台式焊接回转台设计与总成-机械设计制造及其自动化毕业设计

1、台式焊接回转台设计与总成摘要:焊接回转台已成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅助机。就型式系列和品种规格而言，已问世的约有十余个系列，百余个品种规格，焊接回转台的制造正在形成一个新兴行业。但是，有关焊接回转台的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题。本题目是设计能进行全位置焊接的变位机械。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机选择、减速器的选择、各个轴和轴承的确定以及校核等等。设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括：电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强

2、度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。最后使用CAD软件将相关的零件图、总装图绘制出来。选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学、金属工艺学、Autocad等。关键词：焊接回转台; 无极减速器; 机械设计Desktop welded turret design and assemblyABSTRACT:Welding positioner has become indispensable manufacturing equipment, in the welding area it designated as welding auxiliary machines. S

3、eries and products specifications on the type of case, has been available, and nearly a dozen more series, more than one hundred varieties and specifications, is forming a new industry.This subject is designed for all position welding of Block Variable-bit machines. Mainly on the welding machine of

4、the rotary turning the control, motor selection, the choice of reducer, worm shaft and bearing all the determination and checking, and so on.The specific process design is based on pre-load and required welding speed to determine the equipment needed to motor types, including: motor speed, rated pow

5、er, voltage and current, calculated on the basis of this axis and the corresponding parts of the model size, and its associated strength, service life can be checked. Fragment using CAD software, the relevant parts diagram, assembly drawing out. KEY WORDS: welding positioner, level reducer, mechanic

6、al design目 录第1章 焊接变回转台的性能及结构 51.1 概述 51.2 关于焊接变位机械的几个定义和基本的要求 61.3 几种常见的焊接回转台的特点 101.4 焊接回转台功能及结构形式 101.5 主自由度及全功能焊接回转台 12第2章 焊接回转台方案设计 132.1 焊接回转台整体方案设计 132.2 焊接回转台的设计 142.3 电动机选择 152.4 计算回转传动装置的运动和动力参数 172.5 计算倾覆传动装置的运动和动力参数 20第3章 回转机构的设计计算 223.1 高速蜗轮蜗杆传动 223.2 齿轮传动 243.3 低速蜗轮蜗杆传动： 27第4章 倾覆机构的设计计算

7、 304.1 齿轮传动设计计算 304.2 蜗轮蜗杆传动设计计算 32第5章 轴的设计 355.1 高速蜗杆轴 355.2 高速蜗轮轴： 405.3 低速蜗杆轴 455.4 手轮轴 505.5 倾覆蜗杆轴 52第6章 滚动轴承的计算 546.1 高速蜗杆轴 546.2 高速蜗轮轴 556.3 低速蜗杆轴 576.4 手轮轴 586.5 倾覆蜗杆轴 59第7章 连接的选择和计算 617.1 键的选择 617.2 连轴器的选择 61第8章 润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 62第9章 箱体及其附件的结构设计 639.1 箱体的结构设计 639.2 附件的结构设计 63设计总结 65致 谢 66

8、参考资料 67第1章 焊接变回转台的性能及结构1.1 概述我国自“七五”以来，有一些厂家开始生产焊接回转台，载重量在0.5100t之间，大都是坐式的。典型产品为沈阳电工机械厂生产的1.525t坐式焊接回转台，不仅用于焊接一般的焊件，也用于封头内表面的带极堆焊，性能不错。国产焊接回转台，特别是中小型焊接回转台，已能满足一般焊件的施焊要求。但从整体看，无论品种规格还是性能质量，与先进工业国家相比仍存在差距，特别是大吨位焊接回转台，在速度平稳性、回转精度、驱动功率指标、与焊接操作机的联机动作等方面，存在着较大差距。配合焊接机器人使用的焊接回转台，分同步协调动作（机器人与回转台同时动作完成焊件的焊接）

