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1、原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 0.5 吨液压伸臂式焊接变位机设计 摘 要 焊接变位机运动系统的设计是焊接变位机方案设计的核心内容，而焊接变位 机运动自由度的确定是其前提条件。焊接变位机的关键是对变位机进行最佳位置 焊接所需要的运动自由度的设计，如平动或转动的设计。 伸臂式焊接变位机是将工件回转，翻转，以便使工件上的焊缝置于水平和船 形位置的机械装置。伸臂式焊接变位机是应用最广泛的一种焊接变位机，载重量 一般不超过 1 吨。伸臂式焊接变位机的主体部分是翻转机构、回转机构、底座。 其设计的主要内容包括：0.5 吨液压伸臂式焊接变位机的机械结构、箱体、 回转机构等的机械设
2、计、装配图和零件图设计。对倾斜和转动方式、传动方式等 可采用不同的设计方案。整个机械系统应简单可靠，操作方便、经济适用。编写 相应的设计说明书。 关 键 词：伸臂式、焊接、变位机、液压。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 DESIGN OF 0.5 TONS OF HYDRAULIC OUTRIGGERS WELDING POSITIONER ABSTRACT Abstract is The welding dislodgement machine kinematic scheme design is the core content of the welds disl
3、odgement machine plan design. But the welds dislodgement machine movement degree of freedom is the prerequisite situation. The key of welding dislodgement machine is the design of movement degree in the best position welding,such as plate or rotation design. Stretching arm-the welding dislodgement m
4、achine is rotating and turning over the specimens, in order to set the welded joint to the horizontal and the hull shape position mechanism. Stretching arm-welding dislodgement machine is one kind of the most applied widespread welding dislodgement machine, the load-carrying capacity generally does
5、not surpass one ton. the stretching arm-welding dislodgement machine main body part is turning over the organization, rotation organization, foundation. The design of the main contents include: 0.5 tons of hydraulic outriggers welding positioner mechanical structure, cabinet, rotating mechanism such
6、 as mechanical design, assembly and part design plans. Tilt and rotation on the way, transmission methods can be a different design. The mechanical system should be simple, reliable, easy, affordable. The preparation of the corresponding design specification. KEY WORD: Cantilever ,Welding ,Positione
7、r, Hydraulic. 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 目 录 前 言.1 第 1 章 课题简介及焊接变位机发展史.5 1.1 焊接变位机械的分类 5 1.2 焊件变位机械 5 第 2 章 焊接变位机的总体方案设计.10 2.1 总体方案的确定 .10 2.2 选择传动机构类型 .10 2.3 传动方案框图 11 第 3 章 液压马达、电机的和传动装置动力参数计算.12 3.1 液压马达的选用 .12 3.1.1 回转工作台设计参数 .12 3.1.2 液压马达的计算 .12 3.1.3 液压马达的输出功率 .13 3.1.4 选择液压马达的转速 .13 3.2
