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1、目录1. 设计方案确定1.1设计要求、技术要求1.2回转机构的确定1.3倾斜机构的确定1.4机构预期寿命估算2. 回转机构设计2.1回转轴强度计算2.2根据回转轴直径及受力情况选择轴承2.3设计回转轴结构尺寸、选择键2.4回转机构驱动功率计算及电机选择2.5设计回转轴减速机构2.6回转主轴受力分析及校核，轴承校核3. 倾斜机构设计3.1方案确定3.2最大倾斜力矩计算3.3V带传动3.4涡轮蜗杆传动3.5扇形齿轮机构3.6倾斜轴及轴承设计4. 总结参考文献设计方案确定1.1.1设计要求、技术要求表1-1设计要求、技术要求工作 台回 转工作 台倾 斜载重 量回转速 度倾斜速 度工作台 尺寸重心高
2、度偏心距工作台 倾斜角 度电机 驱动电机 驱动660Kg0-1r/min0-1r/min6700mm340mm200mm0-1351.2回转机构的确定由于工作台回转速度低，调速范围长，额定功率低，所以选择直流电动机； 因为总传动比较大，故可选择外购一个减速器及涡轮蜗杆机构，选用一级齿轮。1.3倾斜机构的确定工作台的倾斜运动一般是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台 倾斜。工作台的倾斜一般是为了使焊件定位，所以其倾斜速度多是恒定的，可以 采用异步电动机驱动。选择两级减速器，涡轮蜗杆减速器，及半圆齿轮机构，从 而形成工作台0135。的调节范围。1.4机构预期寿命估算机构预期使用寿命为5年，由
3、于变位机上面焊件不总是在全自动化条件下 焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作时间的50%计算。以 每天两班制，全年工作300个工作日记则其使用寿命为5*300*2*8*50%=12000 小时。根据焊接工装夹具及变位机械图册初步设计焊接变位机简图，如图1-2焊接变位机简图图1-22.回转机构设计2.1回转轴强度计算2.1.1当量弯矩的计算如下图2-1, X、Y、Z三轴方向设定为主轴方向，Y垂直主轴方向沿纸面 向上，X轴垂直主轴纸面向外。主轴受力有弯矩和扭矩。设Mx为绕X轴，My为绕Y轴。在焊件和夹具等综合作用下，回转轴的危险截面在轴承A处，A点截面处 的弯矩为：Mw= 心2 +
4、 My 2 ， Mx=G1h+G2esinpMy=G2ecos0，且 G1=Gsina，G2=Gcosa整理得：Mw=G Jh2 sin a + e2cos2a + 2he sin a cosasin gG-综合重量e-综合重量偏心距h-综合重心高P-回转轴的转角a-回转轴的倾斜角A截面的所受扭矩Mn= G1ecos片Gesina cos0按照第三强度理论折算当量弯矩MxdMw2 + Mn2 = Ge2 cos2。+ (h sin 以+ e cos以 sin 0 )2图2-1焊接变位机回转机构受力状态e当a与0满足cota= h sin0时当量弯矩有最大值Mxdmax=G vh2 + e2 =
5、660*9.8*、3402 + 2002 =2551378Nm=255Mpa2.1.2初步计算轴径根据Mxdmax初步确定回转轴直径：主轴材料选用45#钢调质状态，其弯曲疲劳强度极限b-1=275MPa许用应力8b1b= Knb-1见机械设计表17-28-比例因子，取0.5；K-应力集中系数，取1.5；n-安全系数，取1.6。0.5*275则有b= 1-7*1-6 =50.55MPa主轴直径dM10*25513783= 79.61mm350.55取 d=80mm所以最小直径dmin=80mm2.2根据回转轴直径及受力情况选择轴承由于轴承受径向作用及轴向作用力，故选用圆锥滚子轴承，dmin=85
6、mm。根据要求，选用圆锥滚子轴承30217。基本尺寸 d=85mm D=150mm B=28mm基本额定负载Cr=178KNCor=238KN见机械设计课程设计表12-32.3设计回转轴结构尺寸选择键2.2.1回转轴结构尺寸确定根据轴的最小尺寸d=80mm轴承内径d=85mm，初步确定轴的个部分尺寸 如下图2-2图2-2回转轴的尺寸图L套筒2. 涡轮3. 滚动轴承轴向尺寸l1=85mml2=135mml3=133mml4=98mml5=30.5mm涡轮宽度BM0.75da1径向尺寸d1=dmin=80mmd2=85mmd3=90mmd4=100mmd5=85mm2.3.2回转轴键的确定80mm
7、 ,则可取圆头普通平键，公称尺寸轴段上的直径为b*h=22mm*14mm键长l=63mm轴段上的直径为90mm，则可取圆头普通平键，公称尺寸 b*h=25mm*14mm键长 l=110mm选取见机械设计课程设计表 11-282.4回转机构驱动功率计算及电机选择2.4.1回转机构驱动功率计算由分析可知，在主轴呈水平位置时，即a=90，0=0时，扭转力矩最大， 且 Mnmax=Ge，用该值计算回转轴的驱动功率:（Ge + Mf）nN=9550N-回转轴的驱动功率KW n-回转轴的最大转速r/min 门-回转轴系统的传动效率Mf-轴承处的摩擦力矩Nm且Mf=0.5f (Fada+Fbdb)f-轴承的
