240t焊接滾輪架設計-主動滾輪座設計（全套含CAD圖紙）

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Welding turning rolls is a welding machine by drawing on the wheel and take the initiative between the Mount Weldment relay drive rotating to shift. The mechanism and the characteristics were investigated in detail for the axial drifting of a shaft on the welding turnig rolls. The spiral angle that comes from the random errors in the manufacture and the installation of the welding rolls, results in the axial drifting of a cylinder on the welding turning rolls. The comparison was made for both their merits and shortcomings among the three adjusting manners: the elevating, the translational and the deflecting. Fully accounting is taken into in the design of the wheel frame of rationality and economic factors. Key words: Welding; Tooling Fixture; welding turning rolls; reduction gear 目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 Ⅲ 第1章 緒論 1 1.1焊接工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1 1.2 論文主要研究內容 2 第2章 焊接用工藝設備 3 2.1 概述 3 第3章 240噸焊接滾輪架主動輪設計 6 3.1 機械傳動裝置方案設計 6 3.2 減速器傳動零件的設計計算 10 3.3 減速器箱體結構設計 21 3.4 減速器的附件設計 23 結論 28 參考文獻 29 致謝 30 附件1 31 附件2 42 43 第1章 緒論 1.1焊接工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和焊接技術的不斷進步，焊接作為一種金屬連接的工藝方法，在金屬結構生產(chǎn)中已經(jīng)基本取代了鉚接連接工藝。焊接與鑄造、鍛壓、切削加工、熱處理等金屬加工工藝組合，成為機械制造業(yè)的主要加工方法，許多傳統(tǒng)的鑄鍛產(chǎn)品，也由焊接制品或鑄—焊、鍛—焊制品所代替。 早期的焊接結構大多數(shù)是用手工電弧焊完成的，有時還用到氧—乙炔氣焊。隨著焊接工藝方法的發(fā)展及焊接結構形式的改進，焊接結構生產(chǎn)也已向機械化、自動化方向發(fā)展，現(xiàn)在不僅已經(jīng)制成了各種機械化、自動化以及專門用途的自動焊接機，而且還制造了大量的焊接輔助裝備、單機自動化的焊接機械裝置，焊接結構生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)自動線早已成為現(xiàn)實。焊接機器人在某些部門得到了較普遍的使用。在整個機械制造行業(yè)中，焊接機器人比其他類型機器人應用更廣泛。焊接結構生產(chǎn)的機械化、自動化，不僅可以提高焊接結構的生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質量，同時也使生產(chǎn)工人的健康進一步得懂到保障，環(huán)境污染也有所下降。然而，由于焊接結構的多樣化及生產(chǎn)過程的復雜性，目前國內焊接生產(chǎn)的機械化、自動化程度還是較低的，手工操作在某些產(chǎn)品，甚至某些行業(yè)中仍占較大的比例。 焊接結構生產(chǎn)的整個過程同其他任何一生產(chǎn)過程一樣，除了基本的生產(chǎn)工序以外，還包括大量的輔助工序，其中主要是焊接零件的制備、裝配、工序間的傳送和制品的變位與清理等。另外，制品工序間的檢驗也占有相當大的工作量。因此，要提高焊接結構生產(chǎn)的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量，應考慮整個焊接結構生產(chǎn)過程的機械化、自動化，其途徑可包含以下內容： （1） 材料預處理和備料工序的機械化、自動化，這不僅可以降低本工序的勞動量、提高生產(chǎn)率，還將有利于被阻焊零件質量和精度的提高，而使裝配、焊接易于實現(xiàn)機械化和自動化，并提高產(chǎn)品質量。 （2） 擴大先進生產(chǎn)工藝的應用范圍，研制各種專業(yè)焊接裝備，實現(xiàn)焊接工藝的機械化。 （3） 采用先進的起重運輸裝備，并在各工位和工位之間配置專用的區(qū)域性起重運輸裝備及傳送帶，組成立體的其起重運輸網(wǎng)絡，以縮短零部件及制品的傳送時間。在取物裝置方面應廣泛的采用真空吸盤、電磁鐵及機械手等，以取代低效率、低質量的吊鉤。 （4） 大量采用機械化的工件變位機械及焊接操作機械等輔助裝置。它們可以使焊縫或焊機、焊工處于有利的焊接位置，從而提高焊接生產(chǎn)率及焊接質量。 （5） 注意使用各種夾具及輔助工具，如定位器、壓夾器、裝配胎架、打渣工具及防飛濺涂料，以減少焊前、焊后清理時間；采用電纜快速接頭、碳弧氣刨等，以保證裝配焊接質量及提高工作效率。 綜合上述的應用，將促進實現(xiàn)焊接生產(chǎn)的單機自動化的生產(chǎn)全過程的自動化，提高產(chǎn)品質量，而本文將涉及五個途徑中的焊接變位及操作機械的介紹及設計。 1.2 論文主要研究內容 由于焊接這種工藝方法在現(xiàn)代工業(yè)中重要性，對其機械化、自動化的要求越來越高，本論文主要對各種焊接裝備及其各自各性能特點進行了簡單介紹，著重對焊接操作機械中的焊接滾輪架進行了介紹，并對240t焊接滾輪架的防軸向竄動問題和該問題的解決方案進行了討論，設計了防軸向竄動裝置，解決了由于滾輪架制造和安裝不當或弓箭件幾何形狀不準使工件在回轉時產(chǎn)生軸向位移的問題。 第2章 焊接用工藝裝備 2.1概述 2.1.1 焊接生產(chǎn)過程中工藝裝備的作用 現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)，要求生產(chǎn)效率高、勞動強度低、產(chǎn)品質量優(yōu)、價格低廉、有競爭力，焊接生產(chǎn)同樣應具有這些特征，在整個生產(chǎn)過程中充分應用工藝裝備，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化、自動化，有助于達到上述要求，在焊接生產(chǎn)中，焊接時間只占產(chǎn)品全部加工時間的10%~30%，其余為備料、裝配及輔助工作等時間。節(jié)約每一工序的時間，為縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期無疑是具有重要意義。另外，焊接產(chǎn)品質量的好壞不僅取決于焊接工藝質量，與備料、裝配等工序的質量也有密切關系。因此，在整個焊接生產(chǎn)過程中不論產(chǎn)品的質量要求和批量的大小如何，據(jù)應考慮采用生產(chǎn)工藝裝備。 采用工藝裝備并不意味著要選用機構復雜、價格昂貴的設備，許多情況下是采用一些簡單的定位器，壓緊器或將現(xiàn)有設備稍加改裝，往往也能收到明顯的技術和經(jīng)濟效益。 2.1.2 焊接生產(chǎn)工藝裝備的分類 焊接結構種類繁多，形狀尺寸各異，生產(chǎn)工藝過程和要求也各不相同，相應的工藝裝備在形式、工作原理及技術要求上也有很大差別。圖2.1-1是按照工藝裝備的功能分類的。習慣上是將定位、壓夾、推拉等工藝稱為夾具；裝配、焊接臺架、焊接變位機械成為胎架裝置。實際生產(chǎn)中工藝裝備往往不是單一功能的，例如定位器、夾緊器常與裝配臺架合在一起，裝配臺架又與焊件操作機械合并在同一套裝置上，在專業(yè)化程度很高的焊接生產(chǎn)中，則將焊機、焊接機器人、專用工藝裝備及搬運機械組合在一起，成為專用焊接機床或焊接生產(chǎn)流水線。 2.1.3 工藝裝備的選擇 焊接結構的生產(chǎn)規(guī)模和批量，在相當大的程度上決定了他的工藝裝備的專用化程度、完善性、效率及構造。制品的結構特征、重量以及質量要求等技術特征也是選擇工藝裝備的重要依據(jù)。 定位器及定位裝置 壓夾器及裝配裝置 裝配用工藝裝備 推拉裝置 焊接變位機 焊接滾輪架 焊接翻轉機 裝配臺架 焊件操作機械 橫臂式焊接機 單軌式焊接機 懸架式焊接機 門架式焊接機 爬行式焊接機 電渣焊焊接機 焊接機器人 焊接生產(chǎn)工藝裝備 焊接機械 焊接用工藝裝備 焊工操作機械 焊絲處理裝置 焊劑回收裝置 焊劑墊 焊接輔助裝置 裝配—焊接組 合工藝裝備 裝配—焊接組 合輔助裝備 檢查用工藝裝備 圖2.1-1 焊接生產(chǎn)工藝裝備的分類 單件生產(chǎn)時，除非該產(chǎn)品的技術要求特別高，一般是采用通用的夾具及機械裝置；但如果類似產(chǎn)品比較多，也可以采用有一定通用性的高效工藝裝備。 成批生產(chǎn)時，可根據(jù)技術要求、批量大小、工作場地面積、焊接與輔助時間的比例以及工藝裝備的成本；來決定所應采用工藝裝備的完善性及效率。通常是采用較專用的工藝裝備，但在同一裝備上應完成幾道工序的工作。 對于大量的生產(chǎn)的焊接產(chǎn)品，應考慮采用專用的工藝裝備，并嚴格按照生產(chǎn)的節(jié)奏來計算每一單位。 