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60吨焊接变位机设计【7张图纸-3A0】【优秀】

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摘要

　焊接变位机是一种焊接辅助设备，它与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。焊接变位机是应焊接行业的机械化、自动化发展需要而产生的。焊接变位机作为一种焊接配套设备，用于管子横向对接焊接，管子与法兰内外环缝焊接，管子对管子全位置焊接。焊接变位机可水平翻转角度，通过工作台的回转及翻转运动使工件上焊缝处于最理想的位置进行焊接，从而大大提高焊缝质量，减轻焊工劳动强度，尤其是适合焊接各种轴类、盘类、筒体等回转工件的理想设备。

　本设计分析了解国内外焊接变位机的发展状况、以及焊接变位机在焊接机器人中的应用，设计了一种60吨座式焊接变位机。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机的选择、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。

　设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括:电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。

　选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学，CAD等。

　关键词：焊接变位机；机械设计；焊接辅机

摘要III

ABSTRACTIV

目录V

1 绪论1

　1.1 立题依据1

　1.2 焊接辅机的作用和分类1

　1.3 焊接变位机的功能及结构形式2

　2.1 设计的基本参数4

　2.2 变位机的总体方案设计4

　2.3 驱动系统方案4

　　2.3.1 工作台回转方案4

　　2.3.2 工作台翻转方案4

　2.4 导电装置方案5

3 回转机构设计6

　3.1 工作台回转机构6

　3.2 回转支承的选择6

　　3.2.1回转系统承载的总重量6

　　3.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩7

　　3.2.3 齿轮1的参数（即与回转支承啮合的小齿轮）8

　3.3 选择工作台的回转电机10

　3.4 减速器的选择11

4 工作台倾斜机构设计12

　4.1 倾斜机构12

　4.2 选择倾斜机构的电机12

　4.3 蜗杆减速器13

　　4.3.1 蜗杆和蜗轮的设计14

　　4.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计16

　4.4扇形齿轮传动设计16

　4.5 倾斜机构中轴的设计19

　　4.5.1 倾斜轴的最小直径19

　　4.5.2 翻转小齿轮轴的最小直径24

　4.6 联轴器的选用计算27

　　4.6.1 减速器与减速器之间的联轴器27

　4.7 轴承的选用和校核27

5 安装调试与操作使用29

　5.1 安装29

　5.2 调试与检测29

　5.3 操作与使用29

6 结论与展望30

　6.1结论30

　6.2不足之处及未来展望30

致谢31

参考文献32

　　　采用座式焊接变位机，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，倾斜轴在0°—90°的范围内恒速倾斜。该机为座式焊接变位机，稳定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。

2.3 驱动系统方案

2.3.1 工作台回转方案

　　　工作台的回转运动应有较宽的调速范围，从0.027r/min—0.27r/min调速平稳均匀，要有双向回转功能和自锁功能。

第一种方案：电动机驱动，经过减速器减速后通过齿轮传动带动工作台回转，要求无级变速。

第二种方案：在全液压变位机，采用液压马达来驱动及控制工作台回转的速度和角度。

2.3.2 工作台翻转方案

　　工作台的倾斜速度恒定，运动要自如平稳并有多重自锁功能。

第一种方案：电动机经过减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，该方案目前应用很广。

第二种方案：在全液压变位机中采用液压缸直接推动工作台倾斜，对液压驱动方面的要求较高。

第三种方案：电动机经过减速器减速后通过螺旋副使工作台倾斜，该方案应用很少。

2.4 导电装置方案

焊接变位机作为焊接电源二次回路的组成部分，必须设有导电装置。焊接时，强大的焊接电流通过工件和工作台经导电装置传至工作台倾斜轴，再由位于倾斜轴返回到焊机的负极。导电装置提供了一个顺畅的电流回路，有效地防止了焊接电流直接通过齿轮副和轴承，既保证足够的焊接电流，又使机构免遭电流损坏。

　　　第一种方案：采用外接导电装置，主要是采用电刷式的，它由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样，在焊接变位机中应用最广。

　　　第二种方案：采用自身导电。必须采用以下措施：①使用带有石墨成分的润②在轴向力的作用下，各传动副之间、轴承内外圈之间要接触紧密。自身导电然省去了专用的导电装置，但对变位机各传动副的装配间隙要求较严，使用中又需经常检查和调整，比较麻烦，采用不多。3 回转机构设计

3.1 工作台回转机构

　　　工作台带动60吨工件以焊速250mm/min—2500mm/min在0°—180°内回转。其回转系统的如图3.1所示。其传动路线大致为：驱动电机——回转减速机——回转支承——工作台。

　　　工作台固定于回转支承上，回转支承固定在支承梁上。回转支承外围上的大齿轮与减速器输出轴小齿轮啮合，通过与减速器输入轴连接的电机的驱动，形成工作台的回转运动。电机和减速器输出轴直联，利用电机的失电制动器来对回转运动进行制动和自锁。