9、和非同步协调动作（机器人施焊时，回转台不动作）两种。前者要求很高的定位精度、轨迹精度及运动平稳性，在机器人的联机控制上也很复杂，需采用计算机控制，主要用于空间复杂曲线和曲面的焊接，我国已有设计制造能力。后者仅要求到定位精度，在与机器人的联机控制上，只在每道焊缝施焊初始与终了时才发生通信联系，现在我国已有成熟产品。在先进工业国家，焊接回转台已标准化、系列化，并由专门厂家生产，技术指标先进，品种规格齐全，不仅有各种结构形式的通用焊接回转台，也有配合焊接机器人使用的高精度回转台。在国外的众多生产厂家中比较著名的有德国Severt公司、德国CLOOS公司、美国Aroson公司、日本松下公司。 现在我国

10、生产焊接回转台的厂家已经不少，大都不成规模。以焊接滚轮架为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接滚轮架设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。我国焊接回转台的发展和应用，近十年来，工程机械行业带了一个头。首先是大型企业和外资企业应用，外资企业达到了不落地焊接。目前，在股份制企业的技术改造中，逐渐向外资企业看齐，展望未来，我国焊接回转台会得到健康的发展。本课题主要是针对台式焊接回转台机构进行设计计算，了解其工作原理及内部结构，运用所学知识，设计出实际可用的产品。焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造

11、、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。同时焊接件的设计越来越大，对生产效率的要求也越来越高。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、效率要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。通过焊接回转台工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位与焊接操作机配合使用，实现焊接的机械化、自动化，提高焊接的效率和焊接质量。而设计焊接回转台正是相对于此产生的。1.2 关于焊接

12、变位机械的几个定义和基本的要求1.2.1 焊接变位机械的含义和分类焊接变位机械总的来说就是是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成自动化、机械化焊接的各种机械设备。使用这些焊接变位机械可以提高劳动生产效率，缩短焊接辅助时间，保证和改善焊接质量，减轻工人劳动强度，并可充分发挥各种焊接方法的效能。焊接变位机械的分类及各类所属设备如下：焊机变位机械焊工变位机械焊件变位机械电焊渣立架焊接操作机焊工升降台焊接翻转机焊接回转台焊接滚轮架焊接变位机焊接变位机械图1-1 焊接变位机械分类 各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。

13、1.2.2 焊接回转台的类型和基本原理它的类型很多，可以分为焊件变位机械，焊机变位机械和焊工变位机械，按照结构特点又可以分为若干类：图12变位器的派生形式示意图1.2.3 焊件变位机械的构件组成焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或者既能翻转又能回转，使工件处于最便于装配和焊接的位置。包括：A翻转机：能够实现焊件的翻转或倾斜，其运动特点是工件绕水平轴旋转，如图1-3所示。图13 焊接翻转机（左图：大型焊接翻转机作业 右图：中型焊接翻转机）B回转台：它能使工件绕垂直轴或倾斜轴旋转，主要用于回转体工件上环形缝的焊接、堆焊或切割。其转速一般要求匀速转动。为了传动平稳，减轻主轴受力，常在大型

14、垂直轴式回转平台的下面设支承滚轮；倾斜轴式回转台夹持大型圆柱（锥）体工作时，则在工件外表面设支承滚轮，如图1-4所示。图14 焊接回转台（左图：中型焊接回转台作业 右图：大型焊接回转台）C滚轮架：用两排滚轮支承回转体状工件并使其绕自身轴线旋转的机械装置。回转体的旋转是由主动滚轮带动，靠它们之间的摩擦力而实现的。除可用于回转体工件的装配和焊接外，还可用于非回转体体工件的焊接和装配，这时工件需在支承环内，由滚轮架带动支撑环而实现旋转，如图1-5所示。图15 焊接滚轮架（左图：大型焊接滚轮架作业 右图：中小型焊接滚轮架）D变位机：在焊接作业中将焊件回转并倾斜，主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非

15、长形焊件的翻转变位，如图1-6所示。图16 焊接变位机（左图：双座式焊接变位机作业 右图：小型焊接变位机）1.2.4 焊接变位机械的新发展A 上车架总成同步空间定轨迹翻转机 CAT系列履带式挖掘机的上车架总成，工件尺寸庞大，并且需要正反面加工，如用普通翻转机，装夹很不安全，而且占地空间非常庞大。该机设计采用空间定轨迹变位技术，使工件在原地翻转，最大限度地节省了占地空间。箱型变位结构采用双驱动同步控制，有效保证空间变位时运动的平稳性。而翻转过程中工件的重心先被提升，再下降，从而使工件原始的装夹位置较低，并采用由PLC控制的传感器测控同步系统，可对运行误差进行实时控制，使操作的安全性大大增加。与普

