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浙江理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專業(yè)班級 09 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（ 4）班 姓 名 唐筠超 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 李紅軍 遞交時(shí)間 5 月 20 日 二 一三 年 五 月 十二 日 浙 江 理 工 大 學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信說明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）：唐筠超 2013年 5 月 12日 摘要 近年來，我國國用火箭燃料貯箱都是采用了攪拌摩擦焊（ 接。目前在火箭燃料貯箱的焊接過程中并沒有具體統(tǒng)一的 夾具使用，導(dǎo)致貯箱表面圓度與精度數(shù)值有起伏，甚至有些表面還有微型凹陷，所以設(shè)計(jì)一套火箭燃料貯箱在攪拌摩擦焊焊接過程中專用的組合夾具迫在眉睫。 火箭燃料貯箱主要由三部分組成，可以分為 2個(gè)主要工件，分別是中間的薄壁筒體以及兩端的半球面體。其中半球面體一般先由 6塊瓜瓣片形狀的金屬板焊接成半球面體狀，再和一個(gè)端蓋焊接成完整的貯箱球面蓋，所以這里需要一套完整的焊接夾具。由于攪拌摩擦焊焊接機(jī)器的旋轉(zhuǎn)局限性，焊接完成兩個(gè)瓜瓣片之間的縱縫后，需要整個(gè)工件和夾具一起旋轉(zhuǎn) 60之后才能繼續(xù)焊接另外的縱縫，所以需要另外設(shè)計(jì)一臺(tái)特 定配置的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用來帶動(dòng)整個(gè)夾具和工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)薄壁筒體夾具時(shí)，由于用于筒體焊接的攪拌摩擦焊機(jī)器有 繞 中心軸旋轉(zhuǎn)功能，所以不必再設(shè)計(jì)新的工作臺(tái)。 設(shè)計(jì)過程：在 工作原理和工件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上分析夾具需要的定位面和夾緊面；在 上繪制初步的三維模型，設(shè)計(jì)出大概的尺寸；對夾具整體的外形和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，分析考慮其實(shí)用性并進(jìn)行修改；通過球面體夾具的尺寸算出體積和重力；根據(jù)其他數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)對應(yīng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；受力分析和校核；在 上進(jìn)行零件的裝配；根據(jù)三維零件模型和裝配模型在 繪制二維圖；上夾具、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工件的配合演示。 關(guān)鍵字 ：火箭燃料貯箱；夾具；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；設(shè)計(jì)；筒體；球面體 n is s At of in of of in of s up To a of in is is of be of is by at It a of to of SW s to 0 to It a to s is no to a of of s on SWs s D , of on of s on of ; To D to D . 錄 摘 要 1 章 緒論 . 1 究的目的及意義 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 壁筒體夾具研究現(xiàn)狀 . 3 面體夾具研究現(xiàn)狀 . 4 要研究內(nèi)容 . 6 體夾具分析與設(shè)計(jì) . 6 球面體夾具分析與設(shè)計(jì) . 6 解決的主要問題 . 7 第 2 章 球面體夾具設(shè)計(jì) . 7 械加工工藝分析 . 7 具的結(jié)構(gòu)方案 . 8 球面體夾具裝配圖 . 12 第 3 章 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) . 13 作臺(tái)方案分析 . 13 機(jī)的選擇 . 14 力參數(shù)計(jì)算 . 15 輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 16 輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 20 、鍵、軸承及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和選擇 . 24 的校核 . 