大齒輪輪芯堆焊機動力頭設計

1、目 錄1 緒論12 堆焊簡介43 總體方案設計83.1 動力頭的總體設計要求83.2 動力頭的設計84 蝸輪蝸桿的傳動設計114.1 高速級傳動設計114.2 低速級傳動設計165 軸的校核與設計215.1 軸的設計215.2 輸入軸215.3 輸出軸235.4 中間軸的校核256 滾動軸承的選擇及校核計算326.1 輸入軸上的軸承326.2 輸出軸上的軸承337 鍵連接的選擇及校核計算378 聯(lián)軸器和箱體的設計計算398.1 聯(lián)軸器398.2.箱體419 減速器結構與潤滑、密封方式的概要說明4310 結論45參考文獻46致謝47大齒輪輪芯堆焊機動力頭設計摘要：大齒輪是由外齒圈、輪芯和鍵組合而

2、成，齒圈為嚙合部分所以采用優(yōu)質(zhì)鋼，輪芯為鑄造件用鍵連接齒輪軸。外齒圈和輪芯采用過盈配合，用溫差法裝配。輪芯與外齒圈無相對運動、無磨損。當出現(xiàn)更換外齒圈或維修齒輪軸上零件等情況時，需要將齒輪解體，此時外齒圈將從輪芯外表面中被強行拉出，配合面就會被破壞，齒輪輪芯也容易受到磨損。為了不影響齒輪的工作狀態(tài)，輪芯外表面需堆焊及機加工，恢復輪芯外表面及其光潔度。同樣輪芯內(nèi)孔損傷也需用堆焊的方法修復。本文所設計堆焊機動力頭就用于此工序輪芯堆焊機主要由動力頭、尾架、焊接小車、底座、導軌及控制箱六大部分組成。本文設計輪芯堆焊機動力頭，工作重點在于減速器的設計。首要目的是滿足基本的使用性能，其次是在此基礎上盡量減

3、少減速器的體積和重量使其結構緊湊、加工制造方便。動力頭減速器的結構有很多種類，本文首要滿足的性能是速比和強度，之后再從裝備方便、縮小體積、降低成本等方面加以考慮。設計后的減速器應具有容易生產(chǎn)、結構簡單、可實用性、安裝方便、成本低的特點。關鍵詞：輪芯；堆焊；動力頭 ；減速器Wheel center welding machine power head design Abstract ：From outside the ring gear, wheel core and key combination engagement ring is part of it using high quality

4、 steel, round core for the casting gear shaft with key connection.outside the ring and the wheel core by interference fit, with the temperature difference method assembly. Wheel core and outer ring is no relative movement, no wear. When replacement or repair outside the ring gear shaft parts, etc.,

5、you need to gear collapse, this time from the outer ring round the outer surface of the core was forcibly pulled out, with the surface will be destroyed, gear wheel core is also easy by wear and tear. In order not to affect the working condition of gears, wheel outer surface of the core needs weldin

6、g and machining to restore wheel core and the outer surface finish. Within the same round hole injury also used as a core method of welding repair. This power head welding machine is designed to be used for this processThis designs the gear of wheel center welding machine, the focus is the design of

7、 transmission and shaft. The primary purpose of the work is to meet basic performance, second is on this basis to reduce the size and weight of the gear as much as possible to compact structure and to manufacture esaily. The gear structure of dynamic head has many types, the first to meet the perfor

8、mance of this design is ratio and intensity, the second is considered from the equipment convenient, smaller size, lower cost and so on. After the design the gear should be easy to produce, structure simple, practical, easy installation and low cost.Keywords: wheel center, welding machine, gear, dyn

9、amic head.1 緒論1.1 課題的意義焊接是借助于原子的結合把兩個分離的物體聯(lián)合成一個整體的過程。為了實現(xiàn)焊接過程，必須使兩個被焊的物體接近到原子間的力能夠發(fā)生相互作用的程度。為達到這個目的，可利用加熱、加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料的方法來實現(xiàn)。堆焊是焊接的一個分支，是金屬晶內(nèi)結合的一種溶化焊接方法，但它與一般的焊接不同，不是為了連接零件，而是用焊接的方法，在零件的表面堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程。其目的在于修復零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等方面的性能。由此可見，堆焊具有一般焊接方法的特點，但又有其特殊性。堆焊機是將焊條平敷在金屬的表面,來提高焊口的高度,所特用的一

10、種焊接設備.堆焊機是由包括機架、機頭、翻轉機構、行走機構、控制設備構成，所述控制設備通過機頭控制卡與機頭相連接，同時通過控制電路板、驅動器與翻轉機構和行走機構相連接，以實現(xiàn)行走機構和翻轉機構的協(xié)同精確轉動和移動，機頭為兩個，一個是絲極機頭，一個是帶極機頭，分別安裝在行走機構的兩條導軌上進行焊接。堆焊的應用廣泛，它遍及各種機械使用和制造部門。堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應用于各個工業(yè)部門零件的制造修復中。為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用，希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術。用它制造某些零件時，不僅發(fā)揮

