300公斤手動(dòng)焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)

1、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 300公斤手動(dòng)焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)制07級(jí)2班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 撰寫(xiě)日期：2011年5月10日摘 要在我國(guó)，焊接變位機(jī)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(jī)。近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)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(jī)械可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)焊接變位機(jī)正是當(dāng)前眾多焊接機(jī)械產(chǎn)品的一種，它通過(guò)一些機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)實(shí)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(jì)中，參照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，首先選擇機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方式，確定機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)矩和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核，保證機(jī)構(gòu)的合理性，使得設(shè)計(jì)出的裝備能在給定年限內(nèi)正常工作；然后對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接設(shè)計(jì)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；最后設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題，畫(huà)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(jì)的主要內(nèi)容是一個(gè)傾斜機(jī)構(gòu)，采用了渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，用來(lái)減小尺寸和實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的自鎖。整個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。關(guān)鍵詞：手動(dòng)式焊接變位機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；傾斜機(jī)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(kāi)發(fā)焊接變位機(jī)的意義和目的11.2焊接變位機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r11.2.1國(guó)內(nèi)焊接變位機(jī)的產(chǎn)品簡(jiǎn)介11.2.2國(guó)外焊接變位機(jī)的的產(chǎn)品簡(jiǎn)介22 手動(dòng)焊接變位機(jī)總體方案設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)方案的確定32.2設(shè)計(jì)要求、技術(shù)要求32.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的確定32.4傾斜機(jī)構(gòu)的確定32.5機(jī)構(gòu)預(yù)期壽命估算33傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)43.1方案確定43.2傾斜力矩的計(jì)算43.2.1最大傾斜力矩43.2.2計(jì)

9、算傳動(dòng)功率，確定傳動(dòng)比43.2.3傳動(dòng)比分配43.2.4選材53.2.5按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)53.2.6計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力53.2.7計(jì)算圓周速度v63.2.8計(jì)算載荷系數(shù)63.2.9按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑63.2.10計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力73.2.11幾何尺寸計(jì)算84 渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)84.1選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型84.2選擇材料84.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)度105傾斜軸的設(shè)計(jì)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(jì)115.3.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(qiáng)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(jì)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(jì)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(zhǎng)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(qiáng)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(jì)237.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各部分尺寸237.1.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)度校核277.4.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度287.4.4蝸桿軸滑動(dòng)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(yǔ)31參考文獻(xiàn)32致 謝331 引言1.1開(kāi)發(fā)焊接變位機(jī)的意義和目的在焊接生

12、產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對(duì)這些實(shí)際需要，我們?cè)O(shè)計(jì)研制了焊接變位機(jī)，它可以通過(guò)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置。焊接變位機(jī)與焊接操作機(jī)配合使用，可以實(shí)現(xiàn)焊接的機(jī)械化、自動(dòng)，提高了焊接的效率和焊接質(zhì)量。焊接變位機(jī)可以應(yīng)用于化工、鍋爐、壓力容器、電機(jī)電器、鐵路交通、冶金等工業(yè)部門(mén)的自動(dòng)焊接系統(tǒng)。在現(xiàn)在加工和制造過(guò)程中，焊接變位機(jī)已悄然成為一種不可缺少的設(shè)備，其作用越來(lái)越突出。特別是近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)工業(yè)機(jī)械行業(yè)有了很大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。各種機(jī)械產(chǎn)品和機(jī)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(jī)械的主要關(guān)鍵部位，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)性能，而選擇

13、合適的變位機(jī)能提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。特別是入世的沖擊，機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)越來(lái)越激烈，國(guó)內(nèi)企業(yè)必須適應(yīng)形勢(shì)，通過(guò)焊接變位機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備投入達(dá)到生產(chǎn)能力的革命。因此，近年來(lái)焊接變位機(jī)得到國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣泛共識(shí)，對(duì)著方面的投入都在加大。1.2焊接變位機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r在我國(guó)，焊接變位機(jī)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(jī)。近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)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(wèn)世的約有十余個(gè)系列，百余品種規(guī)格，正在形成一個(gè)小行業(yè)。在國(guó)際上，焊接變位機(jī)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(wú)隙傳動(dòng)私服控制型的，產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍，達(dá)到0.1KN18000KN?？梢哉f(shuō)，焊接變位機(jī)是一個(gè)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(duì)焊接變位機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r作簡(jiǎn)要介紹：1.2.1國(guó)內(nèi)焊接變位機(jī)的產(chǎn)品簡(jiǎn)介現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)焊接變位機(jī)的的廠家已經(jīng)不少，大都不成規(guī)模。以變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來(lái)的企業(yè)尚未形成。天津鼎盛工程機(jī)械有限公司、無(wú)錫市陽(yáng)通機(jī)械設(shè)備有限公司、長(zhǎng)沙海普公司、威達(dá)自動(dòng)化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國(guó)內(nèi)占有較大市場(chǎng)。到2000年，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約70余品種規(guī)格，以下簡(jiǎn)述這些變位機(jī)的基本型式，基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個(gè)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(jī)控制）和機(jī)器人配套型產(chǎn)品。與機(jī)器人配套用的變位機(jī)，開(kāi)發(fā)了十余個(gè)品種。包括工位變換變位機(jī)（不參與焊接），如立式雙工位、四工位、八工位變位機(jī)，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機(jī)等：與機(jī)器人配套焊接變位機(jī)（機(jī)器人外部軸），如傾翻-回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式等。1.2.2國(guó)外焊接變位機(jī)的的產(chǎn)品簡(jiǎn)介一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)焊接操作機(jī)、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(jī)；生產(chǎn)焊接機(jī)器人的廠家，大多生產(chǎn)與機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。但是，以焊接變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè)非常少見(jiàn)。德國(guó)Severt公

