15t自調式焊接滾輪架設計

喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內，有疑問咨詢QQ:414951605 或 1304139763 畢業(yè)設計（論文） 題 目 15t自調式焊接滾輪架設計 設計項目 計算與說明 結果 6.3.1 按接觸疲勞強度設計 6.3.2 按彎曲疲勞強度校核 7.3.1 滾輪軸的設計 7.3.2 中間軸設計 7.3.3 基軸設計 7.3.4 傳動軸設計 8.2.1 電機與一級減速器之間的聯軸器 8.2.2 一、二級減速器之間的聯軸器 8.2.3. 傳動軸兩端的聯軸器 9.4.1 滾輪軸上的軸承 9.4.2 中間軸上的軸承 10.3.1 滾輪處鍵的選擇 10.3.2 滾輪軸與齒輪連接處的鍵 10.3.3 二級減速器與齒輪連接處的鍵 第1章 前言 1.1 焊接滾輪架的發(fā)展 隨著焊接技術的高速發(fā)展，對焊接生產的機械化和自動化提出了越來越高的要求。焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為了滿足市場需求而設計生產的。它是借助于焊件與主動輪之間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉的裝置。主要用于圓筒形焊件的焊接和裝配。焊接滾輪架是主動輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉的變?yōu)闄C械。它主要用于筒形工件的縱向焊縫，環(huán)向焊縫的裝配和焊接作業(yè)。也可以在焊接滾輪架上進行修整，割孔及探傷作業(yè)。滾輪架是容器生產中最常用的工藝裝備。焊接滾輪架按結構形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架，主動滾輪架裝置在一根電動機驅動的軸上；從動滾輪架在另一根公共軸上。滾輪中心距離可以調節(jié)，適用于焊接薄壁、長度大的筒形工件。第二類是組合式滾輪架：主動滾輪架與從動滾輪架各自獨立，可根據工件的長度任意組合，使用方便靈活，適用性強，是目前運用最廣泛的滾輪架之一。 滾輪架有以下特點： 1)根據焊接的重量、長度任意組合，使用方便靈活。 2)規(guī)定范圍內自動調節(jié)滾輪中心距，適用于不同直徑的焊件，圓筒焊件放置平穩(wěn)。 3)采用可控硅供電直流電動機驅動，無極調速、焊速范圍大、速度穩(wěn)定。 4)用性強，使用廣泛。 5)用組合式滾輪，鋼輪外包橡膠傳動平穩(wěn)、摩擦力大、壽命長。 6)工件輪壓小，可避免工件表面產生冷作硬化。 焊接滾輪架多采用直流電動機驅動，降壓調速。這種方式沿用已久，技術很成熟，電動機的機械特性比較硬，起動力矩較大，但是目前滾輪架使用的最廣泛的拖動調速方式。確定是電動機結構復雜，調速范圍較窄，一般很轉矩的調速范圍為1：10左右。低速時速度不穩(wěn)定，有爬行現象。也有滾輪架是采用交流異步電動機拖動，變頻調速。近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價格的下降，采用交流電動機驅動變頻調速的滾輪架也日趨增多。優(yōu)點是調速范圍寬，可達1:20，線轉動平滑性好，低速特性硬。缺點是低速段過載倍數降低太大，變頻電源價格也較高，但隨著電動機額定功率的增加，價格上升則相對平緩，所以在重型焊接滾輪架上采用交流異步電動機拖動和變頻調速比較合適。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，其額定轉速實際上并不一致。因此要把實測數據較為接近的一組電動機作為焊接滾輪架的拖動電機。另外，一對重型焊接滾輪架的金屬滾輪一般采用鑄鐵或者合金鋼球墨鑄鐵制成表面硬度為50HRC的滾輪。滾輪直徑躲多在200-700之間。國外滾輪架瓶中多、系列全。我國1990年頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標準（ZBJ/T 33003-1990）。 焊接滾輪架存在一個軸向竄動的問題，只有當滾輪和焊件都是理想的圓柱體且各滾輪尺寸一致，轉動軸線都在同一水平面內并與焊件平行時才能實現。理論和實踐都表明：影響焊件作軸向竄動的主要原因是滾輪各軸線的平行度。因此要做到：①主、從動滾輪架都位于同一中心線上②各滾輪軸線都在同一水平面內且相互平行③滾輪間距相等。目前有三種機構可解決此問題： 1）頂升式執(zhí)行機構 2）偏移式執(zhí)行機構 3）平移式執(zhí)行機構 1.2 滾輪架的工作原理及類型 1.焊接式滾輪架工作原理： 接式滾輪架主要是借助主動輪與焊件之間的摩擦力,帶動焊件旋轉的變位機械。 2.焊接式滾輪架的組成： 焊接滾輪架（主動滾輪架，從動滾輪架）；主動滾輪架由底座、滾輪、傳動減速機構、控制系統組成，從動滾輪架由底胎和滾輪組成。 3.焊接滾輪架的分類： 按結構形式分：長軸式滾輪架、組合式滾輪架 長軸式滾輪架：滾輪沿兩平行軸排列，與驅動裝置相聯的一排為主動滾輪，另一排 為從動滾輪，也有兩排均為主動滾輪的，主要用于細長薄形焊件的組隊與焊接。 