11、零件的綜合技術性能和材料的工作潛力，還能節(jié)約大量的貴重合金。例如，一般的熱鍛模用5CrMnMo或5CrNiMo等合金鋼整體模制造，而我國有的工廠已成功的應用45Mn2鑄鋼基體電渣堆焊合金材料來制造，從而大量節(jié)約了貴重的Ni、Mo等合金元素。用堆焊修復舊件費用低、省工、省時、省材料，還可以縮短制造周期。因此，合理地采用并用并推廣堆焊技術具有重大的經(jīng)濟意義。齒輪是大型機車的重要傳動部件。由于大齒輪的加工難度和工作條件中的很大沖擊力決定著大齒輪輪芯很容易受到磨損。因為輪芯的磨損會很容易使大齒輪的位置松動移動位置，從而影響到機車的正常工作。以前通常是把機車上的受損大齒輪卸掉在從新安裝新的大齒輪軸以免對

12、機車造成不必要的損傷。這樣不但耗費人力而且從經(jīng)濟的角度上講很不實際?，F(xiàn)在采用輪芯堆焊的方法簡單易行，而且省錢、省力、省料、經(jīng)濟效果也好大齒輪是由外齒圈、輪芯和鍵組合而成，齒圈為嚙合部分所以采用優(yōu)質(zhì)鋼，輪芯為鑄造件用鍵連接齒輪軸。外齒圈和輪芯采用過盈配合，用溫差法裝配。輪芯與外齒圈無相對運動、無磨損。當出現(xiàn)更換外齒圈或維修齒輪軸上零件等情況時，需要將齒輪解體，此時外齒圈將從輪芯外表面中被強行拉出，配合面就會被破壞，齒輪輪芯也容易受到磨損。為了不影響齒輪的工作狀態(tài)，輪芯外表面需堆焊及機加工，恢復輪芯外表面及其光潔度。同樣輪芯內(nèi)孔損傷也需用堆焊的方法修復。本文所設計堆焊機動力頭就用于此工序。動力頭是

13、堆焊級機的主要組成部分之一，本次設計的動力頭減速器主要目的是滿足性能指標。故設計一個結構緊湊、加工方便的減速器對于堆焊機有重要意義。在設計過程中對于我們要注重理論聯(lián)系實際，同時還要具有相關機械設計和制圖的實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)獨立思考能力和解決問題的能力。這對于我們即將步入社會的大學生也是意義重大。2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀堆焊不僅可以修復舊金屬工件，而且可以在金屬工件表面形成復合層，使其具有特殊的性能，而且達到提高耐磨性、延長使用壽命、節(jié)約能源、減少合金消耗、縮短加工周期、降低成本和改進設計等效果。所以發(fā)展堆焊技術對我國的工業(yè)發(fā)展有重要意義。堆焊的方法修復和制造工件已有三十多年歷史。早在50年代我國就用

14、此技術修復工件。迄今在我國輪芯堆焊都一般采用2氣體保護自動堆焊,并在這方面有了一定的成就。他們依靠自己的力量制造了各種型式的堆焊機床,并用MZ一1000型普通埋弧焊機改裝成堆焊機頭,氣體保護避免了空氣的侵入和雜質(zhì)的污染，從而提高堆焊質(zhì)量使消耗降低收到了較好的效益。在工業(yè)發(fā)達國家中堆焊工件的工藝材料和設備方面的研究工作,都取得了明顯進展，不但能修復舊齒輪且能生產(chǎn)各種復合材質(zhì)的新工件。同時新的堆焊設備隨著工藝的更新得到不斷的改進。堆焊已由自動埋弧焊發(fā)展到電渣堆焊。用電渣堆焊甚至可在內(nèi)圓齒輪上堆焊合金鋼層。隨著堆焊工藝、材料和設備的不斷發(fā)展和更新堆焊的溶敷效率已由59kg|h提高到200kg|h以上

15、焊絲由單絲極發(fā)展到多絲極和帶極電渣堆焊也由多絲極發(fā)展到管狀焊極目前堆焊術還在不斷進步.具有十分廣闊的發(fā)展前景。我國堆焊技術多年來由于科研工作不配套管理跟不上焊絲、焊劑材料品種單一。新研制的材料還不能批量生產(chǎn)，供應渠道未暢通,也沒有可供選用的先進焊接設備,造成工件堆焊技術進展緩慢。到自前為止，近70%中小型軋鋼廠沒有應用這一技術。且堆焊技術也僅用于舊材料修復上，還沒有用堆焊方法批量生產(chǎn)復合材質(zhì)，堆焊的水平和工業(yè)先進國家相比差距較大。為此,冶金部已成立了堆焊組,進行信息交流、技術攻關、科研成果鑒定并制定發(fā)展規(guī)劃等工作。開展了新的焊絲、焊齊材料和高效率的多絲帶極堆焊設備的研究工作?？梢灶A期堆焊技術將

