機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）堆焊機(jī)減速器的承載特性分析及設(shè)計(jì)

1、 *理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 堆焊機(jī)減速器的承載特性分析及設(shè)計(jì)教學(xué)單位： 機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué) 號： 姓 名： 2011年03月 目 錄1 緒論12 總體方案設(shè)計(jì)22.1動力頭的總體設(shè)計(jì)要求22.2動力頭的設(shè)計(jì)22.2.1電動機(jī)的選取32.2.2傳動方案的確定32.2.3材料的選擇32.2.4初步確定齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)32.2.5傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)43 齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算53.1材料的選擇53.2齒輪分度圓直徑的計(jì)算53.3齒輪彎曲強(qiáng)度的校核74 蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算94.1蝸桿傳動材料的選擇94.2選擇齒數(shù)94.3驗(yàn)算滑動速度94.4主要尺寸計(jì)算94.5熱

2、平衡計(jì)算105軸的校核與裝配方案設(shè)計(jì)115.1軸的設(shè)計(jì)115.1.1主軸的設(shè)計(jì)115.1.2齒輪軸的設(shè)計(jì)155.1.3蝸桿軸的設(shè)計(jì)185.2 軸上零件裝配方案225.3蝸桿軸的零件裝配方案255.4過橋齒輪軸的零件裝配方案265.5軸的校核275.6 滾動軸承壽命的校核281 緒論 堆焊是指使用焊接的方法吧填充金屬熔敷在金屬表面，以便得到所要求的性能和尺寸，這種工藝過程主要是實(shí)現(xiàn)各種金屬的冶金結(jié)合，屬于異種金屬熔化焊的一種特殊形式。 堆焊是焊接的一個(gè)分支，是金屬冶金結(jié)合的一種熔化焊接方法，但與一般焊接不同，不是連接零件，而是用焊接的方法在零件的表面堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程，最終

3、達(dá)到修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等性能。由此可見，堆焊具有一般焊接方法的特點(diǎn)，又具有其特殊性。 堆焊的冶金特點(diǎn)、物理本質(zhì)、熱循環(huán)過程等與一般熔焊工藝相同，但堆焊還具有如下特點(diǎn)： ·應(yīng)用堆焊能更合理利用材料，節(jié)約貴重金屬，如在集體為碳素或鑄鋼用鋼的表面堆敷一層鈷基粉末。 ·制造雙金屬結(jié)構(gòu)，如水輪機(jī)葉片、導(dǎo)水葉、推土機(jī)刀刃、抓斗等零件。 ·修復(fù)舊零件，如閥座、軋輥、模具、齒輪、軸類零件等。堆焊是熔焊，因此從原理上講，凡是屬于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的發(fā)展也隨生產(chǎn)發(fā)展的需要和科技進(jìn)步而發(fā)展，當(dāng)今已有很多種對焊方法，現(xiàn)按實(shí)現(xiàn)堆焊的條件，將常用的堆焊方法綜合分類

4、。輪心堆焊一般采用co2保護(hù)自動堆焊，這種堆焊方法的優(yōu)點(diǎn)在于保證堆焊金屬必需的質(zhì)量和高生產(chǎn)率的同時(shí)，還保證了工藝過程的穩(wěn)定。因此與其他堆焊修復(fù)方法相比，co2保護(hù)自動堆焊得到了廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)的co2保護(hù)自動堆焊可實(shí)現(xiàn)環(huán)焊、螺旋焊、直道焊三種焊接形式。當(dāng)工作焊完一圈，小車帶動焊槍縱向自動移動一段距離再焊，稱為環(huán)焊；當(dāng)焊接工件時(shí)，焊槍與小車同時(shí)以設(shè)定的速度緩慢移動，稱為螺旋焊；當(dāng)工件不轉(zhuǎn)動，僅有小車縱向移動時(shí)，稱為直道焊。焊接開始時(shí)，焊絲與焊件接觸，并被固體顆粒狀的焊劑覆蓋著。當(dāng)焊絲與焊件之間引燃電弧，焊絲與軋輥及部分靠近電弧的焊劑受到電弧熱（60008000）的作用開始熔化。焊絲熔融后，堆

5、在工件上，焊劑起著保護(hù)作用和合金化作用，焊機(jī)熔化時(shí)，不斷放出氣體和水蒸氣，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一個(gè)由渣殼抱住的密閉孔穴。電弧在孔穴內(nèi)繼續(xù)燃燒，這樣就隔絕了大氣對電弧和熔池的影響，并防止了熱量的迅速散失。堆焊層除了集體金屬的沖淡作用外，組織較為均勻，氣孔和夾渣較少，淬火作用小，而焊層的物理和力學(xué)性能高。堆焊層的硬度和耐磨性是由焊絲材料和焊劑中所含的合金元素來決定的。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1動力頭的總體設(shè)計(jì)要求 動力頭的總體設(shè)計(jì)要求如下。 ·焊接線速度：u線=400450mm/min。 ·傳動比i在12001424范圍內(nèi)。 ·傳動裝置的布局應(yīng)使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、

