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型钢
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H型钢制作工艺装备设计含4张CAD图,型钢,制作,工艺,装备,设计,CAD
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H型钢制作工艺装备设计摘要H型钢是建筑钢结构最重要的结构元件,而且焊接H型钢逐渐成为建筑钢结构设计和生产中首选的结构型材,焊接H型钢的需求量逐年大幅度增加。采用手工与机械组装焊接生产焊接H型钢的方式由于生产效率低而远远不能满足建筑钢结构高速发展的需要。因此,为提高焊接H型钢的生产效率,以自动生产线的方式组织生产是必然的发展趋势。通过调整H型钢自动焊接工艺,对焊接工作台进行方案设计。先对H型钢的定位夹紧,再随旋转工作台偏转一定角度依次焊接,完成H型钢制作的焊接工序。此装备主要设计旋转工作台以及埋弧焊机行走的轨道,并涉及电机的选型、减速器的设计以及夹具的选用等内容。通过此次设计,首先能锻炼和强化分析问题、解决问题的能力,再次能解决生产实际问题,提高生产效率。关键词:H型钢、焊接工作台、设计Abstract H-beam is the most important structure components, construction steel structure and welding h-beam gradually become preferred structure in construction steel structure design and production profiles, the demand of welding h-beam dramatically increased year by year. Use manual and mechanical assembly welding welding h-beam production due to low production efficiency far cannot satisfy the demands of the rapid development of construction steel structure. Therefore, to improve the efficiency of welding h-beam production organization in the form of automatic production line is the inevitable trend of the development of production. By adjusting the h-beam automatic welding technology, to design the welding workbench. First positioning clamping of h-beam, again with the rotary worktable deflection Angle welding, in order to complete welding h-beam production process. This equipment is mainly designed rotary worktable and submerged arc welding machine walking track, and involves motor selection, the design of the reducer and the selection of the fixture, etc. Through this design, first of all, can exercise and strengthen the ability to analyze and solve problems, again to solve production actual problem, improve the production efficiency. Keywords: H section steel, welding platform, design.目录摘要Abstract第一章 诸论1第一节 概述1第二节 H型焊接自动化的改进方式2第三节 设计要求和主要参数3第二章 传动方案的确定4第一节 传动时满足的要求4第二节 装夹H型钢旋转工作台传动方案的选择4第三节 装夹H型钢工作台质量和功率估算5一、工作台质量估算5二、工作台功率估算5第四节 电机的选用6一、电机传至工作机效率6二、电机功率6三、电机转速7四、传动比的分配7五、传动参数计算7第三章 齿轮设计计算9第一节 高速轴齿轮设计9一、主要参数9二、按齿面接触疲劳强度设计9三、按齿根弯曲疲劳强度设计16四、几何尺寸计算19第二节 第二级传动齿轮设计13一、主要参数13二、按齿根弯曲疲劳强度设计13三、校核齿面接触疲劳强度16第三节 第三级传动齿轮设计23一、主要参数23二、按齿根弯曲疲劳强度设计24三、校核齿面接触疲劳强度27第四节 第四级传动齿轮设计21一、主要参数21二、按齿根弯曲疲劳强度设计28三、校核齿面接触疲劳强度31第四章 轴的设计32第一节 第一根轴的设计32一、选择轴的材料32二、轴的尺寸计算32三、求轴上的载荷及校核27第二节 第三根轴的设计30一、选择轴的材料30二、轴的尺寸计算30第三节 第二根轴的设计32一、选择轴的材料32二、轴的尺寸计算40第四节 第四根轴的设计35一、选择轴的材料35二、轴的尺寸计算35第五章 润滑方式及密封形式的选择38第一节 润滑方式38一、润滑类型38二、箱体内齿轮的润滑38三、轴承的润滑38第二节 密封形式的选择39第六章 减速器箱体设计40第一节 箱体设计40一、选择材料40二、设计结构尺寸表40第七章 H型钢装焊夹具的选择42第一节 夹紧定位选择42一、在设计夹具体时应满足的基本要求42二、基准面的选择42三、定位方式及元器件选择42四、夹紧方式及元器件选择44五、装焊夹具结构44六、装焊方案44第二节 主要零件的设计说明45一、夹具体45二、手动螺旋夹紧器45三、挡板45四、反变形装置45五、垫板46六、销钉46七、螺栓46第八章 埋弧焊机轨道设计47第一节 概述47第二节 类型47第三节 钢轨的固定47总结49参考文献50致谢55VII第1章 绪论第1节 概述H型钢分为热轧H型钢和焊接H型钢(H)两种,此次设计主要探讨焊接H型钢工序中的焊接工序装备。