双搅拌轴搅拌摩擦焊焊机设计【全套含有CAD图纸三维建模】
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1 本科毕业设计（论文）任务书 同学（ 机械设计制造及其自动化专业 /班级： 09（ 4） ） 现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。 课题名称 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 主要任务与 目标 搅拌摩擦焊技术是 90 年代发展起来的、自发明到工业应用时间跨度最短的一项固相连接新技术。著名的 B o e i n g、 公司购买了此项技术，并已大量的在航天、航空、车辆、造船等行业得到成功地应用。 本项目拟与其他同学合作开发设计一 台双搅拌轴搅拌摩擦焊机，适合于普通厚度的平板铝及其合金的工艺试验试件的焊接 , 重点要解决的问题： 1） 双搅拌轴搅拌摩擦焊机整体设计； 2）双搅拌轴搅拌摩擦焊机搅拌系统设计； 目标： 提出的设计方案可行，结构设计合理，完成的三维、二维图纸满足生产要求。 主要内容与基本要求 主要设计内容有： 1）确定整机的设计方案； 2） 搅拌系统 方案设计； 3）焊机 装置 结构设计，完成三维、二维图纸； 基本要求： 按照课题内容，完成总体方案设计，完成三维、二维装配图和零件图，总计不少于 2 张零号图纸；通过运动仿真完善设计 。 完成毕业设计要求的各种文档，包括文献综述、开题报告、外文翻译及毕业设计论文等。 严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室规定。 主要参 考资料 及文献 阅读任务 查阅与课题有关的文献（论文、书籍或手册等）不少于 10 篇（部），写出符合要求的文献综述报告。主要参考文献如下： 1 沈璐 葛继平 期刊论文 2010(6) 2 栾国红 孙成斌钛合金的搅拌摩擦焊探索 期刊论文 2005(11) 3 李光 栾国红动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术 期刊论文 2007(4 李兵 王磊 期刊论文 2008(1) 5 任淑荣 陈礼清搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望 期刊论文 2007(1) 6 黄华 刘静先进的搅拌摩擦焊技术 期刊论文 2006(1) 7 王训宏 期刊论文 2006(6) 2 8 J. 2005 (50): 1 78. 9 075 J. A 2007 (464):25510 on to 2003, 82 1, 1外文 翻译任务 阅读 2篇以上（ 10000字符左右）的外文材料，完成 2000汉字以上的英译汉翻译 。英文文献参考如下： 1 K. M. P. A of of in J. 2006， A 419 ： 138 143. 2 ， . of J. in 1985， 23(9/10)： 202计划进度： 起止时间 内容 业设计前期资料准备、毕业设计任务书、外文翻译任务布置。 师指导学生查阅资料 (包括外文资料 )，撰写文献综述、开题报告及完成外文资料翻译等工作。完成文献综述、开题报告及完成外文资料翻译放假前 交指导教师。 成文献综述、开题报告及完成外文资料翻译等等工作。 指导教师审核学生上交的文献综述、开题报告及外文资料翻译等，为小组交流、开题报告答辩做准备。 成开题报告答辩工作； 进行 总体方案设计。 成搅拌系统 ， 传动机构 设计，零件图绘制。 业设计中期检查指导情况，学生完成情况，以及表格与记录 的填写情况。 维装配图，运动仿真，二维零件图，装配图，论文撰写。 学生完成课题设计，提交毕业设计（论文）。 师对毕业设计（论文）的审阅；评议小组分组审阅。 文答辩 实习地点 指导教师 签 名 年 月 日 3 系 意 见 系主任签名： 年 月 日 学院 盖章 主管院长签名： 年 月 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 本科毕业设计（论文） 题 目 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 姓 名 指导教师 系 主 任 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 2 机械与自动控制学院 毕业设计诚信说明 我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）： 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 摘 要 搅拌摩擦焊技术是 90 年代发展起来的、自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项新型固相连接新技术，公认为是最有前途和最适合航空材料以及结构件制造的工艺方法之一。 搅拌摩擦焊（ 一个相对较新的固态焊接过程。这种连接技术具有节能，高效，环保，用途广泛的特点。特别是，它可以用于高强度航天铝合金和其他金属的合金，这些合金是很难通过常规焊接熔焊。 果。 6 本文设计出的双搅拌轴摩擦焊焊机，总功率约 3千瓦，适合于普通厚度的铝及其合金的工艺试验试件的焊接，搅拌摩擦头转速约 6000r/接速度为500 600mm/大加工焊缝厚度 15缝长度 500中介绍了搅拌摩擦焊焊接技术的基本原理和特点，概要地介绍了搅拌摩擦焊的技术优势、研究现状、工业应用和发展前景。针对工艺试验试件搅拌摩擦焊机，主要设计、计算和校核了设备各主要部分，均能够满足试验用焊机的要求。 