組合式滾輪架：主動輪架、從動輪架、混合滾輪架都是獨立的，使用時可根據焊件的長度進行任意組合，其組合比例也不僅是1與1的組合，因此使用方便靈活，對焊件的適應性強，是目前應用最廣泛的結構形式之一。 按調節(jié)方式分：自調式、非自調式 自調式：自調式焊接滾輪架可以根據焊件直徑自動調整滾輪架的間距。 非自調式：非自調式焊接滾輪架是靠移動支架上的滾輪座來調節(jié)滾輪的間距。 在焊接結構生產中使用機械設備的目的主要是: 1)保證和提高產品的質量； 2)提高勞動生產率和降低成本； 3)擴大焊接機的使用范圍； 4)減輕人工的勞動強度。 當在裝配與焊接過程中若不使用機械設備就不足以保證產品質量時,就必須在投產前采購或自行設計和制造這種裝備。除此之外，則是根據經濟和效益來決定是否采用焊接機械設備。 1.3滾輪架的設計原則及要求 在國內一些大型或較復雜的焊接機械裝備已有專業(yè)廠生產，可根據生產需要選購和訂購焊接機械設備設計就是一種機械設計，但這種機械設計必須充分考慮，焊接工藝的基本特點并滿足裝配和焊接工藝的特殊要求，一般的設計原則與要求是： 1.工藝原則 焊接產品總是由兩個以上的零、部件組成，由于施焊方便，或易于控制焊接變形等原因，裝配和焊接兩道焊接工序可能是先裝完后再焊，也可能是邊裝邊焊，所以設計裝備應能適應這種情況。 焊接式局部加熱過程，不可避免產生焊接應力與變形，在裝備上設置定位器和夾緊器件時要充分考慮焊接應力和變形的方向。通常在焊件平面內的伸縮變形不作限制，通過焊件留收縮余量方法讓其自由的收縮；而焊接面外的焊接變形，如角變形、彎曲應力變形或波浪變形等應用夾具加以控制；有時還要利用夾具作出反變形的工藝措施，這些都是要求定位和夾緊器來實現。 用電作熱源的焊接方法，一般都要求焊件本身作為焊接回路中的一個電極，就可能要求焊接裝備具有導電或絕緣功能。當焊接電流很大時，導電部分還需有散熱措施；真空電子束焊接所用的夾具不得用點磁性材料制作，也不得有帶剩磁，以免影響電子束聚焦等。 明弧焊接時，難免產生煙塵、金屬或熔渣的飛濺物，他們會損壞工裝上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。 2.安全可靠原則 安全可靠原則指裝在可用期內絕對安全可靠，凡是受力構件都應具有足夠的強度和剛度，足以承受焊件重力和因限制焊件變形而引起的各方向的反作用力等。夾緊時不破壞焊件的既定位置；夾緊后既不讓焊件松動滑移，友不使焊件的拘束度過大以免產生較大的約束應力；夾緊機構應能自鎖等。 3.方便原則 裝備必須便操作和施工，能使裝配和焊接過程簡化，工人勞動強度降低到最低，工件裝上和卸下方便；有供焊槍、面罩、焊接機頭等進出和擺動的空間以及工人自由操作的位置，也便于中間進行質量檢測；裝備上各種機件操作要輕巧靈便；定位、夾緊和松開過程要省力而快速；對易損零、部件便于維修和更換等。 4.經濟原則 所設計的裝備必須易于制造，投資少，制造成本低，回收期短。盡量選用通用化、標準化零、部件；在一個夾具上定位器件和夾緊機構的結構形式不宜過多也不應過于復雜；使夾具和機械具有較好的制造工藝性能和較高的機械效率；裝備在使用時能源消耗和管理費用少等 第2章 總體設計 2.1滾輪架的組成 焊接滾輪架（主動滾輪架，從動滾輪架）；主動滾輪架由底座、滾輪、傳動減速機構、控制系統組成，從動滾輪架由底胎和滾輪組成。 焊接滾輪架主動滾輪架、從動滾輪架都是獨立的，它們之間可根據工件的重量和長度任意的組合，其組合比列可以是一主一叢的組合，也可以是一主兩叢、一主三從的組合，使用起來方便靈活，對焊件的適應性強。主動架主要由底座、滾輪、傳動減速機構、控制系統組成，從動架主要由底胎和滾輪組成。 (1)底胎 采用H型鋼焊接而成的鋼架結構，保證其良好的剛性和在工作狀態(tài)中設備的穩(wěn)定性，并且能減輕整套焊接滾輪架的重量，即節(jié)約了大量的板材消耗又達到了工藝要求的設備使用的效果。 (2)滾輪 焊接滾輪架的主動輪與從動輪上各有兩只滾輪，選用金屬材質的滾輪，這樣就可以大大提高本焊接滾輪架的承載能力。 (3)旋轉減速機構 主動架上的兩只滾輪分別有兩臺直聯型雙級擺線針輪減速機驅動形成回轉驅動力，這種減速機的優(yōu)勢在于速比大，效率高，體積小，傳動平穩(wěn)可靠，壽命長，便于維護等特點。從動架上沒有傳動減速機，只有兩只金屬滾輪，因為從動架只起到支撐與輔助傳動的作用。 (4)控制系統 采用變頻器無極調速，調速范圍寬，精度高，啟動扭矩大，驅動能力強，高可靠性，多種自我保護功能，免維修等特點。焊接滾輪架的啟動、停止、正反轉及調速，均在控制平臺上操作。 設備的控制配電箱放置在遠離設備的一側，變頻器速度顯示，其顯示單位設為Hz。焊接滾輪架的工作狀態(tài)及轉速調節(jié)通過控制按鈕完成的。 正轉、反轉/停止——當工件裝卡完畢后，即將開始工作時，扳動正轉/反轉開關，焊接滾輪架的控制變頻器得電，這時擺線減速機就能得電工作。并且可以調節(jié)工件得旋轉方向，當需要停止時把紐子扳到停止位置即可。 速度調節(jié)——當焊接滾輪架旋轉工作時，根據焊接工藝要求得參數，可任意調節(jié)焊接滾輪架得旋轉速度即工件得旋轉速度，已達到焊接的質量要求。 2.2滾輪架各總體結構參數的確定 圖2-1 滾輪架總體結構圖 在圖中是內測滾輪間的夾角，是兩外側滾輪架之間的夾角。為兩內測滾輪中心的距離，為兩外側滾輪中心的距離。為滾輪架擺角，l為滾輪鋼架的單臂長度。 