裝配圖隔水管橫焊縫自動對中裝置設計

裝配圖隔水管橫焊縫自動對中裝置設計,裝配,水管,焊縫,自動,對于,裝置,設計 湖南科技大學 畢業(yè)設計（論文）任務書 系（教研室）主任: 機電工程 學院 機械工程 系（教研室） （簽名） 年 月 日 學生姓名： 陳 浩 學號： 021B1222 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 1 設計（論文）題目及專題： 隔水管橫焊縫自動對中裝置 2 學生設計（論文）時間： 自 3 月 20 日開始至 5 月 31 日止 3 設計（論文）所用資源和參考資料： 《簡明機械設計手冊》上?？萍汲霭嫔? 《機械設計實用手冊》化學工業(yè)出版社; 《機械零件設計手冊》國防工業(yè)出版社 ; 《機械傳動設計手冊》煤炭工業(yè)出版社; 《畫法幾何及機械制圖》華南理工大學出版社; 《機械設計》高等教育出版社; 4 設計（論文）完成的主要內容： ① 根據總體設計方案，繪制裝配圖一張（A0計算機圖）。 ② 進行主運動計算、強度計算和動力計算，繪制V型底座和滑動導軌零件圖各一張（A3計算機圖）。 ③ 進行動力傳動結構設計，繪制滾輪鏈輪支座零件圖一張（A3手工圖）。 ④ 繪制傳動主軸零件圖一張（A3計算機圖）。 ⑤ 編寫畢業(yè)設計說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，全部用計算機打出）。 5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求： ① 套管對中裝置裝配圖一張（A0計算機圖）； ② 滾輪鏈輪支座零件圖一張（A3手工圖）； ③ 繪制傳動主軸零件圖三張（A3計算機圖）； ④ V型底座和滑動導軌零件圖各一張（A3計算機圖）； ⑤ 滾輪零件圖一張 （A3 計算機圖） ⑥ 畢業(yè)說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，全部用計算機打出）。 6 發(fā)題時間： 2006 年 3 月 20 日 指導教師： （簽名） 學 生： （簽名） 湖南科技大學 畢業(yè)設計（論文）指導人評語 指導人： （簽名） 年 月 日 湖南科技大學 畢業(yè)設計（論文）評閱人評語 指導人： （簽名） 年 月 日 湖南科技大學 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄 日期： 學生： 學號： 班級： 題目: 提交畢業(yè)設計（論文) 答辯委員會下列材料: 1設計（論文) 說明書 共 頁 2設計（論文）圖 紙 共 頁 3指導人、評閱人評語 共 頁 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語： 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 總評成績： 隔水管橫焊縫自動對中裝置底座的設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓名：陳浩 指導老師：劉安民 匡建新 摘要 隨著科學技術的發(fā)展，自動化技術的運用越來越廣泛，已經滲入生產生活的大部分過程。 快速接頭隔水管系列產品，是南海西部石油合眾近海建設公司為海洋石油田打井作業(yè)配套的專用產品。分析了該公司新型產品（包括＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8系列）的生產工藝、處理過程及生產效率后，設計出一套以V型裝置為主包括導軌、驅動輪、鏈傳動、減速器、電動機、聯(lián)軸器、軸、軸承、鍵、彈性擋圈及滾動輪等零部件的裝置,并完成相關選材及相應的力學校核，用以實現兩根需要正對焊接的隔水管自動對中，并在對中點焊后同步轉動以完成進一步的焊接。 關鍵詞 隔水管;自動對中;V型裝置。 Abstract Along with the science and technology development, the automated technology utilization is more and more widespread, already permeated the production life the majority of processes. The fast attachment marine riser series product, is United offshore construction Co. CONHW to hit the well work necessary special-purpose product for the sea oil field. Has analyzed this company new product (after *SR-30, SR-24, SR-20, *SR-16, the SR-13 3/8 series) the production craft, the treating processes and the production efficiency, design a set primarily to include the guide rail, the driving gear, the chain drive, the reduction gear, the electric