2 方案设计

2.1 设计的基本参数

　　　基本承载能力 60吨

　　　工作台直径 3000mm

　　　工件偏心距500 mm

　　　回转角度 0°—180°

　　　翻转角度 0°—90°

　　　焊接速度 250mm/min—2500mm/min

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内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： 60吨焊接变位机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923237 学生姓名：朱斌指导教师：尤丽华（职称：教授）（职称：）2012年11月25日课题来源本课题来自无锡华联精工机械有限公司的生产实际。目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管与板要自转，同时要倾斜45度，满足船形焊接，要求设计该设备。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）在焊接过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机就理所应当的出现。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处于合适的位置的焊接辅助设备。现在我国生产变焊接的厂家已经不少，但都不成规模。以变位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2010年，国内已开发的变位机产品约130余种规格。然而在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余种系列。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。在先进工业国家，焊接变位机已标准化、系列化，并由专门厂家生产，技术指标先进，品种规格齐全，不仅有各种结构形式的通用焊接变位机，也有配合焊接机器人使用的高精度变位机。比较有名的国外公司有：瑞典的ESAB、意大利的ANSALDO、德国的CL00S、奥地利的IGM、美国的LINCOLN和日本的机械株式会社。他们的产品，我国都有引进，其中以引进ESAB公司的较多，兰州石油化工机器厂在1991年就引进了该公司生产的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。配合焊接机器人使用的焊接变位机，在我国几乎都是作为焊接柔性加工单元(FMC)和柔性加工系统(FMS)的组成部分一并引进的。据1995年的不完全统计，已引进约200多台，主要用于汽车、工程机械等有关结构的焊接。我国引进的焊机器人柔性加工单元中的变位机，也是针对特定产品研制的，因此价格较昂贵，而技术培训及售后服务却不理想。在技术方面，我国许多工厂引进的弧焊机器人系统己具有机器人与变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最佳位置下进行焊接，以提高焊接质量，并能一次起弧就焊完整条焊缝，以提高效率。但是有关技术却往往为外方厂家所垄断，我们并不掌握。从提高我国焊接生产机械化与自动化水平的角度出发，必须加大科研投入，研制高性能的焊接机器人与配套变位设备，力求在自动化焊接领域在国际上占有一席之地。研究内容本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。工作台它用于工件的停放和固定。在台面上开沟槽，表面经网络状处理后增大了摩擦，一方面配合夹具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。工作盘为直径3000的圆盘用优质钢板焊接而成，在受力部位作了加强处理；退火处理，消除应力后加工。工作盘固定在专业回转体上，保证稳定地承载和回转。回转机构工作台固定在大型回转支承上，保证额定载荷下的承载及回转平衡；回转机构用于带动工件旋转，便于焊头对工件进行环形焊接。工作台底部采用型材焊接成形，在受力部位作加强处理，工作台焊后进行去应力处理，变形小。工作台固定在回转支承上，从而保证稳定回转。采用回转支承承载，固有承载能力大，回转精度高的特点。转支承采用“单排四点接触球式回转支承”（型号为012. 60. 2000 . ）由专业厂家生产。具有结构合理、刚性好、自重轻、寿命长等优点。工作台的回转由交流电机通过双级摆线针轮减速器驱动，减速器输出小齿轮与回转啮合，从而驱动工作台回转。驱动小齿轮采用40Cr材质，并经调质，齿面淬火处理，从而满足高强度的传递使用。驱动采用交流变频无极调速，范围广，以保证在较宽调速范围内的恒扭矩输出。整个回转机构安装在箱型结构的横梁翻转框上，横梁对工件进行支撑承载，并将工件的重量通过横梁传递到两边立柱支架上，能承受大的冲击载荷和扭曲力。采用箱型机构可以有效承载和抗扭能力。翻转机构翻转机构可使工件产生俯仰运动，改变工件的位置便于焊接；采用圆弧硬齿面蜗轮蜗杆减速器具有承载能力大，看冲击能力强的特点，但成本是普通蜗轮蜗杆减速器的2-3倍。翻转工作原理：电磁制动电机-减速器-齿轮-大齿盘-工件，由大直径和大模数的双齿盘才实现工件的翻转，平稳可靠、承载效果好。翻转驱动装置的小齿轮与伞齿啮合，驱动机构翻转；底座机架采用型材焊接而成结构牢固可靠，是整个设备的支撑结构为了保证强度，我们将底座联接为整体，内部行腔根据受力的情况焊接加强筋；底座的延伸支架腿长度应该达到超过其最大重心距的要求工作机需要电动机输入功率才能工作一般原动机与工作机不直接相连，而是通过在两者之间设置一个中间装置，称这个中间装置为传动装置简称传动；在机械中，传动装置的功用是根据工作机的工作提要实现某种减速、增速、变速、或改变运动形式的功能。工程实践表明，传动装置是机械中重要的组成部分，在整机的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因此，正确设计传动装置对保证整机的技术性能和质量指标都具有相当重要的意义。根据工作原理的不同，传动分为两类：机械传动和电传动。选择传动形式时，应当考虑的主要指标功率、效率、运动性能、外形尺寸、重量、生产率和成本等。现分别阐述如下：功率每种传动所传递的功率大小与该传动的工作原理、承载能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有关。一般来说，啮合传动传递的功率高于摩擦传动传递的功率，但是啮合传动中蜗杆传动则因材料关系也不能传递大的功率。效率效率是评定传动质量指标的一个重要参数。高的效率意味着节约动力。传动效率低，一般不宜传递大的功率。