大齿轮轮芯堆焊机动力头设计

精品资料，值得下载学习！ 目 录 1 绪论 . 1 2 堆焊简介 . 4 3 总体方案设计 . 8 力头的总体设计要求 . 8 力头的设计 . 8 4 蜗轮蜗杆的传动设计 . 11 速级传动设计 . 11 速级 传动设计 . 16 5 轴的校核与设计 . 21 的设计 . 21 入轴 . 21 出轴 . 23 间轴的校核 . 25 6 滚动轴承的选择及校核计算 . 32 入轴上的轴承 . 32 出轴上的轴承 . 33 7 键连接的选择及校核计算 . 37 8 联轴器和箱体的设计计算 . 39 轴器 . 39 . 41 9 减速器结构与润滑、密封方式的概要说明 . 43 10 结论 . 45 参考文献 . 46 致谢 . 错误 !未定义书签。 精品资料，值得下载学习！ 大齿轮轮芯堆焊机动力头设计 摘要 ： 大齿轮是由外齿圈、轮芯和键组合而成，齿圈为啮合部分所以采用优质钢，轮芯为铸造件用键连接齿轮轴。外齿圈和轮芯采用过盈配合，用温差法装配。轮芯与外齿圈无相对运动、无磨损。当出现更换外齿圈或维修齿轮轴上零件等情况时，需要将齿轮解体，此时外齿圈将从轮芯外表面中被强行拉出，配合面就会被破坏，齿轮轮芯也容易受到磨损。为了不影响齿轮的工作状态，轮芯外表面需堆焊及机加工，恢复轮芯外表面及其光洁度。同样轮 芯内孔损伤也需用堆焊的方法修复。本文所设计堆焊机动力头就用于此工序 轮芯堆焊机主要由动力头、尾架、焊接小车、底座、导轨及控制箱六大部分组成。本文设计轮芯堆焊机动力头，工作重点在于减速器的设计。首要目的是满足基本的使用性能，其次是在此基础上尽量减少减速器的体积和重量使其结构紧凑、加工制造方便。动力头减速器的结构有很多种类，本文首要满足的性能是速比和强度，之后再从装备方便、缩小体积、降低成本等方面加以考虑。设计后的减速器应具有容易生产、结构简单、可实用性、安装方便、成本低的特点。 关键词 ：轮芯；堆焊；动力头 ；减速器 精品资料，值得下载学习！ is of it by is no no or to of be is by In to of of to as a of is to be of is of of is to is on to of as as to to of to of is is so be to 精品资料，值得下载学习！ 1 绪论 题的意义 焊接是借助于原子的结合把两个分离的物体联合成一个整体的过程。为了实现焊接过程，必须使两个被焊的物体接近到原子间的力能够发生相互作用的程度。为达到这个目的，可利用加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料的方法来实现。 堆焊是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种溶化焊接方法，但它与一般的焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能。由此可见，堆焊具有一般焊接方法的特点，但 又有其特殊性。 堆焊机是将焊条平敷在金属的表面 ,来提高焊口的高度 ,所特用的一种焊接设备 头、翻转机构、行走机构、控制设备构成，所述控制设备通过机头控制卡与机头相连接，同时通过控制电路板、驱动器与翻转机构和行走机构相连接，以实现行走机构和翻转机构的协同精确转动和移动，机头为两个，一个是丝极机头 ， 一个是带极机头，分别安装在行走机构的两条导轨上进行焊接 。 堆焊的应用广泛，它遍及各种机械使用和制造部门。 堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复 中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术 。用它制造某些零件时，不仅发挥零件的综合技术性能和材料的工作潜力，还能节约大量的贵重合金。例如，一般的热锻模用 5我国有的工厂已成功的应用 45钢基体电渣堆焊合金材料来制造，从而大量节约了贵重的 合金元素。用堆焊修复旧件费用低、省工、省时、省材料，还可以缩短制造周期。因此，合理地采用并用并推广堆焊技术具有重大的 经济意义。 齿轮是大型机车的重要传动部件。由于大齿轮的加工难度和工作条件中的很大冲击力决定着大齿轮轮芯很容易受到磨损。因为轮芯的磨损会很容易使大齿轮的位置松动移动位置，从而影响到机车的正常工作。以前通常是把机车上的受精品资料，值得下载学习！ 损大齿轮卸掉在从新安装新的大齿轮轴以免对机车造成不必要的损伤。这样不但耗费人力而且从经济的角度上讲很不实际。