畢業(yè)設(shè)計（論文）300公斤手動焊接變位機的設(shè)計

1、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 300公斤手動焊接變位機的設(shè)計 學(xué) 院 機電工程學(xué)院 專業(yè)班級 機制07級2班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 撰寫日期：2011年5月10日摘 要在我國，焊接變位機已成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把他劃為焊接輔機。近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。使用焊接變位機械可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。300公斤手動焊接變位機正是當(dāng)前眾多焊接機械產(chǎn)品的一種，它通過一些機械傳動機構(gòu)，用來實現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜，使得焊工操作的更加方便快捷，提高工作

2、效率。在本次設(shè)計中，參照設(shè)計數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，首先選擇機構(gòu)和傳動方式，確定機構(gòu)各個部分的傳動功率、轉(zhuǎn)矩和進行強度計算和校核，保證機構(gòu)的合理性，使得設(shè)計出的裝備能在給定年限內(nèi)正常工作；然后對各個機構(gòu)進行連接設(shè)計，畫出結(jié)構(gòu)簡圖；最后設(shè)計細(xì)節(jié)問題，畫出總裝圖，保證產(chǎn)品的可生產(chǎn)性，便于規(guī)?；a(chǎn)。本次設(shè)計的主要內(nèi)容是一個傾斜機構(gòu)，采用了渦輪蝸桿機構(gòu)，用來減小尺寸和實現(xiàn)傳動機構(gòu)的自鎖。整個機構(gòu)簡單可靠，操作方便。關(guān)鍵詞：手動式焊接變位機；回轉(zhuǎn)機構(gòu)；傾斜機構(gòu)；軸；齒輪；渦渦輪蝸桿the design of 300 kilograms manual welding shifts machineabstract

3、welding positioner has become an indispensable device of manufacturing field in our country. it is divided into auxiliary machinery. this product has gained lots of progress and been access to a wide range of applications in construction machinery field last decade. it can not only reduce auxiliary

4、time in welding, lout also improve labor productivity. the welding positioner can assure and improve product quality, and make the most of performance of various welding methods.300 kg of manual welding positioner is currently a large number of welding machinery products, which by some mechanical dr

5、ive mechanism used to achieve the welding of the work piece rotation, tilt, making the welding operation faster and more convenient, improve work efficiency. in this design, the reference design data and related information, first select the institutions and the transmission mode to determine the bo

6、dy parts of the transmission power, torque and the strength calculation and verification to ensure the rationality of institutions so that the equipment can be designed in a given period of normal work; and then connect the various agencies designed to draw the structure diagram; the final design de

7、tails, to draw the total picture, to ensure product manufacturability, ease of scale production.the design of the main content is a tilt mechanism, using the worm body, to reduce the size and achieve self-locking transmission. the entire organization is simple, reliable, easy to operatekeywords: man

8、ual type welding displacements machine; rotary organization; tilt institutions; axis; gear; worm gear 目 錄1 引言11.1開發(fā)焊接變位機的意義和目的11.2焊接變位機目前的發(fā)展?fàn)顩r11.2.1國內(nèi)焊接變位機的產(chǎn)品簡介11.2.2國外焊接變位機的的產(chǎn)品簡介22 手動焊接變位機總體方案設(shè)計32.1 設(shè)計方案的確定32.2設(shè)計要求、技術(shù)要求32.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定32.4傾斜機構(gòu)的確定32.5機構(gòu)預(yù)期壽命估算33傾斜機構(gòu)設(shè)計43.1方案確定43.2傾斜力矩的計算43.2.1最大傾斜力矩43.2.2計

9、算傳動功率，確定傳動比43.2.3傳動比分配43.2.4選材53.2.5按齒面接觸強度設(shè)計53.2.6計算接觸疲勞許用應(yīng)力53.2.7計算圓周速度v63.2.8計算載荷系數(shù)63.2.9按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑63.2.10計算彎曲疲勞應(yīng)力73.2.11幾何尺寸計算84 渦輪蝸桿機構(gòu)設(shè)計84.1選擇蝸桿傳動類型84.2選擇材料84.3按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計84.3.1確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩84.3.2 確定載荷系數(shù)k84.3.3 確定彈性影響因素 94.3.4 確定接觸系數(shù)94.3.5 確定許用接觸應(yīng)力94.3.6 計算中心距94.4 蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸94.4.1