6、勻稱、重量輕、強(qiáng)度和剛度好，成本低，并適合車間布置情況和工人操作，便于拆裝和維修。 ·使各級傳動的承載能力接近相等。 ·使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等。 ·盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，也可用少量非標(biāo)準(zhǔn)件。2.2動力頭的設(shè)計(jì)2.2.1電動機(jī)的選取為了縮小體積，減輕重量，故在滿足使用要求的前提下優(yōu)先選用110sz51型電動機(jī)，其額定參數(shù)如下。·額定功率：w。·額定轉(zhuǎn)速： =1500r/min。·滿載轉(zhuǎn)速： =1470r/min。2.2.2傳動方案的確定本方案主要采用齒輪傳動和蝸桿傳動兩種方式。其主要原因在于齒輪傳動效率高，適合大功率傳動，可放在

7、高速級；二蝸桿傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪音小，但效率低，可放在最后的低速級。方案的具體傳動簡圖如圖1.1所示。 傳動分為如下三級。圖1.1 傳動裝置的運(yùn)動簡圖1- 電動機(jī)齒輪； 2-變向齒輪； 3-蝸桿軸小齒輪； 4-齒輪軸大齒輪；5-齒輪軸小齒輪； 6-蝸桿軸大齒輪； 7-蝸桿軸； 8-蝸桿；9-蝸輪·第一級：電動機(jī)齒輪1在電動機(jī)帶動下轉(zhuǎn)動，帶動過橋齒輪2,2帶動蝸桿軸小齒輪3（3與蝸桿軸為五鍵的間隙配合），3帶動齒輪軸大齒輪4。·第二級：齒輪軸小齒輪5帶動蝸桿軸大齒輪6。·第三極：蝸桿8帶動蝸輪9。最后蝸輪9帶動主軸，實(shí)現(xiàn)動力頭三爪卡盤轉(zhuǎn)動。2.2.3材

8、料的選擇 冷軋輥?zhàn)詣佣押敢筝d荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速低，故所有齒輪材料均選用40cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286hbs。2.2.4初步確定齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以初步定出各級齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)，如表1.1所示。表1.1 各級齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)傳動級數(shù)齒輪齒數(shù)蝸桿頭數(shù)第一級z1=12z2=36z3=40z4=80m=1.25第二級z5=26z6=124 - -m=1第三級z8=2z9=80 - -mt=22.2.5傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)各軸轉(zhuǎn)速·1軸（過橋齒輪軸）：n1=nm/i =1470/(36/12)=490(r/min)·2軸：n2=n1/i =490/(40/36

9、)=441(r/min)·3軸（齒輪軸）：n3=n2 /i =441/(80/40)=220.5(r/min)·4軸（蝸桿軸）：n4=n3 /i =225/(124/26)=46.234(r/min)·5軸（主軸）：n5=n4 /i =46.234/(80/2)=1.156(r/min)·工作軸：nw=n5=1.156（r/min）個(gè)軸輸入功率·1軸：p1=p0g=185×0.97=179.45（w）·2軸：p2=p1g=179.45×0.97=174.067（w）·3軸：p3=p2g=174.067&#

10、215;0.97=168.845（w）·4軸：p4=p3g=168.845×0.965=162.96（w）·5軸：p5=p4w=162.96×0.78=127.12（w）·工作軸：pw=p5r=127.12×0.995=126.47（w）各軸輸入轉(zhuǎn)矩·1軸：t1=9550p1/n1=3.497(n·m)·2軸：t2=9550p2/n2=3.769( n·m)·3軸：t3=9550p3/n3=7.313( n·m)·4軸：t4=9550p4/n4=33.661( n&

11、#183;m)·5軸：t5=9550p5/n5=1050.17( n·m)· 工作軸：tw=9550pw/nw=1044.78( n·m)將以上求得的運(yùn)動和參數(shù)、各軸之間的傳動比及效率列表1.2、表1.3。表1.2 傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)參 數(shù)電動機(jī)軸1軸2軸3軸4軸5軸工作軸轉(zhuǎn)速/r·min-11470490441220.546.2341.1561.156功率p/w185179.45174.067168.845162.96127.12126.47轉(zhuǎn)矩t/n·m1.2023.4973.7697.31333.6611050.171