本机器由于采用双搅拌头，因此相对于一般的搅拌摩擦焊焊机效率更高。相对于一般 的搅拌摩擦焊焊机，该机器也非常的经济和容易操作。 关键词 ：双搅拌轴摩擦焊；固相焊接；铝合金焊接；焊机设计 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 4 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 6 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 in 990s, is in is in to it is as of a is a is In it be to to by is to be in in a is to a in is 000r/is 00 00mm/It be to In t 5mm 00In SW is of SW SW in of in of is it is SW it a it is 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 摘 要 1 章 绪论 . 1 . 1 状及发展趋势 . 2 拌摩擦焊技术 发展历史及研究成果 . 2 内 搅拌轴摩擦焊技术 发展发展应用 . 3 拌摩擦焊中 双搅拌轴摩擦焊技术目前的应用情况和前景 . 5 . 6 第 2 章 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 . 7 机的总体设计以及规划 . 7 部件设计 . 8 拌头及夹具设计 . 8 拌系统功率计算 . 9 拌系统传动齿轮设计 . 10 拌轴的设计 . 15 拌系统 V 带设计 . 20 作台设计 . 26 动丝杠设计 . 27 速齿轮的设计 . 30 压缸选择 . 33 第 3 章 软件简介 . 34 . 34 . 35 第 4 章 总结与展望 . 33 参考文献 . 33 致 谢 . 33 1 第 1 章 绪论 拌摩擦焊简介 1991年搅拌摩擦焊 (英国焊接研究所 (明，这项杰出的焊接技术一步一步地为世界制造技术的进步做出了巨大的贡献。 自 1991年搅拌摩擦焊 (发明到现在，该项技术已经在国内外的众多领域出现它的身影。如今，搅 拌摩擦焊焊已经在诸多制造领域（船舶、轨道列车、航天、航空、汽车、兵器、电子电力等）达到规模化、工业化的应用水平。如在船舶制造领域，在 1996年搅拌摩擦焊就在挪威 板等结构件的流水线制造。在轨道车辆制造领域，日本 997 年将搅拌摩擦焊技术应用于列车车体的快速低成本制造。成功实现了大壁板铝合金型材的工业化制造在世界宇航制造领域搅拌摩擦焊已经成功代替熔焊实现了大型空间运载工具如运载火箭和航天飞机等的大型高强铝合金燃料贮箱的制造，波音公司 的 I 型和 999年首次成功发射升空。 2000年世界汽车工业，如美国 合金车轮、防撞缓冲器、发动机安装支架以及铝合金车身的焊接。 2002年 8月，美国月蚀航空公司利用 且首次试飞成功 7。 至 2004年 9月，全世界约有 130家各个行业的公司和大学、研究机构获得了英国焊接研究所授权的搅拌摩擦焊非独占性专利许可。英国、美国、法国、德国、瑞典、日本和中国等先后 获得了该专利的使用权。至今为止我国先后已经有二十多家单位。获得了该项专利的使用权 8。 双搅拌轴摩擦焊缝技术作为搅拌摩擦焊技术的一种，它的最大特点就是可以提高生产效率。同时，它也可以使得焊缝区域更大，焊接质量更高。目前存在的双搅拌轴一般 采用两个转动相反的搅拌头同时进行焊接。 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 2 在不久的将来，搅拌摩擦焊技术将会一直以任何一种焊接方法无法比拟的速度发展，在更多的领域发挥着它的作用。 内外研究现状及发展趋势 拌摩擦焊技术 发展历史及研究成果 搅拌摩擦焊在其发明初期主要解决厚度 996年，用 12毫米的铝、镁、铜合金的连接 1997年实现了 12且在宇航结构件上得到应用。 1999年搅拌摩擦焊可以焊接 50毫米厚的铜合金及 75毫米厚度的铝合金零件和产品。 2004年，英国焊接研究所已经能够单道单面实现 100毫米厚铝合金板材的搅拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，单道焊可以实现厚度为 100道焊可以焊接 180近，又开发了可以连接 9。 搅拌摩擦作为一种优选焊接技术，已经在从技术研究向高层次的工程化和工业化应用阶段发展。就拿国外的例子来说：在美国的宇航制造工业、北欧的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域 10。总之搅拌摩擦焊已经广泛地涉及到了在船舶制造工业、航空航天工业、轨道交通及陆路交通工业、汽车工业以及兵器、建筑、电力、能源、家电等工业。 搅拌摩擦在今年来取得的成就主要可以从以下几方面来体现： （ 1）搅拌摩擦焊在船舶制造工业上的应用 目前搅拌摩擦焊在船用铝合金的焊接方面研究应用较多，几乎 可以焊接所有系列的铝合金材料，另外，搅拌摩擦焊也可以实现铝合金与铜合金、铝合金与镁合金等不同材料的焊接。搅拌摩擦焊与普通摩擦焊相比，因不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金时要求对表面进行去除氧化膜处理，并要求在 48 搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。因此，搅拌摩擦焊是船用铝合金结构首选的连接技术。 （ 2）搅拌摩擦焊在航天航空工业上的应用 3 以英国焊接研究所、波音、空客以及美国月蚀公司为代表的搅拌摩擦焊技术开发和应用的先锋已经取得了丰硕的成果。近 期的研究结果表明搅拌摩擦焊可以在飞机机翼结构、翼盒结构、机身结构、舱门结构、裙翼结构、机舱气密隔板以及货物装卸结构等方面得到应用 11。 （ 3）搅拌摩擦焊在高速列车铝合金焊接的应用 在搅拌摩擦焊出现后，搅拌摩擦焊由于是一种无需外加焊接材料的焊接方法，因此没有熔化焊接时选择焊接材料的困难，也节省了焊材费用。更重要的是没有熔化焊接凝固时的一次结晶过程，克服了焊接高强铝合金时的结晶裂纹、气孔和夹杂倾向，不会产生焊缝塌陷问题，也不会形成焊缝铸造组织和低强区。因此搅拌摩擦取代了先前的熔化焊，成为焊接高速列车时优先选 择的焊接方法。 （ 4）搅拌摩擦焊在其他领域的应用 搅拌摩擦焊除了上述 3个领域外，还在轨道交通及陆路交通工业、汽车工业在兵器、建筑、电力、能源、家电等工业中的应用也越来越广泛。而且都取得了或多或少的成就。 内 搅拌轴摩擦焊技术 发展发展应用 2002 年，北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所正式签署搅拌摩擦焊专利许可协议，并在技术合作的基础上成立了中国搅拌摩擦焊中心。中国搅拌摩擦焊中心的成立标志着搅拌摩擦焊技术正式登陆中国。中国搅拌摩擦焊中心全权代表英国焊接研究所，发售和管理中国地区 (包括香港、澳门和台湾 )的搅拌摩擦焊技术专利许可，从此为搅拌摩擦焊技术在中国地区的发展、推广和工业化应用打开了大门 12。 图 1双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 4 图 1 自搅拌摩擦焊进入国内后，较快的运用于我国工业上的许多领域（船舶制造行业、航天制造工业、轨道交通行业等）。 搅拌摩擦焊在国内的应用现状，主要通过船舶制造行业、航天制造工业两方面来介绍。首先在船舶制造行业， 2006 年 4 月，我国设计制造了国内第一台用于大型船用型 材料拼焊的搅拌摩擦焊设备，此后，中国搅拌摩擦焊中心大力发展铝合金型材壁板的搅拌摩擦焊制造。其次，搅拌摩擦焊在航天制造工业也发挥着重大的作用。目前，国内对于 2000系列、 7000系列以及铝锂合金的材料制成的太空交通运载工具都优先采用搅拌摩擦焊。中国搅拌摩擦焊中心于十五期间重点对航天运载火箭搅拌摩擦焊开展了系统的科研攻关，国内的航天制造工业企业也积极采用了搅拌摩擦焊技术。 除却上述的两个领域外，搅拌摩擦焊在国内还广泛应用于汽车制造业、轨道交通行业、电子电力能源行业。 上图 1搅拌摩擦焊在国内的 发展趋势。随着搅拌摩擦焊研究、技术开发与应用推广的不断深入，基于搅拌摩擦的基本原理形成了材料链接、材料改姓、材料成行等多种材料加工方法。 总之，在中国，搅拌摩擦焊的研究、开发和推广应用才刚刚起步，在市场化的环境下，通过引进、消化、吸收和技术创新，搅拌摩擦得到了快速发展，尤其在航空、航天等领域、在国家政策和项目的支持下，搅拌摩擦焊必将在我国其他工业领域得到较快的推广。 5 拌摩擦焊中 双搅拌轴摩擦焊技术目前的应用情况和前景 （ 1）双搅拌轴摩擦焊技术的工作原理 在提及双搅拌轴摩擦焊缝技 术的工作原理前，我们先讲讲搅拌摩擦焊的工作原理：搅拌摩擦焊过程中，一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料热塑化 (焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点 )，当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密固相连接 6。 相对于搅拌摩擦焊的工作原理，双搅拌摩擦焊缝为采用两个转动相反的搅拌头同时进行焊接，由于两个搅拌头转动方向 相反，产生的工作扭矩因相互抵消而减弱，焊接过程中采用较小的侧向装夹力就能实现可靠的连接。在双搅拌头复杂的机械力和摩擦热的作用下，塑性金属的流动、焊接温度场、应力应变场都将受到影响，这会对焊件性能产生很大的影响。 虽然两者看起来是十分的相似，无非是多了一个搅拌轴，但是双搅拌轴摩擦焊相对于搅拌摩擦焊有以下优点：（ a）可以得到比搅拌摩擦焊更宽的焊缝区域；（ b）焊接质量更高； （ c）两个搅拌头同时焊接可以产生更多的热量，该方法可以运用于钢及其他高温合金搅拌摩擦焊中；（ d）可以确保在较小的扭矩下实现材料的可 靠连接，（ e）生产效率更高。 目前双搅拌轴摩擦焊有以下几种：平行并列式双头 (拌摩擦焊、前后交错排列式双头 (拌摩擦焊、前后一字排列式双头 (拌摩擦焊。 （ 2）双搅拌轴摩擦焊技术取得得成就 验中得出了在 6论前进侧还是后退侧的焊缝区域残留氧化物均有所减少，前后交错排列式双头搅拌摩 擦焊 3接区域尺寸可达板厚度的 在一系列的试验后，事实证明了双搅拌轴摩擦焊的优点远远大于其不足之处。多头系统可以确保在较小的扭矩下实现材料的可靠连接。采用 前后交错排双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 6 列式双头搅拌摩擦焊工艺，用于材料加工和搭接焊具有独特优势，而且可以在更大的对接间隙下实现对接接头的可靠连接 7。 由此，在接下来的几年内，双搅拌轴摩擦焊技术将会得到越来越广泛的应用于各个领域。 次设计的内容和意义 通过对相关资料、文献的查找，获得相关资料，了解双搅拌摩 擦焊焊接原理及相关工艺，了解其的应用范围，了解双搅拌摩擦焊在焊接中的优势，了解双搅拌轴摩擦焊的研究现状和在工业中的应用，以及搅拌摩擦焊的发展前景。