10、 蝸桿94.4.2 渦輪104.5 校核齒根圓彎曲疲勞強度105傾斜軸的設(shè)計115.1選取軸的材料115.2初步估算軸的最小直徑115.3軸上結(jié)構(gòu)設(shè)計115.3.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度115.3.2軸上零件的周向定位125.4求軸上的載荷125.4.1 v平面內(nèi)傾斜軸軸受力分析135.4.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度155.4.3校核傾斜軸的軸承165.4.4傾斜軸上鍵的校核166蝸輪軸的設(shè)計176.1選取軸的材料1762初步估算軸的最小直徑176.3.軸上結(jié)構(gòu)設(shè)計186.3.1擬定軸上零件的裝配方案186.3.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度186.3.3軸上零

11、件的周向定位186.3.4求軸上的載荷196.3.5按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度216.3.6校核傾斜軸的軸承216.3.7傾斜軸上鍵的校核227蝸桿軸的設(shè)計237.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及各部分尺寸237.1.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖237.1.2確定蝸桿軸各段軸尺寸237.2蝸桿軸軸承的選擇247.3蝸桿軸鍵的選擇247.4蝸桿軸受力分析及校核247.4.1蝸桿軸受力分析247.4.2蝸桿軸強度校核277.4.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度287.4.4蝸桿軸滑動軸承的選擇297.4.5蝸桿軸鍵的校核308其它重要數(shù)據(jù)309 結(jié)語31參考文獻32致 謝331 引言1.1開發(fā)焊接變位機的意義和目的在焊接生

12、產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對這些實際需要，我們設(shè)計研制了焊接變位機，它可以通過工作臺的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置。焊接變位機與焊接操作機配合使用，可以實現(xiàn)焊接的機械化、自動，提高了焊接的效率和焊接質(zhì)量。焊接變位機可以應(yīng)用于化工、鍋爐、壓力容器、電機電器、鐵路交通、冶金等工業(yè)部門的自動焊接系統(tǒng)。在現(xiàn)在加工和制造過程中，焊接變位機已悄然成為一種不可缺少的設(shè)備，其作用越來越突出。特別是近十年來，這一產(chǎn)品在我國工業(yè)機械行業(yè)有了很大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。各種機械產(chǎn)品和機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)件大多數(shù)都很復(fù)雜，尤其是各種機械的主要關(guān)鍵部位，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響整機性能，而選擇

13、合適的變位機能提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強度和生產(chǎn)成本，加強安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場管理。特別是入世的沖擊，機械市場競爭將會越來越激烈，國內(nèi)企業(yè)必須適應(yīng)形勢，通過焊接變位機等基礎(chǔ)設(shè)備投入達到生產(chǎn)能力的革命。因此，近年來焊接變位機得到國內(nèi)工程機械行業(yè)的廣泛共識，對著方面的投入都在加大。1.2焊接變位機目前的發(fā)展?fàn)顩r在我國，焊接變位機也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把他劃為焊接輔機。近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機械行業(yè)有了較大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的約有十余個系列，百余品種規(guī)格，正在形成一個小行業(yè)。在國際上，焊接變位機包括各種功能的

14、產(chǎn)品在內(nèi)，有百余系列。在技術(shù)上有普通型的，有無隙傳動私服控制型的，產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍，達到0.1kn18000kn?？梢哉f，焊接變位機是一個品種多，技術(shù)水平不低，中、小、大發(fā)展齊全的產(chǎn)品。下面對焊接變位機在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r作簡要介紹：1.2.1國內(nèi)焊接變位機的產(chǎn)品簡介現(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機的的廠家已經(jīng)不少，大都不成規(guī)模。以變位機為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)尚未形成。天津鼎盛工程機械有限公司、無錫市陽通機械設(shè)備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到2000年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約70余品種規(guī)格，以下簡述這些變位機的基本型式，基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個系