12、044.78表1.3 各軸之間的傳動比及效率參數(shù)電動機(jī)軸與1軸1軸與2軸2軸與3軸3軸與4軸4軸與5軸5軸與工作軸傳動比i3.001.1124.77401效率0.970.970.970.9650.780.9953 齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪傳動是以主動輪帶動從動輪旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行工作的，是現(xiàn)代機(jī)械傳動中使用相當(dāng)普遍的一種傳動方式。這種傳動具有許多優(yōu)良的特點(diǎn)，如工作可靠、傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊揍以及適用的速度和功率范圍廣等。3.1材料的選擇材料選用40cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度為241286hbs。3.2齒輪分度圓直徑的計(jì)算齒輪分度圓直徑的計(jì)算公式為 （1.1）轉(zhuǎn)矩為 t=9550 (1.2)式

13、中p功率； 轉(zhuǎn)速。 由此可得各處轉(zhuǎn)矩，如表1.4所示。 表1.4 轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值 n·mm 3497.444 3769.478 7312.788 33660.683 1305863.400各級傳動比見表1.3。對各級齒輪有如下要求：·齒輪1轉(zhuǎn)速較高，功率不大，選7級精度制造，其他齒輪轉(zhuǎn)速不高，功率不大，可選8級精度制造。·載荷平穩(wěn)，對稱布置，軸的剛度較大，取載荷綜合系數(shù)k=1.2。·齒輪系數(shù)取=0.6。確定許用接觸應(yīng)力：查設(shè)計(jì)手冊得=670mpa,s=1,則=1=2=/ s=670mpa。根據(jù)以上參數(shù)，由式（1.1）可知得到各齒輪分度圓直徑： d1 d221.

14、07nm d322.47nm d428.02nm d526.08nm d643.39nm模數(shù)為 m1=d1/z1=14.76/12=1.23(nm)查設(shè)計(jì)手冊取m1=1.25nm。 m5=d5/z5=26.08/26=1.003nm取m5=1mm分度圓直徑：d1=z1m1=1514.76 d2=z2m1=4521.07 d3=z3m1=5022.47 d4=z4m1=10028.02 d5=z5m5=2626.08 d6=z6m5=12443.39很顯然各個(gè)齒輪均滿足接觸強(qiáng)度條件。齒輪寬度：b= d1=0.6×15=9（mm）取b1=b2=b3=b4=15mm。 b= d4=0.6&

15、#215;26=15.6（mm）取b5=20mm，b6=15mm。圓周速度： u1=d1n1/60=3.14×15×1470/60=1153.95（mm/s）根據(jù)設(shè)計(jì)手冊，齒輪1選擇7級精度，同理，齒輪2、3、4均選用7級精度。 u5=d5n5/60=3.14×26×1.156/60=1.57（m/s）根據(jù)設(shè)計(jì)手冊，齒輪5選擇8級精度，同理，齒輪6選用8級精度。3.3齒輪彎曲強(qiáng)度的校核彎曲強(qiáng)度校核公式為： f=f （1.3）式中f接觸強(qiáng)度，mpa； i小齒輪轉(zhuǎn)矩，n·mm； k載荷綜合系數(shù)； b齒輪接觸寬度，mm； d1小齒輪分度圓直徑，mm；

16、 m模數(shù)，mm； yfs復(fù)合齒形系數(shù)。根據(jù)齒數(shù)z，由設(shè)計(jì)手冊查得復(fù)合齒形系數(shù)： yfs1=5.2，yfs2=4.06，yfs3= 4.03，yfs4=3.99，yfs5=4.18，yfs6=3.98。由設(shè)計(jì)手冊查得：=520mpa，sfmin=1，所以 f=flim1/sfmin=520/1=520（mpa）由式（1.3）中一直k=1.2，t已計(jì)算出，且m、b都已知，則校核計(jì)算如下 f1=53.33mpa<f1=520mpa f2=41.64mpa<f2=520mpa f3=41.33mpa<f3=520mpa f4=40.92mpa<f4=520mpa f5=141.

17、08mpa<f5=520mpa f6=134.33mpa<f6=520mpa由以上的計(jì)算可知，齒根彎曲應(yīng)力f均小于其許用彎曲應(yīng)力，故各齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)以上計(jì)算，得到各級傳動結(jié)構(gòu)中的齒輪及蝸桿幾何尺寸，如表1.5、表1.6所示。 表1.5 電動機(jī)齒輪的幾何尺寸 名 稱 符 號 計(jì)算公式 數(shù) 值模數(shù)m根據(jù)需要，取標(biāo)準(zhǔn)值1.25壓力角=分度圓直徑dd=mz15齒頂高h(yuǎn)aha=m1.25齒根高h(yuǎn)fhf=1.25m1.5625全齒高h(yuǎn)h=ha+hf=2.25m2.8125齒頂圓直徑dada=d+2ha=(z+2)m17.5齒根圓直徑dfdf=d -2hf=(z

