敞车翻转焊胎-总装胎体部分设计

- 1 -目 录摘 要 .iABSTRACT.ii第一章 绪论 .11.1 敞车翻转焊胎的作用 .11.2 敞车翻转焊胎的发展状况 .11.3 敞车翻转焊胎的优、缺点。 .1第二章 总体设计 .22.1 各零件的布置分析 .22.2 电动机的选择 .42.2.1 选择电动机的类型和结构形式 .42.2.2 选择电动机的容量 .42.2.3 确定电动机的转速 .42.3 传动装置中各轴的运动和动力参数 .52.3.1 确定各轴的转速 .52.3.2 确定各轴的功率 .52.3.3 确定各轴的转矩 .6第三章 零部件的设计 .73.1 概述 .73.1.1 对零件的要求 .73.1.2 机械零件的设计计算 .73.1.3 机械零件的设计精度 .73.1.4 机械零件的润滑要求 .83.1.5 机械零件的密封要求 .83.1.6 机械零件的密封要求 .83.1.7 对试验的要求 .93.2 箱体的设计 .93.2.1 铸件的设计 .9- 2 -3.2.2 铸件的联接 .123.3 蜗轮蜗杆的传动设计 .133.3.1 选择蜗杆的传动类型 .133.3.2 选择材料 .143.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 .143.3.4 蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸 .153.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 .153.3.6 蜗轮、蜗杆的几何尺寸 .163.4 蜗轮轴的强度校核 .163.4.1 求蜗轮轴的功率 P2、转速 n2、转矩 T2.163.4.2 初步确定轴的最小直径 .173.4.3 轴的结构设计 .173.4.4 轴的强度计算 .183.4.5 安全系数的校核计算 .22第四章 胎体的设计与焊接工艺 .254.1 胎体的设计 .254.2 焊接工艺 .26致 谢 .28参考文献 .29- i -摘 要敞车翻转焊胎的工作原理是：敞车翻转焊胎包括动力装置、传动装置和工作装置、支撑装置和辅助装置组成。其工作原理是敞车翻转焊胎锁紧后将底架放在胎体上夹紧，然后进行焊接。底板上部焊接完成后通过减速装置将电机的高速运转变成 2r/min 左右的翻转，以减少冲击，由翻转装置带动底架翻转至所需要的焊接角度，焊接完成后车体调回原始位置，移出胎体。实施方案及主要研究手段是：本设计主要是为了实现机车底架的翻转焊接问题。机车的底盘是一个庞大的物体，而且有许多焊点，要使这个庞大的物体可以方便的焊接，需要有一个辅助机构来帮助实现。机车翻转焊胎是专门用来辅助焊接的设备，将待焊的机体固定在翻转焊胎上，通过控制电机的启动和停止来控制焊胎，使其翻转到合适的位置以便于焊接。主要研究手段是通过查阅资料和到工厂参观实习。选题的创新之处是：适用于不需要精确定位的场合，且是大型的焊接材板。操作简单，成本低，不需要培训工人，可以立即投入使用。利用涡轮蜗杆传动的自锁性来实现胎体的定位。此设备不仅可用于敞车底板的焊接还能用于汽车底板的焊接。预期研究成果或结论是：通过传动部分使电机的高速运转变成 2r/min 左右的慢慢翻转，以减少冲击，最终使其停在所需要的位置。为实现胎体的定位本设计出了利用电机的启、停控制外，还利用涡轮蜗杆传动的自锁性来实现。另外为实现夹紧的目的，设计中还用到了梯形螺纹的传动和传到特性。关键词：敞车；自锁；翻转；焊胎- ii -ABSTRACTThe flatcar turns over welds embryos principle of work is: The flatcar turns over welds the embryo including the power unit, the transmission device and the work installment, the blocking and the auxiliary unit composition. After its principle of work is the flatcar turns over welds the embryo locking, places the chassis on the carcass of tire to clamp, then carries on the welding. On after the ledger wall welds completes, through the decelerating device electrical machinerys high-speed operation turns about 2r/min the turn over, reduces the impact, drives the ledger