15、列，主要為普通型，用于手把焊，此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（plc、微機控制）和機器人配套型產(chǎn)品。與機器人配套用的變位機，開發(fā)了十余個品種。包括工位變換變位機（不參與焊接），如立式雙工位、四工位、八工位變位機，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機等：與機器人配套焊接變位機（機器人外部軸），如傾翻-回轉(zhuǎn)伺服傳動式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動式等。1.2.2國外焊接變位機的的產(chǎn)品簡介一般來說，生產(chǎn)焊接操作機、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設(shè)備的廠家，大都生產(chǎn)焊接變位機；生產(chǎn)焊接機器人的廠家，大多生產(chǎn)與機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè)非常少見。德國severt公

16、司，美國aroson公司，我國天津鼎盛工程機械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的cloos、奧地利的igm、日本松下機器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機器人配套的焊接變位機。以下僅就變位機型式、第一主參數(shù)等做些介紹。（1）德國severt公司該公司主要生產(chǎn)8種類型的產(chǎn)品，其中7種是焊接變位機。每種型式的焊接變位機，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、cnc程控型和機器人配套型等4種產(chǎn)品。（2）德國lcoos公司德國lcoos公司是國際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機器人、焊機等產(chǎn)品，也生產(chǎn)作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。在我國，除可見到與焊接機器人系統(tǒng)配套進口的l型雙回

17、轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機外，還生產(chǎn)臥式單座單回轉(zhuǎn)wpv、立式單回轉(zhuǎn)rr502以及各種多軸焊接機器人配套的變位機。（3）美國aroson公司美國aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機、操作機、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產(chǎn)的焊接變位機主要類型為傾翻-回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式、雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式，其承載能力范圍為11kg1810噸。（4）日本松下（panasonic）公司日本松下公司也是機器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機器人外部設(shè)備焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等做成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列，按軸數(shù)和結(jié)構(gòu)型式分類。2 手動焊

18、接變位機總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計方案的確定圖2-1 焊接變位機結(jié)構(gòu)示意圖2.2設(shè)計要求、技術(shù)要求 表2-1 設(shè)計要求、技術(shù)要求工作臺回轉(zhuǎn)工作臺傾斜載重量/kg回轉(zhuǎn)速度/ r/min傾斜速度/ r/min工作臺尺寸/mm重心高度/mm偏心距/mm工作臺傾斜角度/電機驅(qū)動手柄3000-10-16002001500-1352.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定由于工作臺回轉(zhuǎn)速度低，額定功率低，故可取手柄傳動；因傳動比比較大，并要求有自鎖功能，故選擇蝸輪蝸桿傳動，選用一級齒輪。2.4傾斜機構(gòu)的確定工作臺的傾斜是為了使工件定位，其傾斜運動一般是電動機經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜。因此次設(shè)計的載重量不是很大，故

19、采用人工手柄帶動，采用兩級減速，蝸輪蝸桿減速及半圓齒輪機構(gòu)，從而形成的調(diào)速范圍。2.5機構(gòu)預(yù)期壽命估算機構(gòu)預(yù)期使用壽命為5年，由于變位機上面焊件不總是在全自動化條件下焊接及安裝和取放，即不是連續(xù)工作，則按運行時間按工作時間的50%計算。以每天兩班制，全年工作300個工作日記則其使用壽命為小時。圖2-2 手動焊接變位機簡圖根據(jù)焊接工裝夾具及變位機械圖冊初步設(shè)計焊接變位機簡圖，如圖2-2所示。3傾斜機構(gòu)設(shè)計3.1方案確定傾斜機構(gòu)是手柄經(jīng)渦輪蝸桿減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜。減速器+扇形齒輪3.2傾斜力矩的計算3.2.1最大傾斜力矩由力學(xué)知識分析知，最大傾斜力矩出現(xiàn)在a= amin，b=9

