吨混合式焊接滚轮架的设计课程设计

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1、44吨混合式焊接滚轮架的设计目录1、焊接滚轮架分析22、方案的选择与确定32.1驱动方案的拟定32.2传动方案的确定32.3滚轮的直径确定32.4偏心系数的确定43、计算与校核53.1焊接滚轮架的设计计算83.2电机型号的确定103.3传动比分配及减速器选择103.4滚轮架滚轮设计113.5主动滚轮轴的设计计算123.6蜗杆轴的设计计算123.7蜗轮蜗杆传动设计计算133.8 V带设计计算154、滚轮架零部件结构设计选择154.1轴承端盖的设计164.2键及联轴器的选择164.3机架的设计174.4表面粗糙度185、小结及参考资料1944吨混合式焊接滚轮架的设计1 焊接滚轮架分析1.1课程设计

2、题目分析焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架，第二类是组合式滚轮架。本次设计的就是组合式滚轮架，它的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不是1与1的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。本次课程设计即是组合式滚轮架，草图如下 图1-1组合滚轮架草图1.2 给定参数 吨位：44T G=441039.8=4.31105N 焊接滚轮的圆周速度：V=660m/h范围内无级可调。 中心角： 主要计算结果及参数2

3、方案的选择与确定2.1滚轮驱动方案的拟定 为使焊接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠，组合便利，采用主动轮单独驱动的设计方案，即每个主动轮单独利用一台电动机和减速机构驱动。不过要注意解决好各主动轮的同步问题，在选用电动机和减速机结构上要尽量选用特性一致且经过实测的使用。2.2 传动方案的确定整个传动过程实质上是一个减速过程，且总的传动比比较大，可以采用三级减速：一级皮带轮减速；一级摆线针轮减速器减速；一级蜗轮蜗杆减速。传动方案简图如下图所示 图2-1 传动方案简图2.3滚轮的直径的确定 由表1可知本次设计的44t滚轮架选取滚轮直径Dr=500mm；工件筒体直径Dmin=500mm，Dmxa=4000

4、mm。当中心角的130时支反力和圆周力急剧增大，相反，当角太小时，滚轮架上的筒体焊件放置有可能不稳定。因此在实际应用中为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性，并保证焊件可以平稳的转动应小于40度我国制定的焊接滚轮架行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规定中心角应在45度到110度之间。 滚轮直径Dr=500mm工件筒体直径Dmin=500mmDmxa=4000mm 滚轮的转速：n=1000V/（Dr）/60=1000*（660）/（500）/60 =（0.06370.637）r/min 式中Drmm ，Vm/s表2-1 焊接滚轮架技术参数 当工件直径为500mm时，带入数据得两滚轮间距为8

5、19.15mm 当工件直径为4000mm时，带入数据得两滚轮间距为1722.08mm。因此两滚轮间距的调节范围选定为：810mm1730mm之间2.4偏心系数的确定中心角的使用下限，主要受焊件静载稳定性的制约，当给定后，偏心距只有满足滚轮的转速n：（0.06370.637）r/min焊件才不致于从滚轮架上掉下而破坏其稳定性，则：=，式中Dmm取=0.023 计算与校核3.1焊接滚轮架的设计计算 驱动圆周力和摩擦力的计算图3-1焊接滚轮架受力简图 1焊件 2主动滚轮 3从动滚轮图3所示为焊件滚轮架及焊件的受力简图，图中2为一列主动滚轮，3为一列从动滚轮。当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件1静置

6、在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即式中 中心角；D焊件直径； Dr滚轮直径； L主、从动滚轮之间的横向距离；当即时，Ffmax=4.31105/2/cos55=3.76105N=0.02Ffmax=3.76105N当即时，Ffmin=4.31105/2/cos22.5=2.33105N当焊件的偏向距不为零时，在主动滚轮圆周力F1的作用下，逆时针转动，则焊件是受力情况如图2所示。图中F2是焊件借助摩擦力带动从动滚轮转动时，滚轮作用到焊件上的反力。此时 (1) (2) (3) (4)与主动滚轮轴搭配的轴承圆锥滚子轴承，故f=0.02，滚轮采用组合轮（钢轮与橡胶轮相结合），故=，