16、在我國得到較快的發(fā)展。隨著經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，我國的焊接技術也正迅速的發(fā)展。近幾年來，表面堆焊技術應用于電站、核能、石化、冶金、煤炭、礦山、建筑、橋梁、船舶、汽車、機車、航天、海洋工程等行業(yè)的設備修復。因此堆焊在現(xiàn)代焊接技術中占有重要地位。如何設計一個結構緊湊、加工方便的減速器對于堆焊機的發(fā)展有重要意義。動力頭減速器的構造有很多種，主要考慮滿足速比和強度，以及裝配方便、縮小體積、降低成本等。由于大齒輪輪芯堆焊機的傳動比要求比較大，所以為了更好的滿足大傳動比的傳動要求，選擇蝸桿傳動和擺線針輪減速器或者選傳動比在500左右范圍和帶傳動配合的傳動方案的減速器比較合適。2 堆焊簡介2.1 堆焊的特點焊

17、接是借助于原子的結合把兩個分離的物體聯(lián)合成一個整體的過程。為了實現(xiàn)焊接過程，必須使兩個被焊的物體接近到原子間的力能夠發(fā)生相互作用的程度。為達到這個目的，可利用加熱、加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料的方法來實現(xiàn)。隨著科學技術的進步，各種產(chǎn)品、機械裝備正向大型化、高效率、高參數(shù)的方向發(fā)展，對產(chǎn)品的可靠性和使用性能要求越來越高。材料表面堆焊作為焊接技術的一個分支，是提高產(chǎn)品和設備性能、延長使用壽命的有效技術手段。堆焊是用焊接方法在金屬材料或零件表面上熔敷一層有特定性能的材料的工藝過程。它是焊接的一個分支，是金屬晶內(nèi)結合的一種溶化焊接方法，但它與一般的焊接不同，不是為了連接零件，而是用焊接的方法，

18、在零件的表面堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程。其目的在于修復零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等方面的性能。由此可見，堆焊具有一般焊接方法的特點，但又有其特殊性。堆焊的物理本質(zhì)、熱過程、冶金過程以及堆焊金屬的凝固結晶與相變過程，與一般的焊接方法相比是沒有什么區(qū)別的。然而，堆焊主要是以獲得特定性能的表層、發(fā)揮表面層金屬性能為目的，所以堆焊工藝應該注意以下特點：1.根據(jù)技術要求合理地選擇堆焊合金類型 被堆焊的金屬種類繁多，所以，堆焊前首先應分析零件的工作狀況，確定零件的材質(zhì)。根據(jù)具體的情況選擇堆焊合金系統(tǒng)。這樣才能得到符合技術要求的表面堆焊層。2.以降低稀釋率為原則，選定堆焊方法 由于零件的基體

19、大多是低碳鋼或低合金鋼，而表面堆焊層含合金元素較多，因此，為了得到良好的堆焊層，就必須減小母材向焊縫金屬的熔入量，也就是稀釋率。3.堆焊層與基體金屬間應有相近的性能 由于通常堆焊層與基體的化學成分差別很大，為防止堆焊層與基體間在堆焊、焊后熱處理及使用過程中產(chǎn)生較大的熱應力與組織應力，常要求堆焊層與基體的熱膨脹系數(shù)和相變溫度最好接近，否則容易造成堆焊層開裂及剝離。4.提高生產(chǎn)率 由于堆焊零件的數(shù)量繁多、堆焊金屬量大，所以應該研發(fā)和應用生產(chǎn)率較高的堆焊工藝?？傊挥腥婵紤]上述特點，才能在工程實踐中正確選擇堆焊合金系統(tǒng)與堆焊工藝，獲得符合技術要求的經(jīng)濟性好的表面堆焊層2.2 堆焊的應用堆焊工藝是

20、焊接領域中的一個重要分支，它在礦山、電站、冶金、車輛、農(nóng)機等工業(yè)部門的零件修復和制造中都有廣泛的使用。其主要用途有以下兩個方面：1.零件修復由于零件常因為磨損而失效，例如石油鉆頭、挖掘機齒等，可以選擇合適的堆焊材料對其進行修復，使其恢復尺寸和進一步提高其性能。而且用堆焊技術進行修復比制造新零件的費用低很多，使用壽命也較長，因此堆焊技術在零件修復中得到廣泛。2.零件制造堆焊工藝可以采用不同的基體，在這些基體上使用不同的堆焊材料使表面達到我們所需要的性能，如耐磨性、耐蝕性、耐熱性等等。利用這一工藝不僅能保證零件的使用壽命而且還避免了貴金屬的消耗，使設備的成本降低。2.3 堆焊方法 熔焊、釬焊、噴涂