motor, the shaft coupling, the axis, the bearing, the key, the circlip by V installment and roll spare part and so on drive wheel installments,And completes the correlation selection and the corresponding mechanics examination, with realizes two to need the butt weld the marine riser automatically to, and in the synchro completes the further welding after the spot welding. Key words Water-secluding pipe; auto to zero; “V” model equipment. 目錄 摘要 1 Abstract 1 目錄 2 前言 3 第一章　總體方案的設計 4 1.1　設計任務 4 1.2　方案的選定 5 1.3　基本工作原理 5 1.4　驅動輪裝置的簡要說明 6 第二章 機械部分的設計 8 2.1　V型塊的模型設計 8 2.2　導軌的設計 8 2.2.1 導軌的選用 8 2.2.2導軌的選材及計算 9 2.2.3 導軌的校核 10 2.3　驅動輪裝置的設計 11 2.3.1　計算驅動輪所需的扭矩 11 2.3.2 驅動輪的校核 13 2.4鏈傳動的設計 14 2.4.1鏈輪齒數z1、z2和傳動比i 14 2.4.2確定計算功率 14 2.4. 3鏈節(jié)距 15 2.4.4中心距和鏈節(jié)數 15 2.4. 5小鏈輪轂孔最大直徑dkmax 15 2.4.6壓軸力Q 15 2.4.7 鏈傳動設計結果 16 2.5減速器的選用 18 2.5.1 減速器的機構特點 18 2.5.2普通圓柱蝸桿傳動設計報告 21 2.6電動機的選用 25 2.7　聯(lián)軸器的選用 26 2.8 軸的設計 27 2.9　軸承的選用 30 2.10鍵的選用 32 2.11軸用彈性擋圈的選用 32 2.12　滾動輪的設計 32 2.13　滾輪支承上蓋的設計 33 第三章 結論 35 謝詞 36 參考文獻： 37 前言 隔水管系統(tǒng)也稱做水下器具。它是移動式海上鉆井裝置不可缺少的復雜的器具，它的完善與否直接關系到深海鉆井的成敗。 應該認為，從海上鉆井裝置到下列海底井口的全部隔水導管件統(tǒng)稱為隔水管系統(tǒng)。通常的隔水管系統(tǒng)的部件有活節(jié)聯(lián)接器、球節(jié)、伸縮節(jié)、張力器、分流器、運動補償器、水下防噴設備、水下井口設備、水下井口設備、撓性隔水管和防噴器連接器等。 隔水管系統(tǒng)的功用主要是提供從海底井口到海上鉆井裝置上的泥漿循環(huán)和起下鉆具的通道，并能適應海上鉆井裝置在鉆井作業(yè)時的升沉和搖擺；控制海底井口；解決壓井與放噴的通道和控制問題，消除鉆井作業(yè)時，由于海上鉆井裝置的升沉而造成的不良影響；消除升沉對下入井內工作儀器的影響；可另加專門裝置進行試油等。 一般在深海水域進行鉆井作業(yè)的動力定位鉆井船，應采用無導向線的隔水管系統(tǒng)，靠動力定位系統(tǒng)完成重返或重連作業(yè)。 海上鉆井裝置的隔水管柱是由每根50英尺長的管子連接組成的，每根管子的兩端都有特制的接箍。在鉆完—口井后，鉆井裝置移離井位前，可將隔水管系統(tǒng)提升拆卸堆放在 快速接頭隔水管系列產品，是南海石油合眾近海建設公司（UNITED OFFSHORE CONSTRUCTION CO. CONHW）特有的為海洋石油管道輸送配套的專用產品，多年來經過不斷的開發(fā)和改進，已擁有完整配套的技術圖紙、先進的生產技術、工藝流程和加工制造裝備，與之相應的業(yè)務熟練的工程技術隊伍和技術工人隊伍。新型快速接頭系列產品有：＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8系列產品。 本設計的目的是將快速接頭隔水管系列產品的生產設備改進以實現自動化控制，提高生產效率，提升產品質量、降低工人的勞動強度并最終實現增長經濟效益。 設計的主要要求有，設計出一套針對＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8系列產品制造中，對卷制成管狀的板材的內橫及外橫焊縫進行自動對中、自動焊接的裝置。要求能實現管的自動對中、焊接位置的自動導向、自動找正、定位夾緊、點焊、縱向自動行走，行走速度在0.1－3m/min之間，可以自動調節(jié)，動力為普通三相交流電動機，控制方式為隨車控制形式，要求結構實用、重量輕、調節(jié)操作方便、價格合理。 本人負責的部分是： 實現隔水管的自動對中。 本設計的主要內容： 1、自動對中裝置總體方案的確定。 2、自動對中裝置機架結構的設計。 3、自動對中裝置傳動系統(tǒng)的設計。 1、　總體方案的設計 1.1　設計任務 設計一個裝置，使兩根長各5.5m的隔水管自動對中，并且使兩管的對中精度達到：兩管的軸線同軸偏差3mm。對中點焊后隔水管要實現轉動，以便對兩管進一步焊接。 