7、橡胶面和钢轮面各占一半，故取=1.65。初定滚轮轴径 dr=95mm，则 b=Dr/(fdr+2u)=500/(0.02*95+2*1.65) 取b=96当时：Ffmin=2.33105Nf=0.02u=1.65初定滚轮轴径dr=80mm =N当时：时，F1=1.119104F2=2.568103NFf1=2.257105NFf2=2.465105N时，F1=0.127105F2=0.041105N通过比较上述两组计算结果，可发现第组的计算结果较大，故后续计算应采用第组的计算结果进行计算。滚轮轴上的载荷的计算由于同一列上的滚轮数量为2，即，所以载荷作用不均匀系数。则作用在一个主动滚轮上的载荷

8、作用在一个从动滚轮上的载荷滚轮轴径大小的计算设主动滚轮轴上两轴承中点间的距离L=355mm，则在的作用下，主动滚轮轴的弯曲力矩 Mw=P1*L/4=1.92105355/4=170.400105Nmm由于是独立驱动的主动滚轮，所以每一轮轴所承受的扭矩Ff1=3.847105NFf2=3.907105NMw=170.400105NmmMn=20.879105Nmm所以主动滚轮所受的当量弯矩 该主动滚轮轴采用45钢制造，查机械设计P354其b=590Mpa安全系数取，则= b/nb=590/2=295Mpa, 则主动滚轮轴的计算直径 因为，所以试设计成功。为了维修的方便，及简化设计工作，从动滚轮的

9、轴径也取同一数值，即d、=95mm。附着力验算 为了保证焊件在主动滚轮上不打滑，焊件在滚轮上的有效摩擦因数f应满足 在滚轮上的有效摩擦因数； 焊件在滚轮上的许用摩擦因数，采用钢轮时，取=0.5。 因为f=F1/Ff1=0.127105/3.847105=0.033fp=0.5 故实际的附着力满足设计要求3.2 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定及型号选择 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定 焊接滚轮架的电动机驱动功率 N=Mn*n/9550/=2087.90.637/9550/0.4 =0.348KW式中 N每个主动滚轮电动机的驱动功率（kw）； 主动滚轮轴的传递扭矩（Nm）； n主动滚轮的转速，

10、即许用最高转速（r/min）； Mxd=171.674105Nmm 主动滚轮轴的计算直径d=83.49mm 传动机构的总效率，因为机构中有一级蜗轮蜗杆传动，故=0.4。电动机型号的确定 上面计算的电动机功率为0.269kw，但根据目前厂家生产的44T滚轮架的实际产品，电动机功率应进行放大。这是因为滚轮或工件不能做到绝对的平滑，尤其是许多筒状工件都有横向焊缝，当横向焊缝通过滚轮是会产生很大的附加力矩。由于滚轮的转速很低，且减速机构只有三级，所以不宜选用转速过大的电动机，考虑上诉因素功率应留足够余量才能使滚轮架稳定工作。另外1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规

11、定了不同吨位的焊接滚轮架的电动机最小功率： 表3-1 电动机功率表3-1 不同吨位焊接滚轮架电动机最小功率根据上诉情况电动机功率应放大数倍，电动机决定选用功率：P=1.5KW ，转数：N=955转， 型号：Z4-100-1直流电动机作为该焊件滚轮架的驱动力源。3.3传动比的分配及外购减速器型号的选择 总的传动比整个传动过程，分三级进行减速，传动比的分配如下：第一级采用皮带轮减速机进行减速，传动比为，第二级采用摆线针轮减速机进行减速，传动比为i2=23,所选的减速器型号如下：表3-2 ZW 2.2-5-55摆线针轮减速器的主要参数输入转速r/min输出功率 kw中心高 mm输入轴轴径 mm输出轴

