脈沖點(diǎn)焊裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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脈沖點(diǎn)焊裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 摘 要 焊接學(xué)科自誕生的半個(gè)世紀(jì)以來，一直受到諸學(xué)科最新發(fā)展的直接引導(dǎo)， 尤其是受材料、信息學(xué)科新技術(shù)的影響，不僅導(dǎo)致了數(shù)十種焊接新工藝的問世， 而且也使得焊接工藝操作正經(jīng)歷著從手工焊到自動(dòng)焊，自動(dòng)化、柔性化到智能化的過渡，焊接自動(dòng)化、機(jī)器人化，以及智能化已經(jīng)成為公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)。 其中，點(diǎn)焊是現(xiàn)代制造業(yè)中最常用的焊接工藝之一，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了航空、電子產(chǎn)品的制造，模具的修復(fù)等各個(gè)方面。與其它焊接方式相比，它具有接頭質(zhì)量高、輔助工序少、無須填加焊接材料及文明生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，尤其易于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)的高效率，使其經(jīng)濟(jì)效益顯著。 但是現(xiàn)有的 P115 型、P320 型、P103 型等不同類型的點(diǎn)焊機(jī)，由于輸出功率小、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能適應(yīng)于生產(chǎn)的需要。因此設(shè)計(jì)制造新型的點(diǎn)焊機(jī)就顯得十分必要。 基于此，本文對(duì)用于焊接釘子的脈沖電焊裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)點(diǎn)焊機(jī)制具傳動(dòng)部分的工作流程、結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與闡述。主要包括制具傳動(dòng)部分的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)構(gòu)中的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，利用Auto CAD 軟件繪制裝配圖及零件圖。 關(guān)鍵詞：脈沖點(diǎn)焊，傳動(dòng)，結(jié)構(gòu) II Abstract Since its emergence, welding has been lead by several subjects’ recent development in almost a half-century. Especially is affected by material and information science, it not only leads the advent of dozens of new welding procedure, but also let the welding procedure experience a transition from hand welding to automatic welding, from automation, flexibility, to intelligence. Spot welding which has been used in aviation, the manufacture of electronic product and many other aspects is one of the most thriving methods of modern manufacturing. In comparison with other welding manners, it has many advantages, especially tends to improve the efficiency of mechanized and automatic production. But the existing spot welding machine of P115 model, P320 model, P103 model and other different machine can no longer adapt to the situation for production, because of its low delivered power and stability. So it becomes necessary to make new-type spot welding machine. As a result, this article is focus on the structural design of the spot welding machine. This text is mostly for the workflow, structure and driving mode of the transmission part. It includes the whole structure design of the transmission part, the design and check on the components, and the assembling drawing and part drawing. Key words: spot welding, transmission, structure 目 錄 第一章 前 言 1 1.1 點(diǎn)焊技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2 點(diǎn)焊的基本介紹 7 1.3 選題背景、目的和意義 11 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容 11 第二章 脈沖點(diǎn)焊裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 13 2.1 概述 13 2.2 設(shè)計(jì)方案的確定 13 第三章 制具傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 15 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 15 3.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 17 3.3 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 39 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 43 第四章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析報(bào)告 47 4.1 經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)的意義和基本原理 47 4.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 47 第五章 結(jié)論與展望 49 參 考 文 獻(xiàn) 50 致 謝 52 III 第一章 前 言 點(diǎn)焊是在熱與機(jī)械力作用下形成焊點(diǎn)的過程，熱作用是焊件接合面母材金屬熔化，機(jī)械力作用是焊接區(qū)產(chǎn)生必要的塑性變形，使兩者適當(dāng)配合和共同作用是獲得優(yōu)質(zhì)點(diǎn)焊接頭的基本條件。