畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）軋輥堆焊機(jī)床設(shè)計(jì)(床頭箱設(shè)計(jì))

1、軋輥堆焊機(jī)床設(shè)計(jì)（床頭箱設(shè)計(jì)）摘 要：鋼軋輥的堆焊技術(shù)已有30多年的歷史，它逐步從對裂紋的修和對磨損部分的修復(fù)發(fā)展到復(fù)合軋輥的生產(chǎn)。目前，軋輥堆焊技術(shù)已是軋鋼廠降低輥耗、提高軋機(jī)作業(yè)率、增加產(chǎn)品產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的一項(xiàng)行之有效的措施。本文著手設(shè)計(jì)軋輥堆焊機(jī)床頭箱，也就是他的傳動機(jī)構(gòu)，由于軋輥堆焊劑的主軸輸出速度較小是，所以要選擇大傳動比的減速箱，而且要體積較小。故選擇雙級擺線針輪型星減速器。擺線針輪行星減速器作為重要的機(jī)械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的要求，實(shí)現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力

2、學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。本文對擺線針輪星型減速器的原理進(jìn)行了系統(tǒng)的簡紹。并且合理的設(shè)計(jì)計(jì)算出二級擺線針輪減速器的各個部件，并對主要部件進(jìn)行了合理的校核計(jì)算。關(guān)鍵詞：軋輥堆焊機(jī)，床頭箱，擺線針輪星型減速器rollweldingmachine tool design(headstockdesign)abstract：steel roll welding technology for more than 30 years of history, it gradually from the crack repair and restorati

3、on of the worn part of the development of the composite roll of the production. at present, roll welding technology is reducing rolling mill roll wear and improve mill operations, increase product yield, improve product quality, reduce production costs of a well-established measures. this welding ma

4、chine rolls begin designing the first case, it is his drive mechanism, the roller shaft output speed surfacing agent less is it to choose a large transmission ratio gear box, but also smaller. so select the two-stage cycloid reducer star. the cycloidgear reducer is one of the most important transmis

5、sion components of the pumping unit by its smaller volume，lighter weight and effective transmission. in order to realize four targets which include high transmission efficiency, high reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency

6、of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloidgear reducer.in this paper, cycloid reducer principle star jane shao system. the design and calculate a reasonable second cycloid reducer

7、 various components, and the main components were reasonably checking calculationkeywords：roll welding machine headbox star cycloid reducer 37西安石油大學(xué)本科畢業(yè)(論文)目 錄1 緒論11.1 基本概念11.2 軋輥堆焊機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 擺線針輪減速器的發(fā)展32 擺線針輪減速器傳動理論與設(shè)計(jì)方法42.1 擺線針輪減速器的傳動原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)42.1.1 擺線針輪行星傳動的傳動原理42.1.2 擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)42.1.3 擺線針輪傳動的嚙合原

8、理52.1.4 擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程92.1.5 擺線輪齒廓曲率半徑102.2 擺線針輪傳動的受力分析112.2.1 針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力112.2.2 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力142.2.3 轉(zhuǎn)臂軸承的作用力152.3 擺線針輪行星減速器主要強(qiáng)度件的計(jì)算162.3.1 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算162.3.2 針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算162.3.3 轉(zhuǎn)臂軸承選擇172.3.4 輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算173 軋輥堆焊機(jī)的床頭箱（擺線針輪減速器）設(shè)計(jì)計(jì)算193.1 電動機(jī)的選擇193.2 初選傳動比193.3 擺線針輪齒數(shù)確定193.4 針輪齒數(shù)的確定193.5 傳動比的確定

9、193.6 輸出轉(zhuǎn)矩t的確定193.7 初選短幅系數(shù)203.8 針齒中心圓半徑203.8 擺線輪齒寬203.10 偏心距203.11 實(shí)際短幅系數(shù)213.12 針徑套半徑213.13 驗(yàn)證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角213.14 針齒、銷半徑223.15 實(shí)際針徑系數(shù)223.16 齒形修正223.17 齒面最大接觸應(yīng)力223.18 針齒銷支點(diǎn)的跨距233.19 選擇圓柱滾子軸承233.20 針齒銷彎曲應(yīng)力233.21 針齒銷的轉(zhuǎn)角243.22 擺線輪齒根圓直徑243.23 銷軸中心圓直徑243.24 間隔環(huán)厚度243.25 柱銷直徑254 主要軸校核264.1 輸出軸的計(jì)算264.2 輸入軸的計(jì)算30

10、4.3 潤滑與密封34結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致 謝37資緒論目前，軋輥是軋鋼生產(chǎn)中的關(guān)鍵備件。不僅其消耗量大、費(fèi)用昂貴，而且軋輥材質(zhì)的好壞往往直接影響軋鋼機(jī)的作業(yè)率、軋制產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、單位軋輥的消耗及軋材的成本。因此，如何提高軋輥的使用壽命，是軋鋼生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率，實(shí)行增產(chǎn)節(jié)約，降低消耗的措施之一。堆焊由原來的簡單修復(fù)已發(fā)展成為新品制造、舊品再制造的重要工藝環(huán)節(jié)，堆焊產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，也帶動了堆焊材料的大量消耗。其中軋輥堆焊機(jī)修復(fù)廢舊軋輥，運(yùn)用堆焊的方法，不僅使軋輥使用壽命比原來有所提高，而且還實(shí)現(xiàn)廢輥再生，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。軋輥堆焊機(jī)的主軸箱，就是一個減速器傳