29 轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖 . 35 第 4 章 筒狀體夾具設(shè)計(jì) . 36 械加工工藝分析 . 36 具的結(jié)構(gòu)方案 . 37 體夾具的裝配圖 . 41 第 5 章 軟件簡介 . 42 . 42 . 43 第 6 章 總結(jié) . 44 參考文獻(xiàn) . 45 致 謝 . 46 附錄 . 47 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 究的目的及意義 自從 1991年英國焊接研究所發(fā)明了攪拌摩擦焊技術(shù)以來，已經(jīng)過去了 21年，攪拌摩擦焊在這 21 年間為世界制造業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，其中在航天航空，航海船泊，高速列車，交通運(yùn)輸這些高科技行業(yè)的表現(xiàn)尤其突出。 2002 年，在中國航空工業(yè)集團(tuán) 術(shù)研發(fā)及市場開拓等領(lǐng)域的合作協(xié)議的基礎(chǔ)上，中國第一家專業(yè)化的攪拌摩擦焊技術(shù)授權(quán)公司 中國攪拌摩擦焊中心即北京賽福斯特技術(shù)有限公司成立，標(biāo)志 著攪拌摩擦焊技術(shù)在中國市場的研發(fā)及工程應(yīng)用工作的正式開啟。到現(xiàn)在 2012年我國已經(jīng)成功開發(fā)了 60余套攪拌摩擦焊設(shè)備，將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于我國航空、航天、船舶、列車、汽車、電子、電力等工業(yè)領(lǐng)域中，創(chuàng)造了可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為鋁、鎂、銅、鈦、鋼等金屬材料提供了完美的技術(shù)解決方法 1。 我國新一代重型運(yùn)載火箭長征五號將在 2014 年底在海南航天發(fā)射場發(fā)射，其火箭燃料貯箱就是使用攪拌摩擦焊焊接?；鸺剂腺A箱指的是航天產(chǎn)品火箭助推器中不可回收的外掛燃料貯箱，具體形狀結(jié)構(gòu)為一個(gè)中心薄壁筒體與兩個(gè)半球面體，其中一個(gè)球面 體開口用于注入燃料。形狀基本如下圖 1實(shí)物圖如1 圖 1箭燃料貯箱結(jié)構(gòu)示意圖 攪拌摩擦焊可以焊接很多傳統(tǒng)焊接方式無法焊接的材料，而且焊接適應(yīng)性火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 2 好，成本低，并且效率和精度很高，操作簡單，及其容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。不過攪拌摩擦焊有個(gè)比較關(guān)鍵的缺點(diǎn)就是在焊接過程中，自旋轉(zhuǎn)的攪拌頭對工件有較大的軸向壓力，這個(gè)軸向壓力可能使薄弱的工件產(chǎn)生軸向變形，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢或者大大降低精確度。航空航天對精度要求比較高，所以在使用攪拌摩擦焊焊接過程中應(yīng)該盡量避免這種軸向變形的發(fā)生。 圖 1攪拌 摩擦焊全部焊接完成主要有三個(gè)過程，分別是焊具的插入，平移，抽出。 攪拌摩擦焊在焊接過程中主要有三個(gè)力，分別為軸向壓力，縱向力，橫向力。由于軸向載荷最大，所以軸向壓力是主要力，也是設(shè)計(jì)夾具過程中最需要注意的。 航天器具有高精度要求，因此需要一種特制的夾具，在保證一般夾具基礎(chǔ)功能的前提下承受焊接壓力。夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究是焊接工藝設(shè)備的基礎(chǔ)。焊接工藝裝備是在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的裝配與焊接過程中起配合及輔助作用的夾具、機(jī)械裝置或設(shè)備的總稱，簡稱焊接工裝 2。提高焊接效率的最佳途徑是大力推廣使用機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的 焊接工裝。 本文研究的火箭燃料貯箱 中球面體夾具和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于球面體的焊接。球面體一般先由 6塊瓜瓣片形狀的金屬板焊接成半球面體狀，再和一個(gè)底座焊接成完整的貯箱球面蓋。薄壁筒體焊接用夾具由于攪拌摩擦焊焊接機(jī)械自帶使工件繞中心軸旋轉(zhuǎn)的功能，不用另外設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 壁筒體夾具研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)應(yīng)用廣泛的筒體夾具主要是普通的 較普遍的是組合機(jī)床夾具。優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，并可以與加工設(shè)備相結(jié)合。