order not to affect the working condition of gears, wheel outer surface o

6、f the core needs welding and machining to restore wheel core and the outer surface finish. Within the same round hole injury also used as a core method of welding repair. This power head welding machine is designed to be used for this process This designs the gear of wheel center welding machine, th

7、e focus is the design of transmission and shaft. The primary purpose of the work is to meet basic performance, second is on this basis to reduce the size and weight of the gear as much as possible to compact structure and to manufacture esaily. The gear structure of dynamic head has many types, the

8、first to meet the performance of this design is ratio and intensity, the second is considered from the equipment convenient, smaller size, lower cost and so on. After the design the gear should be easy to produce, structure simple, practical, easy installation and low cost.Keywords: wheel center, we

9、lding machine, gear, dynamic head.1 緒論1.1 課題的意義 焊接是借助于原子的結(jié)合把兩個別離的物體聯(lián)合成一個整體的過程。為了實現(xiàn)焊接過程,必須使兩個被焊的物體接近到原子間的力能夠發(fā)生相互作用的程度。為到達這個目的,可利用加熱、加壓或兩者并用,并且用或不用填充材料的方法來實現(xiàn)。 堆焊是焊接的一個分支,是金屬晶內(nèi)結(jié)合的一種溶化焊接方法,但它與一般的焊接不同,不是為了連接零件,而是用焊接的方法,在零件的外表堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程。其目的在于修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等方面的性能。由此可見,堆焊具有一般焊接方法的特點,但又有其特殊性。 堆焊機

10、是將焊條平敷在金屬的外表,來提高焊口的高度,所特用的一種焊接設(shè)備.堆焊機是由包括機架、機頭、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)、控制設(shè)備構(gòu)成,所述控制設(shè)備通過機頭控制卡與機頭相連接,同時通過控制電路板、驅(qū)動器與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)相連接,以實現(xiàn)行走機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的協(xié)同精確轉(zhuǎn)動和移動,機頭為兩個,一個是絲極機頭,一個是帶極機頭,分別安裝在行走機構(gòu)的兩條導(dǎo)軌上進行焊接。 堆焊的應(yīng)用廣泛,它普及各種機械使用和制造部門。堆焊作為材料外表改性的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法,越來越廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)部門零件的制造修復(fù)中。為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用,希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能,即優(yōu)質(zhì)

11、、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)。用它制造某些零件時,不僅發(fā)揮零件的綜合技術(shù)性能和材料的工作潛力,還能節(jié)約大量的貴重合金。例如,一般的熱鍛模用5CrMnMo或5CrNiMo等合金鋼整體模制造,而我國有的工廠已成功的應(yīng)用45Mn2鑄鋼基體電渣堆焊合金材料來制造,從而大量節(jié)約了貴重的Ni、Mo等合金元素。用堆焊修復(fù)舊件費用低、省工、省時、省材料,還可以縮短制造周期。因此,合理地采用并用并推廣堆焊技術(shù)具有重大的經(jīng)濟意義。 齒輪是大型機車的重要傳動部件。由于大齒輪的加工難度和工作條件中的很大沖擊力決定著大齒輪輪芯很容易受到磨損。因為輪芯的磨損會很容易使大齒輪的位置松動移動位置,從而影響到機車的正常工作。以前

12、通常是把機車上的受損大齒輪卸掉在從新安裝新的大齒輪軸以免對機車造成不必要的損傷。這樣不但消耗人力而且從經(jīng)濟的角度上講很不實際?，F(xiàn)在采用輪芯堆焊的方法簡單易行,而且省錢、省力、省料、經(jīng)濟效果也好 大齒輪是由外齒圈、輪芯和鍵組合而成,齒圈為嚙合局部所以采用優(yōu)質(zhì)鋼,輪芯為鑄造件用鍵連接齒輪軸。外齒圈和輪芯采用過盈配合,用溫差法裝配。輪芯與外齒圈無相對運動、無磨損。當(dāng)出現(xiàn)更換外齒圈或維修齒輪軸上零件等情況時,需要將齒輪解體,此時外齒圈將從輪芯外外表中被強行拉出,配合面就會被破壞,齒輪輪芯也容易受到磨損。為了不影響齒輪的工作狀態(tài),輪芯外外表需堆焊及機加工,恢復(fù)輪芯外外表及其光潔度。同樣輪芯內(nèi)孔損傷也需用

