20T焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)與分析

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1、第33頁(yè)共28頁(yè) 目錄 第一章緒論 2 1.1 選題背景 2 1.2 研究的目的和意義 2 1.3 國(guó)內(nèi)外研究綜述 3 第二章焊接變位機(jī)的主要性能及結(jié)構(gòu) 3 2.1 一般焊接設(shè)備應(yīng)具備的性能 3 2.2 焊接變位機(jī)的分類 4 2.3 焊接變位機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 5 2.4 焊接變位機(jī)的選用原則 6 第三章焊接變位機(jī)的方案設(shè)計(jì) 7 3.1 焊接變?yōu)闄C(jī)的整體方案設(shè)計(jì) 7 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3.2.1 第一級(jí)蝸桿的設(shè)計(jì) 8 3.2.2 第二級(jí)蝸輪的設(shè)計(jì)蝸桿 12 第四章校核 17 4.1 各軸車專速 17 4.2 各軸的功率 17

2、 4.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 18 4.4 齒輪的校核 18 4.5 軸的校核 21 4.6 小齒輪軸承的校核 23 第五章控制部分 25 5.1 控制部分電氣原理圖 25 5.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制部分 25 5.3 翻轉(zhuǎn)電機(jī)的控制 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 第一章緒論 1.1 選題背景 焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百余年的歷史， 工業(yè)生產(chǎn)中的一切重要產(chǎn)品，如航 空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接工藝，并且焊接質(zhì)量的好壞 直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞以及整機(jī)性能。 所以改進(jìn)焊接技術(shù)，提高焊接質(zhì)量對(duì)現(xiàn) 代化工業(yè)有著重要的作用，其中提高焊接機(jī)械化、自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)

3、焊接工藝及 裝備的現(xiàn)代化是改進(jìn)焊接質(zhì)量的一個(gè)重要方面。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)焊件的質(zhì)量較大或 體積較大時(shí)，靠人工改變焊縫位置很不容易，且效率低下，在這樣的焊接生產(chǎn)中， 就會(huì)遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況， 針對(duì)這一實(shí)際需要，人們就設(shè) 計(jì)制造了焊接變位機(jī)。合適的變位機(jī)能將被焊工件的焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)到最佳位置 ，從而 提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，更避免了立焊、仰焊等情況出現(xiàn)。變位機(jī)可以使工件 上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置， 以方便進(jìn)行焊接，是提高焊接效率和 質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的有效工具。另外，選擇合適的變位機(jī)能降低工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度以及生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。到如今，焊接變位機(jī)不

4、僅 僅是一種焊接輔助設(shè)備，它更是與與焊接操作機(jī)、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設(shè) 備中三大機(jī)。 1.2 研究的目的和意義 自從焊接技術(shù)發(fā)明以來(lái)，它便在機(jī)械制造工業(yè)當(dāng)中占據(jù)著其不可替代的地位， 工 業(yè)生產(chǎn)中的絕大多數(shù)重要產(chǎn)品，如汽車、船舶、飛機(jī)等等產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不 開焊接技術(shù)。焊接質(zhì)量的高低會(huì)直接影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量。 所以，改進(jìn)焊接技術(shù)， 提高焊接質(zhì)量對(duì)工業(yè)現(xiàn)代化起著重要的作用。而焊接變位機(jī)正是這樣一個(gè)可以提 高焊接工藝水平的關(guān)鍵焊接設(shè)備。 一般而言，對(duì)于加工比較復(fù)雜并且質(zhì)量較重的工件我們很難人為的去改變工件的 焊縫位置。在這個(gè)時(shí)候焊機(jī)變位機(jī)就顯示了它的優(yōu)越性， 通過(guò)對(duì)工件的翻轉(zhuǎn)與回 轉(zhuǎn)，

