數(shù)控座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)

1、摘要摘要 在我國(guó)，焊接變位機(jī)也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備。近十年來(lái)，這 一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。使用焊接變位 機(jī)可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量， 并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，自動(dòng)控制和 信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，焊接變位機(jī)也朝著智能化、多功能化、大型化、集 成化、高精度、高可靠度方向發(fā)展。本文主要論述了焊接變位機(jī)的組成，結(jié)構(gòu)及工作 原理。其中它的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的核心部分，直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪傳 動(dòng)，渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)，使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)達(dá)到要求回轉(zhuǎn)速度，傾斜機(jī)

2、構(gòu)則通過(guò)二級(jí)齒 輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)，主要涉及到齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及軸的設(shè)計(jì)與校核等。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：焊接變位機(jī)械；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；減速器；傾斜機(jī)構(gòu) Abstract In our country, welding positioner has quietly become an indispensable manufacturing equipment. Over the past decade, the product has made significant development and access to a wide range of applications in the field of

3、 construction machinery industry in China. The application of welding positioner can reduce the time and raise labor productivity, reduce labor intensity of workers, to assure and improve the welding quality,and give full play to the performance of various welding methods. As computer technology con

4、tinues to become intelligent, and a wide range of applications of automatic control and information technology in manufacturing Industry, welding positioner also towards to become intelligent, multi-functional, and large-scale, integrated, high-precision, high reliability . This article focuses on t

5、he composition, structure and working principle of the welding positioner.The design of turning gear and the tilting mechanism is the core.DC motor through the belt driving, worm gear reducer to drive rotary table to meet the required speed.The tilted mechanism through the spur gear reducer to make

6、rotary table to flip, Mainly related to the design of gear and shaft and its verification, etc. Key words: welding posioner; turning gear; retarder;tilting mechanism 目錄目錄 摘要摘要 . Abstract. 目錄目錄 . 第第 1 章章 緒論緒論 .1 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀.1 1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容.1 第第 2 章章 焊接變位機(jī)械概述焊接變位機(jī)械概述 .2 2.1 焊接變位機(jī)械的分類.2 2.2 焊接變位機(jī)械的組成

7、.4 2.3 焊接變位機(jī)械的工作原理.4 2.4 焊接變位機(jī)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).5 第第 3 章章 座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì) .9 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).9 3.2 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).29 3.3 底座和箱體的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì).32 結(jié)論結(jié)論 .33 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .34 致謝致謝 .35 附件附件 1 .36 附件附件 2 .59 第第1 1章章 緒論緒論 1.11.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀課題研究的意義及現(xiàn)狀 伸臂式、傾翻回轉(zhuǎn)式和雙立柱單回轉(zhuǎn)式等普通焊機(jī)變位機(jī)械在我國(guó)已經(jīng)廣泛 應(yīng)用，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，全用焊接機(jī)器人代替手工焊接作

8、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)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。人無(wú)法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無(wú)法保證。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。而本次論文處于對(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。 1.21.2 論文主要研究?jī)?nèi)容論文主要研究?jī)?nèi)容 本論文主要對(duì)焊接變位機(jī)械的分類以及應(yīng)用進(jìn)行闡述，并從整體上對(duì)座式焊接變 位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。全文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （1） 焊接變位機(jī)械分類 （2） 焊接變位機(jī)械的組成 （3）

9、焊接變位機(jī)械的工作原理 （4） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中減速器、轉(zhuǎn)軸、軸承等的設(shè)計(jì) （5） 傾斜機(jī)構(gòu)中齒輪、滑動(dòng)軸承等的設(shè)計(jì) 第第2 2章章 焊接變位機(jī)械概述焊接變位機(jī)械概述 2.12.1 焊接變位機(jī)械的分類焊接變位機(jī)械的分類 焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊接空間位置來(lái)完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各 種機(jī)械設(shè)備。 焊接變位機(jī)械的分類及各類所屬設(shè)備如下： 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、焊接變位機(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、

10、機(jī)座、機(jī)殼等非長(zhǎng)形工件。 二、焊接翻轉(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)的有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式等。 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 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。