11、動電機(jī)的轉(zhuǎn)動。但要求減速器體積小，但傳動比要大。所以擺線針輪星型減速器比較符合。減速器是各種機(jī)械設(shè)備中最常見的部件,它的作用是將電動機(jī)轉(zhuǎn)速減少或增加到機(jī)械設(shè)備所需要的轉(zhuǎn)速, 擺線針輪行星減速器由于具有減速比大、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在許多情況下可代替二級、三級的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用越來越普及，為世界各國所重視。1.1 基本概念擺線針輪行星傳動,簡稱擺線針輪傳動。它與漸開線少齒差行星傳動一樣，同屬于k-h-v型行星齒輪傳動。擺線針輪傳動的主要特征是：行星輪齒廓為變幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線，中心輪齒廓為圓形。擺線針輪減速器,利用擺線針輪行星傳動原理制成的一種減速器,它的優(yōu)點(diǎn)是

12、減速比大、體積小、重量輕、效率高等。1.2 軋輥堆焊機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)：從軋輥堆焊的設(shè)備、材料和工藝三個方面看我國軋輥堆焊的現(xiàn)狀，我國現(xiàn)有的堆焊設(shè)備中改裝設(shè)備多專用設(shè)備少，自動化程度較低，有待進(jìn)一步提高設(shè)備的自動化和智能化水平；堆焊用焊接材料存在系列化程度低、品種少、嚴(yán)重依賴進(jìn)口等問題，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊材是發(fā)展方向；堆焊工藝方面，應(yīng)發(fā)展堆焊工藝專家系統(tǒng)，以提高堆焊工藝水平，縮短工藝試驗(yàn)時(shí)間。目前，國內(nèi)堆焊復(fù)合材質(zhì)軋輥研究正在興起，而且越來越受到重視。但對于服役工況更為苛刻，性能要求更高的冶金軋輥堆焊復(fù)合制造，仍然是冶金行業(yè)亟待解決的重大攻關(guān)難題。隨著軋制新技術(shù)的應(yīng)用，對軋輥的各項(xiàng)性能都

13、提出了更高的要求。具有方法簡單、綜合性能優(yōu)異、技術(shù)優(yōu)勢及經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)的堆焊制造方法越來越受到各軋鋼廠的青睞。因此研究開發(fā)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的先進(jìn)堆焊技術(shù)，是我國軋輥堆焊的必然趨勢。在國內(nèi)經(jīng)歷近二十年的軋輥堆焊技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，在堆焊材料研制以及工藝優(yōu)化方面，我國已達(dá)到或（在某些產(chǎn)品品種、性能方面）超過國外同行業(yè)水平。我國大部分冶金行業(yè)雖然有堆焊設(shè)備，但基本僅局限在熱軋鋼的修復(fù)。再有一部分則是處在引進(jìn)消化的工作階段，而完全采用堆焊方法制造高綜合性能的復(fù)合軋輥的冶金企業(yè)尚未真正出現(xiàn)。與國外相比，我國冶金復(fù)合高性能軋輥的研究起步較晚。國產(chǎn)復(fù)合高性能軋輥的品種、數(shù)量、規(guī)格、性能和制

14、造方法與國外先進(jìn)水平相比，存在相當(dāng)大的差距。針對國內(nèi)軋輥生產(chǎn)仍以傳統(tǒng)的整體鍛造和普通離心鑄造方法為主的落后現(xiàn)狀，考慮我國國情及冶金行業(yè)現(xiàn)狀，應(yīng)大力發(fā)展具有高綜合性能、高性價(jià)比的堆焊復(fù)合材質(zhì)軋輥。目前國內(nèi)堆焊復(fù)合材質(zhì)軋輥研究正在興起，而且越來越受到重視。目前，我國擁有300多萬臺機(jī)床， 但現(xiàn)有機(jī)床大多數(shù)服役年齡較長.大都是多年來生產(chǎn)積累的通用機(jī)床，設(shè)備陳舊落后.柔性和自動化程度低。要想在短時(shí)期內(nèi)大量地更新現(xiàn)有設(shè)備，無論從資金還是國內(nèi)機(jī)床制造廠的生產(chǎn)能力都很難做到。對于機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造投資少，見效快，是機(jī)械制造廠挖掘技改的一條成功之路。國外：目前，國外都在大力研究復(fù)合鑄鋼、離心澆鑄及堆焊軋輥等工