16、通翻转机相比，具有操作高度低，安全系数大，占地空间小等特点。同时，采用了普通电机非相关驱动同步控制技术，其制造成本远小于伺服电机驱动系统。B 下车架总成双立柱升降式空间变位机该机用于CAT系列履带式挖掘机下车架总成结构件的焊接。下车架总成呈扁状型箱式结构，焊接要求全空间变位，由于结构庞大，在空间变位时，不仅场地受限制，安全也存在问题。按以上要求研制的变位机。采用全空间变位设计：工作台可作360度连续旋转，同时可作360度空间翻转。保证了焊接位置的最优化变位。不仅方便了焊接生产，也大大提高了安全系数。C 挖斗总成三轴空间焊接回转台 由于挖斗的焊缝较分散，一次装夹焊接时焊缝的高低落差很大，操作不方

17、便，针对该情况，上海交通大学焊接工程研究所设计的变位机工作台具有升降、倾翻、旋转3种运动方式，特别适合具有复杂焊缝的大型工件的全方位变位焊接。 1.3 几种常见的焊接回转台的特点1双立柱单回转式回转台：该种回转台适合压路机架、装载机的后车架等工程机械长方形结构件的焊接，其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回转方向运转，另一端随主动端从动。两侧立柱可设计成升降式，以适应不同产品的生产。这种形式的回转台的缺点是只能在一个圆周方向回转，作业时要注意焊缝的形式是否适合。2 U型双座式头尾双回转型与双立柱单回转式相比，此型焊接回转台又增加了一个旋转自由度。这种焊接回转台的焊接空间很大，工件可以被旋

18、转到需要的位置，设计先进，已经在很多地方成功使用。3 L型双回转焊接回转台该种回转台的工作装置为L型，有两个方向的回转自由度，且两个方向都可以任意回转。开徜性好，容易操作，焊接效果不错，很受使用者的欢迎。4 C型双回转焊接回转台C型回转形式与L型回转台原理相同，只是为了方便夹具的设计，根据结构件的外形，回转台的工作装置有些变动。该种回转台适合焊接装载机的铲斗、挖斗等部件。1.4 焊接回转台结构形式及性能要求焊接回转台按结构形式可分为三种：1.伸臂式焊接回转台，如图1-7所示，其回转工作台绕回转轴旋转并安装在伸臂的一端，伸臂一般相对于某一转轴成角度回转，此转轴的位置多是固定的，但有的也可在小于1

19、00的范围内上下倾斜。这两种运动都改变了工作台面回转轴的位置，从而使该机变位范围大，作业适应性好，但这种形式的回转台，整体稳定性较差。伸臂式的焊接回转台在手工焊中应用较多。 2.座式焊接回转台，如图1-8所示，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支撑在机座上，工作台以焊速做回转运动，倾斜轴通过扇形齿轮或液压缸，大都在110140的范围内恒速或变速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于0.550t焊件的翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用最广的结构形式。常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。 3.双座式焊接回转台，如图1-9所示，该机不仅稳定性好，而且如果设计得当，可使焊

20、件安放在工作台上后，随工作台倾斜的综合重心位于或接近倾斜机构的轴线，从而使倾斜驱动力矩大大减小。因此，重型焊接回转台多采用这种结构。1回转工作台2伸臂3倾斜轴4转轴5机座 图1-7 伸臂式焊接回转台图1-8 座式焊接回转台 图1-9 双座式焊接回转台一般，通用的焊接回转台械应具备的性能是：1 焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围，稳定的焊接运行速度，以及良好的结构刚度。2 对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。3 在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。4 与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其

21、到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在0.12mm之间，最高精度应可达0.01mm。5 回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。6 有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。7 整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等赃物，应易被清除。8 焊接回转台械要有联动控制接口和相应的自保护功能，以便集中控制和相互协调动作。9 工作台面上应刻有安装基线，并设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器和夹紧机构。10 兼做装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。11 用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、