噸位：15T 焊接滾輪的圓周速度8~48m/h的無極調速。 如圖1所示工件直徑增大時滾輪與工件的中心包角減小，在小于時會使傳動過程不穩(wěn)定，在工件偏心時尤為嚴重，焊接質量不能保證。當工件直徑減小時，增大，在>時由于滾輪承受工件的正壓力減小，此時所需功率大，傳動過程也不穩(wěn)定。在=時已經完全不能承受工件壓力，失去了滾輪支撐工件、傳送扭矩和功率作用，以保證焊接滾輪架以較小的驅動功率獲取較大的傳動扭矩，并保證傳動過程均勻，平穩(wěn)可靠，就要適當的確定焊接滾輪架的幾何結構尺寸。是滾輪與工件包角在~范圍內變化。 由于滾輪架15T，查《焊接工裝夾具及變?yōu)闄C械》表2-6，可選用組合輪。即鋼輪與橡膠相結合，承載能力比橡膠輪高，傳動平穩(wěn)，由已知得滾輪直徑D=400。 每個支座上的一對差動滾輪的兩臂張角通常在~內變化，一般取。 （R+r）/l，隨的變化而變化，如圖2-2、圖2-3所示。 圖2-2 α2與θ的關系 由圖可見隨滾輪架擺角的增大，自調式滾輪架的所適應的工件半徑R范圍也增大，但同時外側滾輪與工件中心包角在不斷減小，當其小于時滾輪架的傳動過程也會變得不穩(wěn)定，反之，減小時，R也減小，增大。為了使在~內變化時，滾輪擺架的擺角變化范圍為~左右。該范圍大 小也與（臂長和兩中心支座之間的距離的比值）的取值大小有關系。下表給出了當在~范圍內變化時不同值、擺角、（R+r）/的變化范圍。 圖2-3 與的關系 表2.1 和的取值范圍 的取值范圍受限于所焊工件的半徑的大小，其最小值以滾輪擺動不發(fā)生干涉為限。由表可知在不考慮滾輪半徑的影響時其值應小于2，若考慮滾輪半徑在內一般2.5，值越小，自調式焊接滾輪架的結構尺寸越緊湊，但所適應的工件半徑及半徑范圍減小，值增加時則所適應的工件半徑及半徑范圍增大。綜合考慮的影響，其最大值為8。因此的取值范圍為。此設計中綜合考慮工件半徑范圍和緊湊性取=4 由表1可知，當=4時，故可得的取值范圍為： 即： 則取=380mm 且 故滿足條件。 當=4時，由表1可知， 當時， 當時， 當時， 故滿足要求。 2.3焊接滾輪架軸竄機理及影響因素 焊接滾輪架驅動焊件繞其自身軸線旋轉時，往往伴有軸向的竄動，從而影響焊接質量和焊接過程的正常進行，嚴重時會導致焊接過程的中斷，甚至發(fā)生焊件傾覆等設備人身事故。因此，國內一些工廠常采用在焊件端頭硬頂的方法，強行制止焊件的竄動。這種方法，對小噸位焊件還較有效，但對大噸位焊件采用硬性阻擋的辦法往往效果不佳。因為焊件重量大，旋轉時軸向竄動力也大，強行阻擋，則勢必使焊件旋轉阻力增大，引起轉速不穩(wěn)定，產生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因擠壓而破壞。在此背景下，國外開發(fā)了防軸向竄動技術，并于20世紀80年代中期推出了防止焊件軸向竄動的焊接滾輪架，將焊件的竄動量控制在±2以內，滿足了各種焊接方法對施焊位置精度的要求。 我國自20世紀80年代末期也開展了此項技術的研究。20世紀90年代初期，國內個別焊接輔機制造廠已有產品上市。在防竄精度和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等國的產品尚存在差距。且各滾輪尺寸一致，其轉動軸線都在同一水平面內并平行于焊件軸線時，則主動滾輪驅動焊件作用在焊件上的力，和從動滾輪作用到焊件上的反力，均為圓周力。此時，焊件繞自身軸線旋轉，不會產生軸向竄動。但是，當這一條件受到破壞，例如滾輪秒5制造安裝存在誤差、焊件幾何形狀不規(guī)則等，使前后排滾輪存在高差和滾輪軸線與焊件接觸處存在軸向分力時，便形成了焊件軸向竄動的必要條件。但是各軸向力的方向并不完全一致，只有滿足下式十，才具備了發(fā)生軸向竄動的充分條件。 式中：——焊件重力的軸向分量； ——各滾輪作用在焊件上的軸向力； ——焊接滾輪架的滾輪數量。 在生產實踐中，由于前后排滾輪的高程精度很容易控制，且前后排滾輪的間距較大，因此，焊件自重產生的軸向分量很小，不是產生軸向竄動的主要因素，而滾輪架的安裝制造誤差、焊件幾何形狀偏離理想圓柱體等綜合因素的作用，使?jié)L輪軸線與焊件軸線不平行而形成空間交角，導致各滾輪都有軸向力作用于焊件，才是發(fā)生軸向竄動的主要原因。 試驗結果和分析表明： 1）滾輪軸線與焊件軸線愈不平行，所形成的螺旋角越大，則焊件的軸向竄動速度愈大，當=時，與成線性關系；當時，隨的增加，成非線性增加，但增量遞減。 2）焊件軸向竄動速度與其轉速成正比。 3）同向偏轉同一角度的滾輪數越多，焊件軸向竄動速度越快，成非線性增長關系。 4）焊件的橢圓度和焊件的偏重都使軸向竄動速度成周期性變化。 5）各滾輪軸線在同一水平面的情況下，滾輪間距和滾輪架之間的相互距離，對軸向竄動沒有影響。 6）焊件重量的增加，對其軸向竄動速度幾乎沒有影響。 由此可知，滾輪各軸線與焊件軸線的平行度應是焊件軸向竄動的主要控制因素。因此，在制造和使用焊接滾輪架時，應注意做到：①滾輪軸線都在同一水平面內，并相互平行；②滾輪間距應相等；③滾輪架都位于同一中心線上。 放在焊接滾輪架上的焊件，若在旋轉過程中伴有軸向竄動（向前后向后），則實際上，焊件是在作螺旋運動（左旋或右旋）。