60噸焊接變位機設(shè)計[座式]【含CAD圖紙+PDF圖】

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Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipes landscape orientation welding, pipe and flanges inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welders workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on. By understanding the welding positioner s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A block 60 ton s of welding positioner is designed.Mainly on the subject of welding ,mechanical rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accuracy ,and so on. The design process is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including: the rotational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the calculation of axle size and corresponding accessories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen. The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, CAD.Key words: welding conjugation mechanical; mechanical design; welding auxiliary machine.目 錄摘 要IIIABSTRACTIV目 錄V1 緒論11.1 立題依據(jù)11.2 焊接輔機的作用和分類11.3 焊接變位機的功能及結(jié)構(gòu)形式22.1 設(shè)計的基本參數(shù)42.2 變位機的總體方案設(shè)計42.3 驅(qū)動系統(tǒng)方案42.3.1 工作臺回轉(zhuǎn)方案42.3.2 工作臺翻轉(zhuǎn)方案42.4 導電裝置方案53 回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計63.1 工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)63.2 回轉(zhuǎn)支承的選擇63.2.1回轉(zhuǎn)系統(tǒng)承載的總重量63.2.2 計算回轉(zhuǎn)支承的最大傾覆力矩73.2.3 齒輪1的參數(shù)（即與回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪）83.3 選擇工作臺的回轉(zhuǎn)電機103.4 減速器的選擇114 工作臺傾斜機構(gòu)設(shè)計124.1 傾斜機構(gòu)124.2 選擇傾斜機構(gòu)的電機124.3 蝸桿減速器134.3.1 蝸桿和蝸輪的設(shè)計144.3.2 蝸桿軸和蝸輪軸的初步設(shè)計164.4扇形齒輪傳動設(shè)計164.5 傾斜機構(gòu)中軸的設(shè)計194.5.1 傾斜軸的最小直徑194.5.2 翻轉(zhuǎn)小齒輪軸的最小直徑244.6 聯(lián)軸器的選用計算274.6.1 減速器與減速器之間的聯(lián)軸器274.7 軸承的選用和校核275 安裝調(diào)試與操作使用295.1 安裝295.2 調(diào)試與檢測295.3 操作與使用296 結(jié)論與展望306.1結(jié)論306.2不足之處及未來展望30致謝31參考文獻3260噸焊接變位機設(shè)計1 緒論1.1 立題依據(jù)目前機械行業(yè)，特別是鍋爐行業(yè)有大量的管和板的焊接，管子和板的接合處為環(huán)縫焊接，為適應(yīng)自動焊接，管和板要自轉(zhuǎn)，同時要傾斜45，滿足船形焊接。鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,推動了工程結(jié)構(gòu)體系的不斷進步。在橋梁、電站、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、大型造船等行業(yè)日益繁榮的今天，要求焊接自動化的增多，焊接輔機也越來越受到重視。