主要是解决H型钢的夹紧,定位,以及H型钢随工作台偏转一定角度进行埋弧焊那部分,完成H型钢制造的焊接自动化。H型钢焊接自动化由两方面的含义:一是焊接工序的自动化,二是焊接生产的自动化。焊接工序的自动化是指H型钢产品制造过程中,对于某部位或某道焊缝的焊接实现自动化:焊接生产的自动化是指焊接H型钢的生产过程,包括从备料、切割、装配焊接、检验等工序组成的焊接生产全过程的自动化。H型钢焊接工序的自动化是焊接生产自动化的基础,而只有实现了焊接生产全过程的自动化,才能得到稳定的焊接质量和均衡的焊接生产节奏以及较高的焊接生产效率。对于H型钢焊接工序自动化来说,主要是焊接过程及焊接装备的自动控制问题。该自动化系统的基本单元包括机械装置、执行装置、电源、传感器、控制器、自动焊机。其中机械装置有能够实现某种运动的机构,例如:夹紧H型钢的工作台能根据要求由水平方向旋转45度后水平埋弧焊接,旋转180度再进行焊接,反方向旋转90度由另一侧的埋弧焊机水平焊接焊缝,再反方向旋转180度进行焊接;执行装置主要是驱动机械装置运动的电动机或液压、气动装置等。传感器主要是指检测机械运动的传感器。控制器主要用于机械运动控制的电子控制电路系统、计算机、可编程序控制器等。自动焊机包括弧焊电源、送丝机、焊枪等,它是一个独立的自动控制系统。H型钢焊接自动化的关键技术主要包括机械技术、传感技术、伺服传动技术、自动控制技术和系统技术等。(1) 机械技术就是根据焊件结构特点、焊接工艺过程的要求,应用经典的机械理论与工艺,借助于计算机辅助技术,设计并制造出先进、合理的,焊接H型钢的机械装置,实现自动焊接过程中的机构运动的一门技术。(2) 传感与检测是实现闭环自动控制、自动调节的关键环节。传感器的功能越强,系统的自动化程度就越高。(3) 伺服传动技术对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。(4) 自动控制技术中控制器是系统的核心,控制器的主要作用主要负责是H型钢焊接自动化中的信息处理与控制,最终给出控制信号,通过执行装置使焊接机械装置按照一定的规则运动,实现自动焊接。(5) 系统技术就是以整体的概念组织应用各种相关技术。从系统的目标出发,将整个焊接自动化系统分解成若干个相互关联的功能单元。第2节 H型焊接自动化的改进方式在现行的焊接H型钢生产线中,角焊缝的自动化大都采用船型位置的埋弧焊。这种工艺方法的优点是可以保证焊缝成形良好,大尺寸焊脚的焊缝可一次行程完成。其缺点是H型钢的4条角焊缝必须分别在四个不同的工位,由4台焊机一次进行焊接,不仅增加生产线的设备投资,而且延长了半成品传送翻转的辅助时间,降低了生产效率。上述缺点主要是由选用传统的埋弧焊方法焊接角焊缝多决定的。另一方面,钢结构设计单位对H型钢角焊缝尺寸的要求偏于保守,设计图纸往往规定较大的焊脚尺寸。而我国黑色冶金行业标准B3301-92已作明确规定,焊接H型钢角焊缝的尺寸按0.61计算,1为腹板的厚度。美国A1.1-98“钢结构焊接法规”中亦明确规定了最小角焊缝尺寸不超过所连接部件中较薄板厚度的1/2,对于厚度小于等于19的腹板,最小角焊缝尺寸仅为6。根据上述规定,H型钢角焊缝焊接方法不必再选埋弧焊,而改用XO2气体保护药芯焊丝电弧焊或自保护药芯焊丝电弧焊更合适。采用这种焊接方法可以在横焊位置一次行程焊接焊脚高度达8的角焊缝。由于药芯焊丝电弧焊焊缝的冷却速度大大高于埋弧焊,故在横焊位置仍能保证较大焊脚尺寸的角焊缝成形良好。这样就可以采用双头自动焊机,同时焊接H型钢一面的二条角焊缝,焊接生产效率至少提高一倍。对于轻型焊接H型钢的自动化生产,可以将腹板与翼板的组装、焊接、焊后翼缘的矫正集成于一台装焊矫组合一体机上完成,可大大提高生产效率,并节省设备投资费用,缩小生产线占地面积。随着钢结构行业的飞速发展,对钢结构制造质量要求越来越高,特别是焊接后的H型钢涂装前表面处理已成为钢结构生产中的一项重要工艺。现在研制开发的H型钢抛丸清理机,采用辊道连续输送清理形式,自动化程度高、表面清洁度可达2?,并达到一定的粗糙度使H型钢油漆后附着牢固并解决了H 型钢的防腐问题。第3节 设计要求和主要参数要求:完成200035012mm H型钢的焊接,满足H型钢制作通用工艺要求中埋弧自动焊的工艺要求,且要求电控操作,定位准确,夹紧可靠,具有反变形措施。参考如下表1-1。表1-1反变形参数表板厚F(mm)(A2)/2反变形角度(平均值)B(mm)150200250300101304022.534121224022.533.514141.522.531655122320342011.523 第2章 传动方案的确定 第1节 传动时满足的要求装夹H型钢的回转工作台由电动机、传动装置和回转工作台组成,传动装置在电动机和工作台之间传递运动和动力。在本设计中,电动机采用三相交流异步电动机,工作台为旋转工作台,传动装置主要是减速器。合理的传动方案主要满足以下要求: (1)机械的功能要求:应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求;(2)工作条件的要求:例如工作环境、场地、工作制度等;(3)工作性能要求:保证工作可靠、传动效率高等; (4)结构工艺性要求:如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。