管焊机设计毕业设计论文.doc

XXX大学本科毕业论文第1章 绪论1.1 设计的目的和意义我国是能源相对短缺的国家，能源短缺严重制约国民经济持续、健康、快速发展和人们生活水平的提高。提高能源利用效率，减少能源浪费，是我国的一项基本国策。安装在导线上的常规电力金具以钢铁类为主，结构上又属闭合电磁回路，当通过大电流时，电力金具整体处于交变电磁场中，由于电力金具使用面广量大，造成的能耗十分可观。国外早在20世纪90年代就开始研究和试验降低铁制类电力金具的能耗，并推广应用节能的电力金具，我国也生产一些节能的电力金具，但由于人们对其节能环保的可持续性效应（建设投入的一次性资金略增与运行成本持续降低的关系）了解不够，国内仅在500 kV输电线路上推广使用节能的电力金具，而1、10、35、110、220 kV等级大量的输电线路上仅少量地使用了节能的电力金具。 我国输配电网中若广泛采用节能的电力金具，据不完全统计，每年可节电10亿k Wh，并可大量减少因燃烧煤或油产生的废气对大气的污染，可大量减少因铁钢类金具热镀锌产生的废液对环境的污染。并且通过节能的电力金具使用和经验的总结、推广，带动其它节能型电力器材的广泛使用。因此，以节约能源、保护环境、降低电力金具能耗为目的技术要求，无疑具有巨大的经济效益、社会效益和环境效益。众所周知，我国电网的发展进入特高压、大容量、远距离、高自动化阶段，面对电网建设的飞速发展，架空输电线路的运行技术和设备水平如何在原有水平上发展和创新，这是当今电网发展历史所赋予架空输电线路运行技术和设备工作者的使命。随着我国电力行业的飞快发展，金具的需求量还会继续增长，其对产品质量的要求也越来越高，而生产加工这样的零件需要大量钢材，目前生产这样的金具都是以用棒料在普通机床上加工为主，由于金具是管形中空的，采用挖空加工显然挖出来的材料将会浪费掉。另外金具外圆加工时也会车掉一部分，显然大批量生产这样的零件将会浪费很多材料。如果采用先铸造成两个管型中空零件，然后采用焊接方式焊接成为一个金具体，那么这将会节省很多的材料。为了节省材料，我们设计一种焊接机械，可以大量生产这种零件。另外一方面，以前的焊接都是采用人工焊接，工作效率很低，如果采用自动焊接方式，将会大大提高焊接效率，显然数控自动化机械系统能就可以满足这一需求，我们有必要来研究它。另外，数控自动化机床是未来机床的发展必然，机床的一些基本零件，如轴承、轴、齿轮等零件、箱体，我们需要使这些零件之间保持精确的相对位置，因此，这些零件设计质量直接影响机器的精度、工作性能和使用寿命，我们有必要对每个零件进行设计。机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是在学完全部专业课，并进行了毕业实习的基础上进行的，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，这对我们这些即将走向社会工作岗位的大四学生来说是一次难得的锻炼机会。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次设计使我们能综合运用机械设计制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺、结构等各方面的问题，初步具备设计一个中等复杂程度机械的基本原理和方法，拟订设计方案，完成结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表、网络等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势我国电网正处于快速、健康、持续发展的新时期。以三峡电网为中心，电网互联，形成全国统一大电网的局面将很快形成。截至2003年底，我国66kV及以上的输电线路总长度约为38.6万km。其中110kV输电线路（包括66kV）为19.4万km，220kV输电线路为13.6万km，330kV输电线路为1.3万km，500kV输电线路为3.9万km，500kV直流输电线路为0.35万km。