现在采用轮芯堆焊的方法简单易行，而且省钱、省力、省料、经济效果也好 大齿轮是由外齿圈、轮芯和键组合而成，齿圈为啮合部分所以采用优质钢，轮芯为铸造件用键连接齿轮轴。外齿圈和轮芯采用过盈配合， 用温差法装配。轮芯与外齿圈无相对运动、无磨损。当出现更换外齿圈或维修齿轮轴上零件等情况时，需要将齿轮解体，此时外齿圈将从轮芯外表面中被强行拉出，配合面就会被破坏，齿轮轮芯也容易受到磨损。为了不影响齿轮的工作状态，轮芯外表面需堆焊及机加工，恢复轮芯外表面及其光洁度。同样轮芯内孔损伤也需用堆焊的方法修复。本文所设计堆焊机动力头就用于此工序 。动力头是堆焊级机的主要组成部分之一，本次设计的动力头减速器主要目的是满足性能指标。故设计一个结构紧凑、加工方便的减速器对于堆焊机有重要意义。在设计过程中对于我们要注重理论联系 实际，同时还要具有相关机械设计和制图的实践经验，培养独立思考能力和解决问题的能力。这对于我们即将步入社会的大学生也是意义重大。 内外研究现状 堆焊不仅可以修复旧金属工件，而且可以在金属工件表面形成复合层，使其具有特殊的性能，而且达到提高耐磨性、延长使用寿命、节约能源、减少合金消耗、缩短加工周期、降低成本和改进设计等效果。所以发展堆焊技术对我国的工业发展有重要意义。 堆焊的方法修复和制造工件已有三十多年历史。早在 50 年代我国就用此技术修复工件。迄今在我国轮芯堆焊都一般采用 气体保护自动堆焊 ,并在这方面有了一定的成就。他们依靠自己的力量制造了各种型式的堆焊机床 ,并用 000型普通埋弧焊机改装成堆焊机头 ,气体保护避免了空气的侵入和杂质的污染，从而提高堆焊质量使消耗降低收到了较好的效益。 在工业发达国家中堆焊工件的工艺材料和设备方面的研究工作 ,都取得了明显进展，不但能修复旧齿轮且能生产各种复合材质的新工件。同时新的堆焊设备随着工艺的更新得到不断的改进。堆焊已由自动埋弧焊发展到电渣堆焊。用电渣堆焊甚至可在内圆齿轮上堆焊合 金钢层。随着堆焊工艺、材料和设备的不断发展和更新堆焊的溶敷效率已由 59kg|h 提高到 200kg|h 以上焊丝由单丝极发展到多丝极和带极电渣堆焊也由多丝极发展到管状焊极目前堆焊术还在不断进步 精品资料，值得下载学习！ 我国堆焊技术多年来由于科研工作不配套管理跟不上焊丝、焊剂材料品种单一。新研制的材料还不能批量生产，供应渠道未畅通 ,也没有可供选用的先进焊接设备 ,造成工件堆焊技术进展缓慢。到自前为止，近 70%中小型轧钢厂没有应用这一技术。且堆焊技术也仅用于旧材料修复上，还没有用堆焊方法批量生产复合材质，堆焊的水平 和工业先进国家相比差距较大。为此 ,冶金部已成立了堆焊组 ,进行信息交流、技术攻关、科研成果鉴定并制定发展规划等工作。开展了新的焊丝、焊齐材料和高效率的多丝带极堆焊设备的研究工作。可以预期堆焊技术将在我国得到较快的发展。 随着经济建设的飞速发展，我国的焊接技术也正迅速的发展。近几年来，表面堆焊技术应用于电站、核能、石化、冶金、煤炭、矿山、建筑、桥梁、船舶、汽车、机车、航天、海洋工程等行业的设备修复。因此堆焊在现代焊接技术中占有重要地位。 如何设计一个 结构紧凑、加工方便的减速器对于堆焊机的发展有重要意义。动力头减 速器的构造有很多种，主要考虑满足速比和强度，以及装配方便、缩小体积、降低成本等。由于大齿轮轮芯堆焊机的传动比要求比较大，所以为了更好的满足大传动比的传动要求，选择蜗杆传动和摆线针轮减速器或者选传动比在500左右范围和带传动配合的传动方案的减速器比较合适。 精品资料，值得下载学习！ 2 堆焊简介 焊的特点 焊 接是借助于原子的结合把两个分离的物体联合成一个整体的过程。为了实现焊接过程，必须使两个被焊的物体接近到原子间的力能够发生相互作用的程度。为达到这个目的，可利用加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料的方法来实现。 随着 科学技术的进步，各种产品、机械装备正向大型化、高效率、高参数的方向发展，对产品的可靠性和使用性能要求越来越高。材料表面堆焊作为焊接技术的一个分支，是提高产品和设备性能、延长使用寿命的有效技术手段。 堆焊是用焊接方法在金属材料或零件表面上熔敷一层有特定 性能的材料的工艺过程。 它是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种溶化焊接方法，但它与一般的焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能。