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1、 *理工大学本科毕业设计(论文) 堆焊机减速器的承载特性分析及设计教学单位： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化学 号： 姓 名： 2011年03月 目 录1 绪论12 总体方案设计22.1动力头的总体设计要求22.2动力头的设计22.2.1电动机的选取32.2.2传动方案的确定32.2.3材料的选择32.2.4初步确定齿轮齿数和蜗杆头数32.2.5传动装置的运动参数和动力参数43 齿轮传动的设计计算53.1材料的选择53.2齿轮分度圆直径的计算53.3齿轮弯曲强度的校核74 蜗杆传动的设计计算94.1蜗杆传动材料的选择94.2选择齿数94.3验算滑动速度94.4主要尺寸计算94.5热
2、平衡计算105轴的校核与装配方案设计115.1轴的设计115.1.1主轴的设计115.1.2齿轮轴的设计155.1.3蜗杆轴的设计185.2 轴上零件装配方案225.3蜗杆轴的零件装配方案255.4过桥齿轮轴的零件装配方案265.5轴的校核275.6 滚动轴承寿命的校核281 绪论 堆焊是指使用焊接的方法吧填充金属熔敷在金属表面，以便得到所要求的性能和尺寸，这种工艺过程主要是实现各种金属的冶金结合，属于异种金属熔化焊的一种特殊形式。 堆焊是焊接的一个分支，是金属冶金结合的一种熔化焊接方法，但与一般焊接不同，不是连接零件，而是用焊接的方法在零件的表面堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程，最终
3、达到修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等性能。由此可见，堆焊具有一般焊接方法的特点，又具有其特殊性。 堆焊的冶金特点、物理本质、热循环过程等与一般熔焊工艺相同，但堆焊还具有如下特点： 应用堆焊能更合理利用材料，节约贵重金属，如在集体为碳素或铸钢用钢的表面堆敷一层钴基粉末。 制造双金属结构，如水轮机叶片、导水叶、推土机刀刃、抓斗等零件。 修复旧零件，如阀座、轧辊、模具、齿轮、轴类零件等。堆焊是熔焊，因此从原理上讲，凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的发展也随生产发展的需要和科技进步而发展，当今已有很多种对焊方法，现按实现堆焊的条件，将常用的堆焊方法综合分类。轮心堆焊一般采用CO2保护自动堆焊
4、，这种堆焊方法的优点在于保证堆焊金属必需的质量和高生产率的同时，还保证了工艺过程的稳定。因此与其他堆焊修复方法相比，CO2保护自动堆焊得到了广泛的应用。这种结构的CO2保护自动堆焊可实现环焊、螺旋焊、直道焊三种焊接形式。当工作焊完一圈，小车带动焊枪纵向自动移动一段距离再焊，称为环焊；当焊接工件时，焊枪与小车同时以设定的速度缓慢移动，称为螺旋焊；当工件不转动，仅有小车纵向移动时，称为直道焊。焊接开始时，焊丝与焊件接触，并被固体颗粒状的焊剂覆盖着。当焊丝与焊件之间引燃电弧，焊丝与轧辊及部分靠近电弧的焊剂受到电弧热（60008000）的作用开始熔化。焊丝熔融后，堆在工件上，焊剂起着保护作用和合金化作
5、用，焊机熔化时，不断放出气体和水蒸气，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一个由渣壳抱住的密闭孔穴。电弧在孔穴内继续燃烧，这样就隔绝了大气对电弧和熔池的影响，并防止了热量的迅速散失。堆焊层除了集体金属的冲淡作用外，组织较为均匀，气孔和夹渣较少，淬火作用小，而焊层的物理和力学性能高。堆焊层的硬度和耐磨性是由焊丝材料和焊剂中所含的合金元素来决定的。2 总体方案设计2.1动力头的总体设计要求 动力头的总体设计要求如下。 焊接线速度：U线=400450mm/min。 传动比i在12001424范围内。 传动装置的布局应使结构简单、紧凑、匀称、重量轻、强度和刚度好，成本低，并适合车间布置情况和工人操作，便于拆
6、装和维修。 使各级传动的承载能力接近相等。 使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。 尽量采用标准件，也可用少量非标准件。2.2动力头的设计2.2.1电动机的选取为了缩小体积，减轻重量，故在满足使用要求的前提下优先选用110SZ51型电动机，其额定参数如下。额定功率：W。额定转速： =1500r/min。满载转速： =1470r/min。2.2.2传动方案的确定本方案主要采用齿轮传动和蜗杆传动两种方式。其主要原因在于齿轮传动效率高，适合大功率传动，可放在高速级；二蜗杆传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，但效率低，可放在最后的低速级。方案的具体传动简图如图1.1所示。 传动分为如下三级。图1.1
