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轮心堆焊机总体方案及减速器设计(含源文件),堆焊,总体方案,减速器,设计,源文件
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编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 轮心堆焊机总体方案及减速器设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923112 学生姓名： 葛俊青 指导教师： 高汉华 （ 职称 ： 副教授 ） （ 职称 ： ） 2013 年 5 月 25 日 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） 轮心堆焊机总体方案及减速器设计 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 93 学 号： 0923112 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 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 轮心堆焊机总体方案及减速器设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 课题来源于生产实际。 在实际生产中，一些大型零件的表面和配合部位经常会出现磨损，磨损后零件的精度下降，甚至不能正常使用，如果零件报废则会产生巨大的经济损失，因此各生产单位经常使用 修复过程堆焊质量不稳定，堆焊质量完全取决于工人的技术水平，这些因素对生产和经济效益产生严重影响。 本设计为解决上述问题，针对一些大型设备回转件的轮心修复，设计一种轮心自动 堆焊机，该堆焊机能自动实现对零件表面进行环焊、螺旋焊、直焊，保证焊接质量。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 属材料、机械设计基础等课程的知识。 件图 8 张以上。 张。 计算正确完整，文字简洁通顺，书写整齐清晰。 论文中所引用的公式和数据应注明出处。 论文字数不少于 字。 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 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 要 机车轮心是指车轮与车轴配合的部分，它是列车的重要牵引传动部件。轮心内孔与车轴为过盈配合，采用热涨法装配。在这种条件下，列车行走时轮心内孔与车轴无相对运动、无磨损。当出现更换轴或维修车轴上零件等情况时，需要将车轮解体，此时车轴将从轮心内孔中被强行压出，孔轴配合面就会被破坏。为使轮轴达到可工作的状态，轮心内孔面需堆焊及机加工，恢复内孔外形及表面的光洁度。本文所设计的堆焊机减速器 就用于此工序。轮心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。本文所设计的减速器属于该堆焊机的动力头的一部分。 本文所设计的轮心堆焊机减速器，工作重点在于传动机构和轴的设计。工作的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。动力头减速器构造有很多种类，本文首要满足的性能指标是速比和强度，之后再从装配方便、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、可靠实用、安装方便、成本低的特点。 关键词 : 轮心，堆焊机，减速器，动力头。 he it is of to to a in to to In no t to or of to at of be In to a an to of an by a to an a to by to a of of s by an e in to of of is is on as as of to a of is a to to It is to a an V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 课题的研究内容和意义 . 1 内外的发展概况 . 1 课题应达到的要求 . 3 2 轮心堆焊机的主要技术 . 4 焊 . 4 心堆焊 . 4 3 总体方案的选定与设计 . 6 选电动机类型和结构型式 . 6 动机的容量 . 7 定减速器所需的功率 P . 7 定传动装置效率 . 7 动机的技术数据 . 8 4 传动装置的传动比及动力参数计算 . 9 传动装置运动参数的计算 . 9 轴功率计算 . 9 轴转速的计算 . 9 轴输入扭矩的计算 . 9 5 减速器部件的选择计算 . 10 蜗杆传动设计计算 . 10 选择蜗杆、蜗轮材料 . 10 确定蜗杆头数 蜗轮齿数 . 10 确定蜗杆蜗轮中心距 a . 10 杆传动几何参数设计 . 11 热平衡计算 . 