由此可见，堆焊具有 一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。 堆焊的物理本质、热过程、冶金过程以及堆焊金属的凝固结晶与相变过程，与一般的焊接方法相比是没有什么区别的。然而，堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥表面层金属性能为目的，所以堆焊工艺应该注意以下特点： 被堆焊的金属种类繁多，所以，堆焊前首先应分析零件的工作状况，确定零件的材质。根据具体的情况选择堆焊合金系统。这样才能得到符合技术要求的表面堆焊层。 定堆焊方法 由于零件的基体大多是低碳钢或低合金钢，而 表面堆焊层含合金元素较多，因此，为了得到良好的堆焊层，就必须减小母材向焊缝金属的熔入量，也就是稀释率。 由于通常堆焊层与基体的化学成分差别很大，为防止堆焊层与基体间在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的热应力与组织应力，常要求堆焊层与基体的热膨胀系数和相变温度最好接近，否则容易造成堆焊层开裂及剥离。 由于堆焊零件的数量繁多、堆焊金属量大，所以应该研发和应用生产率较高的堆焊工艺。 精品资料，值得下载学习！ 总之，只有全面考虑上述特点，才能在工程实践中正确选择堆焊合金系统与 堆焊工艺，获得符合技术要求的经济性好的表面堆焊层 焊的应用 堆焊工艺是焊接领域中的一个重要分支，它在矿山、电站、冶金、车辆、农机等工业部门的零件修复和制造中都有广泛的使用。其主要用途有以下两个方面： 由于零件常因为磨损而失效，例如石油钻头、挖掘机齿等，可以选择合适的堆焊材料对其进行修复，使其恢复尺寸和进一步提高其性能。而且用堆焊技术进行修复比制造新零件的费用低很多，使用寿命也较长，因此堆焊技术在零件修复中得到广泛。 堆焊工艺可以采用不同的基体，在这些基体上使用不同的堆焊 材料使表面达到我们所需要的性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性等等。利用这一工艺不仅能保证零件的使用寿命而且还避免了贵金属的消耗，使设备的成本降低。 焊方法 熔焊、钎焊、喷涂等方法都可以应用于堆焊中，熔焊方法占的比例最大，选择应用怎样的堆焊方法，应考虑几个问题：（ 1）堆焊层的性能和质量要求；（ 2）堆焊件的结构特点；（ 3）经济性。随着生产的发展，常规的焊接方法往往不能满足堆焊工艺的要求，因此又出现了许多新的堆焊工艺方法。几种堆焊工艺的主要特点如表 9示。 精品资料，值得下载学习！ 表 1常用堆 焊方法特点比较 堆焊方法 稀释率 /% 熔敷速度 /（ kg/h） 最小堆焊厚度 /敷效率 /% 氧 手工送丝 110 00 自动送丝 110 00 手工送丝 110 595 焊条电弧焊堆焊 1020 5 钨极氩弧焊堆焊 1020 8100 埋弧堆焊 单丝 3060 5 多丝 1525 5 串联电弧 1025 5 单带极 1020 1236 5 多带极 815 2268 5 等离子弧堆焊 自动送丝 515 595 手工送丝 515 8100 自动送丝 515 8100 双热丝 515 1327 8100 注 :表中稀释率为单层堆焊结果。 芯堆焊 堆焊是熔焊，因此从原理上讲， 凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的发展也随生产发展的需要和科技进步而发展，当今已有很多种对焊方法，现按实现堆焊的条件，将常用的堆焊方法综合分类。 堆焊机是将焊条平敷在金属的表面 ,来提高焊口的高度 ,所特用的一种焊接设备 头、翻转机构、行走机构、控制设备构成，所述控制设备通过机头控制卡与机头相连接，同时通过控制电路板、驱动器与翻转机构和行走机构相连接，以实现行走机构和翻转机构的协同精确转动和移动，机头为两个，一个是丝极机头 ， 一个是带极机头，分别安装在行走机构的两条导轨上进行焊接 。 轮芯堆焊一般采用 护自动堆焊，这种堆焊方法的优点在于保证堆焊金属必需的质量和高生产率的同时，还保证了工艺过程的稳定。因此与其他堆焊修复方法相比， 护自动堆焊得到了广泛的应用。这种结构的护自动堆焊可实现环焊、螺旋焊、直道焊三种焊接形式。当工作焊完 精品资料，值得下载学习！ 一圈，小车带动焊枪纵向自动移动一段距离再焊，称为环焊；当焊接工件时，焊枪与小车同时以设定的速度缓慢移动，称为螺旋焊；当工件不转动，仅有小车纵向移动时，称为直道焊。焊接开始时，焊丝与焊件接触，并被固体颗粒状的焊剂覆盖着。