参照已有的双搅拌轴摩擦焊技术设计相关资料，设计一台能焊接焊缝厚度为 15缝长度为 500写设计说明书的过程中，要求对关键部位的设计写得比较详细、具体，并校核该实验用焊机的各主要部分。 7 第 2 章 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 本章讲述双搅拌轴搅拌摩擦焊焊机的重要部分的设计计算过程。主要包括以下几方面：焊机的总体设计、搅拌系统的设计（ 主要讲双搅拌轴的设计以及搅拌系统的传动系统）、伺服系统的设计（主要为工作台的设计）。 此搅 拌摩 擦焊 焊机 ，搅 拌摩 擦头 转速 约 6000r/焊 接速度500 600mm/大加工焊缝厚度 15缝长度 500功率约 4000 瓦左右。 此机器主要使用于普通的铝及其合金，该焊机由于是双轴的，可以双件同时加工，大大提高了生产效率。 机的总体设计以及规划 此双搅拌轴摩擦焊缝焊机由于为双轴，所以采取双件生产。为了使得该机器更加经济使用，所以采用一般的 焊接结构。以下是此焊机的一些整体结构的 规划，首先工作台平面约离地面高越 1300机总高度约 1750合于工作人员的操作）总长度约 1400作台面长度约 1000度约 800作台上下移动约 80头高度约为 200拌轴中心距机体约 500作台箱体总长约 1000度约 400虑到及其的中提美观，将伺服系统的传动部分放入工作台的箱体内。同理，液压推动系统也将放于工作台的箱体内，便于液压推动过程中将工作台垂直向上推动。为了便于该系统的维修和检测，在起前方开一个天窗便于维修时的操作。电气控制部分将 放于及其的左后下方（此部分不再本次设计范围内）。搅拌系统的电机放在电机座上，然后再将电机座固定在机体上，调整电机座在机体上的位置就可以调整 了方便观察，在集体后方开一个观察窗口，便于机器的维修和检测。工作台箱体正面的左方将放置一个控制台，操作起来很方便。以上便是本台机器的整体布局的规划。 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 8 部件设计 拌头及夹具设计 搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，由特殊形状的搅拌焊针和轴肩组成，轴肩直径大于搅拌焊针直径。搅拌焊针用具有良好耐高温力 学和物理特性的抗摩损材料制造，并进行表面处理。 对于不同厚度的板所用的搅拌摩擦头不同，方便搅拌头的更换，夹持部分采用螺纹联接，夹持部分为 度为 L=15针直径 D=3 10针做成特殊的螺旋状，加大了焊针与工件的接触面积，同时也有利于被焊金属的搅动，如图 2肩半径为焊针直径的三倍 17，肩部直径为 D=9 30肩采用如图 2利于轴肩与塑化材料紧密地结合在一起，这样也提高了轴肩与焊件表面的接触面积，同时也提高了焊接时的闭合性，从而可以防止塑化的材料在搅拌头旋 转时喷射出去。各型号搅拌摩擦头的参数见表 2 图 2针示意图 图 2肩示意图 表 2拌摩擦头参数及焊缝截面积 板厚（ 焊针直径（ 焊针长度（ 轴肩直径 d(角度（度） 焊缝断面积 5 8 14 24 8 240 10 6 9 18 6 120 5 5 4 5 15 4 50 3 3 2 8 9 2 18 9 搅拌头夹具用于联接搅拌头和搅拌轴，其具体结构如图 2 图 2拌头夹具 拌系统功率计 算 查资料得到铝合金在焊接时的需要的最高温升为 600，本机器主要设计成适合于 15缝截面积约为 240速约为 500mm/于热传递和热量损失，设能量利用率约为 50%，则单位时间内焊缝温升部分体积为：240000由于本机器为双轴，则需要将截面面积加倍），能量计算公式为 18 （ 2 式中： C 比热容（ J/K） T 温度变化值（） V 体积（ 密度（ kg/ 效率 E 能量 （ J） 查得铝的各项参数如下 23 =2700Kg/C=g K 由式（ 2位时间内需要能量为 mi n/02700102 4 0 0 0 由于该机器为双轴，则功率为： 72 选用伺服电机 定转速 2000r/度 L=60定扭矩 搅拌摩擦焊焊机输入工件的总功率为 16 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 10 )(45)(10211020 （ 2 式中： N 输入工件总的热功率（ J） n 搅拌摩擦头的转速（ r/ 摩擦系数 F 工件上压力（ N） 焊头轴肩和焊针的半径（ 因为单位时间内输入工件的能量与总功率相等，在单位时间内则有 （ 2 查得铝与钢的摩擦系数为 8 ，由式（ 2 （ 2 )1424(45)24241414(8 7 8 9 52 22 F=两个搅拌头向前移动阻力为 阻 由此可以得出对于不同板厚的材料在焊接时的压力和焊接速度，见表 2 表 2同板厚在焊接时的压力和焊速 板厚 缝截面积 力 N 焊速 mm/5 240 00 10 120 000 5 50 60 1500 3 18 60 2000 拌系统传动齿轮设计 传递功率 ，转速 000 ，（为了方便设计和选材，把双搅拌头的传动齿轮设计成传动比为 1的三个齿轮） 1齿i，则齿数比 1u 。 