我國目前中小噸位焊接變位機，基本能滿足要求。但無論品種規(guī)格還是性能質(zhì)量，與國外相比仍有很大差距，尤其是大噸位焊接變位機在速度平穩(wěn)性、變位精度、驅(qū)動功率指標、與焊接操作機的聯(lián)機動作等方面，存在較大差距。1.2 焊接輔機的作用和分類焊接輔機指所有同焊接相關(guān)的周邊輔助設(shè)備，具體定義是指焊接結(jié)構(gòu)裝配和焊接過程中起配合和輔助作用的的工夾具變位機械、焊劑輸送裝置等的總稱。如：各類焊接夾具、船舶焊接專機、汽車底板焊接生產(chǎn)線、各類龍門焊接機、焊接機器人及周邊設(shè)施等。其中最常見的通用配置有操作機、滾輪架、變位機等焊接變位機械。如圖1.1焊接變位機械指是在焊接過程中改變焊件、焊機及焊工空間位置來完成機械化，使其有利于減少焊接時間，提高勞動效率，減輕工人勞動強度，提高焊件質(zhì)量，并能充分發(fā)揮各種焊接方法的機械設(shè)備。焊接變位機械可分為焊件變位機械、焊機變位機械和焊工變位機械。焊件變位機械是在焊接過程中改變焊件空間位置，使其有利于焊接作業(yè)的各種機械設(shè)備。其中滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機、回轉(zhuǎn)臺就是焊接變位機械。在多數(shù)場合下，焊件變位機械和焊機變位機械相互配合使用，用來完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。在以弧焊機器人為中心的柔性加工單元（FMC）和加工系統(tǒng)（FMS）中，焊件變位機械也是組成設(shè)備之一。在復雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極焊接等，都需要焊接變位機械的配合，才能完成作業(yè)。其中焊件變位機械最多也最常用。本論文主要是設(shè)計了60噸焊接變位機的整體機構(gòu)和主要零件。 (a)焊接滾輪架 (b)焊接變位機 (c)焊接翻轉(zhuǎn)機 (d)焊接操作機圖1.1 焊接變位機械1.3 焊接變位機的功能及結(jié)構(gòu)形式焊接變位機是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜使焊件上的焊縫置于有利于施焊位置的焊接變位機械。焊接變位機的幾種常見形式7：（如圖1.2）： (1)座式焊接變位機。是應(yīng)用最廣泛的一種焊接變位機,其穩(wěn)定性比伸臂式焊接變位機要高。工作臺有一個整體翻轉(zhuǎn)的自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進行焊接，另外工作臺還有一個回轉(zhuǎn)的自由度。其適合工程機械的小型焊接件及一些管類、軸類、盤類等中小型復雜結(jié)構(gòu)的焊接。 (2)型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機。其工作裝置型，有兩個方面的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個方向都可以360任意回轉(zhuǎn)。此變位機與其它類型變位機相比，開敞性好，容易操作。(3)雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機。其主要特點是立柱一端電機驅(qū)動工作裝置沿一個回 轉(zhuǎn)方向運轉(zhuǎn)，另一端隨主動端從動。兩側(cè)立柱可設(shè)計成可升降式，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。該種變位機結(jié)構(gòu)簡單適合裝載機的后車架、壓路機機架等工程機械長方形結(jié)構(gòu)件的焊接。這種型式變位機的缺點只能在一個圓周方向回轉(zhuǎn)，選擇時要注意焊縫形式是否適合。(4)型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式。在單回轉(zhuǎn)變位機的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個空間又增加一個旋轉(zhuǎn)自由度。這種型式的變位機焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置。有較高的穩(wěn)定性,適用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位,能較好地滿足焊接質(zhì)量的要求。(5) 型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機。