通常啮合传动的效率高于摩擦传动，但普通圆柱蜗杆的传动可能低于摩擦传动。速度速度是传动装置的一个主要运动特性。提高传动的速度是机械的主要发展方向之一。影响速度的因素有动载荷和制造精度等。传动比传动比是传动装置的又一种运动特性。每种传动因受外形尺寸或承载能力的影响限制，均有各自适用的最大传动比值。此外，还应考虑传动比值的准确性问题。对于要求精确传动比的机械，不用摩擦传动而采用啮合传动。外廓尺寸、重量及成本传动装置的外廓尺寸和重量与传动零件材料的机械性和容许传递速度、容许传递功率密切相关。在上述条件确定下，单极传动的外廓尺寸和重量主要取决于传动形式。一般来说啮合传动比摩擦传动轻巧，但成本高。啮合传动中，蜗杆程度和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常小。机构预期寿命机构预期使用寿命为10年，每天两班制，全年工作300个工作日记则其使用寿命为10*300*2*8=4800小时。总之，综合考虑各种情况，得出一个最优设计方案，设计一个符合实际情况的焊接变位机。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过对输煤系统的实地考察，总结得出输60吨焊接变位机的基本结构，工作方式与原理。然后根据考察的结果，再查阅相关书籍，确定基本的设计参数，进行初步的三维建模。交由指导老师检查，修改。完成后，再对主要载荷部件进行校核。最后出主要零件的零件图，编写设计说明书。可行性分析：我国焊接辅助设备与器具制造行业前景分析我国焊接工艺装备制造行业起步较晚，直到二十世纪70年代初才在上海、成都、长春等地陆续建成一批专门生产焊接工艺设备的制造厂。进入80年代，随着国内焊接工艺装备需用量的日益增长，各地又相继成立多家中小型焊接装备生产厂。近期又新建成或改建具有一定规模的焊接装备生产企业。迄今，我国已有24加焊接装备生产企业，年产量2000万元以上的已有10多家。有些企业发展速度较快，并已具有较大的规模，有些焊接设备已实现批量生产。研究计划及预期成果本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。此焊接变位机可解决锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的焊接问题，主要体现在下面几个方面：稳定和提高焊接质量，保证其均一性焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度等对焊接结果起决定行作用。采用焊接变位机焊接时对于每条焊接的焊缝的焊接参数都是恒定的，焊接质量受人的因素影响较小，降低了工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。改善了工人的劳动条件采用焊接变位机焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。提高劳动生产率焊接变位机没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用焊接变位机焊接，效率提高的更加明显。今年来我国对于焊接技术有很大的提高，有效提高生产效率，减轻了工人的劳动强度。焊接变位机件大量应用于焊接生产中。特色或创新之处近年来我国焊接变位机行业占整个行业的40%以上，与焊接这个特殊的行业有关，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段。焊接变位机应具有以下技术要求：回转驱动实现无极调速，并可逆转。在回转速度范围内，承受最大载荷时转速波动不超过5%。倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷Q超过25kg的，应具有动力驱动功能。应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。变位机控制部分应设有供自动焊接的联动接口。我设计的焊接变位机也会按照以上要求设计，即注重实用性和安全性；同时性价比高，成本低。已具备的条件和尚需解决的问题已具备的条件：设计过程中所需要的各种软硬件资源和相关产品实物照片。尚需解决的问题：相关文献资料的缺乏，对一些结构设计部分的具体设计指导，以及三维软件的高级运用技巧。指导教师意见指导教师（签名）：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 60吨焊接变位机设计信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日XVI无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 60吨焊接变位机设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械95 学号： 0923237 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目 60吨焊接变位机设计 2、专题二、课题来源及选题依据本课题来自无锡华联精工机械有限公司的生产实际。目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管与板要自转，同时要倾斜45度，满足船形焊接，要求设计该焊接变位机。我国引进的焊机器人柔性加工单元中的变位机，也是针对特定产品研制的，因此价格较昂贵，而技术培训及售后服务却不理想。在技术方面，我国许多工厂引进的弧焊机器人系统己具有机器人与变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最佳位置下进行焊接，以提高焊接质量，并能一次起弧就焊完整条焊缝，以提高效率。但是有关技术却往往为外方厂家所垄断，我们并不掌握。从提高我国焊接生产机械化与自动化水平的角度出发，必须加大科研投入，研制高性能的焊接机器人与配套变位设备，力求在自动化焊接领域在国际上占有一席之地。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：分析并了解焊接变位机的基本结构，熟悉焊接变位机的具体工作原理；完成整机的具体方案设计；完成各个零部件的结构设计，并绘制相应的三维模型及二维图纸；将三维模型进行装配，并绘制相应的二维装配图。四、接受任务学生：机械95 班姓名朱斌五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名 2012年11月12日27摘要焊接变位机是一种焊接辅助设备，它与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。