15t自调式焊接滚轮架设计【11张CAD图纸+PDF图】
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毕业设计（论文）题目15t自调式焊接滚轮架设计设计项目计算与说明结果 6.3.1 按接触疲劳强度设计6.3.2 按弯曲疲劳强度校核7.3.1 滚轮轴的设计7.3.2 中间轴设计7.3.3 基轴设计7.3.4 传动轴设计8.2.1 电机与一级减速器之间的联轴器8.2.2 一、二级减速器之间的联轴器8.2.3. 传动轴两端的联轴器9.4.1 滚轮轴上的轴承9.4.2 中间轴上的轴承10.3.1 滚轮处键的选择10.3.2 滚轮轴与齿轮连接处的键10.3.3 二级减速器与齿轮连接处的键第1章 前言1.1 焊接滚轮架的发展随着焊接技术的高速发展，对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求。焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为了满足市场需求而设计生产的。它是借助于焊件与主动轮之间的摩擦力来带动圆筒形焊件旋转的装置。主要用于圆筒形焊件的焊接和装配。焊接滚轮架是主动轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的变为机械。它主要用于筒形工件的纵向焊缝，环向焊缝的装配和焊接作业。也可以在焊接滚轮架上进行修整，割孔及探伤作业。滚轮架是容器生产中最常用的工艺装备。焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架，主动滚轮架装置在一根电动机驱动的轴上；从动滚轮架在另一根公共轴上。滚轮中心距离可以调节，适用于焊接薄壁、长度大的筒形工件。第二类是组合式滚轮架：主动滚轮架与从动滚轮架各自独立，可根据工件的长度任意组合，使用方便灵活，适用性强，是目前运用最广泛的滚轮架之一。滚轮架有以下特点：1)根据焊接的重量、长度任意组合，使用方便灵活。2)规定范围内自动调节滚轮中心距，适用于不同直径的焊件，圆筒焊件放置平稳。3)采用可控硅供电直流电动机驱动，无极调速、焊速范围大、速度稳定。4)用性强，使用广泛。5)用组合式滚轮，钢轮外包橡胶传动平稳、摩擦力大、寿命长。6)工件轮压小，可避免工件表面产生冷作硬化。焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。这种方式沿用已久，技术很成熟，电动机的机械特性比较硬，起动力矩较大，但是目前滚轮架使用的最广泛的拖动调速方式。确定是电动机结构复杂，调速范围较窄，一般很转矩的调速范围为1：10左右。低速时速度不稳定，有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖动，变频调速。近几年随着晶体管变频器性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动变频调速的滚轮架也日趋增多。优点是调速范围宽，可达1:20，线转动平滑性好，低速特性硬。缺点是低速段过载倍数降低太大，变频电源价格也较高，但随着电动机额定功率的增加，价格上升则相对平缓，所以在重型焊接滚轮架上采用交流异步电动机拖动和变频调速比较合适。由于制造工艺、材料性能等因素的影响，其额定转速实际上并不一致。因此要把实测数据较为接近的一组电动机作为焊接滚轮架的拖动电机。另外，一对重型焊接滚轮架的金属滚轮一般采用铸铁或者合金钢球墨铸铁制成表面硬度为50HRC的滚轮。滚轮直径躲多在200-700之间。国外滚轮架瓶中多、系列全。我国1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T 33003-1990）。焊接滚轮架存在一个轴向窜动的问题，只有当滚轮和焊件都是理想的圆柱体且各滚轮尺寸一致，转动轴线都在同一水平面内并与焊件平行时才能实现。理论和实践都表明：影响焊件作轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线的平行度。因此要做到：主、从动滚轮架都位于同一中心线上各滚轮轴线都在同一水平面内且相互平行滚轮间距相等。目前有三种机构可解决此问题：1）顶升式执行机构2）偏移式执行机构3）平移式执行机构1.2 滚轮架的工作原理及类型1.焊接式滚轮架工作原理：接式滚轮架主要是借助主动轮与焊件之间的摩擦力,带动焊件旋转的变位机械。2.焊接式滚轮架的组成：焊接滚轮架（主动滚轮架，从动滚轮架）；主动滚轮架由底座、滚轮、传动减速机构、控制系统组成，从动滚轮架由底胎和滚轮组成。3.焊接滚轮架的分类：按结构形式分：长轴式滚轮架、组合式滚轮架长轴式滚轮架：滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮，也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄形焊件的组队与焊接。组合式滚轮架：主动轮架、从动轮架、混合滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合，因此使用方便灵活，对焊件的适应性强，是目前应用最广泛的结构形式之一。按调节方式分：自调式、非自调式自调式：自调式焊接滚轮架可以根据焊件直径自动调整滚轮架的间距。非自调式：非自调式焊接滚轮架是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。在焊接结构生产中使用机械设备的目的主要是:1)保证和提高产品的质量；2)提高劳动生产率和降低成本；3)扩大焊接机的使用范围；4)减轻人工的劳动强度。