1选择齿轮材料 为了便于制造，采用软齿面齿轮，查表得，大齿轮采用 45钢正火处理， 170 11 210齿轮采用 45钢调质处理， 217 255 2按齿面接触强度设计 一对钢制外啮合齿轮设计公式为 )(1) 671(3 121 （ 2 （ 1）计算小齿轮传递的转矩 )(4 6 1 56 0 0 116 （ 2）选择齿轮齿数 80z ，则实际传动比为 1齿i 传动比误差为 0%1 0 01 11 i （ 3）转速不高，功率不大，选择齿轮精度为 8级 （ 4）载荷平稳，对称布局，轴的钢度较大，查表 2= 2荷综合系数 K 工作机 均匀平稳 轻微振动 中等振动 结构布局 对称 非对称 对称 非对称 对称 非对称 原动机 均匀平稳 微振动 2 等振动 2齿轮相对于轴承的位置 齿面硬度 软齿面 硬齿面 对称 对称布置 5）查 表 2齿宽系数 1d （ 6）确定许用接触应力 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 12 查得 2/380m in 查表 2表 2小安全系数 轮传动装置的重要性 般 1 1 齿轮损坏会引起严重后果 于长期工作的齿轮， H可按下式计算 （ 2 由式（ 2 2/30 （ 7）计算齿轮分度圆直径 由式（ 2 6 1 1)368671(3 2 （ 8）计算模数 查表 2m= 表 2开线圆柱齿轮标准模数（ 87） 一系列 1 2 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第二系列 7 9 14 18 13 （ 9）计算齿轮主要尺寸及圆周速度 表 2递动力的齿轮精度（公差组）等级的选择与应用 精度等级 圆周速度（ m/s） 应用 圆柱齿轮 锥齿轮 直齿 斜齿 直齿 斜齿 6 级 15 30 12 20 高速重载齿轮传动 7 级 10 15 8 10 高速中载或中 速重载的齿轮传动 8 级 6 10 4 7 一般机械中对精度无特殊要求的齿轮 9 级 2 4 3 低速或对精度要求低的齿轮 不妨取分度圆半径 d=48=D/m=96/4 中心距 6)6464(2 2 21 齿轮宽度 8481 圆周速度 00048100060 查表 2级精并选用 1号二硫化钼锂基脂进行润滑。 3校核齿根弯曲强度 校核齿根弯曲强度用以下公式 /2 2121 （ 2 （ 1）复合齿形系数根据 21,表 2得 2）确定许用应力 F。 对于长期单面工作的齿轮，其齿根受脉动循环弯曲应力，此时 F 可按下式计算 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 14 (2由图 11m 53 0 查表 2由式（ 2 （ 3）式中已知 ， 4615 ， 5.1m ， 8 （ 4）校核计算。 由式（ 2 222 / 校核计算安全。 4结构设计 齿轮按照表 2行设计。初步取 d=30用轴肩 作轴向固定， 8键作周向固定。查表 2 t= 表 2柱齿轮结构及尺寸 ) na 2( nf na 01 )(10 )(10)(小时可不钻孔d 15 表 2键 轴 d 键 称 尺寸 轴 t 毂 8 2 8 10 3 10 12 4 12 17 5 17 22 6 22 30 8 30 38 100 38 44 122 44 50 144 长系列： 6， 8， 10， 12， 14， 16， 18， 20， 22， 25， 28， 32， 36， 40， 45， 50， 56， 63， 70，80， 90， 100， 110， 125， 140， 160， 180， 得： 模数 m= 分度圆半径 d=48 齿顶圆直径 99 齿根圆直径 齿数 z=64。 拌轴的设计 1选择轴的材料 搅拌摩擦焊机的功率 P=于功率不大又无特殊要求，故搅拌轴可选用常用的 45号钢并作正火处理。查得 2/600 。 对于一般的传动轴，可按下式计算轴的最直径 )(33 6 （ 2 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 16 查表 2=118式（ 2 )( 0 8 3 计算所得是最小处的轴径，不妨取 d=20端留出 端也留出 于做轴向固定。 表 2t和 轴的材料 5， 5 405t N/2000 160351807轴的结构设计 图 200处用于轴的轴向固定选用 母（ 并加弹簧垫片（ 50于该轴的转速为 6000r/0205 圆锥滚子轴承在脂润滑的情况下极限转速为 7000r/合要求，故选择 30205的圆锥滚子轴承。具体数据参考表格 2 17 表 2锥滚子轴承（ 297 1994） 轴承代号 尺寸 /限转速 r/d D T B C 脂润滑 油润滑 30203 17 40 2 11 9000 12000 30204 20 47 4 12 8000 10000 30205 25 52 5 13 7000 9000 30206 30 62 6 14 6000 7500 30207 35 72 7 15 5300 6700 30208 40 80 8 16 5000 6300 06于安装齿轮，此处开一个 8t=4.0,键槽 6于齿轮的轴向固定 22mm 56于安装 30205轴承 00于安装搅拌头夹具 轴的总长为 2200206轴承用 1号二硫化钼锂基脂进行润滑，由表 1合 6000r/ 3轴上受力分析 齿轮对轴的作用力为 3 ，搅拌摩擦头对轴的作用力为 ，轴向力 ，则： 水平面 91 1 1阻阻 解得 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 18 垂直面 解得 则 表 2锥滚子轴承的基本额定动载荷 0 承型号 C C0 e Y 30204 0205 0206 0207 0208 0209 0210 表 2e=Y=X= 2接触型轴承派生轴向力 S 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 =150） =250） =400） S=R/(2Y) 由表 2 621211 19 21 a ，轴有沿 2S 方向移动的趋势，轴承 1被“压紧”，轴承 2被“放松”，由平衡条件可得作用在轴承 1和 1上的轴向载荷分别为 因轴承上的作用力大于轴承上的作用力，故仅对轴承进行寿命计算，轴承寿命可由下式进行计算 )()(6010610 （ 2 )( （ 2 表 2P 载荷性质 平稳或有轻微冲击 中等冲击和振动 强烈冲击和振动 表 2K ，由式（ 2 查表 1=式（ 2 hL h 4 5 3 8 2 1 3) 0 0 0(6 0 0 060 10 310610 4计算弯矩 水平面弯矩 截面 b： )( 9 11 1 1 阻垂直面弯矩 截面 a： )( 4 66840 5计算扭矩 表 2的许用弯曲应力 N/料 S +1b 0b -1b 碳素钢 400 130 70 40 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 20 500 170 75 45 600 200 95 55 700 230 110 65 合金钢 800 270 130 75 1000 330 150 90 )(46156000 6 又根据 B=600N/表 2 -1b=55N/ 0b=95N/ )(2 6 7 74 6 1 558.0 6计算当量弯矩 截面 a： )( 22 截面 b： )( 22 7分别计算 a和 b 处的直径 3 1 7 53 1 结构设计确定的直 径为 20面 b 处为螺纹联接没有削弱，所以，此轴强度足够，符合设计要求。 拌系统 V 带设计 带轮传递的功率： p=速约为 6000r/足传动比为 i=3，（由于电机的额定转速为 2000r/ 1选择 V 带型号 计算功率 21 （ 2 式中： 工作情况系数 P 需要传递的名义功率（ 查表 2作情况系数 K ，由式（ 2算得 根据 型 2确定带轮基准直径 知 12 （ 2 01201180180 a （ 2 )()(2221221 （ 2 图 2小带轮直径 减小带的弯曲应力，有利于延长带的寿命；在传递的转矩一定时， 大一些可降低带工作时的圆周力，从而可以减少带的根数。通常小轮直径 动的外廓也将增大。由表 10 由式（ 2 8 060312 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 22 表 2带轮最小基准直径 带轮槽型 Y Z A B C D E 0 50 75 125 200 355 500 基准直 径系列 20 25 28 40 45 50 60 63 71 75 80 8590 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 315 355 375 由表 280际传动 比 360180 m 0 0 032 0 0 02 传动比偏差 0 ，小于 5%，符合条件。 3验算带速 速太高，带的离心力很大，使带的离心应力增大，并使带与轮之间的压紧力减小，摩擦力随之减小，从而使传动能力下降；带速过低，传递相同功率时带所传递的圆周力增大，需要增加带的根数。一般应使带速 V 在 5 25m/s 范围内工作，尤以 V=10 20m/带速由下式确定 100060 22 d（ 2 由式（ 2 d /181 0 0060 6 0 00601 0 0060 22 带速在 5 25m/s 范围内，符合要求。 a， V 带基准长度 Ld外 文 翻 译 毕业设计 题目： 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 原文 1： T 译文 1： 常人眼中的摩擦搅拌焊接技术 原文 2： 译文 2： 摩擦搅拌焊接技术及其发展过程 (原文 1) T of is to a as is of in as RW in is to at an is to to at a is by at by RW is is by a is a A of is as a is of to be A is at at to of is on a a is a to to , 6 is a of S of S FS to or FS FS FS S of in to it is to of of A is to 6to is it of to 00 F) a of is to by so as to As or of be as as is a of at is of is in 75 F at is to as at is to as in at as a of is in AQ At in a a to an or on as it at At of to W an by in As a or 6 2a to as T4 no An of be if is in AQ or of W 6 to a to as T3 it is 6 hr is to a it is SW A 6013 7 .5 A 2195. 8 do T3 T4 to at in it is A 7050 at In it be in an W is in be of .5 to at is at to in or at in is to as a be by by As is to of to or as on to to is at to or a In T4 W to T6 2 T3 2T8 W be to T6 T7 T6 be to T7 T7 in of a %e: O A of SW of is of SW FS of is An to is SW of of is of on in 4, 10to be on a a. or of a b), is to a to is at of of is a c). A is to a is to of At a is in of is d), it of be of is it is As is it a at of in