焊接变位机是应焊接行业的机械化、自动化发展需要而产生的。焊接变位机作为一种焊接配套设备，用于管子横向对接焊接，管子与法兰内外环缝焊接，管子对管子全位置焊接。焊接变位机可水平翻转角度，通过工作台的回转及翻转运动使工件上焊缝处于最理想的位置进行焊接，从而大大提高焊缝质量，减轻焊工劳动强度，尤其是适合焊接各种轴类、盘类、筒体等回转工件的理想设备。本设计分析了解国内外焊接变位机的发展状况、以及焊接变位机在焊接机器人中的应用，设计了一种60吨座式焊接变位机。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机的选择、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括:电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学，CAD等。关键词：焊接变位机；机械设计；焊接辅机Abstract Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. 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.目录摘要IIIABSTRACTIV目录V1 绪论11.1 立题依据11.2 焊接辅机的作用和分类11.3 焊接变位机的功能及结构形式22.1 设计的基本参数42.2 变位机的总体方案设计42.3 驱动系统方案42.3.1 工作台回转方案42.3.2 工作台翻转方案42.4 导电装置方案53 回转机构设计63.1 工作台回转机构63.2 回转支承的选择63.2.1回转系统承载的总重量63.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩73.2.3 齿轮1的参数（即与回转支承啮合的小齿轮）83.3 选择工作台的回转电机103.4 减速器的选择114 工作台倾斜机构设计124.1 倾斜机构124.2 选择倾斜机构的电机124.3 蜗杆减速器134.3.1 蜗杆和蜗轮的设计144.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计164.4扇形齿轮传动设计164.5 倾斜机构中轴的设计194.5.1 倾斜轴的最小直径194.5.2 翻转小齿轮轴的最小直径244.6 联轴器的选用计算274.6.1 减速器与减速器之间的联轴器274.7 轴承的选用和校核275 安装调试与操作使用295.1 安装295.2 调试与检测295.3 操作与使用296 结论与展望306.1结论306.2不足之处及未来展望30致谢31参考文献3260吨焊接变位机设计1 绪论1.1 立题依据目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管和板要自转，同时要倾斜45，满足船形焊接。钢结构技术的蓬勃发展,推动了工程结构体系的不断进步。在桥梁、电站、高层钢结构建筑、大型造船等行业日益繁荣的今天，要求焊接自动化的增多，焊接辅机也越来越受到重视。我国目前中小吨位焊接变位机，基本能满足要求。但无论品种规格还是性能质量，与国外相比仍有很大差距，尤其是大吨位焊接变位机在速度平稳性、变位精度、驱动功率指标、与焊接操作机的联机动作等方面，存在较大差距。1.2 焊接辅机的作用和分类焊接辅机指所有同焊接相关的周边辅助设备，具体定义是指焊接结构装配和焊接过程中起配合和辅助作用的的工夹具变位机械、焊剂输送装置等的总称。如：各类焊接夹具、船舶焊接专机、汽车底板焊接生产线、各类龙门焊接机、焊接机器人及周边设施等。其中最常见的通用配置有操作机、滚轮架、变位机等焊接变位机械。如图1.1焊接变位机械指是在焊接过程中改变焊件、焊机及焊工空间位置来完成机械化，使其有利于减少焊接时间，提高劳动效率，减轻工人劳动强度，提高焊件质量，并能充分发挥各种焊接方法的机械设备。焊接变位机械可分为焊件变位机械、焊机变位机械和焊工变位机械。焊件变位机械是在焊接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机械设备。其中滚轮架、变位机、翻转机、回转台就是焊接变位机械。在多数场合下，焊件变位机械和焊机变位机械相互配合使用，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。在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元（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、空间曲面的带极焊接等，都需要焊接变位机械的配合，才能完成作业。其中焊件变位机械最多也最常用。本论文主要是设计了60吨焊接变位机的整体机构和主要零件。 (a)焊接滚轮架 (b)焊接变位机 (c)焊接翻转机 (d)焊接操作机图1.1 焊接变位机械1.3 焊接变位机的功能及结构形式焊接变位机是将工件回转、倾斜使焊件上的焊缝置于有利于施焊位置的焊接变位机械。焊接变位机的几种常见形式7：（如图1.2）： (1)座式焊接变位机。是应用最广泛的一种焊接变位机,其稳定性比伸臂式焊接变位机要高。工作台有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的焊接位置进行焊接，另外工作台还有一个回转的自由度。其适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 (2)型双回转焊接变位机。其工作装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以360任意回转。此变位机与其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。(3)双立柱单回转式变位机。其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回转方向运转，另一端随主动端从动。两侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。该种变位机结构简单适合装载机的后车架、压路机机架等工程机械长方形结构件的焊接。这种型式变位机的缺点只能在一个圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。(4)型双座式头尾双回转型式。在单回转变位机的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度。这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置。