wall by the turnover device to turn over to the welding angle which needs, after the welding completes, the chassis recalls the initial position, emigrates the carcass of tire.Implementation of programmes and major research tools are: the design is to achieve the overturned locomotive chassis welding problems. The locomotive chassis is a huge objects, and many solder joints, to make this huge object can be a convenient welding, the need for a supporting institutions to help achieve. Locomotive overturned welding child is devoted to supporting the welding equipment, welding will be fixed in the body welding fetal overturned, by controlling the motor start and stop to control the welding child to flip to the right position in order to weld . Through the main means of access to information and training to visit the factory. Topics of innovation is: do not apply to the precise positioning of the occasion, and a large plate of welding materials. Simple, low cost and do not need to train workers, you can immediately put into use. Use of the turbine worm drive to achieve self-locking of the carcass positioning. This equipment can be used not only gondola car chassis can also be used to weld the welding automobile chassis. Expected results or conclusions are: part of the electrical transmission through the high-speed operation into 2 r / min around slowly reversed to reduce the impact to the final stop in the required location. To achieve the positioning of the carcass to design the use of motor Kai, stopping control, the turbines also use the worm transmission and to achieve self-locking. In addition achieve clamping for the purpose, also used in the design of a trapezoidal thread of the transmission and spread.KEYWORDS: Locomotive；Self-Locking ；Turns Over；Welding Carcass of Tire济南大学毕业论文 第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 敞车翻转焊胎的作用本设计主要是为了实现敞车底架的焊接问题。由于敞车重约 7 吨，长 12 米，宽 3 米，而且有许多焊点，根据这些要求，我们需要设计一种辅助设备来实现庞大的敞车底架焊接问题，敞车翻转焊胎能够实现敞车底盘的焊接。机车车辆厂要对敞车底板各部位进行焊接操作，焊接方位、角度各有不同。为便于工作和保证焊接质量要求；设计了焊接敞车的专用设备敞车翻转焊胎。该设备主要是为了解决大型车辆底板的焊接问题的，这种设备主要用于定位不严格的场合，如果要想用于精确定位的场合，还须利用电气传动等技术。