C型搅拌摩擦焊机机械结构设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 学生姓名 ： 袁振东 班级 ： 0781053 指导老师 ： 张晓荣 摘要： 搅拌摩擦焊是摩擦焊的新发展，是英国焊接研究所提出的专利技术。它可以对多种融化焊接性差的有色金属等擦了进行可靠的链接，而且连接工艺简单、并有较好的工艺适应性。 搅拌摩擦焊技术是一种新型的固态连接技术，主要用于的熔点金属和合金的焊接，它能较好的保持焊缝区的微细晶粒组织，可以用语超塑性成形领域。随着焊接技术的发展，可以用语 接的材料将会更加广泛，此外，搅拌摩 擦焊无需复杂的处理工作，且焊缝缺陷相对较少，生产环境好，是一种经济、高效、高质量的“绿色焊接工艺”，可以遇见 术将在我国航空航天、船舶、汽车等各个领域得到长足的发展和良好的应用。 本文简单介绍了搅拌摩擦焊的焊接原理、工艺特点、工艺设备及应用领域，并对其机械机构设计和性能进行了进一步的分析。 关键词： 新发展 新型的固态连接技术 机械结构设计 指导老师签名： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 0781053 of is by is a of It is is in is a of it of of be of SW be in of a is an 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 in of of a of 录 1 前言 （ 1） 拌摩擦焊概述 （ 2） 拌摩擦焊的特点介绍 （ 4） 2 C 型 搅 拌 摩 擦 焊 接 机 械 结 构 设计 （ 7） 台设计（ 7） 降 台 的 设计 （ 22） 轴 箱 的 设计 （ 29） 和 轴 承 、 圆 柱 销 的 设计（ 39） 体外形尺寸设计（ 47） 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 结论 （ 48） 附录 （ 52） 参考文献 （ 60） 致谢 （ 61） 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 C 型搅拌摩擦焊机机械结构设计 前言 一项新兴额金属加工技术自方法发明、原理验证、技术改进到工业化推广应用一般要经历几十年甚至更长的时间。焊接技术也是一样，如钎焊、电弧焊、激光焊、电子束焊等都精力了类似的过程。但是搅拌焊不同， 1991 年英国焊接研究所（ 发明了搅拌摩擦焊 (称 伺候搅拌摩擦焊以任何一种焊接方法无可比拟的发展速度，迅速走出实验室，在国际工业制造领域（船舶、轨道列车、航空、航天、汽车、兵器电子电力等）得到大规模工程化应用。作为一项创新的固相连接方法，搅拌摩擦焊正在大步取代传统铝合金焊接方法，在铝合金结构制造及铝型材加工领域，迎来革命性的跨时代发展。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1. 搅拌摩擦焊简介 述 一种固体连接工艺。在该工艺中，带仿形细杆的割肩刀具插入材料两工件间的结合线中，在抗磨细杆和两工件之间产生摩擦热，将其相互对接在一起，并将抗磨细杆固定在托杆上。 热量导致材料软化，没有达到熔点，使抗磨细杆能沿着接头移动。象这样，工具向前动动，材料被在旋转细杆前面的摩擦热增塑，并传递到背面，在这里，压实并冷却，形成固态焊缝。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （图 1 1） （图 1 2） （图 1 3） 焊接质量 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 使用搅拌摩擦焊接，可得到与熔焊相似的、极好的焊接质量。固相焊缝的压实、颤动和锻压作用，形成的焊缝有比基体材料更细密的显微组织。这些焊缝抗拉强度可达到基体材料的 90%，且疲劳性能与基体材料相似，而具有代表性的熔焊接头疲劳性能只能达到基体 材料的60%。搅拌摩擦焊接也可用于全位置（横、立、仰焊和轨迹焊）。因为是固态焊接工艺，对人没有危险性的影响。 搅拌摩擦焊机可买到下列组合的设备： 多轴式、移动式龙门架、手提式和机器人。 