缺點(diǎn)是不方便移動(dòng)，而且精確度不高。這種夾具的 夾緊定位方式并不適合筒體的環(huán)縫焊接，更多的是應(yīng)用于鉆床與銑床。如下圖 1 圖 1合鉆床夾具 還有一種應(yīng)用較為廣泛的是卡盤式夾具，主要有三爪卡盤和四爪卡盤兩種。這種夾緊方式多用于小型圓柱體和少部分小型筒體。由于這種夾緊方式只是適用與小型圓筒狀零件，而攪拌摩擦焊接中加工的基本都是大型筒體，所以設(shè)計(jì)時(shí)不考慮這種夾具樣式。如下圖 1 圖 1爪卡盤、四爪卡盤 較為新穎的一種筒體夾具是彈性夾具。該夾具利用彈性元件受力后均勻彈性形變的原理，實(shí)現(xiàn)對工件的自動(dòng)定心與夾緊。這種自動(dòng)定心彈簧 套筒夾具，具有結(jié)構(gòu)簡單，夾具行程小，裝夾工件迅速，定位可靠，具有較高的定心精度。一般火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 4 可達(dá) 。然而這種夾具僅僅只能用于小型筒體或是加工過程中受力較小的筒體，一旦筒體連帶夾具受力過大，超出彈簧的可承受極限，就會(huì)變成彈性疲勞狀態(tài)，無法自動(dòng)恢復(fù)成原狀，就不能起到定位夾緊的作用。如下圖 1 圖 1壁筒狀零件彈性夾具 有一種應(yīng)用于高壓電纜的固定夾具，由兩個(gè)半環(huán)狀緊固環(huán)相接來起固定作用。這種方式可以試用于攪拌摩擦焊接中，但是考慮到焊接過程中有較大軸向力作用于焊件，僅僅只有這點(diǎn)固 定作用是完全不夠的，筒體內(nèi)部還需要有一定的接觸面積來“抵消”軸向力，需要另外添加“底板”。如下圖 1 圖 1壓電纜固定夾具 面體夾具研究現(xiàn)狀 根據(jù)所能查到的資料來看，球面體夾具普遍應(yīng)用于大型組合球面的組裝。大型球面體結(jié)構(gòu)多數(shù)是由拼裝組合而成，例如核電設(shè)備中的安注箱。由于安注箱的球體尺寸過大，所以由球封頭與中段的瓜瓣片球殼筒身拼接組成。組裝時(shí)所用夾具主要包含了車夾座、定位圈、 V 型座、頂緊微調(diào)裝置等組件。如圖 1 有一種小型球面體夾具，用在對薄壁同心球殼內(nèi)球面的輕切削與 拋光時(shí)定位與夾緊。這種夾具同心度高，簡單易行，但是只能加工小型球體的內(nèi)球面。如圖浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 1 也有專門的夾具應(yīng)用于攪拌摩擦焊的空間曲面焊接加工?？臻g曲面的攪拌摩擦焊專用夾具，主要由夾具骨架結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于：所述夾具骨架結(jié)構(gòu)的框架 1兩端通過轉(zhuǎn)軸 10支撐在支座 9 上；承力機(jī)構(gòu) 8固定連接在框架1上，在所述承力機(jī)構(gòu) 9上方設(shè)有定位機(jī)構(gòu) 12；框架 1下的對角處設(shè)有平衡支撐彈簧 2；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，所述主、從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均置于承力機(jī)構(gòu) 8底部兩側(cè)，所述承力機(jī)構(gòu) 8通過與主、從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接的螺桿 3上的滾輪 18活動(dòng)支撐 4。如圖 1 圖 1工瓜瓣片焊接坡口的夾具 圖 1火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 6 圖 1要研究內(nèi)容 體夾具分析與設(shè)計(jì) 首先主要分析攪拌摩擦焊中 此展開來分析大部分薄壁筒體在摩擦焊接過程中的受力情況，得出筒體在摩擦焊接過程中最容易變形的地方與受力的方向。根據(jù)筒體在焊接過程中的特征和受力情況，分析出筒體在設(shè)備中的自由度以及相對應(yīng)的筒體夾具所要具備的夾緊面與定位面 ，筒體夾具模型用 立 ,各項(xiàng)數(shù)據(jù)尺寸根據(jù)筒體大小來確定，對尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)出的夾具在正常焊接情況下不會(huì)使筒體變形。筒體與球面體組裝焊接時(shí)需要環(huán)縫焊接，夾具可以與筒體夾具通用。 球面體夾具分析與設(shè)計(jì) 對于球面體夾具，主要分析 計(jì)過程相似于設(shè)計(jì)筒體夾具，不過在模型建立與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方面，球面體由于涉及到曲面機(jī)構(gòu)，會(huì)更加復(fù)雜。 考慮到攪拌摩擦焊焊接機(jī)械在焊接球面體夾具瓜瓣片時(shí)無法自主地旋轉(zhuǎn)角度，由于攪拌摩擦焊焊接 機(jī)器的旋轉(zhuǎn)局限性，焊接完成兩個(gè)瓜瓣片之間的縱縫后，需要整個(gè)工件和夾具一起旋轉(zhuǎn) 60之后才能繼續(xù)焊接另外的縱縫，所以需要另外設(shè)計(jì)一臺(tái)特定配置的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用來帶動(dòng)整個(gè)夾具和工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)與尺寸由工作臺(tái)上的工件與夾具總重力決定。