第2节 装夹H型钢旋转工作台传动方案的选择为了设计的产品达到预期的要求我们确定传动方案为:三相交流异步电动机减速器齿轮传动工作台的方案。 传动方案分析: 减速箱齿轮传动具有承受载能力高,运动传递平稳、准确,传递功率和圆周速度范围大,传递效率高、结构紧凑等特点。具体传动简图如图2-1所示:图2-1旋转工作台传动简图第3节 装夹H型钢工作台质量和功率估算1、 工作台质量估算 (1)底板、支撑板、定位板、夹紧元件所选材料为冷轧钢板,据文献8表2-14钢板理论质量可做如下估算,见表2-1。 表2-1 重量估算表厚度mm理论质量kg/m2个数质量估算mm底板30235.510.462.1235.5=227.493kg支撑板60471.660.020.2471.66=11.3184kg定位板20157.030.090.21573=8.478kg夹紧元件6030471.6235.5302.150.06471.6=4.24kg0.150.1235.5=3.532kg总:(4.243.532)3=23.315kg (2)两个箱体、三个气缸所选材料为HT300,密度是7.4g/cm3 箱体:(46861628)2=43.086kg 气缸:1222422(8242)5(12282)13 =6.032kg (3)气缸门架所选材料是ZG270-500,密度是7.85g/cm3 气缸门架:(175143)2107.85=70.886kg (4)H型钢所选材料为Q23513,密度是7.85g/cm3 H型钢:(1.2252351.2)2007.85=160.14kg以上四项总和是550.75kg,再估算气缸门架里管道线路50kg,所以工作台质量最终估算是600kg。二、工作台功率估算(1) 计算转动惯量 GD2=?W(a2d2) (kgm2) (2-1) 其中,W是工作台重量(kg),d是工作台长度,a是工作台高度,d=2(m),a=0.61(m),W=600kg,代入公式,则: GD2=?600(0.61222)=874.42 kgm2(2) 转矩计算 T=GD2/375n/t (kgm2) (2-2) 其中,n是转速(r/min),T是转矩(kgm),GD2是回转体的转动惯量(kgm2),t是时间(s),设定工作台转速为2.5r/min,带入公式,则: T=874.42/3752.5/5=1.166kgm2(3) 功率计算 =1.027nT (w) (2-3) 将上述数据带入,得装夹H型钢工作台功率: =1.0272.51.166=2.993kW第4节 电机的选用三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便,可直接接于三相交流电网中,因此在工业上应用最为广泛,设计时应优先选用。Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机,具有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点,适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。一、电机传至工作机效率 (2-4) 由文献1表3-1机械传动效率概略值可查,联轴器=0.99,一对滚子轴=0.98,直齿圆柱齿轮=0.97,锥齿轮传动,则效率为: =0.808二、电机功率 由文献1公式3-4 (2-5)带入数据得:Pd=2.993/0.808=3.704kW,考虑安全因数s=1.5,故最终电动机功率: =5.556kW。三、电机转速 旋转工作台转速2.5r/min,取单级圆柱齿轮传动比i=35,锥齿轮传动比,则合理总传动比范围为i=54375,故电机转速可选范围为: =(54375)2.5=135937.5r/min因此据文献9p17-54选择电动机型号:Y160L-8。该型号电机额定功率为7.5kW,同步转速750r/min,满载转速720r/min。四、传动比的分配 据文献1公式3-5可求传动装置的总传动比: =920/2.5=288传动系统的总传动比i是各串联机构传动比的连乘积,先分配减速器箱外轴和 据文献9表查得三级减速器轴和轴传动比,轴和轴传动比,则轴和轴传动比 即传动比如下:.轴:.轴:.轴:.轴:五、传动参数计算(1) 各轴的转速n(r/min) 轴:r/min 轴:r/min 轴:r/min 轴:r/min 轴:r/min(2) 各轴的输入功率P(kW) 轴:7.50.99=7.425kW 轴:7.4250.980.97=7.058kW 轴:7.0580.980.97=6.71kW 轴:6.710.980.97=6.38kW 轴:6.380.980.97=6.06kW(3) 各轴的输入转矩T(NM) 轴:95507.425/720=98.48NM 轴:95507.058/163.64=411.90NM 轴:95506.71/25.175=2545.40NM 轴:95506.38/6.247=9753.32NM 轴:95506.06/2.5=23149.2NM第3章 齿轮设计计算第1节 高速轴齿轮设计一、主要参数 小圆锥选用40Cr,调质处理,调质硬度为280HBS,大圆锥选用45#钢,调质处理,调质硬度为240HBS,大小圆锥齿轮均采用七级精度,24,244.4=105.6106,轴交角为90度的直齿圆锥齿轮传动,得,。二、按齿面接触疲劳强度设计(一)确定小齿轮分度圆直径 由文献7公式10-29,即: (3-1) 载荷系数,试选 小齿轮传递转矩 大小齿轮弯曲疲劳强度极限,据文献7图10-25d查得: , 应力循环次数,由7公式10-25 (3-2) 由文献7图10-23查得接触疲劳寿命系数 , 选取齿宽系数,由图10-20查得区域系数,由表10-5查得材料的弹性影响系数。 