20T焊接變位機的設(shè)計與分析

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1、第33頁共28頁 目錄 第一章緒論 2 1.1 選題背景 2 1.2 研究的目的和意義 2 1.3 國內(nèi)外研究綜述 3 第二章焊接變位機的主要性能及結(jié)構(gòu) 3 2.1 一般焊接設(shè)備應(yīng)具備的性能 3 2.2 焊接變位機的分類 4 2.3 焊接變位機的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 5 2.4 焊接變位機的選用原則 6 第三章焊接變位機的方案設(shè)計 7 3.1 焊接變?yōu)闄C的整體方案設(shè)計 7 3.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 8 3.2.1 第一級蝸桿的設(shè)計 8 3.2.2 第二級蝸輪的設(shè)計蝸桿 12 第四章校核 17 4.1 各軸車專速 17 4.2 各軸的功率 17

2、 4.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 18 4.4 齒輪的校核 18 4.5 軸的校核 21 4.6 小齒輪軸承的校核 23 第五章控制部分 25 5.1 控制部分電氣原理圖 25 5.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的控制部分 25 5.3 翻轉(zhuǎn)電機的控制 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 第一章緒論 1.1 選題背景 焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百余年的歷史， 工業(yè)生產(chǎn)中的一切重要產(chǎn)品，如航 空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接工藝，并且焊接質(zhì)量的好壞 直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞以及整機性能。 所以改進焊接技術(shù)，提高焊接質(zhì)量對現(xiàn) 代化工業(yè)有著重要的作用，其中提高焊接機械化、自動化水平，實現(xiàn)

3、焊接工藝及 裝備的現(xiàn)代化是改進焊接質(zhì)量的一個重要方面。 一般來說，當(dāng)焊件的質(zhì)量較大或 體積較大時，靠人工改變焊縫位置很不容易，且效率低下，在這樣的焊接生產(chǎn)中， 就會遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況， 針對這一實際需要，人們就設(shè) 計制造了焊接變位機。合適的變位機能將被焊工件的焊縫轉(zhuǎn)動到最佳位置 ，從而 提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，更避免了立焊、仰焊等情況出現(xiàn)。變位機可以使工件 上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置， 以方便進行焊接，是提高焊接效率和 質(zhì)量，降低勞動強度的有效工具。另外，選擇合適的變位機能降低工人的勞動強 度以及生產(chǎn)成本，加強安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場管理。到如今，焊接變位機不

4、僅 僅是一種焊接輔助設(shè)備，它更是與與焊接操作機、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設(shè) 備中三大機。 1.2 研究的目的和意義 自從焊接技術(shù)發(fā)明以來，它便在機械制造工業(yè)當(dāng)中占據(jù)著其不可替代的地位， 工 業(yè)生產(chǎn)中的絕大多數(shù)重要產(chǎn)品，如汽車、船舶、飛機等等產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不 開焊接技術(shù)。焊接質(zhì)量的高低會直接影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量。 所以，改進焊接技術(shù)， 提高焊接質(zhì)量對工業(yè)現(xiàn)代化起著重要的作用。而焊接變位機正是這樣一個可以提 高焊接工藝水平的關(guān)鍵焊接設(shè)備。 一般而言，對于加工比較復(fù)雜并且質(zhì)量較重的工件我們很難人為的去改變工件的 焊縫位置。在這個時候焊機變位機就顯示了它的優(yōu)越性， 通過對工件的翻轉(zhuǎn)與回 轉(zhuǎn)，