22、绝缘等方面的要求。1.5 主自由度及全功能焊接回转台如果一台变位机拖动焊件，仅做直线运动，那怕是三维的，也不可能改变焊缝的姿态，满足施焊要求。也就是说，变位运动是回转运动，称此回转运动为变位机的主自由度。还可以做这样一个假设：在X、Y、Z直角坐标系下，设有一空间直线焊缝，绕Z轴可在360范围内回转，且这个Z轴连同这一焊缝又可绕X（或Y）轴在180范围内回转，那么，经此变位的焊缝，便可变到船角焊位置进行施焊作业。换言之，一个焊口由两个面的共线MN和夹角组成，在上述两个回转范围内，经恰当的回转，便可使其共线MN 与水平面平行，且这两个面与水平面的夹角相等，各为/2，即变为船角焊位置。这个假设是说，

23、任何复杂焊件，只要装在主自由度为一个全回转和一个半回转的焊接回转台上，即可实现船焊要求。我们称这种双回转式焊接回转台为全功能变位机。第2章 焊接回转台方案设计焊接回转台是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。使用焊接回转台械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。2.1 焊接回转台整体方案设计2.1.1 座式焊接回转台的用途及结构形式座式焊接回转台（如图2-1）是焊接回转台的一种，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支撑在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过扇形齿或液压缸，多在90140的范围内恒速或变速倾斜。该机

24、稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于0.550t焊件的翻转变位。常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。图2-1 座式焊接回转台2.1.2 焊接回转台的驱动系统焊接回转台工作台的回转运动，多采用直流电动机驱动，无级变速工作台的倾斜运动有两种驱动方式：一种是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜（图2-1）或通过螺旋副使工作台倾斜（应用不多）；另一种是采用液压缸直接推动工作台倾斜。这两种驱动方式都有应用，在小型变位机上以电动机驱动为多。工作台的倾斜速度多为恒定的，但对应用于空间曲线焊接及空间曲面堆焊的变位机，则是无级调速的。另外，在驱动系统的控制回路中，应有行程保护、过载

25、保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。工作台的回转运动应具有较宽的调速范围，国产变位机的调速比一般为1:33左右；国外产品一般为1:40，有的甚至达1:200。工作台回转时，速度应平稳均匀，在最大载荷下的速度波动不得超过5% 。另外，工作台倾斜时，特别是向上倾斜时，运动应自如，即使在最大载荷下，也不应产生抖动。2.1.3 方案简介本设计主要针对0.1t焊接回转台的回转机构进行设计，该设计要求焊接回转台的载重量为100kg，最大回转力矩为44999Nm，最大倾斜力矩为1039Nm，工作台回转速度为0.040.8r/min，工作台倾斜速度为0.25r/min，工作台倾斜角度为090。设计中，其

26、回转系统由0.85KW交流电动机，通过摩擦式无级变速器第一级蜗杆减速配齿齿轮第二级蜗杆减速后，带动工作台回转，该系统总传动比在124024800之间，无级可调。工作台的许用回转力矩为50000Nm。设备要求交流380V供电、有足够的光照及通风换气条件、工作场地，环境温度应不超过40，相对湿度90%以下，海拔不超过1000m。2.2 焊接回转台的设计1 回转机构传动简图 图2-2 焊接回转台回转机构传动简图2 倾覆机构传动简图图2-3 焊接回转台倾覆机构传动简图3 原始数据1 载重量 100Kg2 最大回转力矩 44999Nm3 最大倾斜力矩 1039Nm4 工作台回转速度 0.040.8r/m

27、in5 工作台倾斜速度 0.25r/min6 工作台倾斜角度 0904 工作条件使用年限4年（设每年工作300天），每天工作10小时，载荷平稳，环境清洁，有较好的通风条件。2.3 电动机选择1 选择电动机类型：按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2选择电动机的容量：1） 根据1（2-4）式，工作机所需功率： 式中：G工作台和工件综合重量（kW）；N回转轴的驱动力矩（kW）；n回转轴的最大转速（r/min）；回转系统的传动效率；Mf轴承处的摩擦力矩（）2） 设计方案的总效率式中：弹性联轴器（2个）圆锥滚子轴承的传动效率（4对），无极变速器 单头蜗杆 齿轮传动

