焊接變位機課程設(shè)計報告

1、目錄1.設(shè)計方案確定1.1設(shè)計要求、技術(shù)要求.1.2回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定.1.3傾斜機構(gòu)的確定.1.4機構(gòu)預(yù)期壽命估算.2.回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計2.1回轉(zhuǎn)軸強度計算.2.2根據(jù)回轉(zhuǎn)軸直徑及受力情況選擇軸承.2.3設(shè)計回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸、選擇鍵.2.4回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動功率計算及電機選擇.2.5設(shè)計回轉(zhuǎn)軸減速機構(gòu).2.6回轉(zhuǎn)主軸受力分析及校核，軸承校核.3.傾斜機構(gòu)設(shè)計. 3.1方案確定 3.2最大傾斜力矩計算 3.3v帶傳動 3.4渦輪蝸桿傳動3.5扇形齒輪機構(gòu) 3.6傾斜軸及軸承設(shè)計4.總結(jié) .參考文獻1.設(shè)計方案確定 圖1-11.1設(shè)計要求、技術(shù)要求 表1-1設(shè)計要求、技術(shù)要求工作臺回轉(zhuǎn)工作臺傾斜載重量回轉(zhuǎn)速度傾

2、斜速度工作臺尺寸重心高度偏心距工作臺傾斜角度電機驅(qū)動電機驅(qū)動660kg0-1r/min0-1r/min700mm340mm200mm0-1351.2回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定由于工作臺回轉(zhuǎn)速度低，調(diào)速范圍長，額定功率低，所以選擇直流電動機；因為總傳動比較大，故可選擇外購一個減速器及渦輪蝸桿機構(gòu)，選用一級齒輪。1.3傾斜機構(gòu)的確定工作臺的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。工作臺的傾斜一般是為了使焊件定位，所以其傾斜速度多是恒定的，可以采用異步電動機驅(qū)動。選擇兩級減速器，渦輪蝸桿減速器，及半圓齒輪機構(gòu)，從而形成工作臺0135的調(diào)節(jié)范圍。1.4機構(gòu)預(yù)期壽命估算機構(gòu)預(yù)期使用壽命為5年，

3、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5*300*2*8*50%=12000小時。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1-2 圖1-22.回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計2.1回轉(zhuǎn)軸強度計算2.1.1當(dāng)量彎矩的計算如下圖2-1，x 、y、z三軸方向設(shè)定為主軸方向，y垂直主軸方向沿紙面向上，x軸垂直主軸紙面向外。主軸受力有彎矩和扭矩。設(shè)mx為繞x軸，my為繞y軸。在焊件和夾具等綜合作用下，回轉(zhuǎn)軸的危險截面在軸承a處，a點截面處的彎矩為：mw= ， mx=g1h+g2esi

4、nbmy=g2ecosb，且g1=gsina，g2=gcosa 整理得：mw=g g-綜合重量e-綜合重量偏心距h-綜合重心高b-回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角a-回轉(zhuǎn)軸的傾斜角a截面的所受扭矩 mn= g1ecosb=gesina cosb按照第三強度理論折算當(dāng)量彎矩 mxd= 當(dāng)a與b滿足cota=sinb時當(dāng)量彎矩有最大值mxdmax=g=660*9.8*=2551378nm=255mpa2.1.2初步計算軸徑根據(jù)mxdmax初步確定回轉(zhuǎn)軸直徑：主軸材料選用45#鋼調(diào)質(zhì)狀態(tài)，其彎曲疲勞強度極限s-1=275mpa許用應(yīng)力 s= s-1見機械設(shè)計表17-2e-比例因子，取0.5；k-應(yīng)力集中系數(shù)，取1.5；

5、n-安全系數(shù)，取1.6。則有 s=50.55mpa主軸直徑d 取d=80mm所以最小直徑dmin=80mm2.2根據(jù)回轉(zhuǎn)軸直徑及受力情況選擇軸承由于軸承受徑向作用及軸向作用力，故選用圓錐滾子軸承，dmin=85mm。根據(jù)要求，選用圓錐滾子軸承30217?；境叽?d=85mm d=150mm b=28mm 基本額定負載cr=178kn cor=238kn 見機械設(shè)計課程設(shè)計表12-32.3設(shè)計回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸選擇鍵2.2.1回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸確定根據(jù)軸的最小尺寸d=80mm軸承內(nèi)徑d=85mm，初步確定軸的個部分尺寸如下圖2-2徑向尺寸 軸向尺寸d1=dmin=80mm l1=85mmd2=85mm

6、 l2=135mmd3=90mm l3=133mm 渦輪寬度b0.75da1d4=100mm l4=98mmd5=85mm l5=30.5mm2.3.2回轉(zhuǎn)軸鍵的確定 軸段上的直徑為80mm，則可取圓頭普通平鍵，公稱尺寸b*h=22mm*14mm 鍵長l=63mm軸段上的直徑為90mm，則可取圓頭普通平鍵，公稱尺寸b*h=25mm*14mm 鍵長l=110mm 選取見機械設(shè)計課程設(shè)計表11-282.4回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動功率計算及電機選擇2.4.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動功率計算由分析可知，在主軸呈水平位置時，即a=90，b=0時，扭轉(zhuǎn)力矩最大，且mnmax=ge，用該值計算回轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動功率： n= n-回轉(zhuǎn)軸的