11、3、板結(jié)構(gòu)肘臂式。 4、立柱式。 圖 2-1 伸臂式焊接變位機(jī) 2.22.2 焊接變位機(jī)械的組成焊接變位機(jī)械的組成 本次設(shè)計(jì)的座式焊接變位機(jī)由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，傾斜機(jī)構(gòu)及其機(jī)架三大部分組成。其中： 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)主軸，二級(jí)蝸輪蝸桿減速器，帶輪，電動(dòng)機(jī)，箱體等組成； 傾斜機(jī)構(gòu)由扇形齒輪，傳遞齒輪，小齒輪，帶制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的擺線針輪減速機(jī)等組成。 2.32.3 焊接變位機(jī)械的工作原理焊接變位機(jī)械的工作原理 焊接變位機(jī)械主要為達(dá)到和保持焊接位置的最佳狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)的座式焊接變位 機(jī)是通過(guò)改變焊件的位置達(dá)到相應(yīng)要求，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，經(jīng)過(guò)帶輪一次減速后，然后

12、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)通過(guò)整個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傾斜實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傾斜。 座式焊接變位機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支承在兩邊的傾斜 軸上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過(guò)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)或液壓缸多在 140 范圍內(nèi)恒速傾斜， 此種變位機(jī)對(duì)生產(chǎn)的適應(yīng)性較強(qiáng)，承載能力可達(dá) 50t，再焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣 泛。 2.42.4 焊接變位機(jī)（焊接變位機(jī)（PositionerPositioner）國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2.4.12.4.1 范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊接變位機(jī)的型號(hào)、參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗(yàn)及驗(yàn)收規(guī)則、包裝

13、及標(biāo) 志等方面的內(nèi)容。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種類型的焊接變位機(jī)。 2.4.22.4.2 引用 標(biāo)準(zhǔn)列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn) 出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下 列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。 GB/T 40641983 電氣設(shè)備安全設(shè)計(jì)導(dǎo)則 2.4.32.4.3 術(shù)語(yǔ) 2.4.32.4.3.1 1 最大負(fù)荷 Q 變位機(jī)所允許承載的工件最大重量，kg。 2.4.32.4.3.2 2 偏心距 A 工作臺(tái)面處于鉛垂位置時(shí)，最大負(fù)荷（工件）的重心距工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的距離，mm。 2.4.32.4.3.3 3 重心距 B 工作臺(tái)面處于鉛

14、垂位置時(shí)，最大負(fù)荷（工件）的重心距工作臺(tái)面的距離，mm。 2.4.32.4.3.4 4 回轉(zhuǎn)速度 n1 工作臺(tái)繞其回轉(zhuǎn)軸（圖 1 中 z 軸）回轉(zhuǎn)的速度，r/min。 2.4.32.4.3.5 5 傾斜速度 n2 工作臺(tái)繞其傾斜轉(zhuǎn)軸（圖 2-2 中 y 軸）傾斜的速度，（）/min。 2.4.32.4.3.6 6 傾斜角度 工作臺(tái)可傾斜的角度（見(jiàn)圖 1），（）。 2.4.32.4.3.7 7 臺(tái)面高度 H 工作臺(tái)在最低水平位時(shí)，其臺(tái)面距地面的距離（見(jiàn)圖 1），mm。 2.4.42.4.4 型號(hào)與參數(shù) 2.4.42.4.4.1 1 型號(hào)表示方法 變位機(jī)型號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示： HB

15、HB 焊接變位機(jī)名稱代號(hào)，H 和 B 分別為“焊”字和“變”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母 最大負(fù)荷 Q 值，kg 變位機(jī)工作臺(tái)調(diào)高功能代號(hào)，用 1 或 2 表示。1 表示工作臺(tái)高度固定，2 表示工 作臺(tái)高度可調(diào) 標(biāo)記示例：HB5002 表示最大負(fù)荷為 500kg、工作臺(tái)高度可調(diào)的焊接變位機(jī)。 2.4.4.22.4.4.2 參數(shù) 焊接變位機(jī)的型號(hào)及參數(shù)要求如下： 表 2-1 焊接變位機(jī)的型號(hào)及參數(shù) 型號(hào)型號(hào)最大負(fù)最大負(fù) 荷荷 Q(KG) 偏心距偏心距 A(MM) 重心距重心距 B(MM) 臺(tái)面高臺(tái)面高 度度 H(MM) 回轉(zhuǎn)速度回轉(zhuǎn)速度 N1(R/MIN) 焊接額焊接額 定電流定電流 A（MA ） 傾