若能采取某種措施，把焊件的左運動及時地改為右旋運動，或將右旋運動及時地改為左旋運動，則焊件可返回初始位置。要達到這一目的，從原理上講，凡能改變滾輪軸線與焊件軸線螺旋角的一切執(zhí)行機構，均可實現這一目的。即在不改變焊件轉向的前提下，設法使焊件的軸向位移方向發(fā)生改變。從此原理出發(fā)，目前已有三種結構形式的執(zhí)行機構可完成此任務。 （1）偏轉式執(zhí)行機構 當焊件發(fā)生左向軸線竄動時，位移傳感器便發(fā)出信號，控制機電裝置動作，使從動滾輪在水平面內逆時針偏轉一角，焊件即在摩擦分力作用下開始向右移行；當越過標定線后，位移傳感器又發(fā)出信號，使從動輪順時針偏移，則焊件向左移動，這樣，焊件在動態(tài)調節(jié)過程中，被穩(wěn)定在給定的位置范圍內，達到防軸向竄動的目的。 偏轉式執(zhí)行機構有通過液壓缸推動轉動支座，使從動輪偏轉的；也有是電動機經減速后，通過與小齒輪嚙合的扇形齒輪，使從動滾輪偏轉的。 （2）升降式執(zhí)行機構 當控制從動滾輪升降時，焊件軸線在空間相對與從動滾輪軸線發(fā)生偏斜，其在水平面的投影角為；在垂直面的投影角為。這樣，在水平面內，焊件相對于從動滾輪偏移了一個角，其作用和在上述偏轉式機構中從動滾輪相對焊件偏移一個角是一樣的。另外，在垂直面內投影角的出現，也使焊件自重產生了軸向分量，這兩種因素的綜合作用，將使焊件軸向位移的方向發(fā)生改變。 升降式執(zhí)行機構有通過機電控制使電動機正反轉，帶動杠桿梁繞支點變向轉動，使從動滾輪升降，也有通過電液伺服閥，控制液壓缸活塞桿的伸縮，使從動滾輪升降。 （3）平移式執(zhí)行機構 當控制位于同一滾輪架上的兩個從動滾輪沿垂直于 焊件軸線的方向同步水平移動時，則焊件以主動滾輪為支點發(fā)生位移，其軸線使焊件軸向相對于滾輪軸線偏移了一角，從而達到調節(jié)焊件軸向位移的目的。 平移式執(zhí)行機構也是控制電動機的正反轉，經針擺線減速器減速后，驅動曲柄在±角度的范圍內轉動，從而帶動連桿使滑塊座平移，而滑塊座，是通過直線軸承與從動滾輪座固接在一起的，直線軸承套裝在光桿上。這樣從動滾輪座根據位移傳感器發(fā)出的信號，沿光桿向左或向右移動以調節(jié)焊件的竄動方向；也有是液壓驅動的平移式執(zhí)行機構。從動滾輪座沿光桿的移行，是根據位移傳感器的信號，由電磁換向閥控制液壓缸活塞桿的伸縮來實現的。 第3章 受力分析 3.1工件直徑最小時受力分析 圖3-1 從動輪受力分析 圖3-2 主動輪受力分析 圖4、圖5所示為工件直徑為500時的受力分析。 其中：K為滾輪摩擦力臂，查《機械設計手冊》第二冊上表1-10，知K取0.25 3.2工件直徑最大時受力分析 圖3-3 主動輪受力分析 圖3-4 從動輪受力分析 當工件直徑最大時，我們可以明顯看到，工件的重力靠四個輪同時承受，故滾輪平均受力較工件直徑最小時要小，同時對于滾輪軸無論是工件直徑最大還是工件直徑最小時，滾輪 都完全承受工件的力，故可以看出滾輪最危險的工作環(huán)境是當工件直徑最小的時候。故后面的計算都是以工件為最小直徑的情況進行討論，以保證滾輪架工作的安全。 第4章 電機選擇 4.1電動機的類型 對于有特定要求的工作機械，應優(yōu)先選用專用電機。如何工作于高濕度，有鹽霧、油霧、毒菌、凝露等環(huán)境的船用電動機；有較高效率及節(jié)能指標的紡織電動機；有冷卻塔和通風機專用的低噪音電動機；有作為激振動力源，如用于糧食加工機械或振動篩、振動傳輸機械的振動異步電動機；在化工、橡膠、紡織、造紙等工業(yè)中有時要求軟機械特性和寬調速范圍的電動機，在負載增加時電動機的出軸轉速隨之降低而輸出力矩增加，保持與負載平衡，并允許較長時間堵轉的三相力矩電動機等。 對于一般機械，在滿足生產機械要求前提下，優(yōu)先選用結構簡單、工作可靠、價格便宜、維護方便的電動機。從一般要求看，交流電動機優(yōu)于直流電動機，交流異步電動機優(yōu)于交流同步電動機，鼠籠式異步電動機優(yōu)于繞線式異步電動機。 對于連續(xù)運行，負載平穩(wěn)，對起動、制動沒有特殊要求的生產機械，應優(yōu)先采用普通鼠籠異步電動機，它廣泛用于各種機床、水泵和風機等。大中功率的空壓機和皮帶運輸機等生產機械要求有較大的起動轉矩，應才用深槽式或雙鼠籠式異步電動機。 橋式起重機、礦機提升機、不可逆軋鋼機等生產機械運行時起動、制動比較頻繁，又要求較大的起動。制動轉矩，可以選擇繞線式異步電動機。 對于無調速要求的大中容量的水泵或空壓機等，以及需要轉速恒定或要求改善功率因數時，可以選用同步電動機。 有些機床等小功率生產機械只要幾種轉速，為了簡化傳動裝置，可以采用變速多極鼠籠式異步電動機。 大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、造紙機等需要穩(wěn)定平滑的調速，調速 范圍在1:3以上，應采用他激直流電動機或變頻調速的鼠籠式異步電動機。 電車、電機車等要求起動轉矩大，機械特性軟，可以選用串激或復激直流電動機。 4.2 電動機的轉速及功率 額定功率相同的電動機，如果額定轉速越高與生產機械所需的轉速，其拖動系統的傳動速比越大，減速機構越復雜，但電動機的體積小、重量輕、價格低，而電動機的飛輪矩也小。電動機的飛輪矩和額定轉速的乘積越小，過度過程越快，能量損耗越少。