15、藝，其目的就是想制造一種新型的復(fù)合軋輥，使軋輥基體和工作表面分別滿足于軋制時(shí)的沖擊性、耐熱疲勞性、抗熱烈性及高溫耐磨性能的要求。發(fā)展至今，堆焊材料的制造業(yè)也成為相對獨(dú)立的規(guī)模產(chǎn)業(yè)。目前，高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性的冶金軋輥在國外發(fā)達(dá)國家已開始推廣應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的冶金制造方法，其技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在改變軋輥材質(zhì)和采用新的冶金復(fù)合制造技術(shù)。改變軋輥材質(zhì)是提高軋輥性能的首要措施。軋輥材質(zhì)發(fā)展的趨勢是廣泛使用合金元素，且合金化程度逐步提高。如國外熱軋帶鋼精軋前段由60年代的半鋼工作輥發(fā)展到70年代的高鉻鑄鐵輥，到了80年代末開始使用高速鋼軋輥；冷軋帶鋼工作輥材質(zhì)由2%鉻鋼發(fā)展到3%鉻鋼、5%鉻鋼，到了9

16、0年代末開始使用半高速鋼。高速鋼材料用于軋輥制造，使軋輥性能顯著提高，軋材質(zhì)量明顯改善。近十多年來，國外采用多種新的冶金軋輥復(fù)合制造技術(shù)，使軋輥的綜合性能明顯優(yōu)于整體鍛造和普通離心鑄造軋輥。其中堆焊復(fù)合技術(shù)由于其更低的制造成本、較高的綜合性能，始終是發(fā)達(dá)國家研究的重點(diǎn)。由于堆焊材料和工藝的復(fù)雜性，使其在實(shí)際應(yīng)用方面沒有其它復(fù)合方法的產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。但由于其優(yōu)越的性價(jià)比，使堆焊復(fù)合技術(shù)的研究仍然不斷的向前發(fā)展。 在美國、日本、德國一直在生產(chǎn)機(jī)床和生產(chǎn)線具有領(lǐng)頭羊的地位和廣闊的國際市場。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、devli

17、eg-bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、us設(shè)備公司等。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等?？梢妼C(jī)床的再次利用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義1.3 擺線針輪減速器的發(fā)展 1926年德國人lbraren發(fā)明了擺線針輪減速器，他是在少齒差行星傳動結(jié)構(gòu)上，首先將變幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線用作行星輪齒廓曲線而把圓形作為中心輪齒廓曲線，和漸開線少齒差行星傳動模式一樣，保留zxf類n型行星齒輪傳動。擺線針輪傳動較之普通漸開線齒輪或蝸輪傳動的優(yōu)點(diǎn)是：高傳動比和高效率；同軸輸出，結(jié)構(gòu)體積小和重量輕；傳動平穩(wěn)和噪聲低

18、。由于擺線針輪傳動同時(shí)嚙合的齒數(shù)要比漸開線外齒輪傳動同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，因而承載能力較大，嚙合效率要高；還由于擺線輪和針輪的輪齒均可淬硬、精磨，較漸開線少齒差傳動中內(nèi)齒輪的被加工性能要好，齒面硬度更高，因而使用壽命要長；加上擺線輪的加工技術(shù)已經(jīng)過關(guān)，專業(yè)加工設(shè)備齊全，擺線輪已納入專業(yè)通用件，在國內(nèi)已做到通用化批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本下降，因此擺線針輪傳動的減速器當(dāng)前廣為應(yīng)用。擺線針輪減速技術(shù)至今，雖在品種、規(guī)格等方面做了不少改進(jìn)，但再沒有作本質(zhì)、原理上的創(chuàng)新?，F(xiàn)今擺線針輪減速器，其原理和結(jié)構(gòu)還是1926年德國的原型。目前，擺線針輪的研究在國內(nèi)外都在積極發(fā)展，日本住友重機(jī)械株式會社的“80系列”極大提高

19、了性能，從1990年開始，住友機(jī)械株式會社在“80系列”的基礎(chǔ)上推出最新“90樣本”的擺線針輪減速器，它的機(jī)型由15種擴(kuò)大為21種，傳動比由8種擴(kuò)大為16種。我國對日本提高擺線針輪減速器性能的主要技術(shù)措施已進(jìn)行較深入的分析，而且在趕超世界水平方面也有自己的創(chuàng)新成果，如符合工程實(shí)際的對擺線輪與輸出機(jī)構(gòu)受力進(jìn)行分析及擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。擺線針輪減速器所傳遞的最大功率為132kw，輸入軸最高轉(zhuǎn)速為1800r/min。美國在研究直升飛機(jī)傳動裝置時(shí)所做的擺線針輪傳動試驗(yàn)樣機(jī)，采用四片擺線輪，可以保證輸入軸動平衡的新結(jié)構(gòu)，輸入轉(zhuǎn)速達(dá)2000r/min，傳動功率達(dá)205kw。2 擺線針輪減速器傳動理論與