表1.1 SR-XX系列快速自鎖隔水套管主要技術參數： 　 SR-30 SR-26 SR-24 SR-20 管 　 體 　 　 　 　 　 材料 Q235 Q345 Q345 Q345 外徑 mm ￠762 ￠660.4 ￠610 ￠510 內徑 mm ￠712 ￠610 ￠560 ￠460 壁厚 mm 25 25 25 25 單位長度質量kg/m 454 392 361.2 298.9 抗拉屈服能力 MN 13 16.35 14.93 12.3 抗彎屈服能力 MN-m 2.3 2.5 2.1 1.43 內屈服壓力 MPa 13.3 22.15 23.98 28.2 抗擠壓強度 MPa 8.8 13.66 17.58 30.28 接 　 頭 　 　 　 　 母接頭外徑 mm ￠864 ￠746 ￠690 ￠582 公接頭外徑 mm ￠712 ￠610 ￠555 ￠460 公母接頭聯(lián)接后長度 mm 443 387 382 370 公母接頭總質量 kg 452 338.5 297.8 220 母接頭抗張屈服能力 MN 11.2 16.55 14.2 10.3 公接頭抗彎屈服能力MN-m 2.6 5.53 2.98 1.83 公接頭內屈服壓力MPa 15.7 32.95 35.71 35.89 引 鞋 　 　 外徑 mm ￠788 ￠686.4 ￠636 ￠536 插入鉆桿配合直徑 mm ￠101.6(4") ￠101.6(4") ￠101.6(4") ￠101.6(4") 導向閥通道面積 mm2 4536.5(7.03in2) 4536.5(7.03in2) 4536.5(7.03in2) 4536.5(7.03in2) 試驗壓力MPa 1.5 1.5 1.5 1.5 1.2　方案的選定 使兩根隔水管自動對中的方法有很多，經過了對具體方案的工作原理及可行性的分析，本人決定采用V型裝置，其大概形狀如（圖2.2）所示。 圖2.2 V型裝置 1、滾輪　　　2、V型塊　　　3、導軌 1.3　基本工作原理 如圖2-3-1所示，該裝置由Ⅰ、Ⅱ兩組V型塊組成。Ⅰ組可以沿V型塊下邊的導軌直線移動；Ⅱ組固定，V型塊下邊有導軌，但是V型塊與導軌相對固定不動。 　組　　　　　　　　　　　　　?、颉〗M 1、滾動輪　　2、電動機　　3、減速器　　4、驅動輪 圖2.3.1 V型底座 Ⅰ、Ⅱ兩組V型塊均有8個滾輪和一個置于中間的驅動輪。兩根隔水管被自動機械分別置于兩組V型塊上后，自動控制系統(tǒng)啟動動力系統(tǒng)帶動I組V型塊上的隔水管通過Ⅰ組V型塊順著導軌直線運動以實現與Ⅱ組V型塊上的隔水管精確對接；當兩隔水管對接完成后自動系統(tǒng)控制焊接機械手完成兩管的點焊，實現兩管的同速轉動并最終由機械手完成兩根隔水管的自動焊接。 1.4　驅動輪裝置的簡要說明 如圖1.3.2所示，動力的傳遞順序是：電動機－減速器－鏈輪－滾輪－隔水管。 電動機將電能轉化成機械能，并通過聯(lián)軸器將動力傳至減速器；減速器降低軸的轉速輸出反比增大的扭距，帶動鏈輪轉動；鏈輪通過傳動鏈帶動滾輪，滾輪利用靜摩擦力驅動隔水管轉動。 圖1.4 鉸鏈機構 如圖1.4是驅動輪的安裝圖，大軸（上邊）裝滾輪與鏈輪，小軸裝鏈輪，兩邊裝有圓錐滾子滾動軸承，運動由減速器接入小軸，再經過鏈傳動傳到滾輪。 2 機械部分的設計 2.1　V型塊的模型設計 參照V型底座的零件圖。 a、V型塊的加工方法：鑄造成型 b、V型塊的材料：鑄鋼 c、V型塊的加工要求:對安裝滾輪的部分和下底面進行精加工，加工方法由廠家自己決定，使這兩部分的平面度達到IT7級，粗糙度也達到IT7級。在加工裝滾輪凹槽時要使4個凹槽的位置度達到IT7級，所有螺紋孔及銷孔的位置度也要達到IT7級。 2.2　導軌的設計 2.2.1 導軌的選用 由工作要求承載能力較大并能夠自動補償磨損，因此選用平面三角復合型滑動導軌，參照《機械設計手冊》第三卷，表28-112。 其形狀見圖2.2.1。 圖2.2.1 V型底座 尺寸見表28.3.5，取A＝1000 mm，B＝200 mm，α＝120°。 2.2.2導軌的選材及計算 a、導軌的材料：釩鈦耐磨鑄鐵。(因為釩鈦耐磨鑄鐵具有耐磨損和相對強度較高的優(yōu)點) b、表面熱處理： 在熱處理中要預防如下問題： (一)、過熱現象 我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機械性能下降。 1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的）。過熱組織可經退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細化。 2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細化，但有時仍出現粗大顆粒狀斷口。產生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶界，而冷卻時這些夾雜物又會沿晶界析出，受沖擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。 3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。 (二)、過燒現象 加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現氧化或熔化，導致晶界弱化，稱為過燒。