18、-2.5)m11.875基圓直徑dbdb=d=mz14.095齒距pp=m3.925齒厚ss=p/2=m/21.9625齒槽寬ee=p/2=m/21.9625標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=0.5（d2+d1）=(z2+z1)m/230 表1.6 其他齒輪的幾何尺寸參數(shù)名稱過橋齒輪蝸桿軸小齒輪齒輪軸大齒輪齒輪軸小齒輪蝸桿軸大齒輪m1.251.251.2511d455010026124ha1.251.251.2511hf1.56251.56251.56251.251.25h2.81252.81252.81252.252.25da47.552.5102.528126df41.87546.87596.87523.5

19、121.5db42.28646.98593.96924.432116.522p3.9253.9253.9253.143.14s1.96251.96251.96251.571.57e1.96251.96251.96251.571.57a47.575754 蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸桿傳動多在需要交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動及動力的場合使用。通常交錯(cuò)角為，一般蝸桿為主動力。其主要優(yōu)點(diǎn)為傳動比大，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角是可以自鎖。其缺點(diǎn)是效率低，需用貴重的有色金屬。蝸桿傳動的類型有多種，本文根據(jù)需要選用了普通的圓柱蝸桿阿基米德蝸桿。4.1蝸桿傳動材料的選擇 在蝸桿傳動中，普通齒輪傳動中齒輪所發(fā)生

20、的點(diǎn)蝕、彎曲、折斷、膠合和磨損等失效形式必然都可能出現(xiàn)。更特殊的是由于蝸桿傳動在齒面間有較大的相對滑動，磨損、發(fā)熱、膠合的想象就更容易發(fā)生。 基于蝸桿傳動的特點(diǎn)，蝸桿副的材料組合首先要求具有良好的減摩、耐磨、易于跑合的特性和抗膠合能力，此外要求有足夠的強(qiáng)度。由于轉(zhuǎn)速不高、功率不大，蝸輪材料選用zqal9-4，砂模鑄造，h=250mpa；蝸桿材料選用40cr，表面調(diào)質(zhì)，硬度為241286hbs。4.2選擇齒數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取z1=2，z2=804.3驗(yàn)算滑動速度 式中z1蝸桿頭數(shù)； m模數(shù)，mm；d1蝸桿分度圓直徑，mm；蝸桿分度圓柱上螺旋升角；滑動速度，m/s。所以，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，原材料選

21、擇是合適的。4.4主要尺寸計(jì)算根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以得到蝸桿傳動的主要尺寸，如表1.7所示。 表1.7 蝸桿傳動的主要尺寸名 稱符 號蝸 桿蝸 輪模數(shù)m22頭數(shù)z280分度圓直徑d40160中心距a100齒頂圓直徑da44164齒根圓直徑df35.2155.2蝸桿最大外圓直徑de2-166齒頂圓弧半徑ra2-18齒根圓弧半徑rf2-22.4蝸輪輪緣寬度b-22蝸桿分度圓柱上螺旋升角齒距p6.28特性系數(shù)q20壓力角螺旋方向 左旋蝸桿變位系數(shù)x04.5熱平衡計(jì)算 蝸桿傳動的特點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱量較大。在工作中就可能出現(xiàn)齒面磨損加劇，甚至引起齒面膠合的情況。出現(xiàn)工作失效的原因在于散熱不充分，溫度過

22、高，使?jié)櫥宛ざ冉档停瑴p減小潤滑作用。因此，閉式蝸桿傳動必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡計(jì)算的原理是：閉式蝸桿傳動正常連續(xù)工作時(shí)，有摩擦產(chǎn)生的熱量應(yīng)小于或等于箱體表面散發(fā)的熱量，以保證溫升不超過允許值。公式為： （1.4） 式中，p=162.960w，在通風(fēng)良好的條件下，取k=15w/(m2·)，取允許潤滑油工作溫度，室溫，。 將以上數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得箱體所需有效散熱面積a為： 這將為箱體設(shè)計(jì)和是否考慮采取散熱措施提供依據(jù)。在實(shí)際使用中，蝸輪輪齒折斷的情況很少發(fā)生，這是因?yàn)槲佪嗇嘄X彎曲強(qiáng)度所限定的承載能力，超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計(jì)算所限定的承載能力。而只有在蝸輪采用脆性材料，并且受強(qiáng)烈沖擊的傳動

23、等少數(shù)情況下，折斷現(xiàn)象才會出現(xiàn)，此時(shí)計(jì)算彎曲強(qiáng)度才有實(shí)際意義。5 軸的校核與裝配方案設(shè)計(jì)軸屬于運(yùn)動機(jī)構(gòu)，主要是帶動工件轉(zhuǎn)動完成冷軋輥堆焊，并同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩、彎矩和剪切作用，而且其性能直接影響到堆焊質(zhì)量、機(jī)床的實(shí)用壽命等，因此，這部分的動力頭整體設(shè)計(jì)中占關(guān)鍵地位。5.1軸的設(shè)計(jì)5.1.1主軸的設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)機(jī)床的工作特點(diǎn)來看，主軸要同時(shí)承載彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。從傳動情況來看，轉(zhuǎn)矩是由蝸桿軸傳遞給主軸的，彎矩主要是有主軸上兩滾動軸承承受。選擇軸的材料。主軸材料選擇40cr，調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：硬度為241286hbs，b=750mpa，s=550mpa。按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑。估算公式為 （1.5）