an in as d. As is in of of by if on of to of In is of to of is is by of to up on It be in to of it is to to of to An of is a c to by a , in be by or It is in of it of to 12 As a of SW of be at of is SW a is in to on It be of et 13 at ), of to of 4to as In a is no be as it is to up at is in of By of of et 14 a is of a at ). in do of a In is in of It is to of in to is no to be of on of on of ) as a on In as as 4 6 to to be of or in . to 6 17 . on a be as a as on of is be to of a is in a or a of to 8 19 is on , or as be in 11 we of a FS as of to is in as is to as is to as to as be in a SW As in , by an , to 1 et 18 is as . to a P, et 15 as ; P = , is It is to be is of to S to no is is of is of of it of be by a to of it as of , of a is a is is in S as 20 is of to of S is et 21 a is a of to to of to by of DI on a on A is is as (as a of be in in is be if is in of in be be if is in of so we to of is of to to be in .7 0 in is on of of of （译文 1） 常人眼中的搅拌摩擦焊 背景： 述： 文 的主要说明对象 ，是除了摩擦焊（ 外 ， 最新的 固态焊接技术 。固态焊接，顾名思义，是在固体状态下形成的 焊缝 ， 并且没有 没有融合。固态焊接包括 以下 类型 ，如冷焊接，爆炸焊接，超声波焊接，滚焊，锻焊，共挤焊接 和 其最简单的形式中的常规的 及两个轴向对齐的部分，一个旋转和 一个 固定。 固定的元件提前 与其他 元件 接触，在该点施加一轴向力，并保持以产生所需的摩擦热 使与相邻 接面形成固态 焊缝 。 这个焊缝 是 通过高温摩擦产生 的 。 第一个 是连续驱动 为了满足设计好的持续性 ， 恒定能量由一个源 提供 。第二个是惯性驱动 ，其中的旋转飞轮提供所需的能量。径向摩擦焊接 是 传统技术的一个 延伸 ，用于空心型材 料 ，如管和管道。这里，固体环是 通过 旋转 来 焊接固定管 /管 道 周围。支持芯棒位于孔焊接位置，以防止管材 /管两端的崩溃。另一种 是 摩擦堆焊，其中金属层被沉积在衬底上。在这里，一个旋转的 托板 被带进接触移动的基板， 用于 原材料 到 废料 的金属转移。 术的 一种 。 该技术本科毕业设计（论文）开题报告 班 级 姓 名 课题名称 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 开题报告 （包括选题意义、研究的基本内容与拟解决的主要问题、总体研究思路与可行性分析及预期研究成果、研究工作计划等内容，非艺术类不少于 3000 字） 目 录 1 选题的背景与意义 2 国内外研究现状和发展趋势 拌摩擦焊的 发展历史及研究成果 内 搅拌轴摩擦焊的 发展及应用 拌摩擦焊中 双搅拌轴搅拌摩擦焊目前的应用情况和前景 3 研究的基本内容与拟解决的主要问题 本内容 解决 的主要问题 4 研究方案、可行性分析及预期研究成果 5 研究工作计划（进度安排） 参考文献 （开题报告全文附后） 成绩： 答 辩 意 见 （从选题、任务工作量、质量预期、可行性等几个方面） 答辩组长签名： 年 月 日 系 主 任 审 核 意 见 签名： 年 月 日 双搅拌轴搅拌摩擦焊机设计 1 选题的背景与意义 1991 年搅拌摩擦焊 (英国焊接研究所 (明，这项杰出的焊接技术一步一步地为世界制造技术的进步做出了巨大的贡献。 自 1991 年搅拌摩擦焊 (发明到现在，该项技术已经在国内外的众多领域出现它的身影。如今，搅拌摩擦焊焊已经在诸多制造领域（船舶、轨道列车、航天、航空、汽车、兵器、电子电力等）达到规模化、工业化的应用水平 1。 双搅拌轴摩擦焊缝技术作为搅拌摩擦焊的新型搅拌技术，它具有以下优势：（ 1）两个搅拌头同时焊接可以产生更多的热 量，该方法可以运用于钢及其他高温合金搅拌摩擦焊中（ 2）可以确保在较小的扭矩下实现材料的可靠连接。这些优点可以使得双搅拌轴摩擦焊缝技术将搅拌摩擦焊的发展空间得到进一步的拓展，将推动制造业更快更好地发展，同时也必将拥有更广阔的市场，在不久的将来必将迎来快速的发展和应用的高峰。 2 国内外搅拌摩擦焊的发展状况及研究成果 拌摩擦焊的 发展历史及研究成果 搅拌摩擦焊在其发明初期主要解决厚度 1996年，用 12毫米的铝、镁、铜合金的连接 1997年实现了 12且在宇航结构件上得到应用。 1999年搅拌摩擦焊可以焊接 50毫米厚的铜合金及 75毫米厚度的铝合金零件和产品。 