13、堆焊的方法修復(fù)。本文所設(shè)計堆焊機動力頭就用于此工序。動力頭是堆焊級機的主要組成局部之一,本次設(shè)計的動力頭減速器主要目的是滿足性能指標(biāo)。故設(shè)計一個結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便的減速器對于堆焊機有重要意義。在設(shè)計過程中對于我們要注重理論聯(lián)系實際,同時還要具有相關(guān)機械設(shè)計和制圖的實踐經(jīng)驗,培養(yǎng)獨立思考能力和解決問題的能力。這對于我們即將步入社會的大學(xué)生也是意義重大。2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 堆焊不僅可以修復(fù)舊金屬工件,而且可以在金屬工件外表形成復(fù)合層,使其具有特殊的性能,而且到達提高耐磨性、延長使用壽命、節(jié)約能源、減少合金消耗、縮短加工周期、降低本錢和改良設(shè)計等效果。所以開展堆焊技術(shù)對我國的工業(yè)開展有重要意義。

14、 堆焊的方法修復(fù)和制造工件已有三十多年歷史。早在50年代我國就用此技術(shù)修復(fù)工件。迄今在我國輪芯堆焊都一般采用2氣體保護自動堆焊,并在這方面有了一定的成就。他們依靠自己的力量制造了各種型式的堆焊機床,并用MZ一1000型普通埋弧焊機改裝成堆焊機頭,氣體保護防止了空氣的侵入和雜質(zhì)的污染,從而提高堆焊質(zhì)量使消耗降低收到了較好的效益。 在工業(yè)興旺國家中堆焊工件的工藝材料和設(shè)備方面的研究工作,都取得了明顯進展,不但能修復(fù)舊齒輪且能生產(chǎn)各種復(fù)合材質(zhì)的新工件。同時新的堆焊設(shè)備隨著工藝的更新得到不斷的改良。堆焊已由自動埋弧焊開展到電渣堆焊。用電渣堆焊甚至可在內(nèi)圓齒輪上堆焊合金鋼層。隨著堆焊工藝、材料和設(shè)備的不

15、斷開展和更新堆焊的溶敷效率已由59kg|h提高到200kg|h以上焊絲由單絲極開展到多絲極和帶極電渣堆焊也由多絲極開展到管狀焊極目前堆焊術(shù)還在不斷進步.具有十分廣闊的開展前景。 我國堆焊技術(shù)多年來由于科研工作不配套管理跟不上焊絲、焊劑材料品種單一。新研制的材料還不能批量生產(chǎn),供給渠道未暢通,也沒有可供選用的先進焊接設(shè)備,造成工件堆焊技術(shù)進展緩慢。到自前為止,近70%中小型軋鋼廠沒有應(yīng)用這一技術(shù)。且堆焊技術(shù)也僅用于舊材料修復(fù)上,還沒有用堆焊方法批量生產(chǎn)復(fù)合材質(zhì),堆焊的水平和工業(yè)先進國家相比差距較大。為此,冶金部已成立了堆焊組,進行信息交流、技術(shù)攻關(guān)、科研成果鑒定并制定開展規(guī)劃等工作。開展了新的焊

16、絲、焊齊材料和高效率的多絲帶極堆焊設(shè)備的研究工作。可以預(yù)期堆焊技術(shù)將在我國得到較快的開展。 隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速開展,我國的焊接技術(shù)也正迅速的開展。近幾年來,外表堆焊技術(shù)應(yīng)用于電站、核能、石化、冶金、煤炭、礦山、建筑、橋梁、船舶、汽車、機車、航天、海洋工程等行業(yè)的設(shè)備修復(fù)。因此堆焊在現(xiàn)代焊接技術(shù)中占有重要地位。 如何設(shè)計一個結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便的減速器對于堆焊機的開展有重要意義。動力頭減速器的構(gòu)造有很多種,主要考慮滿足速比和強度,以及裝配方便、縮小體積、降低本錢等。由于大齒輪輪芯堆焊機的傳動比要求比擬大,所以為了更好的滿足大傳動比的傳動要求,選擇蝸桿傳動和擺線針輪減速器或者選傳動比在500左右范圍