13 面蜗轮蜗杆校核计算 . 13 的结构设计 . 15 杆轴的设计 . 15 轮轴的设计 . 17 的校核 . 20 蜗杆轴的强度校核 . 20 蜗轮轴的强度校核 . 22 动轴承的选择及校核 . 25 蜗杆轴滚动轴承的选择及校核 . 25 蜗轮轴上轴承的校核 . 27 联接的强度校核 . 28 蜗杆轴上安装联轴器处的键联接 . 28 蜗轮轴上装蜗轮处的键联接 . 28 蜗轮轴上装联轴器处的键联接 . 28 体结构尺寸及说明 . 29 速器的润滑和密封 . 30 速器的附件 . 31 窥视孔和视孔盖 . 31 通气器 . 31 定 位销 . 32 起盖螺钉 . 32 起吊装置 . 32 放油孔及螺塞 . 33 速器的安装，使用及维护 . 33 减速器的安装 . 33 6 结论与展望 . 35 论 . 35 足之处及未来展望 . 35 致 谢 . 36 参考文献 . 37 轮心堆焊机总体方案及减速器设计 1 1 绪论 课题的研究内容 和 意义 减 速器的构造有很多种类，要求也很多。本设计主要满足的性能指标是速比和强度，之后再从装配方便、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生产方便、结构简单、可靠使用、安装方便、成本低的特点。 通过此次毕业设计，使大家理论联系实际的重要性，同时具有相关机械设计和制图的实践经验，培养独立思考和解决问题的能力。 环面蜗轮蜗杆减速器设计属于机械设计，设计主要针对执行机构的运动展开。为了达到要求的运动精度和生 产率，必须要求系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间满足一定的关系，以实现个零件的协调动作。 此外，通过环面蜗轮蜗杆减速器设计的训练，可以进一步提高我对机械设计 (包括设计计算、工程制图等方面 )的能力，使我在设计过程中培养严谨的工作作风和独立工作的能力，同时也加深了我识图、制图、运算和编写技术文件等的基本技能。 内外的发展概况 国内的现状 减速机 在我国的发展已有近 40年的历史，广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域。主要行业有：电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、 轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用减速机总数的 60% 70%1。 减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。 减速器 具有的普遍优势是： 高水平、高性能 、 积木式组合设计 、 形式多样化、变型设计多 等特点。 国内的发展概况 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。 蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为 90度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。 1 当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的 因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比 I=5分度机构或手动机构中，传动比可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少 ，因而结构很紧凑。 2 在杆蜗传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮 合 及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。 无锡太湖学院学士学位论文 2 3 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。 4 蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此磨损较大，效率低；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为 右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用 有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对组合成减磨性良好的滑动摩擦剂 2。 根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动可以分成三大类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。 蜗杆分度曲面是圆环内表面的一部分，蜗杆轴线平面内理论齿廓为直线的蜗杆传动称为直廓环面蜗杆传动，俗称“球面蜗轮传动”。