設(shè)計(jì)薄壁筒體夾具時(shí)，由于浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 用于筒體焊接的攪拌摩擦焊機(jī)器有中心軸旋轉(zhuǎn)功能，所以不必再設(shè)計(jì)新的工作臺(tái)。 解決的主要問題 通過設(shè)計(jì)使夾具在實(shí)現(xiàn)夾緊與定位，引導(dǎo)刀具這些基本功能的前提下 ,盡可能的使夾具體能夠應(yīng)用于更多種類的筒體或球面體，而不是局限于同一直徑的工件。通過減小 夾具的體積、質(zhì)量來提高攪拌摩擦焊的工作效率。因?yàn)檫^大的體積與質(zhì)量不但影響外觀 ,而且不方便搬運(yùn)與使用，并且一旦質(zhì)量與體積達(dá)到一定限度，對夾具體下面的工件（因?yàn)楣ぜ汕蛎婊蛘呤潜”谕搀w）會(huì)帶來過大的負(fù)荷，導(dǎo)致工件下方也可能出現(xiàn)形變。如何在保證夾具體體積與質(zhì)量相對較小下的情況下提高夾具的精度與實(shí)用性，是問題的關(guān)鍵。 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 8 第 2 章 球面體夾具設(shè)計(jì) 械加工工藝分析 （ 1）加工形面：瓜瓣片結(jié)合面、瓜瓣片焊接成品與頂蓋的結(jié)合面 （ 2）形面尺寸：瓜瓣外弧的直徑： 2250+0.2 糙度 m 瓜瓣內(nèi)弧的直徑： 2230 糙度 m 頂蓋與瓜瓣片結(jié)合面平面度 3）相互位置：瓜瓣片為薄壁半球面體分為 6 塊，俯視圖為各占 60的扇形 瓜瓣片在 h=1008 1000（ 4）可用于定位的形面：瓜瓣片底面與瓜瓣片開口平面，瓜瓣片內(nèi)外面，半球面體中心軸。 頂蓋尺寸： 1000+0.1 糙度 m 厚度 h=20 糙度 m 底面尺寸：外 輪廓面 2250+0.2 糙度 m 內(nèi)輪廓面 2230 糙度 m 底面到頂蓋距離 H=1008+0.5 糙度 m （ 5）相互位置：頂蓋與底面垂直中心軸，底面直徑為球面體直徑。 具的結(jié)構(gòu)方案 （ 1）確定定位方案 由于工件使用攪拌摩擦焊焊接，考慮到攪拌頭軸向壓力的存在，在焊縫處應(yīng)該有承力擋板。以中心軸、底面、底蓋下底面為基準(zhǔn)，確定瓜瓣片弧線在 底面與頂蓋下底面距離 軸上的高度，以半球面體內(nèi)表面下 的承力擋板確定弧線形狀，直徑取底面直徑。 （ 2）確定夾緊機(jī)構(gòu) 夾具零件之間選擇螺栓固定，工件與夾具之間使用重力自壓緊與壓塊幾何壓緊。壓塊既可增大夾緊接觸面積，又能防止回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)而破壞定位并且損傷工件表面。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 3）定位面與加工面的關(guān)系分析 定位誤差計(jì)算：由加工工序知，加工面為瓜瓣片結(jié)合面。上下底面對中心線有垂直度要求（垂直度允差 對底面有中心距 1125 頂蓋與底面有同軸度要求。以底面與頂蓋中心線為基準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)計(jì)算如下： 1）確定受力擋 板尺寸與公差 設(shè)計(jì)受力擋板形狀如下圖 2 圖 2球面體夾具受力擋板 由已給數(shù)據(jù)知道半球面體薄壁厚度為 10 表面曲率半徑為 1125 此確定受力擋板曲率半徑為 1115 表得到公差等級為 6級，粗糙度 m。受力擋板距離底面中心軸最大值為 1115 小值為 500 度 008 表得公差等級為 6級。 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 10 受力擋板與底面固定方式為螺栓固定，擬設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩間距為 100 徑為 30 表得到公差等級為 6級，孔內(nèi)表面粗糙度為 m。受力擋 板與頂蓋的接觸方式為幾何依靠，與支撐柱的固定方式為螺栓固定，擬設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩間距為 408 差等級為 7級，孔徑為 30 表得到公差等級為 6 級，孔內(nèi)表面粗糙度為 m。 其余部分粗糙度取 m，部分尺寸見二維圖。 2）支撐頂蓋的夾具尺寸與公差 設(shè)計(jì)支撐頂蓋的夾具外形如下圖 2 圖 2球面體夾具頂蓋支撐板 半球面體夾具頂蓋支撐板外輪廓圓直徑為 1000 得公差等級為 6級，外輪廓粗糙度為 m。厚度為 20 面度為 得公差等級為 6級，粗糙度為 m。按照瓜瓣片共六塊每個(gè) 60設(shè)計(jì)出如上圖形狀，這樣既減省材料，又減輕夾具的總質(zhì)量，還能夠保證夾具有足夠面積承受底蓋重力與攪拌摩擦焊焊接時(shí)對工件的壓力。