21、等方法都可以應用于堆焊中，熔焊方法占的比例最大，選擇應用怎樣的堆焊方法，應考慮幾個問題：（1）堆焊層的性能和質(zhì)量要求；（2）堆焊件的結構特點；（3）經(jīng)濟性。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，常規(guī)的焊接方法往往不能滿足堆焊工藝的要求，因此又出現(xiàn)了許多新的堆焊工藝方法。幾種堆焊工藝的主要特點如表9-1所示。表1-1 常用堆焊方法特點比較堆焊方法稀釋率/%熔敷速度/（kg/h）最小堆焊厚度/mm熔敷效率/%氧-乙炔焰堆焊手工送絲1100.51.80.8100自動送絲1100.56.80.8100手工送絲1100.51.80.28595焊條電弧焊堆焊10200.55.43.265鎢極氬弧焊堆焊10200.54.52.4

22、98100埋弧堆焊單絲30604.511.33.295多絲152511.327.24.895串聯(lián)電弧102511.315.94.895單帶極102012363.095多帶極81522684.095等離子弧堆焊自動送絲5150.56.80.258595手工送絲5150.53.62.498100自動送絲5150.53.62.498100雙熱絲51513272.498100注:表中稀釋率為單層堆焊結果。2.4輪芯堆焊堆焊是熔焊，因此從原理上講，凡是屬于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的發(fā)展也隨生產(chǎn)發(fā)展的需要和科技進步而發(fā)展，當今已有很多種對焊方法，現(xiàn)按實現(xiàn)堆焊的條件，將常用的堆焊方法綜合分類。堆焊機

23、是將焊條平敷在金屬的表面,來提高焊口的高度,所特用的一種焊接設備.堆焊機是由包括機架、機頭、翻轉機構、行走機構、控制設備構成，所述控制設備通過機頭控制卡與機頭相連接，同時通過控制電路板、驅動器與翻轉機構和行走機構相連接，以實現(xiàn)行走機構和翻轉機構的協(xié)同精確轉動和移動，機頭為兩個，一個是絲極機頭，一個是帶極機頭，分別安裝在行走機構的兩條導軌上進行焊接。輪芯堆焊一般采用CO2保護自動堆焊，這種堆焊方法的優(yōu)點在于保證堆焊金屬必需的質(zhì)量和高生產(chǎn)率的同時，還保證了工藝過程的穩(wěn)定。因此與其他堆焊修復方法相比，CO2保護自動堆焊得到了廣泛的應用。這種結構的CO2保護自動堆焊可實現(xiàn)環(huán)焊、螺旋焊、直道焊三種焊接形

24、式。當工作焊完一圈，小車帶動焊槍縱向自動移動一段距離再焊，稱為環(huán)焊；當焊接工件時，焊槍與小車同時以設定的速度緩慢移動，稱為螺旋焊；當工件不轉動，僅有小車縱向移動時，稱為直道焊。焊接開始時，焊絲與焊件接觸，并被固體顆粒狀的焊劑覆蓋著。當焊絲與焊件之間引燃電弧，焊絲與軋輥及部分靠近電弧的焊劑受到電弧熱（60008000）的作用開始熔化。焊絲熔融后，堆在工件上，焊劑起著保護作用和合金化作用，焊機熔化時，不斷放出氣體和水蒸氣，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一個由渣殼抱住的密閉孔穴。電弧在孔穴內(nèi)繼續(xù)燃燒，這樣就隔絕了大氣對電弧和熔池的影響，并防止了熱量的迅速散失。堆焊層除了集體金屬的沖淡作用外，組織較為

25、均勻，氣孔和夾渣較少，淬火作用小，而焊層的物理和力學性能高。堆焊層的硬度和耐磨性是由焊絲材料和焊劑中所含的合金元素來決定的。3 總體方案設計3.1 動力頭的總體設計要求 動力頭的總體設計要求如下。 ·焊接線速度：U線=400450mm/min。 ·傳動比i在12001424范圍內(nèi)。 ·傳動裝置的布局應使結構簡單、緊湊、勻稱、重量輕、強度和剛度好，成本低，并適合車間布置情況和工人操作，便于拆裝和維修。 ·使各級傳動的承載能力接近相等。 ·使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等。 ·盡量采用標準件，也可用少量非標準件。3.2 動力頭的設計3

26、.2.1 電動機的選取由于要滿足縮小體積，減輕重量的要求，所以優(yōu)先選用110SZ51型電動機，其額定參數(shù)如下。（由設計要求決定）·額定功率：W。·額定轉速： =1500r/min。·滿載轉速： =1470r/min。3.2.2 傳動方案的確定本方案主要采用兩級蝸桿傳動方式。其主要原因在于蝸桿傳動比大，結構緊湊，傳動平穩(wěn)，噪音小，既滿足了大傳動比的要求又滿足了結構緊湊的要求但傳動比率較低。1總傳動比 =1400。2減速裝置的傳動比分配 第一級蝸桿傳動比為=80；第二級蝸桿傳動比為=70。所以 =×=1400滿足設計要求。3.2.3 材料的選擇 自動堆焊要求