1.2 敞车翻转焊胎的发展状况国外的自动翻转焊接技术发展比较快而我国 70 年代新产品较多，而进入80-90 年代一直到现在几乎没有新产品问世但提出了一些新设想。无论国内还是国外总的发展趋势是朝着大体积、大吨位的方向发展但发展水平不太高。目前国内的现代化水平不高，离制动化和智能化控制还有一定的距离，有相当的企业还是用传统的机械控制。尽管科学技术迅速发展但是国内仍有相当部分的企业采用传统生产方式对他们来说立刻实现自动化和智能化无论从技术和财力上来说还不大现实。为了解决这种不足专门设计这样一台敞车翻转焊胎用于生产是在现实不过了。当然，随着科学技术的发展，对劳动强度的降低，生产的自动化和智能化是企业发展的必然趋势。不过现在设计一台这样是比较实用的。1.3 敞车翻转焊胎的优、缺点。该设备的优点：降低了工人的劳动强度，操作简单，安全适用，成本低，可立即投入使用，通过改装可以焊接不同尺寸的底板。该设备的缺点：自动化水平低，定位精度低。济南大学毕业论文 第二章 总体设计- 2 -第二章 总体设计为实现预定的工作要求，该设备有动力装置、传动装置、工作装置、支撑装置和辅助装置五部分组成。动力装置是一个设备的动力源泉，合理的选择关系到设备的正常运转和经济节约的问题。在这里选用交流电动机。传动装置在动力装置与工作机之间。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、蜗杆涡轮传动、带传动、链传动）和支撑件（轴、轴承、机体）两部分。它的重量和成本在机器中占很大的比重，其性能和质量对机器的影响也很大，因此合理的设计方案很重要。2.1 各零件的布置分析布置传动顺序时，一般考虑一下特点：（1）动的承载能力较小，且有弹性，比较柔软，传动相同转矩时的结构尺寸较其它传动形式大，带传动的优点是传动平稳，噪音很小和能缓冲减震，结构简单，对制造精度要求低，特别适用于中心距大的传动；过载时打滑，具安全保护作用，因此宜布置在高速级（转速较时，传动相同功率转矩较小） 。（2）链传动的特点是链传动与齿轮传动同属于啮合传动，但其链条是由金属构成的挠性件，这与带传动相似。与齿轮传动相比，具有以下优点和缺点：优点是与带传动相比没有弹性滑动，传动效率较高；传动比准确，可靠。同样的载荷下张紧力比带传动的小，传动中心距较大，能够适应恶劣的环境，可以在温度，多油，潮湿的环境工作，其工作寿命比正常的工作环境里会缩短；缺点是瞬时传动比和在都不均匀，不适合高速传动；不适于急速反向传动；工作时有噪声；重量比较重；制造价格高。 因此，链传动不均匀，有冲击，不适于高速级，应布置在低速级。（3）蜗杆传动可实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率较低，适用于中小功率、间歇运动的场合。当与齿轮传动同时同用，对采用铝铁青铜或铸铁作为涡轮材料的蜗杆传动，由于允许齿面有较高的相对滑动的速度，可将蜗杆传动布置在高速级，以利于形成润滑油膜，可以提高承载能力和传动效率。济南大学毕业论文 第二章 总体设计- 3 -（4）圆锥齿轮加工较困难，特别是大直径、大模数的圆锥齿轮，只有在改变轴的布置方向时采用，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小圆锥齿轮的直径和模数。（5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动性好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。（6）开式齿轮的工作环境更差，润滑条件不好，磨损较严重，寿命较短，应布置在低速级 1。（7）一般将改变运动形式的机构（如螺旋传动、连杆传动、凸轮传动）布置在传动系统的最后一级，并且常为工作机的执行机构。本设计选用带传动较好，可以减少冲击。传动结构如图所示1.电动机 2.联轴器 3.带轮传动 4.夹紧装置 5.轴承 6.涡轮蜗杆装置 7.齿轮装置 8.胎体装置图 2-1 敞车翻转焊胎的传动结构图 工作部分是一个设备正常运转的主体，其重要性不言而愈。支撑部分也很重要，也是一套设备是否合理的标志，是设备正常运行的保证。济南大学毕业论文 第二章 总体设计- 4 -2.2 电动机的选择2.2.1 选择电动机的类型和结构形式交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，使用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。故本次设计中选用交流异步电动机。2.2.2 选择电动机的容量电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件决定。电动机的发热与其运行状态有关。电动机的运行状态有三类，即长期连续运行、短期运行和重复短期运行。