5、焊接變位機(jī)可以將被焊工件的各類焊縫調(diào)整到最佳位置， 從而避免仰焊、立 焊等的出現(xiàn)，提高焊接加工質(zhì)量。 在現(xiàn)如今的制造業(yè)當(dāng)中焊接機(jī)器人的運(yùn)用越來(lái)越廣泛， 未來(lái)能夠充分發(fā)揮機(jī)器人 的高能力，我們經(jīng)常將機(jī)器人與焊接變位機(jī)組合使用。 焊接變位機(jī)已經(jīng)成為了焊 接機(jī)器人工作站不可缺少的一部分，因此我對(duì)焊機(jī)變位機(jī)的研究是有很大現(xiàn)實(shí)意 義的。 總之，焊接變位機(jī)是保證焊接效率和質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度， 改善工人作業(yè)條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的的有效設(shè)備。另外 ，焊接變位機(jī)也能 及生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。目前，我國(guó)的焊接變位機(jī)行業(yè) 已經(jīng)開始起步，但是與世界一流水平還有一定的差

6、距。 所以，就焊接變位機(jī)的重 要性和我國(guó)目前焊接變位機(jī)的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，對(duì)焊接變位機(jī)的研究具有重大意義。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究綜述 我國(guó)的焊接變位機(jī)起步較晚，目前處于研究開發(fā)階段，但是在最近的十幾年 里也取得了巨大的成就。焊接變位機(jī)在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)， 有了較大的發(fā)展，獲 得了廣泛的應(yīng)用。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問(wèn)世的，約有十余個(gè)系列，百 余品種規(guī)格，正在形成一個(gè)小行業(yè)。 焊接變位機(jī)按機(jī)構(gòu)形式可分為三類：伸臂式焊機(jī)變位機(jī)、座式焊機(jī)變位機(jī)、 雙座式焊機(jī)變位機(jī)。在國(guó)際領(lǐng)域，各種各樣的焊接變位機(jī)的產(chǎn)品有百余種。 從技 術(shù)角度來(lái)看，有普通型的，有無(wú)隙傳動(dòng)伺服控制型的。焊接變位機(jī)的額定負(fù)荷范 圍也從0

7、.1KN至18000KN應(yīng)有盡有?？梢赃@么說(shuō)，焊接變位機(jī)是一個(gè)品種多， 擁有較高技術(shù)水平，產(chǎn)品型號(hào)齊全的產(chǎn)品。 國(guó)外在焊接變位機(jī)領(lǐng)域比較著名的公司有彳惠國(guó) Severt公司、美國(guó)Aroson 公司、德國(guó)CLOOS公司、日本松下公司。這些公司大多生產(chǎn)伺服控制與機(jī)器人 配套的焊接變位機(jī)，這些變位機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是精準(zhǔn)的數(shù)字控制，這使得工件的 焊接加工位置變得絕對(duì)可控，從而大大提高了加工質(zhì)量，減少了施焊時(shí)間，改善 了操作工人的工作條件。 第二章焊接變位機(jī)的主要性能及結(jié)構(gòu) 焊接變位機(jī)，是在焊接作業(yè)中，將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊件上的焊縫置于有 利于施焊的位置的焊件變位機(jī)械。焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架、機(jī)

8、座、機(jī)殼、封頭 等非長(zhǎng)型焊件的翻轉(zhuǎn)變位，同時(shí)還可用于裝配、切割、檢驗(yàn)、打磨、噴漆等作業(yè)。 焊接變位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的正反回轉(zhuǎn)， 并可無(wú)級(jí)調(diào)速，在最大承載條件下保持 其回轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)不超過(guò)5%。變位機(jī)能自動(dòng)傾斜工作臺(tái)而不抖動(dòng)、傾覆，并有 限位、自鎖功能，并且其回轉(zhuǎn)速度無(wú)級(jí)調(diào)速，變速范圍大，調(diào)速精度高。 2.1 一般焊接設(shè)備應(yīng)具備的性能 1) 焊件、焊機(jī)變位設(shè)備要具有較寬的調(diào)速范圍， 穩(wěn)定的焊接運(yùn)行速度以及良 好的結(jié)構(gòu)剛度。 2) 對(duì)不同尺寸、不同形狀的焊件要有一定的適用范圍。 3) 傳動(dòng)鏈中，應(yīng)具備一級(jí)反行程自鎖傳動(dòng)，以避免動(dòng)力源突然切斷。 4) 與焊接機(jī)器人和精密焊接配合的焊件變位設(shè)