16、司，美國(guó)Aroson公司，我國(guó)天津鼎盛工程機(jī)械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國(guó)的CLOOS、奧地利的IGM、日本松下機(jī)器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。以下僅就變位機(jī)型式、第一主參數(shù)等做些介紹。（1）德國(guó)Severt公司該公司主要生產(chǎn)8種類(lèi)型的產(chǎn)品，其中7種是焊接變位機(jī)。每種型式的焊接變位機(jī)，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC程控型和機(jī)器人配套型等4種產(chǎn)品。（2）德國(guó)LCOOS公司德國(guó)LCOOS公司是國(guó)際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機(jī)器人、焊機(jī)等產(chǎn)品，也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國(guó)，除可見(jiàn)到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)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(jī)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(jī)器人配套的變位機(jī)。（3）美國(guó)Aroson公司美國(guó)Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱(chēng)世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)主要類(lèi)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(jī)器人制造公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備焊接變位機(jī)有12個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)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(lèi)。2 手動(dòng)焊

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

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

20、0時(shí)及a= 90，b=0時(shí)3.2.2計(jì)算傳動(dòng)功率，確定傳動(dòng)比渦輪蝸桿傳動(dòng)， 圓柱齒輪二級(jí)傳動(dòng)總效率： 傳動(dòng)功率：3.2.3傳動(dòng)比分配總傳動(dòng)比 減速渦輪蝸桿 齒輪減速3.2.4選材 因?yàn)榉D(zhuǎn)速度不高，選用7級(jí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行計(jì)算，即確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)=1.3計(jì)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(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)

21、度極限由式10-13計(jì)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(jì)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(jì)算試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。3.2.7計(jì)算圓周速度v計(jì)算齒寬計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高 3.2.8計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，七級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)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(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承懸臂布置時(shí)由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)3.2.9按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由式（10-10a）得計(jì)算模數(shù)m按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為確定公式內(nèi)的各計(jì)算

22、數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，3.2.10計(jì)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(jì)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(jì)算大、小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)度算得的模數(shù)5按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑大齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)

23、，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3.2.11幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑計(jì)算中心距 計(jì)算齒輪寬度取，4 渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸桿轉(zhuǎn)速 80r/min ，傳動(dòng)比 i = 32 ，使用壽命為12000小時(shí)。4.1選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型根據(jù) GB/T 10085 1988 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿。4.2選擇材料考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度很低，故蝸桿用45鋼；因希望效率高寫(xiě)，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(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由式（11-12）傳動(dòng)中心距4.3.1確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 按=1,傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(shí)。從圖11-18中可查得接觸系數(shù),因?yàn)椋虼艘陨嫌?jì)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(qiáng)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(qiáng)度是滿(mǎn)足的。5傾斜軸的設(shè)計(jì)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(qiáng)度極限：=650 M Pa；彎曲疲勞極限：=275 M Pa；屈服極限強(qiáng)度：=355 M Pa；剪切疲勞強(qiáng)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(jì)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(jì)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(zhǎng)度為了滿(mǎn)