适合于搅拌摩擦焊接接头的几何形状有： a 平板对接 b 对接和搭接组合 c 单层搭接 d 多层搭接 e 三件 f 两件 g 边缘对接 h 可以接受的拐角焊缝 （图14ah） （图 1 5 搅拌摩擦焊的工作情况） 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （图 1 6 由搅拌摩擦焊焊接的管类 零件） 1991 年搅拌摩擦焊技术由英国焊接研究所 (明，作为一种固相连接手段，它克服了以往熔焊的诸如气孔、裂纹、变形等缺点，更使得以往通过传统熔焊手段无法实现焊接的材料可以采用 现焊接，被誉为 “继激光焊后又一革命性的焊接技术 ”。 要由搅拌头的摩擦热和机械挤压的联合作用下形成接头，其主要原理和特点 如下： 焊接时，欲搭接或者对接的工件相对放置在垫板上，为了防止在施焊时工件被搅拌头推开，应加以约束。施焊工具主要是搅拌 头。焊接时旋转的搅拌头缓缓进入焊缝，在与工件表面接触时通过摩擦生热使得该处金属软化，在顶压力的作用下，指棒进入到工件内部，在高速旋转下使得搅拌头周围的一层金属塑性化。同时，在肩轴端面的包拢下搅拌头沿焊接方向移动形成焊缝。焊缝的深度由指棒的插入深度决定。在焊接过程中主要的产热体是指棒和轴肩。在焊接薄板时，轴肩和工件的摩擦是主要的热量来源。 作为一种固相连接手段，搅拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法难以焊接的材料外（例如可以实现用熔焊难以保证质量的裂纹敏感性强的 7000、 2000 系列铝合金的高质量连接）， 具有以下优需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 点： 温度低，所以变形小（即使是长焊缝也是如此）； 接头机械性能好 (包括疲劳、拉伸、弯曲 )，不产生类似熔焊接头的铸造组织缺陷，并且其组 织由于塑性流动而细化。 与其它焊接方法相比，焊接变形小，调整、返修频率低，某航空发动机 缺陷发生率低，传统熔焊时每焊接 生一个缺陷，而 在焊接长度为 ，才仅出现一个缺陷。由此可以使成本降低 60%。 焊前及焊后处理简单，焊接过程中的摩擦和搅拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附着杂质。而且焊接过程中不需要保护气体、焊条及焊料。 能够进行全位置的焊接； 适应性好，效率高； 操作简单； 焊接过程中无烟尘、辐射、飞溅、噪音及弧光等有害物质产生，是一种环保型工艺方法。 尤其值得指出的是，搅拌摩擦焊所具有适合于自动化和机器人操作的优点，诸如：不需要填丝、保护气（对于铝合金）、可以允许有薄的氧化膜、对于批量生产，不需要进行打磨、刮擦之类的表面处理非损耗的工具头、一个典型的工具头就可以用来焊接 6000 系列的铝合金达 1000 米等 . 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2. C 型搅拌摩擦焊机机械结构设计 机械系统设计分为四个部分： （ 1） 台设计； （ 2）升降台 设计； （ 3）主轴箱设计； （ 4）外形尺寸设计。 ） 台设计 ： 台外形尺寸及重量估算 拖板）尺寸：长宽高 ： 900 600 55 重量：按重量体积材料比重估算 ； 拖板）尺寸： 1771 700 55 重量： ； 导轨及滑块重量查表得： 380N； 夹具及工件重量：约 160N； 步进电动机： 底座： 1427 900 55 重量 10 N； 410 N。 搅拌头向下的压力及行走抗力的计算：（略）压力 p 690N，行走抗力P 224N。 型号 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 2 1 经计算，选用 直线导轨。需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括摩擦力及焊接行走抗力。 （ 1）最大动负荷 查表得系数 2， 1，寿命值 L= 61060查表得使用寿命时间 T 1500h，初选丝杠螺距 t=5丝杠转速m (1005 m a x 所以 L 9010 15 0010 060 6 1 . 4 4 2 2 4 1 . 