鋼過燒后性能嚴重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發(fā)生。?? (三)、脫碳和氧化 鋼在加熱時，表層的碳與介質（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應力易形成表面網狀裂紋。?? 加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素或介質（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應生成氧化物膜的現象稱為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現淬火軟點。 為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內碳勢）、火焰燃燒爐（使爐氣呈還原性） (四)、氫脆現象 高強度鋼在富氫氣氛中加熱時出現塑性和韌性降低的現象稱為氫脆。出現氫脆的工件通過除氫處理如回火、時效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。 因此在其粗加工后進行一次時效淬火處理，采用電接觸加熱的表面淬火的方法，最后對導軌進行磨削，使其表面的粗糙度達到預定的要求，取其值為0.8。 c、硬度匹配：為了減少導軌的磨損以保證導軌的壽命，加工結果應保證導軌上與V型塊接觸的部分與V型塊的硬度不同，此取為100HBS， 2.2.3 導軌的校核 查表可得鑄鐵的許用壓強為1 MPa，已知導軌的外形如上圖所示， 算的導軌的體積約等于0.6，鋼的密度： 得：， 又：由表2.1可知 5.5m隔水管最大的質量（SR-30）是 ,考慮一安全因子， 取導軌共承重8 t， 則滑座每側的承重為　 對三角形導軌設垂直斜向力為F，如圖3.2.2所示， 圖2.2.2 受力分析圖 則有 2Fcos30°=20000 ≈11500 N 則左側導軌承受的壓強為 ＜1　MPa 依圖2.2.1易知導軌右邊承受的壓強小于左邊。 故此導軌符合要求。 2.3　驅動輪裝置的設計 2.3.1　計算驅動輪所需的扭矩 如圖2.3.1，所示。 圖2.3.1 滾輪受力圖 1、每組V型裝置共有8個支承滾輪（若加上驅動輪則為9個），每個輪上的支承反力應為（√2/2G）/4（按照8個支承點算），即 每根管的質量約為： M=2.5t=2500kg 即 則 考慮到管的外圓柱面的制造誤差，有可能8個支承點存在某些支承點與管子不接觸，故F應該乘以一個安全系數S，取S＝1.5， 則 2、計算使管子轉動所需的扭矩 機械傳動部分的總傳動比　 所用電動機的轉速為　 滾輪的運動參數 ?。?5　 mm 3、管子的運動參數（按最大管計算） 　mm 　 4、管的線速度 　 此速度即是管子自動焊接的速度，經過分析，此速度基本符合焊接的要求。 5、計算滾輪使管子轉動所需的扭矩T 計算在1s內使管子的轉動的線速度達到 　 由本設計可知，t=1s 要求出滾輪使管子轉動所需的扭矩T，可以采用動量矩定理： 由動量矩定理可得： ＝21.5　 即滾輪使管子轉動所需的扭矩　T＝21.5　。 2.3.2 驅動輪的校核 查　“機械設計手冊軟件版R2.0”，可知　鋼-鋼的摩擦系數為　 則最大靜摩擦力 相應最大摩擦力矩 　 而　　　T＝21.5＜＜　 故滾輪與管子不會產生相對滑動的現象。 所以T符合設計的要求。 2.4鏈傳動的設計 鏈傳動是應用較廣的一種機械傳動，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。 與帶輪相比，鏈傳動能保持準確的平均傳動比，可用于中心距較大的場合（10米以內）；傳動效率高，可達0.98，徑向壓軸力小，結構緊湊；能在高溫及低速情況下工作；與齒輪傳動相比，鏈傳動安裝的精度要求較低，成本低廉，可遠距離傳動。鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。 設計所需原始數據：傳動的功率P，小鏈輪和大鏈輪的轉速n1、n2，原動機種類，載荷性質以及傳動用途等。 設計參數如下： 2.4.1鏈輪齒數z1、z2和傳動比i ? 小鏈輪齒數z1對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。 ??? 為考慮磨損均勻，鏈輪齒數一般應取與鏈節(jié)數互為質數的奇數，并有限選用以下數列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 小鏈輪齒數z1的選擇 鏈速v(m/s) 0.6~3 3~8 ＞8 ＞25 齒數z1 ≥17 ≥21 ≥25 ≥35 ??? 鏈傳動的傳動比一般不大于6，推薦的傳動比i=2~3.5。? 2.4.2確定計算功率 計算功率Pca是根據傳遞的功率P，并考慮到載荷性質和原動機的種類而確定的，即 Pca=KAP kW ??? 式中：P——傳遞的功率，kW； ?????KA——工作情況系數。 ? ?2.4. 3鏈節(jié)距 在一定條件下，鏈的節(jié)距p越大，承載能力就越高，但傳動的多邊形效應也要增大，于是振動、沖擊、噪聲也越嚴重。所以設計時，為使傳動結構緊湊，壽命長，應盡量選取教小節(jié)距的單排鏈。速度高、功率大時，則選用小節(jié)距的多排鏈。從經濟上考慮，中心距小、傳動比大時、傳動比大時，選小節(jié)距多排鏈；中心距大、傳動比小時，選大節(jié)距單排鏈。 2.4.4中心距和鏈節(jié)數 設計中，若中心距不受其它條件限制，一般可取a0=(30~50)p，最大取a0max=80p。