28、（脂润滑） 滚子轴承 自锁蜗杆根据6表1-7，取=0.99，=0.98，=0.92，=0.70, =0.94，=0.98, =0.40则：=3）根据1（2-5）式，轴承处摩擦力矩：=0.5f()式中：f轴承处的摩擦因数； 、A、B处（图2-4a）的轴径； 、=90、=0时A、B处的合成支反力，按表2-1中的公式计算。图2-4 回转机构的受力状态a）回转轴倾斜角为时 b）回转轴倾斜角为min时 c）回转轴倾斜角为90时表2-1 回转轴支反力与力矩的计算公式注：表中R回转轴从动齿轮或蜗轮的半径；Fa1、Fb1A、B截面上的垂直支反力；Fa2、Fb2A、B截面上的水平支反力；Fa、FbA、A截面上的

29、合成支反力。从表2-1中取：= =根据图2-4，初步估算得出：l=120mm;h=200mm;k=120mm;e=500mm;R=240mm将以上数据代入公式得：5830.88 N 5226.56 N所以（2-5）式得： =0.50.08（5830.880.22+5226.560.024）=101.4876因此（2-4）式工作机功率：N=0.8312 确定电动机的型号：电动机的转速为1000r/min，功率为0.85KW 参考交流电机各项参数，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，因此选定电动机型号为YD90S6，其主要性能、外形和安装尺寸如下表：电动机型号额定功率/kW

30、满载转速/(r/min)堵转转矩最大转矩质量/kg额定转矩额定转矩YD90S60.8510002.02.023中心高H外型尺寸L（AC/2+AD）HD脚底安装尺寸AB90310（175/2+155）190140100轴伸尺寸DE地脚螺栓孔直径K装键部位尺寸FG2450108202.4 计算回转传动装置的运动和动力参数A 确定传动装置的总传动比和分配传动比电动机型号为YD90S6，满载转速=1000r/min。1、 计算总传动比由选定电动机满载转速和工作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为： 2、 分配减速器的各级传动比由于变速范围为0.8rpm0.04rpm,需要的调节传动比为=20变速由无

31、级变速器和配齿齿轮实现，根据4表1-16传动比可以取为： =15； =40； =0.52； =62 则：=1240 计算最大传动比误差：最低转速nmin= 则误差为：因此误差范围满足要求B 计算传动装置的运动和动力参数1、计算各轴转速电动机满载速度：=1000r/min 1 15 1 无级变速器输入轴： 无级变速器输出轴： 高速蜗杆输入轴： 高速蜗轮输出轴： 低速蜗杆输入轴： 低速蜗轮输出轴： 2、计算各轴输入功率 电动机功率：=0.85kW =0.99；=0.99；=0.99 ；无级变速器输入轴： 高速蜗杆输入轴： 低速蜗杆输入轴： 工作台回转轴： =0.48450.980.4=0.1899

32、3、计算各轴输入转矩 电动机输出转矩：无级变速器输入轴： 高速蜗杆输入轴： 低速蜗杆输入轴： 工作台回转轴： C 运动和动力参数计算结果整理于下表轴名效率PkW转矩TNm转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴0.858.117510001.000.99无级变速器输入轴0.84150.83298.047.98150.90高速蜗杆输入轴0.736420800.64低速蜗杆输入轴0.457362.000.39工作台回转轴0.18990.17692.5 计算倾覆传动装置的运动和动力参数1）根据1（2-6）式，计算倾覆机构的最大力矩：式中：G工作台和工件综合重量；h综合中心高，即离回转支承点

33、A截面的距离；e综合重心的偏心距，即偏离工作台回转中心的距离。 初步估算得： 则2）计算总倾覆机构总传动效率：式中：球轴承的传动效率；圆锥滚子轴承的传动效率（2对）；齿轮传动（脂润滑）； 自锁蜗杆根据6表1-7，取=0.99，=0.98，=0.97，=0.45,则：=3）假设： 则： 计算总传动比： 分配传动比： i齿轮=2 i蜗轮=601、 计算转速：手轮轴：蜗杆轴：工作台：2、 计算功率：手轮轴：蜗杆轴：工作台：3、 计算转矩：手轮轴：蜗杆轴：工作台：4、运动和动力参数计算结果整理于下表轴名效率PkW转矩TNm转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出手0.06520.693010.99