5、焊接變位機可以將被焊工件的各類焊縫調(diào)整到最佳位置， 從而避免仰焊、立 焊等的出現(xiàn)，提高焊接加工質(zhì)量。 在現(xiàn)如今的制造業(yè)當(dāng)中焊接機器人的運用越來越廣泛， 未來能夠充分發(fā)揮機器人 的高能力，我們經(jīng)常將機器人與焊接變位機組合使用。 焊接變位機已經(jīng)成為了焊 接機器人工作站不可缺少的一部分，因此我對焊機變位機的研究是有很大現(xiàn)實意 義的。 總之，焊接變位機是保證焊接效率和質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)率，降低勞動強度， 改善工人作業(yè)條件，實現(xiàn)機械化、自動化的的有效設(shè)備。另外 ，焊接變位機也能 及生產(chǎn)成本，加強安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場管理。目前，我國的焊接變位機行業(yè) 已經(jīng)開始起步，但是與世界一流水平還有一定的差

6、距。 所以，就焊接變位機的重 要性和我國目前焊接變位機的現(xiàn)狀來說，對焊接變位機的研究具有重大意義。 1.3 國內(nèi)外研究綜述 我國的焊接變位機起步較晚，目前處于研究開發(fā)階段，但是在最近的十幾年 里也取得了巨大的成就。焊接變位機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)。 焊接變位機按機構(gòu)形式可分為三類：伸臂式焊機變位機、座式焊機變位機、 雙座式焊機變位機。在國際領(lǐng)域，各種各樣的焊接變位機的產(chǎn)品有百余種。 從技 術(shù)角度來看，有普通型的，有無隙傳動伺服控制型的。焊接變位機的額定負(fù)荷范 圍也從0

7、.1KN至18000KN應(yīng)有盡有?？梢赃@么說，焊接變位機是一個品種多， 擁有較高技術(shù)水平，產(chǎn)品型號齊全的產(chǎn)品。 國外在焊接變位機領(lǐng)域比較著名的公司有彳惠國 Severt公司、美國Aroson 公司、德國CLOOS公司、日本松下公司。這些公司大多生產(chǎn)伺服控制與機器人 配套的焊接變位機，這些變位機最大的優(yōu)點就是精準(zhǔn)的數(shù)字控制，這使得工件的 焊接加工位置變得絕對可控，從而大大提高了加工質(zhì)量，減少了施焊時間，改善 了操作工人的工作條件。 第二章焊接變位機的主要性能及結(jié)構(gòu) 焊接變位機，是在焊接作業(yè)中，將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊件上的焊縫置于有 利于施焊的位置的焊件變位機械。焊接變位機主要用于機架、機

8、座、機殼、封頭 等非長型焊件的翻轉(zhuǎn)變位，同時還可用于裝配、切割、檢驗、打磨、噴漆等作業(yè)。 焊接變位機主要實現(xiàn)工作臺的正反回轉(zhuǎn)， 并可無級調(diào)速，在最大承載條件下保持 其回轉(zhuǎn)速度的波動不超過5%。變位機能自動傾斜工作臺而不抖動、傾覆，并有 限位、自鎖功能，并且其回轉(zhuǎn)速度無級調(diào)速，變速范圍大，調(diào)速精度高。 2.1 一般焊接設(shè)備應(yīng)具備的性能 1) 焊件、焊機變位設(shè)備要具有較寬的調(diào)速范圍， 穩(wěn)定的焊接運行速度以及良 好的結(jié)構(gòu)剛度。 2) 對不同尺寸、不同形狀的焊件要有一定的適用范圍。 3) 傳動鏈中，應(yīng)具備一級反行程自鎖傳動，以避免動力源突然切斷。 4) 與焊接機器人和精密焊接配合的焊件變位設(shè)

9、備，其到位精度(點位控制) 和運行軌跡精度(軌跡控制)應(yīng)視焊件大小、工藝方法控制在 0.1?3mm, 最高達(dá)到0.01mm。 5) 回程速度要快，但應(yīng)避免產(chǎn)生沖擊和振動。 6) 良好的接電、接水、接氣設(shè)施以及導(dǎo)熱和通風(fēng)性能。 7) 整體結(jié)構(gòu)要有良好的密封性，以避免焊接飛濺的損傷，對散落其上的焊渣， 藥皮等臟物應(yīng)易消除。 8) 焊接變位設(shè)備要有聯(lián)動控制接口和相應(yīng)的自保護性能，以利于集中控制， 相互協(xié)調(diào)動作。 9) 各種焊件變位設(shè)備的工作臺面上，應(yīng)刻有安裝基線并設(shè)有安裝槽孔，能方 便的安裝各種定位器件和夾緊機構(gòu)。 10) 當(dāng)用于裝配的場合時，其工作面要有較高的強度和抗沖擊性