16、斜角傾斜角 度度 () HB25254063-0.5016.00315135 HB25255080-0.258.00500135 HB10010063100-0.103.15500135 HB25025016040010000.051.60630135 HB50050016040010000.051.601000135 HB1000100025040012500.051.601000135 HB2000200025040012500.031.001250135 HB3150315025040016000.031.001250135 HB4000400025040016000.031.00125

17、0135 HB5000500025040016000.0250.801250135 HB8000800020040016000.0250.801600135 HB1000 0 1000020040020000.0250.801600135 HB1600 0 1600020050020000.0160.501600120 HB2000 0 2000020063025000.0160.502000120 HB3150 0 3150020080025000.0160.502000120 HB4000 0 4000016080031500.0100.3152000105 HB5000 0 500001

18、60100031500.0100.3152000105 HB8000 0 80000160100031500.0100.3152000105 圖 2-2 焊接變位機(jī)示意圖 2.4.52.4.5 技術(shù)要求 2.4.5.12.4.5.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 2.4.5.1.12.4.5.1.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并可逆轉(zhuǎn)。 2.4.5.1.22.4.5.1.2 在回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，承受最大載荷時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)不超過(guò) 5%。 2.4.5.22.4.5.2 傾斜驅(qū)動(dòng) 2.4.5.2.12.4.5.2.1 傾斜驅(qū)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，在最大負(fù)荷下不抖動(dòng)，整機(jī)不得傾覆。最大負(fù)荷 Q 超過(guò) 25kg 的，應(yīng)具有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功能。 2.

19、4.5.2.22.4.5.2.2 應(yīng)設(shè)有限位裝置，控制傾斜角度，并有角度指示標(biāo)志。 2.4.5.2.32.4.5.2.3 傾斜機(jī)構(gòu)要具有自鎖功能，在最大負(fù)荷下不滑動(dòng)，安全可靠。 2.4.5.32.4.5.3 其他 2.4.5.3.12.4.5.3.1 變位機(jī)控制部分應(yīng)設(shè)有供自動(dòng)焊用的聯(lián)動(dòng)接口。 2.4.5.3.22.4.5.3.2 變位機(jī)應(yīng)設(shè)有導(dǎo)電裝置，以免焊接電流通過(guò)軸承、齒輪等傳動(dòng)部位。導(dǎo)電 裝置的電阻不應(yīng)超過(guò) 1m，其容量應(yīng)滿足焊接額定電流的要求。 2.4.5.3.32.4.5.3.3 電氣設(shè)備應(yīng)符合 GB/T 4064 的有關(guān)規(guī)定。 2.4.5.3.42.4.5.3.4 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)

20、便于裝卡工件或安裝卡具，也可與用戶協(xié)商確定其結(jié)構(gòu)形 式。 2.4.5.3.52.4.5.3.5 最大負(fù)荷與偏心距及重心距之間的關(guān)系，應(yīng)在變位機(jī)使用說(shuō)明書中說(shuō)明。 2.4.62.4.6 檢驗(yàn)項(xiàng)目及驗(yàn)收規(guī)則 2.4.6.12.4.6.1 檢測(cè)輸出軸（工作臺(tái)）轉(zhuǎn)速，結(jié)果應(yīng)符合表 2-1 和 2.4.5.1 的要求。 2.4.6.22.4.6.2 首次生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行變位機(jī)的空轉(zhuǎn)及負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果應(yīng)符合表 2-1 及 2.4.5.1 和 2.4.5.2 的要求。 2.4.6.32.4.6.3 變位機(jī)應(yīng)備有產(chǎn)品合格證書和使用說(shuō)明書。 2.4.72.4.7 標(biāo)志與包裝 2.4.72.4.7.1 1 變位機(jī)應(yīng)涂

