毕业设计大齿轮轮芯堆焊机动力头设计.

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1、目 录1 绪论12 堆焊简介43 总体方案设计83.1 动力头的总体设计要求83.2 动力头的设计84 蜗轮蜗杆的传动设计114.1 高速级传动设计114.2 低速级传动设计165 轴的校核与设计215.1 轴的设计215.2 输入轴215.3 输出轴235.4 中间轴的校核256 滚动轴承的选择及校核计算326.1 输入轴上的轴承326.2 输出轴上的轴承337 键连接的选择及校核计算378 联轴器和箱体的设计计算398.1 联轴器398.2.箱体419 减速器结构与润滑、密封方式的概要说明4310 结论45参考文献46致谢47大齿轮轮芯堆焊机动力头设计摘要：大齿轮是由外齿圈、轮芯和键组合而

2、成，齿圈为啮合局部所以采用优质钢，轮芯为铸造件用键连接齿轮轴。外齿圈和轮芯采用过盈配合，用温差法装配。轮芯与外齿圈无相对运动、无磨损。当出现更换外齿圈或维修齿轮轴上零件等情况时，需要将齿轮解体，此时外齿圈将从轮芯外外表中被强行拉出，配合面就会被破坏，齿轮轮芯也容易受到磨损。为了不影响齿轮的工作状态，轮芯外外表需堆焊及机加工，恢复轮芯外外表及其光洁度。同样轮芯内孔损伤也需用堆焊的方法修复。本文所设计堆焊机动力头就用于此工序轮芯堆焊机主要由动力头、尾架、焊接小车、底座、导轨及控制箱六大局部组成。本文设计轮芯堆焊机动力头，工作重点在于减速器的设计。首要目的是满足根本的使用性能，其次是在此根底上尽量减

3、少减速器的体积和重量使其结构紧凑、加工制造方便。动力头减速器的结构有很多种类，本文首要满足的性能是速比和强度，之后再从装备方便、缩小体积、降低本钱等方面加以考虑。设计后的减速器应具有容易生产、结构简单、可实用性、安装方便、本钱低的特点。关键词：轮芯；堆焊；动力头 ；减速器Wheel center welding machine power head design Abstract ：From outside the ring gear, wheel core and key combination engagement ring is part of it using high quality

4、 steel, round core for the casting gear shaft with key connection.outside the ring and the wheel core by interference fit, with the temperature difference method assembly. Wheel core and outer ring is no relative movement, no wear. When replacement or repair outside the ring gear shaft parts, etc.,

5、you need to gear collapse, this time from the outer ring round the outer surface of the core was forcibly pulled out, with the surface will be destroyed, gear wheel core is also easy by wear and tear. In order not to affect the working condition of gears, wheel outer surface of the core needs weldin

6、g and machining to restore wheel core and the outer surface finish. Within the same round hole injury also used as a core method of welding repair. This power head welding machine is designed to be used for this processThis designs the gear of wheel center welding machine, the focus is the design of

7、 transmission and shaft. The primary purpose of the work is to meet basic performance, second is on this basis to reduce the size and weight of the gear as much as possible to compact structure and to manufacture esaily. The gear structure of dynamic head has many types, the first to meet the perfor

8、mance of this design is ratio and intensity, the second is considered from the equipment convenient, smaller size, lower cost and so on. After the design the gear should be easy to produce, structure simple, practical, easy installation and low cost.Keywords: wheel center, welding machine, gear, dyn

9、amic head.1 绪论1.1 课题的意义焊接是借助于原子的结合把两个别离的物体联合成一个整体的过程。为了实现焊接过程，必须使两个被焊的物体接近到原子间的力能够发生相互作用的程度。为到达这个目的，可利用加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料的方法来实现。堆焊是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种溶化焊接方法，但它与一般的焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法，在零件的外表堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能。由此可见，堆焊具有一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。堆焊机是将焊条平敷在金属的外表,来提高焊口的高度,所特用的一