型回轉(zhuǎn)形式與型機相同，只是為了方便夾具體的設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的外形，變位機的工作裝置稍作變動。該種型式焊接變位機，適合裝載機的鏟斗、挖掘機的挖斗等焊接。焊接變位機要具備的性能有：（1）焊接變位機械要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的電流和功率。（2）在動力傳動行程中要有自鎖傳動，以免動力源切斷時，焊件因重力作用而發(fā)生事故。（3）與焊接機器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊接變位機，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度（點位控制）和運行軌跡精度（輪廓控制）應(yīng)控制在0.12mm之間， 最高精度應(yīng)可達0.01mm。（4）有良好的接電、接水、接氣設(shè)施，以及導熱和通風性能。（5）整個結(jié)構(gòu)要有良好的密閉性，以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等臟物，應(yīng)易被清除。（6）工作臺面上應(yīng)設(shè)有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器件和夾緊機構(gòu)。 (a)座式焊接變位機 (b)型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機 (c)雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機 (d)型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式 圖1.2 變位機種類2 方案設(shè)計2.1 設(shè)計的基本參數(shù)基本承載能力 60噸工作臺直徑 3000mm工件偏心距500 mm回轉(zhuǎn)角度 0180翻轉(zhuǎn)角度 090焊接速度 250mm/min2500mm/min2.2 變位機的總體方案設(shè)計 圖2.1 變位機的總體圖采用座式焊接變位機，工作臺連同回轉(zhuǎn)機構(gòu)通過傾斜軸支承在機座上，工作臺以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸在090的范圍內(nèi)恒速傾斜。該機為座式焊接變位機，穩(wěn)定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。2.3 驅(qū)動系統(tǒng)方案 2.3.1 工作臺回轉(zhuǎn)方案工作臺的回轉(zhuǎn)運動應(yīng)有較寬的調(diào)速范圍，從0.027r/min0.27r/min調(diào)速平穩(wěn)均勻，要有雙向回轉(zhuǎn)功能和自鎖功能。第一種方案：電動機驅(qū)動，經(jīng)過減速器減速后通過齒輪傳動帶動工作臺回轉(zhuǎn)，要求無級變速。第二種方案：在全液壓變位機，采用液壓馬達來驅(qū)動及控制工作臺回轉(zhuǎn)的速度和角度。 2.3.2 工作臺翻轉(zhuǎn)方案工作臺的傾斜速度恒定，運動要自如平穩(wěn)并有多重自鎖功能。第一種方案：電動機經(jīng)過減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜，該方案目前應(yīng)用很廣。第二種方案：在全液壓變位機中采用液壓缸直接推動工作臺傾斜，對液壓驅(qū)動方面的要求較高。第三種方案：電動機經(jīng)過減速器減速后通過螺旋副使工作臺傾斜，該方案應(yīng)用很少。 2.4 導電裝置方案焊接變位機作為焊接電源二次回路的組成部分，必須設(shè)有導電裝置。焊接時，強大的焊接電流通過工件和工作臺經(jīng)導電裝置傳至工作臺傾斜軸，再由位于傾斜軸返回到焊機的負極。導電裝置提供了一個順暢的電流回路，有效地防止了焊接電流直接通過齒輪副和軸承，既保證足夠的焊接電流，又使機構(gòu)免遭電流損壞。第一種方案：采用外接導電裝置，主要是采用電刷式的，它由電刷、電刷盒、刷架組成，結(jié)構(gòu)形式多樣，在焊接變位機中應(yīng)用最廣。第二種方案：采用自身導電。必須采用以下措施：使用帶有石墨成分的潤在軸向力的作用下，各傳動副之間、軸承內(nèi)外圈之間要接觸緊密。自身導電然省去了專用的導電裝置，但對變位機各傳動副的裝配間隙要求較嚴，使用中又需經(jīng)常檢查和調(diào)整，比較麻煩，采用不多。3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計3.1 工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作臺帶動60噸工件以焊速250mm/min2500mm/min在0180內(nèi)回轉(zhuǎn)。