12、轴径 mm7451.861603055第三级采用蜗轮蜗杆减速，传动比为。电动机型号: Z4-100-1额定功率P=1.5kw额定转速n0=955r/min摆线针轮减速器型号：ZW2.2-5-55 i2=23因为相差不是很大，故可以满足设计使用的要求。3.4滚轮架滚轮的设计滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和使用范围见表3-3表3-3 滚轮结构的特点和适用范围由于滚轮架的额定载荷是44t，所以选用组合轮结构。图3-2 组合轮结构示意图如图34所示。滚轮直径为500mm，宽260mm。滚轮中间采用橡胶来增大摩擦力，作为驱动，宽130mm；两边采用钢轮，作为承重，宽65mm；3.5主动滚轮轴的设

13、计与计算主动滚轮轴与滚轮配合处的尺寸在前面已经计算：d=95mm，这里就不在重复计算，主动滚轮轴与蜗轮和圆螺母配合处的最小轴径计算 ： （该主动滚轮轴采用45钢制造，b=590Mpa，其许用安全系数取，则= b/nb=590/2=295Mpa,）；这就是说只要主动滚轮轴的最小轴径大于41.36mm，即可满足使用要求，该轴的其它尺寸根据经验设计，主动滚轮轴的尺寸如下图所示： 图3-3 主动滚轮轴的尺寸示意图由于该轴在设计时是按强度进行设计的，这里可不必重新校核轴的强度了。由于轴承是标准件，在设计轴的同时，需根据与轴承配合的轴径（d=90mm）选对应的轴承型号，选用双列向心轴承，型号为：滚动轴承

14、3218GB/T2971994。3.6蜗杆轴的设计与计算蜗杆与十字滑块联轴器配合处的轴径最小，为便于联轴器的安装，取蜗杆的最小轴径与摆线针轮减速器的输出轴径相等，即实际的最小轴径dmin=55mm，设计尺寸如下图所示： 图3-4 蜗杆周的尺寸示意图dmin=80mm蜗杆轴的强度校核计算：蜗杆材料为45钢，调质处理，查机械设计P354其 安全系数取，则= b/nb=590/2=295Mpa，蜗杆最小轴径可根据蜗杆所受的扭矩进行校核计算，蜗轮的工作扭矩为，蜗杆为单头，故，设蜗杆的工作扭矩为,则故，满足设计使用要求。由于轴承为标准件，在设计轴径的同时，需根据轴径选择所需轴承的型号。这里由于所受轴向力

15、向里，考虑到设计的经济性，这里决定选用圆锥滚子轴承；根据蜗杆轴与轴承配合处的轴径为d=90mm，选用双列向心轴承，型号为：滚动轴承 3218GB/T2971994。3.7蜗轮蜗杆传动的设计与计算蜗杆功率与材料的选择蜗杆的输入功率 式中 V 带传动的效率，；摆线针轮减速机的传动效率，； 联轴器的传动效率， ；蜗杆的转速 蜗杆采用45钢，表面高频淬火，硬度为4555HRC；蜗轮齿圈材料采用ZCuSn10P1，金属模铸造，内圈采用45钢制成。Dmin=55mmn2=20.76r/min主要参数的计算根据传动比，查机械设计表12-2，取，采用蜗轮的工作转矩进行设计计算，则查机械设计表12-5得基本许用