回轉臺是一種簡化的變位機，它的工作臺面處于水平位置或固定于某一傾角，用于法蘭焊接、封頭切割等工作。 焊接生產(chǎn)中欲將沉重的工件翻轉到有利于焊接的位置往往是較困難的，使用通常的橋式起重機或其他起重機不僅費時，增加了通用的起重設備的負擔，而且會因通常缺乏專用吊具而發(fā)生事故。根據(jù)工件的結構特征采用專門的翻轉機可以提高工作效率，改善制品的質量。翻轉機特別適用與大型、長條形的工件，使他們在水平軸線回轉。根據(jù)構造翻轉機可分為：頭架式、頭尾架式、框架式、轉環(huán)式、鏈條式及油壓千斤頂式。 第3章 240噸焊接滾輪架主動輪設計 3.1機械傳動裝置方案設計 機器一般由原動機、傳動裝置和工作機三部分組成。傳動裝置在原動機與工作機之間傳遞運動和動力，并藉以改變運動的形式、速度大小和轉矩大小。傳動裝置一般包括傳動件（齒輪傳動、渦輪傳動、帶傳動、鏈傳動等）和支撐件（軸、軸承、機體等）兩部分。它的重量和成本在機器占很大比重，其性能和質量對機器對工作影響也很大。因此合理設計傳動方案具有重要意義。 滿足工作機性能要求的傳動方案，可以由不同傳動機構類型以不同的組合形式和布置順序構成。合理的方案應保證工作可靠，并且結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護便利。一種方案同時滿足這些要求往往是困難的，因此要保證重點要求。 布置傳動順序時，一般考慮以下幾點： （1）帶傳動的承載能力較小，傳遞相同轉矩時結構尺寸較其他傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖減震，因此宜布置在高速級（轉速較高，傳遞相同功率時轉矩較?。? （2）鏈傳動運轉不均勻，有沖擊，不適于高速傳動，應布置在低速級。 （3）蝸桿傳動可以實現(xiàn)較大的傳動比，尺寸緊湊，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中、小功率、間歇運轉的場合。 （4）圓錐齒輪加工較困難，特別是大直徑、大模數(shù)的圓錐齒輪，所以只有在需改變軸的布置方向時采用，并盡量放在高速級和限制傳動比，以減小圓錐齒輪的直徑和模數(shù)。 （5）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動傳動好，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。 （6）開式齒輪傳動的工作環(huán)境較差，潤滑條件不好，磨損較嚴重，壽命較短，應布置在低速級。 （7）一般將改變運動形式的機構（如螺旋傳動、連桿機構、凸輪機構）布置在傳動系統(tǒng)的最后一級，并且常為工作機的執(zhí)行機構。 （8）傳動裝置的布局應盡量做到結構緊湊、勻稱，強度和剛度好，便于操作、拆裝和維修。 3.1.1電動機的選擇 圖 3-1 240噸焊接滾輪架主動輪傳動方案 如圖3-1是本設計的總體傳動方案，該方案的重點設計內容是減速器。減速器具有固定傳動比、結構緊湊、機體封閉并具有較大剛度、傳動可靠等特點。 ①電動機類型和結構形式 按工作要求，一般選用 ②選擇電動機容量 電動機所需工作功率 Pd=PWηa-------(3-1) 式中Pd— 電動機工作功率，kW； — 工作機所需的功率，kW； — 從電動機至工作機的總效率 式中 — 直齒圓柱齒輪傳動效率； — 渦輪蝸桿傳動效率； — 滾動軸承的傳動效率； 查文獻[1] 表1-7取=0.97，=0.75，=0.98 則 ==0.62 由設計題目給出驅動功率2×1.4kW,選電動機額定功率為1.5kW. ③確定電動機的轉速 滾輪工作轉速 滾輪的直徑 計算后可知滾輪轉速 總傳動比 式中— 渦輪蝸桿轉動比 、、分別為一、二、三對直齒圓柱齒輪的傳動比 查文獻[1]表1-8可知=(15~60), 、、=（3~6） 則=（15×3×3×3）~（60×6×6×6）=405~12960 電動機的轉速范圍為 nd'=ia'nW=405~12960×0.053~0.531=21.465~5881rmin 符合這一范圍轉速的同步轉速有、、經(jīng)比較后選定轉速為1500的直流電動機Z3-32 （2）確定傳動裝置的傳動比，分配各級傳動比 總傳動比 式中 — 電動機滿載轉速，。 則 ==3750 取 、=5，=3 則==50,處于15~60之間，符合要求。 傳動比分配為=50, =5，=5，=3。 （3）傳動裝置的運動和動力參數(shù) ①各軸轉速 Ⅰ軸 ==1500() Ⅱ軸 ==150050=30（) Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅴ軸 ②各軸功率 Ⅰ軸 =1.5(kW) Ⅱ軸 PⅡ=PⅠηⅠⅡ=PⅠηⅠ=PⅠη2η3=1.5×0.75×0.98=1.1025kW Ⅲ軸 PⅢ=PⅡηⅡⅢ=PⅡη1η3=1.1025×0.97×0.98=1.05kW Ⅳ軸 PⅣ=PⅢηⅢⅣ=PⅢη1η3=1.05×0.97×0.98=0.996kW Ⅴ軸 PⅤ=PⅣηⅣⅤ=PⅣη1η3=1.00×0.97×0.98=0.95kW 輸出功率Pout=PⅤη3=0.93(kW) ③各軸轉矩 Ⅰ軸 TⅠ=Td=9550PⅠnⅡ=95501.51500=9.55(N?m) Ⅱ軸 TⅡ=9550PⅡnⅡ=95501.102530=350.9625(N?m) Ⅲ軸 TⅢ=9550PⅢnⅢ=95501.056=1671.25(N?m) Ⅳ軸 TⅣ=9550PⅣnⅣ=95500.9961.2=7926.5(N?m) Ⅴ軸 TⅤ=9550PⅤnⅤ=95500.950.4=22681.25(N?m) 計算數(shù)值列表如下（見表3-1） 表3-1 減速器各軸主要參數(shù)計算結果 軸號 輸入功率PkW 轉矩TN?m 轉速nr?min-1 傳動比i 效率 Ⅰ 1.5 9.55 1500 50 5 5 3 0.735 0.9506 0.9506 0.9506 Ⅱ 1.1025 350.9625 30 Ⅲ 1.05 1671.25 6 Ⅳ 0.996 7926.5 1.2 Ⅴ 0.95 22681.25 0.4 3.2減速器傳動零件的設計計算 3.2.1 各個軸的齒輪尺寸 以Ⅴ軸為例計算： ① 選擇材料及確定許用應力 齒輪軸用40，齒面硬度為250HB。 大齒輪用40,齒面硬度為250HB。 查[1]圖6-12得：；=354；=1.3([1]表6-23)，則 []===292.3 MPa []===272.3 MPa 查[1]圖6-13得：=92M；=78M；=1.69（[1]表6-23），則 σF3=σFlim3SF=921.6=57.5MPa σF4=σFlim4SF=781.6=48.8MPa ②按輪齒彎曲強度設計 齒輪按9級精度制造。 查表[1]6-22，取載荷系數(shù) K=1.5。 齒寬系數(shù)φa=0.2 取z1=29，則z2=iz1=3×29=87 查[1]圖6-7，齒形系數(shù)YF1=2.9，YF2=2.22，則 YF1σF1=2.957.5=0.05 YF2σF2=2.2248.8=0.045 因YF1σF1>YF2σF2，取YF1σF1設計。 模數(shù) m≥34KT1YF1φai±1Z12σF1 =34×1.5×270×1030.2×6×262×0.05 = 4.6 考慮磨損，模數(shù)要加大10%，m=4.6×1.1=5.06 查[1]表6-16，取模數(shù)m=5.5mm 中心距: a=m2Z1+Z2=5.5229+87=319mm 齒寬:b=φaa=0.2×319=63.8mm 取 b2=b=65mm，b1=70mm ③ 幾何尺寸 分度圓直徑： d1=mz1=159.5mm d2=mz2=478.5mm 齒頂高： ha1=ha2=ha*m=5.5mm 齒根高： hf1=hf2=ha*+c*m=6.875mm 齒全高： h1=h2=2ha*+c*m=12.375mm 齒頂圓直徑： da1=z1+2ha*m=170.5mm da2=z2+2ha*m=489.5mm 齒根圓直徑： df1=z1-2ha*-2c*m =(29-2-0.5)×5.5 =145.75mm df2=z2-2ha*-2c*m =87-2-0.5×5.5 =464.75mm 基圓直徑： db1=d1cosα=159.5cos20°=149.88mm db2=d2cosα=449.64mm 齒距： p=πm=5.5π=17.27mm 齒厚： s=πm2=2.75π=8.635mm 同理可以確定齒輪22和齒輪軸27的模數(shù)m=4.5,其傳動比i=5 取 z1=20,z2=100 則分度圓直徑 d1=mz1=90mm d2=mz2=450mm 齒頂高 ha1=ha2=ha*m=1×4.5=4.5mm 齒根高 hf1=hf2=ha*+c*m=1.25×4.5=5.625mm 齒全高 h1=h2=2ha*+c*m=10.125mm 齒頂圓直徑 da1=z1+2ha*m =20+2×4.5 =99mm da2=z2+2ha*m =100+2×4.5 =459mm 齒根圓直徑 df1=z1-2ha*-2c*m =20-2-2×0.25×4.5 =78.75mm df2=z2-2ha*-2c*m =100-2-2×0.25×4.5 =438.75mm 齒距 p=πm=14.13mm 齒厚 s= πm2=7.065mm 基圓直徑 db1=d1cosα=84.57mm db2=d2cosα=422.86mm 頂隙 c=c*m=1.125mm 依照上述步驟繼續(xù)計算，對于齒輪軸11和齒輪30求得其模數(shù)m=4 取齒輪軸11齒數(shù)為z1=16,齒輪30的次數(shù)為z2=80，其傳動比為i=5 則分度圓直徑 d1=mz1=64mm d2=mz2=320mm 齒頂高 ha1=ha2=ha*m=1×4=4mm 齒根高 hf1=hf2=ha*+c*m=1.25×4=5mm 齒全高 h1=h2=2ha*+c*m=9mm 齒頂圓直徑 da1=z1+2ha*m =16+2×4 =72mm da2=z2+2ha*m =80+2×1×4 =328mm 齒根圓直徑 df1=z1-2ha*-2c*m =16-2×1-2×0.25×4 =54mm df2=z2-2ha*-2c*m =80-2×1-2×0.25×4 =310mm 齒距 p=πm=12.56mm 齒厚 s= πm2=6.28mm 基圓直徑 db1=d1cosα=60.14mm db2=d2cosα=300.70mm 頂隙 c=c*m=1mm 3.2.2渦輪蝸桿設計 圖 3-2 渦輪蝸桿結構簡圖 因為主動軸為蝸桿軸： 取其材料為40Cr；模數(shù)為mt=4，直徑系數(shù)q=11,蝸桿頭數(shù)z1=1 取渦輪模數(shù)為4，渦輪齒數(shù)為z2=50。 ①中心距： a=m2z2+q=42×50+11=122mm 圓整中心距，取aw=125mm，則變位系數(shù) X=aw-am=125-1224=0.75mm 因-1≤0.75≤1 故符合變位系數(shù)要求范圍。 ②蝸桿尺寸 分度圓直徑 d1=qm=11×4=44mm 節(jié)圓直徑 dw1=m(q+2x)=8×8+2×0.75=76mm 齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=d1+2m=44+2×4=52mm 齒根圓直徑 df1=d1-2hf1=44-2×1.2×4=34.4mm ③渦輪尺寸 分度圓直徑（節(jié)圓直徑相同） D2=dw2=mz2=4×50=200mm 齒頂圓直徑 da2=d2+2ha2=200+2×4×1+0.75=214mm 齒根圓直徑 df2=d2-2hf2=200-2×41.2-0.75=196.4mm 外圓直徑 Dw=da1+1.5m=214+1.5×4=220mm 渦輪齒寬 B=0.75da1=0.75×52mm=39mm 3.2.3 軸的結構尺寸計算 以Ⅴ軸為例設計計算 (1)選擇材料，確定需用應力 材料選用40Cr，調質處理。 查[1]表 7-1 ，材料強度極限σB=700MPa；查[1]表 7-12 ，對稱循環(huán)下許用應力σ-1b=65MPa。 (2)計算基本直徑dmin 查表7-11，C=50(軸端彎矩較小) d≥C3PⅢnⅢ=50×32.80.4=95.5mm 取dmin=100mm (3)繪制結構簡圖(圖 3-3) 圖 3-3 Ⅴ軸的結構示意圖 a．確定各軸段直徑 ①段：d1=?100mm，與軸承（軸承2220）配合。 ②段：d2=?110mm，大于?100mm安裝齒輪處的尺寸盡量圓整。 ③段：d3=?130mm，d3=d2+2h=?110+20=?130mm 式中，h為軸肩高，h=0.07d+3～0.1d+5=7.2～11mm，取h=10mm，b=1.4h=14mm。 ④段：d4=?110mm，與2段相同，大于?100mm，減小加工量。 ⑤段：d5=?130mm，與軸承（軸承2226）配合。 b．確定箱體內寬 箱體內寬：由于有旋轉件，兩側留10～20mm，考慮鑄造不精確，要將箱體內寬度圓整到整數(shù)。因為箱體內最大齒輪寬度分別為b1=64mm，b2=54mm,故箱體內寬度W為： W=124+114+2×10～20=258～298mm,取W=270mm。 c．確定軸上各段長 ① 段：l1=42mm ,(深向擋油板6mm+軸承寬34mm+外伸2mm) ② 段：l2=130mm ,(齒輪寬124mm+擋油環(huán)6mm) ③ 段：l3 = 14mm, l3=1.4h=1.4×10=14mm。 ④ 段：l4=114mm ,(齒輪寬114mm) ⑤段：l5 =42mm ，（此處寬度與l1相同，便于加工） 總軸長 L=l1+l2+l3+l4+l5 =42+130+14+114+42 =342mm。 d．各支撐點間距 軸承間距 lAB=W+2×202+2×10=310mm 齒輪與左軸承距離lK=l12+l22=422+1302=86mm 各段軸直徑、長度確定后，即軸的結構尺寸設計完成。是否能用，還需要再校核危險截面，最后作結論。主要是據(jù)設計的結構尺寸，按彎扭矩組合強度校核。 （4）校核軸的強度 ①受力分析[圖3-4] Ⅴ軸上的扭矩：TⅤ=22681.25(N?m) 齒輪受力分析 圓周力 Ft=2TⅤd2=2×22681.25×103478.5=94801.46N 徑向力 Fr=Ft2tanα=94801.46×tan20°=34504.91N 垂直面支反力 FBV=FrlKlAB=34505.91×86310=9572.33N FAV=Fr-FBV=34504.91-9572.33=24932.58N 水平面支反力 FBH=FtlKlAB=94801.46×86310=26299.76N FAH=Ft-FBH=94801.46-26299.76=68501.70N ②求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖 圖3-4 軸的受力分析簡圖 垂直面[圖3-4b] MAV=FAV×lK=24932.58×0.086=2144.20N?m 水平面[圖3-4c]s MAH=FAH×lK=68501.70×0.086=5891.15 N?m ③合成彎矩[圖3-4d] 齒輪面 MA=MAV2+MAH2=2144.202+5891.152=6269.23 N?m ④做扭矩圖[圖3-4e] TⅤ=22681.25 (N?m) 由圖可知危險截面在承載面的左邊。 