7、驅(qū)動功率kwn-回轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)速r/minh-回轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的傳動效率mf-軸承處的摩擦力矩nm 且 mf=0.5f（fada+fbdb）f-軸承的摩擦系數(shù)da 、 db-a、b處的軸徑fa 、 fb-a=90，b=0時a、b處合成支反力。 fa = fb= 見焊接工裝夾具及變位機械表2-1由設(shè)計可得，l=215mm，=111.5mm，r=200mm代入上式fa =12556.28nfb=10764.43n摩擦系數(shù)f取0.003 f選取見機械設(shè)計課程設(shè)計表28.2-1因mf=0.5*0.003（12556.28*55+10764.43*55）=2.973nm又因n= 且對于一級齒輪傳動8級精度圓柱

8、齒輪效率h1=0.97單頭蝸桿油潤滑h2=0.8滾動軸承h3=0.98初選一級擺線針輪減速器h4=0.93h=0.97*0.8*0.98*0.98*0.99*0.93=0.686n= =0.19kw2.4.2電機選擇選用直流電動機z2-11，p=0.4kw，n=1500r/min 見機械傳動設(shè)計手冊附錄2.5設(shè)計回轉(zhuǎn)軸減速機構(gòu)回轉(zhuǎn)速度為01r/min，則取回轉(zhuǎn)速度為1r/min總傳動比為i總= 1500/1=1500選擇減速器傳動比i1=25選擇齒輪傳動比 i2=3渦輪蝸桿傳動比i3=20外購減速器選擇擺線針輪減速器，型號xwd4-6-1/25 見機械設(shè)計手冊第5卷表2.5.1渦輪蝸桿設(shè)計及校

9、核蝸桿轉(zhuǎn)速n=34.88/3=11.62 r/min2.5.1.1選擇材料蝸桿采用45#表面淬火，4555hrc渦輪采用鑄錫青銅zcusn10pl，砂模鑄造2.5.1.2確定主要參數(shù)z1=2，i=20，z2=2*20=40 z1選取見機械設(shè)計表12-22.5.1.3按齒面接觸強度計算作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩t2按z1=2，h=0.7計算t2=t1*i*h=9.55*106*20*0.7=4.67*106nmm確定載荷系數(shù)k，取k=1.25 機械設(shè)計表11-1確定許用接觸用力shp基本許用接觸應(yīng)力 shp=200mpa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n=60nt=60*12000=418320則應(yīng)力集中系數(shù)zn=故許用

10、接觸應(yīng)力shp=zn*shp=1.48*200=296mpa由于青銅渦輪與鋼蝸桿配對，則取ze=160確定模數(shù)m及蝸桿直徑d1m2d1=9kat2*=9*1.25*4.67*106*=9594mm3取m2d1=11200 mm3，則有m=10mm，d1=112mm 見機械設(shè)計表12-1z1=2，z2=40，d2=mz2=10*40=400mm中心距a=（q+ z2）=10/2*（11.2+40）=256mm tang=0.057 得出g=316330，即 可以自鎖。2.5.1.4蝸桿的熱平衡計算g=316vs= =當(dāng)量摩擦角rv=5 見機械設(shè)計表12-10總效率h=0.95*=0.627 ft

11、12+fr12 l3 箱體散熱面積a=9*10-5*a1.88=9*10-5*2561.88=3.03m2工作油溫取t0=20c，k1=15w/m2c達到熱平衡時的工作油溫t1=c，故工作油溫滿足要求。2.5.1.5剛度校核蝸桿的最大撓度公式為y= l3yft1=fr1= ft2tana=e=200gpai= d1x4為齒根圓直徑，mmd1x4 =df1 =d1-2ha*m-2c=140-2*1*8-0.25*m=122mml=0.92*d2=0.9*256=230mmy=0.14mmy=由此可見，蝸桿剛度符合要求。2.5.2齒輪的設(shè)計與校核2.5.2.1選材大小齒輪均選用20crmnti，火

12、焰表面淬火，4855hrc根據(jù)小齒輪設(shè)計2.5.2.2按齒輪彎曲疲勞強度設(shè)計（1）齒輪強度 見機械設(shè)計表11-12 見機械設(shè)計表11-13應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n 取壽命系數(shù)yn=1。則（2）計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩（3）選取載荷系數(shù)k根據(jù)機械設(shè)計表11-1，斜齒輪傳動，且加工精度為7級，故k可以取小些，取k=1.3(4)初步選定齒輪參數(shù)取=29 =87 （5）確定復(fù)合齒形系數(shù)yfs因兩輪所選材料及熱處理相同，則相同，故設(shè)計時按小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)yfs1帶入即可。則查表機械設(shè)計表11-18得yfs1=4.06查機械設(shè)計表4-1取m=2mm中心距取a=121mm（6）計算集合尺寸 取b2=32mm 計算齒面