在金屬材料的性質(zhì)、板厚以及焊接規(guī)范一定的情況下，焊接設(shè)備的工藝性能決定了焊接質(zhì)量。目前，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用面最廣的電阻焊焊接電源是單相工頻電阻焊機(jī)，逆變式電阻焊機(jī)也已取得長(zhǎng)足發(fā)展。單相工頻電阻焊機(jī)功率因數(shù)低，它提供的焊接電流為 50Hz 的類似正弦波的交流電，在焊接時(shí)存在著焊接電流 100 次/s 過零的問題。其電流大小的調(diào)節(jié)由改變周波的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)，電流越小，導(dǎo)通角也越小，從而其電流波形也就越不連續(xù)，這些都造成焊接加熱過程不連續(xù)。逆變焊機(jī)通常采用電流反饋脈寬調(diào)制獲得穩(wěn)定的恒流輸出，由于逆變頻率高，故整個(gè)反饋控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制分解能力比工頻點(diǎn)焊機(jī)優(yōu)越，有利于焊接適量的控制。此外，逆變整流方式可使焊接時(shí)間控制更為精確，可以方便的使焊接電流有效值隨時(shí)間有規(guī)律的變化，為點(diǎn)焊質(zhì)量控制提供了有效手段。逆變焊機(jī)輸出直流焊接電流，焊接時(shí)熱量連續(xù)積累，溫度也就持續(xù)上升，最終的加熱效果要優(yōu)于交流焊機(jī)，又因?yàn)橹绷鳑]有電流尖峰，故熔核不易破裂而產(chǎn)生飛濺。 由于焊接制造工藝具有多學(xué)科綜合技術(shù)的特點(diǎn)，使得焊接技術(shù)能夠更多更 快的融入最新科學(xué)技術(shù)的成就而具有時(shí)代發(fā)展的特征。眾所周知，焊接學(xué)科自誕生的半個(gè)世紀(jì)以來，一直受到諸學(xué)科最新發(fā)展的直接引導(dǎo)，尤其是受材料、信息學(xué)科新技術(shù)的影響，不僅導(dǎo)致了數(shù)十種焊接新工藝的問世，而且也使得焊接工藝操作正經(jīng)歷著從手工焊到自動(dòng)焊，自動(dòng)化、柔性化到智能化的過渡，焊接自動(dòng)化、機(jī)器人化，以及智能化已經(jīng)成為公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。 電阻點(diǎn)焊與鉚接或其它的焊接方法相比，具有接頭質(zhì)量高、輔助工序少、無須填加焊接材料及文明生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，尤其易于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)的高效率， 使其經(jīng)濟(jì)效益顯著。在汽車、摩托車、工程機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，新材料的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)電阻點(diǎn)焊技術(shù)的研究提出了新的內(nèi)容和挑戰(zhàn)。 微電子器件、超薄部件及精密儀器的焊接要求點(diǎn)焊過程要穩(wěn)定、可靠、無飛濺，焊接輸入能量必須能精確控制，點(diǎn)焊電源要具有良好的動(dòng)特性，快速響應(yīng)規(guī)范參數(shù)的變化，以獲得質(zhì)量可靠、表面美觀、尺寸符合要求的焊點(diǎn)；點(diǎn)焊機(jī)器人的發(fā)展、點(diǎn)焊設(shè)備的機(jī)械化、自動(dòng)化要求點(diǎn)焊電源必須高效、輕巧，點(diǎn)焊控制 51 系統(tǒng)智能化。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊電源以及傳統(tǒng)的質(zhì)量控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程的需要，必須有新的點(diǎn)焊電源出現(xiàn)、新型的質(zhì)量控制技術(shù)等一系列的新技術(shù)[2]。 本文簡(jiǎn)單介紹了焊接技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展，之后簡(jiǎn)單敘述了脈沖電焊裝置的發(fā)展及功能與特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的脈沖電焊裝置。 1.1 點(diǎn)焊技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1 中頻點(diǎn)焊機(jī)器人在轎車生產(chǎn)中的應(yīng)用 根據(jù)中頻點(diǎn)焊機(jī)器人在國(guó)外轎車裝焊線的應(yīng)用，其具有突出的優(yōu)點(diǎn)。 由于汽車制造廠 95%的電阻焊機(jī)是交流的。交流點(diǎn)焊機(jī)與電力網(wǎng)接通靠晶閘管導(dǎo)通，有空白區(qū)，熱量不集中，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。中頻點(diǎn)焊機(jī)三相負(fù)載平衡、低輸入、沒有電網(wǎng)過渡過程、功率因數(shù)高，節(jié)約電能。 在美、日等國(guó)汽車廠已建成中頻點(diǎn)焊機(jī)器人轎車車身裝焊線。日本本田 （HONDA）汽車公司與宮地（MIYACHI）電子技術(shù)公司合作，早在 1986 年就 建成中頻點(diǎn)焊機(jī)器人轎車車身裝焊線，共用了 520 臺(tái)中頻點(diǎn)焊機(jī)器人，走在世界汽車行業(yè)的前列[3]。投產(chǎn)后焊接質(zhì)量提高，點(diǎn)焊機(jī)器人的打點(diǎn)速度加快，提高了生產(chǎn)率。美國(guó)通用汽車公司（GM）也建成用 750 臺(tái)中頻點(diǎn)焊機(jī)器人組成的轎車車身裝焊線，同時(shí)美國(guó)實(shí)快利公司（SQUARE D）B M BROWN 根據(jù)轎車身鋼板采用交流和中頻點(diǎn)焊對(duì)比得出結(jié)論：中頻點(diǎn)焊比交流點(diǎn)焊節(jié)能 27%。該公司統(tǒng)計(jì)出交流點(diǎn)焊和中頻點(diǎn)焊焊一個(gè)焊點(diǎn)電費(fèi)比較，見表 1。 基于 14kA，通電 15Hz，電能成本 $6.0/kWh 焊接方法 傳統(tǒng)交流 中頻直流 匝數(shù)比 17 100 功率因數(shù) 0.9 1.0 每個(gè)焊點(diǎn)總成本 $0.00148 $0.0004 表 1．交流點(diǎn)焊和中頻電焊電源對(duì)比 圖 2 和圖 3 是不帶鍍層鋼板和帶鍍層鋼板的單相交流焊機(jī)、單相整流焊機(jī)和中頻點(diǎn)焊機(jī)焊核直徑和電流關(guān)系圖。 按點(diǎn)焊規(guī)定，穩(wěn)定的焊接范圍焊核直徑為 4t（t 為板厚），經(jīng)試驗(yàn)，在單相交流焊機(jī)點(diǎn)焊 100 焊點(diǎn)情況下，單相整流焊機(jī)為 129 焊點(diǎn)，中頻點(diǎn)焊機(jī)為 214 焊點(diǎn)；同樣對(duì)鍍層鋼板，單相交流焊機(jī)為 110 焊點(diǎn)，中頻點(diǎn)焊機(jī)為 355 個(gè)焊點(diǎn)。 可見，中頻點(diǎn)焊機(jī)穩(wěn)定的焊接范圍是大的。 對(duì)于汽車裝焊合件，在保證焊核直徑為 4t 時(shí)，焊接電流為計(jì)算電流的 1.5 倍。按圖 3，0.7t 鍍層鋼板單相交流焊機(jī)焊接電流為 8.7kA1.5=13kA，在標(biāo)準(zhǔn)焊接電流的條件下產(chǎn)生飛濺；而中頻點(diǎn)焊機(jī)焊接電流為 5.6kA1.5=8.4kA，按設(shè)置的焊接電流無飛濺，一次受到焊工的歡迎；并且焊接電流小、電極發(fā)熱量小，延長(zhǎng)了電極使用時(shí)間。 