7、 传动装置的运动简图1- 电动机齿轮； 2-变向齿轮； 3-蜗杆轴小齿轮； 4-齿轮轴大齿轮；5-齿轮轴小齿轮； 6-蜗杆轴大齿轮； 7-蜗杆轴； 8-蜗杆；9-蜗轮第一级：电动机齿轮1在电动机带动下转动，带动过桥齿轮2,2带动蜗杆轴小齿轮3（3与蜗杆轴为五键的间隙配合），3带动齿轮轴大齿轮4。第二级：齿轮轴小齿轮5带动蜗杆轴大齿轮6。第三极：蜗杆8带动蜗轮9。最后蜗轮9带动主轴，实现动力头三爪卡盘转动。2.2.3材料的选择 冷轧辊自动堆焊要求载荷平稳，转速低，故所有齿轮材料均选用40Cr，调质处理，硬度241286HBS。2.2.4初步确定齿轮齿数和蜗杆头数根据经验可以初步定出各级齿轮齿数和
8、蜗杆头数，如表1.1所示。表1.1 各级齿轮齿数和蜗杆头数传动级数齿轮齿数蜗杆头数第一级Z1=12Z2=36Z3=40Z4=80m=1.25第二级Z5=26Z6=124 - -m=1第三级Z8=2Z9=80 - -mt=22.2.5传动装置的运动参数和动力参数各轴转速1轴（过桥齿轮轴）：n1=nm/i =1470/(36/12)=490(r/min)2轴：n2=n1/i =490/(40/36)=441(r/min)3轴（齿轮轴）：n3=n2 /i =441/(80/40)=220.5(r/min)4轴（蜗杆轴）：n4=n3 /i =225/(124/26)=46.234(r/min)5轴（主
9、轴）：n5=n4 /i =46.234/(80/2)=1.156(r/min)工作轴：nw=n5=1.156（r/min）个轴输入功率1轴：P1=P0g=1850.97=179.45（W）2轴：P2=P1g=179.450.97=174.067（W）3轴：P3=P2g=174.0670.97=168.845（W）4轴：P4=P3g=168.8450.965=162.96（W）5轴：P5=P4w=162.960.78=127.12（W）工作轴：Pw=P5r=127.120.995=126.47（W）各轴输入转矩1轴：T1=9550P1/n1=3.497(Nm)2轴：T2=9550P2/n2=3.
10、769( Nm)3轴：T3=9550P3/n3=7.313( Nm)4轴：T4=9550P4/n4=33.661( Nm)5轴：T5=9550P5/n5=1050.17( Nm) 工作轴：Tw=9550Pw/nw=1044.78( Nm)将以上求得的运动和参数、各轴之间的传动比及效率列表1.2、表1.3。表1.2 传动装置的运动参数和动力参数参 数电动机轴1轴2轴3轴4轴5轴工作轴转速/rmin-11470490441220.546.2341.1561.156功率P/W185179.45174.067168.845162.96127.12126.47转矩T/Nm1.2023.4973.7697
11、.31333.6611050.171044.78表1.3 各轴之间的传动比及效率参数电动机轴与1轴1轴与2轴2轴与3轴3轴与4轴4轴与5轴5轴与工作轴传动比i3.001.1124.77401效率0.970.970.970.9650.780.9953 齿轮传动的设计计算齿轮传动是以主动轮带动从动轮旋转来进行工作的，是现代机械传动中使用相当普遍的一种传动方式。这种传动具有许多优良的特点，如工作可靠、传动比准确、传动效率高、寿命长、结构紧揍以及适用的速度和功率范围广等。3.1材料的选择材料选用40Cr,调质处理，硬度为241286HBS。3.2齿轮分度圆直径的计算齿轮分度圆直径的计算公式为 （1.1
12、）转矩为 T=9550 (1.2)式中P功率； 转速。 由此可得各处转矩，如表1.4所示。 表1.4 转矩数值 Nmm 3497.444 3769.478 7312.788 33660.683 1305863.400各级传动比见表1.3。对各级齿轮有如下要求：齿轮1转速较高，功率不大，选7级精度制造，其他齿轮转速不高，功率不大，可选8级精度制造。载荷平稳，对称布置，轴的刚度较大，取载荷综合系数K=1.2。齿轮系数取=0.6。确定许用接触应力：查设计手册得=670MPa,S=1,则=1=2=/ S=670MPa。根据以上参数，由式（1.1）可知得到各齿轮分度圆直径： d1 d221.07nm d
13、322.47nm d428.02nm d526.08nm d643.39nm模数为 m1=d1/z1=14.76/12=1.23(nm)查设计手册取m1=1.25nm。 m5=d5/z5=26.08/26=1.003nm取m5=1mm分度圆直径：d1=z1m1=1514.76 d2=z2m1=4521.07 d3=z3m1=5022.47 d4=z4m1=10028.02 d5=z5m5=2626.08 d6=z6m5=12443.39很显然各个齿轮均满足接触强度条件。齿轮宽度：b= d1=0.615=9（mm）取b1=b2=b3=b4=15mm。 b= d4=0.626=15.6（mm）取b5=20mm，b6=15mm。圆周速度：
