1、编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 60 吨焊接变位机设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授） （职称： ）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书全套图纸，加 153893706本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 60 吨焊接变位机设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 95 学 号： 0923237 作者姓
2、名： 2013 年 5 月 25 日III无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 60 吨焊接变位机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 本课题来自无锡华联精工机械有限公司的生产实际。目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管与板要自转，同时要倾斜 45 度，满足船形焊接，要求设计该焊接变位机。 我国引进的焊机器人柔性加工单元中的变位机，也是针对特定产品研制的，因此价格较昂贵，而技术培训及售后服务却不理想。在技术方面，我国许多工厂引进的弧焊机器人系
3、统己具有机器人与变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最佳位置下进行焊接，以提高焊接质量，并能一次起弧就焊完整条焊缝，以提高效率。但是有关技术却往往为外方厂家所垄断，我们并不掌握。从提高我国焊接生产机械化与自动化水平的角度出发，必须加大科研投入，研制高性能的焊接机器人与配套变位设备，力求在自动化焊接领域在国际上占有一席之地。 II三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 分析并了解焊接变位机的基本结构，熟悉焊接变位机的具体工作 原理； 完成整机的具体方案设计； 完成各个零部件的结构设计，并绘制相应的三维模型及二维图纸； 将三 维模型进行装配，并绘制相应的二维装配图。
4、四、接受任务学生：机械 95 班 姓名 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师 签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日III摘 要焊接变位机是一种焊接辅助设备，它与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。焊接变位机是应焊接行业的机械化、自动化发展需要而产生的。焊接变位机作为一种焊接配套设备，用于管子横向对接焊接，管子与法兰内外环缝焊接，管子对管子全位置焊接。焊接变位机可水平翻转角度，通过工作台的回转及翻转运动使工件上焊缝处于最理想
5、的位置进行焊接，从而大大提高焊缝质量，减轻焊工劳动强度，尤其是适合焊接各种轴类、盘类、筒体等回转工件的理想设备。本设计分析了解国内外焊接变位机的发展状况、以及焊接变位机在焊接机器人中的应用，设计了一种 60 吨座式焊接变位机。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机的选择、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括:电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的
6、有材料力学，CAD 等。关键词： 焊接变位机； 机械设计； 焊接辅机IVAbstractWelding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanizatio
7、n, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipes landscape orientation welding, pipe and flanges inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the
8、 welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welders workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.By understanding the welding positioner s development in domestic and ov