1.1.1.1 焊接回路小型輕量化 中頻點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)焊鉗和整流焊接變壓器一體化，中頻整流焊接變壓器的質(zhì)量約為單相交流式的 1/3~1/5，而焊鉗質(zhì)量約減小 1/2~1/3。 近年來國(guó)外點(diǎn)焊機(jī)器人與整流焊接變壓器一體化的 X/C 型焊鉗改進(jìn)了設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度鋁板組裝成板式鉗體結(jié)構(gòu)代替鑄銅整體結(jié)構(gòu)，因此進(jìn)一步減小了焊鉗質(zhì)量。而且鋁板式鉗體結(jié)構(gòu)在 CNC 機(jī)床加工中心制造，提高了制造精度。另外 X/C 型焊鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高共用相似性，可以減少庫(kù)存?zhèn)浼? 由于焊鉗的質(zhì)量減小，這樣點(diǎn)焊機(jī)器人的機(jī)械裝置所支撐的質(zhì)量小，從而使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率下降。點(diǎn)焊作業(yè)時(shí)在加速和制動(dòng)以及點(diǎn)焊過程中磨損相應(yīng)減少。當(dāng)點(diǎn)焊機(jī)器人在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)極限點(diǎn)焊區(qū)也能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)接近。 此外，整流焊接變壓器的裝配零部件基本上可以置換，不用從機(jī)器上拆下焊鉗和其它零件，而且也不用機(jī)械動(dòng)力供給機(jī)器人的傳動(dòng)裝置。 1.1.1.2 可以廣泛點(diǎn)焊異種金屬 中頻點(diǎn)焊具有焊接電流波形廣泛設(shè)置，直流極性的效果（peltier effect）和良好的熱效率——電流焊接熱效率比交流高，可以用低電流焊接，兩者點(diǎn)焊的焊核溫度見圖 4。因此具有廣泛焊接鋼、帶鍍層鋼板、不銹鋼、鋁以及不同導(dǎo)熱材料組合焊接的可能性（例如鋁和鋼的點(diǎn)焊）。 1.1.1.3 展望 中頻點(diǎn)焊機(jī)器人和交流點(diǎn)焊機(jī)器人轎車白車身裝焊線相比較，除了外圍裝置如：換焊鉗系統(tǒng)、換電極帽系統(tǒng)和電極帽修整研磨裝置外，中頻點(diǎn)焊機(jī)器人的一次性投資較大。但是由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面綜合考慮， 中頻點(diǎn)焊機(jī)器人可減小裝焊線整體投資。 我國(guó)轎車生產(chǎn)的幾個(gè)主導(dǎo)廠目前已建立了交流點(diǎn)焊機(jī)器人生產(chǎn)線。個(gè)別廠 （上海-大眾汽車公司）在試制車間用10 幾臺(tái)中頻懸掛式點(diǎn)焊機(jī)調(diào)試新產(chǎn)品焊接參數(shù)。隨著焊接技術(shù)的進(jìn)步和有關(guān)廠新車型投產(chǎn)以及生產(chǎn)綱領(lǐng)的擴(kuò)大，中頻點(diǎn)焊機(jī)器人在我國(guó)必將進(jìn)入轎車工業(yè)的大發(fā)展。 1.1.2 國(guó)內(nèi)外電焊技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代，國(guó)外開始用二次脈沖點(diǎn)焊的方法，對(duì)可淬硬鋼的焊點(diǎn)進(jìn)行 電極間回火熱處理。國(guó)內(nèi)從 80 年代初進(jìn)行可淬硬鋼的二次脈沖點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)研究工作[4]，并取得了理想的工藝效果。 采用二次脈沖點(diǎn)焊時(shí)的熱循環(huán)曲線如圖 5 所示。圖中第 1 個(gè)脈沖為焊接脈沖，用以獲得合格的熔核尺寸。等焊點(diǎn)溫度冷卻至馬氏體形成溫度 Ms 點(diǎn)以下時(shí)， 在通過第二個(gè)脈沖電流，對(duì)淬硬區(qū)進(jìn)行回火，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w組織， 以改善焊點(diǎn)的組織性能。 圖 5.二次脈沖點(diǎn)焊時(shí)的熱循環(huán)曲線 用二次脈沖點(diǎn)焊時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn): a.兩次脈沖之間的時(shí)間間隔 ts，一定要保證使焊點(diǎn)溫度冷卻至 Ms 點(diǎn)以下。b.回火電流 I2 與回火時(shí)間 t2 應(yīng)選擇適當(dāng)。如果 I2 過大，t2 過長(zhǎng)，則將使整 個(gè)熔核溫度超過奧氏相變點(diǎn)而重新淬硬；如果 I2 過小，t2 過短，則只有熔核中心小部分區(qū)域回火，如圖 6 所示。但是，由于對(duì)焊點(diǎn)的拉仲、剪切及疲勞強(qiáng)度影響最大的是熔核邊緣的組織，此時(shí)熔核中心必會(huì)形成一次淬硬組織。 圖 6.回火電流變化時(shí)回火范圍的變化 近期的試驗(yàn)研究工作表明，用圖 6 所示的三次脈沖點(diǎn)焊 1Cr171Ni2 馬氏體小銹鋼時(shí)，可使整個(gè)熔核得到回火組織，井使焊點(diǎn)的拉伸、剪切強(qiáng)度及延性比得到進(jìn)一步提高，如表 7 所示。 圖 7.三次脈沖點(diǎn)焊示意圖 焊接脈沖 強(qiáng)度值 PⅡ/ PⅠ/N PⅡ/PⅠ 二次 3975.6 13761.7 0.26 三次 5890.9 19146.5 0.31 表 2.二次及三次脈沖點(diǎn)焊接頭的拉伸剪切強(qiáng)度 趙熹華等人采用調(diào)制焊接電流脈沖和隨機(jī)多脈沖熱處理等點(diǎn)焊工藝措施， 獲得了 60Si2Mn、65Mn 彈簧鋼的優(yōu)質(zhì)點(diǎn)焊接頭，為鋼質(zhì)彈簧件的以焊代鉚指出了方向[5]。 系統(tǒng)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多脈沖(脈沖數(shù)大于 2)回火熱處理優(yōu)于傳統(tǒng)的雙脈沖點(diǎn)焊工藝，它可使點(diǎn)焊頭高應(yīng)力區(qū)域的回火過程進(jìn)行得更為充分、有效。應(yīng)用多脈沖回火熱處理工藝應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： a. 回火脈沖的個(gè)數(shù) n(n=1，2，3，4……)。根據(jù)板厚δ不同由試驗(yàn)確定，一般隨δ的增加而增加。 b. 回火電流的脈沖時(shí)間 t2 應(yīng)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的雙脈沖點(diǎn)焊，井需適當(dāng)增加回火脈沖的時(shí)間間隔，以防止出現(xiàn)過燒組織。 試驗(yàn)表明，四脈沖回火 65Mn 鍍鋅板(δ=0.35)點(diǎn)焊接頭時(shí)，拉伸、剪切載荷及延性比均與爐中回火的情況相近。 除了可淬硬鋼以外，TC3 雙相鈦合金的雙脈沖點(diǎn)焊同樣可改善點(diǎn)焊接頭的塑性。尤其是當(dāng)二次電流脈沖為一次電流脈沖的 40%時(shí)，接頭的延性比提高最為明顯，對(duì)應(yīng)的拉伸斷口呈現(xiàn)塑性斷裂的典型特征。研究表明，附加電流脈沖還是提高點(diǎn)焊接頭疲勞壽命的有效方法。 1.2 點(diǎn)焊的基本介紹 點(diǎn)焊是焊件在接頭處接觸面的個(gè)別點(diǎn)上被焊接起來，要求金屬要有較好的塑性。