8、摩擦系数da、db-A、B处的轴径Fa、Fb-a=90, 0=0 时 A、B 处合成支反力。Fa = ft + h)2 + 剥Ki)2h 2 + ( 1)2Fb=R见焊接工装夹具及变位机械表2-1由设计可得，l=215mm，Ki=111.5mm， R=200mm代入上式660*9.8 j(340 + 215)2+ 四(215-111.5)2Fa = 2152002=12556.28N660*9.8 ：,200*111.5、,.3402 + ()2Fb= 215 *200=10764.43N摩擦系数f取0.003f选取见机械设计课程设计表28.2-1因 Mf=0.5*0.003(12556.28
9、*55+10764.43*55)=2.973Nm(Ge + Mf)n又因 N=955n且对于一级齿轮传动8级精度圆柱齿轮效率门1=0.97单头蜗杆油润滑门2=0.8滚动轴承门3=0.98初选一级摆线针轮减速器门4=0.93门=0.97*0.8*0.98*0.98*0.99*0.93=0.686(Ge + Mn(66*9.8*.2 + 2伊3)*1N=9550q=9550*0.686=0.19Kw2.4.2电机选择选用直流电动机Z2-11，P=0.4kw，n=1500r/min见机械传动设计手册附录I2.5设计回转轴减速机构回转速度为01r/min，则取回转速度为1r/min总传动比为i总=15
10、00/1=1500选择减速器传动比i1=25选择齿轮传动比i2=3涡轮蜗杆传动比i3=20外购减速器选择摆线针轮减速器，型号XWD4-6-1/25见机械设计手册第5卷表2.5.1涡轮蜗杆设计及校核蜗杆转速 n=34.88/3=11.62 r/min2.5.1.1选择材料蜗杆采用45#表面淬火，4555HRC涡轮采用铸锡青铜ZCuSn10Pl，砂模铸造2.5.1.2确定主要参数Z1=2, i=20，Z2=2*20=40Z1 选取见机械设计表12-22.5.1.3按齿面接触强度计算作用在涡轮上的转矩T2按Z1=2，门=0.7计算0.4T2=T1*i*门=9.55*106*11.62 *20*0.7
11、=4.67*106Nmm确定载荷系数K，取K=1.25机械设计表11-1确定许用接触用力bHP基本许用接触应力b，HP=200MPa11.62应力循环次数 N=60nt=60* 20 *12000=418320丧=8 工=1.48则应力集中系数Zn* N v 418320故许用接触应力 bHP=Zn*b，HP=1.48*200=296MPa由于青铜涡轮与钢蜗杆配对，则取ZE=160 iMPa确定模数m及蜗杆直径d1（）2（ !6）2m2d1=9KAT2* Z hp =9*1.25*4.67*106* 40*296 =9594mm3取m2d1=11200 mm3，则有m=10mm，d1=112m
12、m见机械设计表 12-1Z1=2，Z2=40，d2=mZ2=10*40=400mmm中心距 a= 2 （q+ Z2）=10/2*（11.2+40）=256mmZ 2tany= q 11.2 =0.057 得出 y=3 16z 3 30，即 可以自锁。2.5.1.4蜗杆的热平衡计算 y=3 16=挡=务14*112*“62 =0.069m / sVs=cosa =6*1000cos 以 60*1000*cos3.27 当量摩擦角pv=5见机械设计表12-10tany总效率门=0.95* tan(y + pv) =0.627 Ft12+Fr12 L，3 兰箱体散热面积 A=9*10-5*a1.88
13、=9*10-5*2561.88=3.03m2工作油温取 t0=20 C, K1=15W/m2 C达到热平衡时的工作油温1000p(1-门)* t = 1000*0.4*(1 0.672) + 20 = 23 18t1= K1A 015*3.03 口故工作油温满足要求。 2.5.1.5刚度校核V：F 2 + F 2蜗杆的最大挠度公式为y=48EILr3 = y2T1?Ft1=?2*9.55*106140=0.136*106 N2*2.21*106-256tan20 = 6284.69N2Ttan a =Fr1= Ft2tana= 2E=200GPa兀d 4I= 64 d1x4为齿根圆直径，mmd
14、1x4 =df1 =d1-2ha*m-2c=140-2*1*8-0.25*m=122mmL=0.92*d2=0.9*256=230mm140y=1000 =0.14mm1360002 + 62840.692*660 3 = 1.6*10 8 mm 1.4*10 4 mm兀 122448*2*1011*y=64由此可见，蜗杆刚度符合要求。2.5.2齿轮的设计与校核2.5.2.1 选材大小齿轮均选用20CrMnTi，火焰表面淬火，4855HRC根据小齿轮设计2.5.2.2按齿轮弯曲疲劳强度设计（1）齿轮强度见机械设计表。f . = 430MPa11-12见机械设计表11-13应力循环次数NN = 60 ant = 60*1* 1500 *12000 = 4.38*1081125取