有張緊裝置或拖板時，a0max可大于80p；對中心距不能調整的傳動，a0max≈30p。 ? 鏈條長度以鏈節(jié)數Lp(節(jié)距p的倍數)來表示。鏈節(jié)數Lp與中心距a0之間的關系為 ??? 計算出的Lp應圓整為整數，最好成績取偶數。然后根據圓整后的鏈節(jié)數計算理論中心距，即 為了保證鏈條松邊有一個合適的安裝垂度f=(0.01~0.02)a，實際中心距a`應較理論中心距a小一些，即 a`=a-Δa 理論中心距a的減小量Δa=(0.002~0.004)a，對于中心距可調整的鏈傳動,Δa(即相應于f)可取大的值；對于中心距不可調整的和沒有張緊裝置的鏈傳動，則應取較小的值。 ?2.4. 5小鏈輪轂孔最大直徑dkmax ??? dkmax須不小于安裝鏈輪處的軸徑。 2.4.6壓軸力Q ? 鏈傳動的壓軸力可近似取為 Q≈KQFe ?? 式中： Fe——鏈傳遞的有效圓周力，N； KQ——壓軸力系數。對水平傳動，KQ=1.15；對垂直傳動，KQ=1.05。 2.4.7 鏈傳動設計結果 用機械設計手冊軟件版R2.0可以輕松完成鏈傳動的設計，下面是設計的過程。 1、初始條件 傳遞功率　　　　　　　　0.02　　　　　　　　kw 小鏈輪的轉速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min 平均傳動比　　　　　　　1可大或小0.5% 大鏈輪的轉速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min 傳動種類　　　　　　　　水平傳動 傳動速度　　　　　　　　低速傳動V＜3/s 潤滑條件　　　　　　　　由設計結果決定 中心距條件　　　　　　　可調 載荷性質　　　　　　　　平穩(wěn)載荷 原動機種類　　　　　　　電動機 2、設計結果 小鏈輪齒數　　　　　　　17 大鏈輪齒數　　　　　　　17 平均傳動比　　　　　　　1 大鏈輪的轉速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min 設計功率　　　　　　　　0.02　　　　　　　　kw 鏈條節(jié)距　　　　　　　　12.7　　　　　　　　mm 鏈號　　　　　　　　　　08A 小鏈輪輪轂孔許用直徑　　34　　　　　　　　　mm 鏈條速度　　　　　　　　0.054　　　　　　　　m/s 潤滑方式　　　　　　　　人工定期潤滑 初定中心距　　　　　　　508　　　　　　　　　mm 鏈長節(jié)數　　　　　　　　97　　　　　　　　　　節(jié) 鏈條長度　　　　　　　　1.232　　　　　　　　　m 理論中心距　　　　　　　260　　　　　　　　　mm 實際中心距　　　　　　　255　　　　　　　　　mm 有效圓周力　　　　　　　370.54　　　　　　　　N 作用在軸上的拉力　　　　435.39　　　　　　　　N 滾子外徑（最大值）　　　7.95　　　　　　　　　mm 鏈條排距　　　　　　　　14.38　　　　　　　　 mm 內鏈板高（最大值）　　　12.07　　　　　　　　 mm 許用靜強度安全系數　　　6.00 靜強度安全系數　　　　　29.79 鉸鏈比壓　　　　　　　　8.37　　　　　　　　　MPa 使用壽命　　　　　　　　　100000　　　　　　　　　　h 3、鏈傳動的尺寸參數 如圖2.3.2所示， 名稱　　　　　 符號　　小鏈輪數值　大鏈輪數值　　單位 排距　　　　　 pt　　　　14.38　　　　14.38　　　　mm 分度圓直徑　　 d 69.12 69.12 mm 齒頂圓最大直徑　 dama 77.04 77.04 mm 齒頂圓最小直徑　 dami 72.67 72.67 mm 分度圓最大弦齒高　hama 4.56 4.56 mm 分度圓最小弦齒高　hami 2.37 2.37 mm 齒根圓直徑　　　　df 61.17 61.17 mm 最大齒根距離　　　Lx 60.87 60.87 mm 圖3.3.2 鏈輪 2.5減速器的選用 2.5.1 減速器的機構特點 減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速并相應地增大轉矩。減速器的結構如下： （1）箱體 減速器箱體的作用是支承軸系零件，固定軸系的位置，保證軸系運轉精度; 箱體內裝有潤滑軸系的潤滑油，因此箱體必須是密封防塵的，但又要使箱體內與箱體外的大氣壓平衡。因此減速器箱體的重要質量指標是整體剛度和穩(wěn)定性、密封性。大批量生產的減速器箱體常常采用鑄造方法制作，鑄造的材料通常是價廉的普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵與變性灰鑄鐵等，在有較高強度和剛度要求時使用鑄鋼。 在某些場合為了使機器的重量盡可能輕，也有使用鋁合金制作箱體的。如果生產的批量較小，則多數采用焊接的方式來制作箱體。 減速器的箱體受力情況較復雜，常常會受到較大的彎曲和扭轉應力作用，因此如何在不大幅度增加重量的情況下提高箱體的剛度就顯得很關鍵，在箱體外設計肋板就是很有效的辦法。但采用肋板使箱體的加工工藝變得更加復雜。 鑄造工藝方面的要求是箱體形狀力求簡單，易于造型和拔模，壁厚均勻，過渡平緩，金屬不要局部積聚等。機械加工工藝方面應盡量減少加工面積，以提高生產率和減少刀具的磨損，應盡量減少工件和刀具的調整次數，以提高加工精度和節(jié)省加工時間，例如同—軸上的兩個軸承座孔直徑應盡量相同。 