脈沖點(diǎn)焊，則是在一個(gè)焊接循環(huán)中，通過兩個(gè)以上焊接電流脈沖的點(diǎn)焊。 由于點(diǎn)焊的焊點(diǎn)間有一定的間距，所以只用于沒有密封性要求的薄板搭接結(jié)構(gòu)和金屬網(wǎng)、交叉鋼筋結(jié)構(gòu)件等的焊接。如果把柱狀電極換成圓盤狀電極，電極緊壓焊件并 轉(zhuǎn)動(dòng)，焊件在圓盤狀電極只間連續(xù)送進(jìn)，再配合脈沖式通電。就能形成一個(gè)連續(xù)并重疊的焊點(diǎn)，形成焊縫。 焊接時(shí)，先把焊件表面清理干凈，再把被焊的板料搭接裝配好，壓在兩柱狀銅電極之間，施加 P 力壓緊。當(dāng)通過足夠大的電流時(shí)，在板的接觸處產(chǎn)生大量的電阻熱，將中心最熱區(qū)域的金屬很快加熱至高塑性或熔化狀態(tài)，形成一個(gè)透鏡形的液態(tài)熔池[6]。繼續(xù)保持壓力 P，斷開電流，金屬冷卻后，形成了一個(gè)焊點(diǎn)。如圖 8 所示，是一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)的示意圖。 圖 8.點(diǎn)焊機(jī) 1.2.1 點(diǎn)焊的基本原理 電阻點(diǎn)焊是通過點(diǎn)焊電極對(duì)被焊工件施加并保持一定的壓力，使工件穩(wěn)定接觸，然后使焊接電源輸出的電流通過被焊工件和它們的接觸表而，產(chǎn)生熱量， 升高溫度，熔化接觸點(diǎn)局部形成焊點(diǎn)，達(dá)到將金屬工件焊接在一起的目的。點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)和熱量分布特性如圖 9 所示。電阻點(diǎn)焊過程中，在良好的焊接循環(huán)條件下， 無論焊接干什么材料，每一個(gè)焊點(diǎn)的形成過程必分為 3 個(gè)連續(xù)的階段：第一階段 ——預(yù)壓階段。緊密接觸工件的焊接處，保證所需的接觸電阻。第一階段——通 電加熱階段。電流通過擠壓在電極間的工件，產(chǎn)生熱量，加熱工件達(dá)到熔化狀態(tài)， 形成熔核。熔核外部金屬因通過的電流較小，形成包圍熔核的塑形環(huán)，影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。第三階段——冷卻結(jié)晶階段[7]。焊點(diǎn)熔化形核后，在冷卻結(jié)晶過程中伴隨有相當(dāng)大的收縮，在這個(gè)階段一定要延遲解除電極的壓力，使焊點(diǎn)在未完全冷卻前，在電極壓力作用下得到更加致密的結(jié)晶組織。點(diǎn)焊形核如圖 10 所示。 圖 9．電焊結(jié)構(gòu)與熱量分布特性圖 圖 10．點(diǎn)焊形核圖 1.2.2 焊接循環(huán) 點(diǎn)焊的焊接循環(huán)由四個(gè)基本階段： 1） 預(yù)壓階段——電極下降到電流接通階段，確保電極壓緊工件，使工件間 有適當(dāng)壓力。 2） 焊接時(shí)間——焊接電流通過工件，產(chǎn)熱形成熔核。 3） 維持時(shí)間——切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核凝固到足夠強(qiáng)度。 4） 休止時(shí)間——電極開始提起到電極再次開始下降，開始下一個(gè)焊接循環(huán)。 為了改善焊接接頭的性能，有時(shí)需要將下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)加于基本循環(huán)： 1） 加大預(yù)壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。 2） 用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺。 3） 加大鍛壓力以壓實(shí)熔核，防止產(chǎn)生裂紋或縮孔。 4） 用回火或緩冷脈沖消除合金鋼的淬火組織，提高接頭的力學(xué)性能，或在不加大鍛壓力的條件下，防止裂紋和縮孔。 1.2.3 點(diǎn)焊的特點(diǎn) 點(diǎn)焊具有低能耗、低成本、高質(zhì)量、高效率、且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、使用方便等特點(diǎn)。同時(shí)無需耗材，無需焊條、焊絲和焊藥等，焊接過程耗熱小，無煙塵等有害物質(zhì)，無刺眼的光污染，而且工作電壓只有幾個(gè)伏特，是一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、無污染的環(huán)保型焊接方法。 點(diǎn)焊主要采用雙面單點(diǎn)焊接、雙面雙點(diǎn)焊接、單面單點(diǎn)焊接、單面多點(diǎn)焊接和雙面多點(diǎn)焊接等焊接方式。 1.2.4 對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量的影響因素 影響點(diǎn)焊質(zhì)量穩(wěn)定的因素是多方面的。在材料方面主要有材質(zhì)(導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁、鍍層等性能)、板厚形狀、表面狀況；在供電方面主要有網(wǎng)壓波動(dòng)、其它焊機(jī)或用電設(shè)備的影響!電流波動(dòng)；在加壓機(jī)構(gòu)方面主要有壓力波動(dòng)、電極的沖擊性、振動(dòng)性、跟隨性；在焊接工況方面主要有已焊點(diǎn)的分流、焊點(diǎn)位置、軟磁工件伸入極臂內(nèi)的距離、板間接觸狀態(tài)；在電極方面主要有電極材質(zhì)、端部形狀、已焊點(diǎn)數(shù)、端部粘損與變形等因素 IIW 推薦通過考察當(dāng)以下 8 個(gè)因素變化時(shí)， 控制器的精度!靈敏度以及對(duì)焊接質(zhì)量的保證能力所受的影響來評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能。這 8 個(gè)因素分別是：電流；壓力；通電時(shí)間；電極端部變形；分流；邊緣距離；板厚；板表面的清潔度。在這些眾多的因素中，常見的影響較大的因素除了焊接規(guī)范自身的波動(dòng)外，應(yīng)是分流與電極端部的粘損與變形。一個(gè)性能良好的控制器應(yīng)能有效地補(bǔ)償上述各種因素的影響[8]。 1.2.5 脈沖點(diǎn)焊的分類 根據(jù)脈沖次數(shù)的不同，可將其分為單脈沖點(diǎn)焊、雙脈沖點(diǎn)焊以及多脈沖點(diǎn)焊。根據(jù)電流的種類，脈沖點(diǎn)焊又可分為交流脈沖點(diǎn)焊和直流脈沖點(diǎn)焊。 1. 交流電：可以通過調(diào)幅使電流緩升、緩降，以達(dá)到預(yù)熱和緩冷的目的，這對(duì)于鋁合金焊接十分有利。交流電還可以用于多脈沖點(diǎn)焊，即用于兩個(gè)或多個(gè)脈沖之間留有冷卻時(shí)間，以控制加熱速度。這種方法主要應(yīng)用于厚鋼板的焊接。 2. 直流電：主要用于需要大電流的場(chǎng)合，由于直流焊機(jī)大都三相電源供電， 避免單相供電時(shí)三相負(fù)載不平衡。 其中，直流脈沖電阻點(diǎn)焊被廣泛應(yīng)用于有色金屬、尤其是一些易產(chǎn)生縮孔和裂紋的輕合金板材的焊接。在國(guó)內(nèi)，這類焊機(jī)主要用于航空及電子工業(yè)，但多為 50 年代的產(chǎn)品。 1.2.6 點(diǎn)焊設(shè)備分類及簡(jiǎn)介 點(diǎn)焊設(shè)備由焊接電源、電極頭和壓力機(jī)構(gòu)組成，主要有以下幾種類型。 1.2.6.1 工頻交流點(diǎn)焊設(shè)備 使用最廣泛的常規(guī)電焊機(jī)是將三相或單相頻率為 50Hz 的交流電，輸入給單相降壓變壓器，經(jīng)變壓器輸出低電壓、大電流的正弦波，以滿足接觸焊點(diǎn)的需求 [9]。