10、能。 11) 當(dāng)用于電子束、等離子、激光、釬焊場合時，應(yīng)注意導(dǎo)電、隔磁、絕緣等 方面的特殊要求。 2.2焊接變位機的分類 焊接變位機的基本結(jié)構(gòu)形式有伸臂式、座式、雙座式三種，其特點、性能、適用 范圍各不相同。 基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點與性能 適用范圍 伸臂式 （圖 2.3.1） 回轉(zhuǎn)工作臺安裝在伸臂的一端， 伸臂相對于某一傾斜軸成角度回 轉(zhuǎn)，而此傾斜軸位置是固定的，但 有的也可以在小于110°的范圍內(nèi) 上下傾斜，也有的伸臂僅繞某一中 心作圓弧運動。該變位機范圍與作 業(yè)適應(yīng)性好，但整體穩(wěn)定性較差。 電機驅(qū)動：承載能力多 在0.5t以下，適用于小型 焊件的翻轉(zhuǎn)變位。 液壓

11、驅(qū)動：承載能力多 在10t左右，適用于結(jié)構(gòu) 尺寸不是很大但自重較 大的焊件，它們多用于焊 條電弧焊中 座式 （圖 2.3.2） 工作臺連同回轉(zhuǎn)機構(gòu)支撐在兩邊 的傾斜軸上，工作臺以焊接速度回 轉(zhuǎn)，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓 缸，多在110° ~140°的范圍內(nèi)包 速傾斜。該機穩(wěn)定性好，一般不用 固定在地面上，搬移方便。 0.5~50t焊件的翻轉(zhuǎn)變 位，是目前產(chǎn)量最大、規(guī) 格最全、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu) 形式，常與伸臂式焊接操 作機或弧焊機器人配合 使用。 雙座式 （圖 2.3.3） 工作臺坐在“ U”形架上，以預(yù) 定的焊接速度回轉(zhuǎn)，“U”形架坐在 兩側(cè)的機座上，多以恒速或

12、所需的 焊接速度繞水平軸轉(zhuǎn)動。 該機不僅整體穩(wěn)定性好，而且如 果設(shè)計得當(dāng)，焊件安放在工作臺上 以后，傾斜運動的重心將通過或接 近傾斜軸線，使傾斜驅(qū)動力矩大大 50t以上重型大尺寸焊 件的翻轉(zhuǎn)變位，多與大型 門式焊接操作機或伸臂 式焊接操作機配合使用。  減少。因此，重型變位機多采用這 種結(jié)構(gòu)。 1、回轉(zhuǎn)工作臺：2、伸臂：3、傾斜軸；4、轉(zhuǎn)軸；5、機匹， 圄221伸臂式墀接變位機^ 圖2.22應(yīng)焊接變位機 2.3焊接變位機的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 焊接變位機的基本結(jié)構(gòu)形式雖然有上述三種， 但其派生形式很多，有的變位 機的工作臺還具有