计算许用弯曲应力取接触疲劳安全系数,失效概率为1%,由文献7公式10-14,查得 (3-3) 取和中的较小者为该齿轮的接触疲劳许用应力,即 =523Mpa(二)调整小齿轮分度圆直径 试算直径 (3-4) 圆周速度 mm (3=5) m/s (3-6) 计算载荷系数 由文献7表10-2查得使用系数 根据m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数 由表10-3查得齿间载荷分配系数 由表10-4查得齿向载荷分布系数 据,公式10-2可得: (3-7) 由公式10-12,按照实际载荷系数算出分度圆直径为 m (3-8)三、按齿根弯曲疲劳强度设计(一)模数计算 由7公式10-27,即 (3-9) 确定公式中的各参数值 试选 计算 由分锥角和,可得当量齿数: , 由图10-17查得齿型系数, 由图10-18查得应力修正系数, 由图10-24c查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为: , 由图10-22取弯曲疲劳寿命系数, 取弯曲疲劳安全系数S=1.7,由公式10-14得 (3-10) (3-11) 因为大齿轮的大于小齿轮,所以取: 试算模数 mm(二)调整齿轮模数 圆周速度v和齿宽b mm (3-12) mm m/s (3-13) 计算实际载荷系数 根据m/s,8级精度,由图10-8查得动载系数直齿锥齿轮精度较低,取齿间载荷分配系数由表10-4用插值法查得,于是 则载荷系数为 由公式10-13.可得按实际载荷系数算得的齿轮模数为 (3-14)按照齿根弯曲疲劳强度计算的模数,就近选择标准模数,按照接触疲劳强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数取,则大齿轮齿数,为了使两齿轮的齿数互质,取。四、几何尺寸计算 计算分度圆直径 计算分锥角 (3-15) 计算齿轮宽度 计算圆周速度 m/s第2节 第二级传动齿轮设计一、主要参数大小齿轮均采用20CrMnTi,经渗碳淬火,齿面硬度为5862HRC,七级精度,24,246.5=156,。二、按齿根弯曲疲劳强度设计 (一)确定模数 (3-9) 载荷系数,试选 小齿轮传递转矩 大小齿轮弯曲疲劳强度极限,据7图10-24d查得: 应力循环次数,由7公式10-25 (3-2) 由7图10-22查得弯曲疲劳寿命系数 , 计算许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数,由7公式10-14,查得 (3-10) (3-16) 由文献7图10-18查得应力修正系数,,再由图10-17查得齿型系数,则: (3-11) 因为,所以按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计计算。 重合度系数及螺旋角系数 =0.70,=0.90(二)设计计算 模数 圆周速度 m/s (3-17) 计算载荷系数K 由文献7表10-2查得使用系数 根据m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数 由表10-3查得齿间载荷分配系数 由表10-4查得齿向载荷分布系数 据,公式10-2可得; (3-7) 校正并确定模数由公式10-13,按照实际载荷系数算出齿轮模数 m (3-14)取(三)计算齿轮传动几何尺寸 中心距a (3-18) 螺旋角 (3-19) 齿轮分度圆直径 (3-20) mm 齿宽 三、校核齿面接触疲劳强度由文献7公式10-10,即 (3-21)确定上式公式各参数值: 由图10-25e查得 由图10-23查得接触疲劳寿命系数:, 计算许用接触应力 取安全系数 由文献7公式10-14, 节点区域系数由图10-20,查得 重合度系数 螺旋角系数 材料系数 校核 带入数据得: 第三节 第三级传动齿轮设计一、主要参数大小齿轮均采用20CrMnTi,经渗碳淬火,齿面硬度为5862HRC,七级精度,24,。二、按齿根弯曲疲劳强度设计 (一)确定模数 (3-9) 载荷系数,试选 小齿轮传递转矩 大小齿轮弯曲疲劳强度极限,据7图10-24d查得: 应力循环次数,由7公式10-25 (3-2) 由文献7图10-22查得弯曲疲劳寿命系数 , 计算许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数,由7公式10-14,查得 (3-10) (3-16) 由文献7图10-18查得应力修正系数,再由图10-17查得齿型系数,则: (3-11) 因为,所以按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计计算。 重合度系数及螺旋角系数 =0.70,=0.90 (二)设计计算 模数 圆周速度 m/s (3-17) 计算载荷系数K 由文献7表10-2查得使用系数 根据m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数 由表10-3查得齿间载荷分配系数 由表10-4查得齿向载荷分布系数 据,公式10-2,即 (3-7) 校正并确定模数由公式10-13,按照实际载荷系数算出齿轮模数 m (3-14)取(三)计算齿轮传动几何尺寸 中心距a (3-18) 螺旋角 (3-19) 齿轮分度圆直径 (3-20) mm 齿宽 三、校核齿面接触疲劳强度由文献7公式10-10,即 (3-21)确定上式公式各参数值: 由图10-25e查得 由图10-23查得接触疲劳寿命系数:, 计算许用接触应力 取安全系数 由7公式10-14, 节点区域系数由图10-20,查得 重合度系数 螺旋角系数 材料系数 校核 带入数据得: 第4节 第四级传动齿轮设计一、主要参数大小齿轮均采用20CrMnTi,经渗碳淬火,齿面硬度为5862HRC,七级精度,24,242.5=60,。