優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊接時(shí)間、壓力和電流等焊接規(guī)范易調(diào)節(jié)；缺點(diǎn)時(shí)功率 因數(shù)較低，且熱影響較大。 1.2.6.2 電容儲(chǔ)能式點(diǎn)焊機(jī) 利用儲(chǔ)能電容器在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)積電能，而在一瞬間以極高速率釋放能量， 獲得較大的焊接電流。由于充電電流遠(yuǎn)小于放電電流，因而焊接效率較高，適合于焊接導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性良好的輕金屬。 1.2.6.3 品體管點(diǎn)焊機(jī) 具有微秒級(jí)反饋波形控制，脈沖波形可任意設(shè)定，有效防止焊接熱影響， 可獲得高質(zhì)量無飛濺的焊點(diǎn)，適用于精密精細(xì)件的高要求焊接，能出色完成薄板和極細(xì)線的焊接。 1.2.6.4 高頻逆變點(diǎn)焊機(jī) 將工頻三相交流電通過整流器變?yōu)橹绷麟?，再按一定?guī)則控制逆變器中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或斷開，使逆變器的輸出側(cè)獲得一定頻率(中頻或高頻)的輸出交流電壓，再通過焊接變壓器給電極提供焊接電流。這種焊接方式功率因數(shù)高、可精確控制，與交流點(diǎn)焊機(jī)相比，其焊接變壓器體積很小，是目前比較流行的一 種焊機(jī)。 1.2.6.5 激光點(diǎn)焊機(jī) 利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定的熔池。激光點(diǎn)焊 1.3 選題背景、目的和意義 1.3.1 選題背景 焊接是電子、微電子工業(yè)的支撐點(diǎn)，沒有可靠的焊接，就沒有先進(jìn)的電子系統(tǒng)，而各種先進(jìn)的電子系統(tǒng)越來越受制于互連引入的各種約束。其中，點(diǎn)焊是現(xiàn)代制造業(yè)中最常用的焊接工藝之一，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了航空、電子產(chǎn)品的制造，模具的修復(fù)等各個(gè)方面。其中一個(gè)典型應(yīng)用的實(shí)例就是汽車車身部件的連接。有關(guān)資料表明，一個(gè)典型的汽車車身大約由 5000 多個(gè)焊點(diǎn)，而這些焊點(diǎn)的質(zhì)量直接影響著車身的質(zhì)量及汽車的整體性能。 隨著電子產(chǎn)品的小型化、微型化及高性能化，這種約束越來越明顯。在電子、微電子元器件的生產(chǎn)制作中，如何對(duì)元器件短引腳細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行焊接，且焊接牢靠、焊點(diǎn)細(xì)小，從而形成較小的阻抗，對(duì)建立先進(jìn)可靠的電子系統(tǒng)影響極大。因此，成為最佳的連接，應(yīng)滿足焊點(diǎn)細(xì)小牢靠，電阻小，電感小，最大限度降低對(duì)高頻小信號(hào)的延遲、衰減條件，還需滿足耐高溫、耐低溫、抗震動(dòng)、抗腐蝕的要求，且無需焊料、輔料和無環(huán)境污染。而點(diǎn)焊則是一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、無污染的環(huán)保型焊接方法，滿足了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需要，因此受到了廣泛的關(guān)注。 電阻焊是一種將金屬工件連接在一起的焊接方法。通過對(duì)被焊工件之間施加、控制和保持一定的壓力，從而使工件之間形成一個(gè)穩(wěn)定的接觸電阻，然后使焊接電源控制器輸出的控制電流流過被焊工件之間的接觸表而，產(chǎn)生熱量，溫度升高，局部熔化接觸點(diǎn)，并控制該過程的熱量大小與過程，從而達(dá)到將金屬工件焊接在一起的目的。 1.3.2 研究意義 隨著科技的發(fā)展，伴著電子產(chǎn)品的小型化，對(duì)焊接的技術(shù)要求也越來越高。例如，今年來電子工業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)繼電器的需求大大增加，而對(duì)繼電器的要求卻越來越向自動(dòng)化生產(chǎn)方向發(fā)展。繼電器的質(zhì)量好壞很大程度上取決于動(dòng)靜簧片的接觸點(diǎn)點(diǎn)焊，接點(diǎn)脫焊和拉毛都會(huì)給產(chǎn)品造成報(bào)廢和損失。 此外，在制造等其他行業(yè)中，也有越來越多產(chǎn)品的點(diǎn)焊結(jié)合件中多數(shù)零件的尺寸較小，由于窄搭接接頭的搭接面積小，造成焊點(diǎn)距零件邊緣近，形狀較復(fù)雜，易產(chǎn)生較嚴(yán)重的熔化金屬飛濺友其它內(nèi)、外部缺陷[10]。零件厚度相對(duì)較厚或兩焊件厚度不等，加經(jīng)材料的焊接性較差，且有的還是單點(diǎn)接頭等諸多不利因素，使其點(diǎn)焊的工藝性較差，而點(diǎn)焊技術(shù)的利用很好的改變了這一現(xiàn)狀。但是現(xiàn)有的 P115 型、P320 型、P103 型等不同類型的點(diǎn)焊機(jī)，由于輸出功率小、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能適應(yīng)于生產(chǎn)的需要。因此設(shè)計(jì)制造新型的點(diǎn)焊機(jī)就顯得十分必要。 1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容 由于脈沖點(diǎn)焊裝置的焊點(diǎn)細(xì)小牢靠，電阻小，且無需焊料和輔料，因此被廣泛的應(yīng)用到制造業(yè)中，制釘業(yè)就是其中之一。本文研究的主要內(nèi)容就是針對(duì)脈沖點(diǎn)焊裝置制具傳動(dòng)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 制具傳動(dòng)部分主要由振動(dòng)盤、導(dǎo)軌和焊胎等幾部分組成。傳動(dòng)部分是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪減速，進(jìn)而通過同步帶帶動(dòng)焊胎來完成的。文章的主要設(shè)計(jì)部分就是對(duì)電機(jī)、減速齒輪以及同步帶進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算，從而達(dá)到最優(yōu)的配置。除了對(duì)主要部分進(jìn)行計(jì)算，還將用 Auto CAD 繪制傳動(dòng)部分的示意圖、裝配圖以及零件圖。 第二章 脈沖點(diǎn)焊裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 2.1 概述 電阻點(diǎn)焊是通過點(diǎn)焊電極對(duì)被焊工件施加并保持一定的壓力，使工件穩(wěn)定接觸，然后使焊接電源輸出的電流通過被焊工件和它們的接觸表而，產(chǎn)生熱量， 升高溫度，熔化接觸點(diǎn)局部形成焊點(diǎn)，達(dá)到將金屬工件焊接在一起的目的。電阻點(diǎn)焊過程中，在良好的焊接循環(huán)條件下，無論焊接干什么材料，每一個(gè)焊點(diǎn)的形成過程必分為 3 個(gè)連續(xù)的階段：第一階段——預(yù)壓階段。緊密接觸工件的焊接處， 保證所需的接觸電阻。第一階段——通電加熱階段。電流通過擠壓在電極間的工件，產(chǎn)生熱量，加熱工件達(dá)到熔化狀態(tài)，形成熔核。熔核外部金屬因通過的電流較小，形成包圍熔核的塑形環(huán)，影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。