10、种焊接设备.堆焊机是由包括机架、机头、翻转机构、行走机构、控制设备构成，所述控制设备通过机头控制卡与机头相连接，同时通过控制电路板、驱动器与翻转机构和行走机构相连接，以实现行走机构和翻转机构的协同精确转动和移动，机头为两个，一个是丝极机头，一个是带极机头，分别安装在行走机构的两条导轨上进行焊接。堆焊的应用广泛，它普及各种机械使用和制造部门。堆焊作为材料外表改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。用它制造某些零件时，不仅发挥

11、零件的综合技术性能和材料的工作潜力，还能节约大量的贵重合金。例如，一般的热锻模用5CrMnMo或5CrNiMo等合金钢整体模制造，而我国有的工厂已成功的应用45Mn2铸钢基体电渣堆焊合金材料来制造，从而大量节约了贵重的Ni、Mo等合金元素。用堆焊修复旧件费用低、省工、省时、省材料，还可以缩短制造周期。因此，合理地采用并用并推广堆焊技术具有重大的经济意义。齿轮是大型机车的重要传动部件。由于大齿轮的加工难度和工作条件中的很大冲击力决定着大齿轮轮芯很容易受到磨损。因为轮芯的磨损会很容易使大齿轮的位置松动移动位置，从而影响到机车的正常工作。以前通常是把机车上的受损大齿轮卸掉在从新安装新的大齿轮轴以免对

12、机车造成不必要的损伤。这样不但消耗人力而且从经济的角度上讲很不实际。现在采用轮芯堆焊的方法简单易行，而且省钱、省力、省料、经济效果也好大齿轮是由外齿圈、轮芯和键组合而成，齿圈为啮合局部所以采用优质钢，轮芯为铸造件用键连接齿轮轴。外齿圈和轮芯采用过盈配合，用温差法装配。轮芯与外齿圈无相对运动、无磨损。当出现更换外齿圈或维修齿轮轴上零件等情况时，需要将齿轮解体，此时外齿圈将从轮芯外外表中被强行拉出，配合面就会被破坏，齿轮轮芯也容易受到磨损。为了不影响齿轮的工作状态，轮芯外外表需堆焊及机加工，恢复轮芯外外表及其光洁度。同样轮芯内孔损伤也需用堆焊的方法修复。本文所设计堆焊机动力头就用于此工序。动力头是

13、堆焊级机的主要组成局部之一，本次设计的动力头减速器主要目的是满足性能指标。故设计一个结构紧凑、加工方便的减速器对于堆焊机有重要意义。在设计过程中对于我们要注重理论联系实际，同时还要具有相关机械设计和制图的实践经验，培养独立思考能力和解决问题的能力。这对于我们即将步入社会的大学生也是意义重大。2.2 国内外研究现状堆焊不仅可以修复旧金属工件，而且可以在金属工件外表形成复合层，使其具有特殊的性能，而且到达提高耐磨性、延长使用寿命、节约能源、减少合金消耗、缩短加工周期、降低本钱和改良设计等效果。所以开展堆焊技术对我国的工业开展有重要意义。堆焊的方法修复和制造工件已有三十多年历史。早在50年代我国就用

14、此技术修复工件。迄今在我国轮芯堆焊都一般采用2气体保护自动堆焊,并在这方面有了一定的成就。他们依靠自己的力量制造了各种型式的堆焊机床,并用MZ一1000型普通埋弧焊机改装成堆焊机头,气体保护防止了空气的侵入和杂质的污染，从而提高堆焊质量使消耗降低收到了较好的效益。在工业兴旺国家中堆焊工件的工艺材料和设备方面的研究工作,都取得了明显进展，不但能修复旧齿轮且能生产各种复合材质的新工件。同时新的堆焊设备随着工艺的更新得到不断的改良。堆焊已由自动埋弧焊开展到电渣堆焊。用电渣堆焊甚至可在内圆齿轮上堆焊合金钢层。随着堆焊工艺、材料和设备的不断开展和更新堆焊的溶敷效率已由59kg|h提高到200kg|h以上