8、电动机的选用 .13 3.3 传动机构的总传动比及其分配 .14 第 4 章 回转轴与倾斜轴的设计.15 4.1 回转轴的设计及校核 15 4.1.1.选择轴的材料.15 4.1.2.回转轴的强度计算.16 4.2 回转轴上的轴承寿命校核 19 4.2 .1 回转轴上轴承的选择 19 4.2 .2 回转轴上轴承的校核 19 4.3 倾斜轴的设计及校核 20 4.3.1 选择轴的材料 .20 4.3.2. 轴的强度计算21 第 5 章 倾斜轴上键的选择及校核.24 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 结 论.25 致 谢.27 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 1945
9、35455 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 1 前前 言言 焊接作为一种制造技术，是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起 来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相 关。一般工业先进国家，钢产量的 50%左右需采用焊接工艺才能形成产品，在石 油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电 力能源等机械制造部门，焊接都有重要而广泛的应用。许多设备中的大型结构， 几乎都是焊接结构。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结 构正朝着超大型、高容量、
10、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展。 这就不仅需要为焊接生产提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机 械化和自动化，减少人为因素的干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动 条件、提高生产率、促进文明生产的的目的1,2。 在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。 当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、 数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域， 这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。 焊接已成为最流行的连接技术3-4 。 在焊接生产中，经常会遇到焊接变位机
11、及选择合适的焊接位置的情况，针对 这些实际需要，我们设计研制了焊接变位机，它可以通过工作台的回转和倾斜， 使焊缝处于易焊位置。焊接变位机与焊接操作机配合使用，可以实现焊接的机械 化、自动化，提高焊接的效率和焊接质量。焊接变位机可以应用于化工、锅炉、 压力容器、电机电器、铁路交通、冶金等工业部门的自动焊接系统。 在现代加工和制造过程中，焊接变位机已悄然成为了一种不可或缺的设备， 其作用越来越突出。特别是近十年来，这一产品在我国工程机械行业有了大的发 展，获得了广泛地应用。各种机械产品和机械设备的结构件大多数都很复杂，尤 其是各种机械的主要关键不为，其焊接质量的好坏直接影响整机性能。而选择合 适的
12、变位机能提高焊接质量及生产效率，降低工人的劳动强度及生产成本，加强 安全文明生产，有利于现场管理。特别是入世的冲击，机械市场竞争已经变得越 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 2 来越激烈，国内企业必须适应形势，通过对焊接变位机等基础设备加大投入以达 到生产能力的革命性成长。因此，近年来焊接变位机得到国内工程机械行业的广 泛共识，对这方面的投入都在加大2-3。 一、国内外同类设计（或同类研究）的概况综述： 在我国，焊接变位机的地位越来越重要，在焊接领域把它划为焊接辅机。近 十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，获得了广泛的应用。 就型式系列和品种规格而言，已
13、问世的约有十余个系列，百余品种规格，正在形 成一个小行业。在国际上，焊接变位机包括各种功能的产品在内，有百余系列。 在技术上有普通型的，有无隙传动伺服控制型的；产品的额定负荷范围，达到 0.1kN18000kN。可以说，焊接变位机是一个品种多，技术水平不低，小、中、 大发展齐全产品。 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，大都不成规模。以变为机为主导 产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通 机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化设备有限公司等单位生产的变位 机在国内占有较大市场。到 2000 年，国内已开发的变位机产品约 70 余种规格。 以下简单介绍这些变