二、按齿根弯曲疲劳强度设计(一)确定模数 (3-9) 载荷系数,试选 小齿轮传递转矩 大小齿轮弯曲疲劳强度极限,据7图10-24d查得: 应力循环次数,由文献7公式10-25 (3-2) 由文献7图10-22查得弯曲疲劳寿命系数 , 计算许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数,由文献7公式10-14,查得 (3-10) (3-16) 由文献7图10-18查得应力修正系数,再由图10-17查得齿型系数,则: (3-11) 因为,所以按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计计算。 重合度系数及螺旋角系数 =0.70,=0.90(二)设计计算 模数 圆周速度 m/s (3-17) 计算载荷系数K 由文献7表10-2查得使用系数 根据m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数 由表10-3查得齿间载荷分配系数 由表10-4查得齿向载荷分布系数 据,公式10-2,即 (3-7) 校正并确定模数由公式10-13,按照实际载荷系数算出齿轮模数 m (3-14)取 (三)计算齿轮传动几何尺寸 中心距a (3-18) 螺旋角 (3-19) 齿轮分度圆直径 (3-20) mm 齿宽 三、校核齿面接触疲劳强度由文献7公式10-10,即 (3-21)确定上式公式各参数值: 由图10-25e查得 由图10-23查得接触疲劳寿命系数:, 计算许用接触应力 取安全系数 由文献7公式10-14, 节点区域系数由图10-20,查得 重合度系数 螺旋角系数 材料系数 校核 带入数据得: 第4章 轴的设计第1节 轴的设计一、选择轴的材料 初选轴的材料为45号钢,调制处理,其机械性能查表可得:,2、 轴的尺寸计算(1) 输入轴 功率,转速r/min ,转矩。(二)初步确定轴的最小直径取, (4-1)有一个键槽时,轴径增大5%-7%,所以 (3) 轴的结构设计 1.图4-1为一轴的装配方案图4-1 轴的装配图 2.根据轴向定位的要求确定轴的各段轴径和长度,如下图4-2:图4-2 轴各段轴径长度(四)选择联轴器根据条件选取,确定联轴器转矩,结合电动机型号,选用弹性套柱销联轴器,型号TL7联轴器,即该端选用的半轴连接器的孔径,故取轴径,半联轴器毂空的长度L=112mm,故取L1=112mm。(五)初步选择滚动轴承 轴承同时承载轴向力和径向力,但轴向力较小,故选用单列深沟球轴承。参照工作要求,并根据尺寸,选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6309,其尺寸为,从而可以知道:,。(六)由经验公式算轴肩高度 ,故取h=5mm,从而确定,取(七)确定轴段5 根据轴承安装方便的要求,取和均比小2mm,则:;根据安装轴承旁螺栓的距离要求取,根据齿轮与内壁的距离要求,取(8) 确定轴段6 根据齿轮孔的轴径和长度,确定,至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。(九)轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按手册查得,半联轴器与轴的联接处的平键截面bh=12mm8mm,键槽用键槽铣刀加工,长为80mm(标准键长见GB/T 1096-1079)。为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性,故选择联轴器轮毂与轴配合为H7/k6。齿轮与轴的联接处的平键平键截面bh=10mm8mm(GB/T1096-2003),长度为40mm,键槽用键槽铣刀加工。 (十)确定轴上的圆角和倒角尺寸取轴端倒角为,圆角大小见零件图。三、求轴上的载荷及校核(一)根据轴的结构图,做出轴的计算简图,如下图4-3:图4-3 轴的计算简图(齿轮取齿宽中点处的分度圆直径作为力的作用点,轴承在宽度中点为作用点)。 轴承1和轴承2之间的距离为105mm,轴承2和锥齿轮间的距离为54.5mm1.计算作用在齿轮上的力 圆锥小齿轮因已知高速级小锥齿轮的平均分度圆直径为,而 (4-2) (4-3) (4-4)2. 校核轴承寿命: 查手册得6309型深沟球轴承参数, 查表13-6得(1)计算轴承所承受的轴向载荷因为轴承1固定,轴承2游离,结合受力分析图可知,轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”。由此可得轴承2不受轴向力,所以 ,(2)计算当量动负荷 轴承1:,由表13-5,用线性插值法可求得:e1=0.175 (4-5)由e1查表13-5,并用线性插值法求得:,由此可得 (4-6) 轴承2: 由表13-5,用线性插值法可得:e2=1.6 由e2查表13-5的,由此可得 (4-7)(3)轴承寿命计算 因为,所以按轴承2计算轴承的寿命 (4-8) 所选轴承6309深沟球轴承合格。3. 做弯矩图和扭矩图如下图4-4: 图4-4 轴的弯矩和扭矩图4.校核轴的强度 由弯矩图可知危险截面出现在轴承2处,校核轴上最大弯矩截面的强度: (4-9)故安全。第2节 轴的设计轴的设计计算与轴上齿轮轮毂孔内径及宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算、与轴连接的半联轴器的选择同步进行。因箱体内壁宽度主要由中间轴的结构尺寸确定,但三级减速器轴比轴尺寸小,故先对轴进行设计,然后对、轴进行设计。1、 选择轴的材料 初选轴的材料为45号钢,调制处理,其机械性能查表可得: ,。二、轴的尺寸计算(一)输入轴 功率,转速r/min ,转矩。(二)初步确定轴的最小直径取, (4-1)有一个键槽时,轴径增大5%-7%, 所以 (三)轴承部件的结构设计轴承采用两端固定方式,然后按轴上零件的安装顺序,从处开始设计 1.