4 4 0 . 0 1 ( 2 3 1 7 1 6 0 ) 2 6 0 ( )y x f G N 当 1 . 4 4 2 2 4 1 . 4 4 0 . 0 1 ( 1 3 2 0 0 5 5 1 0 ) 3 3 5 ( )x x f G N 当所以最大动负荷 9 0 2 1 2 6 0 2 3 3 0 ( ) 9 0 2 1 3 3 5 3 0 0 3 ( )x 查表，取滚珠丝杠公称直径 d，选用滚珠丝杠螺母副的型号为 （两只），其额定动载荷为 8630N，足够用。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 2）滚珠丝杠副的几何参数计算 见下表： 表 2 3 名称 符号 计算公式和结果（ 螺纹滚道 公称直径 0d 20 螺距 t 5 接触角 45。 钢球直径 纹滚道法面半径 R R=心距 e ( / 2 ) s i n 0 . 0 4 4 9 d 螺纹升角 =433。， 螺杆 螺纹外径 d D=0d (纹内径 0d 2e 2R=杆接触直径 0d da =母 螺母螺纹外径 D D= 0d 2e 2R 母内径（外循环） 0d +( 3）传动效率计算 4 3 3 0 . 9 6( ) ( 4 3 3 1 0 )t g t gt g t g 。，。 ， 。式中： 摩擦角； 丝杠螺纹升角。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 4）刚度计算 01 F 应用 P=335(N)，0L=0.5( E=106 (N/(材料为钢 ) F= 2R =2R=( 61 63 3 5 0 . 5 3 . 6 7 4 1 0 ( )2 0 . 6 1 0 2 . 2 1 3L c m 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L很小，可以忽略。 所以导程误差 6101 0 0 1 0 02 . 5 4 4 1 0 5 . 0 9 ( / )0 . 5L m 查表知 5 m ，故刚度足够。 （ 5）稳定性验算 由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。 进电机的选用 （ 1）步进电机的步距角b取系统脉冲当量p 选步进电机步距角b 。 （ 2）步进电机起动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为 T，负载力为 P，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做的功有如下关系 T 式中： P电机转角； S移动部件的相应位移； 机械传动效率 若取 b，则 Sp，且 ()p G P ，所以 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 6 ( ) 2p i PT c m （ N ） 式中：动部件负载（ N）； G移动部件重量（ N）；z P与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（ N）； 导轨摩擦系数；b步进电机步距角 （ T电机轴负载力矩（ ）。 取 火钢珠导轨的摩擦系数）， P 335N。 考虑到重力的影响， 此取 G=7690N，所以 3 6 0 . 0 1 3 3 5 0 . 0 3 7 6 9 0 2 1 . 5 0 . 9 6T c m = 2 2 . 5 2 （ N ） 若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则起动力矩 0 0 T 安全系数为 2 2 7 5 0 （ N （ 3）步进电机的最高效率 m a xm a x 1000 1 0 0 0 0 . 5 8 3 3 . 3 ( )6 0 6 0 0 . 0 1 查表选两个 75 003型步进电动机。电机的有关参数见表 2 4。 一、确定齿轮传动比 因为步进电机步距角b ，滚珠丝杠螺距 t=5实现脉冲当量 在传动系统中应加一对齿轮降速传动。传动比需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 12360 0 . 