15、焊丝由单丝极开展到多丝极和带极电渣堆焊也由多丝极开展到管状焊极目前堆焊术还在不断进步.具有十分广阔的开展前景。我国堆焊技术多年来由于科研工作不配套管理跟不上焊丝、焊剂材料品种单一。新研制的材料还不能批量生产，供给渠道未畅通,也没有可供选用的先进焊接设备,造成工件堆焊技术进展缓慢。到自前为止，近70%中小型轧钢厂没有应用这一技术。且堆焊技术也仅用于旧材料修复上，还没有用堆焊方法批量生产复合材质，堆焊的水平和工业先进国家相比差距较大。为此,冶金部已成立了堆焊组,进行信息交流、技术攻关、科研成果鉴定并制定开展规划等工作。开展了新的焊丝、焊齐材料和高效率的多丝带极堆焊设备的研究工作。可以预期堆焊技术将

16、在我国得到较快的开展。随着经济建设的飞速开展，我国的焊接技术也正迅速的开展。近几年来，外表堆焊技术应用于电站、核能、石化、冶金、煤炭、矿山、建筑、桥梁、船舶、汽车、机车、航天、海洋工程等行业的设备修复。因此堆焊在现代焊接技术中占有重要地位。如何设计一个结构紧凑、加工方便的减速器对于堆焊机的开展有重要意义。动力头减速器的构造有很多种，主要考虑满足速比和强度，以及装配方便、缩小体积、降低本钱等。由于大齿轮轮芯堆焊机的传动比要求比拟大，所以为了更好的满足大传动比的传动要求，选择蜗杆传动和摆线针轮减速器或者选传动比在500左右范围和带传动配合的传动方案的减速器比拟适宜。2 堆焊简介2.1 堆焊的特点焊

17、接是借助于原子的结合把两个别离的物体联合成一个整体的过程。为了实现焊接过程，必须使两个被焊的物体接近到原子间的力能够发生相互作用的程度。为到达这个目的，可利用加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料的方法来实现。随着科学技术的进步，各种产品、机械装备正向大型化、高效率、高参数的方向开展，对产品的可靠性和使用性能要求越来越高。材料外表堆焊作为焊接技术的一个分支，是提高产品和设备性能、延长使用寿命的有效技术手段。堆焊是用焊接方法在金属材料或零件外表上熔敷一层有特定性能的材料的工艺过程。它是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种溶化焊接方法，但它与一般的焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法，

18、在零件的外表堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能。由此可见，堆焊具有一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。堆焊的物理本质、热过程、冶金过程以及堆焊金属的凝固结晶与相变过程，与一般的焊接方法相比是没有什么区别的。然而，堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥外表层金属性能为目的，所以堆焊工艺应该注意以下特点：1.根据技术要求合理地选择堆焊合金类型 被堆焊的金属种类繁多，所以，堆焊前首先应分析零件的工作状况，确定零件的材质。根据具体的情况选择堆焊合金系统。这样才能得到符合技术要求的外表堆焊层。2.以降低稀释率为原那么，选定堆焊方法 由于零件的基

19、体大多是低碳钢或低合金钢，而外表堆焊层含合金元素较多，因此，为了得到良好的堆焊层，就必须减小母材向焊缝金属的熔入量，也就是稀释率。3.堆焊层与基体金属间应有相近的性能 由于通常堆焊层与基体的化学成分差异很大，为防止堆焊层与基体间在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的热应力与组织应力，常要求堆焊层与基体的热膨胀系数和相变温度最好接近，否那么容易造成堆焊层开裂及剥离。4.提高生产率 由于堆焊零件的数量繁多、堆焊金属量大，所以应该研发和应用生产率较高的堆焊工艺。总之，只有全面考虑上述特点，才能在工程实践中正确选择堆焊合金系统与堆焊工艺，获得符合技术要求的经济性好的外表堆焊层2.2 堆焊的应用堆焊工