9、備，其到位精度(點(diǎn)位控制) 和運(yùn)行軌跡精度(軌跡控制)應(yīng)視焊件大小、工藝方法控制在 0.1?3mm, 最高達(dá)到0.01mm。 5) 回程速度要快，但應(yīng)避免產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。 6) 良好的接電、接水、接氣設(shè)施以及導(dǎo)熱和通風(fēng)性能。 7) 整體結(jié)構(gòu)要有良好的密封性，以避免焊接飛濺的損傷，對(duì)散落其上的焊渣， 藥皮等臟物應(yīng)易消除。 8) 焊接變位設(shè)備要有聯(lián)動(dòng)控制接口和相應(yīng)的自保護(hù)性能，以利于集中控制， 相互協(xié)調(diào)動(dòng)作。 9) 各種焊件變位設(shè)備的工作臺(tái)面上，應(yīng)刻有安裝基線并設(shè)有安裝槽孔，能方 便的安裝各種定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)。 10) 當(dāng)用于裝配的場(chǎng)合時(shí)，其工作面要有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性

10、能。 11) 當(dāng)用于電子束、等離子、激光、釬焊場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)注意導(dǎo)電、隔磁、絕緣等 方面的特殊要求。 2.2焊接變位機(jī)的分類 焊接變位機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式有伸臂式、座式、雙座式三種，其特點(diǎn)、性能、適用 范圍各不相同。 基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能 適用范圍 伸臂式 （圖 2.3.1） 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝在伸臂的一端， 伸臂相對(duì)于某一傾斜軸成角度回 轉(zhuǎn)，而此傾斜軸位置是固定的，但 有的也可以在小于110°的范圍內(nèi) 上下傾斜，也有的伸臂僅繞某一中 心作圓弧運(yùn)動(dòng)。該變位機(jī)范圍與作 業(yè)適應(yīng)性好，但整體穩(wěn)定性較差。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：承載能力多 在0.5t以下，適用于小型 焊件的翻轉(zhuǎn)變位。 液壓

11、驅(qū)動(dòng)：承載能力多 在10t左右，適用于結(jié)構(gòu) 尺寸不是很大但自重較 大的焊件，它們多用于焊 條電弧焊中 座式 （圖 2.3.2） 工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支撐在兩邊 的傾斜軸上，工作臺(tái)以焊接速度回 轉(zhuǎn)，傾斜軸通過(guò)扇形齒輪或液壓 缸，多在110° ~140°的范圍內(nèi)包 速傾斜。該機(jī)穩(wěn)定性好，一般不用 固定在地面上，搬移方便。 0.5~50t焊件的翻轉(zhuǎn)變 位，是目前產(chǎn)量最大、規(guī) 格最全、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu) 形式，常與伸臂式焊接操 作機(jī)或弧焊機(jī)器人配合 使用。 雙座式 （圖 2.3.3） 工作臺(tái)坐在“ U”形架上，以預(yù) 定的焊接速度回轉(zhuǎn)，“U”形架坐在 兩側(cè)的機(jī)座上，多以恒速或

12、所需的 焊接速度繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 該機(jī)不僅整體穩(wěn)定性好，而且如 果設(shè)計(jì)得當(dāng)，焊件安放在工作臺(tái)上 以后，傾斜運(yùn)動(dòng)的重心將通過(guò)或接 近傾斜軸線，使傾斜驅(qū)動(dòng)力矩大大 50t以上重型大尺寸焊 件的翻轉(zhuǎn)變位，多與大型 門式焊接操作機(jī)或伸臂 式焊接操作機(jī)配合使用。  減少。因此，重型變位機(jī)多采用這 種結(jié)構(gòu)。 1、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)：2、伸臂：3、傾斜軸；4、轉(zhuǎn)軸；5、機(jī)匹， 圄221伸臂式墀接變位機(jī)^ 圖2.22應(yīng)焊接變位機(jī) 2.3焊接變位機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 焊接變位機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式雖然有上述三種， 但其派生形式很多，有的變位 機(jī)的工作臺(tái)還具有