17、和帶傳動配合的傳動方案的減速器比擬適宜。 2 堆焊簡介2.1 堆焊的特點 焊接是借助于原子的結(jié)合把兩個別離的物體聯(lián)合成一個整體的過程。為了實現(xiàn)焊接過程,必須使兩個被焊的物體接近到原子間的力能夠發(fā)生相互作用的程度。為到達這個目的,可利用加熱、加壓或兩者并用,并且用或不用填充材料的方法來實現(xiàn)。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步,各種產(chǎn)品、機械裝備正向大型化、高效率、高參數(shù)的方向開展,對產(chǎn)品的可靠性和使用性能要求越來越高。材料外表堆焊作為焊接技術(shù)的一個分支,是提高產(chǎn)品和設(shè)備性能、延長使用壽命的有效技術(shù)手段。 堆焊是用焊接方法在金屬材料或零件外表上熔敷一層有特定性能的材料的工藝過程。它是焊接的一個分支,是金屬晶內(nèi)結(jié)

18、合的一種溶化焊接方法,但它與一般的焊接不同,不是為了連接零件,而是用焊接的方法,在零件的外表堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程。其目的在于修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等方面的性能。由此可見,堆焊具有一般焊接方法的特點,但又有其特殊性。 堆焊的物理本質(zhì)、熱過程、冶金過程以及堆焊金屬的凝固結(jié)晶與相變過程,與一般的焊接方法相比是沒有什么區(qū)別的。然而,堆焊主要是以獲得特定性能的表層、發(fā)揮外表層金屬性能為目的,所以堆焊工藝應(yīng)該注意以下特點: 1.根據(jù)技術(shù)要求合理地選擇堆焊合金類型 被堆焊的金屬種類繁多,所以,堆焊前首先應(yīng)分析零件的工作狀況,確定零件的材質(zhì)。根據(jù)具體的情況選擇堆焊合金系統(tǒng)。這樣才

19、能得到符合技術(shù)要求的外表堆焊層。 2.以降低稀釋率為原那么,選定堆焊方法 由于零件的基體大多是低碳鋼或低合金鋼,而外表堆焊層含合金元素較多,因此,為了得到良好的堆焊層,就必須減小母材向焊縫金屬的熔入量,也就是稀釋率。 3.堆焊層與基體金屬間應(yīng)有相近的性能 由于通常堆焊層與基體的化學(xué)成分差異很大,為防止堆焊層與基體間在堆焊、焊后熱處理及使用過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力,常要求堆焊層與基體的熱膨脹系數(shù)和相變溫度最好接近,否那么容易造成堆焊層開裂及剝離。 4.提高生產(chǎn)率 由于堆焊零件的數(shù)量繁多、堆焊金屬量大,所以應(yīng)該研發(fā)和應(yīng)用生產(chǎn)率較高的堆焊工藝。 總之,只有全面考慮上述特點,才能在工程實踐中正

20、確選擇堆焊合金系統(tǒng)與堆焊工藝,獲得符合技術(shù)要求的經(jīng)濟性好的外表堆焊層2.2 堆焊的應(yīng)用 堆焊工藝是焊接領(lǐng)域中的一個重要分支,它在礦山、電站、冶金、車輛、農(nóng)機等工業(yè)部門的零件修復(fù)和制造中都有廣泛的使用。其主要用途有以下兩個方面: 由于零件常因為磨損而失效,例如石油鉆頭、挖掘機齒等,可以選擇適宜的堆焊材料對其進行修復(fù),使其恢復(fù)尺寸和進一步提高其性能。而且用堆焊技術(shù)進行修復(fù)比制造新零件的費用低很多,使用壽命也較長,因此堆焊技術(shù)在零件修復(fù)中得到廣泛。 堆焊工藝可以采用不同的基體,在這些基體上使用不同的堆焊材料使外表到達我們所需要的性能,如耐磨性、耐蝕性、耐熱性等等。利用這一工藝不僅能保證零件的使用壽命

21、而且還防止了貴金屬的消耗,使設(shè)備的本錢降低。2.3 堆焊方法 熔焊、釬焊、噴涂等方法都可以應(yīng)用于堆焊中,熔焊方法占的比例最大,選擇應(yīng)用怎樣的堆焊方法,應(yīng)考慮幾個問題:(1)堆焊層的性能和質(zhì)量要求;(2)堆焊件的結(jié)構(gòu)特點;(3)經(jīng)濟性。隨著生產(chǎn)的開展,常規(guī)的焊接方法往往不能滿足堆焊工藝的要求,因此又出現(xiàn)了許多新的堆焊工藝方法。幾種堆焊工藝的主要特點如表9-1所示。 表1-1 常用堆焊方法特點比擬 堆焊方法稀釋率/%熔敷速度/(kg/h) 最小堆焊厚度/mm熔敷效率/%氧-乙炔焰堆焊手工送絲1100.51.80.8100 自動送絲1100.56.80.8100 手工送絲1100.51.80.285