它始于 1921年的美国造船业，其代表产品是美国 50 年代起在我国得到推广应用。与普通圆柱蜗杆传动相比，这种蜗杆同时包容齿数多，双线接触线形成油膜条件好，两齿面接触线诱导法曲率半径大。因此，承载能力是相同中心矩普 通蜗杆的 3 倍（小值适应于小中心矩，大值适应于大中心矩）。在传递同样功率时，中心矩可缩小 20%由于性能优良，美国、日本、俄罗斯等国都将这种传动作为动力传动中的主要形式之一广泛使用。美国生产产品系列中心矩为15 1320；速比为 5 343000；最高传动效率可达 97%。我国经过 40年的研究和发展，目前这种蜗杆的生产品种也十分可观，最大中心矩可达到 1200；最少齿数比为 5；蜗杆头数达 6；最高传动效率可达 94%。这种蜗杆传动分为 “ 原始型 ” 和 “ 修整型 ” 两种。 “ 原始型 ” 直廓环面蜗杆的螺旋齿面的形成 为：一条与成形圆相切、位于蜗杆轴线平面内的直线，在绕成形圆的圆心作等角速的旋转运动的同时，又与成形圆一起围绕蜗杆的轴线作等角速的旋转运动，这条直线在空间形成的轨迹曲面，就是直廓环面蜗杆的齿面。由于蜗杆齿面的发生线是直线刀刃，蜗杆螺旋面是直线刀刃形成的不可展直纹面而不是由包络产生的，难以实现磨削，这种蜗杆制造钢筋工艺比较复杂，不易获得高精度的传动，这是直廓环面蜗杆传动的主要缺点。 “修整型”直廓环面蜗杆螺旋面的形成，基本上与“原始型”相同，不同之处在于加工时根据设计要求的修形曲线，将加工参数加以改变。一般常用 的有：变位异速修形和变速比修形两种工艺方法。变位异速修形方法就是在加工蜗杆时，刀具位置及固定传动比不同于蜗杆副工作时的位置及速比。变速比修形方法则是加工时瞬时传动比按一定规律变化。用修形加工方法加工的蜗杆与由修形滚刀加工成的蜗轮组成“修整型”直廓环面蜗杆传动，消除了蜗轮齿面中部棱线接触，不仅改善了装配条件，减少了误差敏感性，更重要的是：与“原始型”蜗杆传动比较，接触区扩大，形成油膜条件好，包容齿数间载荷有平均作用，因而其承载能力、啮合性能和传动效率均较“原始型”高。 准平行啮合线二次包络环面蜗杆是河南省焦作 市科林齿轮有限公司的一项科研成果。蜗轮滚刀是可铲背可磨削的，蜗轮齿面没有脊线，运动不会产生干涉。工装和理论相吻合。和同类蜗杆相比，它还具有以下几个特点： 1 瞬时接触线和相对运动速度方向夹角稳定，且接近 90度。 2 蜗轮齿面是用铲背滚刀制造加工而成，因此蜗轮齿面接触面大、质量稳定。 轮心堆焊机总体方案及减速器设计 3 3 同时参加啮合的蜗轮齿数多，一般可达 2 2(9Z Z 为蜗杆齿数）。 4 蜗轮齿面无脊线，传递运动时不会产生干涉。 因此这种蜗杆传动承载功率大，动压油涵稳定传动、噪声低、平衡温 度低等特征。 以上分析可以看出，虽然普通齿轮减速器具有效率高，工作可靠，寿命长，传动比稳定等优点，但是不具备设计条件中重点要求的自锁性，所以不能选用；而准平行啮合线环面蜗杆减速器，它具有普通环面蜗杆减速器所不具备的很多优点 。 课题应 达到的要求 按要求设计减速器，使其速比达到 12001424，在满足使用性能的前提下尽量减少其体积和重量，使其结构紧凑，加工制造方便。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 轮心堆焊机的主要技术 焊 堆焊是指使用焊接的方法把填充金属融敷在金属表面，以 便得到所要求的性能和尺寸，这种工艺过程主要是实现各种金属的冶金结合，属于异种金属融化焊的一种特殊形式。 堆焊是焊接的一个分支，是金属冶金结合的一种融化焊接方法，但与一般焊接不同，不是连接零件，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，最终达到修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等性能。由此可见，堆焊就有一般焊接方法的特点，又具有其特殊性。 堆焊的冶金特点、物理本质、热循环过程等于一般焊接工艺相同，但堆焊还具有如下特点： 应用堆焊能更合理利用材料，节约贵重金属，如在基体 为碳素钢或铸钢 用钢的表面堆敷一层钴基或镍基粉末。 制造双金属结构，如水轮机叶片、导水叶、推土机刀刃、抓斗等零件。 修复旧零件，如阀座、磨具、齿轮、轴累零件等。 堆焊是熔焊，因此从原理上讲，凡是属于熔焊的方法都可以用堆焊。堆焊方法的发展也随着生产发展的需要和科技进步而发展，当今已有很多种堆焊方法现按实现堆焊的条件，将常用的堆焊方法综合分类。 氧 手工电弧堆焊 埋弧自动堆焊 震动电弧堆焊 等离子弧堆焊 气体保护堆焊 电渣堆焊 其他堆焊 心堆焊 轮心堆焊一般采用 2护自动堆焊（焊剂层下的自动堆焊），这种堆焊方法的优点在于保证堆焊金属必须的质量和高生产率的同时，还保证了工艺过程的稳定性。因此与其他堆焊修复方法相比， 2护自动堆焊得到了比较广泛的应用。在焊接工作时，被焊接件在动力头和尾架的三爪卡盘之间，电动机通过减速箱对焊件施加转矩，从而实现气体 保护焊等多种焊接方式。此转矩还可以通过尾架锥齿轮传动的形式传递给托盘，使其转动，从而实现自动堆焊。 