20、艺是焊接领域中的一个重要分支，它在矿山、电站、冶金、车辆、农机等工业部门的零件修复和制造中都有广泛的使用。其主要用途有以下两个方面：1.零件修复由于零件常因为磨损而失效，例如石油钻头、挖掘机齿等，可以选择适宜的堆焊材料对其进行修复，使其恢复尺寸和进一步提高其性能。而且用堆焊技术进行修复比制造新零件的费用低很多，使用寿命也较长，因此堆焊技术在零件修复中得到广泛。堆焊工艺可以采用不同的基体，在这些基体上使用不同的堆焊材料使外表到达我们所需要的性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性等等。利用这一工艺不仅能保证零件的使用寿命而且还防止了贵金属的消耗，使设备的本钱降低。2.3 堆焊方法 熔焊、钎焊、喷涂等方法都

21、可以应用于堆焊中，熔焊方法占的比例最大，选择应用怎样的堆焊方法，应考虑几个问题：1堆焊层的性能和质量要求；2堆焊件的结构特点；3经济性。随着生产的开展，常规的焊接方法往往不能满足堆焊工艺的要求，因此又出现了许多新的堆焊工艺方法。几种堆焊工艺的主要特点如表9-1所示。表1-1 常用堆焊方法特点比拟堆焊方法稀释率/%熔敷速度/kg/h最小堆焊厚度/mm熔敷效率/%氧-乙炔焰堆焊手工送丝110100自动送丝110100手工送丝1108595焊条电弧焊堆焊102065钨极氩弧焊堆焊102098100埋弧堆焊单丝306095多丝152511.3295串联电弧102595单带极1020123695多带极8

22、15226895等离子弧堆焊自动送丝5158595手工送丝51598100自动送丝51598100双热丝515132798100注:表中稀释率为单层堆焊结果。堆焊是熔焊，因此从原理上讲，但凡属于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的开展也随生产开展的需要和科技进步而开展，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。堆焊机是将焊条平敷在金属的外表,来提高焊口的高度,所特用的一种焊接设备.堆焊机是由包括机架、机头、翻转机构、行走机构、控制设备构成，所述控制设备通过机头控制卡与机头相连接，同时通过控制电路板、驱动器与翻转机构和行走机构相连接，以实现行走机构和翻转机构的协同精确转

23、动和移动，机头为两个，一个是丝极机头，一个是带极机头，分别安装在行走机构的两条导轨上进行焊接。轮芯堆焊一般采用CO2保护自动堆焊，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

24、，焊丝与轧辊及局部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。3 总体方案设计3.1 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120

25、01424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，本钱低，并适合车间布置情况和工人操作，便于拆装和维修。 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。3.2 动力头的设计3.2.1 电动机的选取由于要满足缩小体积，减轻重量的要求，所以优先选用110SZ51型电动机，其额定参数如下。由设计要求决定额定功率：W。额定转速： =1500r/min。满载转速： =1470r/min。3.2.2 传动方案确实定本方案主要采用两级蜗杆传动方式。其主要原因在于蜗杆传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，既满足了大传

26、动比的要求又满足了结构紧凑的要求但传动比率较低。1总传动比 =1400。2减速装置的传动比分配 第一级蜗杆传动比为=80；第二级蜗杆传动比为=70。所以 =1400满足设计要求。3.2.3 材料的选择 自动堆焊要求载荷平稳，转速低，故所有蜗轮材料均选用40Cr，调质处理，硬度241286HBS。3.2.4 初步确定蜗杆头数根据经验可以初步定出各级蜗轮齿数和蜗杆头数，如表1.1所示。表3.1 各级齿轮齿数和蜗杆头数传动级数蜗轮齿数蜗杆头数第一级 802第二级 7023.2.5 传动装置的运动参数和动力参数各轴转速1轴高速级蜗杆轴：n1=nm/i =1470/(80/2)=36.75 (r/min