9、erseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A block 60 ton s of welding positioner is designed.Mainly on the subject of welding ,mechanical rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accur
10、acy ,and so on.The design process is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including: the rotational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the calculation of axle size and corresponding acces
11、sories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen. The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, CAD.Key words: welding conjugation mechanical; mechanical design; welding auxili
12、ary machine.V目 录摘 要 .IIIABSTRACT IV目 录 .V1 绪论 .11.1 立题依据 .11.2 焊接辅机的作用和分类 .11.3 焊接变位机的功能及结构形式 .22.1 设计的基本参数 .42.2 变位机的总体方案设计 .42.3 驱动系统方案 .42.3.1 工作台回转方案 42.3.2 工作台翻转方案 42.4 导电装置方案 .53 回转机构设计 .63.1 工作台回转机构 .63.2 回转支承的选择 .63.2.1 回转系统承载的总重量 .63.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩 73.2.3 齿轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） 83.3 选择工作
13、台的回转电机 .103.4 减速器的选择 .114 工作台倾斜机构设计 .124.1 倾斜机构 .124.2 选择倾斜机构的电机 .124.3 蜗杆减速器 .134.3.1 蜗杆和蜗轮的设计 144.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计 164.4 扇形齿轮传动设计 164.5 倾斜机构中轴的设计 .194.5.1 倾斜轴的最小直径 194.5.2 翻转小齿轮轴的最小直径 244.6 联轴器的选用计算 .274.6.1 减速器与减速器之间的联轴器 274.7 轴承的选用和校核 .275 安装调试与操作使用 .295.1 安装 .29VI5.2 调试与检测 .295.3 操作与使用 .296 结论与
14、展望 .306.1 结论 306.2 不足之处及未来展望 30致谢 .31参考文献 .3260 吨焊接变位机设计11 绪论1.1 立题依据目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管和板要自转，同时要倾斜 45，满足船形焊接。钢结构技术的蓬勃发展,推动了工程结构体系的不断进步。在桥梁、电站、高层钢结构建筑、大型造船等行业日益繁荣的今天，要求焊接自动化的增多，焊接辅机也越来越受到重视。我国目前中小吨位焊接变位机，基本能满足要求。但无论品种规格还是性能质量，与国外相比仍有很大差距，尤其是大吨位焊接变位机在速度平稳性、变位精度、驱动功率指标、与焊接
15、操作机的联机动作等方面，存在较大差距。1.2 焊接辅机的作用和分类焊接辅机指所有同焊接相关的周边辅助设备，具体定义是指焊接结构装配和焊接过程中起配合和辅助作用的的工夹具变位机械、焊剂输送装置等的总称。如：各类焊接夹具、船舶焊接专机、汽车底板焊接生产线、各类龙门焊接机、焊接机器人及周边设施等。其中最常见的通用配置有操作机、滚轮架、变位机等焊接变位机械。如图 1.1焊接变位机械指是在焊接过程中改变焊件、焊机及焊工空间位置来完成机械化，使其有利于减少焊接时间，提高劳动效率，减轻工人劳动强度，提高焊件质量，并能充分发挥各种焊接方法的机械设备。焊接变位机械可分为焊件变位机械、焊机变位机械和焊工变位机械。