34、手轮轴0.0650.06420.6920.483020.95蜗杆轴0.060.058838.9438.1615600.441工作台0.0260.02510391018.220.25第3章 回转机构的设计计算3.1 高速蜗轮蜗杆传动已知条件：输入功率： 传动比i=40蜗杆最大转速：1000r/min 蜗杆最大转矩： 1、 选择蜗杆传动类型: 阿基米德（）蜗杆2、材料及热处理：蜗杆选择材料为45钢（调质），表面淬火，硬度为4555HRC；蜗轮材料为铸锡磷青铜Z，金属模铸造；蜗轮轮芯用灰铸铁HT200制造。3、 按齿面接触疲劳强度进行设计（1） 确定作用在蜗轮上的转矩(2)确定载荷系数K： 由3表7

35、.5选取使用系数 齿向载荷分布系数 由于转速不高、冲击不大、取动载系数 则：K=(3)确定材料弹性系数： 由钢蜗杆与铸锡青铜相配，材料弹性系数(4)确定接触系数： 先假设：，从3图7.7可查得(5)确定许用接触应力： 由蜗轮材料2，金属模铸造，蜗杆硬度45HRC。从3表7.7中查得蜗轮的基本许用应力计算循环次数：N=60j寿命系数：则：(6)根据3公式（7.9）确定中心距： a取中心距a=125mm。由i=40从3表7.2中取模数m=5mm蜗杆分度圆直径，这时对应，故以上计算结果可用。4、 蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸(1)蜗杆 查3表7.2和7.3 蜗杆头数，轴向齿距直径系数q=10；齿顶

36、圆直径齿根圆直径分度圆导程角= (2)蜗轮蜗轮齿数取，变位系数，蜗轮分度圆直径：蜗轮喉圆直径蜗轮顶齿高蜗轮齿根圆直径蜗轮齿根高蜗轮齿宽蜗杆有效长度 所以 55mm5、 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：由.查3图7.8得螺旋角系数：则齿根弯曲疲劳应力由表7.8中根据蜗轮材料2可查得基本许用应力弯曲应力寿命系数则许用弯曲应力由于6、确定蜗杆传动的精度等级： 一般精度要求中等速度，选择精度为8级。7、 热平衡校核计算：根据3公式（7.17）， 则：48 满足散热要求。 8、 由此设计有模数分度圆直径导程角齿数蜗杆5505.711蜗轮52155.71413.2 齿轮传动输入功率：0.52KW 小齿轮转速

37、：2.5r/min 传动比i=2转矩：1421NM 载荷系数：1.66 寿命：12000h1、 选精度等级、材料及齿数：(1) 材料及热处理：选择小齿轮材料为40(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。(2) 精度等级选用8级精度(3) 试选小齿轮齿数,大齿轮齿数2、 按齿面接触强度设计由3图6.12取由3表6.3取取 由3图6.14选取由3表6.5选取由3图6.16选取所以K=，由3表6.2选取；取取；取，所以K=1.663、计算（1） 计算小齿轮分度圆直径d1 =135.25mm （2） 确定中心距a 经过圆整，a=220m

38、m（3） 选定模数m、齿数、 初选，=0，则=i=223=46 代入上式得： 由标准取m=6mm，则 因为 i=， 所以 取，则 齿数比 齿轮参数定为：a=220mm m=6mm 计算齿轮分度圆直径小齿轮： 大齿轮： （4） 齿轮宽度：按强度计算要求，查4表9-41取齿宽系数为=0.4,则齿轮工作宽度： b=60mm为防止两齿轮因装配后轴向错位而导致实际啮合齿宽的减小，取小齿轮宽度 （5） 确定许用应力查3图6.14得=700Mpa，=650Mpa；查3图6.15得=600Mpa，=470Mpa；查3表6.5得=1.1，=1.5， 查3图6.16，得=1，=1.1，查3图6.17，得（6） 验