13、升降的功能。通用的座式焊接變位機的主要結(jié)構(gòu)如圖所示 圖己31岸接如機結(jié)楣 變位機主要有機架、驅(qū)動機構(gòu)(包括翻轉(zhuǎn)減速機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu))、回轉(zhuǎn)盤、 導(dǎo)電機構(gòu)及控制系統(tǒng)組成。 (1)機架變位機架主要包括機座、工作臺支架等。這些構(gòu)件均采用型材焊接 而成。 (2)驅(qū)動機構(gòu)變位機工作臺的翻轉(zhuǎn)減速運動采用交流電機經(jīng)二級蝸桿減速器 驅(qū)動，通過齒輪傳動實現(xiàn)，使其具有自鎖功能，且翻轉(zhuǎn)力矩大，定位可靠 工作臺的回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，有交流電機、回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)齒輪等組成，交流 電機通過變頻調(diào)速器，實現(xiàn)無級調(diào)速，變速范圍大，調(diào)速精度高。 (3)導(dǎo)電機構(gòu) 變位機都應(yīng)設(shè)有導(dǎo)電裝置，以避免焊接電流通過軸承、齒輪等

14、 傳動部件。導(dǎo)電裝置的電阻通常不超過 1mQ,其容量應(yīng)滿足焊接電流的 要求。 (4)控制系統(tǒng) 變位機的控制部分設(shè)有供自動焊接用的聯(lián)動接口。工作臺的起 動、停止、旋轉(zhuǎn)均在控制盒上實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。 變位機的電器控制由旋轉(zhuǎn)電 機及翻轉(zhuǎn)電機控制部分組成。 2.4焊接變位機的選用原則 從使用的經(jīng)濟性、時效性出發(fā)，應(yīng)注意以下幾點： 1) 焊件的重量、焊件在工作臺上的重心距、偏心距應(yīng)在變位機的載重圖或承 載表的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，并有一定的裕量。 2) 若變位機是用來焊接環(huán)焊縫時，應(yīng)根據(jù)焊件的坡口的回轉(zhuǎn)半徑和焊接速度 換算出工作臺的回轉(zhuǎn)速度，該速度應(yīng)在變位機的調(diào)速范圍內(nèi)。另外，要注 意工作臺的回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性是

15、否能夠滿足工藝的要求。 3) 若焊件外輪廓尺寸很大，則需要考慮工作臺傾斜時，傾斜角度是否滿足使 焊件處于最佳焊接位置的要求；在此傾斜角下是個會出現(xiàn)焊件與地面接觸 的現(xiàn)象，若出現(xiàn)此現(xiàn)象，那么除選用工作臺離地面間隙更大的變位機外， 還可以采用增加基礎(chǔ)高度或設(shè)置地坑的辦法來解決。 4) 變位機上若需要安裝氣動、電磁夾具以及水冷設(shè)施時，應(yīng)向生產(chǎn)廠家提出 接氣、接電、接水的要求。 5) 變位機的需用焊接電流應(yīng)大于焊件施焊工藝所要求的最大焊接電流。 第三章焊接變位機的方案設(shè)計 3.1 焊接變?yōu)闄C的整體方案設(shè)計 焊接變位機是改變焊件、焊機或焊工位置來完成機械化、自動化焊接的機械 裝置。使用焊

16、接變位機可縮短輔助焊接時間，提高勞動生存率，減輕工人勞動強 度，改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。 本焊接變位機由工作臺、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、機座、控制裝置、電動機和 焊接導(dǎo)電裝置組成。 工作臺用于工件的停放和固定。在工作臺面上開溝槽，表面刻有定位基線， 用于工件的固定和定位。回轉(zhuǎn)機構(gòu)用于實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)，不同的焊件合適的施 焊速度不同，這可以通過控制變頻器實現(xiàn)回轉(zhuǎn)機構(gòu)的無級調(diào)速使個工作臺得到所 需的回轉(zhuǎn)速度。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由電動機經(jīng)減速器，齒輪傳動實現(xiàn)傾斜，安裝有位置行 程開關(guān)精確控制焊件的傾斜角度，使工件到達(dá)最有利于施焊的位置。機座用于支 撐其他部件。電動機提供動力。減速器用于減