投入运行的线路金具总数约为5700万片。但目前很少有我们现在设计的这种专门生产电力设备产品的焊接机床。充分考虑我国电力金具生产的现状，据行业了解，全国绝大多数电力金具生产企业目前仍以生产钢铁类金具为主，而且都是以在普通机床上用棒料进行加工为主。另外在焊接技术方面，以前的焊接都是采用人工焊接，劳动强度大，工作效率很低，浪费资源，所以我们有必要对这方面的机床加以研究。在当今注重环保的世界潮流下，降低能耗，减少污染，还我绿色，应是推广电力金具节能产品的追求目标。国家于2001年8月1日正式实施电力金具节能产品认证技术要求以来，已有十余家电力金具生产企业的数十种产品通过能耗检测。电力金具能耗检测工作的开展既引导了电力线路设计、运行、建设单位进一步了解电力金具节能产品，又加强了电力金具节能产品的管理；同时也促进了金具产生企业设计能力、生产技术水平的提高。部分电网用户已要求生产企业出具产品能耗检测报告，以确保上网电力金具节能产品使用的安全性和节能性，满足电力生产向安全、科学、高效、环保、节能转变的需要。使用电力金具节能产品虽然建设成本有所上升，但一般通过12年的运行，即可收回成本；再考虑到铁制类电力金具的制造耗能、热镀锌能耗和污染环境等情况，电力金具节能产品最终的经济效益和社会效益是明显的。据了解，目前国内某些金具厂家已率先采用CADFS计算机辅助金具设计系统，只是在制造方面，目前国内还落后于国外厂家，国外的制造厂家非常注重节能高效生产，国外一些研制生产加工机械系统自动化程度较高。数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。近几年来，在引进消化国外数控技术的基础上，我国已生产出自主版权的数控系统和数控机床，但是中、高档以上的数控系统仍然是以进口产品为主。研究数控系统及技术的现状与未来发展方向，将对开发中高档的数控产品，扩大数控机床市场份额起到重要作用。数控技术的发展离不开整个社会服务体系的完善，包括人材培训，维修服务等方面的配合。在发展方面，我国数控机床正在走向高数发展的阶段，具体表现在下面几个方面：1、数控系统的硬件技术发展迅速数控机床；2、体系结构向开放式发展；3、实时操作系统进入CNC；4、现场总线技术开始广泛使用；5、PLC功能继续增强 ；6、CNC的通讯、网络功能不断扩大；7、数字式交流伺服成为主流；8、数控系统开发环境越来越好9、数控相关技术和社会服务体系正逐步完善等。2002年10月国家劳动和社会保障部启动机电类高层次技能型人材培训工程，包括数控加工和维修人员。2002年5月中国机电装备维修与改造技术协会授权开展数控维修改造企业资质认证工作，首批11家企业已通过认证。随着制造业在中国的地位日益提高，市场需求不断增长，数控行业将迅速的发展，为中华民族的复兴做出更大的贡献。我们相信，经过我们的努力，在不久的将来，我国在这方面的生产机械系统无论在自动化程度还是生产效率都将比现在更上一个台阶。1.3 论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线 我们此次设计任务的主攻方向是机床的结构设计，主要内容包括机床零部件的设计、自动化气路的设计、安装等，由于我们的设计经验有限，我们此次的设计研究方法及技术路线大多数均按常规的设计思维来安排，但是在设计过程中我们也会设计一些我们自己创新的零件。第2章 方案设计2.1 方案讨论211 总体结构 拿到设计任务书后，我们认真看了设计任务书的每一条信息，我们此次设计的主要内容是:设计一台数控自动管管焊接机机械系统，用于进行下列两个零件（管件）的焊接。 即把上面两个零件用焊接的方式连接起来使成为一个零件，我们设计的主要是机械系统部分，即设计一台机床，用来自动夹紧这两个零件，并自动轴线对准定位，还要使它同步转动以进行焊接。这里面最主要的结构设计就是怎样才能使两个零件同步转动，自动夹紧、对准定位我们可以一边使用气动自定位三爪卡盘，另一边设计一个V型夹具以夹紧。