支撐板開槽處用于與支撐柱進(jìn)行幾何固定，槽寬為 50 為 100 度為 10 支撐板底面向上開。所開槽查得公差等級為 6級，粗糙度為 m。 3）夾具底面設(shè)計(jì)及公差 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 半球面體夾具底面支撐板內(nèi)輪廓圓直徑為 2250 得公差等級為 6級，內(nèi)輪廓粗糙度為 m。厚度為 20 面度為 得公差等級為 6級，粗糙度 為 m。按照瓜瓣片共六塊每個(gè) 60設(shè)計(jì)出如上圖形狀，這樣既減省材料，又減輕夾具的總質(zhì)量，還能夠保證夾具有足夠面積承受底蓋重力與攪拌摩擦焊焊接時(shí)對工件的壓力。支撐板開槽處用于與支撐柱進(jìn)行幾何固定，槽寬為 50 為 100 度為 10 支撐板頂面向下開。所開槽查得公差等級為 6級，粗糙度為 m。由于受力擋板與底面固定方式為螺栓固定，擬設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩間距為 100 徑為 30 表得到公差等級為 6級，孔內(nèi)表面粗糙度為 m。底面支撐板與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定方式為螺栓連接，孔徑為 43 表得到公差等級為 6級，孔內(nèi)表面粗糙度為 m。設(shè)計(jì)夾具底面支撐板的外形尺寸如下圖 2 圖 2具底面支撐板 4）支撐柱設(shè)計(jì)及公差 支撐柱用于固定與定位底面，頂面以及受力擋板。高 028 設(shè)計(jì)夾具支撐柱外形尺寸如下圖 2 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 12 圖 2具支撐柱 球面體夾具裝配圖 裝配圖見下圖 22 圖 2球面體夾具裝配 圖主視圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 2球面體夾具裝配圖俯視圖 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 14 第 3 章 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 作臺(tái)方案分析 （ 1） 初步 擬定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要求 主要技術(shù)參數(shù)： 1）回轉(zhuǎn)半徑 1125）回轉(zhuǎn)角度 0 3）回轉(zhuǎn)精度 4）最大承載重量 3噸 （ 2）傳動(dòng)方案與傳動(dòng)簡圖 1）設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案： 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過減速齒輪減速傳遞給蝸桿，再由蝸桿傳遞給渦輪，渦輪通過雙列圓錐滾子軸承和環(huán)形滑軌帶動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 2）傳動(dòng)簡圖： 圖 3轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)簡圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 機(jī)的選擇 （ 1）計(jì)算回轉(zhuǎn)工作臺(tái)所需驅(qū)動(dòng)力矩 工作臺(tái)材料選擇鑄鋼，密度為 m3)，工作臺(tái)直徑為 2250度為 40此 減去工作臺(tái)開槽所削去的材料得出工作臺(tái)的重力約為 1552 N 被加工的工件為火箭燃料貯箱的半球面體瓜瓣片與頂蓋的組合，壁厚為10料為 度為 m3)。由此得出工件重力約為 38 N 工件所用到的夾具統(tǒng)一使用 45鋼，密度為 m3)。根據(jù)夾具的形狀，分為四部分計(jì)算夾具的體積，平均厚度為 20公式 G= 到夾具的總重力約為 2262 N 工作臺(tái)以上 (包括工作臺(tái) )部分對回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總重力為 2+4252 N 由于工件使用攪拌摩擦焊焊接，所以在焊接過程中有額外的焊接摩擦力， 00N，攪拌摩擦焊對工件的最大軸向壓力 000N。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上部分通過與中心軸連接，經(jīng)過軸承的摩擦反作用力帶動(dòng)圓臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承初步擬定使用雙列圓錐滾子軸承，查軸承摩擦系數(shù)表得到雙列圓錐滾子軸承的摩擦系數(shù)最大為 算取 u= 得到摩擦力為 f=u(G 總 +5000)。 回轉(zhuǎn)過程中的回轉(zhuǎn)力 F=f+200。 