17、速，這是由于電動機轉(zhuǎn)速太高，而 回轉(zhuǎn)與傾斜轉(zhuǎn)速要很低。 3.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 如圖所示，通過電動機經(jīng)過減速器再經(jīng)過二級齒輪傳動實現(xiàn)工作臺的傾斜。 翻轉(zhuǎn)電動機參數(shù)如下表 型號 功率 效率 轉(zhuǎn)速 額定電壓 YEJ-160M 11kw 0.88 1460 50Hz 380V 3.2.1 第一級蝸桿的設(shè)計 由于需要一級蝸輪蝸桿具有自鎖功能，所以取傳動比為 62 已知：電動機功率p=11kw,電動機效率0.88,蝸桿轉(zhuǎn)速1460r/min,傳動比i=62, 工作載荷穩(wěn)定，工作15年，一班制。 1 .選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2 .選擇材料

18、 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些， 耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪 芯用灰鑄鐵H100制造。 3 .按齒面接觸疲勞強度進行設(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。由工具書查得，傳動中心距 a 3 KT2 ZEZ] (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 Z1=1,估計效率為0.45,則 T2 9.55 10 n / i 12 9.55 106 11

19、0.88 0.45 1460/62 二 1766566.8N , mm (2)確定載荷系數(shù)K 查工具書得 K 二((K : 1 1.05 1= 1.05 A V (3)確定彈性影響系數(shù)Z 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 Z E 1 160MPa2 (4)確定接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑di和傳動中心距的比值—= 0.35,查工具書 a 得Z-2.9 (5)確定許用接觸應(yīng)力［。H ］ 可查工具書得［：］'= 268MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N : 60jnzL 1460 =60 1 15 300 8 62 -

20、 5.09 107 壽命系數(shù)K - 8 10 = 0.8159 HN - 7 5.09 10 則 ［：］=K」」'=0.8159 268: 218.7MPa H HN H (6)計算中心距 a XZEZ] 160 2.9 」1.05 17665668 218.7 二 202.9mm 取中心距 a = 320mm, i = 62, m= 8,q = 18, z = 1, 乙二 62,d1 T44mm,S= 0.45,x?) 0 a 查工具書得 Z '= 2.68,Z '^ Z 因此，以上結(jié)果可用 4.校核齒根彎曲疲勞①強度 可知=310

21、'47'' "水工丫 丫 . ddm zV2 一 3 cos3.18 二 62.29 可查得齒形系數(shù) Y = 2.28 Fa 2 3 18 …一 螺旋角系數(shù) Y 1 3.18 : 0.9773 140 許用彎曲應(yīng)力「f] = Kfn , [ f]' 可查得「f「56MPa 106 壽命系數(shù) K : 9 0.646 5.09 107 [,f] n Kfn「P 二 0.646 56 二 36.176MPa 2.28 0.9773 1.53 1.05

22、17665668 144 496 8 :11.07MPa J f] 可知彎曲強度是滿足的 3.2.2第二級蝸輪的設(shè)計蝸桿 已知：輸入功率p=4.22kw,蝸桿轉(zhuǎn)速n1=23.55r/min,傳動比i=8,工作載荷穩(wěn)定, 工作15年，一班制。 1 .選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2 .選擇材料 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些， 耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪 芯用灰鑄鐵H100制造。 3 .按齒面接觸

23、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。由工具書查得，傳動中心距 a 3 KT ZeZ \ [ h] (1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 Z1=4,估計效率為0.80,則 — 6 P T2 = 9.55 10 —— n /i 二 9.55 106 4.22 0.80 23.55/8 :10952288.75N . mm (2)確定載荷系數(shù)K 查工具書得 K 二 KaKvK 1 1.05 1= 1.05 (3)確定彈性影響系數(shù)Z E 1 2 2^ 2^ ■ ■ 2 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸

24、桿相配，故 Ze 160MPa (4)確定接觸系數(shù)Z J P 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑di和傳動中心距的比值 4= 0.35, 查工具書 (5)確定許用接觸應(yīng)力［二 h] 可查工具書得 [:1268MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N : 60jQL 二 60 1 23.55 15 300 8 二 6.36 106 壽命系數(shù)Khn 107 6.36 106 - 1.0582 [h] = Khn[ h11.0582 268 . 283.6MPa (6)計算中心距