20、0時及a= 90，b=0時3.2.2計算傳動功率，確定傳動比渦輪蝸桿傳動， 圓柱齒輪二級傳動總效率： 傳動功率：3.2.3傳動比分配總傳動比 減速渦輪蝸桿 齒輪減速3.2.4選材 因為翻轉(zhuǎn)速度不高，選用7級精度大小齒輪均選用40cr（調(diào)質(zhì)），火焰表面淬火，硬度為280hrc選小齒輪齒數(shù)z1=24，大齒輪齒數(shù)z2=24x2.5=603.2.5按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（10-9a）進行計算，即確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)=1.3計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由表10-7選取齒寬系數(shù)=0.5查表10-6得材料的彈性影響系數(shù)由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強

21、度極限由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取接觸疲勞壽命系數(shù)=1.5 =1.343.2.6計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，由式（10-12）得計算試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。3.2.7計算圓周速度v計算齒寬計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高 3.2.8計算載荷系數(shù)根據(jù)，七級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)直齒輪，由表10-2查得使用系數(shù),由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)3.2.9按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由式（10-10a）得計算模數(shù)m按齒根彎曲強度設(shè)計由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算

22、數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的彎曲強度極限由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，3.2.10計算彎曲疲勞應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，由式(10-12)得計算載荷系數(shù)k查取齒形系數(shù)由表10-5查得；查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得；計算大、小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)5按接觸強度算得的分度圓直徑大齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計出的齒輪傳動

23、，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。3.2.11幾何尺寸計算計算分度圓直徑計算中心距 計算齒輪寬度取，4 渦輪蝸桿機構(gòu)設(shè)計蝸桿轉(zhuǎn)速 80r/min ，傳動比 i = 32 ，使用壽命為12000小時。4.1選擇蝸桿傳動類型根據(jù) gb/t 10085 1988 的推薦，采用漸開線蝸桿。4.2選擇材料考慮到蝸桿傳動功率不大，速度很低，故蝸桿用45鋼；因希望效率高寫，耐磨性好些。故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55hrc，渦輪用鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵ht100制造。4.3按齒面接

24、觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由式（11-12）傳動中心距4.3.1確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 按=1,傳動效率 =0.43則4.3.2 確定載荷系數(shù)k 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù);由表11-5 選取使用系數(shù);由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則4.3.3 確定彈性影響因素 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故 4.3.4 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，從圖11-18可查得。4.3.5 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸桿材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45hr

25、c，可從表11-7中查得渦輪的基本許用應(yīng)力。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則 4.3.6 計算中心距故取中心距mm，從表11-2中取模數(shù)mm，蝸桿分度圓直徑mm。這時。從圖11-18中可查得接觸系數(shù),因為，因此以上計算結(jié)果可用。4.4 蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸4.4.1 蝸桿軸向齒距mm；直徑系數(shù)；齒頂圓直徑mm;齒根圓直徑mm;分度圓導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚mm4.4.2 渦輪渦輪齒數(shù)；渦輪分度圓直徑mm；渦輪喉圓直徑mm；渦輪齒根圓直徑mm；渦輪咽喉圓半徑mm4.5 校核齒根圓彎曲疲勞強度當(dāng)量齒數(shù)根據(jù)，從圖11-19中可查得齒形系數(shù)。螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 從表11-8中可查得由zcusn10p

26、1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力 。壽命系數(shù) 所以彎曲強度是滿足的。5傾斜軸的設(shè)計5.1選取軸的材料選45鋼調(diào)質(zhì)處理，由表15-1可查取如下參數(shù)：硬度：hbs=220；抗拉強度極限：=650 m pa；彎曲疲勞極限：=275 m pa；屈服極限強度：=355 m pa；剪切疲勞強度：=155 m pa；許用彎曲應(yīng)力：=60 m pa。5.2初步估算軸的最小直徑 由前面計算可知=1r/min，p=0.075kw。查表15-3可取115。若考慮鍵槽直徑應(yīng)增加15%，則5.3軸上結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案如圖（5-1）圖5-1 零件的裝配方案5.3.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿

27、足齒輪的軸向定位要求，齒輪的右端應(yīng)制出一段軸肩，故取齒輪右端的軸肩為h=2.5，左端用墊圈和螺栓定位初步選擇滾動軸承。因軸承僅受徑向力，所以選用深溝球軸承，選用0組基本游隙組，初步選取深溝球軸承6213，其尺寸為。右端深溝球軸承采用軸肩進行軸向定位，由手冊查得深溝球軸承6213的軸肩為h=4.5軸承端蓋的總寬度為20mm取軸與箱體連接部分的長度為68至此。軸的各段直徑和長度已確定。5.3.2軸上零件的周向定位扇形齒輪與軸的連接和軸與箱體的連接均采用圓頭平鍵連接。扇形齒輪與軸的連接的間的尺寸為，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為80mm，同時為了扇形齒輪和軸有很好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為，同樣

28、軸與箱體的連接的鍵的尺寸，鍵槽用銑刀加工。軸與箱體的配合為，滾動軸承與軸的配合定位是由過度配合來確定的，此處選軸的直徑公差為m6確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑r=25.4求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖，在確定軸承的支點位置時應(yīng)從手冊查取圖5-2 傾斜軸的簡圖圖5-3 軸的受力分析圖5.4.1 v平面內(nèi)傾斜軸軸受力分析(1)垂直平面內(nèi)受力分析如下圖圖5-4 垂直面受力分析圖（2）做出傾斜軸在v面內(nèi)的彎矩圖圖5-5 傾斜軸在v面內(nèi)的彎矩圖圖5-6 傾斜軸在h面的受力分析（3）對傾斜軸在h面內(nèi)進行受力分析（4）做出傾斜軸在h面內(nèi)的彎矩圖圖5-6 傾斜軸在h面的

29、彎矩圖（5）將傾斜軸在v面和h面內(nèi)的彎矩進行合成，并做出彎矩圖如下圖圖5-7 傾斜軸彎矩合成圖（6）做出傾斜軸的扭矩圖圖5-8 傾斜軸的扭矩圖5.4.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力取，軸的計算應(yīng)力前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得。因此，故安全。5.4.3校核傾斜軸的軸承（1）求比值（2）初步計算動載荷根據(jù)式(13-8a)按照表13-6，=1.01.2，取=1.2按照表13-5，x=0.56，y值需在已知型號和基本靜載荷后才能求出。由于初選軸承為6211深溝球軸承，此軸承的基本額定靜載荷求當(dāng)量動載荷p（3）驗算軸承的壽命根據(jù)式(13-5)所以

30、軸承選擇符合要求。5.4.4傾斜軸上鍵的校核由機械設(shè)計，可得鍵連接強度校核公式(6-1)式中：t傳遞的轉(zhuǎn)矩，； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，； 鍵的工作長度，； d軸的直徑，。（1）傾斜軸與扇形齒輪鍵的校核已知；鍵的工作長度；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機械設(shè)計表6-2，得因,所以滿足強度要求。（2）傾斜軸與箱體鍵的校核已知鍵的工作長度鍵與箱體鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機械設(shè)計表6-2，得因,所以滿足強度要求6蝸輪軸的設(shè)計6.1選取軸的材料選45鋼。調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得參數(shù)如下，硬度為hbs=220抗拉強度極限，彎曲疲勞極限屈服極限強度剪切疲勞極限許用彎曲應(yīng)力62初步估算

31、軸的最小直徑考慮有鍵槽，直徑增大12%所以取為45mm6.3.軸上結(jié)構(gòu)設(shè)計6.3.1擬定軸上零件的裝配方案圖6-1 渦輪軸的裝配方案6.3.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足齒輪的軸向定位要求，齒輪的右端應(yīng)制出一段軸肩，故取齒輪右端的軸肩為h=2.5，左端用墊圈和螺栓定位初步選擇滾動軸承。因軸承僅受徑向力，所以選用深溝球軸承，選用0組基本游隙組，選用的深溝球軸承6210，其尺寸為右端深溝球軸承采用軸肩進行軸向定位，由手冊查得深溝球軸承6210的軸肩為h=3.5軸承端蓋的總寬度為20至此。軸的各段直徑和長度已確定。6.3.3軸上零件的周向定位扇形齒輪與軸的連接和軸與箱體的連接均采