16、焊件变位机械是在焊接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机械设备。其中滚轮架、变位机、翻转机、回转台就是焊接变位机械。在多数场合下，焊件变位机械和焊机变位机械相互配合使用，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元（FMC）和加工系统（FMS）中，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置精度较高的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极焊接等，都需要焊接变位机械的配合，才能完成作业。其中焊件变位机械最多也最常用。本论文主要是设计了 60 吨焊接变位机的整体机构和主要零件。(a)焊接滚轮架 (b)焊接变位机无锡太湖
17、学院学士学位论文2(c)焊接翻转机 (d)焊接操作机图 1.1 焊接变位机械1.3 焊接变位机的功能及结构形式焊接变位机是将工件回转、倾斜使焊件上的焊缝置于有利于施焊位置的焊接变位机械。焊接变位机的几种常见形式 7：（如图 1.2）：(1)座式焊接变位机。是应用最广泛的一种焊接变位机,其稳定性比伸臂式焊接变位机要高。工作台有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的焊接位置进行焊接，另外工作台还有一个回转的自由度。其适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 (2)型双回转焊接变位机。其工作装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以360任意回转。此变位机与
18、其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。(3)双立柱单回转式变位机。其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回 转方向运转，另一端随主动端从动。两侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。该种变位机结构简单适合装载机的后车架、压路机机架等工程机械长方形结构件的焊接。这种型式变位机的缺点只能在一个圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。(4)型双座式头尾双回转型式。在单回转变位机的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度。这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置。有较高的稳定性,适用于大型和重型工件的翻转变位,能较好地满足焊接质量的要求。(5) 型双回转焊接变位机。
19、型回转形式与型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。焊接变位机要具备的性能有：60 吨焊接变位机设计3（1）焊接变位机械要有较宽的调速范围，稳定的电流和功率。（2）在动力传动行程中要有自锁传动，以免动力源切断时，焊件因重力作用而发生事故。（3）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊接变位机，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在 0.12mm 之间，最高精度应可达 0.01mm。（4）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。（5）整个结构要有
20、良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物，应易被清除。（6）工作台面上应设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器件和夹紧机构。(a)座式焊接变位机 (b)型双回转焊接变位机 (c)双立柱单回转式变位机 (d)型双座式头尾双回转型式图1.2 变位机种类无锡太湖学院学士学位论文460 吨焊接变位机设计52 方案设计2.1 设计的基本参数基本承载能力 60 吨工作台直径 3000mm工件偏心距 500 mm回转角度 0180翻转角度 090焊接速度 250mm/min2500mm/min2.2 变位机的总体方案设计图 2.1 变位机的总体图采用座式焊接变位机，工作台连同回转机构