22、95 焊條電弧焊堆焊10200.55.43.265 鎢極氬弧焊堆焊10200.54.52.498100埋弧堆焊單絲30604.511.33.295 多絲152511.327.24.895 串聯(lián)電弧102511.315.94.895 單帶極102012363.095 多帶極81522684.095等離子弧堆焊自動送絲5150.56.80.258595 手工送絲5150.53.62.498100 自動送絲5150.53.62.498100 雙熱絲51513272.498100 注:表中稀釋率為單層堆焊結(jié)果。 堆焊是熔焊,因此從原理上講,但凡屬于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的開展也隨生產(chǎn)開展的需

23、要和科技進步而開展,當(dāng)今已有很多種對焊方法,現(xiàn)按實現(xiàn)堆焊的條件,將常用的堆焊方法綜合分類。 堆焊機是將焊條平敷在金屬的外表,來提高焊口的高度,所特用的一種焊接設(shè)備.堆焊機是由包括機架、機頭、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)、控制設(shè)備構(gòu)成,所述控制設(shè)備通過機頭控制卡與機頭相連接,同時通過控制電路板、驅(qū)動器與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)相連接,以實現(xiàn)行走機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的協(xié)同精確轉(zhuǎn)動和移動,機頭為兩個,一個是絲極機頭,一個是帶極機頭,分別安裝在行走機構(gòu)的兩條導(dǎo)軌上進行焊接。 輪芯堆焊一般采用CO2保護自動堆焊,這種堆焊方法的優(yōu)點在于保證堆焊金屬必需的質(zhì)量和高生產(chǎn)率的同時,還保證了工藝過程的穩(wěn)定。因此與其他堆焊修復(fù)方法相比,

24、CO2保護自動堆焊得到了廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)的CO2保護自動堆焊可實現(xiàn)環(huán)焊、螺旋焊、直道焊三種焊接形式。當(dāng)工作焊完一圈,小車帶動焊槍縱向自動移動一段距離再焊,稱為環(huán)焊;當(dāng)焊接工件時,焊槍與小車同時以設(shè)定的速度緩慢移動,稱為螺旋焊;當(dāng)工件不轉(zhuǎn)動,僅有小車縱向移動時,稱為直道焊。焊接開始時,焊絲與焊件接觸,并被固體顆粒狀的焊劑覆蓋著。當(dāng)焊絲與焊件之間引燃電弧,焊絲與軋輥及局部靠近電弧的焊劑受到電弧熱(60008000)的作用開始熔化。焊絲熔融后,堆在工件上,焊劑起著保護作用和合金化作用,焊機熔化時,不斷放出氣體和水蒸氣,形成泡沫,在蒸汽的作用下,形成一個由渣殼抱住的密閉孔穴。電弧在孔穴內(nèi)繼續(xù)燃燒,

25、這樣就隔絕了大氣對電弧和熔池的影響,并防止了熱量的迅速散失。堆焊層除了集體金屬的沖淡作用外,組織較為均勻,氣孔和夾渣較少,淬火作用小,而焊層的物理和力學(xué)性能高。堆焊層的硬度和耐磨性是由焊絲材料和焊劑中所含的合金元素來決定的。 3 總體方案設(shè)計3.1 動力頭的總體設(shè)計要求動力頭的總體設(shè)計要求如下。 ?焊接線速度:U線400450mm/min。 ?傳動比i在12001424范圍內(nèi)。 ?傳動裝置的布局應(yīng)使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、勻稱、重量輕、強度和剛度好,本錢低,并適合車間布置情況和工人操作,便于拆裝和維修。 ?使各級傳動的承載能力接近相等。 ?使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等。 ?盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,也可

26、用少量非標(biāo)準(zhǔn)件。3.2 動力頭的設(shè)計3.2.1 電動機的選取 由于要滿足縮小體積,減輕重量的要求,所以優(yōu)先選用110SZ51型電動機,其額定參數(shù)如下。(由設(shè)計要求決定) ?額定功率:W。 ?額定轉(zhuǎn)速: 1500r/min。 ?滿載轉(zhuǎn)速: 1470r/min。3.2.2 傳動方案確實定 本方案主要采用兩級蝸桿傳動方式。其主要原因在于蝸桿傳動比大,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn),噪音小,既滿足了大傳動比的要求又滿足了結(jié)構(gòu)緊湊的要求但傳動比率較低。 1總傳動比 1400。 2減速裝置的傳動比分配 第一級蝸桿傳動比為80; 第二級蝸桿傳動比為70。 所以 ×1400滿足設(shè)計要求。3.2.3 材料的選擇自