14、位机的基本型式。 以上基本型产品发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把焊。此外还有 调速型、联控型和机器人配套型产品。 与焊接机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括：工位变换机，如， 立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位 变位机等；与机器人配套焊接变位机，如，倾翻-回转伺服传动式、双座单回转伺 服传动式。多轴单回转伺服传动式等。 一般来说生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都 生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家，大都生产机器人配套的焊接变位机。 但是以焊接变位机为主导产品的企业，非常少见。德国 Severt 公司，美国 Aro
15、son 公司，我国天津鼎盛公司工程机械有限公司等，算是比较典型的生产焊接变位机 的企业。德国的 CLOOS、奥地利 Igm、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制 与机器人配套的焊接变位机。他们的产品，我国都有引进，其中以 ESAB 公司的 较多，兰州石油化工机器厂为了核电站反应容器的生产的 30T 焊接变位机；四川 东方锅炉厂为了核电站反应容器的生产，1997 年也从该公司引进了 100T 的焊接 变位机，长春焊机厂还从日本引进了生产焊接变位机的技术1,4-5。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 3 焊接变位机以其独特的性能，在工业发达的国家已经得到了广泛的应用。焊 接
16、变位机在实际应用中呈现出如下主要特点： 1) 焊件变位机械和焊机变位机械有较宽的调速范围,稳定的焊接运行速度, 以及良好的结构刚度。 2) 对尺寸和形状各异的焊件，有一定的适用性。 3) 在传动链中，具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件 因重力作用而发生事故。 4) 与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件机械，视焊件大小和工艺 方法的不同，其到位精度和运行轨迹精度能控制在 0.12mm 之间，最高精度可 达 0.01mm。 5) 回程速度快，能避免产生冲击和振动。 6) 有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。 7) 整个结构有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散
17、落在其上的焊 渣、药皮等应易清除。 8) 焊接机械有联动控制接口和相应的自保护功能，以便集中控制和相互协 调动作。 9) 工作台面上刻有安装基线，并设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器 件和夹紧机构。 10) 兼作装配用的焊件机械，其工作台面有较高的强度和搞冲击性能。 11) 用于电子束焊、等离子焊弧焊、激光焊和钎焊的焊件机械，能满足导电、 隔磁、绝缘等方面的特殊要求1,6。 二、任务来源 在焊接作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位机械 是与焊机变位机械相互配合使用的，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝 的焊接以及堆焊作业。焊件变位机械也是机械化、自动化装焊生产线上的重
18、要组 成部分。在以弧焊机器人为中心的柔性化加工单元（FMC）和加工系统（FMS） 中，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置精度较高 的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极堆焊等。都需要焊件变位机械 的配合，才能完成其作业1-2,7-8。 故本课题便来源于生产，以便用自己大学几年所学的专业知识位社会敬献一 份微薄的力量。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 4 三、研究内容 设计一台 0.5 吨液压伸臂式焊接变位机设计，可实现焊接工件的回转、倾斜 （通过液压实现） ，以便使工件上的所有焊缝通过回转和倾斜后都能处于水平和 船形焊位置，以便于焊工操作
19、进行焊接。主要包括： 1焊接变位机的底座、回转机构、倾斜机构等的机械设计、装配图和零件 图设计； 2设计参数：载重量 500kg；最大回转力矩 100Nm；工作台回转速度 01r/min；工作台倾斜速度 0.7r/min；工作台回转角度 360；工作台倾斜角度 130。 3整个机械系统应简单可靠，操作方便。 4编写相应的设计说明书。 四、设计的依据与意义 （一） 、设计的目的及依据 为了更好地满足人们对焊件行业存在的问题进行解决，缩短焊接辅助时间， 提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各 种焊接方法的效能的不断需求，让其更好地为人类提供更优的服务，为此，我们 设
20、计了此课题9。 数控式焊接变位机，主要用于筒形工件的环缝自动焊。工作台能以稳定的焊 接速度回转，以便获得优良的焊缝成形。伸臂旋转时，其空间轨迹为圆锥面，在 改变工件的倾斜位置的同时将伴随着工件的升高或下降，以满足获得最佳施焊位 置的需求。因其优点和特点和应用较多，因此，也形成了我们这次设计的依据。 （二） 、设计的意义 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工的空间位置来完成机械化、自动化焊 接的各种机械设备。焊接变位机应用的意义在于，可以缩短焊接辅助时间，提高 劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊 接方法的效能。焊接变位技术是针对传统的焊接行业的一次革命，具有划时