有较高的稳定性,适用于大型和重型工件的翻转变位,能较好地满足焊接质量的要求。(5) 型双回转焊接变位机。型回转形式与型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。焊接变位机要具备的性能有：（1）焊接变位机械要有较宽的调速范围，稳定的电流和功率。（2）在动力传动行程中要有自锁传动，以免动力源切断时，焊件因重力作用而发生事故。（3）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊接变位机，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在0.12mm之间，最高精度应可达0.01mm。（4）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。（5）整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物，应易被清除。（6）工作台面上应设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器件和夹紧机构。 (a)座式焊接变位机 (b)型双回转焊接变位机 (c)双立柱单回转式变位机 (d)型双座式头尾双回转型式图1.2 变位机种类2 方案设计2.1 设计的基本参数基本承载能力 60吨工作台直径 3000mm工件偏心距500 mm回转角度 0180翻转角度 090焊接速度 250mm/min2500mm/min2.2 变位机的总体方案设计图2.1 变位机的总体图采用座式焊接变位机，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，倾斜轴在090的范围内恒速倾斜。该机为座式焊接变位机，稳定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。2.3 驱动系统方案 2.3.1 工作台回转方案工作台的回转运动应有较宽的调速范围，从0.027r/min0.27r/min调速平稳均匀，要有双向回转功能和自锁功能。第一种方案：电动机驱动，经过减速器减速后通过齿轮传动带动工作台回转，要求无级变速。第二种方案：在全液压变位机，采用液压马达来驱动及控制工作台回转的速度和角度。 2.3.2 工作台翻转方案工作台的倾斜速度恒定，运动要自如平稳并有多重自锁功能。第一种方案：电动机经过减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，该方案目前应用很广。第二种方案：在全液压变位机中采用液压缸直接推动工作台倾斜，对液压驱动方面的要求较高。第三种方案：电动机经过减速器减速后通过螺旋副使工作台倾斜，该方案应用很少。 2.4 导电装置方案焊接变位机作为焊接电源二次回路的组成部分，必须设有导电装置。焊接时，强大的焊接电流通过工件和工作台经导电装置传至工作台倾斜轴，再由位于倾斜轴返回到焊机的负极。导电装置提供了一个顺畅的电流回路，有效地防止了焊接电流直接通过齿轮副和轴承，既保证足够的焊接电流，又使机构免遭电流损坏。第一种方案：采用外接导电装置，主要是采用电刷式的，它由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样，在焊接变位机中应用最广。第二种方案：采用自身导电。必须采用以下措施：使用带有石墨成分的润在轴向力的作用下，各传动副之间、轴承内外圈之间要接触紧密。自身导电然省去了专用的导电装置，但对变位机各传动副的装配间隙要求较严，使用中又需经常检查和调整，比较麻烦，采用不多。3 回转机构设计3.1 工作台回转机构工作台带动60吨工件以焊速250mm/min2500mm/min在0180内回转。其回转系统的如图3.1所示。其传动路线大致为：驱动电机回转减速机回转支承工作台。工作台固定于回转支承上，回转支承固定在支承梁上。回转支承外围上的大齿轮与减速器输出轴小齿轮啮合，通过与减速器输入轴连接的电机的驱动，形成工作台的回转运动。电机和减速器输出轴直联，利用电机的失电制动器来对回转运动进行制动和自锁。图3.1 回转机构传动简图3.2 回转支承的选择在回转系统中，工作台是固定在回转支承上，通过回转支承将工作台与支承梁连接，这样不仅提高了工作台的回转精度，也提高了工作台的刚性。参照相关样品的选型计算，我选择单排四点接触球式回转支承，JB230084标准中的单排四点接触球式回转支承，回转中心大，支承面积大。是由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻，钢球与圆弧轨道四点接触，能同时承受轴向力、径向力、颠覆力矩。外圈为齿轮，外圈与工作台用螺栓固联，内圈与钢梁联接。动力从齿轮副传入，带动工作台旋转。我选取的回转支承型号为012. 60. 2000。查机械设计手册P7453表72112，其主要的参数如下4：回转中心直径为2000mm 滚子直径为60mm总高h承=144 mm 参考重量为M=1100kg外齿轮模数m=18 mm 齿数Z=123外齿轮De=2264.4 mm 外齿轮b=120mm 3.2.1回转系统承载的总重量图3.2 偏心距和重心距示意图h件工件的高度假设工件为圆柱形，材料为钢，则密度为7.8103 kg/m3，直径为3000 mm。V = 60103 / 7.8103= 7.6923 m3h件 = 7.6923 / ( 1.52 ) = 1.088m = 1088 mmh台工作台高度假设工作台高度为80mmh综合重心高h =（ h件h台h承）/2（1088100144）/2666mmm台工作台的重量工作台材料为Q235A，密度为7.8103 kg/m3 （采用肋板增加强度减少重量）。m台 = 7.81031.51.50.084.4103kgG综合重量G =（ 4.4103601031.1103）9.8641.9103 N 3.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩已知条件: G=5.88105N工件重量（60t） Emax = 500mm允许最大偏心距 =0180回转轴转角=090回转倾斜角变位机的回转支承受力状态如图3.2所示，在焊件和夹具的综合重量作用下，回转支承的倾覆力矩M是由绕X轴和Y轴的弯矩Mx，My合成， Mx=G1h+G2 e sin (3.1) My=G2 e cos (3.2) 考虑到 G1=Gsin G2=Gcos 图3.3 回转支承倾覆力矩图则A点截面所受的弯矩为： M=（Mx2+ My2）1/2 (3.3) = G（h 2sin+ e2cos2+2hesincossin）1/2 由式(3.1)和(3.2) 知，弯矩M是，的二元函数，其值是变化的。现需要求出最大值，以便校核。