20、設(shè)計(jì)方法2.1 擺線針輪減速器的傳動原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.1 擺線針輪行星傳動的傳動原理圖所示為擺線針輪行星傳動示意圖。其中為針輪，為擺線行星輪，h為系桿，v為輸出軸。運(yùn)動由系桿h輸入，通過w機(jī)構(gòu)由v軸輸出。同漸開線一齒差行星傳動一樣，擺線針輪傳動也是一種khv型一齒差行星傳動。兩者的區(qū)別在于：擺線針輪傳動中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)擺線，中心內(nèi)齒采用了針齒，以稱針輪，擺線針輪傳動因此而得名。同漸開線少齒差行星傳動一樣，其傳動比為.圖21 擺線針輪減速器原理圖 由于1，故，“”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反，即利用擺線針輪行星傳動可獲得大傳動比。2.1.2 擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 它主要

21、由四部分組成：（1） 行星架h，又稱轉(zhuǎn)臂，由輸入軸10和偏心輪9組成，偏心輪在兩個偏心方向互成。（2） 行星輪c，即擺線輪6，其齒廓通常為短幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線.為使輸入軸達(dá)到靜平衡和提高承載能力,通采用兩個相同的奇數(shù)齒擺線輪,裝在雙偏心套上,兩位置錯開,擺線輪和偏心套之間裝有滾動軸承,稱為轉(zhuǎn)臂軸承,通常采用無外座圈的滾子軸承,而以擺線輪的內(nèi)表面直接作為滾道。近幾年來,優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)常將偏心套與軸承做成一個整體,稱為整體式雙偏心軸承。(3) 中心輪b,又稱針輪,由針齒殼3上沿針齒中心圓圓周上均布一組針齒銷5(通常針齒銷上還裝有針套7)組成。(4)輸出機(jī)構(gòu)w, 與漸開線少齒差行星齒輪傳動一樣,

22、通常采用銷軸式輸出機(jī)構(gòu)。圖22 擺線針輪減速器基本結(jié)構(gòu)圖 1.輸出軸 2.機(jī)座 3.針齒殼 4.針齒套 5.針齒銷 6.擺線輪 7.銷軸套 8.銷軸 9.偏心輪 10.主動軸圖22為擺線針輪傳動的典型結(jié)構(gòu)2.1.3 擺線針輪傳動的嚙合原理為了準(zhǔn)確描述擺線形成及其分類,我們引進(jìn)圓的內(nèi)域和圓的外域這一概念。所謂圓的內(nèi)域是指圓弧線包容的內(nèi)部范圍,而圓的外域是包容區(qū)域以外的范圍。按照上述對內(nèi)域外域的劃分,則外擺線的定義如下:外擺線:滾圓在基圓外域與基圓相切并沿基圓作純滾動,滾圓上定點(diǎn)的軌跡是外擺線。外切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓外切形成的外擺線(此時(shí)基圓也在滾圓的外域)。內(nèi)切外擺線:滾圓在基圓外域與

23、基圓內(nèi)切形成的外擺線(此時(shí)基圓在滾圓的內(nèi)域)。短幅外擺線:外切外擺線形成過程中,滾圓內(nèi)域上與滾圓相對固定的某點(diǎn)的軌跡;或內(nèi)切外擺線形成過程中,滾圓外域上與滾圓相對固定的某點(diǎn)的軌跡。長幅外擺線:與短幅外擺線相反,對外切外擺線而言相對固定的某點(diǎn)在滾圓的外域;對內(nèi)切外擺線而言相對固定的某點(diǎn)在滾圓的內(nèi)域。短幅外擺線與長幅外擺線通稱為變幅外擺線。變幅外擺線變幅的程度用變幅系數(shù)來描述,分別稱之為短幅系數(shù)或長幅系數(shù)。外切外擺線的變幅系數(shù)定義為擺桿長度與滾圓半徑的比值。所謂擺桿長度是指滾圓內(nèi)域或滾圓外域上某相對固定的定點(diǎn)至滾圓圓心的距離。 （21）式中變幅系數(shù)。a外切外擺線擺桿長度外切外擺線滾圓半徑對于內(nèi)切外

24、擺線而言,變幅系數(shù)則相反,它表示為滾圓半徑與擺桿長度的比值。 （22）式中k1變幅系數(shù)r2內(nèi)切外擺線滾圓半徑a內(nèi)切外擺線擺桿長度根據(jù)變幅系數(shù)k1值的不同范圍,將外擺線劃分為3類:短幅外擺線0k11。變幅外切外擺線與變幅內(nèi)切外擺線在一定的條件下完全等同。這個等同的條件是,內(nèi)切外擺線滾圓與基圓的中心距等于外切外擺線的擺桿長度a,相應(yīng)地外切外擺線滾圓與基圓的中心距等于內(nèi)切外擺線的擺桿長度a。根據(jù)這一等同條件,就可以由外切外擺線的有關(guān)參數(shù)推算出等同的內(nèi)切外擺線的對應(yīng)參數(shù)。它們的參數(shù)關(guān)系參看圖23。令短幅外切外擺線基圓半徑代號為r1,滾圓半徑為r2,短幅系數(shù)為k1,則外切外擺線的擺桿長度和中心距可分別表