當軸承采用箱體內的油潤滑時，須在箱座剖分面的凸緣上開設輸油溝，使飛濺到箱蓋內 壁上的油經油溝流入軸承。輸油溝有銑制和鑄造兩種形式，設計時應使箱蓋斜口處的油能 順利流入油溝，并經軸承蓋的缺口流入軸承。 (2）窺視孔和視孔蓋 窺視孔應開在箱蓋頂部，以便于觀察傳動零件嚙合區(qū)的情況，可由孔注入潤滑油，孔的大小應該足夠大，以便進行檢查操作，窺視孔應設凸臺便于加工。視孔蓋可用鑄鐵、鋼板或有機玻璃制成?？着c蓋之間加有密封墊片。 (3）油標 油標用來指示油面高度，一般安置在低速級附近的油面穩(wěn)定處。油標形式有油標尺、管狀油標、圓形油標等。常用的是帶有螺紋部分的油標尺。油標尺的安裝位置不能太低，以防油從該處溢出。油標座孔的傾斜位置要保證油標尺便于插入和取出。 （4）放油孔和油孔螺塞 工作一段時間后，減速箱中的潤滑油需要進行更換。為使減速箱中的污油能順利排放，放油孔開在油池的最低處，油池底面有一定斜度，放油孔座應設凸臺，螺塞與凸臺之間應有油圈密封。 (5）通氣器 減速器工作時由于輪齒嚙合摩擦會產生熱量，熱量使箱內的空氣受熱膨脹，通氣器能使箱內受熱膨脹的氣體排出，以便箱內外氣壓平衡，避免密封處滲漏。通氣器一般安放在箱蓋頂部或視孔蓋上，要求不高時，可用簡易的通氣器。 (6）起吊裝置 起吊裝置用于拆卸和搬運減速器，包括吊環(huán)螺釘、吊耳和吊鉤。吊環(huán)螺釘或吊耳用于起吊箱蓋，設計在箱蓋兩端的對稱面上，吊環(huán)螺釘是標準件，設計時應有加工凸臺，便于機械加工。吊耳可在箱蓋上直接鑄出。吊鉤用于吊運整臺減速器，在箱座兩端的凸緣下面鑄出。 （7）定位銷 定位銷用來保證箱蓋與箱座聯(lián)接以及軸承座孔的加工和裝配精度。一般用兩個圓錐銷安置在聯(lián)接凸緣上，距離較遠且不對稱布置，以提高定位精度。定位銷長度要大于聯(lián)接凸緣的總厚度，定位銷孔應為通孔，以便于裝拆。 （8）起蓋螺釘 在拆卸箱體時，起蓋螺釘用于頂起箱蓋。它安置在箱蓋凸緣上，其長度應大于箱蓋聯(lián)接凸緣的厚度，下端部做成半球形或圓柱形，以免在旋動時損壞螺紋。 （9）軸 減速器中的齒輪或蝸輪蝸桿，需要安裝在軸上。減速器中的軸都是直軸，并且為了軸上零件安裝定位的方便大多數是階梯軸，當齒輪和高速軸的軸徑相差不大時，常常制成齒輪軸。根據軸所受載荷的性質，軸可分為三類：只承受彎矩而不承受扭矩的稱為心軸，例如二級圓柱齒輪減速器中的中間軸；既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸，例如減速器中的輸入和輸出軸；主要承受扭矩的軸稱為傳動軸。 軸的設計一般應滿足軸的強度和剛度要求，對于高速運轉的軸還要注意振動穩(wěn)定性的問題。軸的結構設計應滿足以下幾點，首先要保證軸和軸上零件有確定的工作位置；軸上零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性。軸的材料一般采用碳鋼和合金鋼。 （10）齒輪 由于齒輪傳動具有傳動效率高、傳動比恒定、結構緊湊、工作可靠等優(yōu)點，減速器都采用齒輪傳動。減速器大部分采用閉式齒輪傳動，只有部分農業(yè)和建筑機械才采用開式齒輪傳動。減速器齒輪常采用的材料有鍛鋼，鑄鋼、鑄鐵、非金屬材料等。一般用途的齒輪常采用鍛鋼，經熱處理后切齒，用在高速、重載或精密儀器的齒輪還要進行磨齒等精加工；當齒輪的直徑較大時采用鑄鋼；工作平穩(wěn)速度較低、傳動功率不大時用鑄鐵；高速輕載和精度要求不高時常采用非金屬材料制作齒輪。 （11）軸承 減速器中的軸通過軸承支承在箱體的軸承座上。由于減速器的空間有限所以常采用滾動軸承而不采用滑動軸承，采用的軸承通常有向心軸承和向心推力軸承。根據軸承所受載荷的大小、方向和性質選擇軸承的類型。 為保證隔水管在焊接時的質量，隔水管的轉速需要平穩(wěn)；又因為負載較大，傳動比也大，所以選用單級普通圓柱蝸桿減速器。 ??普通圓柱蝸桿減速器。 1．結構緊湊，傳動比大。 動力傳動 i＝10-80 常用10-40分度或傳遞運動，i可達1000，Y38和萬能分度頭 i＝40。 儀表機械中，i＝3～500常用i＝10～100 2．傳動平穩(wěn)無噪音 由于蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時嚙合齒多，Z2＞30時，始終有兩對以上嚙合，故動載荷小傳動平穩(wěn)。 3．磨損大效率低 嚙合輪齒間有很大的相對滑動速度，在轉遞載荷時，磨損大效率低，發(fā)熱嚴重，需進行熱平衡，自鎖蝸桿＜0.50。為減少磨損除潤滑外，還應使用摩擦系數小的貴重金屬。僅用于中小功率 4．反行程自鎖 其簡圖如圖2.5.1所示。 　　圖2.5.1 將減速器的類型定為普通圓柱蝸桿減速器后，對該減速器里所用的蝸輪蝸桿傳動進行設計。在此，我采用機械設計手冊軟件版R2.0進行設計，自動生成的普通圓柱蝸桿傳動設計結果報告如下表所示： 2.5.2普通圓柱蝸桿傳動設計報告 一、普通蝸桿設計輸入參數 1. 傳遞功率 P 0.01 (kW) 2. 蝸桿轉矩 T1 0.13 (N.m) 3. 蝸輪轉矩 T2 4.31 (N.m) 4. 蝸桿轉速 n1 750.00 (r/min) 5. 蝸輪轉速 n2 15.00 (r/min) 6. 理論傳動比 i 50.00 7. 實際傳動比 i' 50.00 8. 傳動比誤差 0.00 (％) 9. 預定壽命 H 4800 (小時) 10. 原動機類別 電動機 11. 工作機載荷特性 中等沖擊 12. 潤滑方式 浸油 13. 