27、動堆焊要求載荷平穩(wěn),轉(zhuǎn)速低,故所有蝸輪材料均選用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度241286HBS。3.2.4 初步確定蝸桿頭數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗可以初步定出各級蝸輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù),如表1.1所示。 表3.1 各級齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù) 傳動級數(shù) 蝸輪齒數(shù) 蝸桿頭數(shù)第一級 80 2第二級 70 23.2.5 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)各軸轉(zhuǎn)速?1軸(高速級蝸桿軸):n1nm/i 1470/80/236.75 r/min?工作軸:nwn51.05(r/min)個軸輸入功率?1軸:P1P0?g185×0.75138.75(W)×0.8111(W)?工作軸:PwP55109.4(W)各軸輸入轉(zhuǎn)矩?

28、1軸:T19550P1/n13.61 N?m?2軸:T29550P2/n21057.8N?m? 工作軸:Tw9550Pw/nw1044.78 N?m將以上求得的運動和參數(shù)、各軸之間的傳動比及效率列表1.2、表1.3。 表3.2 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) 參數(shù)電動機軸 1軸 2軸工作軸 轉(zhuǎn)速/r?min-1 147036.75 表3.3 各軸之間的傳動比及效率 參數(shù)1軸2軸傳動比i 40 35 表3.4 各軸的運動參數(shù)表軸號功率 轉(zhuǎn)矩N?m轉(zhuǎn)速r/min傳動i效率輸入輸出 輸入 輸出1軸138.75138.623.6134035 4 蝸桿的傳動設(shè)計4.1 高速級的傳動設(shè)計蝸桿傳動多在需要交錯

29、軸間傳遞運動及動力的場合使用。通常交錯角為,一般蝸桿為主動力。其主要優(yōu)點為傳動比大,工作平穩(wěn),結(jié)構(gòu)緊湊,當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角是可以自鎖。其缺點是效率低,需用貴重的有色金屬。蝸桿傳動的類型有多種,本文根據(jù)需要選用了普通的圓柱蝸桿?阿基米德蝸桿。4.1.1蝸桿傳動材料的選擇 在蝸桿傳動中,普通齒輪傳動中齒輪所發(fā)生的點蝕、彎曲、折斷、膠合和磨損等失效形式必然都可能出現(xiàn)。更特殊的是由于蝸桿傳動在齒面間有較大的相對滑動,磨損、發(fā)熱、膠合的想象就更容易發(fā)生。 基于蝸桿傳動的特點,蝸桿副的材料組合首先要求具有良好的減摩、耐磨、易于跑合的特性和抗膠合能力,此外要求有足夠的強度。由于轉(zhuǎn)速不高、功率不大,蝸輪材

30、料選用ZQAl9-4,砂模鑄造,H250MPa;蝸桿材料選用40Cr,外表調(diào)質(zhì),硬度為241286HBS。4.1.2 選擇齒數(shù) 查機械設(shè)計手冊,取Z12,Z2804.1.3驗算滑動速度式中Z1?蝸桿頭數(shù); m?模數(shù),mm; d1?蝸桿分度圓直徑,mm; ?蝸桿分度圓柱上螺旋升角; ?滑動速度,m/s。 所以,根據(jù)設(shè)計要求,原材料選擇是適宜的。 傳動中心矩計算公式如下: (4-1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 361.4N?m確定載荷系數(shù)K確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故147確定接觸系數(shù)確定接觸疲勞極限 根據(jù)蝸輪材料為ZCuSn10P1,蝸桿螺旋齒面硬度45HRC,可從表1

31、1-7中查得無蝸輪的根本許用應(yīng)力265MPa7 確定壽命系數(shù) 8 計算中心距 (4-2) 取中心矩a60mm 由圖11-18查得,因為, 因此以上計算結(jié)果可用。4.1.5 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸 確定蝸桿的頭數(shù) 確定模數(shù)m 蝸桿分度圓直徑 查機械設(shè)計書表11-3,取標(biāo)準(zhǔn)值d120mm, 直徑系數(shù)q10 齒頂圓 齒根圓 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒寬 蝸輪齒數(shù)× 驗算傳動比 i40 傳動比誤差, 是允許的 蝸輪分度圓直徑 20mm 實際中心距 a1/2d1+d2 74mm蝸輪寬度蝸桿圓周速度 相對滑動速度 當(dāng)量摩擦系數(shù)查機械設(shè)計書表13-6,4.1.6 主要尺寸根據(jù)以上計算結(jié)果,可以