其回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的如圖3.1所示。其傳動路線大致為：驅(qū)動電機回轉(zhuǎn)減速機回轉(zhuǎn)支承工作臺。工作臺固定于回轉(zhuǎn)支承上，回轉(zhuǎn)支承固定在支承梁上?；剞D(zhuǎn)支承外圍上的大齒輪與減速器輸出軸小齒輪嚙合，通過與減速器輸入軸連接的電機的驅(qū)動，形成工作臺的回轉(zhuǎn)運動。電機和減速器輸出軸直聯(lián)，利用電機的失電制動器來對回轉(zhuǎn)運動進行制動和自鎖。圖3.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動簡圖3.2 回轉(zhuǎn)支承的選擇在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，工作臺是固定在回轉(zhuǎn)支承上，通過回轉(zhuǎn)支承將工作臺與支承梁連接，這樣不僅提高了工作臺的回轉(zhuǎn)精度，也提高了工作臺的剛性。參照相關(guān)樣品的選型計算，我選擇單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，JB230084標準中的單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)中心大，支承面積大。是由兩個座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，鋼球與圓弧軌道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力、顛覆力矩。外圈為齒輪，外圈與工作臺用螺栓固聯(lián)，內(nèi)圈與鋼梁聯(lián)接。動力從齒輪副傳入，帶動工作臺旋轉(zhuǎn)。我選取的回轉(zhuǎn)支承型號為012. 60. 2000。查機械設(shè)計手冊P7453表72112，其主要的參數(shù)如下4：回轉(zhuǎn)中心直徑為2000mm 滾子直徑為60mm總高h承=144 mm 參考重量為M=1100kg外齒輪模數(shù)m=18 mm 齒數(shù)Z=123外齒輪De=2264.4 mm 外齒輪b=120mm 3.2.1回轉(zhuǎn)系統(tǒng)承載的總重量圖3.2 偏心距和重心距示意圖h件工件的高度假設(shè)工件為圓柱形，材料為鋼，則密度為7.8103 kg/m3，直徑為3000 mm。V = 60103 / 7.8103= 7.6923 m3h件 = 7.6923 / ( 1.52 ) = 1.088m = 1088 mmh臺工作臺高度 假設(shè)工作臺高度為80mmh綜合重心高h =（ h件h臺h承）/2（1088100144）/2666mmm臺工作臺的重量工作臺材料為Q235A，密度為7.8103 kg/m3 （采用肋板增加強度減少重量）。m臺 = 7.81031.51.50.084.4103kgG綜合重量G =（ 4.4103601031.1103）9.8641.9103 N 3.2.2 計算回轉(zhuǎn)支承的最大傾覆力矩已知條件: G=5.88105N工件重量（60t） Emax = 500mm允許最大偏心距 =0180回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角=090回轉(zhuǎn)傾斜角變位機的回轉(zhuǎn)支承受力狀態(tài)如圖3.2所示，在焊件和夾具的綜合重量作用下，回轉(zhuǎn)支承的傾覆力矩M是由繞X軸和Y軸的彎矩Mx，My合成， Mx=G1h+G2 e sin (3.1) My=G2 e cos (3.2) 考慮到 G1=Gsin G2=Gcos 圖3.3 回轉(zhuǎn)支承傾覆力矩圖則A點截面所受的彎矩為： M=（Mx2+ My2）1/2 (3.3) = G（h 2sin+ e2cos2+2hesincossin）1/2 由式(3.1)和(3.2) 知，彎矩M是，的二元函數(shù)，其值是變化的。現(xiàn)需要求出最大值，以便校核。令： N= h 2sin+ e2cos2+2hesincossin (3.4) 對上式進行求偏導并令其為零,求出N的最大值，即可求出彎矩M的最大值。 N= h 2 cos-e2 sin2+2he cos2sin=0 N=hesin2cos=0 因為上式是關(guān)于三角函數(shù)的代數(shù)式，由于它的周期性，所以上式結(jié)果為多個解。結(jié)合已知條件，解如下： (=90 =0，180 ) 最大值出現(xiàn)在=90時， 代入求M得：Mmax = G h = 4.3105 Nm 3.2.3 齒輪1的參數(shù)（即與回轉(zhuǎn)支承嚙合的小齒輪）該齒輪是和回轉(zhuǎn)支承上的外齒輪嚙合，其模數(shù)是確定的。