27、載荷平穩(wěn)，轉速低，故所有蝸輪材料均選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HBS。3.2.4 初步確定蝸桿頭數(shù)根據(jù)經(jīng)驗可以初步定出各級蝸輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)，如表1.1所示。表3.1 各級齒輪齒數(shù)和蝸桿頭數(shù)傳動級數(shù)蝸輪齒數(shù)蝸桿頭數(shù)第一級 802第二級 7023.2.5 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)各軸轉速·1軸（高速級蝸桿軸）：n1=nm/i =1470/(80/2)=36.75 (r/min)·2軸（低速級蝸桿軸）：n2=n1/i =36.75/(70/2)=1.05(r/min)·工作軸：nw=n5=1.05（r/min）個軸輸入功率·1軸：P1=P0g

28、=185×0.75=138.75（W）·2軸：P2=P1g=138.75×0.8=111（W）·工作軸：Pw=P5r=111×0.995=109.4（W）各軸輸入轉矩·1軸：T1=9550P1/n1=3.61 (N·m)·2軸：T2=9550P2/n2=1057.8N·m)· 工作軸：Tw=9550Pw/nw=1044.78( N·m)將以上求得的運動和參數(shù)、各軸之間的傳動比及效率列表1.2、表1.3。表3.2 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)參 數(shù)電動機軸1軸2軸工作軸轉速/r·

29、;min-1147036.751.051.05功率P/W185138.75111109.4轉矩T/N·m1.2023.611057.81044.78表3.3 各軸之間的傳動比及效率參數(shù)1軸2軸傳動比i4035效率0.750.80表3.4 各軸的運動參數(shù)表軸號功率轉矩(N·m)轉速(r/min)傳動i效率輸入輸出輸入輸出電機軸185184.61.202147010.751軸138.75138.623.613.59836.75402軸111110.851057.810576.51.050.8035工作軸109.4109.121044.781044.211.050.9974 蝸桿

30、的傳動設計4.1 高速級的傳動設計 蝸桿傳動多在需要交錯軸間傳遞運動及動力的場合使用。通常交錯角為，一般蝸桿為主動力。其主要優(yōu)點為傳動比大，工作平穩(wěn)，結構緊湊，當蝸桿導程角小于摩擦角是可以自鎖。其缺點是效率低，需用貴重的有色金屬。蝸桿傳動的類型有多種，本文根據(jù)需要選用了普通的圓柱蝸桿阿基米德蝸桿。4.1.1蝸桿傳動材料的選擇 在蝸桿傳動中，普通齒輪傳動中齒輪所發(fā)生的點蝕、彎曲、折斷、膠合和磨損等失效形式必然都可能出現(xiàn)。更特殊的是由于蝸桿傳動在齒面間有較大的相對滑動，磨損、發(fā)熱、膠合的想象就更容易發(fā)生。 基于蝸桿傳動的特點，蝸桿副的材料組合首先要求具有良好的減摩、耐磨、易于跑合的特性和抗膠合能力

31、，此外要求有足夠的強度。由于轉速不高、功率不大，蝸輪材料選用ZQAl9-4，砂模鑄造，H=250MPa；蝸桿材料選用40Cr，表面調(diào)質(zhì)，硬度為241286HBS。4.1.2 選擇齒數(shù) 查機械設計手冊，取Z1=2，Z2=804.1.3驗算滑動速度 式中Z1蝸桿頭數(shù)； m模數(shù)，mm；d1蝸桿分度圓直徑，mm；蝸桿分度圓柱上螺旋升角；滑動速度，m/s。所以，根據(jù)設計要求，原材料選擇是合適的。4.1.4按齒面接觸強度進行設計傳動中心矩計算公式如下： （4-1）(1) 確定作用在蝸輪上的轉矩 =361.4N·m(2) 確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布系數(shù)KA=1.1(3) 確定彈性

32、影響系數(shù)因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=147(4) 確定接觸系數(shù)先假設蝸桿分度圓d1和傳動中心矩a的比值，從圖11-18可查得=3.1(5) 確定接觸疲勞極限根據(jù)蝸輪材料為ZCuSn10P1，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，可從表11-7中查得無蝸輪的基本許用應力=265MPa(6) 確定接觸疲勞最小安全系數(shù) 根據(jù)推薦值可取=1.2(7) 確定壽命系數(shù)(8) 計算中心距 （4-2）取中心矩a=60mm這時， =3.1由圖11-18查得，因為<， 因此以上計算結果可用。4.1.5 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸確定蝸桿的頭數(shù) 確定模數(shù)m蝸桿分度圓直徑 查機械設計書表11-3，