25、示如下(長幅外擺線的表示形式完全相同):根據(jù)式(1),擺桿長度a=k1r2;根據(jù)等同條件,中心距a=r1+r2。按等同條件,上述a又是內(nèi)切外擺線的擺桿長度,故推算出內(nèi)外擺線的滾圓半徑為r2=k1a;內(nèi)切外擺線的基圓半徑為 兩種外擺線的參數(shù)換算關(guān)系歸納如表21表21參 數(shù) 名 稱主 要 參 數(shù) 代 號變幅外切外擺線變幅內(nèi)切外擺線基圓半徑滾圓半徑滾圓與基圓中心距aa擺桿長度aa 根據(jù)上述結(jié)果,很容易推導(dǎo)出等同的兩種外擺線基圓半徑的相互關(guān)系為 （23）短幅外擺線以基圓圓心為原點(diǎn),以兩種外擺線的中心距和短幅系數(shù)為已知參數(shù),以滾圓轉(zhuǎn)角為變量的參數(shù)方程建立如下：在以后的敘述中將滾圓轉(zhuǎn)角律記為,并稱之為相位

26、角。（1）直角坐標(biāo)參數(shù)方程根據(jù)圖1,擺線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)為圖23 短幅外擺線原理圖根據(jù)純滾動原理可知，故，又，于是有， ， 將與的結(jié)果代入上述方程, （24） （25）式(24)與式(25)是變幅外擺線通用直角坐標(biāo)參數(shù)方程。若令上兩式中的k1=1,即可得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的參數(shù)方程。對于外切外擺線,式中的a=r1+r2,a=r2。對于內(nèi)切外擺線,式中的a=r2,a=r2-r1。為了與直角坐標(biāo)表示的曲線相一致,將y軸規(guī)定為極軸,將極角沿順時(shí)針方向的角度規(guī)定為正方向,方程表述如下(參看圖23)： （26） （27）同理,k1=1時(shí),變幅外擺線通用極坐標(biāo)參數(shù)方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)外擺線極坐標(biāo)方程,參數(shù)a和a的變換同上。

27、當(dāng)動圓繞基圓順時(shí)針方向作純滾動時(shí)，每滾過動圓的周長2時(shí)，動圓上的一點(diǎn)b在基圓上就形成一整條外擺線。動圓的周長比基圓的周長長p=2-，當(dāng)圓上的b點(diǎn)在動圓滾過周長再次與圓接觸時(shí)，應(yīng)是在圓上的另一點(diǎn)，而，這也就是擺線輪基圓上的一個基節(jié)p，即 （28）由此可得擺線輪的齒數(shù)為 （29）針輪齒數(shù)為 （210）2.1.4 擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程由上一節(jié)分析，選擇擺線輪的幾何中心作為原點(diǎn)，通過原點(diǎn)并與擺線輪齒槽對稱軸重合的軸線作為軸，見圖2-4，針齒中心圓半徑為，針齒套外圓半徑為 。圖2-4 擺線輪參數(shù)方程圖則擺線輪的直角坐標(biāo)參數(shù)方程式如下： （211）實(shí)際齒廓方程 （212）針齒中心圓半徑 針齒套外圓半

28、徑 轉(zhuǎn)臂相對某一中心矢徑的轉(zhuǎn)角，即嚙合相位角（） 針齒數(shù)目2.1.5 擺線輪齒廓曲率半徑 變幅外擺線曲率半徑參數(shù)方程的一般表達(dá)式為 （213）式中變幅外擺線的曲率半徑x對的一階導(dǎo)數(shù), y對的一階導(dǎo)數(shù), x對的二階導(dǎo)數(shù), y對的二階導(dǎo)數(shù), 將式(3.14)和式(3.15)中x和y分別對取一階和二階導(dǎo)數(shù)后代入的表達(dá)式得 （214） 以k1=1代入式(3.114),得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的曲率半徑為=-4aa/(a+a)sin(/2)式中 a=r1+r2或a=r2a=r2或a=r2-r1由本式可知,標(biāo)準(zhǔn)外擺線0,曲線永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它不適于作傳動曲線。以k11代入式(3.114)進(jìn)行運(yùn)算表明,0,故長幅外擺

29、線也永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它也不適合于用作傳動曲線。以k11代入式(3.114)進(jìn)行運(yùn)算表明,曲率半徑呈現(xiàn)出由正值經(jīng)過拐點(diǎn)到負(fù)值的多樣性變化。擺線輪實(shí)際齒廓曲線的曲率半徑為（215）對于外凸的理論齒廓（時(shí)，理論齒廓在該處的等距曲線就不能實(shí)現(xiàn)，這種情況稱為擺線齒廓的“頂切”，嚴(yán)重的頂切會破壞連續(xù)平穩(wěn)的嚙合，顯然是不允許的。當(dāng)時(shí)，0，即擺線輪在該處出現(xiàn)尖角，也應(yīng)防止，若為正值，不論取多大的值，都不會發(fā)生類似現(xiàn)象。擺線輪是否發(fā)生頂切，不僅取決于理論外凸齒廓的最小曲率半徑，而且與針齒齒形半徑（帶針齒套的為套的半徑）有關(guān)。擺線輪齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角的條件可表示為 （216）2.2 擺線針輪傳動的受力分析 擺