由于精度要求较高，而且焊机头一直固定在两个零件的焊接面上方，要使两个零件同步转动，那么只能用一个动力源，即只能使用一个电机输出力矩，来使两个夹具同步转动，以带动两个零件转动，那么我们可以设计为电机带动一个输入轴转动，在输入轴上安装两个对称的相同的齿轮，经过一级减速传给另一对大齿轮，然后两个大齿轮分别带动两个不同的输出轴转动，进而带动夹具同步转动。这里面又会出现一个问题，由于输出轴带动的是两对减速齿轮，如果由于某种原因使得这两对齿轮不能同步转动，那将会使焊接失败，所以我们在其中一个输出轴上安装一个电磁离合器，当焊接开始，输出轴转动一定角度后使离合器分离，同时使V型夹具松开，这时由于两个零件已经成为一个零件，可以只由另外没有安装离合器的输出轴传递力矩以转动进行焊接，安装有离合器的输出轴将空转。其机构见图如下：初步设定各参数尺寸分别为a=17.5mm,y=1mm,选宽度为B=8mm的轴承，b=3,B1=27,c=10mm,e=42mm,d=2.5mm,B2=54mm，=209mm,f=33.5mm,B3=43.5mm,m=25mm,a1=13mm,B0=25mm。 212 直齿圆柱齿轮副消除间隙 直齿圆柱齿轮一般有3种调整方法，即偏心轴调整法、锥度齿轮调整法和双片薄齿轮错齿调整法。最后一种方法不宜传递转矩，仅用于读数装置，由于我们这里设计的机床需要齿轮传递力矩，故这种方法在这里不宜考虑，仅考虑前两者。那么到底在这个设计中采用那种比较好呢，我们来比较一下这两种方法。1、 偏心套调整法如图2-2所示为偏心轴套调整间隙结构，齿轮1装在偏心轴套2上，可以通过偏心轴套2调整齿轮1和齿轮3之间的中心距来消除齿轮传动副的齿侧间隙。 2、锥度齿轮调整法如图2-3所示为用一个带有锥度的齿轮来消除间隙的结构，一对啮合着的圆柱齿轮，若它们的节圆之间沿着齿厚方向制成一个较小的锥度，只要改变垫片3的厚度就能改变齿轮2和齿轮1的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。比较上面这两种调整法可见，在这个设计中我们使用第二中调整法，也就是锥度调整法更容易操作些，由我们设计的结构图中可看出，在输入轴的右端，要联结电机，箱体上还要固定有电机架，如果采用偏心轴套调整法将不能很方便的调整齿侧间隙，采用锥度调整法，由于我们这里设计的上面箱体盖与下面的箱体采用剖分形式，即上面箱体盖和下面的箱体是可以分离的，后面将要讨论到，可以很容易的把箱体盖打开而对齿轮间隙进行调整，故我们设计采用的是锥度齿轮调整法。213 箱体结构 由于我们设计的减速齿轮采用一级减速，输入轴和输出轴相互平行，与水平面垂直，这与我们之前设计的三级减速器有所不同，由于数控机床精度要求非常高，需要全封闭所有机床零件，这就需要一个比较复杂的封闭箱体，我们这里设计的箱体为上部分，即输出轴的上部分箱体采用剖分式，下面部分采用铸造后焊接而成。，这与就避免两次剖分，对轴承孔的加工及安装可以保持较高的精度，具体机构见装配图及零件图。2.2 本章小结 本章从总体方案设计入手，方案设计是机械机构设计的首要部分，是所以结构零件的总体构成，涉及到所以零件的设计和组装过程，就是设计采用那种机构方案解决一个问题的方法。此方案讨论了总体方案，因为只有设计出一个全局方案，才能在此总体的基础上设计其他的零件结构。此方案还涉及了一些特殊的结构体，采用的锥度齿轮调整法，剖分和焊接结合的箱体结构。 第3章 运动参数设计3.1 参数选择1、选择传动比为=4，夹具转速，即输出轴转速=4r/min ,则 (3.1) 故由式(3.1) 2、选小齿轮直径d1=50 ，则d2=200 ，取宽径比=0.4 ,则 取 =253、选择小齿轮材料为40Cr(调质)，大齿轮和轴材料为45钢(调质)。