24、式中p軸功率，kw； n軸轉(zhuǎn)速，r/min; c系數(shù)。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?。篶=100，于是mm。計(jì)算所得直徑應(yīng)為安裝齒輪或蝸桿的最小直徑，取d=60mm.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)估算所得直徑，輪轂寬及安裝情況等條件，軸的結(jié)構(gòu)及尺寸可進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，如圖1.2所示，軸的輸出端孔徑40mm，孔長90mm，聯(lián)軸臺階起定位作用。離合器用軸肩定位，彈簧座安裝在離合器的左邊，蝸輪安裝在右邊，然后在兩端個(gè)安裝一個(gè)角接觸球軸承（gb276-82），其寬度為25mm，用軸套定位。根據(jù)減速器的內(nèi)壁到蝸輪和軸承端面的距離，以及軸承蓋裝拆方便等要求參見設(shè)計(jì)手冊中有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將軸的結(jié)構(gòu)尺寸初步取定如圖1.2所示，這樣軸承跨距為

25、210mm，由此可進(jìn)行軸和軸承等的校核計(jì)算。圖1.2 軸結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算蝸輪受力。蝸桿、蝸輪分度圓直徑分別為：40mm，160mm。蝸桿、蝸輪所受轉(zhuǎn)矩分別為：32987.854n·mm，1024442.027n·mm。蝸輪作用力：圓周力 徑向力 軸向力 加工工件的最大質(zhì)量是100kg，由減速器和尾架間的三爪卡盤平均承受，因此，軸行承受的徑向力f=490n。軸受力的大小及方向如圖1.3所示。計(jì)算軸承反力。垂直面受力圖如圖1.4所示，水平面受力圖如圖1.5所示。圖1.3 軸受力示意圖圖1.4 垂直面受力示意圖 圖1.5 水平面受力示意圖垂直面： 水平面： 繪制彎矩圖。垂直面彎矩圖

26、如圖1.6所示。圖1.6 垂直面彎矩示意圖 截面c: （n·mm） （n·mm） 截面b: （n·mm） （n·mm） 水平面彎矩圖如圖4-9所示。 圖1.7 水平面彎矩示意圖 截面c: （n·mm） （n·mm） 截面b： （n·mm） （n·mm） 合成彎矩圖如圖1.8所示。 圖1.8 合成彎矩示意圖 （n·mm） （n·mm） （n·mm） （n·mm） 繪制扭矩圖。扭矩示意圖如圖1.9所示。 圖1.9 扭矩示意圖 由渦輪受力計(jì)算結(jié)果可知： n·mm，又根據(jù)b

27、=750mpa，由設(shè)計(jì)手冊可知mpa，mpa，故a=73/124=0.59，則 （n·mm）繪制當(dāng)量彎矩圖。當(dāng)量彎矩圖如圖1.10所示。 圖1.10 當(dāng)量彎矩示意圖對于截面c: （n·mm） （n·mm）對于截面b: （n·mm） （n·mm） 計(jì)算危險(xiǎn)截面c處的直徑。危險(xiǎn)截面c處的直徑為 （mm） 取截面c直徑為60mm，所以該軸強(qiáng)度滿足要求。5.1.2齒輪軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料。40cr，調(diào)質(zhì)處理。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：硬度為241286hbs，。 按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑。?。篶=100，于是mm。 計(jì)算所得應(yīng)是最小軸徑（即安裝齒輪）處的直徑，

28、因該段軸上有平鍵，對軸的消弱較大，為增大強(qiáng)度，取mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。齒輪軸的結(jié)構(gòu)及尺寸草圖設(shè)計(jì)如圖1.11所示，安裝齒輪處的直徑為15mm，長為14mm，軸間臺階作齒輪左側(cè)軸向定位用，根據(jù)減速器的內(nèi)壁到電動機(jī)齒輪端面得距離，可將軸肩寬度取為5mm；右側(cè)定位用擋圈（直徑為20mm，中間有一個(gè)直徑為5.5mm的孔，厚度為1.5mm），用m64的螺釘將其固定于軸端。左邊的軸段固定于箱壁內(nèi)，使其與箱體為過盈配合。軸的結(jié)構(gòu)尺寸初步取定如圖1.11所示。 圖1.11 齒輪軸結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算齒輪受力。由設(shè)計(jì)手冊中可知：a 大齒輪作用力如下圓周力 （n）徑向力 （n）b 小齒輪作用力如下。 圓周力 （n） 徑向