這里只校核其強度。經(jīng)過減速器減速后，回轉(zhuǎn)支承之間的傳動比： i2=2778450=6.2 表3-1齒輪的參數(shù)計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果確定主要尺寸齒數(shù)z1=1236.2=19.8取z1=20傳動比i=12320=6.15分度圓直徑d1=m z1=1820=360mmd1=360mmd2=m z2=18123=2214mmd2=2214mm齒寬b1= 130 mm小齒輪的校核 小齒輪用20 Cr，滲碳淬火，硬度56HRC62HRC。 表3-2小齒輪的校核 計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果轉(zhuǎn)矩T1 =9.55106P/n=9.551069.9/1.7=55.615106 NmmT1=55.615106 Nmm接觸疲勞極限查P224，圖12.17（e）Hlim1=1200Mpa圓周速度v=d1n1 /(601000)= 3601.7/60/1000=0.032m/s精度等級由P207表12.6選9級精度使用系數(shù)由P215表12.9KA=1.0動載系數(shù)由圖12.9KV=1.01齒間載荷分配系數(shù)由表12.10，先求Ft=2 T1 / d1 =255.615106 /360=3.09105NKA Ft /b=1.03.09105/130=2377N/mm 100N/mm=1.883.2(1/z1+1/z2)cos =1.883.2(1/20+1/123)=1.6940Z=(4)/3 =(41.6940)/3=0.7687KH=1/ Z2=1/0.76872=1.6925齒向載荷分布系數(shù)由P218表12.11KH=A+B1+6.7(b/ d1)2(b/ d1)2+C10-3 b=1.09+0.161+6.7（130/360）2（130/360）2+0.3110-3120=1.3037KH=1.3037 載荷系數(shù)K= KA KV KHKH=1.01.011.69251.3037=2.228K=2.228彈性系數(shù)由P221表12.12ZE=188.9 Mpa1/2節(jié)點區(qū)域系數(shù)由圖12.16ZH=2.5 續(xù)表3-2接觸最小安全系數(shù)由表12.14SHmin=1.01 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由表12.15，估計106 NL 108接觸壽命系數(shù)由圖12.18ZN1=1.5許用接觸應(yīng)力H1=Hlim1 ZN1 / SHlim=12001.5 /1.01=1782MpaH1 =1782Mpa驗算H= ZE ZH Z 2K T1 / bd12(u+1)/u =188.92.50.7687 22.22855.615106 / 130/3602(7.15)/6.15 1/2=1501.2Mpa H1H=1501.2Mpa計算表明，接觸疲勞強度較為合適。注：表中圖和表查看參考書3 。3.3 選擇工作臺的回轉(zhuǎn)電機 電機的驅(qū)動功率N 已知條件：焊接點最大線速度 Vmax=2500mm/min Vmin=250mm/min回轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速 nmax=25003000 = 0.27r/min nmin=2503000 = 0.027r/min=0.873回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的傳動效率（考慮到減速器效率為0.9，回轉(zhuǎn)支承的齒輪傳動效率為0.97）由焊接工裝夾具與變位機械P127式（2-4）1功率計算公式 N=mmax nmax/9550 = G Emax nmax/9550 (3.5) =641.91030.270.5 /( 95500.900.97) =10.39 KW 當對工件實行自動焊接時，焊接線速度是一定的。隨著工件的大小及焊縫位置的改變，焊縫的回轉(zhuǎn)直徑也是改變，所以要求工作臺的回轉(zhuǎn)速度必須是無級調(diào)速的，實現(xiàn)不同的工件、不同的焊接位置達到相同的線速度，達到焊縫的質(zhì)量要求。工作臺的線速度在250mm/m2500mm/min之間，速比為 1：10。工件在裝夾后，在不同的回轉(zhuǎn)速度下，有工件重心的偏心距產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)扭矩是一定的，所以要求電動機的輸出扭矩為恒扭矩。就目前來說，能實現(xiàn)恒扭矩無級調(diào)速的電機有三種： Y系列普通異步交流電機。 Y系列普通異步交流電機一般只能實現(xiàn)1：10的恒扭矩調(diào)速，而且功率扭矩性差，不能滿足要求。 