本设计条件是短期重复运行 2。电动机所需工作功率按式kw (21) WdP其中： kw (22)w10FvF工作机的工作阻力；v工作机的线速度；T工作机的阻力距；n工作机的转速；传动副的工作效率；(23)43210 带传动的效率 1=0.95；蜗杆传动效率 2=0.72；滚动轴承的效率 3=0.980.980.980.98；齿轮传动效率 4 =0.96；Fv=7367Nms ；所以 =0.950.720.960.980.980.980.98=0.53 ；53.0176dP=13.9(kw)2.2.3 确定电动机的转速翻转焊胎转速 n=2 r/min；V 带传动比 i1= 24；圆柱齿轮传动比 i2= 37；济南大学毕业论文 第二章 总体设计- 5 -蜗杆传动比 i3= 1070；总传动比 i = 601120；故电动机可选转速范围为：（2nd4）=(601120)2=120 2240(r/min）可选转速有 750、1000、1500r/min。考虑到容量和转速，有由关手册查处三种电机的型号，综合比较选 Y200-8L 型。其性能如下表所示：表 2-1 电动机的性能参数满 载 时型 号 额 定功 率转 速r/min电 流（380）A效 率%功 率因 数起 动电 流额 定电 流堵 转转 矩额 定转 矩最 大转 矩额 定转 矩Y200L-8 15 750 9.4 84 0.77 6.0 1.8 22.3 传动装置中各轴的运动和动力参数2.3.1 确定各轴的转速蜗杆转速： n 1=n/i1=730/2=365(r/min)涡轮轴的转速： n 2=n1/i2=365/41=8.9(r/min)大齿轮轴的转速： n3=n2/i3=8.9/4.5=2(r/min)2.3.2 确定各轴的功率输入蜗杆的功率： P 1=Pd=150.880.95=12.54 (kw)济南大学毕业论文 第二章 总体设计- 6 -输入蜗轮轴的功率： P 2=P1=12.540.420.98=5.16(kw)大齿轮轴的功率： P3=P2=5.160.960.98=4.86(kw)胎体转动功率： P4=P3=4.860.980.98=4.66(kw)2.3.3 确定各轴的转矩(2-5)wddnPT950其中： n w电动机满载转速；Pd电动机功率；故 T d=955015/730=196(Nm)蜗杆转矩： T 1=Td i1=19620.880.95=327.7（Nm）涡轮轴的转矩： T 2=T1 i2=327.7410.420.98=5530.13(Nm)大齿轮的转矩： T 3=T2 i3=5530.134.50.960.98=23412.36(Nm)胎体轴的转矩： T 4=T3 i4=23412.360.980.98=22485.23(Nm) 济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 7 -第三章 零部件的设计敞车翻转焊胎的各零部件设计是至关重要的，为了保证各零部件能够顺利安装必须注意其功能要求、工艺性要求、工艺性要求。3.1 概述3.1.1 对零件的要求a 功能要求 主要有强度、刚度、精度、寿命、耐热性、平稳性等，有时还需满足质量体积、噪声、防蛀、环保要求。b 工艺性要求 有利于毛胚的制取，机加工、热处理、装配、修理等工艺环节的实施，能实现装配、修理、更换的互换性。c 工艺性要求 要使综合经济效益高，合理的选择材料力求材料费用低；良好的结构工艺性，使标准化在一定的范围内，使设计尽量简化。d 能够保证操作者操作方便、安全；使设计的产品外观美丽 3。3.1.2 机械零件的设计计算机械零件的主要尺寸常需要根据强度、刚度、耐磨性等要求经过计算确定。由于零件的工作条件，复杂程度重要性不同的方法，甚至经验公式的计算。对于重要的零件应采用比较精确的计算方法。但在各种计算中，要对复杂的现象进行合理的假设与简化，虽然这样的计算不够准确，但精确度还是比较高的。3.1.3 机械零件的设计精度机械零件功能要求的实现，相当程度上依赖于组成该产品的各零件的几何精度。因此，零件的几何精度设计是实现产品功能的基础。在满足功能要求的前提下，精度的设计还必须充分考虑经济性要求。如果选择低精度的尽量选用低精度的，以便于提高产品性能价格比。但是，在评价精度设计的经济性时，还必须考虑到产品的无故障工作时间，随着科学技术的发展和生产力的提高人们可以在不断降低生产成本的条件下提高产品的精度。在零件装配前，应尽量按图纸检验零件的配合尺寸，合格零件才能装配。济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 8 -所有的零件要用煤油或汽油清洗，机体内不许有任何杂物存在，机体内壁应涂上防侵蚀的涂料 4。3.1.4 机械零件的润滑要求润滑剂对传动性能有很大的影响，起着减少摩擦、降低磨损和散热冷却的作用，同时也有助于减震、防锈及冲洗杂物，所以在技术要求上要求中应标明传动件及轴承所用的润滑剂牌号，用量、补充及更换时间。