3.2.4滾動軸承的選擇和計算 需要考慮的約束條件有： 對于深溝球軸承，參考文獻[1]公式（8-4）知徑向基本額定載荷 Cr'=fPPft60n106Lh1?------------------------------（3-2） 由[2]表6-10查得2220深溝球軸承基本額定動載荷Cr=92.72kN,查[1]表8-14得ft=1查[1]表8-15得fP=1，對球軸承，?=3，查[4]表6-6得軸承使用壽命Lh，將以上數(shù)據(jù)代入公式（3-2）后得： 92720=1×P1×60×0.4106Lh13 P=9272014.68813=37860.46N 故在規(guī)定條件下，2220軸承可承受的最大徑向載荷為37860.46N，大于軸承實際承受的徑向載荷34504.91N。所選軸承合格。 3.2.5 平鍵的選擇與計算 ①類型選擇：選A型鍵。 ②尺寸選擇：查[1]表5-73得建b×h=32×18,因為軸轂寬B=130mm,所以選鍵長L=120。 ③強度驗算：查[1]表5-72得許用擠壓應力σP=120MPa 鍵遇鍵槽接觸長度l=L-b=120-32=88mm σP=4TⅤdhl=4×22681.25×103110×18×88=95.8MPa<σP=120MPa 故此鍵能安全工作。鍵為18×100GBT 1095-2003 3.3減速器的箱體結構設計 減速器機體使用以支持和固定軸系零件并保證傳動件的嚙合精度和良好的潤滑及軸系可靠密封的重要零件，其重量約占減速器總重的30%~50%。因此，設計機體結構時必須綜合考慮轉動質量、加工工藝及成本等。 減速器機體可以是鑄造的，也可以是焊接的。 鑄造機體一般采用鑄鐵制成。鑄鐵具有較好的吸振性、容易切削且承壓性好。在重型減速器中，為了提高機體的強度和剛度，也有用鑄剛鑄造的。鑄造機體的缺點是重量較大，但仍應用廣泛。 減速器機體可以采用剖分式結構或整體式結構。剖分式機體結構被廣泛采用，剖分面多于傳動件軸線平面重合。一般減速器只有一個水平剖分面，但某些水平軸在垂直面內排列的減速器，為了便于制造和安裝，也可以采用兩個剖分面。 為了減小機體的結構尺寸，在多級傳動中，有的軸線也可不在剖分面上。這樣可提高孔的加工精度，并可縮小機體長度。 整體式機體結構的優(yōu)點是提高了孔的加工精度，減少了零件的數(shù)量，但裝配較復雜。蝸桿減速器的機體為整體式結構，它的兩側具有兩個大端蓋孔，渦輪即由此裝入，該孔徑要大于渦輪外圓直徑。為了保證蝸桿傳動嚙合質量，大端蓋與機體采用H7js6配合，要求低時可用H7j6,并且要有一定的配合寬度H。端蓋內側可加肋，以提高剛度。若沒有加肋，則應加大端蓋厚度t。渦輪外圓與機體上壁之間的距離S應考慮裝配時渦輪與機體不相碰撞，以便將渦輪裝入機體。端蓋上應裝有啟蓋螺釘，以便拆卸。 設計機體應在三個基本視圖上同時進行，并考慮以下幾個方面的問題： （1）機體要具有足夠的剛度 機體剛度不夠，會在加工和工作過程中產(chǎn)生不允許的變形，引起軸承座孔中心軸歪斜，在傳動中產(chǎn)生偏載，影響減速器的正常工作。因此在設計機體時，首先應保證軸承座的剛度。為此應使軸承座有足夠的壁厚，并在軸承座附近加支撐肋。當軸承座是剖分式結構時，還要保證它的聯(lián)接剛度。 機體加肋有外肋和內肋兩種結構形式。內肋剛度大，外表光滑美觀，雖然內壁阻礙潤滑油滑動，工藝也比較復雜，但目前采用內肋結構逐漸增多。當軸承座伸到機體內部時，則常用內肋。 為了提高軸承座處的聯(lián)接剛度，座孔兩側的連接螺栓距離s應盡量靠近，為此軸承座孔附近應做出凸臺，其高度要保證安裝時有足夠的扳手空間。 為了保證機體的剛度，機蓋和機座的連接凸緣應取厚些。機座底凸緣的厚度應超過機體內壁。 目前，為了提高機體剛性，方型外廓減速器日益得到了廣泛的應用。這種結構采用內肋，增強了軸承座剛度，并采用了便于拆裝的雙頭螺柱或螺釘?shù)穆?lián)接結構，不用底凸緣，而將底座下部四角削進一塊放置地腳螺栓，使機體結構更加緊湊，造型更加美觀。 （2）應考慮便于機體內零件的潤滑、密封及散熱。 對于大多數(shù)減速器，由于其傳動件的圓周速度v?12ms, 故常采用浸油潤滑。因此機體內需要有足夠的潤滑油，用以潤滑和散熱。同時為了避免油攪動時沉渣泛起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH不應小于30~50mm。由此即可決定機座的高度。 對于下置式蝸桿減速器，浸油深度不應超過滾輪軸承最低滾動體中心，以免影響密封和增加攪油損失。 浸油深度決定后，即可定出所需的油量。并按傳遞功率進行驗算，以保證散熱。對于單級傳動，每傳遞1kW需油量Vo=0.35~0.7dm3;對于多級傳動，按級數(shù)成比例增加，如不滿足，應適當加高機座，以保證足夠的油池容積。 當軸承利用機體內的油潤滑時，可以在剖分面聯(lián)接凸緣上做出輸油溝，使飛濺的潤滑油沿機蓋經(jīng)油溝通過端蓋的缺口進入軸承。 