27、)2轴低速级蜗杆轴：n2=n1/i =36.75/(70/2)=1.05(r/min)工作轴：nw=n5=1.05r/min个轴输入功率1轴：P1=P0g=1850.75=138.75W2轴：P2=P10.8=111W工作轴：Pw=P5r=1110.995=109.4W各轴输入转矩1轴：T1=9550P1/n1=3.61 (Nm)2轴：T2=9550P2/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3.2 传动装置的运动参数和动力参数参 数电动机轴1轴2轴工作轴转速/rmin-11470功率P/W185

28、111转矩T/Nm表3.3 各轴之间的传动比及效率参数1轴2轴传动比i4035效率表3.4 各轴的运动参数表轴号功率转矩(Nm)转速(r/min)传动i效率输入输出输入输出电机轴185147011轴402轴11135工作轴4 蜗杆的传动设计4.1 高速级的传动设计 蜗杆传动多在需要交错轴间传递运动及动力的场合使用。通常交错角为，一般蜗杆为主动力。其主要优点为传动比大，工作平稳，结构紧凑，当蜗杆导程角小于摩擦角是可以自锁。其缺点是效率低，需用贵重的有色金属。蜗杆传动的类型有多种，本文根据需要选用了普通的圆柱蜗杆阿基米德蜗杆。 在蜗杆传动中，普通齿轮传动中齿轮所发生的点蚀、弯曲、折断、胶合和磨损等

29、失效形式必然都可能出现。更特殊的是由于蜗杆传动在齿面间有较大的相对滑动，磨损、发热、胶合的想象就更容易发生。 基于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料组合首先要求具有良好的减摩、耐磨、易于跑合的特性和抗胶合能力，此外要求有足够的强度。由于转速不高、功率不大，蜗轮材料选用ZQAl9-4，砂模铸造，H=250MPa；蜗杆材料选用40Cr，外表调质，硬度为241286HBS。4.1.2 选择齿数 查机械设计手册，取Z1=2，Z2=80 式中Z1蜗杆头数； m模数，mm；d1蜗杆分度圆直径，mm；蜗杆分度圆柱上螺旋升角；滑动速度，m/s。所以，根据设计要求，原材料选择是适宜的。传动中心矩计算公式如下： 4-1

30、(1) 确定作用在蜗轮上的转矩 m(2) 确定载荷系数K(3) 确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=147(4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆d1和传动中心矩a的比值，从图11-18可查得(5) 确定接触疲劳极限根据蜗轮材料为ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11-7中查得无蜗轮的根本许用应力=265MPa(6) 确定接触疲劳最小平安系数 根据推荐值可取(7) 确定寿命系数(8) 计算中心距 4-2取中心矩a=60mm这时， 由图11-18查得，因为， 因此以上计算结果可用。4.1.5 蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸确定蜗杆的头数 确定模数m蜗杆分度圆直

31、径 查机械设计书表11-3，取标准值d1=20mm，直径系数q=10齿顶圆齿根圆df1分度圆导程角蜗杆轴向齿宽蜗轮齿数=21.98=80验算传动比i=40传动比误差，是允许的蜗轮分度圆直径=20mm实际中心距 a=1/2(d1+d2)= 74mm 蜗轮宽度 蜗杆圆周速度 相对滑动速度 当量摩擦系数 查机械设计书表13-6，4.1.6 主要尺寸根据以上计算结果，可以得到蜗杆传动的主要尺寸，如表1.7所示。 表4-1 蜗杆传动的主要尺寸名 称符 号蜗 杆蜗 轮模数m头数z280分度圆直径d20中心距a74齿顶圆直径da齿根圆直径df蜗杆最大外圆直径de2-齿顶圆弧半径Ra2-齿根圆弧半径Rf2-蜗