21、代的 意义10。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 5 第 1 章 课题简介及焊接变位机发展史 1.1 焊接变位机械的分类 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊式空间位置来完成机械化、自动化焊接 的各种机械设备。 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工的空间位置来完成机械化、自动化焊 接的各种机械设备。焊接变位机应用的意义在于，可以缩短焊接辅助时间，提高 劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊 接方法的效能。 焊接变位机械的分类及各类所属设备如下图 1-1 所示： 图 1-1 焊接变位机的分类及各类所属设备 各种变位机械都可单独使用，但在多数场合
22、是相互配合使用的，它们不仅用 于焊接作业，也可用于装配、切割、校验、打磨、喷漆等作业。 1.2 焊件变位机械 焊件变位机械是在过程中改变焊件空间位置，使其有利于作业的各种机械设 备。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 6 焊件变位机械按功能不同，分为变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻 转机四类。 在手工焊接作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位 机械是与焊机变位机械相互配合使用的，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线 焊缝的焊接以及堆焊作业。焊件变位机械也是机械化、自动化装焊生产线上的重 要组成部分。在以弧焊机器人为中心的柔性化加工单元（FMC）和加
23、工系统 （FMS）中，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置 精度较高的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极堆焊等。都需要焊件 变位机械的配合，才能完成其作业。 一、焊接变位机 （一）功能及结构形式 焊接变位机, 是在焊接作业中将焊件回转并倾斜，使焊件上的焊缝置于有利 于施焊位置的焊件变位机械。 变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位。 焊接变位机按结构形式可分为三种： （1）伸臂式机，如图 1-2 所示，其回转工作台绕回转轴旋转并安装在伸臂的 一端，伸臂一般相对于某一旋转轴成角度回转，而此旋转轴的位置多是固定的， 但有的也可在小于 100
24、度的范围内上下倾斜。这两种运动都改变了工作台面回转 轴的位置，从而使该机范围大，作业适应性好，但这种形式的变位机，整体性能 较差。 该机多为电动机驱动，承载能力在 0.5t 以下，适用于小型焊件的翻转。也有 液压驱动的，承载能力多在 10t 左右，适用于结构尺寸不大，但自重较大的。 伸臂式的焊接变位机在手工焊中应用较多。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 7 图 1-2 伸臂式焊接变位机 1-回转工作台 2-伸臂 3-倾斜轴 4-转轴 5-机座 （2）座式焊接变位机 如图 1-3 所示，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支 承在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过扇形齿轮或
25、液压缸，多在 的范围 内恒速度或变速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用 于 0.550T 焊件的翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用最为广泛的结构 形式。常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。 图 1-3 座式焊接变位机 1-回转工作台 2-倾斜轴 3-扇形齿轮 4-机座 （3）双座式焊接变位机 如图 1-4 所示。工作台安装在“凹”形架上，以所 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 8 需的焊接速度回转；“凹”形架座在两侧的机座上，多以恒速度或所需的焊接速 度绕水平轴线转动。该机不仅稳定性好，而且如果设计得当，可使焊件安放在工 作台上后，随