21、敷防銹底漆及表層漆。涂層應(yīng)牢固，其中表層涂漆色彩應(yīng)協(xié)調(diào)美 觀。 2.4.72.4.7.2 2 變位機(jī)應(yīng)在標(biāo)牌上標(biāo)明名稱、型號(hào)、最大負(fù)荷、工作電壓、電機(jī)功率、出廠日 期、制造廠家等。 2.4.72.4.7.3 3 變位機(jī)的包裝應(yīng)牢固可靠，符合運(yùn)輸部門的有關(guān)規(guī)定。 第第 3 章章 座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì) 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1.1 工作臺(tái)及其工件總質(zhì)量，回轉(zhuǎn)主軸的危險(xiǎn)斷面位于軸承處，所受的Kgm1300 彎曲力矩為： 圖 3-1 回轉(zhuǎn)主軸受力分析示意圖 （3-1） sincossin2cossin 2 2 2 2 hG ehMw 其中：綜和質(zhì)量G 偏心距e

22、臺(tái)面高度。h 回轉(zhuǎn)軸傾斜角 回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角 根據(jù)焊接變位機(jī)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) mme250 mmh750 其中重心距取 600mm 其軸承處的扭矩： （3-2）cossineG Mn 按第三強(qiáng)度理論折算的當(dāng)量彎矩為： （3-3） 22 MMM nw xd 2 22 sincossincoseheG 該式在滿足條件時(shí)才出現(xiàn)最大值。其值為:sin h e ctg （3-4） ehM G xd 22 max 對(duì)于指定的變位機(jī)：，該數(shù)據(jù)由文獻(xiàn)10表 7-11 查得。33 . 0 h e （3-5） 74.71 1 min h e ctg （3-6） 74.1612 min 1 max h e ctg 因此回轉(zhuǎn)主

23、軸的強(qiáng)度可選在的范圍內(nèi)任意位置進(jìn)行計(jì)算。 minmax 主軸材料用 45 號(hào)鋼（調(diào)制處理） = =61.1 （3-7） Kn 1 5 . 15 . 1 2755 . 0 Mpa d （3-8） mm 1 . 118 10 1 . 61 25 . 0 75 . 0 1274010ehG10 3 6 22 3 22 取 d=120mm，校驗(yàn)主軸： （3-9） Mpa ehd Ge d ehG 6 222 3 22 10 6 . 58 3 . 110 其中 Mpa 1 . 61 初步確定主軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 圖 3-2 主軸的結(jié)構(gòu)與裝配 3.1.2 減速器的設(shè)計(jì)減速器的設(shè)計(jì) 3.1.2.1 二級(jí)渦輪

24、蝸桿的設(shè)計(jì)二級(jí)渦輪蝸桿的設(shè)計(jì) 3.1.2.1.1 二級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算二級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算 總傳動(dòng)比：初選電機(jī)為滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min 的直流電動(dòng)機(jī) 工作臺(tái)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.10.6r/min =2400 （3-10） n n i m 總 6 . 0 1440 平均傳動(dòng)比：初選帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比1.4， 帶 i = （3-11） 平均 i 4 . 41 4 . 1 2400 取實(shí)際蝸桿頭數(shù)：Z =1， 1 蝸輪齒數(shù)： Z =Z 41.4 （3-12） 21 平均 i 則 Z =41 2 查文獻(xiàn)3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88） 取 Z =41 =10 = 90 =0 22 m

25、 1 d 2 x 根據(jù)蝸輪蝸桿工作情況，選取蝸桿特性系數(shù):q=9 蝸桿模數(shù)=10， 1 m 2 m 則蝸桿尺寸： =90 （3-12） 1 dqmmm =+2=90+20=110 （3-13） 1a d 1 d 1a hmm =-2=90-24=66 （3-14） 1f d 1 d 1f hmm 蝸輪尺寸： 分度圓直徑 = Z =10 41=410 （3-15） 2 dm 2 mm 齒頂圓直徑 =d +2=430 （3-16） 2a d 2 mmm 齒根圓直徑 d=-21.2=386 （3-17） 2f2 dmmm 渦輪齒寬 =0.75=82.5 （3-18）B 1a dmm 3.1.2.1.