對于要求經常起動、制動和正反轉的生產機械比較經濟。另一方面，電動機額定轉速一般不低于。額定功率相同的電動機如果轉速越低，則尺寸越大，價格越貴。所以選擇電動機的額定轉速要根據生產機械所需的轉速以及減速機構和電動機的技術經濟要求等具體情況綜合考慮。 計算并選擇電動機額定功率要考慮兩個因素：一是電動機的發(fā)熱和溫升，電機運行時的發(fā)熱情況不僅取決于負載的大小，也和負載持續(xù)時間長短，即電動機的工作方式密切相關，所以一般要根據電機的不同工作方式及生產機械的負載圖先預先電機，在繪制電機負載圖的基礎上進行發(fā)熱校核；二是對交流電機要考慮啟動工作機械的最大轉矩，對直流電機要考慮換向條件允許段時間過載能力。 根據負載性質選擇電機時參考電動機機械特性圖，同步電動機、直流并勵電動機、一般交流異步電動機為硬特性，即負載轉矩在允許范圍內變化時轉速不變或變化不大；直流串勵電動機及交流繞線型異步電動機轉子串電阻的特性均屬于軟特性，即負載轉矩增加，電動機的轉速顯著下降，但啟動轉矩大。 4.3滾輪架電機選擇計算 單邊滾輪所需功率 其中n為工作機轉速，為工作機效率。 根據工作機的類型取m，則 兩邊驅動輪共需功率： 傳動總功率為 式中、……分別是傳動裝置中每一傳動副（如齒輪、蝸桿）及每對軸承和每一個聯軸器的效率，其值如下： 、、、 根據總體設計中的各傳動形式可確定傳動效率為 故選額定功率為1.1kw的電磁調速異步電動機YCT132-4A，其參數為：，調速范圍 第5章 傳動比分配及減速器選擇 5.1減速器選擇考慮因素 減速器是在原動機和工作機之間的獨立傳動部件。一般以齒輪、蝸桿傳動等傳動件裝在鑄造或焊接的剛性箱體中構成，有些減速器與電動機構成一個組合體，結構緊湊、使用方便。選擇減速器一般考慮一下問題： 1.根據總體布置的要求選擇減速器的型式。在沒有其他特殊要求的情況下，常首先考慮選用圓柱齒輪減速器，其輸入軸和輸入軸相互平行。因為這類減速器加工方便、效率高、成本較低。當要求電動機軸與輸出軸之間成角布置時，可以采用圓錐齒輪或圓錐-圓柱齒輪減速器。當傳動比較大，要求結構緊湊時，可以選用蝸桿傳動，但蝸桿傳動效率低，適用于短期間歇使用。當要求機構緊湊、傳動比大、重量輕時可以選用行星齒輪減速器 2.根據傳動的主要參數選擇減速器的傳動級數和尺寸。根據減速器傳遞的功率，輸入轉速，總傳動比確定減速器的級數。 3.考慮其他要求選擇減速器型式。有些減速器還有其他要求，如機器人傳動裝置的減速器有運動精度、剛度、回差等方面的要求。在高溫、低溫、高速等條件下工作的減速器也有許多特殊要求。 減速器的潤滑是必要的，特別是在渦輪蝸桿減速器中，因為渦輪蝸桿傳動由于齒的摩擦產生大量的摩擦熱。 減速器的潤滑方式有浸油潤滑，噴油潤滑、噴霧潤滑。 浸油潤滑要求的結構簡單、潤滑可靠、成本低，但油的容量有限，冷卻效果差，油容易老化，工作中凈化能力差。齒輪箱的油量可按計算，大功率減速箱取小值，對多級傳動減速箱油量應適當增加。中小型齒輪箱，油深度至少為（30~50mm）。為了在運轉時觀察箱內的情況，要在箱體上設觀察孔，并設置油標觀察油面高度，為了及時更換潤滑油，應在箱體上有放油口和注油口。噴油潤滑用于齒輪速度高的齒輪減速箱或齒輪箱散熱不足的情況。噴霧潤滑用于載荷不很大，蘇打不很高的齒輪和傳動 在嚙合時蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和渦輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪音低。圓弧圓柱蝸桿減速器適用于起重、運輸、冶金、礦山、建筑等部門。包括CWU、CWS、CWO三個系列，采用滲碳、淬火及磨削的ZC1蝸桿傳動承載能力大。其輸入軸（蝸桿軸）轉速不超過1500r/min，工作環(huán)境溫度范圍，當工作環(huán)境溫度在以下時，在起動前要求將潤滑油預熱到以上，當超過時，必須采取冷去措施。 CWU、CWS、CWO型圓弧圓柱蝸桿減速器效率可由下式估算： 式中：-額定輸出轉矩（N·m）； -實際傳動比； -額定輸入功率（KW）； -輸入軸轉速（r/min）。 5.2滾輪架中傳動比分配及減速器選擇 工作需要的轉速范圍為8~48m/h，即n=0.17~1.02r/min。 在傳動過程中有兩個渦輪蝸桿減速器和兩次齒輪傳動分別為、、、 且。 且，由于電機的調速范圍為125~1250r/min，則傳動比課適當的調大，根據傳動比系統要求調整為i=787.5。 第一個渦輪蝸桿減速器傳動比選為： 查《機械設計實用手冊》表9-2-14選擇減速器： 第二個渦輪蝸桿減速器傳動比選為： 查《機械設計實用手冊》表9-2-14選擇減速器： 齒輪傳動只做傳遞功率和力矩用，不起減速作用，故。 第6章 齒輪設計計算 6.1齒輪設計準則 齒輪傳動是機械傳動中嘴重要的傳動形式之一，形式多種多樣，應用范圍廣。齒輪傳動效率高，機構緊湊，工作可靠壽命長，傳動比穩(wěn)定。在齒輪傳動中比較常見的輪齒折斷和工作表面磨損、點蝕、膠合及塑性變形。 在閉式硬齒面?zhèn)鲃又邪待X面接觸疲勞強度設計，按齒根彎曲疲勞強度校核。在閉式軟齒面?zhèn)鲃又邪待X根彎曲疲勞強度設計，按齒面接觸疲勞強度設計。 