32、得到蝸桿傳動的主要尺寸,如表1.7所示。 表4-1 蝸桿傳動的主要尺寸 名 稱 符 號 蝸 桿 蝸 輪頭數(shù)z280中心距a74蝸輪輪緣寬度b-22蝸桿分度圓柱上螺旋升角特性系數(shù)q20壓力角螺旋方向 左旋蝸桿變位系數(shù)X0 4.1.7熱平衡計算 蝸桿傳動的特點是效率較低,發(fā)熱量較大。在工作中就可能出現(xiàn)齒面磨損加劇,甚至引起齒面膠合的情況。出現(xiàn)工作失效的原因在于散熱不充分,溫度過高,使?jié)櫥宛ざ冉档?減減小潤滑作用。因此,閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算。熱平衡計算的原理是:閉式蝸桿傳動正常連續(xù)工作時,有摩擦產(chǎn)生的熱量應(yīng)小于或等于箱體外表散發(fā)的熱量,以保證溫升不超過允許值。公式為:(4-3) 式中,P

33、162.960W,在通風(fēng)良好的條件下,取k15W/m2?,取允許潤滑油工作溫度,室溫,。 將以上數(shù)據(jù)帶入計算得箱體所需有效散熱面積A為: (4-5) 這將為箱體設(shè)計和是否考慮采取散熱措施提供依據(jù)。 在實際使用中,蝸輪輪齒折斷的情況很少發(fā)生,這是因為蝸輪輪齒彎曲強度所限定的承載能力,超過齒面點蝕和熱平衡計算所限定的承載能力。而只有在蝸輪采用脆性材料,并且受強烈沖擊的傳動等少數(shù)情況下,折斷現(xiàn)象才會出現(xiàn),此時計算彎曲強度才有實際意義。4.2 低速級的傳動設(shè)計4.2.1 桿的傳動類型 根據(jù)GB/T10085?1998 選擇ZA4.2.2 選擇材料 蝸桿材料選用40Cr,外表調(diào)質(zhì),硬度為241286HB

34、S。蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。為了節(jié)約材料齒圈選青銅,而輪芯用灰鑄鐵HT200制造4.2.3 按計齒面接觸疲勞強度計算進行設(shè)計(1)根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計進行計算,先按齒面接觸疲勞強度計進行設(shè)計,再校對齒根彎曲疲勞強度。由文獻1P254式(11-12), 傳動中心距 (4-6) 由 前面的設(shè)計知作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2,按Z2,估取,那么: (2)確定載荷系數(shù)K 因工作比擬穩(wěn)定,取載荷分布不均系數(shù);由文獻1P253表11-5選取使用系數(shù);由于轉(zhuǎn)速不大,工作沖擊不大,可取動載系;那么 (4-7)(3)確定彈性影響系數(shù) 因選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故,有(4)

35、確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和中芯距的比值,從文獻1P253圖11-18中可查到(5)確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1,金屬模制造,蝸桿的螺旋齒面硬度>45HRC,可從文獻1P254表11-7中查蝸輪的根本許用應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)那么 (6)計算中心距:(4-8)取a160mm,由 i35,那么從文獻1P245表11-2中查取,模數(shù)m4蝸桿分度圓直徑從圖中11-18中可查,由于<,即以上算法有效。4.2.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸(1)蝸桿 直徑系數(shù)q 40 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚 蝸桿的法向齒厚(2)蝸輪 蝸

36、輪齒數(shù), 變位系數(shù) 驗算傳動比,這時傳動比誤差為:,在誤差允許值內(nèi)。 蝸輪分度圓直徑 喉圓直徑 齒根圓直徑 咽喉母圓半徑4.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 (4-9)當(dāng)量齒數(shù)螺旋角系數(shù):許用彎曲應(yīng)力: 從文獻1P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的根本許用彎曲應(yīng)力56MPa壽命系數(shù)(4-10)可以得到: 因此彎曲強度是滿足的。4.2.6 驗算效率 (4-11) ;與相對滑動速度有關(guān)。 從文獻1P264表11-18中用差值法查得: 代入式中,得大于原估計值,因此不用重算。4.2.7 精度等級公差和外表粗糙度確實定 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用機械減速器,從GB/T1