29、力 （n） 軸受力的大小及方向如圖1.12所示。 圖1.12 軸受力示意圖計(jì)算軸承反力。垂直面受力圖如圖1.13所示，水平面受力圖如圖1.14所示。垂直面： （n） 圖1.13 垂直面受力示意圖 圖1.14 水平面受力示意圖（n） 水平面： （n） （n）繪制彎矩圖。垂直面彎矩圖如圖1.15所示。 圖1.15 垂直面彎矩示意圖 截面c: (n·mm) (n·mm)截面b: (n·mm) (n·mm)水平面彎矩圖如圖1.16所示。 圖1.16 水平面彎矩示意圖 截面c: (n·mm) (n·mm) 截面b： (n·mm) (n

30、·mm) 合成彎矩圖如圖4-19所示。 圖1.17 合成彎矩示意圖(n·mm)(n·mm)(n·mm)(n·mm)繪制扭矩圖。扭矩圖如圖1.18所示。 圖1.18 扭矩示意圖 由表1.4可知：t=7313n·m，有根據(jù)mpa，查設(shè)計(jì)手冊得mpa，mpa，故 （n·mm）繪制當(dāng)量彎矩圖。當(dāng)量彎矩圖如圖1.19所示。 圖1.19 當(dāng)量彎矩示意圖 截面c: （n·mm） （n·mm） 截面b: (n·mm) (n·mm)分別計(jì)算軸截面c和b處的直徑。公式如下。 （mm） （mm）兩截面雖有鍵

31、槽削弱，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的直徑分別達(dá)到20mm和15mm，所以強(qiáng)度滿足要求。5.1.3蝸桿軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料。用40cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241286hbs，mpa，mpa。按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑。去c=100，則mm，計(jì)算所得應(yīng)是最小軸徑（即安裝齒輪）處的直徑，因該段軸上有平鍵，對軸的影響較大，為增大強(qiáng)度，取d=25mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。蝸桿軸的結(jié)構(gòu)及尺寸可進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，如圖1.20所示，安裝齒輪2處的直徑為25mm，長為32mm，軸間臺階作齒輪左側(cè)軸向定位用，將軸間寬度取為5mm左側(cè)定位用軸套（直徑為35mm，長度為17mm）。同時(shí)用左邊的軸段固定于箱壁內(nèi)，使其與箱體為過盈配合。 圖1.2

32、0 蝸桿軸結(jié)構(gòu)示意圖 1-蝸桿軸小齒輪 2-蝸桿軸打齒輪計(jì)算齒輪受力。根據(jù)作用力與反作用力，由前面的計(jì)算可得齒輪受力大小，如表1.8所示。 表1.8 齒輪受力表 n150.7654.87562.54204.751649.3934660.8312805.53有設(shè)計(jì)手冊可知： （4-6） （4-7）在2.2節(jié)已計(jì)算出：n·m，3.2節(jié)已計(jì)算出：mm，則 （n） （n）軸受力的大小及方向如圖1.21所示。計(jì)算軸承反力。垂直面、水平面受力分別如圖1.22、圖1.23所示。垂直面：（n）圖1.21 軸受力示意圖 圖1.22 垂直面受力示意圖 圖1.23 水平面受力示意圖 (n·mm)

33、水平面： (n·mm) (n·mm)繪制彎矩圖。水平面彎矩圖如圖1.24所示。 圖1.24 水平面彎矩示意圖 截面b: （n·mm）（n·mm） 截面c： (n·mm) (n·mm) 截面d: (n·mm) (n·mm)垂直面彎矩圖如圖1.25所示。圖1.25 垂直面彎矩示意圖截面b: (n·mm) (n·mm)截面c: (n·mm) (n·mm)截面d: (n·mm) (n·mm)合成彎矩圖如圖4-28所示。 圖1.26 合成彎矩示意圖 (n·

34、mm) (n·mm) (n·mm) (n·mm) (n·mm) (n·mm)繪制扭矩圖。扭矩示意圖如圖1.27所示。 圖1.27 扭矩示意圖 有表1.4可知，n·mm，又根據(jù)mpa,由于設(shè)計(jì)手冊查得mpa，mpa，故 (n·mm)繪制當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量彎矩示意圖如圖1.28所示。 圖1.28 當(dāng)量彎矩示意圖 對于截面b: (n·mm) (n·mm) 對于截面c: (n·mm) (n·mm) 對于截面d: (n·mm) (n·mm)取截面c與d處直徑為25mm，所以該軸強(qiáng)