6.2齒輪材料的選擇及參數確定 由齒輪的實效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有一下性質： 1.較高的抗磨損； 2.抗點蝕； 3.抗膠合及抗塑性變形的能力； 4.齒根要有較高的抗折斷能力。 綜上所述，齒輪性能的基本要求為齒面硬、齒芯韌。 常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和非金屬材料。鋼的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面的印度，故最適于用來制造齒輪。 除尺寸過大或者結構形狀只有鑄造者外，一般都采用鍛鋼制造齒輪，制造齒輪的鍛鋼分為經熱處理后切齒的齒輪用的鍛鋼和需進行精加工的齒輪所用的鍛鋼。對于強度、速度和精度都要求不高的齒輪應采用軟齒面以便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此應將齒輪毛坯經過常化或調質處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級，精切時可達7級。這類齒輪制造簡便、經濟、生產率高。高速重載及精密機器所用的主要是齒輪傳動，除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強度及齒面具有高硬度外，還應進行磨齒等精加工。需加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處理，最后進行精加工，精度可達5級或4級。這類齒輪精度高，價格昂貴，所用熱處理方法有淬火、滲碳、氮化氰化等。合金鋼根據所含獎金數成分及性能，可分為韌性、耐沖擊、耐磨損及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過熱處理或化學熱處理改善材料的力學性能及提高齒面的硬度。所以對于即使高速、重載有要求尺寸小、質量小的航空用齒輪，就都用性能良好的合金鋼。由于硬齒面齒輪具有力學性能高，結構尺寸小等優(yōu)點，因而一些工業(yè)發(fā)達的國家一般機械中也普遍采用了中、硬齒面齒輪傳動。 鑄鋼的耐磨性及強度均較好，但應經退火及?；幚?，必要時也可進行調質。鑄鋼常用于尺寸較大的齒輪。 鑄鐵性質比較脆，抗沖擊及耐磨性能都比較差，但抗膠合及抗點蝕能力較好?；诣T鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場合。 對高速、輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪音，常用非金屬材料做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為了使大齒輪基友足夠的抗磨性及抗點蝕能力，齒面硬度應為250~350HBS。為了滿足大小齒輪的壽命一致，一般在齒輪傳動中小齒輪齒寬大于大齒輪的齒寬5-10mm，小齒輪的硬度高于大齒輪的硬度。 在齒輪強度校核中使用的載荷系數K包括使用系數、動載系數、齒間載荷分配系數及齒向載荷分配系數。 使用系數是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數。這種附加載荷取決于原動機和從動機的特性、質量比、聯軸器類型以及運行狀態(tài)等。齒輪傳動中不可避免的有制造及裝配的誤差，齒輪受載后還要產生彈性變形。這些誤差及變形實際上使齒輪嚙合的法節(jié)不相等，因而齒輪就不能正確的嚙合，瞬時傳動比就不是定值，從動齒輪在運行中就會產生角加速度，于是引起了動載荷和沖擊為了減小動載荷，可將齒進行齒頂修緣即把齒頂的一小部分輪廓曲線修整成的漸開線。高速齒輪傳動或齒面硬化的齒輪，輪齒應進行修緣。若修緣量太大不僅重合度減小過多而且載荷也不一定就相應減小，故修緣一定要適當。一對相互嚙合的齒輪在嚙合區(qū)中有兩對或多對齒同時嚙合這就存在載荷在各個齒輪分配的系數，這就是齒間載荷分配系數。當軸承低相對于齒輪做不對稱配置時，受載前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產生的彎曲變形使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。這就存在一個齒向載荷分布系數。 6.3齒輪設計計算 小齒輪材料為（調質），硬度為280HBS， 大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS。 此處齒輪外箱體為焊接件最好無橫向受力，故采用直齒圓柱齒輪傳動。 此機械為一般工作機械，速度不高，故選用7級精度（GB10095-98）。 齒輪設計公式為： 式中：-載荷系數； -齒輪所傳遞的轉矩（N·mm）； -直徑系數， ； -齒輪的傳動比； -材料彈性影響系數（MPa），查《機械設計》表10-6； -齒輪的許用的齒面疲勞接觸強度； b-齒寬（mm）； d-齒輪直徑（mm）。 試選用載荷系數：。 大齒輪轉矩：齒輪輸入功率為， 查《機械設計》表10-7，由于齒輪懸臂布置則取， 查《機械設計》表10-6，由于材料是鍛鋼所以材料彈性影響系數。 根據齒輪材料硬度查《機械設計》圖10-21d，得小齒輪接觸疲勞極限，大齒輪接觸疲勞極限。 