37、0089-1988圓柱蝸桿,蝸輪精度選擇8級精度,側(cè)隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089-1988。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差工程及外表粗糙度,此處從略。詳細(xì)情況見零件圖。 5 軸的校核與設(shè)計 軸屬于運動機構(gòu),主要是帶開工件轉(zhuǎn)動完成冷軋輥堆焊,并同時承受轉(zhuǎn)矩、彎矩和剪切作用,而且其性能直接影響到堆焊質(zhì)量、機床的實用壽命等,因此,這局部的動力頭整體設(shè)計中占關(guān)鍵地位。5.1 軸的設(shè)計 從設(shè)計機床的工作特點來看,主軸要同時承載彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。從傳動情況來看,轉(zhuǎn)矩是由蝸桿軸傳遞給主軸的,彎矩主要是有主軸上兩滾動軸承承受。 選擇軸的材料。主軸材料選擇40Cr,調(diào)質(zhì)處理,查?機械設(shè)計手冊?得:硬度

38、為241286HBS,b750MPa,s550MPa。 按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑。估算公式為 (5-1) 式中P?軸功率,kW; n?軸轉(zhuǎn)速,r/min; C?系數(shù)。 由?機械設(shè)計手冊?取:C100,于是mm。 計算所得直徑應(yīng)為安裝蝸桿的最小直徑,取d20mm.5.2 輸入軸的設(shè)計 蝸桿上的功率P 轉(zhuǎn)速N和轉(zhuǎn)矩分T別如下: P 185w N1470r/min T36100Nm5.2.1 按扭矩初算軸徑 選用40Cr,硬度為根據(jù)文獻式,并查教材表15-3,取 (5-2)考慮到有鍵槽,將直徑增大7%,那么:因此選5.2.2 蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)蝸桿上零件的定位,固定和裝配 二級蝸桿減速器可將蝸輪安排

39、在箱體中間,兩隊軸承對成分布,蝸桿由軸肩定位,蝸桿周向用平鍵連接和定位。 端:軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑,故同時選用聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計算,查文獻1P351表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件和考慮到蝸桿與電動機連接處電動機輸出軸的直徑查文獻3P172表13-10選用HL6型號彈性套柱銷聯(lián)軸器。 表5-1 蝸桿軸聯(lián)軸器參數(shù) 型號公稱轉(zhuǎn)距許用轉(zhuǎn)速 軸的直徑 2503800 60 8232因此選擇段長度取軸上鍵槽鍵寬和鍵高以及鍵長為。 端:因為定位銷鍵高度,因此,。軸承端蓋的總長為20mm,根據(jù)拆裝的方便取端蓋外端面于聯(lián)軸器右端面間的距離為所以, 段:初選用

40、圓錐滾子軸承,參考要求因d44,查文獻選用30205型號滾子承。L24mm圓錐滾子軸承一端用端蓋定位(寬度為6mm),緊靠軸環(huán)端用于軸肩定位。 段:直徑軸環(huán)寬度b ,在滿足強度下,又要節(jié)省材料取軸肩寬度為;,;。 V段:由前面的設(shè)計知蝸桿的分度圓直徑 齒頂圓直徑 ,蝸輪的喉圓直徑。查文獻1P250表11-4材料變形系數(shù)所以蝸輪齒寬綜合考慮要使蝸輪與內(nèi)壁有一定的距離 應(yīng)選L130mm圖5-1 蝸桿軸結(jié)構(gòu) 5.3 輸出軸的設(shè)計5.3.1 按扭矩初算軸徑(2)求作用在軸上的力 (3)初步確定軸徑的最小直徑 選用鋼,硬度根具文獻1P370中式,并查文獻1P370表15-3,取 (5-3)考慮到鍵槽,將

41、直徑增大10%,那么;所以,選用5.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)軸上的零件定位,固定和裝配 蝸輪蝸桿二級減速裝置中,可將蝸輪安裝在箱體中央,相對兩軸承對稱分布,蝸輪左面用軸肩定位,右端面用軸端蓋定位,軸向采用鍵和過度配合,兩軸承分別以軸承肩和軸端蓋定位,周向定位那么采用過度配合或過盈配合,軸呈階梯狀,左軸承從左面裝入,右軸承從右面裝入。(2)確定軸的各段直徑和長度 軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑,故同時選用聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計算,查文獻1P表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取由輸出端開始往里設(shè)計。查機械設(shè)計手冊選用HL5彈性柱銷聯(lián)軸器。 表5-2 蝸輪軸聯(lián)軸器參數(shù) 型號公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速 軸孔直徑 H