直流電機。 直流電機調(diào)速技術(shù)發(fā)展比較早，有良好的起、制動性能，在很大范圍內(nèi)能平滑的調(diào)速，但其體積大、成本大，能耗大，對電網(wǎng)也有影響，縣被逐步取代。 交流變頻電機。 交流變頻電機的調(diào)速系統(tǒng)，由于調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不變，在各種變頻電機調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，同時性能也最好，是交流變頻調(diào)速的主要發(fā)展方向。在比較之后，選擇交流變頻電機，該電機在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不變，調(diào)速系統(tǒng)效率最高，性能最好。利用該電機在基頻以下屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的特性，將電機功率調(diào)低，達到輸出轉(zhuǎn)速速比1：10，輸出恒扭矩的要求。我選YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，該類電機與變頻器裝置組成機電一體化系統(tǒng)，550HZ為恒轉(zhuǎn)矩運行區(qū)，50100為恒功率運行區(qū)，調(diào)速比為1：20。查機械設(shè)計手冊P22-109，選型號為YVP180L8，其主要數(shù)據(jù)如下4： 表3-3回轉(zhuǎn)機構(gòu)的電動機的參數(shù)額定功率額定轉(zhuǎn)矩額定電流重量同步轉(zhuǎn)速11 KW144Nm25A250Kg750r/min總傳動比 i總 = 75 r/min0.027r/min = 27783.4 減速器的選擇 在焊接變位機的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，有個傳動比達到450的減速器。該減速器要求傳動效率高，承載能力大，傳動精度高，滿足安裝要求。能實現(xiàn)這么大傳動比的減速器有三種： 圓柱齒輪減速器。 圓柱齒輪減速器的傳動比為1：400，需要幾個減速器串聯(lián)起來使用，體積很大。 兩級蝸桿減速器。 在傳動比和體積上滿足要求，但其傳動效率低，特別是在輸入軸轉(zhuǎn)速很低（電機的最小轉(zhuǎn)速為37.5 r/min）的情況下更低，一般只能達到0.1左右。 三級行星齒輪減速器。 其傳動比和傳動效率（大于0.8，且不隨輸入軸轉(zhuǎn)速的降低而降低）均能滿足要求，只是體積比蝸桿減速器大。相比較后，我選擇三級行星齒輪減速器。減速器中的齒輪由弧齒錐齒和行星齒輪傳動組成，具有以下特點：（1）體積小、重量輕，在相同條件下，比普通漸開線圓柱齒輪減速器的重量輕1/2以上，體積縮小1/21/3。（2）傳動效率高，三級傳動效率可達0.910.94。查機械設(shè)計手冊P16107，表16277，選NGW-S123450減速器，其主要尺寸如下表4： 表3-4回轉(zhuǎn)機構(gòu)減速器的參數(shù)公稱傳動比輸入轉(zhuǎn)速輸入功率體積重量I=4501000r/min11kw145995010132000 Kg輸出數(shù)據(jù)：P=0.9011=9.9 kw n=750450=1.7r/min4 工作臺傾斜機構(gòu)設(shè)計4.1 傾斜機構(gòu) 傾斜機構(gòu)受力見圖4.1。其傳動路線大致為：驅(qū)動電機減速機構(gòu)翻轉(zhuǎn)齒輪翻轉(zhuǎn)軸工作臺。在傳動系統(tǒng)中，動力的輸入為擺線針輪減速器。通過一帶制動輪聯(lián)軸器與第二級蝸桿減速器輸入軸連接，將動力傳給蝸桿減速器（減速比為30）。減速器輸出軸通過齒式聯(lián)軸器同齒輪軸連接，通過齒輪傳動，最終將動力傳給與支承梁連接的扇形齒輪，實現(xiàn)工作臺的翻轉(zhuǎn)。圖4.1 傾斜機構(gòu)傳動簡圖在該傳動鏈中，翻轉(zhuǎn)齒輪傳動采用雙邊傳動，保證了傾斜過程中整機的穩(wěn)定性。在翻轉(zhuǎn)齒輪上設(shè)有限位塊和行程開關(guān)，以使工作臺能可靠地停留在所需位置及實現(xiàn)運動的自鎖。4.2 選擇傾斜機構(gòu)的電機在=min、=900時出現(xiàn)最大傾斜力矩，MTmax= G(h12+ e2)1/2 。