應力循環(huán)次數: 由應力循環(huán)次數查《機械設計》圖10-19，可得接觸疲勞壽命系數、 則有大小齒輪接觸疲勞強度許用應力極限： 式中：S為疲勞強度安全系數，對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞后只引起噪聲，震動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取S=SH=1。 圓周速度： 齒寬： 模數： 齒高： 查《機械設計》表10-2，因為齒輪運轉均勻平穩(wěn)故取使用系數 查《機械設計》圖10-8，由于圓周速度v=0.01m/s，齒輪的精度為7級，故齒輪的動載系數 查《機械設計》表10-4，由齒寬系數、齒寬、齒面硬度和齒輪布置形式，由插值法可得到接觸疲勞強度計算用齒向載荷分布系數 查《機械設計》表10-3，可知對直齒和俢形齒取 故齒輪載荷系數 按實際載荷系數校正所計算的分度圓直徑： 計算模數： 為了滿足臂長所滿足的中心距要求，取d=285mm，當d=285mm時，齒輪的齒面接觸疲勞強度增大，但齒輪的齒根彎曲疲勞強度需要校核。 當d=285時， 查《機械設計》表10-2，因為齒輪運轉均勻平穩(wěn)，故取使用系數 查《機械設計》圖10-8，由于圓周速度v=0.01m/s，齒輪的精度為7級，故取齒輪的動載系數 查《機械設計》圖10-13，根據接觸疲勞強度大小取彎曲疲勞強度計算用齒向載荷分布系數 查《機械設計》表10-3，可知對直齒和俢形齒取 故齒輪的載荷系數 根據大小齒輪的齒數，查《機械設計》表10-5得： ，，， 應力循環(huán)次數、和上次計算的值相同，即： ， 根據應力循環(huán)次數查《機械設計》圖10-18可得： ， 根據齒輪材料硬度查《機械設計》圖10-20，得大齒輪接觸疲勞極限，,小齒輪接觸疲勞極限，。 則有大小齒輪彎曲疲勞許用應力極限： 取 而齒輪實際的齒根彎曲應力： 故而設計的齒輪滿足齒根彎曲疲勞強度。 表6.1 齒輪系數 大齒輪 小齒輪 模數 5 5 齒頂圓直徑 295 105 齒根圓直徑 272.5 82．5 齒高 22.5 22.5 分度圓直徑 285 95 頂隙系數 0.25 0.25 齒頂高系數 1 1 壓力角 齒頂高 5 5 齒根高 7.25 7.25 基圓直徑 267.8 89.3 齒距 15.7 15.7 齒厚 7.85 7.85 齒槽寬 7.85 7.85 齒數 57 19 續(xù)表 中心距 190 傳動比 3 第7章 軸的設計計算 7.1軸的分類 常見的軸有直軸、曲軸和軟軸。這里只討論直軸。 軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件都必須裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉零件及傳遞運動和動力。按承受載荷的不同，軸可分為轉軸、心軸、傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉軸；只承受彎矩的軸成為心軸；只承受扭矩的軸成為傳動軸。軸按其軸線形狀可分為曲軸和直軸。 7.2軸的設計步驟 軸的設計包括結構設計和工作能力計算兩方面的內容。 軸的結構設計是根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結構形式和尺寸。軸的設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難等。因此軸的結構設計是軸設計中的重要的內容。 軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算。多數情況下，軸的工作能力只要取決于軸的強度。 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。采用軋制圓鋼和鍛件。 軸的設計過程為：材料的選擇——根據所受的扭矩初算軸頸——軸的結構設計——軸的強度校核。 1.軸的材料選擇 45鋼等優(yōu)質中碳鋼是直軸嘴常見的材料。Q235A等普通碳素結構鋼用于不重要的軸或受載較小的軸。合金鋼具有較高的機械強度，用于受載較大、結構尺寸受限制、需要提高軸頸的耐磨性及處于高低溫或腐蝕等條件下的軸。鑄鋼、球墨鑄鐵和一些高強度鑄鐵，易于鑄成外形復雜的軸，他們吸振性好，對應力敏感性較低。 2.按扭轉強度初估軸徑 初估軸徑計算公式為： 式中：d-軸的直徑（mm）； T-軸傳遞的轉矩（N·mm）， ； P-軸傳遞的額定功率（KW）； n-軸的轉速（r/min）； -軸的材料許用切應力（MPa）； A- 系數，查《機械設計實用手冊》表 5-1-7。 3.軸的結構設計 1）軸結構設計的一般原則： 2）軸上零件的布置應使軸受力合理； 3）軸上零件定位可靠、裝卸方便； 4）采用各種減小應力集中和提高疲勞強度的結構措施； 5）有良好的結構工藝性，便于加工制造和保證精度； 6）對于要求剛性大的軸，還應從結構上考慮減小軸的變形。 軸上零件的定位是結構設計考慮的重要內容。軸上零件的軸向定位以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈、鎖緊擋圈、彈性擋圈、緊定螺釘和圓錐面等來保證的。