21、通过倾斜轴支承在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴在 090的范围内恒速倾斜。该机为座式焊接变位机，稳定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。2.3 驱动系统方案2.3.1 工作台回转方案工作台的回转运动应有较宽的调速范围，从 0.027r/min0.27r/min 调速平稳均匀，要有双向回转功能和自锁功能。第一种方案：电动机驱动，经过减速器减速后通过齿轮传动带动工作台回转，要求无级变速。第二种方案：在全液压变位机，采用液压马达来驱动及控制工作台回转的速度和角度。2.3.2 工作台翻转方案无锡太湖学院学士学位论文6工作台的倾斜速度恒定，运动要自如平稳并有多重自锁功能。第一种方案：电动机经过减速器减
22、速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，该方案目前应用很广。第二种方案：在全液压变位机中采用液压缸直接推动工作台倾斜，对液压驱动方面的要求较高。第三种方案：电动机经过减速器减速后通过螺旋副使工作台倾斜，该方案应用很少。2.4 导电装置方案焊接变位机作为焊接电源二次回路的组成部分，必须设有导电装置。焊接时，强大的焊接电流通过工件和工作台经导电装置传至工作台倾斜轴，再由位于倾斜轴返回到焊机的负极。导电装置提供了一个顺畅的电流回路，有效地防止了焊接电流直接通过齿轮副和轴承，既保证足够的焊接电流，又使机构免遭电流损坏。第一种方案：采用外接导电装置，主要是采用电刷式的，它由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样，
23、在焊接变位机中应用最广。第二种方案：采用自身导电。必须采用以下措施：使用带有石墨成分的润在轴向力的作用下，各传动副之间、轴承内外圈之间要接触紧密。自身导电然省去了专用的导电装置，但对变位机各传动副的装配间隙要求较严，使用中又需经常检查和调整，比较麻烦，采用不多。60 吨焊接变位机设计73 回转机构设计3.1 工作台回转机构工作台带动 60 吨工件以焊速 250mm/min2500mm/min 在 0180内回转。其回转系统的如图 3.1 所示。其传动路线大致为：驱动电机回转减速机回转支承工作台。工作台固定于回转支承上，回转支承固定在支承梁上。回转支承外围上的大齿轮与减速器输出轴小齿轮啮合，通过
24、与减速器输入轴连接的电机的驱动，形成工作台的回转运动。电机和减速器输出轴直联，利用电机的失电制动器来对回转运动进行制动和自锁。图 3.1 回转机构传动简图3.2 回转支承的选择在回转系统中，工作台是固定在回转支承上，通过回转支承将工作台与支承梁连接，这样不仅提高了工作台的回转精度，也提高了工作台的刚性。参照相关样品的选型计算，我选择单排四点接触球式回转支承，JB230084 标准中的单排四点接触球式回转支承，回转中心大，支承面积大。是由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻，钢球与圆弧轨道四点接触，能同时承受轴向力、径向力、颠覆力矩。外圈为齿轮，外圈与工作台用螺栓固联，内圈与钢梁联接。动力从齿轮副传入
25、，带动工作台旋转。我选取的回转支承型号为 012. 60. 2000。查机械设计手册P7 453 表 72112，其主要的参数如下 4：回转中心直径为 2000mm 滚子直径为 60mm总高 h 承=144 mm 参考重量为 M=1100kg无锡太湖学院学士学位论文8外齿轮模数 m=18 mm 齿数 Z=123外齿轮 De=2264.4 mm 外齿轮 b=120mm3.2.1 回转系统承载的总重量图 3.2 偏心距和重心距示意图h 件工件的高度假设工件为圆柱形，材料为钢，则密度为 7.8103 kg/m3，直径为 3000 mm。V = 60103 / 7.8103= 7.6923 m3h 件
26、 = 7.6923 / ( 1.5 2 )= 1.088m = 1088 mmh 台工作台高度 假设工作台高度为 80mmh综合重心高h =（ h 件 h 台h 承）/2（1088100144）/2 666mmm 台工作台的重量工作台材料为 Q235A，密度为 7.8103 kg/m3 （采用肋板增加强度减少重量） 。m 台 = 7.81031.5 1.50.084.410 3kgG综合重量60 吨焊接变位机设计9G =（ 4.41036010 31.110 3）9.8641.9 103 N3.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩已知条件:G=5.88105N工件重量（60t）Emax = 50
27、0mm允许最大偏心距=0 180回转轴转角=0 90回转倾斜角变位机的回转支承受力状态如图 3.2 所示，在焊件和夹具的综合重量作用下，回转支承的倾覆力矩 M 是由绕 X 轴和 Y 轴的弯矩 Mx， My 合成，Mx=G1h+G2 e sin (3.1)My=G2 e cos (3.2) 考虑到 G1=Gsin G2=Gcos 向图 3.3 回转支承倾覆力矩图则 A 点截面所受的弯矩为：M =（M x2+ My2） 1/2 (3.3) = G（h 2sin + e2cos2 +2hesin cos sin） 1/2 由式(3.1) 和(3.2) 知，弯矩 M 是 ， 的二元函数，其值是变化的。