13、接觸疲勞強度節(jié)點區(qū)域系數(shù)對支持圓柱齒輪 見機械設(shè)計表11-3因為較重要傳動，取最小安全系數(shù)shmin=1.4,zn=1，zw=1則故接觸疲勞強度也夠，因此齒輪滿足要求。基本參數(shù)： 鍵的校核兩個鍵均選用45#鋼，連結(jié)方式為靜連結(jié)，轉(zhuǎn)速低，查機械設(shè)計手冊表2-1可知：擠壓應(yīng)力sp=200mpa校核軸段上的鍵sp=sp=200mpa校核軸段上的鍵sp=sp=200mpa由此可見，軸上的所選兩個鍵均符合要求。2.6回轉(zhuǎn)主軸受力分析及校核，軸承校核2.6.1回轉(zhuǎn)軸校核2.6.1.1回轉(zhuǎn)軸受力分析兩軸承之間的距離l=215mm渦輪中心到上軸承中心距離k1=111.5mm渦輪半徑r=256/2=200mm由

14、機械工程手冊 補充本-1及力學(xué)知識可知支反力在ab截面上的最大值出現(xiàn)在a=90，b=0或a= amin，b=90的位置a=90，b=0時a截面fao=gb截面fbo=ga= amin，b=90時a截面fao=b截面fbo=由計算可知：a= amin，b=90時a,b截面上的合力最大fao=17441.8n fbo=11866.87nsca=sca=軸的強度符合要求。2.6.1.2軸的剛度校核 對于45#鋼，e可取200gpaymaxyc=3.9*mm0.0002l=4.3*mm由此可見，軸的撓度是符合要求的。扭轉(zhuǎn)角y= =nj為截面慣性矩n且j=4.019*106mm4g為切變模量，取g=80

15、gpa為回轉(zhuǎn)軸受扭段長度由此可見，軸的扭轉(zhuǎn)角符合要求。軸的設(shè)計滿足剛度要求。2.6.2軸承校核由計算可知：a= amin，b=90時 a,b截面上的合成支反力最大=17441.8n =11861.8n對圓錐滾子軸承，其最大當(dāng)量動載荷p=24474.4n基本額定動載荷cr=178kn 靜載荷cor=238kn 見機械設(shè)計課程設(shè)計表12-3則軸承的基本額定壽命 n=1r/min e=10/3 t=1則14400h所選軸承是滿足使用要求的。3傾斜機構(gòu)設(shè)計3.1方案確定傾斜機構(gòu)是電動機經(jīng)渦輪蝸桿減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜。外購電動機+減速器+扇形齒輪3.2傾斜力矩的計算3.2.1最大傾斜力

16、矩由力學(xué)知識分析知，最大傾斜力矩出現(xiàn)在a= amin，b=90時及a= 90，b=0時3.2.2計算傳動功率，選電機v帶傳動， 渦輪蝸桿傳動， 圓柱齒輪三級傳動總效率：傳動功率：n=所以選擇電動機為：y系列三相異步電動機 y90s-6，p=0.75kw，n=1000r/min3.2.3傳動比分配總傳動比外購減速機i1=200 齒輪減速i2=53.3扇形齒輪機構(gòu)（i=8.8）3.3.1選材大小齒輪均選用40cr，火焰表面淬火，4855hrc3.3.2齒輪強度 見機械設(shè)計表11-12 見機械設(shè)計表11-13應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n 見機械設(shè)計圖11-15 見機械設(shè)計圖11-15許用應(yīng)力計算 取齒輪彎曲疲勞強

17、度設(shè)計工作轉(zhuǎn)矩：根據(jù)機械設(shè)計表11-1，取1 選齒輪8級精度=1.1 =1.1 =1.2k=1.452彎曲疲勞強度計算，齒輪模數(shù)取=29 =145查機械設(shè)計表4-1取m=4mm中心距 取b2=62mm 計算齒面接觸疲勞強度節(jié)點區(qū)域系數(shù)對支持圓柱齒輪 見機械設(shè)計表11-3因此齒輪滿足要求。基本參數(shù)： 3.6傾斜軸及軸承設(shè)計3.6.1傾斜軸 l=720mm根據(jù)焊接工裝夾具及變位機械設(shè)計、選用表2-2得a= 90，b=0時，a= amin，b=90故最大值出現(xiàn)在4638.85n處，此時a= 90，b=0計算傾斜軸直徑選材，45#鋼，s=50.55mpa 取d=90mm由于承受徑向載荷，故可選用圓柱滾子軸承軸承型號n214e 見機械設(shè)計課程設(shè)計表12-7傾斜軸傳送功率滾動軸承內(nèi)摩擦力矩可忽略不計。故功率滿足要求。強度校核彎曲強度彎曲應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)強度扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：剛度校核：由材料力學(xué)公式： 彈性模量e見機械設(shè)計手冊表1-17取e=200gpa則：且 所以0.0002l故撓度滿足要求。0.0005故扭轉(zhuǎn)角也符合要