32、轮轮缘宽度b-22蜗杆分度圆柱上螺旋升角齿距p特性系数q20压力角螺旋方向 左旋蜗杆变位系数X0 蜗杆传动的特点是效率较低，发热量较大。在工作中就可能出现齿面磨损加剧，甚至引起齿面胶合的情况。出现工作失效的原因在于散热不充分，温度过高，使润滑油黏度降低，减减小润滑作用。因此，闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算。热平衡计算的原理是：闭式蜗杆传动正常连续工作时，有摩擦产生的热量应小于或等于箱体外表散发的热量，以保证温升不超过允许值。公式为： 4-3 式中，P=162.960W，在通风良好的条件下，取k=15W/(m2)，取允许润滑油工作温度，室温，。 将以上数据带入计算得箱体所需有效散热面积A为： 4

33、-5这将为箱体设计和是否考虑采取散热措施提供依据。在实际使用中，蜗轮轮齿折断的情况很少发生，这是因为蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力，超过齿面点蚀和热平衡计算所限定的承载能力。而只有在蜗轮采用脆性材料，并且受强烈冲击的传动等少数情况下，折断现象才会出现，此时计算弯曲强度才有实际意义。4.2 低速级的传动设计 4.2.1 杆的传动类型 根据GB/T100851998 选择ZA4.2.2 选择材料蜗杆材料选用40Cr，外表调质，硬度为241286HBS。蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。为了节约材料齿圈选青铜，而轮芯用灰铸铁HT200制造4.2.3 按计齿面接触疲劳强度计算进行设计1根据闭式蜗

34、杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由文献1P254式11-12， 传动中心距 4-6由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2，按Z=2,估取，那么：2确定载荷系数K因工作比拟稳定，取载荷分布不均系数；由文献1P253表11-5选取使用系数；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系；那么 4-73确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有4确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径 和中芯距的比值，从文献1P253图11-18中可查到5确定许用接触应力根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度45HRC

35、，可从文献1P254表11-7中查蜗轮的根本许用应力应力循环次数 寿命系数那么 6计算中心距: 4-8取a=160mm，由 i=35，那么从文献1P245表11-2中查取，模数m=4蜗杆分度圆直径从图中11-18中可查，由于，即以上算法有效。4.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1蜗杆轴向尺距 直径系数q= =40齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚蜗杆的法向齿厚2蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数 验算传动比，这时传动比误差为：，在误差允许值内。蜗轮分度圆直径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径4.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 4-9当量齿数 根据 从图11-9中可查得齿形系数Y=2.5

36、5螺旋角系数：许用弯曲应力：从文献1P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 4-10可以得到：因此弯曲强度是满足的。4.2.6 验算效率 4-11；与相对滑动速度有关。 从文献1P264表11-18中用差值法查得： 代入式中，得大于原估计值，因此不用重算。4.2.7 精度等级公差和外表粗糙度确实定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差工程及外表粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。5

37、 轴的校核与设计轴属于运动机构，主要是带开工件转动完成冷轧辊堆焊，并同时承受转矩、弯矩和剪切作用，而且其性能直接影响到堆焊质量、机床的实用寿命等，因此，这局部的动力头整体设计中占关键地位。5.1 轴的设计从设计机床的工作特点来看，主轴要同时承载弯矩和转矩作用。从传动情况来看，转矩是由蜗杆轴传递给主轴的，弯矩主要是有主轴上两滚动轴承承受。选择轴的材料。主轴材料选择40Cr，调质处理，查?机械设计手册?得：硬度为241286HBS，b=750MPa，s=550MPa。按转矩估算轴的最小直径。估算公式为 5-1式中P轴功率，kW； n轴转速，r/min; C系数。由?机械设计手册?取：C=100，于

38、是mm。计算所得直径应为安装蜗杆的最小直径，取d=20mm.5.2 输入轴的设计蜗杆上的功率P 转速N和转矩分T别如下：P= 185w N=1470r/min T=36100Nm5.2.1 按扭矩初算轴径选用40Cr，硬度为根据文献式，并查教材表15-3，取 5-2考虑到有键槽，将直径增大7%，那么：因此选5.2.2 蜗杆的结构设计1蜗杆上零件的定位，固定和装配二级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间，两队轴承对成分布，蜗杆由轴肩定位，蜗杆周向用平键连接和定位。端：轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转矩计算，查文献1P351表14-1，考虑到转矩变化很小，故取 按照计算转矩应小于