26、2 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 蝸輪蝸桿材料選用： 蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr. 蝸輪蝸桿中心矩 =. （3-19） 2 2 qZm a mm250 2 94110 ）（ 接觸疲勞強(qiáng)度： =ZZ （3-20） H E 3 2 a TK Z 材料的彈性影響系數(shù)。 E 對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)取 Z =155 E Mpa 2 1 Z 兩材料的接觸系數(shù)，由文獻(xiàn)1表 11-18 查得：Z =2.6 K工作載荷系數(shù)， =， K A K K V K K 機(jī)械使用系數(shù)， A K 由文獻(xiàn)1表 10-2 得：=1.15 A K ：齒面載荷分布系

27、數(shù)， K 由文獻(xiàn)1表 10-4 得： K ：動(dòng)載系數(shù)， V K 由文獻(xiàn)1表 10-8 得：=1 V K ：齒間載荷分配系數(shù)系數(shù)， K 由文獻(xiàn)1表 10-3 得：=1 K tan （3-21） 9 1 1 q Z 得 6.34 =12740 （3-22） 2 TGemN.318525 . 0 滑動(dòng)速度： （3-23）sm ndV Vs/02 . 0 34 . 6 cos100060 411 . 09014 . 3 cos100060cos 211 查表蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦角 6 . 5 v （3-24）53 . 0 )6 . 534 . 6 tan( 9 1 )tan( tan v （3-25）5

28、1 . 0 99 . 0 98 . 0 56 . 0 總 其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 （3-26）N i T T3 .152 51 . 0 41 3185 2 1 總 所以接觸疲勞強(qiáng)度 （3-27）MpaMpa H 268 1 . 195 25 . 0 99 . 0 98 . 0 /31851115 . 1 6 . 210155 3 3 其中 蝸桿螺旋面硬度 268Mpa 3.1.2.1.3 蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式： （3-28） FFaF YY mdd KT 2 21 2 53. 1 其中： Y蝸輪齒形系數(shù)， 2Fa 可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)

29、 Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。 2V2 可由文獻(xiàn)1圖 11-19 查得 Y=2.4 2Fa Y 螺旋角影響系數(shù)， =1-=1-=0.955 （3-29） Y 140 140 34. 6 =() 2.4 0.955=3.59 （3-30） F 1041 . 0 09 . 0 99 . 0 98 . 0 3185 15 . 1 53 . 1 4 10Mpa = =1.37 56=76.72 （3-31） F FN K H Mpa 其中可由文獻(xiàn)1表 11-8 查得: =56 H H Mpa 為壽命系數(shù): FN K N 為應(yīng)力循環(huán)系數(shù)： N=60 j nL =60 1 0. = （3-32） 2 h

30、 J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個(gè)輪齒的嚙合次數(shù). 這里取 j=1; n :蝸輪轉(zhuǎn)速, =0.6; 22 nmin/r L :工作壽命, h L =21900 （3-33） h h =1.37 （3-34） FN K 8 7 10 N ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足使用條件。 F F 3.1.2.1.4 蝸桿的剛度校核蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過(guò)得變形，就會(huì)造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合。所以需進(jìn)行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為： = （3-35）y yL EI FF rt 2 1 2 1 48 其中y蝸桿材料許用的最大撓度。 = （3-36）y 1000 1 d 1000 90

31、 mm09 . 0 其中 d 為蝸桿分度圓直徑。 1 E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07Mpa 5 10 I 蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩。 （3-37）I 64 4 1f d 其中 d為蝸桿的齒根圓直徑。 1f d= 66mm 1f =5.958 10 （3-38）I 64 664 7 L 蝸桿兩端支撐點(diǎn)間的跨距。 L0.9=0.9=369 （3-39） 2 d410mm 蝸桿所受的圓周力。 1t F =3384.4 （3-40） 1t F 1 1 2 d T 09 . 0 3 . 1522 N 蝸桿所受的徑向力。 1r F =tan20 =5828.5 （3-41） 1r F 2t F tan

32、tan 2 2 2 d T 41 . 0 99 . 0 98 . 0 3185 2 N 其中為蝸輪齒形角。 =20 0.369 =0.073 （3-42） 64 66 . 0 14 . 3 1007 . 2 48 5 . 5828 4 . 3384 4 5 22 y 3 y=0.0730.09=y蝸桿的剛度滿足使用條件。 3.1.2.1.5 選取蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法選取蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 V =0.02/s， s 載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。 3.1.2.1.6 二級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置二級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置 =