当在装配与焊接过程中若不使用机械设备就不足以保证产品质量时,就必须在投产前采购或自行设计和制造这种装备。除此之外，则是根据经济和效益来决定是否采用焊接机械设备。1.3滚轮架的设计原则及要求在国内一些大型或较复杂的焊接机械装备已有专业厂生产，可根据生产需要选购和订购焊接机械设备设计就是一种机械设计，但这种机械设计必须充分考虑，焊接工艺的基本特点并满足装配和焊接工艺的特殊要求，一般的设计原则与要求是：1.工艺原则焊接产品总是由两个以上的零、部件组成，由于施焊方便，或易于控制焊接变形等原因，装配和焊接两道焊接工序可能是先装完后再焊，也可能是边装边焊，所以设计装备应能适应这种情况。焊接式局部加热过程，不可避免产生焊接应力与变形，在装备上设置定位器和夹紧器件时要充分考虑焊接应力和变形的方向。通常在焊件平面内的伸缩变形不作限制，通过焊件留收缩余量方法让其自由的收缩；而焊接面外的焊接变形，如角变形、弯曲应力变形或波浪变形等应用夹具加以控制；有时还要利用夹具作出反变形的工艺措施，这些都是要求定位和夹紧器来实现。用电作热源的焊接方法，一般都要求焊件本身作为焊接回路中的一个电极，就可能要求焊接装备具有导电或绝缘功能。当焊接电流很大时，导电部分还需有散热措施；真空电子束焊接所用的夹具不得用点磁性材料制作，也不得有带剩磁，以免影响电子束聚焦等。明弧焊接时，难免产生烟尘、金属或熔渣的飞溅物，他们会损坏工装上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。2.安全可靠原则安全可靠原则指装在可用期内绝对安全可靠，凡是受力构件都应具有足够的强度和刚度，足以承受焊件重力和因限制焊件变形而引起的各方向的反作用力等。夹紧时不破坏焊件的既定位置；夹紧后既不让焊件松动滑移，友不使焊件的拘束度过大以免产生较大的约束应力；夹紧机构应能自锁等。3.方便原则装备必须便操作和施工，能使装配和焊接过程简化，工人劳动强度降低到最低，工件装上和卸下方便；有供焊枪、面罩、焊接机头等进出和摆动的空间以及工人自由操作的位置，也便于中间进行质量检测；装备上各种机件操作要轻巧灵便；定位、夹紧和松开过程要省力而快速；对易损零、部件便于维修和更换等。4.经济原则所设计的装备必须易于制造，投资少，制造成本低，回收期短。尽量选用通用化、标准化零、部件；在一个夹具上定位器件和夹紧机构的结构形式不宜过多也不应过于复杂；使夹具和机械具有较好的制造工艺性能和较高的机械效率；装备在使用时能源消耗和管理费用少等第2章 总体设计2.1滚轮架的组成焊接滚轮架（主动滚轮架，从动滚轮架）；主动滚轮架由底座、滚轮、传动减速机构、控制系统组成，从动滚轮架由底胎和滚轮组成。焊接滚轮架主动滚轮架、从动滚轮架都是独立的，它们之间可根据工件的重量和长度任意的组合，其组合比列可以是一主一丛的组合，也可以是一主两丛、一主三从的组合，使用起来方便灵活，对焊件的适应性强。主动架主要由底座、滚轮、传动减速机构、控制系统组成，从动架主要由底胎和滚轮组成。 (1)底胎采用H型钢焊接而成的钢架结构，保证其良好的刚性和在工作状态中设备的稳定性，并且能减轻整套焊接滚轮架的重量，即节约了大量的板材消耗又达到了工艺要求的设备使用的效果。 (2)滚轮焊接滚轮架的主动轮与从动轮上各有两只滚轮，选用金属材质的滚轮，这样就可以大大提高本焊接滚轮架的承载能力。 (3)旋转减速机构主动架上的两只滚轮分别有两台直联型双级摆线针轮减速机驱动形成回转驱动力，这种减速机的优势在于速比大，效率高，体积小，传动平稳可靠，寿命长，便于维护等特点。从动架上没有传动减速机，只有两只金属滚轮，因为从动架只起到支撑与辅助传动的作用。 (4)控制系统采用变频器无极调速，调速范围宽，精度高，启动扭矩大，驱动能力强，高可靠性，多种自我保护功能，免维修等特点。焊接滚轮架的启动、停止、正反转及调速，均在控制平台上操作。设备的控制配电箱放置在远离设备的一侧，变频器速度显示，其显示单位设为Hz。焊接滚轮架的工作状态及转速调节通过控制按钮完成的。正转、反转/停止当工件装卡完毕后，即将开始工作时，扳动正转/反转开关，焊接滚轮架的控制变频器得电，这时摆线减速机就能得电工作。并且可以调节工件得旋转方向，当需要停止时把纽子扳到停止位置即可。速度调节当焊接滚轮架旋转工作时，根据焊接工艺要求得参数，可任意调节焊接滚轮架得旋转速度即工件得旋转速度，已达到焊接的质量要求。2.2滚轮架各总体结构参数的确定图2-1 滚轮架总体结构图在图中是内测滚轮间的夹角，是两外侧滚轮架之间的夹角。为两内测滚轮中心的距离，为两外侧滚轮中心的距离。为滚轮架摆角，l为滚轮钢架的单臂长度。吨位：15T 焊接滚轮的圆周速度848m/h的无极调速。如图1所示工件直径增大时滚轮与工件的中心包角减小，在小于时会使传动过程不稳定，在工件偏心时尤为严重，焊接质量不能保证。当工件直径减小时，增大，在时由于滚轮承受工件的正压力减小，此时所需功率大，传动过程也不稳定。在=时已经完全不能承受工件压力，失去了滚轮支撑工件、传送扭矩和功率作用，以保证焊接滚轮架以较小的驱动功率获取较大的传动扭矩，并保证传动过程均匀，平稳可靠，就要适当的确定焊接滚轮架的几何结构尺寸。是滚轮与工件包角在范围内变化。由于滚轮架15T，查焊接工装夹具及变为机械表2-6，可选用组合轮。即钢轮与橡胶相结合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳，由已知得滚轮直径D=400。每个支座上的一对差动滚轮的两臂张角通常在内变化，一般取。（R+r）/l，随的变化而变化，如图2-2、图2-3所示。