39、联轴器公称转矩的条件和考虑到蜗杆与电动机连接处电动机输出轴的直径查文献3P172表13-10选用HL6型号弹性套柱销联轴器。表5-1 蜗杆轴联轴器参数型号公称转距许用转速轴的直径2503800608232因此选择段长度取轴上键槽键宽和键高以及键长为。端：因为定位销键高度，因此，。轴承端盖的总长为20mm,根据拆装的方便取端盖外端面于联轴器右端面间的距离为所以，段：初选用圆锥滚子轴承，参考要求因d=44，查文献选用30205型号滚子承。 L=24mm圆锥滚子轴承一端用端盖定位宽度为6mm，紧靠轴环端用于轴肩定位。段：直径轴环宽度b ,在满足强度下，又要节省材料取轴肩宽度为；，；。V段：由前面的设

40、计知蜗杆的分度圆直径 齿顶圆直径 ,蜗轮的喉圆直径。查文献1P250表11-4材料变形系数所以蜗轮齿宽综合考虑要使蜗轮与内壁有一定的距离 应选L=130mm 图5-1 蜗杆轴结构 5.3 输出轴的设计5.3.1 按扭矩初算轴径1输出轴上的功率，转速和转矩： P=111w , N=1.05r/min ,T2求作用在轴上的力 3初步确定轴径的最小直径选用钢，硬度根具文献1P370中式，并查文献1P370表15-3，取 5-3考虑到键槽，将直径增大10%，那么；所以，选用5.3.2 轴的结构设计1轴上的零件定位，固定和装配蜗轮蜗杆二级减速装置中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用

41、轴肩定位，右端面用轴端盖定位，轴向采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位，周向定位那么采用过度配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，右轴承从右面装入。2确定轴的各段直径和长度轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转矩计算，查文献1P表14-1，考虑到转矩变化很小，故取由输出端开始往里设计。查机械设计手册选用HL5弹性柱销联轴器。表5-2 蜗轮轴联轴器参数型号公称转矩许用转速轴孔直径HL4125040008411255I-II段：，。轴上键槽取，。II-III段：因定位轴肩高度，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，取。-IV段：初选用角接触球轴承，参照要求取型

42、号为30212型圆锥滚子轴承，考虑到轴承右端用套筒定位，取齿轮距箱体内壁一段距离a=20mm，考虑到箱体误差在确定滚动轴承时应据箱体内壁一段距离S，取S=8。所选轴承宽度T=23，那么。-V段：为安装蜗轮轴段，蜗轮齿宽取L=90mm，由于为了使套筒能压紧蜗轮那么mm。V-VI段：-V段右端为轴环的轴向定位，mmVI-VII段：。图5-2 蜗轮轴结构3轴上零件的周向定位 蜗轮、半联轴器与轴的定位均采用平键连接。按 由文献1P106表6-1查得平键截面，键槽用铣刀加工，长为80mm，同时为了保证齿轮与轴配合由良好的对称，应选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样半联轴器与轴的连接，选用平键分别为为，半联轴器

43、与轴的配合为。滚动轴承的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4参考文献1P365表15-2，取轴端倒角为圆角和倒角尺寸，个轴肩的圆角半径为125.4 中间轴的校核5.4.1 求轴上的载荷图5-3 蜗杆轴受力分析图首先根据轴的结构图图6-1做出轴的计算简图6-3。在确定轴承的支点的位置时，应从文献3中查取得值。对于31002型轴承，由文献3P193中查得。因此，作为简支梁的轴的支承跨距根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图图6.3可以看出中间截面是轴的危险截面。现将计算的截面的 、 及 的值计算过程及结果如下：表5-3 蜗杆轴上的载荷 HV支反力N32283228弯矩M总