这种结构的 2护自动堆焊可以实现环焊、螺旋焊、直道焊三种焊接形式当工件焊 完一圈，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，仅小车纵向移动时，称为直轮心堆焊机总体方案及减速器设计 5 道焊。 焊接开始时，焊丝与焊件接触，并被固定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（ 6000 8000 C）的作用开始融化。焊丝融化后，堆在工件上，焊剂起保护作用和合金化作用，焊剂融化时，不断放出气体和水蒸气，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一个用渣壳包住的密闭孔穴，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，并防止热量的迅速散失。堆焊层除了基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，而焊接的物理和力学性能高。堆焊层的硬度和耐磨性是有焊丝材料和焊剂种所含的合金元素来决定的3。 轮心堆焊机的主要构成部分有：动力头、尾架、焊接小车、底座、导轨及控制箱。本文只涉及动力头部分的设计方案。动力头，又称主减速箱，其主要功能是为夹在三爪卡盘上的工件提供转动动力，其中包括传动机构和轴的设计。动力头减速器的构造有很多种类，本文首要考虑满足的要求是速比和强度，再次基础上再从装配方便、缩小体积、降低成本、等方面加以考虑。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 总体方案的选定与设计 根据设计要求并结合以上分析，我们在设计中采用准平行啮合线环面蜗杆减速器。 具体设计方案是：选用的电动机输出转速是 940r/凸缘联轴器将电动机轴和准平行啮合线环面蜗杆减速器的输 入轴相联接，经过减速器的减速，有凸缘联轴器将减速器的输出轴与滚筒轴联接，将减速器输出轴的转速传给滚筒，滚筒转动带动绕在其上面的钢丝绳旋转，由钢丝绳提起具有一定质量的物品。 1 电动机 2 联轴器 3 蜗轮蜗杆减速器 4 联轴器 5 滚筒 图 3速器 选电动机类型和结构型式 电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作特性、电源种类(交流或直流 )、工作条件 (环境温度、空间位置 等 )、载荷大小和性质 (变化性质、过载情况等 )、起动性能和起动、制动、正反转的频繁程度等条件来选择电动机的类型、结构、容量(功率 )和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构型式。 Y 系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作作可 靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。对于经常起动，制动正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机 (笼型 )或 (绕线型 )。 电动机的容量 (功率 )选择的是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则轮心堆焊机总体方案及减速器设计 7 电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不 满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定 4。 由以上的选择经验和要求，我选用： 三相交流电 动机的容量 定减速器所需的功率 P 由滚筒圆周力 F 和滚筒速度 v,得 1000w 其中： F G （ N） m 提升重量， m=450 4 5 0 9 . 8 4 4 1 0F N 9 0 /60v m s s 带入数据得 4 4 1 0 0 . 1 5 0 . 6 6 1 51000 1 . 2 5 0 . 6 6 1 5 1 . 2 5 0 . 8 2 6 9 定传动装置效率 传动装置的效率由以下的要求： (1) 轴承效率均指一对 轴承而言。 (2) 同类型的几对运动副或传动副都要考虑其效率，不要漏掉。 (3) 蜗杆传动的效率与蜗杆头数 先初选头数后，然后估计效率。 此外，蜗杆传动的效率中已包括了蜗杆轴上一对轴承的效率，因此在总效率的计算中蜗杆轴上轴承效率不再计入。 各传动机构和轴承的效率为： 法兰效率： 1 设计中，电动机与减速器相连的法兰，相当于一个凸缘联轴器 一级环面蜗杆传动效率 : 一对滚动轴承传动效率：3 凸缘联轴器效率： 从电动机至工作机主动轴之间的总效率故传动装置总效率： 21 2 3 4 20 . 9 8 0 . 7 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 6 4
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