32、用圓頭平鍵連接。扇形齒輪與軸的連接的間的尺寸為，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為80mm，同時為了扇形齒輪和軸有很好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為，同樣軸與渦輪的連接的鍵的尺寸，長為63，同時為了保持渦輪和軸的對中性，選擇齒輪輪轂與軸的配合為鍵槽用銑刀加工。滾動軸承與軸的配合定位是由過度配合來確定的，此處選軸的直徑公差為m6確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑r=16.3.4求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖，在確定軸承的支點位置時應(yīng)從手冊查取圖6-2 渦輪軸的簡圖圖6-3 渦輪軸的受力分析（1）蝸輪軸在v面內(nèi)進行受力分析圖6-4 渦輪軸在v面的受力分析圖（2）做出

33、蝸輪軸在v面內(nèi)的彎矩圖圖6-5 渦輪軸在v面的彎矩圖（3）蝸輪軸在h面內(nèi)進行受力分析圖6-6 渦輪軸在h面的受力分析（4）列出靜平衡方程，并對b點取彎矩圖6-7 傾斜軸b點的彎矩圖圖6-8 渦輪軸的扭矩圖（5）做出渦輪軸的扭矩圖6.3.5按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力取，軸的計算應(yīng)前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得。因此，故安全。6.3.6校核傾斜軸的軸承求比值初步計算動載荷根據(jù)式(13-8a)按照表13-6，=1.01.2，取=1.2按照表13-5，x=0.56，y值需在已知型號和基本靜載荷后才能求出。由于初選軸承為6210深溝球軸承，此軸承

34、的基本額定靜載荷求當(dāng)量動載荷p驗算軸承的壽命根據(jù)式(13-5)所以軸承選擇符合要求。6.3.7傾斜軸上鍵的校核由機械設(shè)計，可得鍵連接強度校核公式(6-1)式中：t傳遞的轉(zhuǎn)矩，； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，； 鍵的工作長度，； d軸的直徑，。（1）渦輪軸與小齒輪的鍵的校核已知鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機械設(shè)計表6-2，得因,所以滿足強度要求（2）渦輪軸與渦輪鍵的校核已知鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機械設(shè)計表6-2，得因,所以滿足強度要求7蝸桿軸的設(shè)計7.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及各部分尺寸7.1.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖圖7-1 蝸桿軸結(jié)構(gòu)圖7.1.2確定蝸

35、桿軸各段軸尺寸 徑向尺寸 軸向尺寸 7.2蝸桿軸軸承的選擇查機械零件手冊，選擇滑動軸承，滑動軸承座型號為hz050，其各部分參數(shù)為，。7.3蝸桿軸鍵的選擇根據(jù)4軸段，查機械零件手冊選擇圓頭普通平鍵，公稱直徑，鍵長取。7.4蝸桿軸受力分析及校核7.4.1蝸桿軸受力分析蝸桿軸受力如圖圖7-2 蝸桿軸受力分析圖(1)h平面內(nèi)蝸桿軸受力分析水平面內(nèi)蝸桿軸受力如圖圖7-3 蝸桿軸h平面內(nèi)受力圖根據(jù)蝸桿軸結(jié)構(gòu)和各個軸段尺寸可得，故。已知，因各個力對a點彎矩之和為零得則 因 故 b截面處得彎矩則水平面內(nèi)蝸桿軸彎矩圖如圖圖7-4 蝸桿軸h平面內(nèi)彎矩圖(2)v平面內(nèi)蝸桿軸受力分析水平面內(nèi)蝸桿軸受力如圖圖7-5