（如圖4.2：）(h12+ e2)1/2 =(6612 + 5002 )1/2=828.8mmMTmax= G(h12+ e2)1/2 = 641.9103828.810-3 =5.3105 Nm (4.1)電機傾斜機構(gòu)的驅(qū)動功率計算如下：假設(shè)傾斜機構(gòu)的最大轉(zhuǎn)速 nmax = 0.3 r/min回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的傳動效率 =0.970.90.6= 0.5238圖4.2 傾斜力矩圖（考慮到齒輪效率為0.97，蝸桿傳動效率為0.67, 減速器效率為0.9）由變位機械與工裝夾具P127式（2-4）1P = MTmax n / 9550= 530103 0.3 / (95500.5238) =29.3 KW (4.2)我選功率為30 KW 的電動機，選用擺線針輪減速器，其減速器和電機直聯(lián)，總體尺寸小且滿足要求。查機械設(shè)計手冊P16151表162116，選用XWDV30819025。其主要數(shù)據(jù)如下4： 表4-1傾斜機構(gòu)的電動機參數(shù)傳動比輸入轉(zhuǎn)速電機功率輸出轉(zhuǎn)矩重量I=251500r/min30kw4423515 Kg總傳動比 i總 = 1500 r/min0.3r/min = 5000輸出功率 P=30 kw（忽略功率損失）輸出轉(zhuǎn)速 n=1500/25=604.3 蝸桿減速器經(jīng)過一個減速器的減速后，傳動比仍較大。采用蝸桿減速器，體積小且傳動比較大，能實行自鎖，只是效率較低。 采用一級圓柱蝸桿傳動，輸入功率為30KW，轉(zhuǎn)速為60 r/min，傳動比為 i =30。圖4.3 蝸桿減速器圖 4.3.1 蝸桿和蝸輪的設(shè)計材料選用 蝸桿采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，表面硬度48HRC55HRC。蝸輪材料采用ZCuAl9Fe4Ni4Mn2離心鑄造。設(shè)計如下: 表4-2蝸桿蝸輪的設(shè)計 計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果初選d1/a值當量摩擦系數(shù)設(shè)vs =0.25m/s0.5 m/s查表13.6取uv =0.06v =3.30在P270圖13.11的I=30線上選d1/a = 0.43，=6（Z=1），=0.65中心距計算蝸輪轉(zhuǎn)矩T 2=T1i=9.5510630/60300.6593.11106 Nmm使用系數(shù)按題意查表12.9KA=1.0轉(zhuǎn)速系數(shù)Zn=(n28 + 1)1/8=（60830+1）1/8Zn=0.9725彈性系數(shù)根據(jù)蝸輪副材料查表P260，表13.2ZE=164（MPa）1/2壽命系數(shù)Zh=1.31.6接觸系數(shù)由P271圖13.12 I 線查出Z=2.60 接觸疲勞極限查表13.2Hlim=660 Mpa接觸疲勞最小安全系數(shù)SHlim=1.0 續(xù)表4-2 中心距a =KAT2(ZE Z/ Zn ZhSHlim /Hlim)21/3=1.093.1106(1642.601.00.97251.3660) 2 1/3=289.7 mm取a=315mm傳動基本尺寸蝸桿頭數(shù)由P270圖13.11取z1=1蝸輪齒數(shù)z1=1 z2=301=30取z2=30模數(shù)m=(1.41.7)a/ z2 =(1.41.7) 315/30=14.717.9取m=16mm蝸桿分度圓直徑d1= d1/aa=0.43315=135.5查表13.4的標準值取d1=140mm蝸輪分度圓直徑d2=m z2=1630=480d2=480mm蝸桿導程角tan= z1m/ d1=116140= 0.1143= 6.520蝸輪寬度b2=2m0.5+( d1/m+1)1/2=2160.5+(140/16+1) 1/2=115.9mm取b2=120mm蝸桿圓周速度v1=d1n1/(601000)= 1406060000v1=0.440m/s相對滑動速度vs= v1/cos=0.440/cos6.52vs =0.442m/s當量摩擦系數(shù)查表13.6, v =3.30 齒面接觸疲勞強度驗算 許用接觸應(yīng)力H= Zn ZhHlim / SHlim=0.97251.36601.0H=834.4MPa最大應(yīng)力H=ZE Z(KAT2/a3) 1/2 =1642.6(1.093.11063153) 1/2H =735.9Mpa合格輪齒彎曲疲勞強度驗算齒根彎曲疲勞極限由表13.2查出Flim=377 Mpa彎曲疲勞最小安全系數(shù)取SFlim=1.1 續(xù)表4-2 許用彎曲疲勞應(yīng)力F= Flim /SFlim=377/1.1F=342.7 Mpa 輪齒最大彎曲應(yīng)力F=2 KAT2/m b2d2=21.093.110616120480F =202.0 Mpa合格蝸桿軸撓度驗算軸慣性矩I=d14/64=1404/64I =1.881074允許蝸桿撓度=0.004 m = 0.00416=0.064蝸桿軸撓度= 2T2 l（tan2+tan2(+v)）1/2/d2/48/EI=293.1106910（tan220+tan2(6.520+3.30 )）1/2/480/48/(2901031.88107)=0.053合格潤滑油黏度和潤滑方法潤滑油粘度根據(jù)vs =0.442m/s 由表13.7選取=10002/S潤滑方法由表13.7，可采用浸油潤滑注：表中圖和表查看參考書3。