對于采用浸油潤滑的多級傳動，當?shù)退贅O大齒輪浸油深度超過13的分度圓半徑時，往往會使攪油損失過大，這時可減少低速級大齒輪的浸油深度，而高速級齒輪則利用濺油裝置潤滑。 對于下置式蝸桿減速器，當油面高度受到軸承最低滾動體高度限制時，蝸桿接觸不到油面，這時可在蝸桿軸上裝濺油盤，以使油飛濺到傳動件上而進行潤滑。 當傳動件轉速較低時，若軸承需要利用機體內的油進行潤滑，則可在靠近傳動件端面處安裝刮油板。 為了保證機蓋與機座聯(lián)接處密封，聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接表面應精刨。密封要求高的表面要經(jīng)過刮研。為了提高密封性，在座凸緣上面常銑出回油溝，使?jié)B入凸緣聯(lián)接縫隙面上的油重新流回機體內部。此外，凸緣聯(lián)接螺栓之間的距離不宜太大，并盡量勻稱布置，以保證剖分面的密封性。 對于蝸桿減速器，由于發(fā)熱大，應進行熱平衡計算。機體大小要考慮散熱面積的需要，若經(jīng)熱平衡計算不符合要求，可適當增加機體尺寸或增加散熱片和風扇。散熱片方向應與空氣流動方向一致。發(fā)熱嚴重時還可以在油池中設置蛇形冷卻水管，或改用循環(huán)潤滑系統(tǒng)，以降低油溫。 （3） 機體結構要有良好的工藝性 機體結構工藝性的好壞，對提高加工精度和裝配質量、提高勞動生產(chǎn)率以及便于檢修維護等方面，有直接影響，故應特別注意。 (a)鑄造工藝的要求 在設計鑄造機體時，應考慮到鑄造工藝的特點，力求形狀簡單、壁厚均勻、過渡平緩、金屬不要局部積聚。考慮到液態(tài)金屬流動的通暢性，鑄件壁厚不可太薄。 為了避免金屬積聚，不宜采用形成銳角的傾斜肋。 設計機體時，應使機體外形簡單，拔模方便。 對于鑄造機體，還應盡量減少沿拔模方向的凸起結構，否則在模型上就要設置模塊，以減少拔模困難。當機體表面有幾個凸起部分時，應盡量將其連成一體，以簡化取模過程。 機體上還應盡量避免出現(xiàn)狹縫，否則砂型強度不夠，在取模和澆注時易形成廢品。 （b）機械加工要求 設計結構形狀時，應盡量減少機械加工面積，以提高勞動生產(chǎn)率，并減少刀具磨損， 為了保證加工精度并縮短加工工時，應盡量減少在機械加工時工件和刀具的調整次數(shù)。機體的任何一處加工面與非加工面必須嚴格分開。 與螺栓頭部或螺母接觸的支撐面，應進行機械加工。 3.4減速器附件設計 3.5.1窺視孔 窺視孔用來檢查傳動零件的嚙合、潤滑情況等，并可由該孔向箱體注入潤滑油。平時該窺視孔蓋用螺釘封住。以防止污物進入箱體內及潤滑油滲漏，在蓋板與箱蓋之間加有紙質封油墊片，還可以在孔口處加過濾裝置，如過濾網(wǎng)，以過濾注入油中的雜質。 窺視孔平時用窺視蓋板蓋住，窺視蓋板可用鑄鐵、鋼板或有機玻璃制成。窺視蓋板與箱體之間應加密封墊片，并以螺釘連接。 3.5.2 通氣孔 減速器工作時，箱體內的溫度和氣壓都很高，通氣孔用于通氣，能使熱膨脹氣體及時排出，保證箱體內，外氣壓平衡一致，以避免由于運轉時箱體內油溫升高，內壓增大，而引起減速器潤滑油沿箱體結合面、軸伸處以及其他縫隙滲漏出來。 通氣孔通常裝在箱蓋頂部或窺視孔蓋板上，以使箱體內熱空氣自由溢出。通氣孔的結構不僅要有足夠的通氣能力，而且還能防止灰塵進入箱體，故通氣孔不要直接通頂端。 3.5.3 油塞 為了排除油污，更換減速器箱體內的油污，在箱座底部油池的最低處設置有排油孔。排油孔設置在箱體底部油池的最低處，箱體內底面常做成1°~1.5°外傾斜面，在排油孔附近做成凹孔，以便能將油污放盡。排油孔平時用放油螺栓堵住。 箱壁排油孔處應有凸臺，并加工沉孔，防封油圈以增強密封效果。放油螺栓有六角頭圓柱細牙螺紋和圓錐螺紋兩種。圓柱螺紋油塞本身不能防止漏油，應在六角頭與放油孔接觸處加封油墊片。而圓錐螺紋油塞能直接密封，故不需要封油墊片。放油螺栓的直徑可按減速器箱座壁厚的2~2.5倍選取。 3-5油塞 3.5.4 游標裝置 為保證減速器箱體內油池的油量，一般在箱體便于觀察和油面較穩(wěn)定的部位，設置油面指示器，分別觀察或檢查油池中油面高度。油面指示器分油標尺和油標兩類。 （1）油標尺 油標尺結構簡單，應用較多。標尺上刻有最高、最低油面標線，分別表示極限油面的允許值，檢查時拔出油標尺，根據(jù)尺上的油痕判斷油面高度是否合適。 油標尺一般安裝在箱體側面，采用側裝式油標尺時，設計時應注意其在箱座側壁上的安裝和傾斜角，若太低及傾斜角太小，箱內的油易溢出；若太高或傾斜角太大，油標尺難以拔出，插孔也難于加工。為此設計時應滿足不溢油、易安裝、易加工的要求，同時保證油標尺傾斜角大于或等于45°。 3-6 油標尺 (2) 油標 油標用來指示箱體內油面高度，它應設置在便于檢查及油面穩(wěn)定之處，如低速級傳動件附近。油標的結構很多，有旋塞式油標、圓形和長形油標，其尺寸規(guī)格已有國家標準。便于選用，但結構復雜，密封要求高，多用于較為重要的減速器中。 3.5.5定位銷 為保證箱體軸承座孔的鏜孔精度和裝配精度，在精加工軸承座孔前，在箱體聯(lián)接凸緣長度方向的兩端，各裝配一個定位銷。為保證提高定位精度，兩定位銷應布置在箱體對角線方向，距箱體中心線不要太近。