焊接變位器課程設(shè)計(jì)200kg座式焊接變位機(jī)

1、學(xué)生學(xué)號(hào) 0121001080300實(shí)驗(yàn)課成績(jī)學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 書(shū)實(shí)驗(yàn)課程名稱(chēng)200kg座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi) 課 學(xué) 院材料學(xué)院指導(dǎo)教師姓名陳士民學(xué) 生 姓 名 學(xué)生專(zhuān)業(yè)班級(jí)成型10032011-2012學(xué)年第1學(xué)期 1.設(shè)計(jì)方案確定21.1設(shè)計(jì)要求、技術(shù)要求.21.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的確定.21.3傾斜機(jī)構(gòu)的確定.21.4機(jī)構(gòu)預(yù)期壽命估算.22.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1回轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計(jì)算.42.2根據(jù)回轉(zhuǎn)軸直徑及受力情況選擇軸承.62.3設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸、選擇鍵.62.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算及電機(jī)選擇.72.5設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸減速機(jī)構(gòu).82.5.1圓柱齒輪的設(shè)計(jì).92.5.2蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)及校核.112.5

2、.3圓柱齒輪的受力分析.132.5.4鍵的校核.132.6回轉(zhuǎn)主軸受力分析及校核，軸承校核142.6.1回轉(zhuǎn)軸的受力分析.142.6.2回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核.152.6.3回轉(zhuǎn)軸軸的剛度校核.182.6.4軸承的校核.193.傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 203.1方案確定203.2傾斜力矩的計(jì)算 203.3計(jì)算傳動(dòng)功率，選擇電動(dòng)機(jī)，計(jì)算傳動(dòng)比 .213.4設(shè)計(jì)傾斜軸的減速機(jī)構(gòu)213.4.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì).213.4.2圓柱齒輪的設(shè)計(jì).233.5傾斜軸的設(shè)計(jì)及軸承的設(shè)計(jì)253.5.1傾斜軸的設(shè)計(jì).253.5.2 軸承的設(shè)計(jì)263.5.3傾斜軸的剛度校核.263.5.4軸承的校核274.小結(jié) .28參考文獻(xiàn) 281.

3、設(shè)計(jì)方案確定 圖1-11.1設(shè)計(jì)要求、技術(shù)要求 表1-1設(shè)計(jì)要求、技術(shù)要求工作臺(tái)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傾斜載重量回轉(zhuǎn)速度傾斜速度工作臺(tái)尺寸重心高度偏心距工作臺(tái)傾斜角度電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)200kg0-1.6r/min0-1r/min400mm200mm120mm0-135°1.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的確定由于工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度低，調(diào)速范圍大，額定功率低，所以選擇直流電動(dòng)機(jī)；因?yàn)榭倐鲃?dòng)一般大，故可選擇外購(gòu)一個(gè)減速器，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。1.3傾斜機(jī)構(gòu)的確定工作臺(tái)的傾斜是為了使工件定位，其傾斜運(yùn)動(dòng)一般是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后通過(guò)扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜。因此次設(shè)計(jì)的載重量不是很大，故采用人工手柄帶動(dòng)，采用兩級(jí)減速，蝸輪蝸桿減速及

4、半圓齒輪機(jī)構(gòu)，從而形成的調(diào)速范圍。1.4機(jī)構(gòu)預(yù)期壽命估算機(jī)構(gòu)預(yù)期使用壽命為5年，由于變位機(jī)上面焊件不可能總是在全自動(dòng)化條件下焊接及安裝和取放，即不是連續(xù)工作，則按運(yùn)行時(shí)間按工作時(shí)間的50%計(jì)算。以每天兩班制，全年工作300個(gè)工作日記則其使用壽命為小時(shí)。根據(jù)焊接工裝夾具及變位機(jī)械圖冊(cè)初步設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)簡(jiǎn)圖，如圖1-2 圖1-22.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算如下圖2-1所示，x、y、z三軸方向設(shè)定z為主軸方向，y垂直主軸方向沿紙面向上，x軸垂直主軸紙面向外。圖2-1 焊接變位器回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)圖2-1主軸受力有彎力矩和扭矩。繞x軸mx，繞y軸my在焊件和夾具等綜合重要作用下，回轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)