选择润滑剂时，应考虑传动的类型、载荷的性质及运动速度。一般对重载、高速、频繁启动、反复运转等情况，由于形成油膜条件差，温度高，所以应选用粘度高、油性好和积压性好的润滑油。例如蜗杆减速器，低速重载齿轮传动就属于这种情况。对轻载、间歇工作的传动件可取粘度较轻的润滑剂 5。当传动件与齿轮采用同一润滑剂时（两者对润滑剂要求不同） ，应优先满足传动件并适当兼顾轴承的要求。对多级传动，由于高速级和低速级对润滑剂粘度要求不同，选用时可取其平均值。一般齿轮减速器常用 40 号、50 号、70 号等机械油润滑剂润滑。对中、重型减速器，可选汽缸油、28 号轧钢机油、齿轮油(HL20、HL30)及工业齿轮油、极压齿轮油等润滑。对蜗杆减速器可用机械油、汽缸油、齿轮油及复合型润滑油润滑。传动件和轴承所用润滑剂的具体选择方法可参照手册。机体内装油量计算如前所述。换油时间取决于油中杂质多少氧化与被污染的程度，一般为半年左右。当采用润滑脂润滑时候，轴承空隙内润滑脂的填入量与速度有关，若轴承转速是 n1500 r/min，润滑脂填入最多不超过轴承间隙的 2/3；若轴承转速n1500r/min,则不得超过轴承间隙容积的 1/31/2 。润滑脂用量过多会使阻力增加，温升提高影响润滑效果 6。3.1.5 机械零件的密封要求在试运转中，所有联结面及轴身密封都不允许漏油。剖分面允许涂以封胶或水玻璃，不允许使用任何垫片。轴身处密封应涂以润滑脂。3.1.6 机械零件的密封要求在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙。应在技术要求中提出游隙大小。因为游隙大小将影响轴承的正常工作。游隙过大会使滚动体受载不均、轴隙窜动；游隙过小则会妨碍轴隙因发热而伸长，增加轴承阻力，严重时济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 9 -会将轴承卡死。当轴承支点跨度大、运转温升高时，应取较大的游隙。当安装固定的轴承结构中采用不可调间隙的轴承（如向心球轴承）时，可在端盖与轴承外圈面留有适当的轴向间隙（=0.250.4mm） ，以容许轴承的热伸长，间隙的大小可用垫片调整。其调整方法时，先用端盖将轴承顶紧到轴能够勉强转动，这时基本消除了轴承的间隙，而端盖的间隙 ，在用厚度为 +的调整片至于端盖与轴承的轴向间隙之间，拧紧螺栓，即可得到需要的间隙。垫片可用一组厚度不同的软钢薄片所组成，其厚度为 1.22mm。对可调间隙的轴承（如角接触轴承和圆锥滚子轴承） ，由于其内外圈是分离的或是可以相互窜动，所以应仔细调整其间隙位置，最后锁紧螺母即可。端盖与轴承之间的垫片不起调节作用，只起密封作用 7。在安装齿轮或涡轮后必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，所以技术要求必须提出这方面的具体要求，共安装后使用。侧隙和接触点是由传动精度确定，可用手册查出。传动侧隙的检查是可以用塞尺或铅片尺塞进相互啮合的两齿间，然后测量塞尺的厚度或铅片变形后的厚度。接触斑点的检查是在主动轮齿面上涂色，当主动轮齿传动 23 周后，观察从动轮的着色情况，由此判断接触区的位置及接触面积大小。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求的时候，可对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。对于圆锥齿轮减速器，可通过垫片调整圆锥齿轮位置。使两圆锥齿顶重合。对于蜗杆减速器，可通过垫片调整涡轮轴承垫片（一端加垫片，一端减垫片）使蜗杆轴心线通过蜗杆中间平面。对多级传动，当各级的侧隙合斑点要求不同时，应在技术要求中写明。3.1.7 对试验的要求做空载试验正反各转一小时，要求运转平稳、噪声小、连接固定处不松动。负载实验时，油池温升不得超过 35 摄氏度，轴承温升不得超过 40 摄氏度。3.2 箱体的设计3.2.1 铸件的设计进行铸件设计时，不仅要保证其工作性能和机械性能要求，还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求，并使铸件的具体结构与这些要求相适应。铸件的结构是否合理，即其结构的工艺性是否良好，对铸件的质量、生济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 10 -产率及其成本有很大影响。当产品是大批量生产时，铸件的结构应便于采用机器造型；当产品是单件、小批量生产时则应使所设计的铸件尽可能的在现有的条件下生产出来。若某些铸件需要采用金属铸造时、压力铸造或熔模铸造等特种铸造方法时，还必须考虑这些方法对铸件结构的特殊要求。