26、“凹”形架倾斜的综合重心位于或接近倾斜机构的轴线，从而使倾 斜驱动力矩大大地减小。因此，重型焊接变位机多采用这种结构。 双座式焊接变位机适用于 50T 以上大尺寸焊件的翻转变位。在焊接作业中， 常与大型门式焊接操作机或伸缩臂式焊接操作机配合使用。 焊接变位机的基本结构形式虽然只有上述三种，但其派生形式很多，有些变 位机的工作台还具有升降功能。 图 1-4 双座式焊接变位机 1-工作台 2-“凹”形架 3-机座 4-回转机构 5-倾斜机构 （二）驱动系统 焊接变位机工作台的回转运动，多采用直流电动机驱动，无级变速。工作台 的倾斜方式有两种，一种是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜 或
27、通过螺旋副使工作台倾斜;另一种是采用液压缸直接推动工作台倾斜。这两种方 式都有应用，在小型变位机以电动机驱动为多。工作台的倾斜速度多是恒定的， 但对应用于空间曲线焊接及空间曲面的堆焊的变位机，则是无级调速的。工作台 的升降运动，几乎都采用液压驱动，通过柱塞式或活塞式液压缸进行。 在电动机驱动的工作台回转、倾斜系统中，常设有一级蜗杆传动，使其具有 自锁功能。有的为了精确到位，还设有制动装置，在变位机系统中，当工作台在 创作位置以及焊件重心偏离工作台回转中心时，工作台在转动过程中，重心形成 的力矩在数值和性质上是周期变化的，为了避免因齿侧间隙在存在在力矩性质改 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ
28、 194535455 9 变时产生冲击，导致焊接缺陷，在用于堆焊或重要焊缝施焊的大型变位上，设置 了搞齿隙机构或装置。 工作台的回转运动应具有较宽的调速范围，国产变位调速比一般为 1：33 左 右。国外产品一般为 1：40, 有的甚至达 1：200。工作台回转时，速度应平稳均 匀，在最大载荷下的速度波动不得超过 5%。另外，工作台倾斜时，特别是向上 倾斜时，运动应自如，即使在最大的载荷下，也不应产生抖动。 本次设计中，因为采用液压系统，所以在工作台的回转、倾斜系统中，均采 用液压驱动，其中回转由液压马达提供动力，经减速器、齿轮副驱动工作台回转； 倾斜由三组液压缸驱动1。 原创通过答辩毕业设计说
29、明书论文 QQ 194535455 10 第第 2 章章 焊接变位机的总体方案设计焊接变位机的总体方案设计 2.1 总体方案的确定 接到一个机构结构的设计任务后，首先必须拟定总体方案，绘制系统总体装 配草图，才能决定各种设计参数和机构，然后再就机械传动部分进行设计计算。 机械传动部分的总体方案的拟定应包括：系统运动方式的确定、电动机的选择、 执行机构的结构和传动方式的确定。 一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、 结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉及使用维护方便等。当然，要完全 满足这些要求是困难的。 0.5 吨液压伸臂式焊接变位机主要有以下几部分组成：底座、
30、伸臂（主臂与 副臂） 、液压系统、电动机、工作台、工作台回转机构、箱体。其中，底座、箱 体、工作台与伸臂各部件采用焊件；电动机采用外购件 Y112M-4 型；液压系统 中液压泵、液压缸、液压马达、液压阀等均为外购件。所以主要研究工作台回转 机构。 工作台回转机构内部包含电动机、减速机构和导电装置。减速机构中的减速 器采用外购件 WHT80 型。导电装置可以防止焊接电流通过轴承、齿轮等传动零 件时起弧，产生“咬伤”零件的现象11。 在设计过程中，主要内容是确定齿轮副的各项参数，轴（回转机构中的长轴 和倾斜臂中的短轴）及其轴承的校核及电动机的选择。 2.2 选择传动机构类型 合理地选择传动类型是拟
31、定传动方案时的重要环节，参考机械设计课程设 计 ，得到常用的传动机构的类型、性能和适用范围。 选择传动类型时，应综合考虑各有关要求和工作条件，例如工作机的功能， 对尺寸、重量的限制，制造能力以及经济性等。选择类型的基本原则为： 1. 对于传递功率不大，在满足功能条件下，考虑采用齿轮传动方式，因为其 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 11 结构简单、尺寸较小。 2. 传动比要求较严格、无严格尺寸要求，所以采用齿轮传动。 3. 考虑到其工作环境，采用半开式齿轮传动12,13。 2.3 传动方案框图 图 2-1 传动方案回转机构框图 机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分
32、组成。传动装置位于原动机 和工作机之间，用来传递运动和动力，并可用改变转速、转矩的大小或改变运动 形式，以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量 和成本都有很大的影响，因此应当合理地拟定传动方案。 方案中，电动机为液压泵提供动力，液压泵驱动液压马达，通过液压马达输 出转速和扭矩，经由减速器减速，最终带动工作台回转轴转动，来满足机器的性 能和使用3,14。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 12 第第 3 3 章章 液压马达、电机的和传动装置动力参数计算液压马达、电机的和传动装置动力参数计算 3.1 液压马达的选用 3.1.1 回转工作台设计参数回
33、转工作台设计参数 回转工作台设计参数1,2 工作台尺寸 100mm 允许最大荷重 500kg 工作台回转速度 01r/min 工作台倾斜速度 00.7r/min 工作台最大回转力矩 100Nm 工作台倾斜角度 130 3.1.2 液压马达的计算液压马达的计算 液压马达的输出转速的计算公式为 （3-1） VM MTM M TM M q Q q Q n 式中： 马达排量； M q 总效率； M 容积效率。 VM 液压马达的输出转矩的计算公式为 （3-2） VM MMM mM MM M qPqP T 22 式中： 马达排量； M q 总效率； M 容积效率； VM 马达入口压力与出口压力之差。 M