28、现需要求出最大值，以便校核。令：N= h 2sin + e2cos2 +2hesin cos sin (3.4)对上式进行求偏导并令其为零,求出 N 的最大值，即可求出弯矩 M 的最大值。N = h 2 cos -e2 sin2 +2he cos2 sin=0 无锡太湖学院学士学位论文10N =hesin2 cos=0 因为上式是关于三角函数的代数式，由于它的周期性，所以上式结果为多个解。结合已知条件，解如下：( =90 =0 ，180 )最大值出现在 =90时， 代入求 M 得：M max = G h = 4.3105 Nm 3.2.3 齿轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮）该齿轮是和
29、回转支承上的外齿轮啮合，其模数是确定的。这里只校核其强度。经过减速器减速后，回转支承之间的传动比：i2=2778450=6.2表 3-1 齿轮的参数计算项目 计算内容 计算结果确定主要尺寸齿数 z1=1236.2=19.8 取 z1=20传动比 i=12320=6.15分度圆直径 d1=m z1=1820=360mm d1=360mmd2=m z2=18123=2214mm d2=2214mm齿宽 b1= 130 mm小齿轮的校核 小齿轮用 20 Cr，渗碳淬火，硬度 56HRC62HRC。表 3-2 小齿轮的校核 计算项目 计算内容 计算结果转矩 T1 =9.55106P/n=9.55106
30、9.9/1.7=55.615106 NmmT1=55.615106 Nmm接触疲劳极限 查 P224，图 12.17（e） Hlim1=1200Mpa圆周速度 v=d 1n1 /(601000)= 3601.7/60/1000=0.032m/s精度等级 由 P207 表 12.6 选 9 级精度使用系数 由 P215 表 12.9 KA=1.0动载系数 由图 12.9 KV=1.01齿间载荷分配系数由表 12.10，先求Ft=2 T1 / d1 =255.615106 /360=3.09105NKA Ft /b=1.03.09105/130=2377N/mm 100N/mm60 吨焊接变位机设
31、计11 =1.883.2(1/z 1+1/z2)cos=1.883.2(1/20+1/123)=1.6940Z =(4 )/3 =(41.6940)/3=0.7687KH =1/ Z 2=1/0.76872=1.6925齿向载荷分布系数由 P218 表 12.11KH =A+B1+6.7(b/ d 1)2(b/ d 1)2+C10-3 b=1.09+0.161+6.7（130/360） 2（130/360） 2+0.3110-3120=1.3037KH =1.3037载荷系数K= KA KV KH KH=1.01.011.69251.3037=2.228K=2.228弹性系数 由 P221 表
32、 12.12 ZE=188.9 Mpa1/2节点区域系数 由图 12.16 ZH=2.5续表 3-2接触最小安全系数由表 12.14 SHmin=1.01应力循环次数由表 12.15，估计 106 NL 108接触寿命系数 由图 12.18 ZN1=1.5许用接触应力 H1= Hlim1 ZN1 / SHlim=12001.5 /1.01=1782Mpa H1 =1782Mpa验算 H= ZE ZH Z 2K T1 / bd12(u+1)/u =188.92.50.7687 22.22855.615106 / 130/3602(7.15)/6.15 1/2=1501.2Mpa H1 H=150
33、1.2Mpa计算表明，接触疲劳强度较为合适。注：表中图和表查看参考书3 。3.3 选择工作台的回转电机电机的驱动功率 N已知条件：焊接点最大线速度 Vmax=2500mm/minVmin=250mm/min回转最大转速 nmax=25003000 = 0.27r/minnmin=2503000 = 0.027r/min=0.873回转系统的传动效率（考虑到减速器效率为 0.9，回转支承的齿轮传动效率为 0.97）无锡太湖学院学士学位论文12由焊接工装夹具与变位机械P127 式（2-4） 1功率计算公式 N=mmax nmax/9550 = G Emax nmax/9550 (3.5)=641.