輸出數(shù)據(jù)n2 =60/30=2r/min p2 =p=300.67=20.1KW 4.3.2 蝸桿軸和蝸輪軸的初步設(shè)計蝸桿軸的最小直徑 材料為40Cr按許用切應(yīng)力計算,由機械設(shè)計P314式（16.2）得3：dC(P/n)1/3=102(30/60)1/3=80.9mm (4.3)已知P=30Kw ， n=60 r/minC與材料有關(guān)的系數(shù)，由表16.2查得，C=102取d=95 mm蝸輪軸的最小直徑 材料為40Cr按許用切應(yīng)力計算,由機械設(shè)計P314 式（16.2）得3：dC(P/n)1/3=102(20/2)1/3=219mm (4.4) 已知P=20Kw ， n=2 r/min取d=220 mm4.4扇形齒輪傳動設(shè)計翻轉(zhuǎn)的角度在180度以內(nèi)，用扇形齒輪能夠滿足要求且減少了不必要的重量和體積。 傳動比 i=50003025=6.7 輸入功率為20.0KW，轉(zhuǎn)速為2r/min，傳動比為6.7。 設(shè)計成一開式標準直齒圓柱齒輪傳動，輸入功率為20KW，轉(zhuǎn)速為2 r/min，傳動比為I=6.7。計算步驟如下：材料選用 小齒輪用40 Cr,齒面淬火，硬度為50HRC55HRC，大齒輪用ZG350500，齒面淬火，硬度為45HRC50HRC。 表4-3扇形齒輪傳動設(shè)計計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果齒面接觸疲勞強度計算初步計算轉(zhuǎn)矩T1 =9.55106P/n=9.5510620/2T1=95.5106 Nmm齒寬系數(shù)查P222表12.13取d =1.0接觸疲勞極限由P223圖12.17d按MQ級Hlim1=1200MpaHlim2=1150Mpa初步計算的許用接觸應(yīng)力H1= 0.9Hlim=0.91200=1080MpaH2= 0.9Hlim=0.91150=1035MpaAd值由P227表12.16取Ad =82 初步計算小齒輪直徑d1Ad T1(u+1)/ (d H2u)1/3=8295.5106(6.7+1)/ (1.0 115026.7)1/3=357.7mm取d1 =360mm初步齒寬b=dd1 =1.0360=360mm校核計算圓周速度v=d1n1 /(601000)= 3602/60/1000v =0.0419m/s精度等級由P207表12.6選9級精度齒數(shù)和模數(shù)取模數(shù)16齒數(shù)z1=d1/ m =360/15=24z2=iz1=6.724=160.1則i= z2 /z1 =160/24=6.67取z2=160使用系數(shù)由P215表12.9KA=1.0動載系數(shù)由圖12.9KV=1.03 續(xù)表4-3 齒向載荷分布系數(shù)由P218表12.11KH=A+B1+6.7(b/ d1)2(b/ d1)2+C10-3 b=1.09+0.161+6.7（360/360）2（360/360）2+0.3110-3360=2.43載荷系數(shù)K= KA KV KHKH=1.01.031.742.43K =4.355彈性系數(shù)由P221表12.12ZE=188.9 Mpa1/2節(jié)點區(qū)域系數(shù)由圖12.16ZH=2.5接觸最小安全系數(shù)由表12.14SHmin=1.05應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由表12.15，估計106NL 108接觸壽命系數(shù)由圖12.18ZN1=1.5許用接觸應(yīng)力H1=Hlim1 ZN1 / SHlim=12001.5/1.05H2=Hlim2 ZN2 / SHlim=11501.5 /1.05H1=1714.3 MpaH2= 1642.9Mpa驗算H= ZE ZH Z 2K T1 / bd12(u+1)/u 1/2=188.92.50.7578 24.35595.5106 / 360/3602(6.7+1)/6.7 1/2計算表明，接觸疲勞強度較為合適。H =1619.3Mpa H2確定傳動主要尺寸實際分度圓直徑 d1= z1 m=2415=360mm d2= z2m=16015=2400mm中心距a=m( z1+ z2)/2=(360+2400)/2a =1380mm 齒寬b=d d1=360mmb1=370mm b2=360mm齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)Y=0.25+0.75/=0.25+0.75/1