39、算齿面接触疲劳强度确定载荷系数K由3表6.2选取1.25；取；取；取由3图6.12选取=2.5；由表6.3选取=189.8Mpa；选取=0.9636.36Mpa 所以齿面接触疲劳强度满足要求。（7） 验算齿根弯曲疲劳强度查3表6.4得，；取Mpa两齿轮的齿根弯曲疲劳强度满足要求。4. 由此设计有模数分度圆直径齿宽齿数小齿轮61507025大齿轮630065503.3 低速蜗轮蜗杆传动：输入功率： 蜗杆最大转速：50r/min 传动比i=62蜗杆最大转矩： 1、 选择蜗杆传动类型: 阿基米德（）蜗杆2、材料及热处理：蜗杆选择材料为45钢（调质），表面淬火，硬度为4555HRC；蜗轮材料为铸锡磷青

40、铜Z，金属模铸造；蜗轮轮芯用灰铸铁HT200制造。3、 按齿面接触疲劳强度进行设计：（2） 确定作用在蜗轮上的转矩(2)确定载荷系数K： 选取使用系数 齿向载荷分布系数.1 由于转速不高、冲击不大、取动载系数 K=(3)确定材料弹性系数： 由钢蜗杆与铸锡青铜相配，材料弹性系数(4)确定接触系数： 先假设：，从3图7.7可查得(5)确定许用接触应力： 由蜗轮材料2，金属模铸造，蜗杆硬度45HRC。从3表7.7中查得蜗轮的基本许用应力计算循环次数：N=60j寿命系数：则： (6)确定中心距： 取中心距=315mm。由i=62从表7.2中取模数m=8mm蜗杆分度圆直径，这时对应，故以上计算结果可用。

41、4、 蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸(1)蜗杆 查3表7.2和7.3蜗杆头数，轴向齿距直径系数q=；齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角= (2)蜗轮蜗轮齿数取，变位系数，蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮顶齿高蜗轮齿根圆直径蜗轮齿根高（3） 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：由查3图7.8得螺旋角系数：则齿根弯曲疲劳应力由3表7.8中根据蜗轮材料2可查得基本许用应力弯曲应力寿命系数则许用弯曲应力由于5、确定蜗杆传动的精度等级： 一般精度要求中等速度，选择精度为7级。6、热平衡校核计算：根据3公式（7.17）， 48 满足散热要求。7、由此设计有模数分度圆直径导程角齿数蜗杆81403.271蜗轮84883

42、.2762第4章 倾覆机构的设计计算4.1 齿轮传动设计计算输入功率：KW 小齿轮转速：30r/min 传动比i=2转矩：20.69 NM 载荷系数：1.66 寿命：12000h1、选精度等级、材料及齿数：(1) 材料及热处理：选择小齿轮材料为QT600-2 (正火)，硬度为240HBS，大齿轮材料为QT500-5（正火），硬度为200HBS。二者材料硬度差为40HBS。(2) 精度等级选用8级精度(3) 试选小齿轮齿数,大齿轮齿数2、按齿面接触强度设计由3图6.12取由3表6.3取取 由图6.14选取由3表6.5选取由3图6.16选取所以K=，由表6.2选取；取取；取，所以K=1.66选取尺

43、宽系数3、计算（1） 计算小齿轮分度圆直径d1 =62mm（2） 确定中心距a 经过圆整，a=100mm（3） 选定模数m、齿数、 初选，=0，则=i=223=46 代入上式得： 由标准取m=3mm，则 因为 i=， 所以 取，则, 齿数比 齿轮参数定为：a=100mm m=3mm 计算齿轮分度圆直径小齿轮： 大齿轮： （4） 齿轮宽度：按强度计算要求，根据3表6.8取齿宽系数为=0.8,则齿轮工作宽度： b=55.2mm取小齿轮宽度 （5） 确定许用应力查3图6.14得=550Mpa，=500Mpa；查3图6.15得=300Mpa，=200Mpa；查3表6.5得=1.3，=1.5，查3图6.