令： N= h 2sin+ e2cos2+2hesincossin (3.4) 对上式进行求偏导并令其为零,求出N的最大值，即可求出弯矩M的最大值。 N= h 2 cos-e2 sin2+2he cos2sin=0 N=hesin2cos=0 因为上式是关于三角函数的代数式，由于它的周期性，所以上式结果为多个解。结合已知条件，解如下： (=90 =0，180 ) 最大值出现在=90时，代入求M得：Mmax = G h = 4.3105 Nm 3.2.3 齿轮1的参数（即与回转支承啮合的小齿轮）该齿轮是和回转支承上的外齿轮啮合，其模数是确定的。这里只校核其强度。经过减速器减速后，回转支承之间的传动比： i2=2778450=6.2 表3-1齿轮的参数计算项目计算内容计算结果确定主要尺寸齿数z1=1236.2=19.8取z1=20传动比i=12320=6.15分度圆直径d1=m z1=1820=360mmd1=360mmd2=m z2=18123=2214mmd2=2214mm齿宽b1= 130 mm小齿轮的校核小齿轮用20 Cr，渗碳淬火，硬度56HRC62HRC。表3-2小齿轮的校核计算项目计算内容计算结果转矩T1 =9.55106P/n=9.551069.9/1.7=55.615106 NmmT1=55.615106 Nmm接触疲劳极限查P224，图12.17（e）Hlim1=1200Mpa圆周速度v=d1n1 /(601000)= 3601.7/60/1000=0.032m/s精度等级由P207表12.6选9级精度使用系数由P215表12.9KA=1.0动载系数由图12.9KV=1.01齿间载荷分配系数由表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齿向载荷分布系数由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 载荷系数K= KA KV KHKH=1.01.011.69251.3037=2.228K=2.228弹性系数由P221表12.12ZE=188.9 Mpa1/2节点区域系数由图12.16ZH=2.5 续表3-2接触最小安全系数由表12.14SHmin=1.01 应力循环次数由表12.15，估计106 NL 108接触寿命系数由图12.18ZN1=1.5许用接触应力H1=Hlim1 ZN1 / SHlim=12001.5 /1.01=1782MpaH1 =1782Mpa验算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计算表明，接触疲劳强度较为合适。注：表中图和表查看参考书3 。3.3 选择工作台的回转电机电机的驱动功率N 已知条件：焊接点最大线速度 Vmax=2500mm/min Vmin=250mm/min回转最大转速 nmax=25003000 = 0.27r/min nmin=2503000 = 0.027r/min=0.873回转系统的传动效率（考虑到减速器效率为0.9，回转支承的齿轮传动效率为0.97）由焊接工装夹具与变位机械P127式（2-4）1功率计算公式 N=mmax nmax/9550 = G Emax nmax/9550 (3.5) =641.91030.270.5 /( 95500.900.97) =10.39 KW 当对工件实行自动焊接时，焊接线速度是一定的。随着工件的大小及焊缝位置的改变，焊缝的回转直径也是改变，所以要求工作台的回转速度必须是无级调速的，实现不同的工件、不同的焊接位置达到相同的线速度，达到焊缝的质量要求。工作台的线速度在250mm/m2500mm/min之间，速比为 1：10。工件在装夹后，在不同的回转速度下，有工件重心的偏心距产生的回转扭矩是一定的，所以要求电动机的输出扭矩为恒扭矩。就目前来说，能实现恒扭矩无级调速的电机有三种： Y系列普通异步交流电机。 Y系列普通异步交流电机一般只能实现1：10的恒扭矩调速，而且功率扭矩性差，不能满足要求。直流电机。直流电机调速技术发展比较早，有良好的起、制动性能，在很大范围内能平滑的调速，但其体积大、成本大，能耗大，对电网也有影响，县被逐步取代。交流变频电机。交流变频电机的调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种变频电机调速系统中效率最高，同时性能也最好，是交流变频调速的主要发展方向。在比较之后，选择交流变频电机，该电机在调速时转差功率不变，调速系统效率最高，性能最好。利用该电机在基频以下属于“恒转矩调速”的特性，将电机功率调低，达到输出转速速比1：10，输出恒扭矩的要求。我选YVP系列变频调速三相异步电动机，该类电机与变频器装置组成机电一体化系统，550HZ为恒转矩运行区，50100为恒功率运行区，调速比为1：20。查机械设计手册P22-109，选型号为YVP180L8，其主要数据如下4：表3-3回转机构的电动机的参数额定功率额定转矩额定电流重量同步转速11 KW144Nm25A250Kg750r/min总传动比 i总 = 75 r/min0.027r/min = 27783.4 减速器的选择在焊接变位机的回转系统中，有个传动比达到450的减速器。该减速器要求传动效率高，承载能力大，传动精度高，满足安装要求。能实现这么大传动比的减速器有三种：圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器的传动比为1：400，需要几个减速器串联起来使用，体积很大。两级蜗杆减速器。在传动比和体积上满足要求，但其传动效率低，特别是在输入轴转速很低（电机的最小转速为37.5 r/min）的情况下更低，一般只能达到0.1左右。三级行星齿轮减速器。其传动比和传动效率（大于0.8，且不随输入轴转速的降低而降低）均能满足要求，只是体积比蜗杆减速器大。相比较后，我选择三级行星齿轮减速器。减速器中的齿轮由弧齿锥齿和行星齿轮传动组成，具有以下特点：（1）体积小、重量轻，在相同条件下，比普通渐开线圆柱齿轮减速器的重量轻1/2以上，体积缩小1/21/3。（2）传动效率高，三级传动效率可达0.910.94。查机械设计手册P16107，表16277，选NGW-S123450减速器，其主要尺寸如下表4：表3-4回转机构减速器的参数公称传动比输入转速输入功率体积重量I=4501000r/min11kw145995010132000 Kg输出数据：P=0.9011=9.9 kw n=750450=1.7r/min4 工作台倾斜机构设计4.1 倾斜机构倾斜机构受力见图4.1。其传动路线大致为：驱动电机减速机构翻转齿轮翻转轴工作台。在传动系统中，动力的输入为摆线针轮减速器。通过一带制动轮联轴器与第二级蜗杆减速器输入轴连接，将动力传给蜗杆减速器（减速比为30）。