35、度滿足要求。5.2 軸上零件裝配方案 根據(jù)之前的計(jì)算結(jié)果，首先進(jìn)行主軸的結(jié)構(gòu)及尺寸草圖設(shè)計(jì)，如圖1.29所示。 圖1.29 主軸結(jié)構(gòu)示意圖（1）軸段1 原方案是此段安裝軸，同時(shí)加套銅套和透蓋，軸套和銅套配作m6的孔，主軸與軸套、軸套與銅套兩兩過盈配合，靠螺釘軸向固定?？紤]到節(jié)約成本和加工、裝拆方便，可去掉軸套，使銅套和主軸直接用螺紋連接。端蓋與箱體用螺釘連接，透蓋頂住軸外端，使其左端軸向定位。同時(shí)考慮到導(dǎo)電加工和其他因素，取mm，mm。（2）軸段2此段安裝滾動軸承和彈簧座，彈簧座用軸肩軸向定位，滾動軸承利用軸套作軸向定位，而軸套則借助于已定位的彈簧座左端面起定位作用。套筒端面需緊靠被定位零件端

36、面，即靠緊彈簧座和滾動軸承?？紤]到通用性，選用中窄系列深溝球軸承310型，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下。·基本尺寸：mm，mm，mm，mm。·安裝尺寸：mm，mm，mm。·額定載荷：kn，kn。·極限轉(zhuǎn)速：（脂潤滑）。此處軸肩不起定位作用，是否設(shè)軸肩應(yīng)從方便拆卸等方面考慮，因此軸肩高度h無嚴(yán)格限定，可取h=5mm，彈簧座寬度取17mm，由于軸承寬度b=27mm，則軸段長度mm。所以，取mm，mm。（3）軸段3 此段安裝壓縮彈簧、離合器、蝸輪和滾動軸承，是主軸傳動的關(guān)鍵部分。 壓縮彈簧位于軸套和離合器之間，起到壓縮離合器的作用，使主軸工作時(shí)離合器結(jié)合可靠，傳動穩(wěn)定。

37、這里選用螺旋圓柱壓縮彈簧（代號yi），彈簧絲直徑d=5mm,安裝時(shí)取其長度mm。 這里采用離合器主要是考慮速比太大（為40），工作最大轉(zhuǎn)速太低，不利于主軸空轉(zhuǎn)時(shí)迅速轉(zhuǎn)到某一位置，進(jìn)行敲渣、檢查焊道等工作。采用離合器后，可以關(guān)機(jī)，用手板動工件，從而提高了生產(chǎn)效率。主軸轉(zhuǎn)速（由前面知r/min）極低，且扭矩（由面的計(jì)算知n·mm）很高，因此可選用三角形牙嵌式離合器，這種離合器傳動時(shí)兩端結(jié)合較快，生產(chǎn)效率高。 牙嵌式離合器離合時(shí)，牙齒會受到?jīng)_擊，因此要求齒的工作表面有較高硬度，而齒的心部又有足夠的韌性，因此選擇40cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度241286hbs。 牙嵌式離合器技術(shù)參數(shù)如下：，mm，

38、mm，mm，mm。 其牙形尺寸如圖1.30所示。 左離合器通過平鍵軸向固定于主軸上，工作時(shí)靠牙齒的嵌合接觸使右離合器的運(yùn)動和扭矩傳遞給左離合器，從而實(shí)現(xiàn)主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，這里n·mm。 離合器強(qiáng)度校核公式為： （1.8）式中工作面擠壓應(yīng)力，mpa； 計(jì)算扭矩，n·mm，k t，k為載 荷系數(shù)，取k=1.2，則；圖1.30 離合器牙形示意圖牙齒平均直徑，mm，；計(jì)算牙數(shù)，（1/31/2）z，??；，；許用擠壓應(yīng)力，mpa。所以：mpa<mpa。通過上述驗(yàn)算，得出離合器強(qiáng)度滿足要求。 離合器靠平鍵實(shí)現(xiàn)周向定位，取，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中得平鍵尺寸： 蝸輪與離合器（右）通過螺釘和銷連接，

39、與主軸為間隙配合，而且考慮到離合器離開時(shí)，蝸輪左端無法定位，故在主軸上設(shè)計(jì)了軸肩，尺寸為：蝸輪與離合器同軸相連，故選其軸徑，同時(shí)考慮到強(qiáng)度問題及裝配方便，取蝸輪軸段長度為70mm。此段滾動軸承選用輕窄系列深溝球軸承212型，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下。尺寸：,安裝尺寸：，。額定載荷：kn，kn。極限轉(zhuǎn)速：r/min(脂潤滑)。由以上分析，再考慮軸套定位問題，此軸段長度取：（4）軸段4此段安裝透蓋、法蘭盤和三爪卡盤。該堆焊機(jī)床適用于中小型冷軋輥堆焊，故選用ki-200型三爪卡盤，其夾持直徑滿足堆焊冷軋輥需要。法蘭盤用來連接卡盤和主軸。法蘭盤與主軸用螺紋連接，螺紋選用m424。并用銷來定位，因不需要經(jīng)常裝