36、蝸桿軸v平面內(nèi)受力圖已知 則因各個力對b點彎矩之和為零可得即又因軸受力應(yīng)該平衡，得 即 計算可得 b截面處所受彎矩則垂直平面內(nèi)蝸桿軸彎矩圖如圖圖7-6 蝸桿軸v平面內(nèi)彎矩圖(3)合成彎矩圖b截面處則蝸桿軸合成彎矩圖如圖圖7-7 蝸桿軸合成彎矩圖因,則蝸桿軸所受扭矩圖如圖圖7-8 蝸桿軸彎矩圖7.4.2蝸桿軸強度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度根據(jù)機械設(shè)計，可得回轉(zhuǎn)軸強度校核公式式中：軸的計算應(yīng)力，； 軸所受的彎矩，； 軸所受的扭矩，； 軸的抗彎截面系數(shù)，。軸上承受最大彎矩和扭矩的截面是b面，因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，故取。已知則根據(jù)機械設(shè)計表15-4得 抗彎截面系數(shù) 因此軸的材料為45鋼，調(diào)

37、質(zhì)處理，由機械設(shè)計表15-1查得，因，故滿足強度要求。7.4.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度根據(jù)機械設(shè)計，可得回轉(zhuǎn)軸強度校核公式 式中：軸的計算應(yīng)力，； 軸所受的彎矩，； 軸所受的扭矩，； 軸的抗彎截面系數(shù)，。軸上承受最大彎矩和扭矩的截面是b面，因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，故取。已知則根據(jù)機械設(shè)計表15-4得 抗彎截面系數(shù) 因此軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計表15-1查得，因，故滿足強度要求。7.4.4蝸桿軸滑動軸承的選擇a處軸承所受徑向力c處軸承所受徑向力a處受力大，故只需滿足a處軸承的要求就可以滿足c處軸承要求。(1)選擇軸承寬徑比根據(jù)機床軸承常用的寬徑比范圍，取寬徑比為1。(2)

38、計算軸承寬度已知(3)計算軸頸圓周速度(4)計算軸承工作壓力(5)選擇軸瓦材料查機械設(shè)計表12-2，在保證,條件下，選定軸承材料為鑄錫磷青銅。7.4.5蝸桿軸鍵的校核由機械設(shè)計，可得鍵連接強度校核公式式中：t傳遞的轉(zhuǎn)矩，； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，； 鍵的工作長度，； d軸的直徑，。已知， 故查機械設(shè)計表6-2，得，因,所以滿足強度要求。8其它重要數(shù)據(jù)工作臺面厚度肋板厚度軸承端蓋螺釘為軸端固定螺釘為手柄厚度滑動軸承座螺栓為焊接變位機總體結(jié)構(gòu)布局如圖8-1圖8-1 手動焊接變位機總體布局圖9 結(jié)語本次畢業(yè)設(shè)計的課題是300公斤手動焊接變位機，它通過一些機械傳動機構(gòu)，用來實現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜

39、，使得焊工操作的更加方便快捷，提高工作效率。它主要由兩部分組成，傾斜機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)。傾斜機構(gòu)使得工件在合適的位置，便于焊接；回轉(zhuǎn)機構(gòu)使得工件以一定轉(zhuǎn)速隨工作臺旋轉(zhuǎn)，便于提高焊接效率和焊接質(zhì)量。這次設(shè)計的是一個純機械產(chǎn)品，所以對機械設(shè)計和機械原理的基礎(chǔ)知識要求較高，我在認(rèn)真分析所選課題和手頭資料后，從傳動方案的設(shè)計入手。進行運動學(xué)和動力學(xué)設(shè)計，主要是設(shè)計傾斜機構(gòu)；然后再進行傳動件的計算設(shè)計，主要是齒輪、渦輪蝸桿機構(gòu)的設(shè)計；最后畫出裝配圖和零件圖。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我對過去所學(xué)知識進行了系統(tǒng)的回顧，并且獨立地完成了傾斜機構(gòu)的設(shè)計。初步具備了設(shè)計簡單機械的能力，設(shè)計的焊接變位機因為生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定，設(shè)計研制周期較