42、L4125040008411255 I-II段:,。軸上鍵槽取,。 II-III段:因定位軸肩高度,考慮到軸承端蓋的長度和安裝和拆卸的方便,取。 -IV段:初選用角接觸球軸承,參照要求取型號為30212型圓錐滾子軸承,考慮到軸承右端用套筒定位,取齒輪距箱體內(nèi)壁一段距離a20mm,考慮到箱體誤差在確定滾動軸承時應(yīng)據(jù)箱體內(nèi)壁一段距離S,取S8。所選軸承寬度T23,那么。 -V段:為安裝蝸輪軸段,蝸輪齒寬取L90mm,由于為了使套筒能壓緊蝸輪那么mm。V-VI段:-V段右端為軸環(huán)的軸向定位,mm VI-VII段: 。 圖5-2 蝸輪軸結(jié)構(gòu)(3)軸上零件的周向定位蝸輪、半聯(lián)軸器與軸的定位均采用平鍵連接

43、。按 由文獻1P106表6-1查得平鍵截面,鍵槽用銑刀加工,長為80mm,同時為了保證齒輪與軸配合由良好的對稱,應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為;同樣半聯(lián)軸器與軸的連接,選用平鍵分別為為,半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承的周向定位是由過度配合來保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6。(4)參考文獻1P365表15-2,取軸端倒角為圓角和倒角尺寸,個軸肩的圓角半徑為125.4 中間軸的校核5.4.1 求軸上的載荷 圖5-3 蝸桿軸受力分析圖 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖(圖6-1)做出軸的計算簡圖6-3)。在確定軸承的支點的位置時,應(yīng)從文獻3中查取得值。對于31002型軸承,由文獻3P193中查得。因此,作為簡支梁

44、的軸的支承跨距 根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖6.3)可以看出中間截面是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算的截面的 、 及 的值計算過程及結(jié)果如下: 表5-3 蝸桿軸上的載荷 HV支反力N彎矩M總彎矩M(1)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時,通常只校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面(即危險截面)的強度。根據(jù)文獻1P373式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力,軸的計算應(yīng)力: , (5-4)故平安。(1)判斷危險截面 截面II、III、IV只受扭矩作用,雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的

45、,所以截面II、III、IV均無需校核。 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看,截面V和VI與蝸輪嚙合的應(yīng)力集中最嚴(yán)重;從受載的情況來看,中芯截面上的應(yīng)力最大。截面V的應(yīng)力集中的影響和截面VI的相近,但截面VI不受扭矩作用,同時軸徑也較大,故不必做強度校核。中芯截面上雖然應(yīng)力集中最大,但應(yīng)力集中不大(過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端),而且這里軸的直徑最大,故截中芯面也不必校核。因而該軸只需校核截面V左右即可。(2)截面E左側(cè) 抗截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面E左側(cè)彎矩 截面E上扭矩8 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理由文獻1P362表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻1P

46、40附表3-2查取,因, ,又由文獻1P41附圖3-1可知軸的材料敏性系數(shù), 故有效應(yīng)力集中系數(shù) 文獻1P42附圖3-2尺寸系數(shù), 文獻1P44附圖3-4軸未經(jīng)外表強化處理 又由文獻1P39表3-1與文獻1P40表3-2的碳鋼的特性系數(shù) 取; , 。計算平安系數(shù) (5-5) (5-6)故該軸在截面左側(cè)強度是足夠的。(3)截面E右側(cè) 抗截面系數(shù)按文獻1P373表15-4中的公式計算 抗扭截面系數(shù) 彎矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 過盈配合處由文獻1P43附表3-8用插值法求出并取 3.16,故按磨削加工,文獻1P44附圖3-4 外表質(zhì)量系數(shù)軸未經(jīng)外表強化處理,即 , 那么按文獻1P25式(3-12)和文獻1P25式(3-12a)故得綜合系數(shù)為 又由文獻1P39附表3-1與文獻1P40附表3-2的碳鋼的特性系數(shù) 取; ,取計算平安系數(shù) (5-7) 故該軸在截面右側(cè)強度也是足夠的。本設(shè)計因無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力