此外，還要考慮到加工和裝拆方便，而且不與吊鉤、螺栓等其他零件發(fā)生干涉。定位銷是標準件，有圓柱銷和圓錐銷兩種結構。通常采用圓錐銷，一般圓錐銷的直徑是箱體凸緣連接螺栓直徑的0.7~0.8倍左右，其長度大與箱體聯(lián)接凸緣總厚度，以便于裝拆。 3.5.6啟蓋螺釘 由于上箱蓋與機座接合處涂有密封膠，連接后接合較緊，不易分開，為了便于抬起上箱蓋，在上箱蓋外側的凸緣上裝有1~2個啟蓋螺釘，在啟蓋時，可先擰動此螺釘頂起上箱蓋。啟蓋螺釘直徑約與箱體凸緣連接螺栓直徑相同，最好與連接螺栓布置在同一直線上，便于鉆孔。啟蓋螺釘?shù)穆菁y有效長度應大于上箱蓋凸緣厚度，釘桿端做成圓柱形，大倒角或半圓形，以免頂壞螺紋。 3-7 啟蓋螺釘 3.5.7起吊裝置 起吊裝置有吊環(huán)螺釘、吊耳、吊鉤等，供搬運減速器用。 為了裝卸和搬運減速器，常在箱蓋上鑄出吊耳或吊耳環(huán)，用于吊起箱蓋，也可用于起吊輕型減速器，但不允許起吊整臺減速器。吊環(huán)在箱座兩端凸緣下部直接鑄出，其寬度一般與箱體外凸緣相等，吊鉤可以起吊整臺減速器。 3-8吊環(huán)螺釘 3.5.8軸承端蓋 軸承端蓋是用來對軸承部件進行軸向固定，它承受軸向載荷，可以調整軸承間隙，并起密封作用。軸承端蓋有凸緣式和嵌入式兩種。 根據(jù)軸是否穿過端蓋，軸承端蓋又分為透蓋和悶蓋兩種。透蓋中央有空，軸的外伸端穿過此孔伸出箱體，穿過處須有密封裝置，悶蓋中央無孔，用在軸的非外伸端。 結論 本論文結合焊接滾輪架基本要求和特點，采用機械設計的基本方法，對焊接機械的設計進行了研究，所做的工作主要有以下幾個方面： （1）培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練綜合運用機械設計和有關先修課程的理論，結合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識； （2）通過制訂設計方案，合理選擇傳動機構和零件類型，正確計算零件工作能力、確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護等要求，之后進行結構設計，達到了解和掌握機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的設計和方法； （3）進行設計基本技能的訓練。例如計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)、進行經(jīng)驗估算和處理數(shù)據(jù)的能力。 參考文獻 [1] 駱素君、朱詩順主編，《機械課程設計簡明手冊》化學工業(yè)出版社2006，8 [2] 成大先主編，《機械設計手冊。機械制圖。極限與配合》（單行本）化學工業(yè)出版社2004，1 [3] 榮涵銳主編，《機械設計課程設計簡圖冊》哈爾濱工業(yè)大學出版社2005，1 [4] 張展主編，《機械設計通用手冊》中國勞動出版社1994，5》 [5] 許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編，《機械零件》（修訂版）高等教育出版社,1995,12 [6] 余俊、全永俙、余夢生、張英會《機械設計》（第二版），高等教育出版社,1986 [7] 龔溎義主編，《機械零件課程設計圖冊》高等教育出版社，1981 [8] 王昆、羅圣國主編，《機械零件課程設計掛圖》，高等教育出版社,1986 [9] 天津大學機械零件教研室編，《機械零件手冊》高等教育出版社，1982 [10] 龔溎義,羅圣國,李平林,張立乃等. 機械設計課程設計指導書2006,3 3 致謝 本課程設計是在劉昆明老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，劉老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此謹向劉老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時，我還要感謝在一起愉快的畢業(yè)設計同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的王樹華、尉學華同學，他們幫我講解了許多問題，給予我不少的幫助。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我的大學，謝謝你們! 附件1 外文資料翻譯 外文翻譯一 輪軸 圖1火車的車輪安裝在車軸上，兩個輪同步轉動。這被稱為輪軌。 一個軸是中央軸用來承載滾輪和齒輪。著某些情況下，車軸也可以用來承載被安裝在滾輪和齒輪中的軸承和軸承墊，以使他們圍繞軸旋轉。在另外一些情況下，輪和齒輪也許會被直接固定在軸上，通過軸承來支撐軸，這種情況在自行車上最為常見。 1交通工具的軸 車軸是有輪交通工具的必不可少的一個部分。車軸維持著車輪及車輪和整體的位置關系。 對于大多數(shù)交通工具來說，車輪是唯一與地面接觸的部分。車軸承載著運輸裝置和其上的貨物的所有的總量，還有加速度，和顛簸