5、斷面在軸承a處，a點(diǎn)垂直回轉(zhuǎn)軸線的截面上受有彎曲力矩mw和扭矩mn.因此有 其中g(shù)綜合重量e綜合重心偏心距h綜合重心高回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角回轉(zhuǎn)軸的傾斜角a截面受的扭矩為按第三強(qiáng)度理論折算當(dāng)量彎矩計(jì)算分析后得到當(dāng)當(dāng)量彎矩有最大值，為 根據(jù)初步確定回轉(zhuǎn)軸的直徑：主軸材料選擇材料為45#鋼調(diào)質(zhì)狀態(tài)，其彎曲疲勞強(qiáng)度極限許用應(yīng)力： ；k應(yīng)力集中系數(shù)取1.7；n安全系數(shù)取1.6；則有根據(jù)公式：則主軸直徑取最小值dmin=45mm2.2根據(jù)回轉(zhuǎn)軸直徑及受力選擇軸承由于軸承受徑向作用及軸向作用，故選用圓錐滾子軸承，dmin=45mm。根據(jù)要求選擇圓錐滾子軸承30210基本尺寸d=50mm，d=90mm，b=20mm基

6、本額定負(fù)荷cr=73.2kn, cor=92.0kn2.3設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸及鍵的選擇根據(jù)軸的最小尺寸dmin=45mm，軸承內(nèi)徑d=50mm，初步確定軸的各部分尺寸如下圖 圖2-2徑向尺寸：d1=45mm，d2=50mm，d3=55mm，d4=55+10=65mm，d5=50mm軸向尺寸：（b預(yù)取36mm）l1=80mm，l2=80mm，l3=b-(23)=70mm，l4=25mm，l5=15mm，l套=28mm 軸上的鍵由d1=45mm 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表11-28取圓頭普通平鍵公稱(chēng)尺寸b×h=14×9長(zhǎng)度取標(biāo)準(zhǔn)l=63mm 軸上的鍵由d3=55mm取圓頭普通平鍵公稱(chēng)尺

7、寸b×h=16×10長(zhǎng)度取標(biāo)準(zhǔn)l=56mm2.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算及電機(jī)選擇由分析可知，在時(shí)，扭矩有最大值以此計(jì)算回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)功率n回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)功率kw；n回轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)速r/min；回轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)效率；軸承處的摩擦力矩；且 軸承的摩擦因數(shù)；、a、b處的軸徑；、時(shí)a、b處的合成支反力； 由設(shè)計(jì)可得兩軸承之間的距離為l=135mm蝸輪中心到上軸承的距離蝸輪半徑r=100mm由圓錐滾子軸承，摩擦因數(shù)取0.0025由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-2知聯(lián)軸器：初選一級(jí)擺線針輪減速器自鎖蝸桿(油潤(rùn)滑)：滾動(dòng)軸承：則選用直流電機(jī)z2-11 p=0.4kw n=1500r/min 見(jiàn)實(shí)用機(jī)械

8、電氣技術(shù)手冊(cè)表12-82.5設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸減速機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)速度為01.6r/min,則有總傳動(dòng)比為選擇外購(gòu)減速器傳動(dòng)比蝸輪蝸桿傳動(dòng)比，誤差可以接受外購(gòu)直聯(lián)型一級(jí)擺線針輪減速器：zwd0.4-2a-23 見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表10.2-1322.5.1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)及校核蝸桿轉(zhuǎn)速n=1500/23=65.22r/min 選擇材料蝸桿采用45#鋼表面淬火，硬度為4555hrc,渦輪材料采用zcusn10p1，金屬模鑄造。 確定主要參數(shù)z1、z2z1=2，則 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)1） 作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩t2按z1=2估算2） 確定載荷系數(shù)kka=1.25 kv=1.05 ka取值見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)表11-1k=kakv=1.