33、+1000(1-)/s （3-43） 0 t a tP d 其中周圍空氣的溫度，常溫情況下可取。 a t 蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率。 0.53 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取=(8.1517.45),w/(m.)， d d 當(dāng)周圍空氣流動(dòng)良好時(shí) 可取偏大值。這里取 17 dd P輸入功率。 =157 41=0.404kw （3-44）PwT 2 60 26 . 0 t。=20+=20+53.2=73.2 （3-45） 6 . 035 . 0 17 53 . 0 1404 . 0 ）（ 73.280 其中 80為其臨界溫度。 故在通風(fēng)良好的情況下，不需要加散熱裝置。 3.1.2.2 一級(jí)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)一級(jí)蝸

34、輪蝸桿的設(shè)計(jì) 3.1.2.2.1 一級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算一級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算 選取實(shí)際蝸桿頭數(shù)：Z =1，蝸輪齒數(shù)： 1 Z =i Z （3-46） 2 1 Z =41 2 查文獻(xiàn)3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88） 選取=5 =10 x =-0.5mq 2 則蝸桿尺寸： =50 （3-47） 1 dqmmm =+2=50+10=60 （3-48） 1a d 1 d 1a hmm d=-2=50-12=38 （3-49） 1f1 d 1f hmm 蝸輪尺寸：分度圓直徑 =Z =5 41=205 （3-50） 2 dm 2 mm 齒頂圓直徑 =+2（1+x）=205+2=210 （3

35、-51 2a d 2 dm）（5 . 015mm ） 齒根圓直徑 =-2(1.2-x)=205-2=188 （3-52） 2f h 2 dm）（5 . 02 . 15mm 渦輪齒寬 =0.75=45 (3-53)B 1a dmm 校核蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 蝸輪蝸桿材料選用： 蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr. 3.1.2.2.2 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 首先蝸輪蝸桿材料選用：蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr. 蝸輪蝸桿中心矩 a=125 （3-54） 2 2 21 xmdd 2 5 . 05220550

36、mm 根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度公式： =Z （3-55） H E Z 3 2 a TK Z 材料的彈性影響系數(shù)，單位是 Mpa . E 對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)取=155 。 E ZMpa 2 1 兩材料的接觸系數(shù)： Z 由文獻(xiàn)1表 11-18 查得：Z =2.5 工作載荷系數(shù)，K = （3-56）K A K K V K K 其中： 機(jī)械使用系數(shù)， A K 由文獻(xiàn)1表 10-2 得：=1.15 A K 齒面載荷分布系數(shù) K 由文獻(xiàn)1表 10-4 得： K 動(dòng)載系數(shù)， V K 由文獻(xiàn)1圖 10-8 得：=1 V K 齒間載荷分配系數(shù)， K 由文獻(xiàn)1表 10-3 得：=1 K tan （3-57）

37、 10 1 1 q Z 得：5.71 = （3-58） 2 T157 99 . 0 98 . 0 3 . 152 mN 滑動(dòng)速度： Vs= （3-59）sm ndV /44 . 0 71 . 5 cos100060 41411 . 05014 . 3 cos100060cos 111 查文獻(xiàn)1表 11-18 蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦角 25 . 3 v （3-60）634 . 0 )25 . 3 71 . 5 tan( 10 1 )tan( tan v （3-61）615 . 0 99 . 0 98 . 0 634 . 0 總 其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 （3-62） 1 TN i

38、T 04 . 6 634 . 0 41 157 2 總 所以接觸疲勞強(qiáng)度 155 （3-63） H Mpa 8 . 117 125 . 0 1571115 . 1 5 . 210 3 3 其中蝸桿螺旋面強(qiáng)度 268Mpa :鑄造錫青銅蝸輪的基本許用應(yīng)力。由文獻(xiàn)1表 11-7 查得： H = 268， H Mpa =K=0.86 268=231.4 （3-64） H FN H Mpa 其中蝸輪蝸桿工作壽命系數(shù)， FN K N 為應(yīng)力循環(huán)系數(shù)： N=60 j nL =60 1 0.= （3-65） 2 h J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個(gè)輪齒的嚙合次數(shù). 這里取 j=1; n :蝸輪轉(zhuǎn)速, n =24.6;

39、 22 min/r L :工作壽命, h =21900h （3-66） h L =0.86 （3-67） FN K 8 7 10 N ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足使用條件。 F F 3.1.2.2.3 蝸輪的齒面彎曲疲勞強(qiáng)度校核蝸輪的齒面彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式： = （3-68） F FFa YY mdd KT 2 21 2 53 . 1 其中： Y蝸輪齒形系數(shù)， 2Fa 可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。 2V2 可由文獻(xiàn)1圖 11-19 查得 Y=3.0 2Fa Y 螺旋角影響系數(shù)， Y =1-=1-=0.959 （3-69） 140 140 71 . 5 =() 3.