25、 Z Z 2 a 3 KT2 E 、I h] 2 160 2.9 3 1.05 1095228875 283.6 二 313.4mm 可取 a= 400mm, i = 7.75, m= 20, q = 8, z = 4, 乙二 31, d1 = 160mm,-二 0.40, x2= 0.500 a 查工具書得 Z '= 2.74,Z '£ Z 因此，以上結(jié)果可用 4.校核齒根彎曲疲勞①強度 可知= 26.565

26、= 26 33'54" 1.53KT2 ddm YN [ [ f] - 3 cos26.565 二 43.32 可查得齒形系數(shù)Y 二 2.105 Fa 2 螺旋角系數(shù)Y = 1 26.565 140 二 0.8102 許用彎曲應(yīng)力『f] = Kfn ' [ f]' 可查得[二F ]'= 壽命系數(shù)K = FN 56MPa 9 106 6.36 106 二 0.814 [1 Kfn「]' 二 0.814 56 二 45.

27、584MPa 2.105 0.8 1.53 1.05 1095228875 160 620 20 : 15.12MPa [ f] 可知彎曲強度是滿足的 可知蝸輪蝸桿的參數(shù)如下表 第一級蝸輪蝸桿參數(shù) 名稱 代號 數(shù)值 中心距 a 320mm 蝸桿頭數(shù) Z1 1 蝸輪齒數(shù) Z2 62 齒形角 a 200 模數(shù) m 8mm 傳動比 i 62 蝸輪變位系數(shù) X2 0 蝸桿直徑系數(shù) q 18 蝸桿導(dǎo)程 Pa 25.133 導(dǎo)程角 丫 3° 10' 47” 第二級蝸輪蝸桿的參數(shù) 名稱 代號

28、 數(shù)值 中心距 a 400mm 蝸桿頭數(shù) Z1 4 蝸輪齒數(shù) Z2 31 齒形角 a 200 模數(shù) m 20mm 傳動比 i 7.75 蝸輪變位系數(shù) X2 +0.500 蝸桿直徑系數(shù) q 8 蝸桿導(dǎo)程 Pa 62.83 導(dǎo)程角 丫 260 33' 54” 第四章校核 4.1 各軸轉(zhuǎn)速 ni=nm=1460r/min n2=ni/ii=23.55r/min n4=n3=n”i2=3.04r/min n5=n4/i 3=0.70r/min n6=n5/i 4=0.21r/min 4.2 各軸的功率 電動機效

29、率0.88,自鎖蝸桿效率0.45,第二級蝸桿0.80,聯(lián)軸器0.99,軸承 0.98,圓柱齒輪 0.95, Ped=11kw P1=11X0.88 X0.99=9.58kw P2=9.58X0.98 X0.45=4.22kw P3=P2X 0.98 X0.80=3.31kw P4=P3X 0.98 X0.99=3.21kw P5=P4X 0.98 X 0.95=2.99kw P6=P5X 0.98 X0.95=2.78kw 4.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 9.55 10 F! T4 二 二10084046N , mm n, 9.55 106 P5 T5 = - 4079214

30、3N , mm Q T6 9.55 106 P 126423809.5N ? mm 4.4齒輪的校核 第一級齒輪的校核 材料 小齒輪材料20Cr2Ni4滲氮后淬火，硬度為62HRC;大齒輪材料為20CrMnTi, 硬度為58HRC 查得小齒輪的接觸疲勞極限為1650MPa,大齒輪的疲勞極限為1650MPa 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N4 = 60n,jLh = 60 3.04 1 (8 300 15) = 6.57 10 N5 = 60n5jLh = 60 0.7 1 (8 300 15)= 1.51 106 齒面接觸強度校核 校核公式 = 2.