蝸桿類型 漸開線蝸桿 14. 受載側面 一側 二、材料及熱處理 1. 蝸桿材料牌號 45(表面淬火) 2. 蝸桿熱處理 表面淬火 3. 蝸桿材料硬度 HRC45～55 4. 蝸桿材料齒面粗糙度 1.6～0.8 (μm) 5. 蝸輪材料牌號及鑄造方法 ZCuSn10P1(砂模) 6. 蝸輪材料許用接觸應力[σ]H' 200 (N/mm^2) 7. 蝸輪材料許用接觸應力[σ]H 200 (N/mm^2) 8. 蝸輪材料許用彎曲應力[σ]F' 51 (N/mm^2) 9. 蝸輪材料許用彎曲應力[σ]F 45 (N/mm^2) 三、蝸桿蝸輪基本參數(mm) 1. 蝸桿頭數 z1 1 2. 蝸輪齒數 z2 50 3. 模 數 m 4.00 (mm) 4. 法面模數 Mn 3.98 (mm) 5. 蝸桿分度圓直徑 d1 40.00 (mm) 6. 中心距 A 125.00 (mm) 7. 蝸桿導程角 γ 5.711° 8. 蝸輪當量齒數 Zv2 50.75 9. 蝸輪變位系數 x2 1.25 10. 軸向齒形角 αx 20.092° 11. 法向齒形角 αn 20.000° 12. 齒頂高系數 ha* 1.00 13. 頂隙系數 c* 0.20 14. 蝸桿齒寬 b1 ≥ 47.00 (mm) 15. 蝸輪齒寬 b2 ≤ 29.00 (mm) 16. 是否磨削加工 否 17. 蝸桿軸向齒距 px 12.57 (mm) 18. 蝸桿齒頂高 ha1 4.00 (mm) 19. 蝸桿頂隙 c1 0.80 (mm) 20. 蝸桿齒根高 hf1 4.80 (mm) 21. 蝸桿齒高 h1 8.80 (mm) 22. 蝸桿齒頂圓直徑 da1 48.00 (mm) 23. 蝸桿齒根圓直徑 df1 30.40 (mm) 24. 漸開線蝸桿基圓直徑 db1 10.55 (mm) 25. 漸開線蝸桿基圓導程角 γb1 20.767° 26. 蝸輪分度圓直徑 d2 200.00 (mm) 27. 蝸輪喉圓直徑 da2 218.00 (mm) 28. 蝸輪齒根圓直徑 df2 200.40 (mm) 29. 蝸輪齒頂高 ha2 9.00 (mm) 30. 蝸輪齒根高 hf2 -0.20 (mm) 31. 蝸輪齒高 h2 8.80 (mm) 32. 蝸輪外圓直徑 de2 ≤ 226.00 (mm) 33. 蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 16.00 (mm) 34. 蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 24.80 (mm) 35. 蝸桿軸向齒厚 sx1 6.28 (mm) 36. 蝸桿法向齒厚 sn1 6.25 (mm) 37. 蝸輪分度圓齒厚 s2 9.94 (mm) 38. 蝸桿齒厚測量高度 ha1' 4.00 (mm) 39. 蝸桿節(jié)圓直徑 d1' 50.00 (mm) 40. 蝸輪節(jié)圓直徑 d2' 200.00 (mm) 四、蝸桿蝸輪精度 ---------------------------------------------------------- 項目名稱 蝸 桿 蝸 輪 ---------------------------------------------------------- 1. 第一組精度 7 7 ---------------------------------------------------------- 2. 第二組精度 7 7 ---------------------------------------------------------- 3. 第三組精度 7 7 ---------------------------------------------------------- 4. 側 隙 f f ---------------------------------------------------------- 五、強度剛度校核結果和參數 1. 許用接觸應力 200.00 (N/mm^2) 2. 計算接觸應力 30.33 (N/mm^2) 滿足 3. 許用彎曲應力 45.00 (N/mm^2) 4. 計算彎曲應力 1.38 (N/mm^2) 滿足 5. 許用撓度值 0.0600 (N/mm^2) 6. 計算撓度值 0.0004 (N/mm^2) 滿足 1. 蝸桿圓周力 Ft1 6.37 (N) 2. 蝸桿軸向力 Fx1 -41.05 (N) 3. 蝸桿徑向力 Fr1 -15.01 (N) 4. 蝸輪圓周力 Ft2 41.05 (N) 5. 蝸輪軸向力 Fx2 -6.37 (N) 6. 蝸輪徑向力 Fr2 15.01 (N) 7. 蝸輪法向力 Fn -43.90 (N) 8. 滑動速度 Vs 1.58 (m/s) 9. 蝸桿傳動當量摩擦角 ρv 2.280° 10. 蝸桿傳動效率 η 0.68 11. 蝸桿的嚙合效率 η1 0.71 12. 攪油損耗 η2 0.97 13. 滾動軸承效率 η3 0.98 14. 使用系數 Ka 1.20 15. 動載荷系數 Kv 1.05 16. 載荷分布系數 Kβ 1.20 17. 材料的彈性系數 ZE 155.00 18. 滑動速度影響系數 Zvs 0.98 19. 壽命系數 ZN 1.15 20. 齒形系數 Yfs 10.73 21. 導程角系數 Yβ 0.95 22. 