40、拆，可選用普通圓柱銷，尺寸為：，法蘭盤與三爪卡盤用m8的螺釘連接，同時(shí)考慮裝配與強(qiáng)度等因素影響，取，。5.3蝸桿軸的零件裝配方案 根據(jù)之前的計(jì)算結(jié)果，首先進(jìn)行蝸桿軸的結(jié)構(gòu)及尺寸草圖設(shè)計(jì)，如圖1.31所示。 圖1.31 蝸桿軸零件裝配示意圖（1）軸段1 此段安裝滾動軸承和齒輪。齒輪與軸為無鍵的間隙配合，齒輪靠軸肩作軸向定位。滾動軸承左端利用端蓋進(jìn)行軸向定位，右端利用軸套作軸向定位，而軸套則借助于已定位的齒輪左端面起定位作用。這里選用窄系列深溝球軸承204，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下。尺寸：，b=14mm，。安裝尺寸：，。額定載荷：kn，kn。極限轉(zhuǎn)速：r/min?？紤]到裝拆方便和其他原因需要，?。海琺m

41、。（2）軸段2 此段安裝齒輪，齒輪左端靠軸套作軸向定位，右端設(shè)一軸肩作軸向定位，其尺寸為：。 利用平鍵軸向定位，平鍵的尺寸：。?。海?。蝸桿與軸是一個(gè)整體，不需定位。（3）軸段3 前一段不安裝零件，取：，。 后一段安裝滾動軸承，滾動軸承左端利用軸肩進(jìn)行軸向定位，右端利用端蓋作軸向定位，這里選用輕（2）窄系列深溝球軸承204，技術(shù)參數(shù)同上。5.4過橋齒輪軸的零件裝配方案 根據(jù)之前的計(jì)算結(jié)果，首先進(jìn)行過橋齒輪軸的結(jié)構(gòu)及尺寸草圖設(shè)計(jì)，如圖1.32所示。（1）軸段1此段與箱壁為過盈配合，其固定軸的作用。右端用軸肩作軸向定位，軸肩高2.5mm，根據(jù)減速器的內(nèi)壁到電動機(jī)齒輪端面的距離，可將軸肩寬度取為5mm

42、。取軸段1的尺寸為：。（2）軸段2 此段安裝齒輪，與軸為無鍵的間隙配合。 按轉(zhuǎn)矩估算軸的最小直徑，利用式（4-5），由設(shè)計(jì)手冊取，于是：。 圖1.32 過橋齒輪軸上的零件裝配 因該端面處有螺釘，對軸的消弱較大，為增大強(qiáng)度取。 齒輪左側(cè)用軸肩軸向定位，右側(cè)用擋圈定位（直徑為20mm，中間有一個(gè)直徑為5.5mm的孔，厚度為1.5mm），用m的螺釘將其固定于軸端。5.5軸的校核主軸在工作中同時(shí)承受彎矩和扭矩作用，在前面軸的設(shè)計(jì)中就是利用彎扭組合第三強(qiáng)度理論來設(shè)計(jì)軸頸的，故強(qiáng)度校核在此略過。軸受彎矩作用將產(chǎn)生彎曲變形（以撓度y或偏轉(zhuǎn)角度量），收扭矩作用將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形（以扭轉(zhuǎn)角度量）。軸的剛度不足，在工

43、作時(shí)將產(chǎn)生過大的變形，影響正常工作。對于一般軸頸，如果偏轉(zhuǎn)角過大，就會使滑動軸承的工作性能變差，影響正常工作。對于一般軸頸，如果偏轉(zhuǎn)角過大，就會使滑動軸承的工作性能變差，因此，在設(shè)計(jì)機(jī)器使時(shí)也常有剛度要求。下面主要進(jìn)行軸的剛度以及軸承壽命校核。軸的剛度校核，通常是指計(jì)算軸的預(yù)定的工作條件下的上述變形量，應(yīng)使其不大于允許值，才能達(dá)到剛度要求，要求如下。·撓度：。·偏轉(zhuǎn)角：。·轉(zhuǎn)角：。式中，分別為軸的許用撓度、許用偏轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得：（0.020.05），??；，?。辉谥g，取。（1）彎曲剛度校核 主軸垂直方向受力如圖1.33所示。 由前面的計(jì)算結(jié)果可知：n，n，n，n，n。 和對彎曲變形的影響較小，故可忽略不計(jì)。由之前的強(qiáng)度校核計(jì)算知，主軸的危險(xiǎn)截面為力作用處（截面b處），因此只校核該面，計(jì)算