图2-2 2与的关系由图可见随滚轮架摆角的增大，自调式滚轮架的所适应的工件半径R范围也增大，但同时外侧滚轮与工件中心包角在不断减小，当其小于时滚轮架的传动过程也会变得不稳定，反之，减小时，R也减小，增大。为了使在内变化时，滚轮摆架的摆角变化范围为左右。该范围大小也与（臂长和两中心支座之间的距离的比值）的取值大小有关系。下表给出了当在范围内变化时不同值、摆角、（R+r）/的变化范围。图2-3 与的关系表2.1 和的取值范围的取值范围受限于所焊工件的半径的大小，其最小值以滚轮摆动不发生干涉为限。由表可知在不考虑滚轮半径的影响时其值应小于2，若考虑滚轮半径在内一般2.5，值越小，自调式焊接滚轮架的结构尺寸越紧凑，但所适应的工件半径及半径范围减小，值增加时则所适应的工件半径及半径范围增大。综合考虑的影响，其最大值为8。因此的取值范围为。此设计中综合考虑工件半径范围和紧凑性取=4由表1可知，当=4时，故可得的取值范围为：即：则取=380mm且故满足条件。当=4时，由表1可知， 当时，当时， 当时，故满足要求。2.3焊接滚轮架轴窜机理及影响因素焊接滚轮架驱动焊件绕其自身轴线旋转时，往往伴有轴向的窜动，从而影响焊接质量和焊接过程的正常进行，严重时会导致焊接过程的中断，甚至发生焊件倾覆等设备人身事故。因此，国内一些工厂常采用在焊件端头硬顶的方法，强行制止焊件的窜动。这种方法，对小吨位焊件还较有效，但对大吨位焊件采用硬性阻挡的办法往往效果不佳。因为焊件重量大，旋转时轴向窜动力也大，强行阻挡，则势必使焊件旋转阻力增大，引起转速不稳定，产生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因挤压而破坏。在此背景下，国外开发了防轴向窜动技术，并于20世纪80年代中期推出了防止焊件轴向窜动的焊接滚轮架，将焊件的窜动量控制在2以内，满足了各种焊接方法对施焊位置精度的要求。我国自20世纪80年代末期也开展了此项技术的研究。20世纪90年代初期，国内个别焊接辅机制造厂已有产品上市。在防窜精度和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等国的产品尚存在差距。且各滚轮尺寸一致，其转动轴线都在同一水平面内并平行于焊件轴线时，则主动滚轮驱动焊件作用在焊件上的力，和从动滚轮作用到焊件上的反力，均为圆周力。此时，焊件绕自身轴线旋转，不会产生轴向窜动。但是，当这一条件受到破坏，例如滚轮秒5制造安装存在误差、焊件几何形状不规则等，使前后排滚轮存在高差和滚轮轴线与焊件接触处存在轴向分力时，便形成了焊件轴向窜动的必要条件。但是各轴向力的方向并不完全一致，只有满足下式十，才具备了发生轴向窜动的充分条件。式中：焊件重力的轴向分量； 各滚轮作用在焊件上的轴向力； 焊接滚轮架的滚轮数量。在生产实践中，由于前后排滚轮的高程精度很容易控制，且前后排滚轮的间距较大，因此，焊件自重产生的轴向分量很小，不是产生轴向窜动的主要因素，而滚轮架的安装制造误差、焊件几何形状偏离理想圆柱体等综合因素的作用，使滚轮轴线与焊件轴线不平行而形成空间交角，导致各滚轮都有轴向力作用于焊件，才是发生轴向窜动的主要原因。试验结果和分析表明：1）滚轮轴线与焊件轴线愈不平行，所形成的螺旋角越大，则焊件的轴向窜动速度愈大，当=时，与成线性关系；当时，随的增加，成非线性增加，但增量递减。2）焊件轴向窜动速度与其转速成正比。3）同向偏转同一角度的滚轮数越多，焊件轴向窜动速度越快，成非线性增长关系。4）焊件的椭圆度和焊件的偏重都使轴向窜动速度成周期性变化。5）各滚轮轴线在同一水平面的情况下，滚轮间距和滚轮架之间的相互距离，对轴向窜动没有影响。6）焊件重量的增加，对其轴向窜动速度几乎没有影响。由此可知，滚轮各轴线与焊件轴线的平行度应是焊件轴向窜动的主要控制因素。因此，在制造和使用焊接滚轮架时，应注意做到：滚轮轴线都在同一水平面内，并相互平行；滚轮间距应相等；滚轮架都位于同一中心线上。放在焊接滚轮架上的焊件，若在旋转过程中伴有轴向窜动（向前后向后），则实际上，焊件是在作螺旋运动（左旋或右旋）。若能采取某种措施，把焊件的左运动及时地改为右旋运动，或将右旋运动及时地改为左旋运动，则焊件可返回初始位置。要达到这一目的，从原理上讲，凡能改变滚轮轴线与焊件轴线螺旋角的一切执行机构，均可实现这一目的。即在不改变焊件转向的前提下，设法使焊件的轴向位移方向发生改变。从此原理出发，目前已有三种结构形式的执行机构可完成此任务。（1）偏转式执行机构当焊件发生左向轴线窜动时，位移传感器便发出信号，控制机电装置动作，使从动滚轮在水平面内逆时针偏转一角，焊件即在摩擦分力作用下开始向右移行；当越过标定线后，位移传感器又发出信号，使从动轮顺时针偏移，则焊件向左移动，这样，焊件在动态调节过程中，被稳定在给定的位置范围内，达到防轴向窜动的目的。偏转式执行机构有通过液压缸推动转动支座，使从动轮偏转的；也有是电动机经减速后，通过与小齿轮啮合的扇形齿轮，使从动滚轮偏转的。（2）升降式执行机构当控制从动滚轮升降时，焊件轴线在空间相对与从动滚轮轴线发生偏斜，其在水平面的投影角为；在垂直面的投影角为。这样，在水平面内，焊件相对于从动滚轮偏移了一个角，其作用和在上述偏转式机构中从动滚轮相对焊件偏移一个角是一样的。另外，在垂直面内投影角的出现，也使焊件自重产生了轴向分量，这两种因素的综合作用，将使焊件轴向位移的方向发生改变。升降式执行机构有通过机电控制使电动机正反转，带动杠杆梁绕支点变向转动，使从动滚轮升降，也有通过电液伺服阀，控制液压缸活塞杆的伸缩，使从动滚轮升降。（3）平移式执行机构当控制位于同一滚轮架上的两个从动滚轮沿垂直于 焊件轴线的方向同步水平移动时，则焊件以主动滚轮为支点发生位移，其轴线使焊件轴向相对于滚轮轴线偏移了一角，从而达到调节焊件轴向位移的目的。