34、P 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 13 3.1.3 液压马达的输出功率液压马达的输出功率 工作台回转转矩要求为 100，由此得到马达输出转矩。mN 查参考文献9公式 2-1，得 （3-3）kw Tn P w W 9550 =1.5r/minmNT.2049 w n 式中： 工作机的输出转矩；T 工作机的输出转速。 w n 代入公式得 kW Tn P w W 01 . 0 9550 mN100 9550 此为当已知输出转矩和转速时，工作机主动轴所需功率。 考虑传动装置的功率损耗，液压马达输出功率为 （3-4）kW kWP P w d 016 . 0 64 . 0 01
35、 . 0 式中， 为电动机至工作机主动轴之间的总效率，即 =12n （3-5 ） 其中 1、2、n分别为传动系统中联轴器传动、各对轴承、各传动副的 效率乘积 64. 0 21 n 3.1.4 选择液压马达的转速选择液压马达的转速 同一类型、功率相同的液压马达具有多种转速。如选用转速高的液压马达， 其尺寸和重量小，价格较低，但会使传动装置的总传动比、结构尺寸和重量增加。 选用 n=250r/min 。 3.2 电动机的选用 因为电动机只为液压泵提供动力，而泵的流量可以由流量阀控制，所以无严 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 14 格要求。 选用 Y112M-4 型电动机。
36、 3.3 传动机构的总传动比及其分配 此时，齿轮副传动比 （3-6）5 20 100 2 1 z z i 减速器 WHT80 型的传动比为 850 的一个系列，选择传动比为 50，于是总 传动比 （3-7） 250 21 iii 则工作台回转速度 （3-8）min/1 550 250 1 r i n n w 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 15 第第 4 4 章章 回转轴与倾斜轴的设计回转轴与倾斜轴的设计 4.1 回转轴的设计及校核 4.1.1.选择轴的材料选择轴的材料 1.该轴无特殊要求，因而选用调质处理的 45 钢，由查参考文献9表 12-2 知 。 MPa B
37、640 2.初步估算轴径 由表查参考文献912-4，按 45 钢，取 C=110；输出功率 = 0.016kW； 3 P 输出轴的转速 =1r/min； n ； （4-1）mm n p cd28 1 016 . 0 1103 3 min 轴径最细处为 70mm，故满足要求。轴的具体尺寸如图： 图 4-1 回转轴 从左至右轴长度依次为： 653417036 从左至右轴径依次为： 70749010090 定位轴肩高度按表取，非定位的高度一般取 12.5mm，为保证强度取 5mm， 所以对于轴径，从工作台处向下如图增减。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 16 4.1.2.回
38、转轴的强度计算回转轴的强度计算 1）回转轴上的作用力的大小 轴向力 （4-N d T FF ta 36103 120 209420002000 2 2 21 2） 圆周力 （4-N d T FF at 5420 40 31.8320002000 1 1 21 3） 径向力 （4-NFFF trr 1314020tan36103tan 221 4） 2）求轴承的支反力 图 4-2 受力简图 水平面上支反力 （4-5） 1 5420 2710 22 t AB F FFN 垂直面上的支反力 7 . 767 140 7013140 2 30 36103 140 70 2 1 1 1 ta A F d
39、F F N F d F F ta B 12372 140 7013140 2 30 36103 140 70 2 1 1 1 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 17 图 4-3 水平面上的受力和弯矩图 图 4-4 垂直面上的受力和弯矩图 3）画弯矩图（图 4-5a） 截面 C 的弯矩为 水平面上的弯矩 7 . 18927101070 3 1 C M 垂直面上的弯矩 3 1 70 10767.753.7 C MN m 3 2 70 1012372866.5 C MN m 合成弯矩 （4- 2222 111 189.753.7189.84 CCC MMMN m 6） 222
40、2 222 189.7866886.5 CCC MMMN m 4）画转矩图（图 4-4b ） 4 2094TN m 5）画计算弯矩图（图 4-4c ） 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 18 因双向回转，视转矩为脉动循环，则截面 C 的当量弯矩 1 0 0.6 b b （4-7） 2 2 114 189.84 VCC MMTN m 2 2 224 1525.9 VCC MMTN m 图 4-5 弯矩图 6)按弯扭合成应力校核轴的强度 (1)截面 C 当量弯矩最大，故截面 C 可能危险截面，已知： 2 1525 CVC MMN m 查参考文献9表 12-2，得=100 b