34、91030.270.5 /( 95500.900.97)=10.39 KW 当对工件实行自动焊接时，焊接线速度是一定的。随着工件的大小及焊缝位置的改变，焊缝的回转直径也是改变，所以要求工作台的回转速度必须是无级调速的，实现不同的工件、不同的焊接位置达到相同的线速度，达到焊缝的质量要求。工作台的线速度在 250mm/m2500mm/min 之间，速比为 1：10。工件在装夹后，在不同的回转速度下，有工件重心的偏心距产生的回转扭矩是一定的，所以要求电动机的输出扭矩为恒扭矩。就目前来说，能实现恒扭矩无级调速的电机有三种： Y 系列普通异步交流电机。 Y 系列普通异步交流电机一般只能实现1：10 的恒
35、扭矩调速，而且功率扭矩性差，不能满足要求。 直流电机。 直流电机调速技术发展比较早，有良好的起、制动性能，在很大范围内能平滑的调速，但其体积大、成本大，能耗大，对电网也有影响，县被逐步取代。 交流变频电机。 交流变频电机的调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种变频电机调速系统中效率最高，同时性能也最好，是交流变频调速的主要发展方向。在比较之后，选择交流变频电机，该电机在调速时转差功率不变，调速系统效率最高，性能最好。利用该电机在基频以下属于“恒转矩调速”的特性，将电机功率调低，达到输出转速速比 1：10，输出恒扭矩的要求。我选 YVP 系列变频调速三相异步电动机，该类电机与变频器装置组成机电
36、一体化系统，550HZ 为恒转矩运行区，50100 为恒功率运行区，调速比为 1：20。查机械设计手册P22-109，选型号为 YVP180L8，其主要数据如下 4：表 3-3 回转机构的电动机的参数额定功率额定转矩额定电流重量 同步转速11 KW 144Nm 25A 250Kg 750r/min总传动比 i 总 = 75 r/min0.027r/min = 27783.4 减速器的选择在焊接变位机的回转系统中，有个传动比达到 450 的减速器。该减速器要求传动效率高，承载能力大，传动精度高，满足安装要求。能实现这么大传动比的减速器有三种： 圆柱齿轮减速器。 圆柱齿轮减速器的传动比为 1：40
37、0，需要几个减速器串联起来使用，体积很大。 两级蜗杆减速器。 在传动比和体积上满足要求，但其传动效率低，特别是在输入轴转速很低（电机的最小转速为 37.5 r/min）的情况下更低，一般只能达到 0.1左右。60 吨焊接变位机设计13 三级行星齿轮减速器。 其传动比和传动效率（大于 0.8，且不随输入轴转速的降低而降低）均能满足要求，只是体积比蜗杆减速器大。相比较后，我选择三级行星齿轮减速器。减速器中的齿轮由弧齿锥齿和行星齿轮传动组成，具有以下特点：（1）体积小、重量轻，在相同条件下，比普通渐开线圆柱齿轮减速器的重量轻 1/2 以上，体积缩小 1/21/3。 （2 ）传动效率高，三级传动效率可
38、达0.910.94。查机械设计手册P16 107，表 16277，选 NGW-S123450 减速器，其主要尺寸如下表 4： 表 3-4 回转机构减速器的参数公称传动比输入转速输入功率体积 重量I=450 1000r/min11kw 145995010132000 Kg输出数据：P=0.9011=9.9 kwn=750450=1.7r/min4 工作台倾斜机构设计4.1 倾斜机构倾斜机构受力见图 4.1。其传动路线大致为：驱动电机减速机构翻转齿轮翻转轴工作台。在传动系统中，动力的输入为摆线针轮减速器。通过一带制动轮联轴器与第二级蜗杆减速器输入轴连接，将动力传给蜗杆减速器（减速比为 30） 。减
39、速器输出轴通过齿式联轴器同齿轮轴连接，通过齿轮传动，最终将动力传给与支承梁连接的扇形齿轮，实现工作台的翻转。无锡太湖学院学士学位论文14图 4.1 倾斜机构传动简图在该传动链中，翻转齿轮传动采用双边传动，保证了倾斜过程中整机的稳定性。在翻转齿轮上设有限位块和行程开关，以使工作台能可靠地停留在所需位置及实现运动的自锁。4.2 选择倾斜机构的电机在 = min、 =90 0 时出现最大倾斜力矩，M Tmax= G(h12+ e2)1/2 。 （如图 4.2：）(h12+ e2)1/2 =(6612 + 5002 )1/2=828.8mmMTmax= G(h12+ e2)1/2 = 641.9103
40、828.810-3 =5.3105 Nm (4.1)电机倾斜机构的驱动功率计算如下：假设倾斜机构的最大转速 nmax = 0.3 r/min回转系统的传动效率 =0.970.90.6= 0.5238图 4.2 倾斜力矩图（考虑到齿轮效率为 0.97，蜗杆传动效率为 0.67, 减速器效率为 0.9）由变位机械与工装夹具P127 式（2-4） 1P = MTmax n / 9550 = 530103 0.3 / (95500.5238) =29.3 KW (4.2)我选功率为 30 KW 的电动机，选用摆线针轮减速器，其减速器和电机直联，总体尺寸小且满足要求。查机械设计手册P16 151 表 1