13、升降的功能。通用的座式焊接變位機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖所示 圖己31岸接如機(jī)結(jié)楣 變位機(jī)主要有機(jī)架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括翻轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu))、回轉(zhuǎn)盤、 導(dǎo)電機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)組成。 (1)機(jī)架變位機(jī)架主要包括機(jī)座、工作臺(tái)支架等。這些構(gòu)件均采用型材焊接 而成。 (2)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)變位機(jī)工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)減速運(yùn)動(dòng)采用交流電機(jī)經(jīng)二級(jí)蝸桿減速器 驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，使其具有自鎖功能，且翻轉(zhuǎn)力矩大，定位可靠 工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有交流電機(jī)、回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)齒輪等組成，交流 電機(jī)通過(guò)變頻調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，變速范圍大，調(diào)速精度高。 (3)導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 變位機(jī)都應(yīng)設(shè)有導(dǎo)電裝置，以避免焊接電流通過(guò)軸承、齒輪等

14、 傳動(dòng)部件。導(dǎo)電裝置的電阻通常不超過(guò) 1mQ,其容量應(yīng)滿足焊接電流的 要求。 (4)控制系統(tǒng) 變位機(jī)的控制部分設(shè)有供自動(dòng)焊接用的聯(lián)動(dòng)接口。工作臺(tái)的起 動(dòng)、停止、旋轉(zhuǎn)均在控制盒上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。 變位機(jī)的電器控制由旋轉(zhuǎn)電 機(jī)及翻轉(zhuǎn)電機(jī)控制部分組成。 2.4焊接變位機(jī)的選用原則 從使用的經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性出發(fā)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1) 焊件的重量、焊件在工作臺(tái)上的重心距、偏心距應(yīng)在變位機(jī)的載重圖或承 載表的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，并有一定的裕量。 2) 若變位機(jī)是用來(lái)焊接環(huán)焊縫時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊件的坡口的回轉(zhuǎn)半徑和焊接速度 換算出工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度，該速度應(yīng)在變位機(jī)的調(diào)速范圍內(nèi)。另外，要注 意工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性是

15、否能夠滿足工藝的要求。 3) 若焊件外輪廓尺寸很大，則需要考慮工作臺(tái)傾斜時(shí)，傾斜角度是否滿足使 焊件處于最佳焊接位置的要求；在此傾斜角下是個(gè)會(huì)出現(xiàn)焊件與地面接觸 的現(xiàn)象，若出現(xiàn)此現(xiàn)象，那么除選用工作臺(tái)離地面間隙更大的變位機(jī)外， 還可以采用增加基礎(chǔ)高度或設(shè)置地坑的辦法來(lái)解決。 4) 變位機(jī)上若需要安裝氣動(dòng)、電磁夾具以及水冷設(shè)施時(shí)，應(yīng)向生產(chǎn)廠家提出 接氣、接電、接水的要求。 5) 變位機(jī)的需用焊接電流應(yīng)大于焊件施焊工藝所要求的最大焊接電流。 第三章焊接變位機(jī)的方案設(shè)計(jì) 3.1 焊接變?yōu)闄C(jī)的整體方案設(shè)計(jì) 焊接變位機(jī)是改變焊件、焊機(jī)或焊工位置來(lái)完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的機(jī)械 裝置。使用焊

16、接變位機(jī)可縮短輔助焊接時(shí)間，提高勞動(dòng)生存率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng) 度，改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。 本焊接變位機(jī)由工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)座、控制裝置、電動(dòng)機(jī)和 焊接導(dǎo)電裝置組成。 工作臺(tái)用于工件的停放和固定。在工作臺(tái)面上開溝槽，表面刻有定位基線， 用于工件的固定和定位?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)，不同的焊件合適的施 焊速度不同，這可以通過(guò)控制變頻器實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的無(wú)級(jí)調(diào)速使個(gè)工作臺(tái)得到所 需的回轉(zhuǎn)速度。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器，齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜，安裝有位置行 程開關(guān)精確控制焊件的傾斜角度，使工件到達(dá)最有利于施焊的位置。機(jī)座用于支 撐其他部件。電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。減速器用于減