0 1 3 6 0 0 . 4 81 . 5 5 1 . 5 5 一、涉及公式： d=0d=d+2m，fd=b=(36)m，a= 122 二、设计参数 传递功率 P=(传递转矩 T=(齿轮 1转速 4 (r/齿轮 2转速 (r/传动比 i=动机载荷特性 匀平稳 工作机载荷特性 匀平稳 预定寿命 H=10000 (小时 ) 三、布置与结构 结构形式 式 齿轮 1布置形式 称布置 齿轮 2布置形式 称布置 四、材料及热处理 齿面啮合类型 齿面 热处理质量级别 Q=轮 1材料及热处理 5 齿轮 1硬度取值范围 5轮 1硬度 8 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 齿轮 1材料类别 齿轮 1极限应力类别 1 齿轮 2材料及热处理 5 齿轮 2硬度取值范围 5轮 2硬度 8 齿轮 2材料类别 齿轮 2极限应力类别 1 五、齿轮精度 齿轮 1第组精度 齿轮 1第组精度 齿轮 1第组精度 齿轮 1齿厚上偏差 齿轮 1齿厚下偏差 齿轮 2第组精度 齿轮 2第组精度 齿轮 2第组精度 齿轮 2齿厚上偏差 齿轮 2齿厚下偏差 六、齿轮基本参数 模数 (法面模数 ) 端面模数 旋角 =(度 ) 基圆柱螺旋角 b=(度 ) 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 齿轮 1齿数 0 齿轮 1变位系数 轮 1齿宽 (齿轮 1齿宽系数 轮 2齿数 4 齿轮 2变位系数 轮 2齿宽 (齿轮 2齿宽系数 变位系数 准中心距 (实际中心距 A=(齿数比 U=面重合度 =向重合度 =重合度 =轮 1分度圆直径 (齿轮 1齿顶圆直径 (齿轮 1齿根圆直径 (齿轮 1齿顶高 (齿轮 1齿根高 (齿轮 1全齿高 (齿轮 1齿顶压力角 (度 ) 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 齿轮 2分度圆直径 (齿轮 2齿顶圆直径 (齿轮 2齿根圆直径 (齿轮 2齿顶高 (齿轮 2齿根高 (齿轮 2全齿高 (齿轮 2齿顶压力角 (度 ) 齿轮 1分度圆弦齿厚 (齿轮 1分度圆弦齿高 (齿轮 1固定弦齿厚 (齿轮 1固定弦齿高 (齿轮 1公法线跨齿数 齿轮 1公法线长度 (齿轮 2分度圆弦齿厚 (齿轮 2分度圆弦齿高 (齿轮 2固定弦齿厚 (齿轮 2固定弦齿高 (齿轮 2公法线跨齿数 齿轮 2公法线长度 (齿顶高系数 隙系数 c*=力角 *=20 (度 ) 端面齿顶高系数 ha*t=面顶隙系数 c*t=要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 端面压力角 *t=(度 ) 七、检查项目参数 齿轮 1齿距累积公差 轮 1齿圈径向跳动公差 轮 1公法线长度变动公差 轮 1齿距极限偏差 )1=轮 1齿形公差 轮 1一齿切向综合公差 =轮 1一齿径向综合公差 1=轮 1齿向公差 =轮 1切向综合公差 =轮 1径向综合公差 1=轮 1基节极限偏差 )1=轮 1螺旋线波度公差 =轮 1轴向齿距极限偏差 )1=轮 1齿向公差 轮 1轮 1轮 1齿厚上偏差 轮 1齿厚下偏差 轮 2齿距累积公差 轮 2齿圈径向跳动公差 轮 2公法线长度变动公差 轮 2齿距极 限偏差 )2=轮 2齿形公差 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 齿轮 2一齿切向综合公差 =轮 2一齿径向综合公差 2=轮 2齿向公差 =轮 2切向综合公差 =轮 2径向综合公差 2=轮 2基节极限偏差 )2=轮 2螺旋线波度公差 =轮 2轴向齿距极限偏差 )2=轮 2齿向公差 轮 2轮 2轮 2齿厚上偏差 轮 2齿厚下偏差 心距极限偏差 )=、强度校核数据 齿轮 1接触强度极限应力 (齿轮 1抗弯疲劳基本值 (齿轮 1接触疲劳强度许用值 H1=(齿轮 1弯曲疲劳强度许用值 F1=(齿轮 2接触强度极限应力 (齿轮 2抗弯疲劳基本值 (齿轮 2接触疲劳强度许用值 H2=(齿轮 2弯曲疲劳强度许用值 F2=(需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 