41、62116，选用 XWDV30819025。其主要数据如下 4：表 4-1 倾斜机构的电动机参数传动比输入转速电机功率输出转矩 重量I=25 1500r/min30kw 4423 515 Kg总传动比 i 总 = 1500 r/min0.3r/min = 500060 吨焊接变位机设计15输出功率 P=30 kw（忽略功率损失）输出转速 n=1500/25=604.3 蜗杆减速器经过一个减速器的减速后，传动比仍较大。采用蜗杆减速器，体积小且传动比较大，能实行自锁，只是效率较低。采用一级圆柱蜗杆传动，输入功率为 30KW，转速为 60 r/min，传动比为 i =30。图 4.3 蜗杆减速器图4
42、.3.1 蜗杆和蜗轮的设计材料选用 蜗杆采用 40Cr，调质处理，表面硬度 48HRC55HRC。蜗轮材料采用ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 离心铸造。设计如下:表 4-2 蜗杆蜗轮的设计 计算项目 计算内容 计算结果初选d 1/a值当量摩擦系数 设 vs =0.25m/s0.5 m/s 查表 13.6 取 uv =0.06 v =3.30在 P270 图 13.11 的 I=30 线上选d1/a = 0.43，=6 （Z=1 ） ，=0.65中心距计算蜗轮转矩 T 2=T1i=9.5510 630/60300.65 93.11106 Nmm使用系数 按题意查表 12.9 KA=1.0转速系数
43、 Zn=(n28 + 1)1/8 =（60 830+1）1/8 Zn=0.9725弹性系数 根据蜗轮副材料查表 P260，表 13.2 ZE=164（MPa） 1/2寿命系数 Zh=1.31.6无锡太湖学院学士学位论文16接触系数 由 P271 图 13.12 I 线查出 Z =2.60接触疲劳极限查表 13.2 Hlim=660 Mpa接触疲劳最小安全系数SHlim=1.0续表 4-2中心距a =KAT2(ZE Z/ Zn Z hSHlim / Hlim)21/3=1.093.1106(1642.601.00.97251.3660) 2 1/3=289.7 mm取 a=315mm传动基本尺寸
44、蜗杆头数 由 P270 图 13.11 取 z1=1蜗轮齿数 z1=1 z2=301=30 取 z2=30模数 m=(1.41.7)a/ z2 =(1.41.7) 315/30=14.717.9 取 m=16mm蜗杆分度圆直径 d1= d1/aa=0.43315=135.5查表 13.4 的标准值 取 d1=140mm蜗轮分度圆直径 d2=m z2=1630=480 d2=480mm蜗杆导程角 tan = z1m/ d1=116140= 0.1143 = 6.520蜗轮宽度 b2=2m0.5+( d 1/m+1)1/2=2160.5+(140/16+1) 1/2=115.9mm 取 b2=12
45、0mm蜗杆圆周速度 v1=d 1n1/(601000)= 14060 60000v1=0.440m/s相对滑动速度 vs= v1/cos=0.440/cos6.52 vs =0.442m/s当量摩擦系数 查表 13.6, v =3.30 齿面接触疲劳强度验算许用接触应力 H= Zn Zh Hlim / SHlim H=834.4MPa60 吨焊接变位机设计17=0.97251.36601.0最大应力 H=ZE Z(K AT2/a3) 1/2 =1642.6(1.093.11063153) 1/2 H =735.9Mpa合格轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限由表 13.2 查出 Flim=37
46、7 Mpa弯曲疲劳最小安全系数取 SFlim=1.1续表 4-2 许用弯曲疲劳应力 F= Flim /SFlim=377/1.1 F=342.7 Mpa轮齿最大弯曲应力 F=2 KAT2/m b2d2=21.093.110616120480 F =202.0 Mpa合格蜗杆轴挠度验算轴惯性矩 I=d 14/64=140 4/64 I =1.88107 4允许蜗杆挠度 =0.004 m = 0.00416 =0.064蜗杆轴挠度 = 2T 2 l（tan 2+tan 2(+ v)）1/2/d2/48/EI=293.1106910（tan 220+tan2(6.520+3.30 )） 1/2/480/48/(2901031.88107)=0.053合格润滑油黏度和润滑方法润滑油粘度 根据 vs =0.442m/s 由表 13.7 选取 =1000 2/S润滑方法 由表 13.7，可采用浸油润滑注：表中图和表查看参考书3。输出数据n2 =60/30=2r/minp2 =p=300.67=20.1KW4.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计蜗杆轴的最小直径 材料为 40Cr按许用切应力计算,由机械设计P314 式（16.2）得 3：dC(P/n) 1/3=102