3.2 选择电机1、计算各零件质量和转动惯量由式 (3.2) (3.3) （1）设计小齿轮与输入轴配合孔直径为=20，密度为7.5g/ ,由式(3.2)，则小齿轮质量 由式(3.3)，小齿轮的转动惯量 （2）设计大齿轮与输出轴配合孔直径为d21=21，密度为7.5g/ ,由式(3.2)，则大齿轮质量 由式(3.3)，大齿轮的转动惯量 （3）把左边的输出轴2看做直径相同的圆轴，取平均直径为=17mm ,长度可由前面结构草图2-1知为 由式(3.2)，左边的输出轴2的质量，取其密度为7.5g/，则 由式(3.3)，左边输出轴2的转动惯量 （4）把右边的输出轴3看做直径相同的圆轴，取平均直径为=17mm ,长度可由前面结构草图2-1知为由式(3.2)，右边的输出轴3的质量，取其密度为7.5g/，则由式(3.3)，右边输出轴3的转动惯量（5）查手册，结合所设计的轴直径大小，选用型号为DHML5的多片湿式电器离合器，其质量为1300g，外圆直径为86，孔径为20，由式(3.3)，其转动惯量为（6）设计V型夹具，其结构如图可把其看作是上下质量相等的对称的两部分，V型槽的质量看作等于其支架上挖出孔部分的质量，粗算其质量, 密度取7.5g/由式(3.3)，其转动惯量为（7）根据所加工工件的大小，选用北京维恩精密机械有限公司生产的型号为CAH-04的三爪气动卡盘，见附录，查得其转动惯量为（8）计算输入轴1的质量，把输入轴1看作直径相同的圆轴，取平均直径为 =16mm ,长度可由前面结构草图2-1知为由式(3.2)，输入轴1的质量，密度取7.5g/由式(3.3)，其转动惯量为（9）根据输入轴1的直径大小，初步设定联轴器其外直径=20mm ,孔径为=9.5mm ,长度为=48mm , 密度取7.5g/，粗算其质量为由式(3.2)，其转动惯量为2、计算输出轴上总的转动惯量折算到输入轴上的转动惯量为3、取电机加速时间为t=0.01s ,已知输入轴转速=16r/min ,即其角速度为其角加速度为则其输入轴转矩取安全系数K=1.5，则由于小于1.5N.m的步进电机输出轴均没有带键槽，为了与所设计的联轴器配合，选南京华兴电机制造有限公司制造的型号为75BYG4501的混合步进电机，其额定转矩为=1.8N.m ，具体技术参数见如下图和表。3.3 计算总功率电机的输出功率为型号步距角相数驱动电压（V）相电流（A）保持转矩（N.M）空载起动频率（步/秒）空载运行频率（千步/秒）转动惯量（kg. ）相电感（mH）重量（kg）75BYG45012453.51.812000.92.22.1尺寸(mm)DdL1bhh1L759.55.5303602.589684 表1 3.4 本章小结 本章根据前面讨论的结构方案和所要加工的工件，选择了一些具体的参数用以能够设计下面的零件结构。粗步根据方案结构简图中的尺寸和所选用的一些标准零件的技术参数，如气动卡盘和离合器，计算出总的转矩，根据总的转矩和需要的转速，上网查找了一些步进电机生产厂家，选择了我们此次这几所需要的步进电机。因为只有选择了合适的电机才能由其总功率来设计后面的零件结构。第4章 零件结构设计4.1 齿轮设计1、选定齿轮类型。精度等级、材料及齿数（1）按图2-1所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，前面已讨论了采用锥度调整间隙法调整间隙，在这里不多作讨论。（2）由于转速不高，故采用7级精度（GB10095-88）。（3）前面已选大小齿轮的材料分别为45钢（调质）和40Cr（调质）,硬度分别为240HBS和280HBS，两者相差40HBS。（4）选小齿轮齿数为=21，大齿轮齿数2、齿面接触强度设计由设计计算如下公式进行计算，即 (4.1) （1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数=1.12）计算小齿轮的传递转矩，取各零件传递效率分别为，则电机传给齿轮的功率为3）查表10-7选取齿轮宽系数=0.4，4）查表10-6查材料的弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；6）齿轮工作应力循环次数N按下式计算： (4.2) 计算齿轮的应力循环次数，设工作寿命20年，两班制，每年工作300天，则7）由图10-19查得接触疲劳强度寿命系数；8）计算接触疲劳许用应力，齿轮的许用应力按如下公式计算 (4.3)取失效率为1%，安全系数S=1，由式(4.3)得（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值在这里取分度圆直径。