16、接触应力，设计使用期限为10年（=24000h），则应力循环次数 寿命系数 故许用应力由于是钢蜗杆与铜蜗轮配对使用，故根据机械设计表12-1 选定确定中心距 表3-4 蜗轮及蜗杆的主要尺寸参数表名称符号计算公式及结果 mm中心距aa=245蜗杆轴向模数mm=10蜗杆头数Z1Z1=1蜗轮齿数Z2Z2=iZ1=33传动比ii=33蜗杆直径系数q16齿顶高系数ha*ha*=1蜗杆轴向齿距PxPx =m=31.41蜗杆导程PzPz = Z1Px =31.41蜗杆轴截面齿廓压力角=20间隙CC=（0.20.3）m，取C=1.5蜗杆齿顶高ha1ha1= ha*m=10Z2=33ZN=1蜗杆齿根高蜗杆齿高=

17、+=21.5蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗轮分度圆直径=*m=3303.8V带传动设计与计算电动机与摆线针轮减速器之间同V带传动来传递扭矩，带传动比i=2。根据电动机额定功率P=1.5kw，额定转速n0=955r/min，设计该V带传动。V带传动的设计计算过程如下表所示：计算项目设计计算依据结果（长度单位为mm）工况系数查机械设计表13-101.0计算功率PcPc=KAP1.5kw选V带型号查机械设计图13-7、图13-8选用A型小轮直径查机械设计表13-4及推荐标准值100验算带速，一般525m/s5m/s大轮直径，一般应取标准值200初定中心距400初算带长1277确定带长L

18、d查机械设计表13-7、表13-81400定中心距461aminamin =a-0.015Ld400amaxamax = a+0.03Ld503验算包角167.57确定V带根数z2确定初拉力F0116.32N对轴的压力FQ462.54NV带传动的张紧定期张紧或采用自动张紧装置 表3-5 V带设计主要参4 滚轮架零部件结构的设计与选择4.1轴承端盖的设计如下图所示，根据轴承座孔（外圈）直径160mm由机械设计课程设计表46查得轴承端盖螺钉直径为d3=12mm，螺钉数目为6个。如图24所示，由机械设计课程设计，D4=D-(1015mm) 得D4=150mmD0=D+2.5d3 D0=190e=（1

19、1.2）d3 e=12 D2=D0+2.5d3 D2=220 轴承端盖、轴承透盖都是按照此尺寸设计。 图41 轴承端盖4.2键及联轴器的选择主动滚轮轴上键的选择及型号确定键的链接采用普通平键联接，这种键应用最广，普通平键按照头、方头、和单圆头三种。为了减小轴在加工过程中所引起的应力集中，这里决定选用A型键。根据与键配合的轴径d=95mm及轴长L=257mm，查机械设计课程设计可得所需键的型号，与滚轮配合处的键的型号为：键；与蜗轮配合处的轴径d=85mm，轴长L=130mm，查机械设计课程设计可确定该处所用的键型号为：键。蜗轮轴上键的选择及型号确定蜗杆轴与十字滑块联轴器配合处需用一个键，为了减小

20、轴在加工过程中所引起的应力集中，这里也选用A型键。根据与键配合的轴径d=55mm及轴长L=80mm，查机械设计课程设计可得该处所用的键的型号为：键。联轴器的选择蜗杆与摆线针轮减速器之间是通过联轴器来传动扭矩的，可移式刚性联轴器可以通过两半联轴器间的相对运动来补偿被联接两轴的相对位移。该焊接滚轮架传动特点要求所选用的联轴器具有较好的刚性，由表4-1，再考虑到经济性，这里设计选用价格相对便宜而又具有较好刚性的十字滑块联轴器，联轴器的尺寸大小可根据摆线针轮减速器输出轴的轴径大小查机械设计课程设计进行确定。名称公称扭矩范围轴径范围最大转速范围特点应用条件凸缘连轴器1020000101801400130

21、00结构简单，成本低可传动较大扭距，但不等消除冲击。对所连两轴间的偏移缺乏补偿能力经常用于荷载平稳有轻度冲击的条件下，链接低速和刚性不大的两轴。NZ挠性爪型联轴器256001565380010000外形尺寸小，飞轮力矩小用于小功率，高转速，没用急剧冲击载荷的情况下十字滑块联轴器1202000015150100250结构紧凑，尺寸小，寿命长。但制造比较复杂无较大冲击，转速不高的，存在两轴径向相对位移时采用4.3机架的设计机架零件支撑着机器中的全部零件，保证组成机器的各零件处于正确的工作位置，承受各零件的作用力，并传递到基础上。 每台机器都有各自的特殊功能，因而，为满足这些特殊要求，机架零件具有各