蝸桿截面慣性矩 I 41924.15 (mm^4) 23. 彈性模量 E 207000.00 (N/mm^2) 24. 蝸桿兩端支承點的跨度 L 220.00 (mm) 根據所得的結果來選用普通圓柱蝸桿減速器，查＜＜機械傳動設計手冊＞＞　P1257表7.3.1。 考慮到安裝與潤滑的方便，本設計選用普通圓柱蝸桿減速器的型號是 WD－8AⅠJB/ZQ　4390－86 該減速器的具體參數為： 中心距　　　　　a＝80　mm 傳動比　　　　　i＝50 蝸桿頭數　　　　＝1 蝸輪齒數　　　?。?0 模數　　　　　　m＝3 許用功率　　　　P＝1 kw 傳動效率　　　?。?.72 質量　　　　　　M＝28 kg 減速器的具體尺寸參照零件圖。 2.6電動機的選用 （JB　3074-82） 查《機械零件設計手冊》　P1363 選用電動機的型號是 Y132S-8 該電機的具體參數是： 電機名稱：Y系列三相異步電動機 類別代號：Y 型號規(guī)格：Y132S-8 防護等級：IP44 安裝形式：B3 極　　數：8 額定功率：2.2 kw 轉　　速：730　 額定電壓：380　V 額定電流：5.5　A 滿載效率：0.81 同步轉速：750　 滿載功率因素：cos=0.71 堵塞轉矩：2.0　 額定轉矩：2.0　 凈　　重：17　kg 標　　準：JB 3074-82 電動機的簡圖如圖2.6所示。 圖2.6 電動機簡圖 2.7　聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器的選用主要依據許用扭矩，還有所用軸的大小。本設計的電動機輸出軸的大小為　38，變速器的輸入軸大小為　24，輸出軸大小為　38。驅動輪輸入軸的大小為　20。 本人選用聯(lián)軸器所用的資料是《機械零件設計手冊》P870。電動機與變速器的聯(lián)接采用凸緣聯(lián)軸器YL4，變速器與驅動輪輸入軸的聯(lián)接采用凸緣聯(lián)軸器YL5，其具體參數為： 型號　許用扭矩　　d　　 L　 D　 　 M　 螺栓數目 　　 YL4 40 25/28 62 100 80 8 3 128 2.5kg YL5 63 30/32 82 105 85 8 4 168 3kg 凸緣聯(lián)軸器YL型的簡圖如圖2.3.5 圖2.3.5 凸緣聯(lián)軸器 2.8 軸的設計　　 參照《簡明機械設計手冊》P367 軸設計的步驟為： 根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案。 A、選擇軸的材料 B、初步確定軸的材料 C、進行軸系零、部件的結構設計 D、進行強度計算 E、進行剛度計算 F、校核鍵的聯(lián)接強度 G、驗算軸承 H、根據計算結果修改設計繪制零件圖 一、軸強度的計算 軸直徑的計算公式 ＝　 P－　軸傳遞的功率 n－　 －　軸材料許用扭應力（），見表14－13 A－　與軸材料及相應許用扭應力有關的系數，見表14-13 注意：對于　　，開一個鍵槽，軸頸就增大5-7%。 P＝0.01　kw n=15 　MPa A=102 　mm mm 考慮到此設計的傳動軸與滾輪的配合，取 mm 二　按照彎矩合成強度計算 合成彎矩的計算公式　 軸在危險截面的彎矩 　 軸在危險截面的扭矩 　?。p速器的輸出扭矩） 扭矩校正系數 ?。▽τ诜€(wěn)定不變的轉矩） 故軸在危險截面的合成彎矩 　 三、校核軸的強度?。ò凑盏谌龔姸壤碚摚? 校核公式 查《機械設計》P366　表15-1，軸的材料選用40 相應的彎曲疲勞極限?。?55　MPa 軸在危險截面的抗彎模量W的計算公式參照《簡明機械設計手冊》P370之表14-16，對于開鍵槽的軸， mm mm mm 　 故　 mm，符合要求。 所用到的三根軸的具體形狀參照零件圖。 2.9　軸承的選用 一、基本條件3248　N 軸頸　 預期壽命　　 運轉時有輕微的沖擊。 二、當量動載荷的計算 查《機械設計》P323　表13-6 　取　 則當量動載荷 　 三、基本額定動載荷 　　?。▽τ跐L子軸承?。剑? 　 按照　　查《機械傳動設計手冊》之P1671， 選用單列圓錐滾子軸承（GB297-84） 選用的兩種軸承的參數為： 型號　　　　 d D C 　 7606E 30 mm 72 mm 77.5 58.8　 7204E 20 mm 47 mm 26.8 18.2　 其具體形狀如圖3.3.7所示，上圖為7204E，下圖為7606E。 圖2.3.7 2.10鍵的選用 （GB 1096-79） 參照《簡明機械設計手冊》P138，和軟件“Autocad@mechanical2001” 所有的鍵聯(lián)接選用圓頭普通平鍵， 對于直徑為Ф40的軸用12X28 對于直徑為Ф30和Ф20的軸用6X14 具體參數為： 型號　　　　b h L t 　 單位 鍵12X28　　　12　　　8　　　　28　　　　5.0　　　3.3　　　 mm 鍵6X14　　　 6　　　 6　　　　14　　　　3.5　　　2.8 mm 2.11軸用彈性擋圈的選用 如圖2.11所示，所用軸用彈性擋圈　A型?。℅B 894.1-86 50） 圖2.11 2.12　滾動輪的設計 根據裝配的需要，設計出如圖3-3-10所示的滾輪，該滾輪用于驅動輪和滾動輪。 圖2.12 2.13　滾輪支承上蓋的設計 該零件的設計主要依據裝配時的需要，設計出來的圖形如圖3.3.11所示。 圖2.13 第三章 結論 這次畢業(yè)設計，基本達到預期的效果，有失敗的地方，但收獲也很多。我希望能和大家共同探討一下