41、1 MPa （4-8） 3 33 1525 10 67 0.10.1 45 cc c MM MPa Wd =67=100MPa b1 MPa 式中： 轴的抗弯截面系数；W 该截面轴径。d (2). 截面 B 受转矩且直径最小也可能为危险截面 对于截面 B 4 1256 B MTN m 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 19 3 1 3 1525 10 66100 0.1 30 b b M MPaMPa W 计算出的应力与许用应力相较小，可以满足强度要求。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 20 4.2 回转轴上的轴承寿命校核 4.2 .1 回转轴
42、上轴承的选择 轴承所受载荷的大小、方向与性质是选择轴承类型的主要依据。 1.鉴于承受较大载荷和波动，且径向载荷和轴向载荷联合作用，所以选用圆 锥滚子轴承。 2.转速较低、载荷较大且有冲击时，宜选用滚子轴承。 3.安装和拆卸方便（内外圈可分离） 。 圆锥滚子轴承的特点是： 1.摩擦系数小，启动力矩小，效率高。 2.能同时承受径向和轴向载荷，因此可使机器结构简化、紧凑。 3.能承受较大的径向载荷和单向的轴向载荷，极限转速较低。 4.内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。 5.适用于转速不太高，轴的刚性较好的场合。 根据轴和箱体的结构，长轴上轴承均选用 7218 圆锥滚子轴
43、承15。 4.2 .2 回转轴上轴承的校核回转轴上轴承的校核 1. 求内部轴向力 （4-9） N Y FF Y F F RR Rv S 1408 2 2816 2 7 . 7672710 22 22 2 1 2 1 1 1 N Y FF Y F F RR Rv S 5 . 18100 2 36201 2 361032710 22 22 2 2 2 2 2 2 图 4-6 回转轴轴承受力简图 2.求当量动载荷 P （1）求轴承 1 的当量动载荷 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 21 轴承 1： （4- NFFF NFF aSA SA 5 . 5420136201 5 .
44、 18000 1408 121 11 10） 取；NFA 5 . 54201 1 ；45tan5 . 149 . 1 3620154201 11RvA FF 查参考文献9表 15-10，x=1，Y=0； 查参考文献9 表 15-11， fp=1； （4-11）NYFxFfp ARp 36201)0362011 (1)( （2）求轴承 2 的当量动载荷 轴承 2： NFFF NFF SaA SA 34793140836201 5 . 18000 222 22 取 FA2=34793N 20tan5 . 196 . 0 3620134793 22RvA FF 查参考文献9 表 15-10，x=0.
45、4，Y=0.4=1.099；20cot 查参考文献9 表 15-11， fp=1； NYFxFfp ARp 52721)34793099 . 1 362014 . 0(1)( 3.求轴承的寿命： 圆锥滚子轴承；查查参考文献8表 5-1-54，C=38.5。 3 10 kN 机器寿命。 3 1 19825) 52721 10 5 . 38 ( 2 . 5560 10 )( 60 10 3 10 366 p C n Lh 所以轴承满足要求。 4.3 倾斜轴的设计及校核 4.3.1 选择轴的材料选择轴的材料 该轴无特殊要求，因而选用调质处理的 45 钢，由查参考文献9表 12-2 知， 。MPa B
46、 640 （1）.初步估算轴径 由参考文献9表 12-4，按 45 钢，取 C=110；输出功率：kWP329 . 0 4 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 22 输出轴的转速 r/min； （4-12）5 . 1 3600 48 2 n ；为了保证轴的强度，可以适当地选择mm n p cd13.26 5 . 1 329 . 0 1103 3 min 直径稍微大一点轴径，取=30mm 。 min d （2）. 确定各段轴径和长度 轴设计如下： 图 4-7 倾斜轴 从左至右轴长度依次为： 1410508528 从左至右轴径依次为： 70100726760 定位轴肩高度按表
47、取，非定位的高度一般取 12.5mm，为保证强度取 5mm 和 3.5mm，所以对于轴径，从箱体处向右如图增减。 4.3.2. 轴的强度计算轴的强度计算 （1）先作出轴的受力简图如下图4-8 由前面已知 NFF ff 5 . 24148 21 ；NFF1065 21 转矩：T=mN n p .2049 71 . 0 1103 . 0 95509550 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 23 齿轮圆周力N d T Ft36103 120 204920002000 齿轮径向力 NFF tr 1314020tan36103tan NFa5420 （2）求轴承的支反力 水平面的受力计算 08545cos8545cos60 5 . 9245sin 5 . 9245sin 5 . 1