2）计算圆周速度3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比b/h模数齿高5）计算载荷系数根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮，假设。由表10-3查得；由表10-2使用系数；由表10-4查得7级精度、小齿轮相对支撑对称分布时，由b/h=3.73, 查图10-13得=1.10;故载荷系数6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由如下公式计算 (4.4)分别把各数据代入式(4.4)得7）计算模数m3、按齿根弯曲疲劳强度设计，其计算公式为 (4.5) （1）确定公式内的各计算数值1)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,；3）计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式(4.3)得 4）计算载荷系数K5）由表10-5查得齿形系数。6）由表10-5查得应力校正系数.7）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的模数1.72并就近圆整为标准值m=2mm，按接触强度算得的分度圆直径=49.01mm，算得小齿轮齿数取=25大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动，既满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、几何尺寸计算1）计算分度圆直径 2）计算中心距3）计算齿轮宽度取，。5、验算合适。6、结构设计及绘制齿轮零件图见零件图。4.2 轴的设计421 输出轴2的结构设计1、输出轴2上的功率、转速和转矩2.求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮分度圆直径为=200mm，标准直齿轮压力角=20则圆周力及径向力的方向如图4-3所示。3、初步确定轴的最小直径由如下公式计算最小直径 (4.6) 前面已选轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取=112，于是由式(4.6)得为使所设计的轴径与所选的卡盘配合孔相适应，选输出轴2的最小直径为d=15mm。4、轴的结构设计（1）轴上零件是装配方案如下图所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如图4-2和图2-1所示 1）输出轴的最小直径段显然是最右端安装卡盘处的直径=14mm。2）查手册初选轴承型号为16003的深沟球轴承，宽度B=8mm，内孔直径，即与之配合的最右端的轴的直径为17mm,即=17mm，轴右端与轴承配合后留有y=1mm的倒角空余量。考虑到箱体内壁加工就精度较低，设计轴承到箱体内壁的距离b=3mm,设计箱体内壁到转动大齿轮间的距离c=10mm，设计齿轮宽度为B1=27mm,与大齿轮配合时，齿轮左端留有2mm的伸出余量，如上图所示，则与轴承配合的轴长度为与大齿轮配合的轴长度为设计与大齿轮配合的轴直径为=21mm。3）在齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,取h=3.0mm，则轴肩处直径为=27mm。轴环长度1.4h，取=6mm，4）同样设计大齿轮右端到箱体间的距离为10mm，箱体内壁与右端轴承的距离为3mm的间隙，此轴承左端也采用轴肩定位，如图4-2所示，则此段轴肩长度为由于轴承内孔直径为17mm，此段轴肩高度h0.07d=1.19mm,取h=1.5mm，则此段轴肩的直径为5）显然安装右边的轴承段直径=17mm, 长度=8mm。