铸件结构应尽可能使制模、造型、制芯、合箱和清理等过程简化，避免不必要的人力、物力的耗费，防止废品，并为实现机械化生产创造条件。因此，进行铸件设计时，必须考虑下列问题：a 铸件的外形应便于取出模型 铸件的外形在能满足使用要求的前提下，多可在一定范围内变动，因此，在设计铸件外形时，应从简化铸件工艺出发，使其便于取模，尽量避免操作费事的三箱造型、挖沙造型、活块造型及不必要的外部型芯。b 避免外部侧凹 铸件在起模方向若有侧凹，必须增加分型面的数量，这不仅使造型费工，而且增加了错箱的可能性，使铸件的尺寸误差增大。c 分型面尽量平直 平直的分型面可避免操作费时的挖沙造型或假箱造型，同时，铸件的毛边少，便于清理，因此，在尽力避免弯曲的分型面。箱体设计应考虑一下几个问题：a 箱体要有足够的刚度 箱体刚度不够，会在加工和工作中过程产生不允许的变形，引起轴承座孔中心线歪斜，在传动中产生偏差，影响减速器正常工作。因此，在设计中，首先应保证轴承座的刚度。此时，使轴承座有足够的厚度，并在轴承座附近加撑肋。当轴承是剖分式，还要保证它的连接刚度。箱体加肋肋有外肋和内肋两种结构形式。内肋刚度大，外表光滑美观，虽然内肋阻碍润滑油流动，工艺也比较复杂。但目前采用内肋结构逐渐增多。当轴承伸到机体内部时，则常用内肋。为了提高轴承座的连接刚度，座孔两侧的联结螺栓距离应尽量靠近，因此轴承座附近应做成凸台，其高度要保证安装时有足够定额扳手空间。为了保证箱体的刚度，箱体盖和箱体座的联结凸缘的宽度 B 应超过机体的内壁。b 因考虑便于箱体内零件的润滑、密封及散热 对于大多数减速器的箱体来说，由于其传动件的圆周速度 V12m/s,故常采用浸油润滑（当 V12m/s 时应采用喷油润滑） 。因此箱体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时，为了避免油搅动沉渣泛起，池顶到油池底面的距离 H 不应小于 3050mm 。由此，即可决定箱体的座高度。传动件的浸油深度为 h。对于下置式蜗杆减速器，浸油深度不应超过滚动轴承的最低滚动体中心，以免影响密封和增加搅油的损失。济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 11 -浸油深度决定后，即可定出所需油量。并按传递功率的大小进行演算，以保证散热。对于单级传动来说，传递 1kw 需增加油量 0.350.7 cm3；对于多级传动，按级数成比例增加，如不满足，应适当的增加机座的高度，以保证足够的容池溶积。当轴承利用机体内的油润滑时，可在剖分面联结凸圆上做出输油沟槽，使飞溅的润滑油沿箱体盖经油槽通过端盖的缺口流入轴承。采用不同的加工油槽方式。对于采用润滑的多级传动，当低级传动齿轮浸油深度超过 1/3 分度圆半径时，往往会使搅油损失过大，这时可减少低速级大齿轮的浸油深度，而高速级齿轮则利用溅油装置润滑。对于下置蜗杆减速器的箱体，当油面高度受到轴承最低滚动体高度的限制时，蜗杆常接触不到油面，这时可在蜗杆减速器上装减油盘，以使油溅到传动件上而进行润滑。当传动件（如蜗轮）转速较低时，若轴承需要利用机体内的油进行润滑，则可在靠近传动件处安置刮油板，其端油面靠近传动件端面，运转时将油从轮上被刮下，并引入轴承中。为了保证机盖和机座联结处密封，联结凸缘应有足够的宽度，联结表面应精刨，其表面粗糙度应不大于 6.3m。密封要求的表面要经过刮研。为了提高密封性，在机座凸缘上面常铣出回油沟，使渗入凸缘联结缝隙面上的油重新回到机体内部。对于蜗杆减速器，由于发热过大，应进行热平衡计算。机体大小要考虑散热面积的需要，若经平衡计算不符要求，可适当的增加机体尺寸或增设散热片和风扇。散热片的方向应与空气流动方向一致。发热严重时还应在油池内设置蛇形冷却水管，或改用循环系统，以降低油温。c 箱体结构要有良好的工艺性 箱体结构工艺性好坏，对提高精度和装配质量、提高劳动生产率以便于检修维护等方面，会有直接影响，故应特别注意。在设计铸件机体时，应考虑到铸造工艺特点，力求形状简单、壁厚均匀、过渡平缓、金属不要局部积聚。考虑到液态金属流动的畅通性，逐渐壁厚不可太薄，沙形铸造圆角可取 r5mm。为了避免因冷却不均匀而造成的内应力裂纹和缩孔，机体各部分壁厚应均匀。当由较厚的部分过渡到较薄的部分时，应采用平缓的过渡结构。设计箱体时，应采用机体外形简单，拔模方便。为了便于拔模，铸件沿拔模方向有 1：101:20 的拔模斜度。对于铸造机体，还应尽量减少沿拔模凸起结构，否则在模型上就要设置活块，以减少拔模困难。当机体表面有几个凸起济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 12 -部分时，应尽量将其连成一片，以简化取模过程。箱体上还应尽量能避免出现裂缝，否则砂型强度不够，在取模和烧铸时易形成废品。设计结构形状时，应尽量减少机械加工面积，以提高劳动生产率，并减少刀具磨损。为了保证加工精度并缩短加工工时，应尽量减少在加工时工件和刀具的调整次数。