平移式执行机构也是控制电动机的正反转，经针摆线减速器减速后，驱动曲柄在角度的范围内转动，从而带动连杆使滑块座平移，而滑块座，是通过直线轴承与从动滚轮座固接在一起的，直线轴承套装在光杆上。这样从动滚轮座根据位移传感器发出的信号，沿光杆向左或向右移动以调节焊件的窜动方向；也有是液压驱动的平移式执行机构。从动滚轮座沿光杆的移行，是根据位移传感器的信号，由电磁换向阀控制液压缸活塞杆的伸缩来实现的。第3章 受力分析3.1工件直径最小时受力分析图3-1 从动轮受力分析图3-2 主动轮受力分析图4、图5所示为工件直径为500时的受力分析。其中：K为滚轮摩擦力臂，查机械设计手册第二册上表1-10，知K取0.253.2工件直径最大时受力分析图3-3 主动轮受力分析图3-4 从动轮受力分析当工件直径最大时，我们可以明显看到，工件的重力靠四个轮同时承受，故滚轮平均受力较工件直径最小时要小，同时对于滚轮轴无论是工件直径最大还是工件直径最小时，滚轮 都完全承受工件的力，故可以看出滚轮最危险的工作环境是当工件直径最小的时候。故后面的计算都是以工件为最小直径的情况进行讨论，以保证滚轮架工作的安全。第4章 电机选择4.1电动机的类型对于有特定要求的工作机械，应优先选用专用电机。如何工作于高湿度，有盐雾、油雾、毒菌、凝露等环境的船用电动机；有较高效率及节能指标的纺织电动机；有冷却塔和通风机专用的低噪音电动机；有作为激振动力源，如用于粮食加工机械或振动筛、振动传输机械的振动异步电动机；在化工、橡胶、纺织、造纸等工业中有时要求软机械特性和宽调速范围的电动机，在负载增加时电动机的出轴转速随之降低而输出力矩增加，保持与负载平衡，并允许较长时间堵转的三相力矩电动机等。对于一般机械，在满足生产机械要求前提下，优先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便的电动机。从一般要求看，交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，鼠笼式异步电动机优于绕线式异步电动机。对于连续运行，负载平稳，对起动、制动没有特殊要求的生产机械，应优先采用普通鼠笼异步电动机，它广泛用于各种机床、水泵和风机等。大中功率的空压机和皮带运输机等生产机械要求有较大的起动转矩，应才用深槽式或双鼠笼式异步电动机。桥式起重机、矿机提升机、不可逆轧钢机等生产机械运行时起动、制动比较频繁，又要求较大的起动。制动转矩，可以选择绕线式异步电动机。对于无调速要求的大中容量的水泵或空压机等，以及需要转速恒定或要求改善功率因数时，可以选用同步电动机。有些机床等小功率生产机械只要几种转速，为了简化传动装置，可以采用变速多极鼠笼式异步电动机。大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、造纸机等需要稳定平滑的调速，调速 范围在1:3以上，应采用他激直流电动机或变频调速的鼠笼式异步电动机。电车、电机车等要求起动转矩大，机械特性软，可以选用串激或复激直流电动机。4.2 电动机的转速及功率额定功率相同的电动机，如果额定转速越高与生产机械所需的转速，其拖动系统的传动速比越大，减速机构越复杂，但电动机的体积小、重量轻、价格低，而电动机的飞轮矩也小。电动机的飞轮矩和额定转速的乘积越小，过度过程越快，能量损耗越少。对于要求经常起动、制动和正反转的生产机械比较经济。另一方面，电动机额定转速一般不低于。额定功率相同的电动机如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。所以选择电动机的额定转速要根据生产机械所需的转速以及减速机构和电动机的技术经济要求等具体情况综合考虑。计算并选择电动机额定功率要考虑两个因素：一是电动机的发热和温升，电机运行时的发热情况不仅取决于负载的大小，也和负载持续时间长短，即电动机的工作方式密切相关，所以一般要根据电机的不同工作方式及生产机械的负载图先预先电机，在绘制电机负载图的基础上进行发热校核；二是对交流电机要考虑启动工作机械的最大转矩，对直流电机要考虑换向条件允许段时间过载能力。根据负载性质选择电机时参考电动机机械特性图，同步电动机、直流并励电动机、一般交流异步电动机为硬特性，即负载转矩在允许范围内变化时转速不变或变化不大；直流串励电动机及交流绕线型异步电动机转子串电阻的特性均属于软特性，即负载转矩增加，电动机的转速显著下降，但启动转矩大。4.3滚轮架电机选择计算单边滚轮所需功率 其中n为工作机转速，为工作机效率。根据工作机的类型取m，则两边驱动轮共需功率：传动总功率为式中、分别是传动装置中每一传动副（如齿轮、蜗杆）及每对轴承和每一个联轴器的效率，其值如下：、根据总体设计中的各传动形式可确定传动效率为 故选额定功率为1.1kw的电磁调速异步电动机YCT132-4A，其参数为：，调速范围第5章 传动比分配及减速器选择5.1减速器选择考虑因素减速器是在原动机和工作机之间的独立传动部件。一般以齿轮、蜗杆传动等传动件装在铸造或焊接的刚性箱体中构成，有些减速器与电动机构成一个组合体，结构紧凑、使用方便。选择减速器一般考虑一下问题：1.根据总体布置的要求选择减速器的型式。在没有其他特殊要求的情况下，常首先考虑选用圆柱齿轮减速器，其输入轴和输入轴相互平行。因为这类减速器加工方便、效率高、成本较低。当要求电动机轴与输出轴之间成角布置时，可以采用圆锥齿轮或圆锥-圆柱齿轮减速器。当传动比较大，要求结构紧凑时，可以选用蜗杆传动，但蜗杆传动效率低，适用于短期间歇使用。当要求机构紧凑、传动比大、重量轻时可以选用行星齿轮减速器2.根据传动的主要参数选择减速器的传动级数和尺寸。根据减速器传递的功率，输入转速，总传动比确定减速器的级数。3.考虑其他要求选择减速器型式。