6）前面已知轴的最右端直径为14mm，设计轴承端盖总长度为a=17.5mm，端盖与安装卡盘的法兰间留有6.5mm的螺钉间隙，设计法兰宽度为15.5mm，伸入卡盘内孔的长度为d=2.5mm，则此段总长度为7）与法兰配合的轴的螺纹加工长度为21.5mm，则安装套筒段的长度为至此，已初步确定了轴的各段长度和直径。8）轴上零件的周向定位大齿轮与轴的周向定位采用平键联接。按的长度，查手册得平键截面bh=6mm6mm(GB/T1095-1979)，长度为22mm，其他配合公差见上图。9）确定轴上圆角和倒角尺寸各圆角与倒角的尺寸见输出轴2的零件图。5、求轴上载荷由轴的结构图4-2作出轴的计算简图如图4-3所示。确定轴承的支点位置，作出简支梁的轴的支承距L1=30.5mm，悬臂L2=46mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、及M的值列于下表。载 荷水平面H 垂直面V支反力F=33.95N, =33.95N, =-67.9N=-44.56N, =85.02N, =-19.75N, =-65.27N弯矩W =1035.41N.mm=-1356.03N.mm, =-1958.04N.mm总弯矩=1706.13N.mm, =1958.04N.mm扭矩T=6789.35N.mm 表26、按弯扭合成应力校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算轴的弯扭合成强度条件为 (4.7)当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.6，根据上式及表1中数值，轴的计算应力前已选轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得=60MPa，因此,故安全。422 输出轴3的结构设计输出轴3的计算前3个步骤与前面输出轴2的计算步骤相同，即功率、转速、转矩、齿轮上的作用力和轴的最小直径均与输出轴2相同，在这计算可省略。4、轴的结构设计（1）轴上零件是装配方案如下图所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，如图4-5和图2-1所示1）输出轴的最小直径段显然是最左端安装V型夹具处的直径=14mm。2）根据所选的两个圆螺母,所取V型夹具的宽度g=8mm,及其与轴承端盖之间留有6.5mm的宽度，再加上轴承端盖的长度a=17.5mm,则最小直径处的长度为取螺纹加工长度=30.5mm。3）与前面所选的轴承一样，为深沟球轴承，宽度8mm，孔径为17mm，即安装轴承的轴的直径为=17mm，长度为=8mm。4）与前面选取一样，取轴承内侧到箱体内壁的距离为b=3mm，箱体到离合器的距离为c=10mm，在此轴承右端采用轴肩进行轴向定位。由手册上查的16003型轴承的定位轴肩高度取h=2mm，则此段轴肩的直径为5）在离合器的左端也采用轴肩定位，即3-4段轴肩，根据与离合器配合的轴的直径大小为20mm，取此段轴肩高度h=2.5mm，取长度度=5mm，则此段轴肩直径为则前面定位轴承的轴肩的长度为6）已知所选离合器孔径为20mm，即与离合器配合的轴径为=20mm，离合器的总长度为43.5mm，具体参数见附表2，根据离合器配合的特点，离合器有一段孔伸出来，用来与齿轮安装在一起，此段长度为5.5mm，则与离合器配合的轴的长度为7）轴的最右端一段安装有齿轮（在轴承外圆安装齿轮）、套筒和轴承，显然此段轴径应取为=17mm，其长度根据所安装的各零件的宽度，如上图所示，其长度为至此，已初步确定了轴的各段长度和直径。8）轴上零件的周向定位根据所选离合器的配合尺寸，采用平键联接，查手册取与离合器配合段轴上平键为bh=6mm6mm(GB/T1095-1979)，长度为22mm，其他配合公差见上图。