例如同一方向的加工平面，应尽量一次调整加工成功。所以，各轴承座端面都应在同一平面上。箱体的仍可一部分加工面与非加工面必须严格分开。例如，箱体盖的轴承座端面需要加工，因而，应当突出，与螺栓头部或螺母接触的支撑面，应尽量进行机械加工 8。3.2.2 铸件的联接设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。a 铸件的结构圆角 铸件壁间的转角处一般应具有结构圆角，这是由于：直角联接处形成金属积聚，而内侧散热条件差，故较容易产生缩孔和缩松；在载荷作用下，直角处的内侧产生应力集中，使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加；在一些合金的结晶过程中，将形成垂直与铸件表面的柱壮晶，若采用直角联接，则因结晶方向性，在转角的分角面上，形成了整齐的分界面，在此则因结晶的方向性，在转角的分角线上，形成整齐的分界面，在此分界面上集中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。上述诸因素均使铸件转角处的机械性能下降，较易产生裂纹。当铸件采用圆角结构时，可以克服上述之不足，提高了转角处的机械性能。此外，铸造外圆角还美化铸件的外形，避免划伤人体，铸造内圆角还可以防止金属液流将型腔尖角冲毁。总前所述，圆角是铸件结构的基本特征，不容忽视。铸造内圆角的大小与铸件的壁厚相适应，通常应使转角处内接圆直径小于相邻壁厚的 1.5 倍，过大则增大了缩孔的倾向。b 避免锐角接触 为了减少应力集中现象和热节现象，应避免铸件壁间的锐角联接。c 壁厚和壁间的联接要逐步过渡 铸件各部分的壁厚往往难以做到均匀一致，甚至存在很大的差别。为了减少应力集中现象，应采用逐步过渡的方法，防止壁厚的突变。d 防裂筋的应用 为了防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋，为防裂筋能起到应有的效果，筋的方向必须与机械应力一致，而且筋的厚度应为联接厚济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 13 -度的 1/41/3。由于防裂筋很薄，故在冷却过程中迅速凝固而具有较高的强度，从而增大壁间的联接力。防裂筋常用铸钢、铸铝等易热裂合金。必须指出的是，由于各类铸造合金的铸造性不同，因而 他们的结构也各有特点。普通灰口铸铁因其缩孔、缩松、热裂倾向小，所以对铸件的壁厚的均匀性、壁间的过渡、轮辐形式等要求均不象铸钢那样严格，但其壁厚对机械性能的敏感性大，故以剥壁结构最为适宜。另一方面，也要防止极薄的截面，以防止出现硬脆的白口组织。灰口铸铁的牌号愈高，因铸造性能随之变差，故对铸件结构的要求也愈高，但孕育铸铁可设计成较厚铸件 9。综上所述箱体采用的材料是 HT200，由于是蜗轮蜗杆减速器查机械设计手册知：箱座的臂厚 =0.04a+38 ；由于 a=400mm，=0.04400+3=19(mm)，所以满足条件 =20mm；由于蜗杆在上所以箱盖的壁厚 1=20mm；箱盖的凸缘厚度 b 1=1.5=1.520=30(mm)；箱座的凸缘厚度 b=1.5=1.520=30(mm)；箱座底凸缘厚度 b 2=2.520=50(mm) ；地脚螺钉的直径 d f=0.036a+12=26.4(mm)；地脚螺钉的数目 n4；轴承旁联接螺栓的直径 d 1=0.75df=0.7526.4=12(mm)；盖与座联接螺栓的直径 d2=(0.50.6)d 1=（0.50.6）12=（67.2）mm；箱盖、箱座肋厚 m 1=0.851=0.8520=17(mm)；蜗轮处圆与箱壁距离 116mm；蜗轮轮毂端面与内壁距离 10mm；3.3 蜗轮蜗杆的传动设计蜗杆传动用于交错轴间传递运动及动力，通常交错角为 90，主要优点：传动比大，工作稳定、噪声低、结构紧凑、可以自锁；缺点：效率低 10。已知：输入功 P=12.54kw,蜗杆的转速 n=365r/min,传动比i2=41,Lh=12000h。济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 14 -3.3.1 选择蜗杆的传动类型由于渐开线蜗杆（ZI ）比较容易加工所以被选用。3.3.2 选择材料由于传动传递的功率不大，速度不高等故蜗杆用 35CrMo；因希望效率高些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火；硬度为 45-50HRC。涡轮用铸锡磷青铜（ZcuSn10PI） ；金属模铸造。仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT200 制造11。3.