轴承的选择与轴段及轴段的设计 考虑齿轮有轴向力存在,选用圆柱滚子轴承,根据轴最小轴径,据8表8-15选圆柱滚子轴承代号NU1016,其尺寸为定位轴肩直径,故,通常一根轴上的两个轴承取相同的型号,则。 2.轴段和轴段的设计轴段上安装齿轮4,轴段上安装齿轮5,为便于齿轮的安装,和应分别略大于和,可初定。齿轮4轮毂宽度范围为,取其轮毂宽度与齿轮宽度相等,右端采用轴肩定位,左端采用套筒固定。齿轮5取其轮毂宽度与齿轮宽度相等,左端采用轴肩定位,右端采用套筒定位。为使套筒端面能够顶到齿轮端面,轴段和轴段的长度应比相应齿轮的轮毂略短,故取,。 3.轴段该段为轴上的两个齿轮提供定位,其轴肩高度范围为,取其高度为h=7mm,故d3=96mm。齿轮5右端面与箱体内壁距离与齿轮4左端面距箱体内壁距离均取为:,齿轮4与齿轮5的距离初定为,则箱体内壁之间的距离为,齿轮4的左端面与箱体内壁的距离。 4.轴段及轴段的长度该减速箱齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑,需用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座,轴承内端面距箱体内壁距离取为,中间轴上两个齿轮的固定均由挡油环完成,则轴段的长度为 (四)轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接,键取用45号钢。按8表6-2(摘自GB/T 1095-2003)查得,齿轮4与轴的联接处的平键截面,齿轮5与轴的联接处的平键截面,键槽用键槽铣刀加工。(标准键长见GB/T 1096-1079)。由文献7公式6-1键强度计算:,其中T是传递的转矩Nm,l是键的工作长度mm,圆头平键,单圆头平键,平头平键,这里L为键的公称直径mm,b为键的宽mm,d是轴的直径mm,并查询表6-2键连接的许用挤压应力、许用压力。 1.联接齿轮4平头平键的校核 键强度计算: (4-10)2.连接齿轮5平头平键的校核 键强度计算: 所以两键均安全。第3节 轴的设计1、 选择轴的材料 初选轴的材料为45号钢,调制处理,其机械性能查表可得: ,。二、轴的尺寸计算(一)输入轴上 功率,转速r/min ,转矩。(二)初步确定轴的最小直径取, (4-1)有一个键槽时,轴径增大5%-7%, 所以 (三)轴承部件的结构设计轴不长,故轴承采用两端固定方式,然后,按轴上零件的安装顺序,从处开始设计 1.轴承的选择与轴段及轴段的设计 考虑齿轮有轴向力存在,选用双列圆锥滚子轴承,根据轴最小轴径,据文献8表8-15选双列圆锥滚子轴承代号351310E,其尺寸为定位轴肩直径,对轴的力作用点与外圈大端面的距离,故,通常一根轴上的两个轴承取相同的型号,则。 2.轴段和轴段的设计轴段上安装齿轮3,轴段上安装齿轮2,为便于齿轮的安装,和应分别略大于和,可初定。齿轮2轮毂宽度范围为,取其轮毂宽度与齿轮宽度相等,左端采用轴肩定位,右端采用套筒固定。齿轮3取其轮毂宽度与齿轮宽度相等,右端采用轴肩定位,左端采用套筒定位。为使套筒端面能够顶到齿轮端面,轴段和轴段的长度应比相应齿轮的轮毂略短,故取,。 3.轴段该段为轴上的两个齿轮提供定位,其轴肩高度范围为,取其高度为h=5mm,故d3=62mm。齿轮3左端面与箱体内壁距离取为:,大锥齿轮中心与小锥齿轮所在轴线的距离为,大锥齿轮轮毂左端距离小锥齿轮,齿轮3右端距离小锥齿轮轴线距离为,则齿轮2和齿轮3之间的轴肩长。 4.轴段及轴段的长度该减速箱齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑,需用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座,轴承内端面距箱体内壁距离取为,中间轴上两个齿轮的固定均由挡油环完成,齿轮2轮毂右端面距离箱体内壁距离为:则轴段的长度为 (四)轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接,键取用45号钢。按文献8表6-2(摘自GB/T 1095-2003)查得,齿轮3与轴的联接处的平键截面,齿轮2与轴的联接处的平键截面,键槽用键槽铣刀加工。(标准键长见GB/T 1096-1079)。由文献7公式6-1键强度计算:,其中T是传递的转矩Nm,l是键的工作长度mm,圆头平键,单圆头平键,平头平键,这里L为键的公称直径mm,b为键的宽mm,d是轴的直径mm,并查询表6-2键连接的许用挤压应力、许用压力。 1.联接齿轮3圆头平键的校核 键强度计算: (4-10) 2.连接齿轮2圆头平键的校核 键强度计算: 所以两键均安全。第4节 轴的设计一、选择轴的材料 初选轴的材料为45号钢,调制处理,其机械性能查表可得: ,。二、轴的尺寸计算(一)输入轴上的功率,转速r/min ,转矩。(二)初步确定轴的最小直径取, (4-1)有一个键槽时,轴径增大5%-7%, 所以 1.轴承的选择与轴段及轴段的设计轴不长,故轴承采用两端固定方式,然后,按轴上零件的安装顺序,从处开始设计,考虑齿轮有轴向力存在,选用双列圆锥滚子轴承,根据轴最小轴径,据8表8-15选双列圆锥滚子轴承代号352926X2,其尺寸为,定位轴肩直径,故,通常一根轴上的两个轴承取相同的型号,则。 2.轴段和轴段的设计轴段上安装齿轮6,为便于齿轮的安装,应分别略大于,可初定。齿轮6取其轮毂宽度与齿轮宽度相等,右端采用轴肩定位,左端采用套筒定位。为使套筒端面能够顶到齿轮端面,轴段和轴段的长度应比相应齿轮的轮毂略短,。 轴段为轴上的齿轮6提供定位,其轴肩高度范围为,故轴肩直径,齿轮6右端面与箱体内壁距离与轴肩左端面距箱体内壁距离均取为:,齿轮2与齿轮3的距离初定为,故轴肩长度为:。 3.轴段及轴段的长度该减速箱齿轮的圆周速度小于2m/s,故轴承采用脂润滑,需用挡油环阻止箱体内润滑油溅入轴承座,轴承内端面距箱体内壁距离取为,中间轴上两个齿轮的固定均由挡油环完成,则: 4.