軸肩軸環(huán)處由于軸的截面變化會產生應力集中，易發(fā)生疲勞破壞。為保證軸的疲勞強度，軸肩、軸環(huán)處的過度圓角不應過小。軸上零件的周向定位常用鍵、花鍵、銷、緊定螺釘和過盈配合來實現。 4.軸疲勞強度校核 軸的破壞大多為疲勞破壞。提高軸的疲勞強度要力求降低應力集中、提高軸的表面質量。降低應力集中的主要措施詳見《機械設計實用手冊》表5-1-5。軸的強度計算可分為按扭轉輕度計算、按彎扭合成強度計算。軸強度的精確校核可分為疲勞強度安全系數校核、靜強度安全系數校核。 按彎矩合成強度計算時，把軸當做置于鉸鏈支座上的梁，作用在軸上的載荷，一般按集中載荷考慮，其作用點去零件輪緣寬度的中點。計算公式為： 式中：d-軸的直徑（mm）； -軸在計算截面上的工作應力（MPa）； M-軸在計算截面上的合成彎矩（N·mm）； T-軸在計算截面上的轉矩（N·mm）； -許用彎曲應力（MPa）； -根據切應力或軸向應力變化性質而定的校正系數， 切應力或軸向應力按對稱循環(huán)變化時，=1， 切應力或軸向應力按脈動循環(huán)變化時，=0.6， 切應力或軸向應力不變時，=0.3 如果作用在軸上的各載荷不在同一面時，可將其分解到兩個相互垂直的平面內，然后分別求出各平面內彎矩，再按矢量法求得合成彎矩。如果軸截面上有鍵槽，則應將求得的軸徑相應增大。 按疲勞安全系數校核時是計入集中應力、表面狀態(tài)和絕對尺寸影響以后，對軸的危險截面精確校核。危險截面受力較大、截面較小及應力集中較嚴重的截面。危險截面的安全系數可查《機械設計實用手冊》表5-1-10。 按靜強度安全系數校核時目的在于校驗軸對塑性變形的抵抗能力，軸的靜強度是根據軸所受的最大瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的。如果最大載荷只能近似求得及應力無法準確計算時，安全系數的值應相應增大20%-50%。 7.3滾輪架中各軸的設計 45鋼，調質 查《機械設計》表15-1 式中： 查《機械設計》表15-3可得，取 圖7-1 滾輪軸結構設計 圖7-2 受力分析及彎矩圖 其中：取0.3、0.6、1，當軸受力為靜應力時取，當軸受力為脈動循環(huán)應力時取，當軸受力為對稱循環(huán)應力時。此處軸受脈動循環(huán)應力故。 45鋼，調質 計算轉矩： 結構設計： 圖7-3 中間軸結構設計 由于此軸不受彎矩作用，故按扭矩初步設計的軸徑就能滿足要求，故軸的各段軸徑如圖11所示。 45鋼，調質 圖7-4 基軸受力分析及彎矩圖 查《機械設計》表15-1，得 則有： 取 基軸的結構圖如下： 圖7-5 基軸的結構設計 45鋼，調質 取，則 在兩端處軸徑： 取 傳動軸的結構如下圖： 圖7-6 傳動軸的結構設計 剛度校核： 因為，故軸的剛度滿足要求 第8章 聯軸器的選擇 8.1聯軸器的簡介 聯軸器是機械傳動中常用部件。他們用來連接軸與軸，以傳遞運動與轉矩；有時也可用做安全裝置。根據工作特性可以分為四類：一是用來把兩軸連接在一起，機器運轉時不能分離；只能在機器停車并將連接拆開后，兩軸才能分離。二是在機器運轉過程中，可使兩軸隨時接合和分離的一種裝置。三是用做安全聯軸器，如果轉矩超過規(guī)定值時，這種聯軸器及離合器即可自行斷開或打滑。四是一些特殊功用的聯軸器用在一些有特殊要求處。 聯軸器所連接的兩軸，又有制造誤差、承載后的變形計溫度變化的影響往往不能保證嚴格對中而存在某種程度的相對位移，這就要求設計聯軸器時要從結構上采取各種不同的措施，使之具有一定范圍的相對位移的性能。 聯軸器可分為剛性聯軸器和撓性聯軸器。剛性聯軸器有凸緣聯軸器。撓性聯軸器又可分為無彈性元件的撓性聯軸器和有彈性元件的撓性聯軸器。無彈性元件的撓性聯軸器有十字滑塊聯軸器、滑塊聯軸器、十字軸萬向聯軸器、齒式聯軸器和滾子鏈聯軸器。有彈性元件的撓性聯軸器有彈性套柱銷聯軸器、彈性柱銷聯軸器、輪胎式聯軸器和膜片式聯軸器。 8.2聯軸器的選擇計算 由《機械設計實用手冊》表10-7-5查得電機輸出軸的直徑。 由《機械設計實用手冊》表9-2-20查得一級渦輪蝸桿減速器輸入軸的軸徑 傳遞轉矩： 查《機械設計實用手冊》表5-2-9選凸緣聯軸器YL3，其公稱轉矩，許用轉速 故滿足傳動要求。 由《機械設計實用手冊》表9-2-20查得一級蝸輪蝸桿減速器輸出軸的軸徑 由《機械設計實用手冊》表9-2-20查得二級蝸輪蝸桿減速器輸入軸的軸徑 傳遞的功率： 轉速： 傳遞轉矩： 由《機械零件設計實用手冊》表5-2-17，選多角形橡膠聯軸器KL4，其公稱轉矩，許用轉速，故滿足傳動要求。 由傳動軸設計可知轉軸直徑 由《機械設計實用手冊》表9-2-20查得二級蝸輪蝸桿減速器與轉軸配合的軸徑 由前面?zhèn)鲃虞S設計可知： 傳遞的扭矩 由《機械設計實用手冊》表5-2-9選凸緣聯軸器YL5，其公稱轉矩，許用轉速，故滿足傳動要求。 第9章 軸承設計 9.1軸承的組成及分類 滾動軸承是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐轉動零件。滾動軸承絕大多數已經標準化。滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起動容易等優(yōu)點。 滾