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距(3-1)322(） HEZkTa1)确定作用在蜗轮上的转矩 T2按 Z1=1，估取效率 =0.7，则= = = = （Nmm2T2605.9nP216/05.9in41/3657.02.9629）2)确定载荷系数 K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 K=1；由表 11-5 选取使用系数 KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 KV=1.05；则K=KAKKV=1.1511.051.213)确定弹性影响系数 ZE因选用的是铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故 ZE=160Mpa1/2。4）确定接触系数 Z先假设蜗杆分度圆直径 d1和传动中心距 a 的比值 d1/a=0.3，从图 11-8 中可查得 Z=3.0。5）确定许用接触应力 H根据涡轮材料为铸锡磷青铜 ZcuSn10PI,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从表 11-7 中查的涡轮的基本许用应力 H=270Mpa应力循环次数 6104.1204365260IhjnN寿命系数 7.867HNK济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 15 -则 H= K HN H=1.057270=285(Mpa)6)计算中心距 (mm)378)250.16(4.9213 a取中心距 a=400mm，因 i=41，故从表中取模数 m=16mm，蜗杆分度圆直径d1=140mm，这时 d1/a =0.35，从图 11-8 中可查得接触系数 Z=2.9，因为Z Z 所以上计算的结果可用。3.3.4 蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸1)蜗杆轴向齿距 p a=m=3.1416=50.24(mm)直径系数 q= d1/m=8.75齿根圆直径 df1=d1-2hf1=d1-2(h a+c)m=140-2(1+0.2)16=101.6(mm)分度圆导程角 52.67.8rctnartqz蜗杆轴向齿厚 （mm）1.4321ms涡轮变形系数 25.0602 dx2)涡轮涡轮齿数 Z2=41；变位系数 x2=0.125；验算传动比 ，这时传动比误差为 ，i411z %5.20.41是允许的。涡轮分度圆直径 d 2=mz2=1641=656(mm)涡轮喉圆直径 d a2=d2+2ha2=(656+2161.125)=692(mm)涡轮齿根圆直径 d f2=d2-2ha2=656-2161.075=621.6(mm)顶圆直径 d e2da2+2m=692+32=724(mm)所以取 d e2=712mm涡轮咽喉母圆半径 (mm)2gr 5469214012a3.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度(3-2)53.12FFaFYmdkT 济南大学毕业论文 第三章 零部件的设计- 16 -当量齿数 84.152.6cos4332）（zv根据 x2=0.125，z v2=41.84，从图 11-9 中可查得齿形系数 YFa2=2.35螺旋角系数 9.014.Y许用弯曲应力 F= FK FN从机械手册表 11-8 中查得由 ZcuSn10PI 制造的蜗杆的基本许用弯曲应力应该是 F=56Mpa。寿命系数 K FN= =0.8696104.3 F=560.86=48 （MPa ）(MPa)25.3.5216540.23.1弯曲强度是满足的 12。3.3.6 蜗轮、蜗杆的几何尺寸x2=0.125；=20 ； a=400mm;z1=1；z 2=41；d 1=140mm；d 2=656mm；da1=d1+2ha1=d1+2h am=140+216=172(mm)；df1=d1-2hf1=d1-2(h a+C )m=140-21.216=101.6(mm)；b1(8+0.06Z2)m=(80+0.0640)16=167.36(mm)；取 b1=170mm；da2=d2+2ha2=d2+2m(h*a+x2)=656+216(1+0.125)=692(mm)；b20.75da1=0.75172=129(mm)；(mm)；gr 5469214012adSa=m/2=25.12mm；S n= Sacos=25.12cos6.25=24.96(mm)；St=(0.5+22tan)m=(0.5+20.125tan20)=26.59（mm） ；l=(1.21.8)d=1.44125=180(mm)3.4 蜗轮轴的强度校核3.4.1 求蜗轮轴的功率 P2、转速 n2、转矩 T2取蜗轮的传动效率 =0.42，则P2=12.5