当焊丝与焊件之间引燃电弧，焊丝 与轧辊及部分靠近电弧的焊剂受到电弧热（ 60008000C ）的作用开始熔化。焊丝熔融后，堆在工件上，焊剂起着保护作用和合金化作用，焊机熔化时，不断放出气体和水蒸气，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一个由渣壳抱住的密闭孔穴。电弧在孔穴内继续燃烧，这样就隔绝了大气对电弧和熔池的影响，并防止了热量的迅速散失。堆焊层除了集体金属的冲淡作用外，组织较为均匀，气孔和夹渣较少，淬火作用小，而焊层的物理和力学性能高。堆焊层的硬度和耐磨性是由焊丝材料和焊剂中所含的合金元素来决定的。 精品资料，值得下载学习！ 3 总体方案设计 力头的总体设计要求 动力头的总体设计要求如下。 焊接线速度： U 线 =400450mm/ 传动比 i 在 12001424范围内。 传动装置的布局应使结构简单、紧凑、匀称、重量轻、强度和刚度好，成本低，并适合车间布置情况和工人操作，便于拆装和维修。 使各级传动的承载能力接近相等。 使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。 尽量采用标准件，也可用少量非标准件。 力头的设计 动机的选取 由于要满足缩小体积， 减轻重量的要求，所以优先选用 110电动机，其额定参数如下。（由设计要求决定） 额定功率： 185P W。 额定转速： n =1500r/ 满载转速：满n=1470r/ 动方案的确定 本方案主要采用两级蜗杆传动方式。其主要原因在于蜗杆传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，既满足了大传动比的要求又满足了结构紧凑的要求但传动比率较低。 1总传动比 总i=1400。 2减速装置的传动比分配 第一级蜗杆传动比为 1i =80； 第二级蜗杆传动比为 2i =70。 精品资料，值得下载学习！ 所以 总i =1i 2i =1400 满足设计要求。 料的选择 自动堆焊要求载荷平稳，转速低，故所有蜗轮材料均选用 40调质处理，硬度 241286 步确定蜗杆头数 根据经验可以初步定出各级蜗轮齿数和蜗杆头数，如表 表 级齿轮齿数和蜗杆头数 传动级数 蜗轮齿数 蜗杆头数 第一级 80 2 第二级 70 2 动装置的运动参数和动力参数 各轴转速 1轴（高速级蜗杆轴）： n1=nm/i =1470/(80/2)=r/ 2轴（低速级蜗杆轴）： n2=n1/i =70/2)=r/工作轴： nw=r/ 个轴输入功率 1轴： 0g=185 W） 2轴： 1g=11（ W） 工作轴： 5r=111 W） 各轴输入转矩 1轴： 550P1/N m) 2轴： 550P2/m) 工作轴： 550Pw/N m) 将以上求得的运动和参数、各轴之间的传动比及效率列表 精品资料，值得下载学习！ 表 动装 置的运动参数和动力参数 参 数 电动机轴 1轴 2轴 工作轴 转速/r 470 率 P/W 185 11 矩 T/N m 轴之间的传动比及效率 参数 1轴 2轴 传动比 i 40 35 效率 各轴的运动参数表 轴号 功率 )(转矩 (Nm) 转速(r/传动 i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 185 470 1 轴 0 2轴 111 5 工作轴 精品资料，值得下载学习！ 4 蜗杆的传动设计 速级的传动设计 蜗杆传动多在需要交错轴间传递运动及动力的场合使用。通常交错角为90 ，一般蜗杆为主动力。其主要优点为传动比大，工作平稳，结构紧凑，当蜗杆导程角小于摩擦角是可以自锁。其缺点是效率低，需用贵重的有色金属。蜗杆传动的类型有多种，本文根据需要选用了普通的圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆。 杆传动材料的选择 在蜗杆传动中，普通齿轮传动中齿轮所发生的点蚀、弯曲、折断、胶合和磨损等失效形式必然都可能出现。更特殊的是由于蜗杆传动在齿面间有较 大的相对滑动，磨损、发热、胶合的想象就更容易发生。 基于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料组合首先要求具有良好的减摩、耐磨、易于跑合的特性和抗胶合能力，此外要求有足够的强度。由于转速不高、功率不大，蜗轮材料选用 模铸造， H=250杆材料选用 40面调质，硬度为 241286 择齿数 查机械设计手册，取 ， 0 算滑动速度 )38425(7 1 0 c t 即d mZ)s/m(