17、速，這是由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速太高，而 回轉(zhuǎn)與傾斜轉(zhuǎn)速要很低。 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖所示，通過(guò)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器再經(jīng)過(guò)二級(jí)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的傾斜。 翻轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表 型號(hào) 功率 效率 轉(zhuǎn)速 額定電壓 YEJ-160M 11kw 0.88 1460 50Hz 380V 3.2.1 第一級(jí)蝸桿的設(shè)計(jì) 由于需要一級(jí)蝸輪蝸桿具有自鎖功能，所以取傳動(dòng)比為 62 已知：電動(dòng)機(jī)功率p=11kw,電動(dòng)機(jī)效率0.88,蝸桿轉(zhuǎn)速1460r/min,傳動(dòng)比i=62, 工作載荷穩(wěn)定，工作15年，一班制。 1 .選擇蝸桿傳動(dòng)類型 采用漸開線蝸桿 2 .選擇材料

18、 考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些， 耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪 芯用灰鑄鐵H100制造。 3 .按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度。由工具書查得，傳動(dòng)中心距 a 3 KT2 ZEZ] (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 Z1=1,估計(jì)效率為0.45,則 T2 9.55 10 n / i 12 9.55 106 11

19、0.88 0.45 1460/62 二 1766566.8N , mm (2)確定載荷系數(shù)K 查工具書得 K 二((K : 1 1.05 1= 1.05 A V (3)確定彈性影響系數(shù)Z 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 Z E 1 160MPa2 (4)確定接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑di和傳動(dòng)中心距的比值—= 0.35,查工具書 a 得Z-2.9 (5)確定許用接觸應(yīng)力［。H ］ 可查工具書得［：］'= 268MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N : 60jnzL 1460 =60 1 15 300 8 62 -

20、 5.09 107 壽命系數(shù)K - 8 10 = 0.8159 HN - 7 5.09 10 則 ［：］=K」」'=0.8159 268: 218.7MPa H HN H (6)計(jì)算中心距 a XZEZ] 160 2.9 」1.05 17665668 218.7 二 202.9mm 取中心距 a = 320mm, i = 62, m= 8,q = 18, z = 1, 乙二 62,d1 T44mm,S= 0.45,x?) 0 a 查工具書得 Z '= 2.68,Z '^ Z 因此，以上結(jié)果可用 4.校核齒根彎曲疲勞①?gòu)?qiáng)度 可知=310

21、'47'' "水工丫 丫 . ddm zV2 一 3 cos3.18 二 62.29 可查得齒形系數(shù) Y = 2.28 Fa 2 3 18 …一 螺旋角系數(shù) Y 1 3.18 : 0.9773 140 許用彎曲應(yīng)力「f] = Kfn , [ f]' 可查得「f「56MPa 106 壽命系數(shù) K : 9 0.646 5.09 107 [,f] n Kfn「P 二 0.646 56 二 36.176MPa 2.28 0.9773 1.53 1.05

22、17665668 144 496 8 :11.07MPa J f] 可知彎曲強(qiáng)度是滿足的 3.2.2第二級(jí)蝸輪的設(shè)計(jì)蝸桿 已知：輸入功率p=4.22kw,蝸桿轉(zhuǎn)速n1=23.55r/min,傳動(dòng)比i=8,工作載荷穩(wěn)定, 工作15年，一班制。 1 .選擇蝸桿傳動(dòng)類型 采用漸開線蝸桿 2 .選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些， 耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪 芯用灰鑄鐵H100制造。 3 .按齒面接觸

23、疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度。由工具書查得，傳動(dòng)中心距 a 3 KT ZeZ \ [ h] (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 Z1=4,估計(jì)效率為0.80,則 — 6 P T2 = 9.55 10 —— n /i 二 9.55 106 4.22 0.80 23.55/8 :10952288.75N . mm (2)確定載荷系數(shù)K 查工具書得 K 二 KaKvK 1 1.05 1= 1.05 (3)確定彈性影響系數(shù)Z E 1 2 2^ 2^ ■ ■ 2 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸

24、桿相配，故 Ze 160MPa (4)確定接觸系數(shù)Z J P 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑di和傳動(dòng)中心距的比值 4= 0.35, 查工具書 (5)確定許用接觸應(yīng)力［二 h] 可查工具書得 [:1268MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N : 60jQL 二 60 1 23.55 15 300 8 二 6.36 106 壽命系數(shù)Khn 107 6.36 106 - 1.0582 [h] = Khn[ h11.0582 268 . 283.6MPa (6)計(jì)算中心距

25、 Z Z 2 a 3 KT2 E 、I h] 2 160 2.9 3 1.05 1095228875 283.6 二 313.4mm 可取 a= 400mm, i = 7.75, m= 20, q = 8, z = 4, 乙二 31, d1 = 160mm,-二 0.40, x2= 0.500 a 查工具書得 Z '= 2.74,Z '£ Z 因此，以上結(jié)果可用 4.校核齒根彎曲疲勞①?gòu)?qiáng)度 可知= 26.565

26、= 26 33'54" 1.53KT2 ddm YN [ [ f] - 3 cos26.565 二 43.32 可查得齒形系數(shù)Y 二 2.105 Fa 2 螺旋角系數(shù)Y = 1 26.565 140 二 0.8102 許用彎曲應(yīng)力『f] = Kfn ' [ f]' 可查得[二F ]'= 壽命系數(shù)K = FN 56MPa 9 106 6.36 106 二 0.814 [1 Kfn「]' 二 0.814 56 二 45.

27、584MPa 2.105 0.8 1.53 1.05 1095228875 160 620 20 : 15.12MPa [ f] 可知彎曲強(qiáng)度是滿足的 可知蝸輪蝸桿的參數(shù)如下表 第一級(jí)蝸輪蝸桿參數(shù) 名稱 代號(hào) 數(shù)值 中心距 a 320mm 蝸桿頭數(shù) Z1 1 蝸輪齒數(shù) Z2 62 齒形角 a 200 模數(shù) m 8mm 傳動(dòng)比 i 62 蝸輪變位系數(shù) X2 0 蝸桿直徑系數(shù) q 18 蝸桿導(dǎo)程 Pa 25.133 導(dǎo)程角 丫 3° 10' 47” 第二級(jí)蝸輪蝸桿的參數(shù) 名稱 代號(hào)

28、 數(shù)值 中心距 a 400mm 蝸桿頭數(shù) Z1 4 蝸輪齒數(shù) Z2 31 齒形角 a 200 模數(shù) m 20mm 傳動(dòng)比 i 7.75 蝸輪變位系數(shù) X2 +0.500 蝸桿直徑系數(shù) q 8 蝸桿導(dǎo)程 Pa 62.83 導(dǎo)程角 丫 260 33' 54” 第四章校核 4.1 各軸轉(zhuǎn)速 ni=nm=1460r/min n2=ni/ii=23.55r/min n4=n3=n”i2=3.04r/min n5=n4/i 3=0.70r/min n6=n5/i 4=0.21r/min 4.2 各軸的功率 電動(dòng)機(jī)效

29、率0.88,自鎖蝸桿效率0.45,第二級(jí)蝸桿0.80,聯(lián)軸器0.99,軸承 0.98,圓柱齒輪 0.95, Ped=11kw P1=11X0.88 X0.99=9.58kw P2=9.58X0.98 X0.45=4.22kw P3=P2X 0.98 X0.80=3.31kw P4=P3X 0.98 X0.99=3.21kw P5=P4X 0.98 X 0.95=2.99kw P6=P5X 0.98 X0.95=2.78kw 4.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 9.55 10 F! T4 二 二10084046N , mm n, 9.55 106 P5 T5 = - 4079214

30、3N , mm Q T6 9.55 106 P 126423809.5N ? mm 4.4齒輪的校核 第一級(jí)齒輪的校核 材料 小齒輪材料20Cr2Ni4滲氮后淬火，硬度為62HRC;大齒輪材料為20CrMnTi, 硬度為58HRC 查得小齒輪的接觸疲勞極限為1650MPa,大齒輪的疲勞極限為1650MPa 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N4 = 60n,jLh = 60 3.04 1 (8 300 15) = 6.57 10 N5 = 60n5jLh = 60 0.7 1 (8 300 15)= 1.51 106 齒面接觸強(qiáng)度校核 校核公式 = 2.