2004年，英国焊接研究所已经能够单道单面实现 100毫米厚铝合金板材的搅拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，单道焊可以实现厚度为 100道焊可以焊接 180近，又开发了可以连接 2。 搅拌摩擦作为一种优选焊接技术，已经在从技术研究向高层次的工程化和工业化应用阶段发展。就拿国外 的例子来说：在美国的宇航制造工业、北欧的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域。总之搅拌摩擦焊已经广泛地涉及到了在船舶制造工业、航空航天工业、轨道交通及陆路交通工业、汽车工业以及兵器、建筑、电力、能源、家电等工业。 搅拌摩擦在今年来取得的成就主要可以从以下几方面来体现： （ 1）搅拌摩擦焊在船舶制造工业上的应用 目前搅拌摩擦焊在船用铝合金的焊接方面研究应用较多，几乎可以焊接所有系列的铝合金材料，另外，搅拌摩擦焊也可以实现铝合金与铜合金、铝合金与镁合金等不同材料的焊接。搅拌摩擦焊与普通 摩擦焊相比，因不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金时要求对表面进行去除氧化膜处理，并要求在 48 搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。因此，搅拌摩擦焊是船用铝合金结构首选的连接技术。 （ 2）搅拌摩擦焊在航天航空工业上的应用 以英国焊接研究所、波音、空客以及美国月蚀公司为代表的搅拌摩擦焊技术开发和应用的先锋已经取得了丰硕的成果。近期的研究结果表明搅拌摩擦焊可以在飞机机翼结构、翼盒结构、机身结构、舱门结构、裙翼结构、机舱气密隔板以及货物装卸结构等方面 得到应用 3。 （ 3）搅拌摩擦焊在高速列车铝合金焊接的应用 在搅拌摩擦焊出现后，搅拌摩擦焊由于是一种无需外加焊接材料的焊接方法，因此没有熔化焊接时选择焊接材料的困难，也节省了焊材费用。更重要的是没有熔化焊接凝固时的一次结晶过程，克服了焊接高强铝合金时的结晶裂纹、气孔和夹杂倾向，不会产生焊缝塌陷问题，也不会形成焊缝铸造组织和低强区。因此搅拌摩擦取代了先前的熔化焊，成为焊接高速列车时优先选择的焊接方法 4。 （ 4）搅拌摩擦焊在其他领域的应用 搅拌摩擦焊除了上述 3个领域外，还在轨道交通及陆路交通工业、 汽车工业在兵器、建筑、电力、能源、家电等工业中的应用也越来越广泛。而且都取得了或多或少的成就 5。 内 搅拌轴摩擦焊的术 发展发展应用 2002 年，北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所正式签署搅拌摩擦焊专利许可协议，并在技术合作的基础上成立了中国搅拌摩擦焊中心。中国搅拌摩擦焊中心的成立标志着搅拌摩擦焊技术正式登陆中国。中国搅拌摩擦焊中心全权代表英国焊接研究所，发售和管理中国地区 (包括香港、澳门和台湾 )的搅拌摩擦焊技术专利许可，从此为搅拌摩擦焊技术在中国地区的发展、推广和工业化应用打开了大门 6。 采用搅拌摩擦焊焊接的铝合金材壁机 图（ 1） 图（ 2）搅拌摩擦加工技术的发展 自搅拌摩擦焊进入国内后，较快的运用于我国工业上的许多领域（船舶制造行业、航天制造工业、轨道交通行业等）。 搅拌摩擦焊在国内的应用现状，主要通过船舶制造行业、航天制造工业两方面来介绍。首先在船舶制造行业， 2006 年 4 月，我国设计制造了国内第一台用于大型船用型材料拼焊的搅拌摩擦焊设备，此后，中国搅拌摩擦焊中心大力发展铝合 金型材壁板的搅拌摩擦焊制造。其次，搅拌摩擦焊在航天制造工业也发挥着重大的作用。目前，国内对于 2000 系列、 7000 系列以及铝锂合金的材料制成的太空交通运载工具都优先采用搅拌摩擦焊。中国搅拌摩擦焊中心于十五期间重点对航天运载火箭搅拌摩擦焊开展了系统的科研攻关，国内的航天制造工业企业也积极采用了搅拌摩擦焊技术。 除却上述的两个领域外，搅拌摩擦焊在国内还广泛应用于汽车制造业、轨道交通行业、电子电力能源行业 7。 上图（ 2）为搅拌摩擦焊在国内的发展趋势。随着搅拌摩擦焊研究、技术开发与应用推广的不断深 入，基于搅拌摩擦的基本原理形成了材料链接、材料改姓、材料成行等多种材料加工方法。 总之，在中国，搅拌摩擦焊的研究、开发和推广应用才刚刚起步，在市场化的环境下，通过引进、消化、吸收和技术创新，搅拌摩擦得到了快速发展，尤其在航空、航天等领域、在国家政策和项目的支持下，搅拌摩擦焊必将在我国其他工业领域得到较快的推广。 搅拌轴搅拌摩擦焊目前的应用情况和前景 （ 1） 双搅拌轴摩擦焊的工作原理 在提及双搅拌轴摩擦焊缝技术的工作原理前，我们先讲讲搅拌摩擦焊的工作原理：搅拌摩擦焊过程中，一 个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料热塑化 (焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点 )，当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密固相连接接头。 相对于搅拌摩擦焊的工作原理，双搅拌摩擦焊缝为采用两个 转动相反的搅拌头同时进行焊接，由于两个搅拌头转动方向相反，产生的工作扭矩因相互抵消而减弱，焊接过程中采用较小的侧向装夹力就能实现可靠的连接。在双搅拌头复杂的机械力和摩擦热的作用下，塑性金属的流动、焊接温度场、应力应变场都将受到影响，这会对焊件性能产生很大的影响 8。 虽然两者看起来是十分的相似，无非是多了一个搅拌轴，但是双搅拌轴摩擦焊相对于搅拌摩擦焊有以下优点：（ a）可以得到比搅拌摩擦焊更宽的焊缝区域；（ b）焊接质量
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