轴段与轴段的设计 轴段1连接齿轮7,取轴段1为4轴最小轴径,即:,并且齿轮7悬臂布置,所以轴段1预留轴用弹性挡圈,查1表14-25可知挡圈厚s=3mm,考虑齿轮7宽b7=186mm,故设计轴段1的长度为。 轴肩直径,长度为。 (三)轴上零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按文献8表6-2(摘自GB/T 1095-2003)查得,齿轮6与轴的联接处的平键截面,键槽用键槽铣刀加工。(标准键长见GB/T 1096-1079)。由文献7公式6-1键强度计算:,其中T是传递的转矩Nm,l是键的工作长度mm,圆头平键,单圆头平键,平头平键,这里L为键的公称直径mm,b为键的宽mm,d是轴的直径mm,并查询表6-2键连接的许用挤压应力、许用压力。 联接齿轮6平头平键的强度校核计算: 所以键安全。 第五章 润滑方式及密封形式的选择第1节 润滑方式一、润滑类型 (一)浸油润滑这种润滑方式是轴承直接侵入箱内油中润滑(例如下置式蜗杆减速器的蜗杆轴承),但是油面高度不应超过轴承最低滚动体中心,以免加大搅油损失。油面接触高度为,对于高速运转的蜗杆和斜齿轮,由于齿的螺旋线作用,会迫使润滑油冲向轴承带入杂质,影响润滑效果,故在轴承前常设有挡油环,但挡油环不应封死轴承孔,以利于油进入润滑轴承。 (二)油脂润滑 当滚动轴承速度较低时,常采用油脂润滑,油脂润滑的机构简单,易于密封,一般每隔半年左右补充或更换一次润滑脂,润滑脂的填装量不应超过轴承空间的1/2,可通过座上的注油孔及通道注入,为了防止箱内的油侵入轴承与润滑脂混合,并防止润滑脂流失,应在箱体内测装挡油环。 (三)飞溅润滑这是一般闭式齿轮传动装置中的轴承常用的润滑方式。二、箱体内齿轮的润滑 在减速箱内,齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度而定,各级齿轮转速都小于2m/s,故采用油池润滑方式。由文献8表9-15查得闭式齿轮传动润滑运动粘度的值。齿轮传动所需润滑油运动粘度为82,查得建议采用工业闭式齿轮油CKB或CKC(GB/T 5903-1995)代号为CKC68的齿轮润滑油。三、轴承的润滑当滚动轴承速度较低时,常采用油脂润滑,油脂润滑的机构简单,易于密封。所以轴承选择油脂润滑,由文献8表9-11滚动轴承润滑脂的选择可选择3号钙钠基润滑脂。并采用飞溅润滑方式。第2节 密封形式的选择轴伸端密封方式有接触式和非接触式两种。橡胶油封是接触性密封中性能最好的一种,可用于油或脂的润滑的轴承中。以防漏油为主时,油封唇边对着箱内,以防外界灰尘为主时,唇边对着箱外,当两油封相背放置时,则防漏防尘能力强,为安装油封方便,轴上可做出斜角。由于密封处的轴表面圆周速度较低,而且环境中多尘,故采用J型橡胶油密封。 第六章 减速器箱体设计第1节 箱体设计1、 选择材料 选择箱体的材料为HT200,硬度为180HBS。二、设计结构尺寸表 H型钢焊接翻转工作台传动系统减速器箱体结构尺寸见表6-1。表6-1 箱体尺寸表名称代号尺寸/mm箱座壁厚,取箱盖壁厚,取箱盖凸缘厚箱座凸缘厚箱座底凸缘厚b地脚螺钉直径,取地脚螺钉数目nn=6轴承旁连接螺栓直径,取盖与座连接螺栓直径,取连接螺栓d2的间距L,取轴承端盖螺钉直径,取检查孔盖螺钉直径,取定位销直径d,取至外箱壁距离查表:凸台及凸缘结构尺寸,至凸缘边缘距离查表:凸台及凸缘结构尺寸,轴承旁凸台半径凸台高度h以低速轴承外径确定,外箱壁至轴承座端面距离,取齿轮顶圆与內箱壁距离,取齿轮端面与内箱壁距离,取箱盖、箱座肋厚,轴承端盖外径,D-轴承外径取轴承旁联接螺栓距离S 注:多级传动时,a取低速级中心距,对圆锥-圆柱齿轮减速器,按圆柱齿轮传动中心距选取。 第七章 H型钢装焊夹具的选择第1节 夹紧定位选择一、 在设计夹具体时应满足的基本要求(一) 具有足够的强度和刚度。(二)结构简单、轻便,在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑,体积小、质量轻和便于工件装卸。(三)安装稳定牢靠。(四) 结构的工艺性好,便于制造、装配和检验(五) 尺寸要稳定且具有一定精度。(六) 清理方便。二、基准面的选择 夹具体是夹具的基本件,它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体,而且还要考虑工件装卸的方便。因此,夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置,工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。夹具体毛坯制造方法的选择:综合考虑结构合理性、工艺性、经济性、标准化以及各种夹具体的优缺点等,选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体。夹具体的外形尺寸:在绘制夹具总图时,根据工件、定位元件、夹紧装置及其反变形装置在总体上的配置,夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计,再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚30mm,长度1700mm,宽度580mm;根据设计要求,夹具体上设计有螺孔,与定位定位器和夹紧器的螺孔在装配时配作。三、定位方式及元器件选择定位器的作用:定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置,在保证加工要求的情况下,限制足够的自由度。