9）确定轴上圆角和倒角尺寸各圆角与倒角的尺寸见输出轴3的零件图。5、求轴上载荷由轴的结构图4-6作出轴的计算简图如图4-5所示。确定轴承的支点位置，作出简支梁的轴的支承距L1=55mm,L2=36mm,L3=36.5mm,L4=32mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面D是轴的危险截面。现将计算出的截面D处的、及M的值列于下表。荷载水平面H 垂直面V支反力F=19.8N,=48.10N,=-67.90N=19.51N,=-11.74N,=24.72N弯矩M=1465.2N.mm=-358.51N.mm总弯矩扭矩T=6789.35N.mm6、按弯扭合成应力校核轴的强度与前面校核输出轴2一样，也取=0.6，由公式(4.7)计算应力前已选轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得=60MPa，因此0.07d,取h=2.5mm，轴环宽度b1.4h，取b=4.5mm，即此段轴肩长度为=2.5,直径为5)由上图可知 即=B1为大齿轮的宽度，则段轴的长度为6）由对称性，则取=4.5mm，=25mm，=22.5mm，=20mm，=17mm。至此，已初步确定了轴的各段长度和直径。7）轴上零件的周向定位根据安装小齿轮轴段的大小和长度，采用平键联接，查手册选平键为bh=6mm6mm(GB/T1095-1979)，长度为20mm，与联轴器联接的轴段也采用平键联接，所取键型与所选电机上自带的键一样，具体见所选电机的数据资料，其他配合公差见上图。8）确定轴上圆角和倒角尺寸各圆角与倒角的尺寸见输出轴3的零件图。5、求轴上载荷由轴的结构图4-7作出轴的计算简图如图4-8所示。确定轴承的支点位置，作出简支梁的轴的支承距L1=47mm,L2=27mm,L3=500mm,L4=27mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的、及M的值列于下表。荷载水平面H 垂直面V支反力F=70.04N,=70.04N,=-70.04N=25.49N,=25.49N,=-25.49N弯矩M=1470.80N.mm=688.18N.mm总弯矩扭矩T=1751.04N.mm 表46、按弯扭合成应力校核轴的强度与前面校核输出轴2一样，也取=0.6，由公式(4.7)计算应力前已选轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得=60MPa，因此,故安全。4.3 轴承校核 根据前面计算的三对轴承的径向载荷大小可知，在输入轴1上的轴承径向载荷最大，为38.91N。 由表13-9查得可靠度为0.99时的寿命修正系数=0.21，由前面齿轮计算可知，应力循环次数为=9.216，由如下公式计算修正额定寿命 (4.8)于是由如下公式计算轴承应具有的基本额定动载荷 (4.9) 于是动载荷为查手册知，所选深沟球轴承的基本额定动载荷为6KN，大于所算的的C=532.30N,故安全。4.4 本章小结 本章具体介绍了大小齿轮、两个输出轴和一个输入轴的设计校核过程以及轴承的校核。在大小齿轮和轴的设计过程中我们参考了一些资料和设计公式，采用了一些最普遍设计方法和经验公式、校核方法。由于我们的经验有限，在轴承校核我们也采用了现成的公式。在设计过程中，我们综合运用机械设计、机械设计制作基础等基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺、结构、尺寸等各方面的问题，再次复习和运用有关手册、图表、网络等技术资料及编写技术文件等基本技能。零件的结构设计关系到整个机械系统的成败，每一个零件的设计我们都严格按照先后步骤和公式认真计算，做到步骤准确，计算精确。