9、25×1.05=1.31253）確定許用接觸應(yīng)力基本許用接觸應(yīng)力 見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)表12-5應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n=60nt=60×65.22/40×12000=1.17396×106則壽命系數(shù) 故許用應(yīng)力=288mpa確定模數(shù)m及蝸桿直徑d1取m2d1=2500mm3>2211.8mm3 查機(jī)械設(shè)計(jì)表12-1m=5，d1=90mm，q=18，z1=1，z2=40蝸輪半徑：d2=mz2=200mm，中心距計(jì)算蝸桿分度圓導(dǎo)程角： 蝸桿具有自鎖性蝸輪輪轂寬度b=72mm蝸輪減速器壁厚：0.04a+3=8.8mm8mm， 熱平衡的計(jì)算1)滑動(dòng)速度2) 當(dāng)量摩擦角，查機(jī)

10、械設(shè)計(jì)表12-10用插值法得3） 總效率4） 箱體散熱面積估算工作油溫取則達(dá)到熱平衡時(shí)的工作油溫為2.5.2鍵的校核由于回轉(zhuǎn)軸中兩個(gè)鍵選用45#鋼，連接方式為靜連接，轉(zhuǎn)速低，查機(jī)械設(shè)計(jì)表15-1得，kh/2校核軸段上的鍵校核軸段上的鍵可見(jiàn)兩個(gè)鍵的選取都滿(mǎn)足要求2.6回轉(zhuǎn)主軸受力分析及校核，軸承校核2.6.1回轉(zhuǎn)軸的受力分析兩軸承之間的距離為l=135mm蝸輪中心到上軸承的距離蝸輪半徑r=100mm由焊接機(jī)械裝備評(píng)議表2-1及分析之合成支反力在a，b截面上的最大值出現(xiàn)在，或者時(shí)，由焊接機(jī)械裝備評(píng)議表2-1的公式得，當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)由以上計(jì)算可知當(dāng)當(dāng)時(shí)a、 b的支反力有最大值2.6.2回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核（注

11、意：彎矩圖數(shù)據(jù)沒(méi)改，請(qǐng)自行作圖）先作出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2-5所示圖2-4齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩由以上計(jì)算得t1=9550×0.099×0.99×0.93/65.22=13.3n·mt2=(9550×0.099×0.99×0.93×0.45)/（65.22/40）=240.3n·m 軸承的支反力軸承到蝸輪中心c的距離軸承a：la=74mm，軸承b：lb=61mm，l=135mm水平面上的支反力fax=61ft2/135=1086nfax=74ft2/135=1317n垂直面上支反力軸向受力fa=fa2=

12、133n，d2=200mm畫(huà)彎矩圖截面c出的彎矩為水平面上的彎矩垂直面上的彎矩合成彎矩 彎矩圖t2=240.3n·m 出才計(jì)算彎矩圖圖2-5 按彎扭合成應(yīng)力校核該軸的強(qiáng)度1 面c當(dāng)量彎矩最大，故截面c為可能危險(xiǎn)截面，查表17-2，的2 面d處雖然僅受轉(zhuǎn)矩，但其直徑dmin=45最小，則該截面亦為可能危險(xiǎn)截面2.6.3回轉(zhuǎn)軸軸的剛度校核（注意：剛度和轉(zhuǎn)角條件有變動(dòng)，參考機(jī)械設(shè)計(jì)課本）圖2-6其中p=g=200×9.8=1960n，a=84mm對(duì)于45#鋼e=200gpa0.0002l=0.027mm由因此繞度滿(mǎn)足要求扭轉(zhuǎn)角i是截面的慣性矩 g是切邊模量 g=80gpa在較精密

13、傳動(dòng)范圍內(nèi)：0.25<0.418<0.5綜上校核知，軸的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足剛度要求2.6.4軸承的校核由上面的計(jì)算可知，當(dāng)時(shí)a、b截面上的合成支反力有最大值對(duì)于圓錐滾子軸承器其最大當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷：軸向力fa=133n，fa/fbo=0.039<0.42=e故最大當(dāng)量動(dòng)載荷p=5067n，其中cr=73.2kn, cor=92.0kn由公式 取溫度系數(shù)，滾子軸承，n=1.6r/min因此軸承的壽命滿(mǎn)足使用要求3.傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1方案確定傾斜機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用三級(jí)減速，v帶傳動(dòng)減速，蝸輪蝸桿減速及扇形齒輪機(jī)構(gòu)，從而形成0°135°的調(diào)節(jié)范圍。3.2傾斜力矩計(jì)算最大傾