接触强度用安全系数 曲强度用安全系数 触强度计算应力 H=(接触疲劳强度校 核 H H=满足 齿轮 1弯曲疲劳强度计算应力 (齿轮 2弯曲疲劳强度计算应力 (齿轮 1弯曲疲劳强度校核 F1=满足 齿轮 2弯曲疲劳强度校核 F2=满足 九、强度校核相关系数 齿形做特殊处理 殊处理 齿面经表面硬化 硬化 齿形 般 润滑油粘度 20 () 有一定量点馈 允许 小齿轮齿面粗糙度 z 6 m ( 1 m ) 载荷类型 向转动齿轮 齿根表面粗糙度 z 16 m ( m ) 刀具基本轮廓尺寸 n n 周力 (N) 齿轮线速度 V=(m/s) 使用系数 载系数 向载荷分布系数 合变形对载荷分布的影响 K s=要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 安装精度对载荷分布的 影响 K m=间载荷分布系数 点区域系数 料的弹性系数 触强度重合度系数 触强度螺旋角系数 合、螺旋角系数 触疲劳寿命系数 滑油膜影响系数 作硬化系数 触强度尺寸系数 向载荷分布系数 间载荷分布系数 弯强度重合度系数 弯强度螺旋角系数 弯强度重合、螺旋角系数 命系数 根圆角敏感系数 根表面状况系数 寸系数 轮 1复合齿形系数 轮 1应力校正系数 轮 2复合齿形系数 轮 2应力校正系数 步进电机惯性负载的计算 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 根据等效转动惯量的计算公式，得 210 1 2 32()180 J J J 2 式中：算到电机轴上的惯性负载（ 2；0 J步进电机转轴的转动惯量（ 2；1 J齿轮12；22；3 J转动惯量滚珠丝杠的转动惯量（ 2； M移动部件的质量（ 对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算 J 310 4D L （ 2 式中： D圆柱零件直径（ L零件长度（ 所以 1J 340 . 7 8 1 0 1 0 . 4 1 . 4 6 1 3 . 3 2 2 2 （ k g c m ） 340 . 7 8 1 0 5 . 2 1 . 4 6 0 . 8 3 3 22J （ k g c m ） 3J 340 . 7 8 1 0 2 . 0 1 . 4 6 0 . 3 7 4 2 （ k g c m ） 电机轴转动惯量很小，可以忽略，则 222 4 0 . 0 0 11 3 . 3 2 2 ( 0 . 8 3 3 0 . 3 7 4 ) 7 6 9 1 4 . 7 2 3 ( )3 . 1 450 1 . 5180dJ k g c m 2 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 ）升降台的设计 升降台采用涡轮蜗杆传动，可以实现自锁。 外形尺寸为：长宽高 900 700 975的半封闭箱体，详见升降台设计图纸。 轮蜗杆的设计 普通圆柱蜗杆传动设计结果报告 一、普通蜗杆设计输入参数 1. 传递功率 P 2. 蜗杆转矩 3. 蜗轮转矩 4. 蜗杆转速 r/ 5. 蜗轮转速 r/ 6. 理论传动比 i 7. 实际传动比 i 8. 传动比误差 ) 9. 预定寿命 H 4800 (小时 ) 10. 原动机类别 电动机 11. 工作机载荷特性 平 稳 12. 润滑方式 浸油 13. 蜗杆类型 阿基米德蜗杆 14. 受载侧面 一侧 二、材料及热处理 1. 蜗杆材料牌号 45(调质 ) 2. 蜗杆热处理 调质 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3. 蜗杆材料硬度 270 4. 蜗杆材料齿面粗糙度 m) 5. 蜗轮材料牌号及铸造方法 属模 ) 6. 蜗轮材料许用接触应力 H 200 (N/) 7. 蜗轮材料许用接触应力 H 200 (N/) 8. 蜗轮材料许用弯曲应力 F 70 (N/) 9. 蜗轮材料许用弯曲应力 F 53 (N/) 三、蜗杆蜗轮基本参数 (1. 蜗杆头数 2 2. 蜗轮齿数 50 3. 模 数 m 4. 法面模数 5. 蜗杆分度圆直径 6. 中心距 A 7. 蜗杆导程角 8. 蜗轮当量齿数 9. 蜗轮变位系数 10. 轴向齿形角 x 11. 法向齿形角 n 12.