工件的定位原理:自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度,即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置,则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位;工件被限制的自由度少于六个,但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中,为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形,有些自由度是不必要限制的,故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中,按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的;而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位,过定位容易位置变动,夹紧时造成工件或定位元件的变形,影响工件的定位精度,过定位也属于不合理设计。定位元器件的选择: 以工件的平面为基准进行定位时,常采用挡铁、支撑钉进行定位; 工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器; 工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器;利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用样板定位器。本工装定位方式如下:肋板序1采用放置于工作台的垫板和螺旋加紧机构定位,垫板限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度,螺旋加紧机构限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度。筋板序2选用放置于工作台的垫板作为主定位面,限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度,挡块限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度;肋板序3采用工作台和挡块定位,工作台限制挡块限制了Z方向上的平动自由度和X、Y方向上的转动自由度,挡块限制了沿X方向的平动自由度和Z方向上的转动自由度;4、 夹紧方式及元器件选择 夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。 对夹紧机构的基本要求如下: 夹紧作用准确,处于夹紧状态时应能保持自锁,保证夹紧定位的安全可靠。 夹紧动作迅速,操作方便省力,夹紧时不应损害零件表面质量。 夹紧件应具备一定的刚性和强度,夹紧作用力应是可调节的。 结构力求简单,便于制造和维修。本工装Z轴方向上有很大的自重,不需要夹紧,Y轴方向不需要夹紧,所以只需考虑X方向上的夹紧,X轴向上采用螺旋夹紧机构。五、装焊夹具结构装焊夹具基座采用夹具体,再在夹具体上安装定位肋板序3的挡板,定位筋板序2的垫板,和螺旋夹紧装置,以及在两块肋板上分别安装反变形装置,构成整个焊接夹具。六、装焊方案装焊时,首先为两块肋板安装反变形装置,再在夹具体上装上定位的挡板、垫板和螺旋夹紧器,然后分别放上肋板和筋板,并用螺旋夹紧器将其固定夹紧。焊接时,先焊上半部分两条焊缝,然后松开螺旋夹紧装置,翻转工件,装配夹紧后,再焊接另外两条焊缝。焊接时采用焊条电弧焊分段焊接,以减小焊接变形。图7-1 焊接顺序图第2节 主要零件的设计说明一、夹具体综合考虑结构的合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等,夹具体制作材料选用铸铁,毛坯制造方法为铸造夹具体;考虑到定位的精确度,要求定位器和螺旋夹紧器的螺孔在装配时要与夹具体配作。二、手动螺旋夹紧器 手动螺旋夹紧器选用Q235钢,螺旋夹紧器件主体各部分通过焊接的方式连接在一起;焊接时,应先夹紧各部分元件,防止焊接时产生焊接变形。并且要求底座螺孔应与夹具体配作,螺旋夹紧器在夹紧状态时应有自锁性能。手动螺旋夹紧器的工作过程:夹紧器底部用螺栓固定在夹具体上,工件定位好后,转动螺旋装置,螺杆向前移动夹紧工件;螺杆端部有可以相对转动的底靴,它用于增加制品的受压面积,减小螺杆与制品间的摩擦力,以及防止螺杆压在与轴线不垂直的表面上时螺杆可能出现的弯曲;各螺杆中心线应与主板纵向中心线垂直相交,以保证夹紧精度。三、挡板挡板选用Q235钢制造,毛坯制造方法选用铸造毛坯,成型性好,加工方便。挡板螺孔也应与夹具体配作,装配时通过螺栓固定在夹具体上。四、反变形装置反变形装置采用Q235钢。考虑到整体难于直接生产,所以反变形装置弯曲部分与整体连接时采用型钢拼焊,焊接时,先点固焊,再用支撑钉支撑弯曲部分,防止焊接变形,最后完成全部焊接。反变形装置内部间隙应比工件厚度大,以便于工件插入,间隙部分通过打入销钉固定加紧。五、垫板 垫板材料选用铸铁,制造方法为铸造,成型后表面打磨平整。六、销钉 销钉45钢制作,采用火焰表面淬火处理,以提高耐磨度。七、螺栓 螺栓选用材料45钢的标准件,螺栓连接时通过开口垫圈使应力均匀分布。第八章 埋弧焊机轨道设计第1节 概述轨道用来承受起重设备或起重小车的轮压,并使车轮在其上面滚动。轨道还将轮压传递到支承的基础上。起重设备和起重小车的运行轨道要符合车轮的要求,轨道顶面要能承受车轮的挤压;底面要有足够的宽度,以减小对基础的压应力;断面也要有良好的抗弯强度。起重设备和起重小车的轨道大多选用标准的钢轨或型钢。轨道顶面有平顶和凸顶两种。圆柱形踏面的车轮与平顶轨道呈直线接触(实际是一个狭长的矩形面),圆柱或圆锥踏面的车轮与凸顶轨道呈点接触(实际是一个小的椭圆面)。理论上,采用平顶轨道时,轨道受到的挤压应力小,但由于实际存在的制造、安装误差和承载后起重设备结构件的变形会引起车轮的偏斜,使车轮与轨道的接触情况变差。有
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