第三階段——冷卻結(jié)晶階段。焊點(diǎn)熔化形核后，在冷卻結(jié)晶過程中伴隨有相當(dāng)大的收縮，在這個(gè)階段一定要延遲解除電極的壓力，使焊點(diǎn)在未完全冷卻前，在電極壓力作用下得到更加致密的結(jié)晶組織。 2.2 設(shè)計(jì)方案的確定 本文是設(shè)計(jì)用于焊接釘子的脈沖點(diǎn)焊裝置，主要針對(duì)脈沖點(diǎn)焊裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此要求設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既簡(jiǎn)單又實(shí)用。 裝置主要由上料、軌道、焊接、切斷、輸送和卷曲幾部分組成，其工作流程如圖 11．所示。本文主要就脈沖點(diǎn)焊裝置的制具傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體的方案如下：首先確定該機(jī)構(gòu)是由一個(gè)軌道作為傳送釘子的傳輸裝置，然后送到作為承載裝置的承釘輪上，再由承釘輪配合裝置進(jìn)行焊接。其次，確定傳動(dòng)部分是由電機(jī)帶動(dòng)一對(duì)齒輪嚙合，由齒輪帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)承載論轉(zhuǎn)動(dòng)。 上料 軌道（振動(dòng)） 承釘輪 焊接 拔釘 切斷 計(jì)數(shù)、切斷、定 位三個(gè)作用 輸送帶 浮動(dòng)裝置 （速度調(diào)整） 機(jī)械手取走 卷曲 輸送帶 電磁吸力（斷電后） 圖 11．點(diǎn)焊機(jī)工作流程圖 電機(jī) 同步帶 大帶輪 輸出轉(zhuǎn)速 13r/min 2 軸 1 軸 0 軸 小帶輪 小齒輪 轉(zhuǎn)速 360r/min 第三章 制具傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 輸 出 圖 12．制具傳動(dòng)部分示意圖 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 已知：輸出轉(zhuǎn)速 n=13r/min 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 nm=360 r/min 功率 P=1.5kw 因此，根據(jù) JB/T6447-1992 選擇 YCT 系列電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 YCT132-4B。 查表得：額定功率 P=1.5kw 額定轉(zhuǎn)速 nm=360 r/min 轉(zhuǎn)矩 T=9.72Nm 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 2-3 確定各部分效率：滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率η1=0.99， 閉式齒輪傳動(dòng)效率η1=0.97，聯(lián)軸器傳動(dòng)效率η3=0.99，同步帶傳動(dòng)效率η4=0.97，代入得 傳動(dòng)裝置總效率： η=η1η2η3η4=0.990.970.990.97=0.922 根據(jù)圖 1 算得：  總傳動(dòng)比i = nm n  = 360 = 27.69 13  （3-1） 1.3 i 齒輪傳動(dòng)比i1 = i i 帶輪傳動(dòng)比i2 = 1 = = 6 1.3 27.69 = 27.69 = 4.615 6 （3-2） （3-3） 0 軸：  P0 = 1.5kw n0 = 360r / min T0 = 9.72N m 1 軸：  P1 = P0 h1 h2 = 1.5 0.99 0.97 = 1.44kw  （3-4） 1 n = nm i1 = 360 = 60r / min 6  （3-5） 1 T = 9550P1 n1 = 9550 1.44 = 229.2N m 60  （3-6） 2 軸：  P2 = 1.44 0.99 0.97 = 1.38kw 2 n = n1 i2 = 60 4.615  = 13r / min 2 T = 9550P2 n2 = 9550 1.38 = 1013.77N m 13 軸名 功率(kw) 轉(zhuǎn)矩(Nm) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 傳動(dòng)比 I 效率 η 輸入 輸出 輸入 輸出 0 1.5 9.72 360 1 0.99 1 1.5 1.44 9.72 229.2 60 6 0.9603 2 1.44 1.38 229.2 1013.77 13 4.615 0.951 表 3．運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果 3.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 按設(shè)計(jì)圖所示傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 焊臺(tái)為一半工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB10095-88）。 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-1 選擇小齒輪材料為鎳合金，硬度為 280HBS，大齒輪材料為鎳合金，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。選小齒輪齒數(shù) Z1=23，Z2=69 3.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3 1 fd K u 1 ? Z u ? E ? ?2 ? s H ? 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-1）進(jìn)行計(jì)算，即 d1t  2.32 （3-7） 3.2.2.1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)  Kt=1.3 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩  T1= 97200Nmm 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》表 10-7，選取齒寬系數(shù) f d = 1 .1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE。 1 2p ? ? ? 1 - m 2 ? E1 ? ? ZE = = 189.8MPa1 / 2 （3-8） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限， 選擇 MQ 線與 ML 線之間的值。σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ Hlim1=550MPa； 由式（3-9），即 N1=60n1jLh （3-9） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)工作壽命為 15 年，每年工作 300 天，每天工作 8 小時(shí)， 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： N1=60n1jLh=603601830015=51840000 N2=N1/u=5184000023/69=17280000 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中的圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=1.20；KHN2=1.18 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（3-10），即 [s ] = K N s lim S  （3-10） 得 [s H ]1 [s ] = KHN1s H lim1 S = KHN 2s H lim 2  = 1.18 600MPa = 708MPa = 1.20 550MPa = 660MPa H 2 S 3.2.2.2 計(jì)算 3 1 1 ? E ? K T u 1 ? Z ? 