44、16，得=1，=1.1，查3图6.17，得（6） 验算齿面接触疲劳强度由3表6.2选取1.25；取；取；取由3图6.12选取=2.5；由表6.3选取=173.9Mpa；选取=0.9500Mpa齿面接触疲劳强度满足要求。（7） 验算齿根弯曲疲劳强度查表6.4得，；取Mpa两齿轮的齿根弯曲疲劳强度满足要求。4. 由此设计有模数分度圆直径齿宽齿数小齿轮3696123大齿轮313856464.2 蜗轮蜗杆传动设计计算输入功率： 蜗杆转速：15r/min 传动比i=60 蜗杆转矩： 1、选择蜗杆传动类型: 阿基米德（）蜗杆2、材料及热处理：蜗杆选择材料为45钢（调质），表面淬火，硬度为4555HRC；蜗

45、轮材料为铸锡磷青铜Z，金属模铸造；蜗轮轮芯用灰铸铁HT200制造。3、按齿面接触疲劳强度进行设计：（1） 确定作用在蜗轮上的转矩(2)确定载荷系数K： 选取使用系数 齿向载荷分布系数.3 由于转速不高、取动载系数 K=(3)确定材料弹性系数： 由钢蜗杆与铸锡青铜相配，材料弹性系数(4)确定接触系数： 先假设：，从图7.7可查得(5)确定许用接触应力： 由蜗轮材料2，金属模铸造，蜗杆硬度45HRC。从3表7.7中查得蜗轮的基本许用应力计算循环次数：N=60j寿命系数：则：(6)确定中心距： 取中心距=160mm。由i=60从表7.2中取模数m=4mm蜗杆分度圆直径，这时对应，故以上计算结果可用。

46、4、蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸(1)蜗杆 查3表7.2和7.3蜗杆头数，轴向齿距,直径系数q=；齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角= (2)蜗轮蜗轮齿数取，变位系数，蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮顶齿高蜗轮齿根圆直径蜗轮齿根高（2） 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：由查3图7.8得螺旋角系数：则齿根弯曲疲劳应力由3表7.8中根据蜗轮材料2可查得基本许用应力弯曲应力寿命系数则许用弯曲应力由于5、确定蜗杆传动的精度等级： 一般精度要求中等速度，选择精度为7级。6、由此设计有模数分度圆直径导程角齿数蜗杆4713.221蜗轮42483.2262第5章 轴的设计5.1 高速蜗杆轴功率转矩转速蜗杆分度圆直

47、径0.7588Kw36.25Nm200r/min50mm1、 选择轴的材料为45钢，调质处理，其机械性能由3表11.1和表11.4查得:2、 初步确定轴的最小直径先按3 11.2式初步估算轴的最小直径，根据3表11.3选C=140为使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴的计算转矩，查3表10.1，考虑到转矩变化较小，故取。则查6表8-5所知选用LT4型弹性套柱销联轴器。3、轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案图5-1 高速蜗杆轴示意图a) I-II段轴用于安装联轴器LT4，故取直径=22mm，长度52mm。b) II-III段轴为了满足联轴器的轴向定位要求，II-III

48、段的直径,长度50mm。c) III-IV段初步选择安装滚动轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用单列圆锥滚子轴承30206。其尺寸为。故直径，长度85mm。d) IV-V段轴肩用于固定轴承，并且保证蜗杆与箱体有足够的间隙。所以取, 。e) V-VI段为蜗杆，齿顶圆直径60mm，。f) VI-VII段轴肩用于固定轴承，直径35mm，。g) VII-VIII段用于安装轴承30206。直径30mm，4、按弯矩合成应力校核轴的强度图5-2 高速蜗杆轴受力简图1）作用在蜗杆上的力蜗杆分度圆直径 圆周力： 径向力：轴向力：2）作用于轴上的支反力30206型圆锥滚子轴承，查得a=13.8作为简支梁的轴的支承跨距为L=188.7+170.7水平面内支反力 垂直面内支反力3）计算弯矩由M=得：的计算公式为： 4）校核轴的强度抗弯截面模量按3表11.5中的公式计算：根据311.4式，计算轴的弯曲应力：，故安全5、 精确校核轴的疲劳强度 判断危险载面：根据载荷分布（弯矩图和转矩图）、应力集中和轴的结构尺寸，选取轴上截面V、VI、c分析。截面V弯矩较大，有圆角及过盈配合引起的应力集中；截面c载荷最大，有键槽及及过盈配合引起的应力集中；截面VI载荷较大，有过盈配合引起的应力集中，故属危险截面，比较后取截面c进行校核计算。 校核危险截面的