有些减速器还有其他要求，如机器人传动装置的减速器有运动精度、刚度、回差等方面的要求。在高温、低温、高速等条件下工作的减速器也有许多特殊要求。减速器的润滑是必要的，特别是在涡轮蜗杆减速器中，因为涡轮蜗杆传动由于齿的摩擦产生大量的摩擦热。减速器的润滑方式有浸油润滑，喷油润滑、喷雾润滑。浸油润滑要求的结构简单、润滑可靠、成本低，但油的容量有限，冷却效果差，油容易老化，工作中净化能力差。齿轮箱的油量可按计算，大功率减速箱取小值，对多级传动减速箱油量应适当增加。中小型齿轮箱，油深度至少为（3050mm）。为了在运转时观察箱内的情况，要在箱体上设观察孔，并设置油标观察油面高度，为了及时更换润滑油，应在箱体上有放油口和注油口。喷油润滑用于齿轮速度高的齿轮减速箱或齿轮箱散热不足的情况。喷雾润滑用于载荷不很大，苏打不很高的齿轮和传动在啮合时蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和涡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，噪音低。圆弧圆柱蜗杆减速器适用于起重、运输、冶金、矿山、建筑等部门。包括CWU、CWS、CWO三个系列，采用渗碳、淬火及磨削的ZC1蜗杆传动承载能力大。其输入轴（蜗杆轴）转速不超过1500r/min，工作环境温度范围，当工作环境温度在以下时，在起动前要求将润滑油预热到以上，当超过时，必须采取冷去措施。CWU、CWS、CWO型圆弧圆柱蜗杆减速器效率可由下式估算：式中：-额定输出转矩（Nm）； -实际传动比； -额定输入功率（KW）； -输入轴转速（r/min）。5.2滚轮架中传动比分配及减速器选择工作需要的转速范围为848m/h，即n=0.171.02r/min。在传动过程中有两个涡轮蜗杆减速器和两次齿轮传动分别为、且。且，由于电机的调速范围为1251250r/min，则传动比课适当的调大，根据传动比系统要求调整为i=787.5。第一个涡轮蜗杆减速器传动比选为： 查机械设计实用手册表9-2-14选择减速器：第二个涡轮蜗杆减速器传动比选为： 查机械设计实用手册表9-2-14选择减速器：齿轮传动只做传递功率和力矩用，不起减速作用，故。第6章 齿轮设计计算6.1齿轮设计准则齿轮传动是机械传动中嘴重要的传动形式之一，形式多种多样，应用范围广。齿轮传动效率高，机构紧凑，工作可靠寿命长，传动比稳定。在齿轮传动中比较常见的轮齿折断和工作表面磨损、点蚀、胶合及塑性变形。在闭式硬齿面传动中按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。在闭式软齿面传动中按齿根弯曲疲劳强度设计，按齿面接触疲劳强度设计。6.2齿轮材料的选择及参数确定由齿轮的实效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有一下性质：1.较高的抗磨损；2.抗点蚀；3.抗胶合及抗塑性变形的能力；4.齿根要有较高的抗折断能力。综上所述，齿轮性能的基本要求为齿面硬、齿芯韧。常用的齿轮材料有钢、铸铁和非金属材料。钢的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的印度，故最适于用来制造齿轮。除尺寸过大或者结构形状只有铸造者外，一般都采用锻钢制造齿轮，制造齿轮的锻钢分为经热处理后切齿的齿轮用的锻钢和需进行精加工的齿轮所用的锻钢。对于强度、速度和精度都要求不高的齿轮应采用软齿面以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。因此应将齿轮毛坯经过常化或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级，精切时可达7级。这类齿轮制造简便、经济、生产率高。高速重载及精密机器所用的主要是齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度外，还应进行磨齿等精加工。需加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行精加工，精度可达5级或4级。这类齿轮精度高，价格昂贵，所用热处理方法有淬火、渗碳、氮化氰化等。合金钢根据所含奖金数成分及性能，可分为韧性、耐冲击、耐磨损及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。所以对于即使高速、重载有要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能良好的合金钢。由于硬齿面齿轮具有力学性能高，结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家一般机械中也普遍采用了中、硬齿面齿轮传动。铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。铸铁性质比较脆，抗冲击及耐磨性能都比较差，但抗胶合及抗点蚀能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合。对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪音，常用非金属材料做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为了使大齿轮基友足够的抗磨性及抗点蚀能力，齿面硬度应为250350HBS。为了满足大小齿轮的寿命一致，一般在齿轮传动中小齿轮齿宽大于大齿轮的齿宽5-10mm，小齿轮的硬度高于大齿轮的硬度。