33、取標準值d1=20mm，直徑系數(shù)q=10齒頂圓齒根圓df1=m(q-2.4)=18.16mm分度圓導程角蝸桿軸向齒寬蝸輪齒數(shù)=×21.98=80驗算傳動比i=40傳動比誤差，是允許的蝸輪分度圓直徑=20mm實際中心距 a=1/2(d1+d2)= 74mm 蝸輪寬度 蝸桿圓周速度 相對滑動速度 當量摩擦系數(shù) 查機械設計書表13-6，4.1.6 主要尺寸根據(jù)以上計算結果，可以得到蝸桿傳動的主要尺寸，如表1.7所示。 表4-1 蝸桿傳動的主要尺寸名 稱符 號蝸 桿蝸 輪模數(shù)m1.61.6頭數(shù)z280分度圓直徑d20108.8中心距a74齒頂圓直徑da23.2110.4齒根圓直徑df16.6

34、102.2蝸桿最大外圓直徑de2-110.4齒頂圓弧半徑Ra2-23.2齒根圓弧半徑Rf2-16.6蝸輪輪緣寬度b-22蝸桿分度圓柱上螺旋升角齒距p6.28特性系數(shù)q20壓力角螺旋方向 左旋蝸桿變位系數(shù)X04.1.7熱平衡計算 蝸桿傳動的特點是效率較低，發(fā)熱量較大。在工作中就可能出現(xiàn)齒面磨損加劇，甚至引起齒面膠合的情況。出現(xiàn)工作失效的原因在于散熱不充分，溫度過高，使?jié)櫥宛ざ冉档?，減減小潤滑作用。因此，閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算。熱平衡計算的原理是：閉式蝸桿傳動正常連續(xù)工作時，有摩擦產(chǎn)生的熱量應小于或等于箱體表面散發(fā)的熱量，以保證溫升不超過允許值。公式為： （4-3） 式中，P=162.9

35、60W，在通風良好的條件下，取k=15W/(m2·)，取允許潤滑油工作溫度，室溫，。 將以上數(shù)據(jù)帶入計算得箱體所需有效散熱面積A為： （4-5）這將為箱體設計和是否考慮采取散熱措施提供依據(jù)。在實際使用中，蝸輪輪齒折斷的情況很少發(fā)生，這是因為蝸輪輪齒彎曲強度所限定的承載能力，超過齒面點蝕和熱平衡計算所限定的承載能力。而只有在蝸輪采用脆性材料，并且受強烈沖擊的傳動等少數(shù)情況下，折斷現(xiàn)象才會出現(xiàn)，此時計算彎曲強度才有實際意義。4.2 低速級的傳動設計 4.2.1 桿的傳動類型 根據(jù)GB/T100851998 選擇ZA4.2.2 選擇材料蝸桿材料選用40Cr，表面調(diào)質(zhì)，硬度為241286HB

36、S。蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT200制造4.2.3 按計齒面接觸疲勞強度計算進行設計（1）根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計進行計算，先按齒面接觸疲勞強度計進行設計，再校對齒根彎曲疲勞強度。由文獻1P254式（11-12）， 傳動中心距 （4-6）由 前面的設計知作用在蝸輪上的轉矩T2，按Z=2,估取，則：（2）確定載荷系數(shù)K因工作比較穩(wěn)定，取載荷分布不均系數(shù)；由文獻1P253表11-5選取使用系數(shù)；由于轉速不大，工作沖擊不大，可取動載系；則 （4-7）（3）確定彈性影響系數(shù)因選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有（4）確定接觸系

37、數(shù)先假設蝸桿分度圓直徑 和中芯距的比值，從文獻1P253圖11-18中可查到（5）確定許用接觸應力根據(jù)選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度45HRC，可從文獻1P254表11-7中查蝸輪的基本許用應力應力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù)則 （6）計算中心距: （4-8）取a=160mm，由 i=35，則從文獻1P245表11-2中查取，模數(shù)m=4蝸桿分度圓直徑從圖中11-18中可查，由于，即以上算法有效。4.2.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿軸向尺距 = 25.133mm直徑系數(shù)q= =40齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導程角 蝸桿軸向齒厚蝸桿的法向齒厚（2）蝸輪

38、 蝸輪齒數(shù), 變位系數(shù) 驗算傳動比，這時傳動比誤差為：，在誤差允許值內(nèi)。蝸輪分度圓直徑喉圓直徑齒根圓直徑咽喉母圓半徑4.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 （4-9）當量齒數(shù) 根據(jù) 從圖11-9中可查得齒形系數(shù)Y=2.55螺旋角系數(shù)：許用彎曲應力：從文獻1P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力=56MPa壽命系數(shù) （4-10）可以得到：<因此彎曲強度是滿足的。4.2.6 驗算效率 （4-11）已知；與相對滑動速度有關。 從文獻1P264表11-18中用差值法查得： 代入式中，得大于原估計值，因此不用重算。4.2.7 精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設計的