14、斜力矩出現(xiàn)在，或者時(shí)，預(yù)取h1=h+50=250mm3.3計(jì)算傳動(dòng)功率，選電機(jī)，計(jì)算傳動(dòng)比工程參數(shù)200kg焊接變位機(jī)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傾斜速度為n=1r/min由于摩擦力矩相對(duì)較小，可根據(jù)最大傾斜力矩，傾斜速度，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率計(jì)算傳動(dòng)功率：v帶傳動(dòng)外購(gòu)蝸輪蝸桿減速器：圓柱齒輪（8級(jí)精度）：滾動(dòng)軸承：則選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)y801-4，p=0.55kw，n=1500r/min總傳動(dòng)比：i=1500/1=1500分配傳動(dòng)比v帶傳動(dòng)比i1=3蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)比i2=63圓柱齒輪i3=7.9，誤差可以接受外購(gòu)軸裝式圓弧圓柱蝸桿減速器：scwu80-63-f 見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表10.2-1523.4設(shè)計(jì)傾

15、斜軸的減速機(jī)構(gòu)3.4.1 v帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)考慮載荷變化小，工況系數(shù)ka=1.1pc=ka·p= 1.1×0.55=0.605kw根據(jù)功率pc=0.605kw和轉(zhuǎn)速n=1500r/min，選擇z型帶初選小輪直徑 d1=50mm驗(yàn)算帶速v大輪直徑：d2=d1iv=50×3=150mm初定中心距a0 ：140mm=0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)=400mm取a0=225mmlc2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0 =450+314.16+11.11=775.3mmld=800mm kl=1.00aa0+(ld-lc)/2=225+

16、(800-775.3)/2=238mmamin=a-0.015ld=238-0.015×800=226mmamax=a+0.03ld=238+0.03×800=262mm驗(yàn)算包角v帶根數(shù)確定：包角系數(shù)k=0.935， p0=0.165kw p0=0.027kwp=(p0+p0)k·kl=(0.165+0.027)×0.935×1.00=0.179kw故取z=4確定初拉力f0：v帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量為q=0.1kg/m3.4.2 扇形齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比i3=7.91） 選擇齒輪材料大小齒輪均用40cr，表面淬火，4855hrc查表查表2） 應(yīng)力循環(huán)

17、次數(shù)查圖得 3） 許用應(yīng)力兩齒輪均用硬齒面， 4） 按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)矩：工作均勻平穩(wěn)，直齒圓柱齒輪8級(jí)，預(yù)取齒輪齒數(shù)：，故按小齒輪設(shè)計(jì)：取取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值m=2.5mm驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 所以直齒圓柱齒輪滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求5） 基本尺寸參數(shù)，3.5傾斜軸的設(shè)計(jì)及軸承的設(shè)計(jì)3.5.1傾斜軸的設(shè)計(jì) 此處待插原理圖選擇軸的材料為45#鋼，=50.55mpa根據(jù)上述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，h為重心到軸承a的距離，則取h1=h+50=250mm取兩軸承間的距離l=600mm，軸頸與軸承接觸部分的長(zhǎng)度l1=100mm扇形齒輪半徑r1=197.5mm根據(jù)焊接工裝夾具及變位機(jī)械、性能設(shè)計(jì)選用，查表2-2，傾斜機(jī)構(gòu)計(jì)算公式則有最大傾斜力矩出現(xiàn)在，2356n或者時(shí)故取最大值fc1=3109n扇形齒輪設(shè)計(jì)固定在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的箱體上，則軸頸工作部分的彎曲力矩dmin=32mm 取整d=40mm3.5.2 軸承的設(shè)計(jì)由于軸承基本不受軸向載荷，但卻要受很大的徑向載荷d=40mm，故取圓柱滾子軸承n208e，b=18mm 見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-7基本額定負(fù)荷cr=51.5kn, cor=53.0kn3.5.3傾斜軸的剛度校核（此部分有誤，待定）軸的受力如下圖所視 圖3-2由材料力學(xué)公式彈性模量e值見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-17取e=200gpa繞度滿(mǎn)足要求故的校核也滿(mǎn)足要求綜上，傾斜的軸的校核滿(mǎn)足要求3.5.