最后估計(jì)得到工作臺(tái)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為 T=10 （ 2）確定電機(jī)額定功率 由于 工件在被焊接時(shí)并不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，只是在焊接完一部分瓜瓣片時(shí)才需要緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) 60度，所以取渦輪的轉(zhuǎn)速為 10轉(zhuǎn)每分。 渦輪工作所需功率為 P=2 /6039 W。 查表得圓柱齒輪傳動(dòng)效率 1=對軸承的傳動(dòng)效率為 2=軸器效率 3=桿傳動(dòng)效率為 4= 總 = 1x（ 23） x（ 32） =箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 16 電機(jī)的輸出功率 。 一般電機(jī)的額定功率為 取電機(jī)額定功率為 864 W。 （ 3）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)各傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)推薦的傳動(dòng)比范圍，選取齒輪傳動(dòng)比為 3，選取蝸桿渦輪傳動(dòng)比為 62，則總傳動(dòng)比為 186。 得到電機(jī)轉(zhuǎn)速為 0 （ 4）確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩 T=60P/2n=60= 5）電機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)中的會(huì)裝工作臺(tái)不需要連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，只需要每次兩個(gè)瓜瓣片焊接完成后旋轉(zhuǎn)固定的 60即可，所以電機(jī)在步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)中選擇，這里選擇步進(jìn)電機(jī)。 根據(jù)所求電機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速以及額定功率，再參考電機(jī)的步距角，最后選擇得的規(guī)格型號為 130混合式步進(jìn)電機(jī)，外形尺寸 ( 134 134 282。 力參數(shù)計(jì)算 （ 1）初始數(shù)據(jù) 齒輪傳動(dòng)： 蝸桿傳動(dòng)： 2 （ 2）轉(zhuǎn)速計(jì)算 電機(jī)轉(zhuǎn)速 860 小齒輪軸轉(zhuǎn)速 860 大齒輪軸與蝸桿軸轉(zhuǎn)速 n2=n0/860/3=620 渦輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速 n3=n1/20/62=10 （ 3）功率計(jì)算 電機(jī)功率 64 W 小齒輪軸功率 p1=55 W 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 大齒輪軸功率 p2=21 W 渦輪功率 p3=39 W （ 4）轉(zhuǎn)矩計(jì)算 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 齒輪軸轉(zhuǎn)矩 齒輪軸轉(zhuǎn)矩 輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)矩 10 輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 度等級、材料及齒數(shù) （ 1）根據(jù)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總 體傳動(dòng)方案和尺寸，選取直齒圓柱齒輪傳動(dòng)； （ 2）根據(jù)設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比初步選取齒輪傳動(dòng)比為 3； （ 3）材料選擇?？紤]到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，齒輪面硬度另有要求。由機(jī)械設(shè)計(jì)表 105調(diào)制處理，硬度為 240齒輪材料為 45正火 ,硬度為 200 （ 4）精度選擇。由于大小齒輪硬度差為 40選取 7級精度； （ 5）初取小齒輪齒數(shù) 0,則大齒輪齒數(shù) Z2=0,取 0。 由下設(shè)計(jì) 計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 2312112 Et i i （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10 2）由前提計(jì)算得到小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 3）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10d=1； 4）由表 10Z =2 5）由圖 1050箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 18 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 50 6）取接觸疲勞壽命系數(shù) 11, 2=1； 7）接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為 1%,安全系數(shù)為 S=1，計(jì)算得許用接觸應(yīng)力最小值為 H =350 2）計(jì)算 1）代入各數(shù)值計(jì)算小齒輪分度圓 。 