在齿轮强度校核中使用的载荷系数K包括使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数及齿向载荷分配系数。使用系数是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。这种附加载荷取决于原动机和从动机的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。齿轮传动中不可避免的有制造及装配的误差，齿轮受载后还要产生弹性变形。这些误差及变形实际上使齿轮啮合的法节不相等，因而齿轮就不能正确的啮合，瞬时传动比就不是定值，从动齿轮在运行中就会产生角加速度，于是引起了动载荷和冲击为了减小动载荷，可将齿进行齿顶修缘即把齿顶的一小部分轮廓曲线修整成的渐开线。高速齿轮传动或齿面硬化的齿轮，轮齿应进行修缘。若修缘量太大不仅重合度减小过多而且载荷也不一定就相应减小，故修缘一定要适当。一对相互啮合的齿轮在啮合区中有两对或多对齿同时啮合这就存在载荷在各个齿轮分配的系数，这就是齿间载荷分配系数。当轴承低相对于齿轮做不对称配置时，受载前，轴无弯曲变形，齿轮啮合正常，两个节圆柱恰好相切；受载后，轴产生的弯曲变形使作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀。这就存在一个齿向载荷分布系数。6.3齿轮设计计算小齿轮材料为（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。此处齿轮外箱体为焊接件最好无横向受力，故采用直齿圆柱齿轮传动。此机械为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度（GB10095-98）。齿轮设计公式为：式中：-载荷系数；-齿轮所传递的转矩（Nmm）；-直径系数， ；-齿轮的传动比；-材料弹性影响系数（MPa），查机械设计表10-6；-齿轮的许用的齿面疲劳接触强度；b-齿宽（mm）；d-齿轮直径（mm）。试选用载荷系数：。大齿轮转矩：齿轮输入功率为， 查机械设计表10-7，由于齿轮悬臂布置则取，查机械设计表10-6，由于材料是锻钢所以材料弹性影响系数。根据齿轮材料硬度查机械设计图10-21d，得小齿轮接触疲劳极限，大齿轮接触疲劳极限。应力循环次数: 由应力循环次数查机械设计图10-19，可得接触疲劳寿命系数、则有大小齿轮接触疲劳强度许用应力极限：式中：S为疲劳强度安全系数，对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏后只引起噪声，震动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取S=SH=1。 圆周速度：齿宽：模数：齿高：查机械设计表10-2，因为齿轮运转均匀平稳故取使用系数查机械设计图10-8，由于圆周速度v=0.01m/s，齿轮的精度为7级，故齿轮的动载系数查机械设计表10-4，由齿宽系数、齿宽、齿面硬度和齿轮布置形式，由插值法可得到接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数查机械设计表10-3，可知对直齿和俢形齿取故齿轮载荷系数按实际载荷系数校正所计算的分度圆直径：计算模数：为了满足臂长所满足的中心距要求，取d=285mm，当d=285mm时，齿轮的齿面接触疲劳强度增大，但齿轮的齿根弯曲疲劳强度需要校核。当d=285时，查机械设计表10-2，因为齿轮运转均匀平稳，故取使用系数查机械设计图10-8，由于圆周速度v=0.01m/s，齿轮的精度为7级，故取齿轮的动载系数查机械设计图10-13，根据接触疲劳强度大小取弯曲疲劳强度计算用齿向载荷分布系数查机械设计表10-3，可知对直齿和俢形齿取故齿轮的载荷系数根据大小齿轮的齿数，查机械设计表10-5得：，应力循环次数、和上次计算的值相同，即：，根据应力循环次数查机械设计图10-18可得：，根据齿轮材料硬度查机械设计图10-20，得大齿轮接触疲劳极限，,小齿轮接触疲劳极限，。则有大小齿轮弯曲疲劳许用应力极限：取而齿轮实际的齿根弯曲应力：故而设计的齿轮满足齿根弯曲疲劳强度。表6.1 齿轮系数大齿轮小齿轮模数55齿顶圆直径295105齿根圆直径272.5825齿高22.522.5分度圆直径28595 顶隙系数0.250.25齿顶高系数11压力角齿顶高55齿根高7.257.25基圆直径267.889.3齿距15.715.7齿厚7.857.85齿槽宽7.857.85齿数5719续表中心距190传动比3第7章 轴的设计计算7.1轴的分类常见的轴有直轴、曲轴和软轴。这里只讨论直轴。轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件都必须装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。按承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴、传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴；只承受弯矩的轴成为心轴；只承受扭矩的轴成为传动轴。轴按其轴线形状可分为曲轴和直轴。7.2轴的设计步骤轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难等。因此轴的结构设计是轴设计中的重要的内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力只要取决于轴的强度。轴的材料主要是碳钢和合金钢。采用轧制圆钢和锻件。