31、5Ze 普 2H  查工具書得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.85 , KHN2=1.00 安全系數(shù)S=1 可得，［入］1 = 0.85 1650 =1402.5MPa [入]2 =1.00 1 6 501650 [二H ]=[二H ]1 =1 40老M Pa 計算載荷系數(shù)K K n KKK K A V H - H _ 可查得 Ka=1, Kv=1.01, Kha=1, Khb=1.162 計算得K=1.17 1/2 代入 ZE=189.8MPa ,K=1.28,T1=10084046 N - mm,產(chǎn)4.34, ① d=0.4,d1=184mm 可得，(TH

32、=1330MPa< [(th] 齒根彎曲強度校核 2 KTYFaYa dm3Z2 [f] 可查得小齒輪的彎曲疲勞極限為 ^fi =950MPa 大齒輪的疲勞極限為c-F2 =950MPa 彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni =1.00,Kfn2 =1.05 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 1.2 [二 f]i 可得 [二 f]2 KFN1「FE1 S 二792MPa K FN2'- FE2 S 二 831MPa [二f]十f]2 =792MPa K=KAKVKF a KF B Kf« =1.1,Kfb=1.105 K=1.2 Yfa =2.

33、69, Y fb=1.575 2KTiYFaYsa ~7 3~2- "E d m z1 = 782MPa < [c F ] 第二級齒輪的校核 Zi=61, Z2=200 材料 小齒輪材料20Cr2Ni4滲氮后淬火，硬度為62HRC;大齒輪材料為20CrMnTi, 硬度為56HRC 查得小齒輪的接觸疲勞極限為1800MPa,大齒輪的疲勞極限為1750MPa 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) M = 60n5jLh = 60 0.7 1 (8 300 15)= 1.51 106 W 二 60n6jLh = 60 0.21 1 (8 300 15)= 0.46 1

34、0 查工具書得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.98 , KHN2=1.01 安全系數(shù)S=1 可得，[0h]1 =0.98 1650 V 1567.5MPa [0H ]2 =1.01 1 6501 6 6.6) [入]+H ]1 =1 56.萬M Pa 齒面接觸強度校核 二 h =2.5Ze d1=610mm.b=75mm,① d=0.115,仙=3.28,T1=40792143N mm 取 K=1.17. 2K「 二：： 1 二H =2.5Ze J , i bd 1 = 923MPa H ] 齒根彎曲強度校核 2KTYfY r . [ T1=40792143N.

35、mm, YFa =2.28,YSa=1.73,m=10.Z1=61,① d=0.115取 K=1.28 可查得小齒輪的彎曲疲勞極限為 oF1 =950MPa 大齒輪的疲勞極限為ci2 =950MPa 彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni =1.01, Kfn2 =1.15 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 1.2 [0F]1 - KFN1'- FE1 =831MPa 可得 S_ K FN 2-- FE 2 _ _ _ [0 F]2 = =910MPa S [oF]+F]2 =831MPa 2K「YFaYsa 3m3z1 =778MPa <[-f] 4.5軸的校核

36、 小齒輪軸受力分析如上圖 T4 6 9.55 10 P =10084046N . mm Ft 2T4 di 2 10084046 184 1.10 105N 5 Fr 二 Ft tan 1.10 10 tan20 _ _ 4 : 4.0 10 N Ft 5 Fn — 1.17 10 N cos T - 10084046N t mm _ _ _ _ _ _ _ 5 _ _ _ M 二 Fn . L : 1.17 10 120 1.404 107 N , mm 軸對材料為40Cr調(diào)質(zhì)后淬火， 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為

37、脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以" 二1 ■. 2 ca 、M 2 T W 1.404 107 100840462 0.1 803 二 337.6MPa 查得 以定軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)后淬火，查得 ［［二 350MPa,「二 337.6工［」 故安全 4.6小齒輪軸承的校核 所選軸承為6316 參數(shù) d=80,D=170,B=39,D1=92,D2=154,Cr=126KN,C0r=86.5KN 巳） 4.0 104 N RH Frv 1.10 105N 1.17 105N 計算當(dāng)量動載荷P _ _ 5 ___ _5__ P 1.2 1 1.1