减速器输出轴通过齿式联轴器同齿轮轴连接，通过齿轮传动，最终将动力传给与支承梁连接的扇形齿轮，实现工作台的翻转。图4.1 倾斜机构传动简图在该传动链中，翻转齿轮传动采用双边传动，保证了倾斜过程中整机的稳定性。在翻转齿轮上设有限位块和行程开关，以使工作台能可靠地停留在所需位置及实现运动的自锁。4.2 选择倾斜机构的电机在=min、=900时出现最大倾斜力矩，MTmax= G(h12+ e2)1/2 。（如图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)电机倾斜机构的驱动功率计算如下：假设倾斜机构的最大转速 nmax = 0.3 r/min回转系统的传动效率 =0.970.90.6= 0.5238图4.2 倾斜力矩图（考虑到齿轮效率为0.97，蜗杆传动效率为0.67, 减速器效率为0.9）由变位机械与工装夹具P127式（2-4）1P = MTmax n / 9550= 530103 0.3 / (95500.5238) =29.3 KW (4.2)我选功率为30 KW 的电动机，选用摆线针轮减速器，其减速器和电机直联，总体尺寸小且满足要求。查机械设计手册P16151表162116，选用XWDV30819025。其主要数据如下4：表4-1倾斜机构的电动机参数传动比输入转速电机功率输出转矩重量I=251500r/min30kw4423515 Kg总传动比 i总 = 1500 r/min0.3r/min = 5000输出功率 P=30 kw（忽略功率损失）输出转速 n=1500/25=604.3 蜗杆减速器经过一个减速器的减速后，传动比仍较大。采用蜗杆减速器，体积小且传动比较大，能实行自锁，只是效率较低。采用一级圆柱蜗杆传动，输入功率为30KW，转速为60 r/min，传动比为 i =30。图4.3 蜗杆减速器图 4.3.1 蜗杆和蜗轮的设计材料选用蜗杆采用40Cr，调质处理，表面硬度48HRC55HRC。蜗轮材料采用ZCuAl9Fe4Ni4Mn2离心铸造。设计如下: 表4-2蜗杆蜗轮的设计计算项目计算内容计算结果初选d1/a值当量摩擦系数设vs =0.25m/s0.5 m/s查表13.6取uv =0.06v =3.30在P270图13.11的I=30线上选d1/a = 0.43，=6（Z=1），=0.65中心距计算蜗轮转矩T 2=T1i=9.5510630/60300.6593.11106 Nmm使用系数按题意查表12.9KA=1.0转速系数Zn=(n28 + 1)1/8=（60830+1）1/8Zn=0.9725弹性系数根据蜗轮副材料查表P260，表13.2ZE=164（MPa）1/2寿命系数Zh=1.31.6接触系数由P271图13.12 I 线查出Z=2.60 接触疲劳极限查表13.2Hlim=660 Mpa接触疲劳最小安全系数SHlim=1.0 续表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传动基本尺寸蜗杆头数由P270图13.11取z1=1蜗轮齿数z1=1 z2=301=30取z2=30模数m=(1.41.7)a/ z2 =(1.41.7) 315/30=14.717.9取m=16mm蜗杆分度圆直径d1= d1/aa=0.43315=135.5查表13.4的标准值取d1=140mm蜗轮分度圆直径d2=m z2=1630=480d2=480mm蜗杆导程角tan= z1m/ d1=116140= 0.1143= 6.520蜗轮宽度b2=2m0.5+( d1/m+1)1/2=2160.5+(140/16+1) 1/2=115.9mm取b2=120mm蜗杆圆周速度v1=d1n1/(601000)= 1406060000v1=0.440m/s相对滑动速度vs= v1/cos=0.440/cos6.52vs =0.442m/s当量摩擦系数查表13.6, v =3.30 齿面接触疲劳强度验算许用接触应力H= Zn ZhHlim / SHlim=0.97251.36601.0H=834.4MPa最大应力H=ZE Z(KAT2/a3) 1/2 =1642.6(1.093.11063153) 1/2H =735.9Mpa合格轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限由表13.2查出Flim=377 Mpa弯曲疲劳最小安全系数取SFlim=1.1 续表4-2 许用弯曲疲劳应力F= Flim /SFlim=377/1.1F=342.7 Mpa 轮齿最大弯曲应力F=2 KAT2/m b2d2=21.093.110616120480F =202.0 Mpa合格蜗杆轴挠度验算轴惯性矩I=d14/64=1404/64I =1.881074允许蜗杆挠度=0.004 m = 0.00416=0.064蜗杆轴挠度= 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合格润滑油黏度和润滑方法润滑油粘度根据vs =0.442m/s 由表13.7选取=10002/S润滑方法由表13.7，可采用浸油润滑注：表中图和表查看参考书3。输出数据n2 =60/30=2r/min p2 =p=300.67=20.1KW 4.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计蜗杆轴的最小直径材料为40Cr按许用切应力计算,由机械设计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与材料有关的系数，由表16.2查得，C=102取d=95 mm蜗轮轴的最小直径材料为40Cr按许用切应力计算,由机械设计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扇形齿轮传动设计翻转的角度在180度以内，用扇形齿轮能够满足要求且减少了不必要的重量和体积。传动比 i=50003025=6.7 输入功率为20.0KW，转速为2r/min，传动比为6.7。设计成一开式标准直齿圆柱齿轮传动，输入功率为20KW，转速为2 r/min，传动比为I=6.7。计算步骤如下：材料选用小齿轮用40 Cr,齿面淬火，硬度为50HRC55HRC，大齿轮用ZG350500，齿面淬火，硬度为45HRC50HRC。