30、線輪在工作過程中主要受三種力：針輪與擺線輪嚙合時(shí)的作用力;輸出機(jī)構(gòu)柱銷對擺線輪的作用力，轉(zhuǎn)臂軸承對擺線輪作用力。2.2.1 針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力 （1）確定初始嚙合側(cè)隙標(biāo)準(zhǔn)的擺線輪以及只經(jīng)過轉(zhuǎn)角修形的擺線輪與標(biāo)準(zhǔn)針輪嚙合，在理論上都可達(dá)到同時(shí)嚙合的齒數(shù)約為針輪齒數(shù)的一半，但擺線輪齒形只要經(jīng)過等距，移距或等距加移距修形，如果不考慮零件變形補(bǔ)償作用，則多齒同時(shí)嚙合的條件便不存在，而變?yōu)楫?dāng)某一個擺線輪齒和針輪齒接觸時(shí)，其余的擺線輪齒與針輪齒之間都 圖25 修形引起的初始嚙合側(cè)隙圖26 輪齒嚙合力存在大小不等的初始側(cè)隙，見圖25。對第i對輪齒嚙合點(diǎn)法線方向的初始側(cè)隙可按下式表計(jì)算： （217）

31、式中，為第i個針齒相對轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角，為短幅系數(shù)。令，由上式解得，即 這個解是使初始側(cè)隙為零的角度，空載時(shí)，只有在處的一對嚙合。從到的初始側(cè)隙分布曲線如圖37所示圖27 與的分布曲線（2）判定擺線輪與針輪同時(shí)嚙合齒數(shù)的基本原理 設(shè)傳遞載荷時(shí)，對擺線輪所加的力矩為，在的作用下由于擺線輪與針齒輪的接觸變形w及針齒銷的彎曲變形f，擺線輪轉(zhuǎn)過一個角，若擺線輪體、安裝針齒銷的針齒殼和轉(zhuǎn)臂的變形影響較小，可以忽略不計(jì)，則在擺線輪各嚙合點(diǎn)公法線方向的總變形w+f或在待嚙合點(diǎn)法線方向的位移為 （i=1，2，）式中 加載后，由于傳力零件變形所引起的擺線輪的轉(zhuǎn)角； 第i個齒嚙合點(diǎn)公法線或待嚙合點(diǎn)的法線至擺線輪中心的距

32、離擺線輪節(jié)圓半徑 第i個齒嚙合點(diǎn)的公法線或待嚙合點(diǎn)的法線與轉(zhuǎn)臂之間的夾角。（3） 針齒與擺線輪齒嚙合的作用力 假設(shè)第i對輪齒嚙合的作用力正比于該嚙合點(diǎn)處擺線輪齒實(shí)際彈性變形。由于這一假設(shè)科學(xué)考慮了初始側(cè)隙及受力零件彈性變形的影響，已被實(shí)踐證明有足夠的準(zhǔn)確性。按此假設(shè)，在同時(shí)嚙合傳力的個齒中的第對齒受力可表示為 式中在處亦即在或接近于的針齒處最先受力，顯然在同時(shí)受力的諸齒中， 這對齒受力最大，故以表示該對齒的受力。設(shè)擺線輪上的轉(zhuǎn)矩為由im至i=n的個齒傳遞，由力矩平衡條件可得 得最大所受力（n）為 t輸出軸上作用的轉(zhuǎn)矩; 一片擺線輪上作用的轉(zhuǎn)矩，由于制造誤差和結(jié)構(gòu)原因，建議取0.55t；受力最大

33、的一對嚙合齒在最大力的作用下接觸點(diǎn)方向的總接觸變形，針齒銷在最大力作用下，在力作用點(diǎn)處的彎曲變形。當(dāng)針齒銷為兩支點(diǎn)時(shí)，當(dāng)針齒銷為三支點(diǎn)時(shí)，2.2.2 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力若柱銷孔與柱銷套之間沒有間隙，根據(jù)理論推導(dǎo)，各柱銷對擺線輪作用力總和為 式中，輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目（1） 判斷同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的柱銷數(shù)目 考慮到分配不均勻，設(shè)每片擺線輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為，（t為擺線輪上輸出轉(zhuǎn)矩）傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，處力臂最大，必先接觸，受力最大，彈性變形也最大，設(shè)處于某任意位置的柱銷受力后彈性變形為，則因變形與力臂成正比，可得下述關(guān)系： ，又因 故 柱銷是否傳遞轉(zhuǎn)矩應(yīng)按下述原則判定：如果，則此處柱銷不可能傳遞轉(zhuǎn)矩

34、；如果，則此處柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩。（2）輸出機(jī)構(gòu)的柱銷作用于擺線輪上的力由于柱銷要參與傳力，必須先消除初始間隙；因此柱銷與柱銷孔之間的作用力大小應(yīng)與成正比。設(shè)最大受力為，按上述原則可得由擺線輪力矩平衡條件，整理得2.2.3 轉(zhuǎn)臂軸承的作用力轉(zhuǎn)臂軸承對擺線輪的作用力必須與嚙合的作用力及輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目的作用力平衡。將各嚙合的作用力沿作用線移到節(jié)點(diǎn)p，則可得方向的分力總和為 y方向的分力總和為 轉(zhuǎn)臂軸承對擺線輪的作用力為2.3 擺線針輪行星減速器主要強(qiáng)度件的計(jì)算為了提高承載能力，并使結(jié)構(gòu)緊湊，擺線輪常用軸承鋼gcr15、gcr15simn,針齒銷、針齒套、柱銷、套采用gcr15。熱處理硬度常取5862h