22、自的结构形状。常见的机架结构形状可以分为以下几类机座类，如各种机床的机身；底座类，如由电动机、减速器和卷筒组成的电动绞车的底座；箱体类，如速器的机体。 由于机架零件形状复杂，一般多采用铸件。铸铁因具有铸造性能好、价廉、吸收振动能力强及刚度高等特点，在机架零件中应用最广。受载情况严重的机架零件，可用铸钢。 对于结构简单、生产批量不大的大中型机架，常用由型钢和钢板焊接成的焊接件。它质量小，生产工期短，不同部件可用不同牌号的钢材。焊接的机架零件质量比铸造的可减轻40左右。为提高强度和刚度在接头处常焊以加强板和加强筋。为减少机械加工，应在机架上安装各部件的支承面处焊有钢板，以便区分加工面。焊后应热处理

23、消除内应力。由于结构简单，生产批量不大，所以35吨焊接滚轮架的机架部分采用工字钢和钢板焊接而成。 4.4表面粗糙度 在规定表面粗糙度参数的允许值时，应考虑如下原则： 1)在满足零件功能和外观要求的前提下，尽量取大的粗糙度参数值。 2)同一零件上，工作表面的粗糙度值应小于非工作表面。 3)摩擦表面的粗糙度值应小于非摩擦表面；滚动摩擦表面的粗糙度值应小于滑动摩擦表面；运动速度高、单位压力大的摩擦表面的粗糙度值应小于运动速度低、单位压力小的摩擦表面。 4)对承受变动载荷的零件表面，以及最容易产生应力集中的部位，例如零件的团角、沟槽处，粗糙度值应较小。 5)配合性质要求高的结合面、密封面以及要求联接可

24、靠、受重载的过盈配合表面和配合间隙小的间隙配合都应方小的粗糙度值。 6)同一公差等级的零件，小尺寸比大尺寸、轴比孔的租糙度值要求小。 7)要求耐腐蚀的零件表面，粗糙度值应较小。 8)表面粗粮度要求应与尺寸及形状公差相协调，一般来说，尺寸及形状公差要求较高时，粗糙度值应较小。3 根据以上原则标注了个零件的表面粗糙度，在机架上采用了12.5的表面粗糙度。除此之外，在设计过程中还要处理好公差配合的问题，加工出来的焊接滚轮架才能正常平稳的运行。5 小结在本次设计中难免会出现各种各样的难题，但有了上次机械设计课程设计的经验,难题也相对较少,如：轴的受力分析及计算等方面都碰到了困难，在自己的努力和同学的帮

25、助下逐步解决了这些问题。这些问题都说明了我在设计方面还存在有点不足，还需要要大大改进自己的设计对于我来说，收获最大的是大大锻炼实际动手能力，用几天自主学习了AUTO-CAD绝大部分的功能，第一次用软件来制图也是让自己有了无穷的动力去学习这个软件，感觉画图再也不用像以前那样死板了。本次焊接滚轮架的设计中,焊接滚轮架中心距可调，可适用于直径5004000mm的筒形工件焊接。额定载荷为44T,主要应用于薄壁轻型筒形工件的焊接，也可用于工件的装配，及焊接检验等工作。这次焊接滚轮架多采用标准件制造，机架多采用标准型钢制造，工艺简单，成本低廉，便于维护和保养，使用寿命长。而且具有结构简单，操作简易，运转稳定，并且可以根据焊件的特点任意组合等优点。6 参考书及资料： 机械设计 机械设计手册 焊接工装设计