2 f d u ? s H ? 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，帶入[σH]中較小的值 d1t  2.32  （3-11） 3 ? 1.3 9.72 104 3 + 1 ? 189.8 ?2 1 3 ? 660 ? ? = 2.32 = 55.83mm 計(jì)算圓周速度 v v = p d1t n1 60 = p 55.83 360 mm / s = 1.05m / s 60 1000  （3-12） 計(jì)算齒寬 b b = fd d1t = 1 55.83mm = 55.83mm （3-13） 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h 模數(shù)： mt = d1t / Z1 = 55.83 / 23 = 2.43mm （3-14） 齒高： h=2.25mt=2.252.43=5.47mm b/h=55.83/5.47=10.21 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=1.05mm/s，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中的圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù)： KV=1.03 直齒輪，假設(shè) KAFt/b<100N/mm。由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù)： KHa=KFa=1.2； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-2 查得使用系數(shù)： KA=1； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-4 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù) KHb 的簡(jiǎn)化公式為： K = 1.12 + 0.18(1 + 0.6f 2 )f 2 + 0.23 10 -3 b  (3-15) Hb d d 將數(shù)據(jù)帶入后得 KHb=1.12+0.18（1+0.612）12+0.2310-329.2=1.415 由 b/h=10.21，KHb=1.415 查《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-13 得 KFb=1.36； 故載荷系數(shù) K = KAKV KFa KFb = 11.031.21.415= 1.749 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（3-16）即 K 3 K t d1 = d1t （3-16） 3 1.749 1.3 代入數(shù)據(jù)，得 3 K K t d1 = d1t = 55.83 = 61.63mm 計(jì)算模數(shù) m m=d1/Z1=55.83/23=2.43mm 3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為（3-17） 3 2KT1 ? YFaYSa ? fd Z1 ? [s F ] ? ? 2 ? m （3-17） 3.2.3.1 確定公式內(nèi)的各級(jí)算數(shù)值 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 FE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 FE2=380 MPa； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.85，KFN2=0.88； 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（3-18）即 [s ] = KN s lim S  （3-18） 代入數(shù)據(jù)，得 [s F ]1 = KFN1s FE1 S = 0.85 500 MPa = 303.57MPa 1.4 [s F ]2 計(jì)算載荷系數(shù) K = KFN 2s FE 2 S = 0.88 380 MPa = 238.86MPa 1.4 K = KAKV KFa KFb =11.031.21.36 =1.681 查取齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-5 查得 YFa1=2.69，Y Fa2=2.45 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-5 查得 YSa1 = 1.575 ，YSa 2 = 1.65 計(jì)算大、小齒輪的YFaYSa [s F ]  ，并加以比較 YFa1YSa1 [s F ]1 YFa 2YSa 2 [s F ]2 = 2.69 1.575 = 0.01395 303.57 = 2.45 1.65 = 0.01624 238.86 大齒輪的數(shù)值大 3.2.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 3 0.01624 2 1.681 9.72 104 1 232 m = 2.157mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力， 而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘機(jī)）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.157 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2.5mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=55.83mm，算出小齒輪齒數(shù) z = d1 1 m = 55.83 = 22.33 2.5 大齒輪齒數(shù) Z2=uZ1=322.33=66.99，取 Z2=67 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 3.2.3.2 幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑 d1 = z1 m = 23 2.5 = 57.5mm d 2 = z2 m = 67 2.5 = 167.5mm 計(jì)算中心距 a = (d1 + d 2 ) / 2 = (57.5 + 167.5) / 2 = 112.5mm 計(jì)算齒輪寬度 b = fd d1 = 1 57.7 = 57.5mm 取 B2=58mm，B1=63mm 3.2.3.3 驗(yàn)算 t F = 2T1 d1 = 2 9.72 104 57.5 N = 3380.9N Ka Ft b = 1 3380.9 N / mm = 58.80N / mm < 100N / mm 57.5 合適 3.2.4 齒圈的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3.2.4.1 選定齒圈類型，精度等級(jí)以及材料齒數(shù) 按所設(shè)計(jì)的圖所示，齒圈節(jié)圓直徑為 150mm。由于速度不高，選用 7 級(jí)精度。 