40、0 0.959=1.55 （3-70） F 5205 . 0 05 . 0 15715 . 1 53 . 1 4 10Mpa =0.86 56=48.16 （3-71） F FN K H Mpa 其中可由文獻(xiàn)1表 11-8 查得: =56 H H Mpa 為壽命系數(shù): FN K ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足使用條件。 F F 3.1.2.2.4 蝸桿的剛度校核蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過(guò)得變形，就會(huì)造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合。所以需進(jìn)行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為： = （3-72）y yL EI FF rt 2 1 2 1 48 其中y蝸桿材料許用的最大撓度。

41、 =0.05 （3-73）y 1000 1 d 1000 50 mm 其中 d 為蝸桿分度圓直徑。 1 E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07 5 10Mpa I 蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩。 （3-74）I 64 4 1f d 其中 d為蝸桿的齒根圓直徑。 1f d=38mm 1f =1.02 10 （3-75）I 64 384 5 L 蝸桿兩端支撐點(diǎn)間的跨距。 L0.9d =0.9=184.5 （3-76） 2 205mm 蝸桿所受的圓周力。 1t F =241.6 （3-78） 1t F 1 1 2 d T 05. 0 04 . 6 2 N 蝸桿所受的徑向力。 1r F =tan20 =557

42、.5 （3-79） 1r F 2t F tantan 2 2 2 d T 205 . 0 1572 N 其中 為蝸輪齒形角。 =20 184.5 =0.00375 （3-80） 64 3814 . 3 1007 . 2 48 5 . 557 6 . 241 4 5 22 y 3 0.003750.05=,蝸桿的剛度滿足使用條件。yy 3.1.2.2.5 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 V =0.44， s sm/ 載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。 3.1.2.2.6 一級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置一級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻

43、裝置 =+ （3-81） 0 t a t s P d 11000 其中周圍空氣的溫度，常溫情況下可取 20。 a t 蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率。 0.634 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取=(8.1517.45),w/(m.)， d d 當(dāng)周圍空氣流動(dòng)良好時(shí)可取偏大值。這里取17 d d P輸入功率。 =6.=0.637 （3-82）PwT 2 60 26 . 0 kw =20+=20+43=63 （3-83） 0 t 26 . 035 . 0 17 634 . 0 1637 . 0 ）（ 6380 其中 80為其臨界溫度。 故在通風(fēng)良好的情況下，不需要加散熱裝置。 3.1.2.2.7 一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)渦

44、輪軸的校核一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)渦輪軸的校核 圖 3-3 軸的結(jié)構(gòu)與裝配 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 1 T 2t F 2a F 1r F 1t F 1a F 59 228 1 R 2 R (a) 2t F 1r F 59228 1 R 2 R 220.4N.m H M 59228 1 R 2 R 1t F M 132.6N.m 482.0N.m V M T 圖 3-4 軸的載荷分析圖 3.1.3.2 鍵的選擇與校核鍵的選擇與校核 2r F 2r F 826.4N.m (b) (c) (d) 107.9N.m 3.1.3.2.1 一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)： 依據(jù)軸頸查文獻(xiàn)1表 6-1 取l=2263bh14mm 校

45、核： =11.7=120150（3-101） p kld T 3 2 102 852263145 . 0 101572 3 Mpa p Mpa 符合條件 3.1.3.2.2 二級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng) 依據(jù)軸頸查文獻(xiàn)1表 6-1 取l=3280bh18mm 校核 =95.3=120150（3-102） p kld T 3 2 102 1282280185 . 0 1031852 3 Mpa p Mpa 符合條件 3.2 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1 傾斜軸的設(shè)計(jì)傾斜軸的設(shè)計(jì) 3.2.1.1 傾斜軸尺寸計(jì)算傾斜軸尺寸計(jì)算 估計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總重量=20009.8=19600GKg N 其對(duì)傾斜軸的最大傾覆力矩 =19600=15484 （3-10