轴的设计过程为：材料的选择根据所受的扭矩初算轴颈轴的结构设计轴的强度校核。1.轴的材料选择45钢等优质中碳钢是直轴嘴常见的材料。Q235A等普通碳素结构钢用于不重要的轴或受载较小的轴。合金钢具有较高的机械强度，用于受载较大、结构尺寸受限制、需要提高轴颈的耐磨性及处于高低温或腐蚀等条件下的轴。铸钢、球墨铸铁和一些高强度铸铁，易于铸成外形复杂的轴，他们吸振性好，对应力敏感性较低。2.按扭转强度初估轴径初估轴径计算公式为：式中：d-轴的直径（mm）；T-轴传递的转矩（Nmm），；P-轴传递的额定功率（KW）；n-轴的转速（r/min）；-轴的材料许用切应力（MPa）；A- 系数，查机械设计实用手册表5-1-7。3.轴的结构设计1）轴结构设计的一般原则：2）轴上零件的布置应使轴受力合理；3）轴上零件定位可靠、装卸方便；4）采用各种减小应力集中和提高疲劳强度的结构措施；5）有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；6）对于要求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。轴上零件的定位是结构设计考虑的重要内容。轴上零件的轴向定位以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、锁紧挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉和圆锥面等来保证的。轴肩轴环处由于轴的截面变化会产生应力集中，易发生疲劳破坏。为保证轴的疲劳强度，轴肩、轴环处的过度圆角不应过小。轴上零件的周向定位常用键、花键、销、紧定螺钉和过盈配合来实现。4.轴疲劳强度校核轴的破坏大多为疲劳破坏。提高轴的疲劳强度要力求降低应力集中、提高轴的表面质量。降低应力集中的主要措施详见机械设计实用手册表5-1-5。轴的强度计算可分为按扭转轻度计算、按弯扭合成强度计算。轴强度的精确校核可分为疲劳强度安全系数校核、静强度安全系数校核。按弯矩合成强度计算时，把轴当做置于铰链支座上的梁，作用在轴上的载荷，一般按集中载荷考虑，其作用点去零件轮缘宽度的中点。计算公式为：式中：d-轴的直径（mm）； -轴在计算截面上的工作应力（MPa）； M-轴在计算截面上的合成弯矩（Nmm）； T-轴在计算截面上的转矩（Nmm）； -许用弯曲应力（MPa）； -根据切应力或轴向应力变化性质而定的校正系数， 切应力或轴向应力按对称循环变化时，=1，切应力或轴向应力按脉动循环变化时，=0.6，切应力或轴向应力不变时，=0.3如果作用在轴上的各载荷不在同一面时，可将其分解到两个相互垂直的平面内，然后分别求出各平面内弯矩，再按矢量法求得合成弯矩。如果轴截面上有键槽，则应将求得的轴径相应增大。按疲劳安全系数校核时是计入集中应力、表面状态和绝对尺寸影响以后，对轴的危险截面精确校核。危险截面受力较大、截面较小及应力集中较严重的截面。危险截面的安全系数可查机械设计实用手册表5-1-10。按静强度安全系数校核时目的在于校验轴对塑性变形的抵抗能力，轴的静强度是根据轴所受的最大瞬时载荷（包括动载荷和冲击载荷）来计算的。如果最大载荷只能近似求得及应力无法准确计算时，安全系数的值应相应增大20%-50%。7.3滚轮架中各轴的设计45钢，调质查机械设计表15-1 式中： 查机械设计表15-3可得，取图7-1 滚轮轴结构设计图7-2 受力分析及弯矩图其中：取0.3、0.6、1，当轴受力为静应力时取，当轴受力为脉动循环应力时取，当轴受力为对称循环应力时。此处轴受脉动循环应力故。45钢，调质计算转矩：结构设计：图7-3 中间轴结构设计由于此轴不受弯矩作用，故按扭矩初步设计的轴径就能满足要求，故轴的各段轴径如图11所示。45钢，调质图7-4 基轴受力分析及弯矩图查机械设计表15-1，得则有：取基轴的结构图如下：图7-5 基轴的结构设计45钢，调质 取，则在两端处轴径：取传动轴的结构如下图：图7-6 传动轴的结构设计刚度校核：因为，故轴的刚度满足要求第8章 联轴器的选择8.1联轴器的简介联轴器是机械传动中常用部件。他们用来连接轴与轴，以传递运动与转矩；有时也可用做安全装置。根据工作特性可以分为四类：一是用来把两轴连接在一起，机器运转时不能分离；只能在机器停车并将连接拆开后，两轴才能分离。二是在机器运转过程中，可使两轴随时接合和分离的一种装置。三是用做安全联轴器，如果转矩超过规定值时，这种联轴器及离合器即可自行断开或打滑。四是一些特殊功用的联轴器用在一些有特殊要求处。联轴器所连接的两轴，又有制造误差、承载后的变形计温度变化的影响往往不能保证严格对中而存在某种程度的相对位移，这就要求设计联轴器时要从结构上采取各种不同的措施，使之具有一定范围的相对位移的性能。联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器有凸缘联轴器。挠性联轴器又可分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器。无弹性元件的挠性联轴器有十字滑块联轴器、滑块联轴器、十字轴万向联轴器、齿式联轴器和滚子链联轴器。有弹性元件的挠性联轴器有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、轮胎式联轴器和膜片式联轴器。8.2联轴器的选择计算由机械设计实用手册表10-7-5查得电机输出轴的直径。由机械设计实用手册表9-2-20查得一级涡轮蜗杆减速器输入轴的轴径传递转矩：查机械设计实用手册表5-2-9选凸缘联轴器YL3，其公称转矩，许用转速故满足传动要求。