35、rc。2.3.1 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算為防止點(diǎn)蝕和減少產(chǎn)生膠合的可能性，應(yīng)進(jìn)行擺線輪齒與針齒間的接觸強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)赫茲公式，齒面接觸強(qiáng)度按下式計(jì)算式中 針齒與擺線輪嚙合的作用力， 當(dāng)量彈性模量，因擺線輪與針齒為軸承鋼，2.06105mpa 擺線輪寬度，（0.10.15），當(dāng)量曲率半徑。2.3.2 針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算針齒銷承受擺線輪齒的壓力后，產(chǎn)生彎曲變形，彎曲變形過大，易引起針齒銷與針齒套接觸不好，轉(zhuǎn)動不靈活，易引起針齒銷與針齒套接觸面發(fā)生膠合，并導(dǎo)致擺線輪與針齒膠合。因此，要進(jìn)行針齒銷的風(fēng)度計(jì)算，即校核其轉(zhuǎn)角值。另外，還必須滿足強(qiáng)度的要求。 針齒中心圓直徑650mm時(shí)，可選用帶外座圈的

36、單列向心短圓柱滾子軸承。軸承外徑=（0.40.5），軸承寬度b應(yīng)大于擺線輪的寬度。2.3.4 輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算 輸出機(jī)構(gòu)柱銷的受力情況，相當(dāng)一懸臂梁，在作用下，柱銷的彎曲應(yīng)力為設(shè)計(jì)時(shí)，上式可化為式中 間隔環(huán)的厚度，針齒為二支點(diǎn)時(shí)，三支點(diǎn)時(shí)，若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，按實(shí)際結(jié)構(gòu)確定。 b轉(zhuǎn)臂軸承寬度制造和安裝誤差對柱銷載荷影響系數(shù)，一般情況下取1.351.53 軋輥堆焊機(jī)的床頭箱（擺線針輪減速器）設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 電動機(jī)的選擇 初始數(shù)據(jù)：輸出轉(zhuǎn)速 =13r/min; 根據(jù)工況條件，初步選定yd系列。根據(jù)初始數(shù)據(jù)=13r/min;選定電機(jī)：yd180l電動機(jī); p=3.3kw; n=500r/min. 3

37、.2 初選傳動比因?yàn)閱渭墧[線針輪減速器 所以不能滿足要求，故選擇雙級擺線針輪減速器。則選擇 故選擇 3.3 擺線針輪齒數(shù)確定為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工,以提高生產(chǎn)率和精度,齒數(shù)盡可能取奇數(shù),即也應(yīng)盡可能取奇數(shù),在平穩(wěn)載荷下選材料為gcr15,硬度為60hrc以上。由于 則可知11 =17；3.4 針輪齒數(shù)的確定 由于故， ;選材為gcr15,硬度為60hrc以上3.5 傳動比的確定 3.6 輸出轉(zhuǎn)矩t的確定根據(jù)，則可得：3.7 初選短幅系數(shù)由文獻(xiàn)現(xiàn)代傳動設(shè)計(jì)手冊表2.7-8，取=則初選=0.5，=0.48。由文獻(xiàn)現(xiàn)代傳動設(shè)計(jì)手冊表2.7-3 =初選針徑系數(shù)=2.8，=2.5。3.8

38、針齒中心圓半徑,取取。，取取。3.8 擺線輪齒寬，可得。故取。，可得。故取。3.10 偏心距由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊p110表8-329，查得， 故取由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊p110表8-329，查得， 故取。3.11 實(shí)際短幅系數(shù)則實(shí)際短幅系數(shù)：，3.12 針徑套半徑故取。3.13 驗(yàn)證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角滿足。滿足。故不產(chǎn)生頂切和尖角。3.14 針齒、銷半徑由于針齒套壁厚一般為26mm；且針齒套半徑分別為故取，3.15 實(shí)際針徑系數(shù)所以最終確定實(shí)際針徑系數(shù)：3.16 齒形修正考慮合理修形，建立優(yōu)化模型，由計(jì)算機(jī)求出：， 3.17 齒面最大接觸應(yīng)力查表8-331機(jī)械設(shè)計(jì)手冊p715可得，因此所以得3.18 針齒