38、7 10 1.404 10 N 預(yù)期壽命Lh" 300 8 15= 36000h ( 106 C 106 126000 L = = ―卜 60n4 P 60 3.04 140400 二 3962h LJ 故軸承滿足要求 第五章控制部分 5.1 控制部分電氣原理圖 5.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的控制部分 該部分電路采用變頻器作為主控部分， 具有較強的變速功能，且外部控制線 路簡單的特點?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)采用變頻器變速，只需要經(jīng)過齒輪傳動就可以達(dá)到回轉(zhuǎn) 機構(gòu)的目的，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，且可以實現(xiàn)無級調(diào)速。 在此控制部分，由于工作臺的回轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)小于電動機的轉(zhuǎn)速，所以？

39、1<?1N, 即低于電動機額定轉(zhuǎn)速調(diào)速，這時電壓與頻率成比例同時調(diào)節(jié)。 可知，此時磁通 和轉(zhuǎn)矩都近似不變。這是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 變頻器外部有正轉(zhuǎn)控制端 M0,反轉(zhuǎn)控制端M0,公共端GND,模擬信號輸 入端AV1及+24V電源輸入端。當(dāng)合上主電源開關(guān)，SA2開關(guān)接通時，扳動雙向 開關(guān)SA1,接通11號線與13號線，旋轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)；同理，接通 12號線與13 號線，電動機反轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)電位器 RP,使模擬信號輸入端 AV1的電壓從0V 無級變化到+10V,從而實現(xiàn)電機的無級調(diào)速。 5.3 翻轉(zhuǎn)電機的控制 圖為翻轉(zhuǎn)電機的控制電氣原理圖，該控制電路通過降壓變壓器得到 24V的 控制電

40、壓。當(dāng)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)需要到達(dá)某一位置時，先設(shè)置 SQ1或SQ3在所要到達(dá)的 位置，然后按下SB1或SB2按鈕，KA1或KA2通電并自鎖，使翻轉(zhuǎn)機構(gòu)動作， 到達(dá)設(shè)置位置時自動停止。在該控制中SB1與SB3和SB2與SB4的聯(lián)鎖可斷開， 以實現(xiàn)手動控制，手動控制每次轉(zhuǎn)換翻轉(zhuǎn)方向，需要先斷開 SB0,否則，會導(dǎo)致 電機損壞，在該控制中SQ3和SQ4起行程保護的作用，止匕外，該控制還具有短 路保護和過載保護。 致謝 本次設(shè)計，首先我要感謝劉國寧老師和研究所楊老師，感謝他們對我的指導(dǎo) 和幫助，這次畢業(yè)設(shè)計使我在增進知識面的同時， 也使我在對待困難又有了全新 的認(rèn)識，使我受益匪淺。在此，我鄭重的向我的

41、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師劉國寧老師和 研究所楊老師表示感謝。 在此，我還要感謝大學(xué)四年來傳授我知識的各位老師以及幫助我的同學(xué)們， 感謝大學(xué)期間他們給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝機械工程學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)對我們畢 業(yè)設(shè)計的關(guān)注，為我們畢業(yè)設(shè)計提供了一個良好的環(huán)境。 由于這次設(shè)計任務(wù)繁重，同時時間有限，再加上本人的水平有限，在設(shè)計過 程中難免有遺漏和過錯，希望能得到老師及同學(xué)的批評指正， 以使自己在今后工 作、生活中能加以改正。 最后，祝鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院所有老師工作順利、身體健康、萬事如意， 祝同學(xué)們順利畢業(yè)。祝愿鄭州大學(xué)的明天更美好！ 參考文獻(xiàn) 【1】濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].第八版.北京：高

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