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(dòng)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(jìn)行軸向定位，由手冊(cè)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(zhǎng)度為68至此。軸的各段直徑和長(zhǎng)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(zhǎng)為80mm，同時(shí)為了扇形齒輪和軸有很好的對(duì)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(dòng)軸承與軸的配合定位是由過(guò)度配合來(lái)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(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)應(yīng)從手冊(cè)查取圖5-2 傾斜軸的簡(jiǎn)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(duì)傾斜軸在H面內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力取，軸的計(jì)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(jì)算動(dòng)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(hào)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(dòng)載荷P（3）驗(yàn)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(jī)械設(shè)計(jì)，可得鍵連接強(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)度；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2，得因,所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。（2）傾斜軸與箱體鍵的校核已知鍵的工作長(zhǎng)度鍵與箱體鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2，得因,所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求6蝸輪軸的設(shè)計(jì)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(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限屈服極限強(qiáng)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(jì)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(zhǎng)度為了滿(mǎn)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(dòng)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(jìn)行軸向定位，由手冊(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)為80mm，同時(shí)為了扇形齒輪和軸有很好的對(duì)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(zhǎng)為63，同時(shí)為了保持渦輪和軸的對(duì)中性，選擇齒輪輪轂與軸的配合為鍵槽用銑刀加工。滾動(dòng)軸承與軸的配合定位是由過(guò)度配合來(lái)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(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)應(yīng)從手冊(cè)查取圖6-2 渦輪軸的簡(jiǎn)圖圖6-3 渦輪軸的受力分析（1）蝸輪軸在V面內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(duì)B點(diǎn)取彎矩圖6-7 傾斜軸B點(diǎn)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(qiáng)度軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力取，軸的計(jì)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(jì)算動(dòng)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(hào)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(dòng)載荷P驗(yàn)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(jī)械設(shè)計(jì)，可得鍵連接強(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2，得因,所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求（2）渦輪軸與渦輪鍵的校核已知鍵的工作長(zhǎng)度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度由式（6-1）得查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2，得因,所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求7蝸桿軸的設(shè)計(jì)7.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各部分尺寸7.1.1蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)械零件手冊(cè)，選擇滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承座型號(hào)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(jī)械零件手冊(cè)選擇圓頭普通平鍵，公稱(chēng)直徑，鍵長(zhǎng)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(gè)軸段尺寸可得，故。已知，因各個(gè)力對(duì)A點(diǎn)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(gè)力對(duì)B點(diǎn)彎矩之和為零可得即又因軸受力應(yīng)該平衡，得 即 計(jì)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(qiáng)度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，可得回轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核公式式中：軸的計(jì)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(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，故取。已知?jiǎng)t根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)表15-1查得，因，故滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。7.4.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，可得回轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核公式 式中：軸的計(jì)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(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，故取。已知?jiǎng)t根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)表15-1查得，因，故滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。7.4.4蝸桿軸滑動(dòng)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(mǎn)足A處軸承的要求就可以滿(mǎn)足C處軸承要求。(1)選擇軸承寬徑比根據(jù)機(jī)床軸承常用的寬徑比范圍，取寬徑比為1。(2)

38、計(jì)算軸承寬度已知(3)計(jì)算軸頸圓周速度(4)計(jì)算軸承工作壓力(5)選擇軸瓦材料查機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)，可得鍵連接強(qiáng)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(zhǎng)度，； d軸的直徑，。已知， 故查機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2，得，因,所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。8其它重要數(shù)據(jù)工作臺(tái)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(dòng)軸承座螺栓為焊接變位機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局如圖8-1圖8-1 手動(dòng)焊接變位機(jī)總體布局圖9 結(jié)語(yǔ)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是300公斤手動(dòng)焊接變位機(jī)，它通過(guò)一些機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)實(shí)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(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。傾斜機(jī)構(gòu)使得工件在合適的位置，便于焊接；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使得工件以一定轉(zhuǎn)速隨工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，便于提高焊接效率和焊接質(zhì)量。這次設(shè)計(jì)的是一個(gè)純機(jī)械產(chǎn)品，所以對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理的基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，我在認(rèn)真分析所選課題和手頭資料后，從傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)入手。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，主要是設(shè)計(jì)傾斜機(jī)構(gòu)；然后再進(jìn)行傳動(dòng)件的計(jì)算設(shè)計(jì)，主要是齒輪、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；最后畫(huà)出裝配圖和零件圖。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧，并且獨(dú)立地完成了傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。初步具備了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械的能力，設(shè)計(jì)的焊接變位機(jī)因?yàn)樯a(chǎn)效率高，加工

40、精度穩(wěn)定，設(shè)計(jì)研制周期較短，所以特別適用于大批量生產(chǎn)。由于技術(shù)水平有限，加上時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)中存在著一些不足之處，還有待于改進(jìn)。參考文獻(xiàn)1.王政主編.焊接工裝夾具及變位機(jī)械M.機(jī)械工業(yè)出版社.2001 2.甘肅工業(yè)大學(xué)焊接教研室編.焊接機(jī)械裝備圖冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社.19923 徐灝主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).5：第2版M . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20034.王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.高等教育出版社.1995年2月5 成大先主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).5：第4版M . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20026 周開(kāi)勤主編 . 機(jī)械零件手冊(cè)：第5版M . 北京：高等教育出版社，20067 龔溎義

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