39、銷支點(diǎn)的跨距本減速器選擇三支點(diǎn)，所以：故 綜上可得，3.19 選擇圓柱滾子軸承由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊p106表9-3-1查得軸肩一選用n307e軸承，軸肩一直徑為80mm；軸肩二選用n320e軸承，軸肩一直徑為215mm。3.20 針齒銷彎曲應(yīng)力故綜上所述，可以得出： ，3.21 針齒銷的轉(zhuǎn)角其中：3.22 擺線輪齒根圓直徑綜上所得：，3.23 銷軸中心圓直徑綜上所得：擺線輪銷軸中心圓直徑與之相等。3.24 間隔環(huán)厚度由于擺線輪為三支點(diǎn)型齒輪，則： 3.25 柱銷直徑查表得故，可得：4 主要軸校核4.1 輸出軸的計(jì)算結(jié)構(gòu)圖如圖4-1，圖4-1 輸出軸結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì)計(jì)算如下：項(xiàng)目代號單位設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)果及

40、說明轉(zhuǎn)矩tnmm前面已經(jīng)算出，t9450000輸出轉(zhuǎn)速r/min初步確定軸的最小直徑mm選材為鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)12表15-3，取a0100，mm輸出軸最小直徑顯然安裝聯(lián)軸器與其配合的部分，為了使所選直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，須選取聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由文獻(xiàn)12表14-1，1.3，由文獻(xiàn)13表8-7，選hl5彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=112,半聯(lián)軸器l85mm，取70mm。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖4-1，上選用滾動深溝球軸承6214，由文獻(xiàn)13表61查得，d=160,d=240,b=38,=175，則可知=160，=65；上選用深溝球軸承6215，d=310，b=51， =275，

41、所以，=200，所以，=70，=50，=40mm=53，。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為25mm。軸上聯(lián)軸器定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)13gb/t1095-1979，選用平鍵，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸的配合，選擇配合為h7/h6，滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻(xiàn)12，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.5 。求軸上載荷n由前面的軸的結(jié)構(gòu)知， 、受力中心距離為116mm,、受力中心距離為50mm,因5600n，故得8014n ， 2414n 。按彎扭合成應(yīng)力校核進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面4

42、）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力28.29mpa，前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)12表151查得=60mpa，因此，故安全。精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1）判斷危險(xiǎn)截面截面2、3、5、9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(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面2、3、5、9 均無需校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 4 和5 處過渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面4、5上的應(yīng)力最大。由于5軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面4上應(yīng)力最大，因而該軸只需校核截面4左側(cè)即可。2）截面

43、4左側(cè)抗彎截面系數(shù) 421875抗扭截面系數(shù) 84375彎矩 560050280000扭矩 t1466353截面上的彎曲應(yīng)力 6.637 mpa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力17.38mpa軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)12表15-1，得640mpa，275mpa，155mpa。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(xiàn)12表3-2查取，因，經(jīng)插值后可查得2.0，1.3；又由12附圖3-1，可得材料敏性系數(shù)為，0.85。故有效應(yīng)力集中系數(shù)為1.821.26由文獻(xiàn)12附圖3-2得尺寸系數(shù)=0.67 ；由文獻(xiàn)12附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)= 0.82 。軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為0.92軸未

44、經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按式得綜合系數(shù)值為2.81.62又由文獻(xiàn)12及3-2得碳鋼的特性系數(shù)0.1，0.05于是，計(jì)算安全系數(shù)值，則得20.2110.629.40s0.05故可知其安全。4.2 輸入軸的計(jì)算其結(jié)構(gòu)裝配圖如圖4-2圖4-2 輸入軸結(jié)構(gòu)裝配圖項(xiàng)目代號單位計(jì)算、結(jié)果、說明轉(zhuǎn)矩tnmm由前面已經(jīng)算出，t617500公稱轉(zhuǎn)矩nmm由文獻(xiàn)12表14-1，取1.3，初步確定軸的最小直徑mm選材為鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)12表15-3，取a0100，輸出軸最小直徑顯然是安裝軸承的部分，為了使所選直徑與軸承孔徑相適應(yīng)，須選取軸承，由文獻(xiàn)13gb/t ，選取圓柱滾子軸承n406e，d=30 mm,d=9

45、0 mm,b=23 mm, =57.2 kn。校核該軸承：該軸承符合壽命要求，所以，20mm, =25mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖4-2，上選用滾動深溝球軸承6206，由文獻(xiàn)13表61查得，d=30,d=110,b=16,= 36，則可知=30，=26mm；=14mm,由減速器的結(jié)構(gòu)知，53mm，18mm。軸上第4-5段與聯(lián)軸器相配合,由文獻(xiàn)13表8-7，選hl3彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=35,半聯(lián)軸器40mm，取32mm。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為57mm。軸上偏心輪和聯(lián)軸器周向定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)13gb/t1095-1979，分別選用平鍵和=,鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了

46、保證聯(lián)軸器與軸的配合及偏心輪與軸的配合，選擇配合為h7/h6和h7/h6，滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻(xiàn)12，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.力的計(jì)算由前面知， 作用點(diǎn)到、作用點(diǎn)的距離相等，都為54mm，得，8494n，8494n。按彎扭合成強(qiáng)度校核進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面2）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 21.49 mpa，前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)12表151查得=60mpa，因此，故安全。精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1）判斷危險(xiǎn)截面截面4、5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(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面4 、均無需校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 2、3、4 處過渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面2、3上的應(yīng)力最大。所以只需校核2