表4-3扇形齿轮传动设计计算项目计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算初步计算转矩T1 =9.55106P/n=9.5510620/2T1=95.5106 Nmm齿宽系数查P222表12.13取d =1.0接触疲劳极限由P223图12.17d按MQ级Hlim1=1200MpaHlim2=1150Mpa初步计算的许用接触应力H1= 0.9Hlim=0.91200=1080MpaH2= 0.9Hlim=0.91150=1035MpaAd值由P227表12.16取Ad =82 初步计算小齿轮直径d1Ad T1(u+1)/ (d H2u)1/3=8295.5106(6.7+1)/ (1.0 115026.7)1/3=357.7mm取d1 =360mm初步齿宽b=dd1 =1.0360=360mm校核计算圆周速度v=d1n1 /(601000)= 3602/60/1000v =0.0419m/s精度等级由P207表12.6选9级精度齿数和模数取模数16齿数z1=d1/ m =360/15=24z2=iz1=6.724=160.1则i= z2 /z1 =160/24=6.67取z2=160使用系数由P215表12.9KA=1.0动载系数由图12.9KV=1.03 续表4-3 齿向载荷分布系数由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载荷系数K= KA KV KHKH=1.01.031.742.43K =4.355弹性系数由P221表12.12ZE=188.9 Mpa1/2节点区域系数由图12.16ZH=2.5接触最小安全系数由表12.14SHmin=1.05应力循环次数由表12.15，估计106NL 108接触寿命系数由图12.18ZN1=1.5许用接触应力H1=Hlim1 ZN1 / SHlim=12001.5/1.05H2=Hlim2 ZN2 / SHlim=11501.5 /1.05H1=1714.3 MpaH2= 1642.9Mpa验算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计算表明，接触疲劳强度较为合适。H =1619.3Mpa H2确定传动主要尺寸实际分度圆直径 d1= z1 m=2415=360mm d2= z2m=16015=2400mm中心距a=m( z1+ z2)/2=(360+2400)/2a =1380mm 齿宽b=d d1=360mmb1=370mm b2=360mm齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.7267Y=0.68 续表4-3 齿间载荷分配系数由表12.10, KF=1/ Y=1/0.6843KF=1.461齿向载荷分布系数由图12.14KF=1.2载荷系数KA KV KFKF=1.01.031.461.2K=1.806 齿形系数由图12.21YFa1=2.65,YFa2=2.13应力修正系数由图12.22YSa1=1.57,YSa2=1.82弯曲疲劳极限由图12.23dFlim1= 920 MpaFlim2= 870Mpa弯曲最小安全系数由表12.14SFmin=1.25应力循环次数由表12.15，估计106NL 1.5 S 4.5.2 翻转小齿轮轴的最小直径忽略联轴器的效率，最小直径取为和蜗轮轴直径的最小值一致。d=220 mm小齿轮的分度圆直径d1=360 mm 1.8230 mm ，所以采用齿轴式。表4-5校核小齿轮轴计算项目计算内容计算结果计算齿轮受力转矩T2= 95.5106 Nmm圆周力Ft=295.5106/360Ft =5.3105N径向力Fr= Ft tan20=5.3105tan20Fr =1.93105N画出轴受力见图4.5(b)计算支承反力水平,垂直面反力计算略水平面受力图见图4.5 (c)垂直面受力图见图4.5 (d)画轴弯矩图水平面弯矩图见图4.5 (e)垂直面弯矩图见图4.5 (f) 续表4-5合成弯矩图见图，合成弯矩 4.5 (g)画轴转矩图轴受转矩T= T1 95.5106 Nmm转矩图见图4.5 (h)许用应力许用应力值0b=150 Mpa-1b=90 Mpa 应力校正系数=-1b/0b=90/150=0.6画当量弯矩图当量转矩T=0.695.5106T =55.2106 Nmm当量弯矩在小齿轮中间截面处MI=（M2T 2）1/2=0+55.2106在轴承1中间处M2=（M2T 2）1/2MI=55.2106 NmmMv=157.3106 Nmm校核轴径齿根直径df1=d1-2(ha+c)m=360-2(1+0.5)15df1= 315轴径dI= (MI/0.1/-1b)1/3=(55.2106/0.1/90) 1/3dv=(Mv/0.1/-1b)1/3=(157.3106/0.1/90) 1/3dI =181dv =207.3 图4.6 小齿轮轴的结构和受力分析4.6 联轴器的选用计算在倾斜机构中连接两轴端的联轴器是少不了，选用的联轴器要有缓冲和减振作用。选用非金属弹性元件制成的挠性联轴器。 4.6.1 减速器与减速器之间的联轴器选用弹性柱销齿式联轴器，具有传递转矩大、体积小、重量轻、轴径范围大、结构简单、使用寿命长、不用润滑等优点。表6233，联轴器的计算转矩TC=TKWKKZKtTn (N.m)T 上级传动输出的额定转矩KW 动力机系数,查手册KW取1K 工况系数，查手册K取1.25KZ 启动系数，查手册Kz取1KT 温度系数,查手册KT取1.5Tn 公称转矩Tc=KT=K9550P/n=1.5955030/60=7162.5 Nm查机械设计手册选用带制动轮弹性柱销齿式联轴器，P6112，表6234，选用ZLL6，公称转矩=10000 Nm，许用转速=1500r/min4。 4.6.2 减速器与齿轮轴之间的联轴器Tc=KT=K9550P/n=1.5955020/2=143250 Nm (4.9) 查机械设计手册选用弹性柱销齿式联轴器，P61074，表6233，选用ZL15，公称转矩=160000 Nm，许用转速=1100r/min。4.7 轴承的选用和校核选用双列圆锥滚子轴承，能承受轴向和径向联合载荷，承载能力大。图4.7 双列圆锥滚子轴承图已计算知Fr1=337750N， Fr2=144750N， Ft1=92750N, Ft2=39750N 左端双列轴承受力比右端大，所以只校核左端双列轴承。查手册352048轴承主要性能参数如下：Cr=1.24106N ，C0r=2.82106N ，e=0.33 ，Y1=2 ，Y2=3 ，Y0=2 。计算结果及步骤如下：表4-6轴承的校核计算项目计算内容计算结果寿命计算轴承轴向力Fa1=Fr1/2Y1=Fr1=337750/ 2/2Fa1=84437.5NXFa1/ Fr1=0.29 80000 h静载荷计算当量静载荷P0r= X Fr1+Y Fa1=1337750284437.5P0r =5.1105N安全系数正常使用滚子轴承。查表18.14S0 =1 .2计算额定静载荷C0r=S0 P0r =1.25.1105=6.12105

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