39、蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇8級精度，側隙種類為f，標注為8f GB/T10089-1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略。詳細情況見零件圖。5 軸的校核與設計軸屬于運動機構，主要是帶動工件轉動完成冷軋輥堆焊，并同時承受轉矩、彎矩和剪切作用，而且其性能直接影響到堆焊質(zhì)量、機床的實用壽命等，因此，這部分的動力頭整體設計中占關鍵地位。5.1 軸的設計從設計機床的工作特點來看，主軸要同時承載彎矩和轉矩作用。從傳動情況來看，轉矩是由蝸桿軸傳遞給主軸的，彎矩主要是有主軸上兩滾動軸承承受。選擇軸的材料。主軸材料選擇4

40、0Cr，調(diào)質(zhì)處理，查機械設計手冊得：硬度為241286HBS，b=750MPa，s=550MPa。按轉矩估算軸的最小直徑。估算公式為 （5-1）式中P軸功率，kW； n軸轉速，r/min; C系數(shù)。由機械設計手冊取：C=100，于是mm。計算所得直徑應為安裝蝸桿的最小直徑，取d=20mm.5.2 輸入軸的設計蝸桿上的功率P 轉速N和轉矩分T別如下：P= 185w N=1470r/min T=36100Nm5.2.1 按扭矩初算軸徑選用40Cr，硬度為根據(jù)文獻式，并查教材表15-3，取 （5-2）考慮到有鍵槽，將直徑增大7%，則：因此選5.2.2 蝸桿的結構設計（1）蝸桿上零件的定位，固定和裝配

41、二級蝸桿減速器可將蝸輪安排在箱體中間，兩隊軸承對成分布，蝸桿由軸肩定位，蝸桿周向用平鍵連接和定位。端：軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑，故同時選用聯(lián)軸器的轉矩計算，查文獻1P351表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件和考慮到蝸桿與電動機連接處電動機輸出軸的直徑查文獻3P172表13-10選用HL6型號彈性套柱銷聯(lián)軸器。表5-1 蝸桿軸聯(lián)軸器參數(shù)型號公稱轉距許用轉速軸的直徑2503800608232因此選擇段長度取軸上鍵槽鍵寬和鍵高以及鍵長為。端：因為定位銷鍵高度，因此，。軸承端蓋的總長為20mm,根據(jù)拆裝的方便取端蓋外端面于聯(lián)軸器右端面間的距離為所以，段

42、：初選用圓錐滾子軸承，參考要求因d=44，查文獻選用30205型號滾子承。 L=24mm圓錐滾子軸承一端用端蓋定位（寬度為6mm），緊靠軸環(huán)端用于軸肩定位。段：直徑軸環(huán)寬度b ,在滿足強度下，又要節(jié)省材料取軸肩寬度為；，；。V段：由前面的設計知蝸桿的分度圓直徑 齒頂圓直徑 ,蝸輪的喉圓直徑。查文獻1P250表11-4材料變形系數(shù)所以蝸輪齒寬綜合考慮要使蝸輪與內(nèi)壁有一定的距離 故選L=130mm 圖5-1 蝸桿軸結構 5.3 輸出軸的設計5.3.1 按扭矩初算軸徑（1）輸出軸上的功率，轉速和轉矩： P=111w , N=1.05r/min ,T=1057.7Nm（2）求作用在軸上的力 （3）初步

43、確定軸徑的最小直徑選用鋼，硬度根具文獻1P370中式，并查文獻1P370表15-3，取 （5-3）考慮到鍵槽，將直徑增大10%，則；所以，選用5.3.2 軸的結構設計（1）軸上的零件定位，固定和裝配蝸輪蝸桿二級減速裝置中，可將蝸輪安裝在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，蝸輪左面用軸肩定位，右端面用軸端蓋定位，軸向采用鍵和過度配合，兩軸承分別以軸承肩和軸端蓋定位，周向定位則采用過度配合或過盈配合，軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，右軸承從右面裝入。（2）確定軸的各段直徑和長度軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑，故同時選用聯(lián)軸器的轉矩計算，查文獻1P表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取由輸出端開始往里設計。

44、查機械設計手冊選用HL5彈性柱銷聯(lián)軸器。表5-2 蝸輪軸聯(lián)軸器參數(shù)型號公稱轉矩許用轉速軸孔直徑HL4125040008411255I-II段：，。軸上鍵槽取，。II-III段：因定位軸肩高度，考慮到軸承端蓋的長度和安裝和拆卸的方便，取。-IV段：初選用角接觸球軸承，參照要求取型號為30212型圓錐滾子軸承，考慮到軸承右端用套筒定位，取齒輪距箱體內(nèi)壁一段距離a=20mm，考慮到箱體誤差在確定滾動軸承時應據(jù)箱體內(nèi)壁一段距離S，取S=8。已知所選軸承寬度T=23，則。-V段：為安裝蝸輪軸段，蝸輪齒寬取L=90mm，由于為了使套筒能壓緊蝸輪則mm。V-VI段：-V段右端為軸環(huán)的軸向定位，mmVI-VI