2312112 . 3 2 2 9 . 5 m m Et i i 2）計(jì)算圓周速度 V。 11 3 . 1 4 2 9 . 5 1 8 6 0V 2 . 8 7 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 3)計(jì)算齒寬 b。 b= 9.5 ）計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) 110=高 h=2 5）計(jì)算載荷系數(shù) 由表 10A=1； 根據(jù) v=s， 7級精度，由圖 10V= 直齒輪，齒向載荷分配系數(shù) =1； 由表 10級精度、小齒輪與大齒輪非對稱布置時(shí)齒間載荷分配系數(shù) = 由 ， =0 ； 則載荷系數(shù)為 K 1 1 . 0 6 1 1 . 4 0 8 1 . 4 9 K K 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，對 需對由 3311 1 . 4 9 2 9 . 5 3 1 . 7 m 2 7)計(jì)算 模 數(shù) m d 1 / z 1 3 2 0 m m 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式如下 3 221m 1 （ 1）確定公式內(nèi) 的各計(jì)算數(shù)值 1)由圖 10=480由圖 10=310 2)由圖 102 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 111 0 . 8 8 4 8 0 / 1 . 4 M P a 3 0 1 . 7 1 M P N F 222 0 . 9 3 1 0 / 1 . 4 M P a 1 9 9 . 2 9 M P N F 4)計(jì)算載荷系數(shù) K。 1 1 . 0 6 1 1 . 3 1 . 3 7 8A V F K K K 5)查取齒形系數(shù) 由表 10 , 2 6)查應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10 , 2 7）計(jì)算大小齒輪的加以比較。 火箭燃料貯箱 接用組合夾具設(shè)計(jì) 20 11 1 . 5 52 . 8 0 0 . 0 1 4 3 8 1 3 0 1 . 7 1F a S 22 1 . 7 32 . 2 8 0 . 0 1 9 7 9 2 1 9 9 . 2 9F a S 大齒輪的數(shù)值大 （ 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 3322 1 . 3 7 8 4 . 3 9 1 0m 0 . 0 1 9 7 9 0 . 8 4 m 0 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) 于齒輪模數(shù) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)?？扇∮蓮澢鷱?qiáng)度算得的模數(shù) m=1 接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 1.7 出 小齒輪齒數(shù) 1 1 1 3 2 大齒輪齒數(shù) z 2 z1 u 3 2 3 9 6 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度， 又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 （ 1）計(jì)算分度圓直徑 d1 2 1 3 2 m m d 2 z 2 m 9 6 1 9 6 m m （ 2）計(jì)算中心距 d 1 d 2 3 2 9 6a 6 4 m （ 3）計(jì)算齒輪寬度 b 3 2 3 2 m 取 2 7 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 具體結(jié)構(gòu)與齒輪零件圖另見二維圖與三維圖。 輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù) 10085 1988的推薦，決定使用漸開線蝸桿。 2材料選擇 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45號鋼。 為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45設(shè)機(jī)床的滑動(dòng)速度 m/以蝸輪用鑄錫磷青銅鑄造