31、5Ze 普 2H  查工具書得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.85 , KHN2=1.00 安全系數(shù)S=1 可得，［入］1 = 0.85 1650 =1402.5MPa [入]2 =1.00 1 6 501650 [二H ]=[二H ]1 =1 40老M Pa 計(jì)算載荷系數(shù)K K n KKK K A V H - H _ 可查得 Ka=1, Kv=1.01, Kha=1, Khb=1.162 計(jì)算得K=1.17 1/2 代入 ZE=189.8MPa ,K=1.28,T1=10084046 N - mm,產(chǎn)4.34, ① d=0.4,d1=184mm 可得，(TH

32、=1330MPa< [(th] 齒根彎曲強(qiáng)度校核 2 KTYFaYa dm3Z2 [f] 可查得小齒輪的彎曲疲勞極限為 ^fi =950MPa 大齒輪的疲勞極限為c-F2 =950MPa 彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni =1.00,Kfn2 =1.05 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 1.2 [二 f]i 可得 [二 f]2 KFN1「FE1 S 二792MPa K FN2'- FE2 S 二 831MPa [二f]十f]2 =792MPa K=KAKVKF a KF B Kf« =1.1,Kfb=1.105 K=1.2 Yfa =2.

33、69, Y fb=1.575 2KTiYFaYsa ~7 3~2- "E d m z1 = 782MPa < [c F ] 第二級(jí)齒輪的校核 Zi=61, Z2=200 材料 小齒輪材料20Cr2Ni4滲氮后淬火，硬度為62HRC;大齒輪材料為20CrMnTi, 硬度為56HRC 查得小齒輪的接觸疲勞極限為1800MPa,大齒輪的疲勞極限為1750MPa 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) M = 60n5jLh = 60 0.7 1 (8 300 15)= 1.51 106 W 二 60n6jLh = 60 0.21 1 (8 300 15)= 0.46 1

34、0 查工具書得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.98 , KHN2=1.01 安全系數(shù)S=1 可得，[0h]1 =0.98 1650 V 1567.5MPa [0H ]2 =1.01 1 6501 6 6.6) [入]+H ]1 =1 56.萬(wàn)M Pa 齒面接觸強(qiáng)度校核 二 h =2.5Ze d1=610mm.b=75mm,① d=0.115,仙=3.28,T1=40792143N mm 取 K=1.17. 2K「 二：： 1 二H =2.5Ze J , i bd 1 = 923MPa H ] 齒根彎曲強(qiáng)度校核 2KTYfY r . [ T1=40792143N.

35、mm, YFa =2.28,YSa=1.73,m=10.Z1=61,① d=0.115取 K=1.28 可查得小齒輪的彎曲疲勞極限為 oF1 =950MPa 大齒輪的疲勞極限為ci2 =950MPa 彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni =1.01, Kfn2 =1.15 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 1.2 [0F]1 - KFN1'- FE1 =831MPa 可得 S_ K FN 2-- FE 2 _ _ _ [0 F]2 = =910MPa S [oF]+F]2 =831MPa 2K「YFaYsa 3m3z1 =778MPa <[-f] 4.5軸的校核

36、 小齒輪軸受力分析如上圖 T4 6 9.55 10 P =10084046N . mm Ft 2T4 di 2 10084046 184 1.10 105N 5 Fr 二 Ft tan 1.10 10 tan20 _ _ 4 : 4.0 10 N Ft 5 Fn — 1.17 10 N cos T - 10084046N t mm _ _ _ _ _ _ _ 5 _ _ _ M 二 Fn . L : 1.17 10 120 1.404 107 N , mm 軸對(duì)材料為40Cr調(diào)質(zhì)后淬火， 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為

37、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以" 二1 ■. 2 ca 、M 2 T W 1.404 107 100840462 0.1 803 二 337.6MPa 查得 以定軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)后淬火，查得 ［［二 350MPa,「二 337.6工［」 故安全 4.6小齒輪軸承的校核 所選軸承為6316 參數(shù) d=80,D=170,B=39,D1=92,D2=154,Cr=126KN,C0r=86.5KN 巳） 4.0 104 N RH Frv 1.10 105N 1.17 105N 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P _ _ 5 ___ _5__ P 1.2 1 1.1