45、I段：。圖5-2 蝸輪軸結構（3）軸上零件的周向定位 蝸輪、半聯(lián)軸器與軸的定位均采用平鍵連接。按 由文獻1P106表6-1查得平鍵截面，鍵槽用銑刀加工，長為80mm，同時為了保證齒輪與軸配合由良好的對稱，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵分別為為，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。（4）參考文獻1P365表15-2，取軸端倒角為圓角和倒角尺寸，個軸肩的圓角半徑為125.4 中間軸的校核5.4.1 求軸上的載荷圖5-3 蝸桿軸受力分析圖首先根據(jù)軸的結構圖（圖6-1）做出軸的計算簡圖6-3）。在確定軸承的支點的位置

46、時，應從文獻3中查取得值。對于31002型軸承，由文獻3P193中查得。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖6.3）可以看出中間截面是軸的危險截面。現(xiàn)將計算的截面的 、 及 的值計算過程及結果如下：表5-3 蝸桿軸上的載荷 HV支反力N322832281191.251191.25彎矩M總彎矩M扭矩T=34.3380（1）按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據(jù)文獻1P373式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，軸的計算應力：， （5-4）故安全。5.4.2精度

47、校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面截面II、III、IV只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕確定的，所以截面II、III、IV均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面V和VI與蝸輪嚙合的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，中芯截面上的應力最大。截面V的應力集中的影響和截面VI的相近，但截面VI不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。中芯截面上雖然應力集中最大，但應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截中芯面也不必校核。因而該軸只需校核截面V左右即可。（2）截面

48、E左側抗截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面E左側彎矩截面E上扭矩=800.6199軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理由文獻1P362表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按文獻1P40附表3-2查取，因，,又由文獻1P41附圖3-1可知軸的材料敏性系數(shù)， 故有效應力集中系數(shù)文獻1P42附圖3-2尺寸系數(shù)， 文獻1P44附圖3-4 軸未經(jīng)表面強化處理 又由文獻1P39表3-1與文獻1P40表3-2的碳鋼的特性系數(shù)?。?， 。計算安全系數(shù) （5-5） （5-6）故該軸在截面左側強度是足夠的。（3）截面E右側抗截面系數(shù)按文獻1P373表15-4中的公式計算抗扭截面系數(shù)彎矩及扭轉切應力為過盈配合處由文

49、獻1P43附表3-8用插值法求出并取 =3.16，故按磨削加工，文獻1P44附圖3-4 表面質(zhì)量系數(shù)軸未經(jīng)表面強化處理，即 ， 則按文獻1P25式（3-12）和文獻1P25式（3-12a）故得綜合系數(shù)為 又由文獻1P39附表3-1與文獻1P40附表3-2的碳鋼的特性系數(shù)??； ，取計算安全系數(shù) （5-7）故該軸在截面右側強度也是足夠的。本設計因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱，故可略去靜強度校核。至此蝸桿軸的設計即告結束。6 滾動軸承的選擇及校核計算根據(jù)條件，軸承預計壽命：。6.1 輸入軸上的軸承（1）軸承的選擇采用圓錐滾子軸承，根據(jù)軸直徑d=25mm，選擇圓錐滾子軸承的型號為30205，主

50、要參數(shù)如下：（根據(jù)GB/T297-1994）基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉速（2）壽命計算因蝸桿軸所受的軸向力向左，所以只有最左邊的圓錐滾子軸承受軸向力該軸承所受的徑向力約為對于30205型軸承，按文獻1P322表13-7軸承派生軸向力，其中為文獻1P321表13-5中的判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，查文獻1P321表13-5得圓錐滾子軸承判斷系數(shù) 所以當量動載荷 （6-1）圓錐滾子所受的徑向力約為當量動載荷所以，應用核算軸承的壽命因為是滾子軸承，所以取指數(shù)軸承計算壽命 （6-2）減速器設計壽命所以滿足壽命要求。6.2 輸出軸上的軸承（1）軸承的選擇選擇使用圓錐滾子軸承，根據(jù)軸直徑d=60mm，選用圓錐滾子軸承的型號為30212。（根據(jù)GB/T297-1994）主要參數(shù)如下： 基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉速 （2）壽命計算對于30212型軸承，按文獻1P322表13-7軸承派生軸向力，其中為文獻1P321表13-5中的判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知，故先初取，因此可估算：按文獻1P322式（13-11）得由文獻1P321表13-5進行插值計算，得，。再計算： 兩