材料的選擇，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中的表 10-1 查得，小齒輪為鎳合金， 硬度為 280HBS；齒圈為鎳合金，硬度為 240HBS，二者硬度差為 40HBS。 選取小齒輪 z 1 = 67 1 z3 = i2  z = 150 ， 故取 z3 = i2  z = 150 1 3.2.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式（3-1）進(jìn)行試算 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù) t K = 1.3 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T 1 = 97200N mm 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-7，查出圓柱齒輪的齒寬系數(shù) d f = 1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-6 彈性影響系數(shù)表，可以查得材料的彈性影響系數(shù) 1 2p ? ? ? 1 - m 2 ? E1 ? ? Z = E = 189.8MPa 1 / 2 （3-19） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 12-21d 按齒面硬度查得接觸疲勞強(qiáng)度極限，選擇 MQ 線與 ML 線之間的值。 o H lim 3 s H lim1 = 550MPa ， = 550MPa ； 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)工作壽命為十五年，每年工作 300 天，每天工作 8 小時(shí)， 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： N1=60n1jLh=603601830015=51840000 N2=N1/u=5184000023/69=17280000 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中的圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) K HN1 = 1.18 K HN 3 = 1.22 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 K s ] [s H 1 [s H ]3 = HN1 H lim1 S = KHN 2s H lim 2 S = 1.18 600MPa = 708MPa = 1.22 550MPa = 671MPa 3.2.4.3 計(jì)算 d 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 1t  ，帶入[σH]中較小的值 d1t  2.32 （3-20） 3 T 1 2 ? ?E ? K T u + 1 ? Z ?2 f d u 2 ? H ? [s ] 3 ? 1.3 9.72 104 3 + 1 ? 189.8 ?2 1 3 ? 671 ? ? = 2.32 = 55.21mm 計(jì)算圓周速度 v＇ v p d n p 55.21 360 = 1t 1 = 60 1000 60 1000 =1.04m/s 計(jì)算齒寬 d d 1t b = f = 1 55.21 = 55.21mm 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h 取模數(shù)： t 取 m = 1 d m t = 1t = Z1 55.21 67 = 0.824 齒高： t h = 2.25m = 2.25mm b / h = 55.21/ 2.25 = 24.54 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v＇=1.04m/s，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中的圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù)： V K = 1 直齒輪，假設(shè) KAFt/b<100N/mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù)： Ha K = 1.1 Fa K = 1.1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-2 查得使用系數(shù)： A K = 1； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-4 查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù) KHβ 的簡(jiǎn)化公式（3-4）代入數(shù)據(jù) K Hb = 1.12 + 0.18 12 + 0.23 10-5 62.73 = 1.31 由 b/h=27.88，KHb=1.31 查《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-13 得 Fb K = 1.35 ； 故載荷系數(shù) K = K K K K = 111.11.31 = 1.441 A V Ha Hb 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（3-5）代入數(shù)據(jù)得 1.441 3 1.3 1 d = 55.21 = 57.138mm 計(jì)算模數(shù) m m = d1 z1 = 57.138 = 0.85mm 1mm 67 3.2.5 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3.2.5.1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 s FE1 = 500MPa ，s  FN 3 = 380MPa ； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN1 = 0.96 K FN 3 = 0.98 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.4，代入數(shù)據(jù)得 [s F K ] = FN1 = 1 S 0.96 500 1.4 = 342.86MPa [s F ]3 = FFN 3s FE 3 S = 0.98 380 = 266.00MPa 1.4 計(jì)算載荷系數(shù) K K = K K K K =11.1.11.35 =1.485 A V Fa Fb 查取齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-5 查得 查取應(yīng)力校正系數(shù)  Y Fa1 = 2.28 ， Y Fa 3 = 2.14 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）》中表 10-5 查得 Y Sa1 = 1.73 ， Y Sa 3 = 1.83 計(jì)算大小齒輪的YFaYSa [s F ]  并加以比較 Y Y 2.28 1.83 Fa1 Sa1 = [s F ]1 342.86 = 0.012169 YFa3YSa3 [s F ]3 = 2.14 1.83 = 0.014723 266.00 大齒輪數(shù)值大設(shè)計(jì)計(jì)算 m 3 2 1.485 9.72 104 0.014723mm = 1.057mm 1 672 對(duì)比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 1.057，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)