38、7 10 1.404 10 N 預(yù)期壽命Lh" 300 8 15= 36000h ( 106 C 106 126000 L = = ―卜 60n4 P 60 3.04 140400 二 3962h LJ 故軸承滿足要求 第五章控制部分 5.1 控制部分電氣原理圖 5.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制部分 該部分電路采用變頻器作為主控部分， 具有較強(qiáng)的變速功能，且外部控制線 路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用變頻器變速，只需要經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)就可以達(dá)到回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)的目的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 在此控制部分，由于工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)小于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以？

39、1<?1N, 即低于電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速調(diào)速，這時(shí)電壓與頻率成比例同時(shí)調(diào)節(jié)。 可知，此時(shí)磁通 和轉(zhuǎn)矩都近似不變。這是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 變頻器外部有正轉(zhuǎn)控制端 M0,反轉(zhuǎn)控制端M0,公共端GND,模擬信號(hào)輸 入端AV1及+24V電源輸入端。當(dāng)合上主電源開關(guān)，SA2開關(guān)接通時(shí)，扳動(dòng)雙向 開關(guān)SA1,接通11號(hào)線與13號(hào)線，旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；同理，接通 12號(hào)線與13 號(hào)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 RP,使模擬信號(hào)輸入端 AV1的電壓從0V 無(wú)級(jí)變化到+10V,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。 5.3 翻轉(zhuǎn)電機(jī)的控制 圖為翻轉(zhuǎn)電機(jī)的控制電氣原理圖，該控制電路通過(guò)降壓變壓器得到 24V的 控制電

40、壓。當(dāng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需要到達(dá)某一位置時(shí)，先設(shè)置 SQ1或SQ3在所要到達(dá)的 位置，然后按下SB1或SB2按鈕，KA1或KA2通電并自鎖，使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作， 到達(dá)設(shè)置位置時(shí)自動(dòng)停止。在該控制中SB1與SB3和SB2與SB4的聯(lián)鎖可斷開， 以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，手動(dòng)控制每次轉(zhuǎn)換翻轉(zhuǎn)方向，需要先斷開 SB0,否則，會(huì)導(dǎo)致 電機(jī)損壞，在該控制中SQ3和SQ4起行程保護(hù)的作用，止匕外，該控制還具有短 路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)。 致謝 本次設(shè)計(jì)，首先我要感謝劉國(guó)寧老師和研究所楊老師，感謝他們對(duì)我的指導(dǎo) 和幫助，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在增進(jìn)知識(shí)面的同時(shí)， 也使我在對(duì)待困難又有了全新 的認(rèn)識(shí)，使我受益匪淺。在此，我鄭重的向我的

41、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師劉國(guó)寧老師和 研究所楊老師表示感謝。 在此，我還要感謝大學(xué)四年來(lái)傳授我知識(shí)的各位老師以及幫助我的同學(xué)們， 感謝大學(xué)期間他們給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝機(jī)械工程學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們畢 業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)注，為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的環(huán)境。 由于這次設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，同時(shí)時(shí)間有限，再加上本人的水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò) 程中難免有遺漏和過(guò)錯(cuò)，希望能得到老師及同學(xué)的批評(píng)指正， 以使自己在今后工 作、生活中能加以改正。 最后，祝鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院所有老師工作順利、身體健康、萬(wàn)事如意， 祝同學(xué)們順利畢業(yè)。祝愿鄭州大學(xué)的明天更美好！ 參考文獻(xiàn) 【1】濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版.北京：高

42、等教育出版社，2006.5. 【2】何小柏.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].第一版.北京：高等教育出版社，1995. 【3】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001年1月 [41王先奎.機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年1月 【5】劉朝儒，彭福蔭等.機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社，2001年8月 [6] SolidWorks公司.SolidWorks高級(jí)教程：高級(jí)裝配.北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，200年2月 【7】張琳娜.精度設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制基礎(chǔ).北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006年8月 【8】劉鴻文.材料力學(xué)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2005 【9】王政，劉萍.焊接工裝夾具及變位機(jī)械圖冊(cè)[M].第1版.