由机械设计实用手册表9-2-20查得一级蜗轮蜗杆减速器输出轴的轴径由机械设计实用手册表9-2-20查得二级蜗轮蜗杆减速器输入轴的轴径传递的功率：转速：传递转矩：由机械零件设计实用手册表5-2-17，选多角形橡胶联轴器KL4，其公称转矩，许用转速，故满足传动要求。由传动轴设计可知转轴直径由机械设计实用手册表9-2-20查得二级蜗轮蜗杆减速器与转轴配合的轴径由前面传动轴设计可知：传递的扭矩由机械设计实用手册表5-2-9选凸缘联轴器YL5，其公称转矩，许用转速，故满足传动要求。第9章 轴承设计9.1轴承的组成及分类滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件。滚动轴承绝大多数已经标准化。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起动容易等优点。滚动轴承由外圈、内圈、滚动体和保持架等部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时会转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈滚道间滚动。通常的滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称面滚子、滚针等几种。轴承内、外圈上的滚道，有限制滚动体沿轴向位移的作用。保持架的作用是均匀地隔开滚动体。如果没有保持架，则相邻的滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。保持架一般由低碳钢板冲压而成，实体保持架常用铜合金、铝合金或塑料等材料经切削加工制成，有较好的定心作用。轴承的内、外圈和滚体常用号高碳铬轴承钢或渗碳轴承钢制造。滚动轴承按外载荷的不同分类时可分为主要承受径向载荷的向心轴承、只能承受轴向载荷推力轴承和既能承受轴向载荷又能承受径向载荷的向心推力轴承三大类。细分为：深沟球轴承（6）、角接触轴承（7）、圆锥滚子轴承（3）、推力球轴承（5）等。9.2滚动轴承的代号滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号组成，用字母和数字表示。基本代号用来表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、和类型。轴承内经是指轴承内圈的内径，基本代号右起第一、二位数字为内径代号。内径一般为5的倍数，除了00、01、02、03，他们分别代表直径为10、12、15、17。轴承的直径系列用基本代号后右起第三位数字表示。直径系列代号有7、8、9、0、1、2、3、4、5，对应的直径依次递增。轴承的宽度系列代号有8、0、1、2、3、4、5、6，在同一直径代号情况下其宽度依次增加。轴承类型代号由基本代号右起第五位数字表示。后置代号使用字母和数字等表示的轴承的结构，公差及材料的特殊要求等，通常包括内部结构代号、公差等级代号、游隙代号。前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。9.3 轴承的类型的选择方法轴承的类型的选择要考虑轴承的载荷、轴承的转速、轴承的调心性能和轴承的安装和拆卸等内容。轴承所受的 载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。根据载荷的大小选轴承时，滚子轴承是线接触而球轴承是点接触，故滚子轴承一般承受载荷较大而球轴承一般在中小载荷中优先考虑。根据载荷方向选轴承时，纯轴向载荷时一般选推力轴承；较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承；对于纯径向载荷一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；当承受纯轴向载荷时还承受不大的轴向载荷可选用深沟球轴承、角接触轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大时可选用接触角较大的角接触轴承或圆锥滚子轴承或选用向心轴承和推力轴承的组合结构。一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。当轴中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。而滚子轴承对轴承的偏斜最为敏感。当轴的刚度和轴承座孔的支撑刚度较低时，或有较大偏转力矩时，应尽量避免这种轴承。9.4轴承的选择计算一对轴承的径向力：每个轴承径向力：根据轴径，初选圆锥滚子轴承32919，查机械零件设计手册表8-29，得，派生轴向力:查机械设计表13-5，式中载荷系数查机械设计表13-6，取式中可取3、10/3，在滚子轴承中，在球轴承中故此轴承满足寿命要求。查机械零件设计手册表8-23，根据轴径选深沟球轴承61809，第10章 键的选择10.1键的分类及工作原理键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或者轴向滑动的导向，键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。平键连接时键的两侧是工作面，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。平键连接结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因而得到广泛应用，但这种键不承受轴向力，故不能起到轴
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