第5章 气动系统设计5.1 气动控制方案511 工作程序图本设计中需要气动控制的是卡盘夹具和V型夹具体，该焊接机床系统要求的动作顺序为 送料夹紧（两工件同时夹紧）电机起动焊接工件转10电机停止离合器与V型夹具同时松开电机起动焊接工件转350电机停止及焊接机离开离合器闭合电机起动工件转动40电机停止卡盘夹具松开落料电机起动反转50512 气动控制回路根据机械系统的加工先后顺序，设计如下图夹具的气缸回路控制装置：在上图中，1为气源，2为分水滤气器，3、4为减压阀，、为压力表，5、6为油雾器，7、8为二位三通电磁换向阀，9为卡盘夹具气缸，10为v型夹具气缸。如图所示，当阀7输入高位电信号，气信号经阀7进入气缸9的左位，右位气体经阀7排出，活塞杆伸出。当阀7输入低位电信号后，气信号经阀7进入气缸右位，左位气体经阀7排出，活塞杆退回。这样，对阀7输入高位电信号，则气缸活塞杆伸出；对阀7输入低位电信号，则气缸活塞杆退回。同理，同样v型夹具体的气缸也是这样动作，所不同的只是电信号、的输入时间和时间长度不同。具体时间根据机床加工步骤和工步时间由控制系统设定。513 选择气缸 由设计任务书已知径向夹紧力不小不10kg，取负载F=100N，预选负载率=50%，取供给压力=1.5MPa,由如下公式计算所需的缸径D： (5.1) (5.2) 式中，为理论输出力，N；于是由(5.1)、(5.2)得气缸缸径为查资料选型号为CJ2标准型，缸径为D=16mm的气缸。514 动作程序表 由前面已知输出轴的转速为4r/min，即每转15s，每转过1所用时间为3/20。根据步进电机的特点，起动和停止的速度非常快，而且达到转速4r/min，并不高，则电机起动和停止时间非常小，取包括电机起动或停下在内的夹具夹紧或松开所用时间为2s，此时间可由控制气动回路的气体流量来控制，落料时间为2s，设电机和离合器的电信号分别为、，为焊接机信号。其系统控制简图如下：作出动作程序图如下表5:序号动作名称动作元件电信号动作时间/s23.57.56062666875.51送料送料机-2夹紧夹具9和10+-3电机起动电机-+-4焊接工件转10工件-+-5电机停止电机-+-6离合器与V型夹具松开夹具10、离合器-+-+-7电机起动电机-+-8焊接工件转350工件-+-9电机停止及焊接机离开电机及焊接机-+-+-10离合器闭合离合器-+-11电机起动电机-+-12工件转动40工件和夹具-13电机停止电机-+-14卡盘夹具松开夹具9+-15落料落料机-16电机起动电机-+-17反转50夹具-5.2 本章小结 本章我们由前面的结构方案和零件结构，根据机械系统的动作过程和工步，采用计算机自动控制系统，设计出气动控制方案。结合我们学过的气动知识，并参考了有关资料，设计出气动控制回路图，经过计算选择了我们所需要的气缸，列出机械系统的工作程序表，由此我们可以很清楚的看到工件在计算机的控制下是怎样一步步加工出来的。在此章中我们能够想象到一个个“死”的结构零件结合在一起，在计算机的控制下变得活生生的了。第6章 结论 现代焊接技术和自动数控机床在各个领域已经得到了一定的发展，有些已经发展得非常成熟。但是要把这两者结合起来综合发挥他们的作用在现阶段很少一直都没有实现自动化加工。有些无法满足一些特殊的加工要求，比如精度，或者像我们设计的用来实现自动化焊接的机械系统。本文在继承和借鉴现有的焊接技术和数控机床技术的基础上，从节省材料这方面入手，讨论了两者结合在一起运用的自动化整体机械结构，并且重点讨论了自动化机床系统部分，对运动机构进行了详细的分析设计计算。 综合本课题及本论文所做的工作，可以得出一下几点结论：1、对于垂直水平面型减速机构，一般采用上面剖分，下面焊接的箱体结构，这样可以大大节省材料，方便箱体的加工以及提高轴承孔的加工精度，提高设备的稳定性。2、在这样高精度的自动化设备设计中，对齿轮副的间隙消除是很重要的，对于采用那种间隙消除法，要结合所设计的机构而定，我们这里所采用的锥度齿轮调整法也是经过综合考虑后而决定，这种方法在这里可以很方便的调整，以达到所要求的精度。所以采用那种方法要经过仔细的讨论研究而定，不能随意搬来套用。 3、在没有设计经验的情况下设计一个零件或采用那一种型号的标准零件，要多去查找相关的资料例