44、弯矩M扭矩1按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大的弯矩和扭矩的截面即危险截面的强度。根据文献1P373式15-5及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，轴的计算应力：， 5-4故平安。1判断危险截面截面II、III、IV只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面II、III、IV均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面V和VI与蜗轮啮合的应力集中最严重；从受载的情况来看，中芯截面上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面VI的相近，但截面VI不受扭矩作

45、用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。中芯截面上虽然应力集中最大，但应力集中不大过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端，而且这里轴的直径最大，故截中芯面也不必校核。因而该轴只需校核截面V左右即可。2截面E左侧抗截面系数抗扭截面系数截面E左侧弯矩截面E上扭矩轴的材料为45钢，调质处理由文献1P362表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1P40附表3-2查取，因，,又由文献1P41附图3-1可知轴的材料敏性系数， 故有效应力集中系数文献1P42附图3-2尺寸系数， 文献1P44附图3-4 轴未经外表强化处理 又由文献1P39表3-1与文献1P40表3-2的碳钢的特性系数取；

46、 ， 。计算平安系数 5-5 5-6故该轴在截面左侧强度是足够的。3截面E右侧抗截面系数按文献1P373表15-4中的公式计算抗扭截面系数弯矩及扭转切应力为过盈配合处由文献1P43附表3-8用插值法求出并取 =3.16，故按磨削加工，文献1P44附图3-4 外表质量系数轴未经外表强化处理，即 ， 那么按文献1P25式3-12和文献1P25式3-12a故得综合系数为 又由文献1P39附表3-1与文献1P40附表3-2的碳钢的特性系数取； ，取计算平安系数 5-7故该轴在截面右侧强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称，故可略去静强度校核。至此蜗杆轴的设计即告结束。6 滚动轴承

47、的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命：。6.1 输入轴上的轴承1轴承的选择采用圆锥滚子轴承，根据轴直径d=25mm，选择圆锥滚子轴承的型号为30205，主要参数如下：根据GB/T297-1994根本额定静载荷根本额定动载荷极限转速2寿命计算因蜗杆轴所受的轴向力向左，所以只有最左边的圆锥滚子轴承受轴向力该轴承所受的径向力约为对于30205型轴承，按文献1P322表13-7轴承派生轴向力，其中为文献1P321表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，查文献1P321表13-5得圆锥滚子轴承判断系数 所以当量动载荷 6-1圆锥滚子所受的径向力约为当量动载荷所以，应用核算轴承的寿命因为是滚子轴承，

48、所以取指数轴承计算寿命 6-2减速器设计寿命所以满足寿命要求。6.2 输出轴上的轴承1轴承的选择选择使用圆锥滚子轴承，根据轴直径d=60mm，选用圆锥滚子轴承的型号为30212。根据GB/T297-1994主要参数如下： 根本额定静载荷根本额定动载荷极限转速 2寿命计算对于30212型轴承，按文献1P322表13-7轴承派生轴向力，其中为文献1P321表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现轴承轴向力未知，故先初取，因此可估算：按文献1P322式13-11得由文献1P321表13-5进行插值计算，得，。再计算： 两次计算的值相差不大，因此可以确定，。3轴承担量动载荷、因为 由文献1P3

49、21表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按文献1P319表13-6，取。那么：轴承计算寿命 6-3减速器设计寿命 所以满足寿命要求。3静载荷计算查机械零件手册可知，圆锥滚子轴承担量静载荷因载荷稳定，无冲击，所以取静强度平安系数所以满足强度条件4极限工作转速计算以上所选各轴承的极限转速都成立，所以他们的极限工作转速一定满足要求。7 键连接的选择及校核计算7.1 输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径，查文献2P123可选用A型平键，得：，即：键87GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2

50、查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式6-1得： 7-1所以此键强度符合设计要求。7.2 输出轴与联轴器连接用平键连接根据轴径，查文献2 P123可选用A型平键，得：，即：键1660GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式6-1得： 7-2所以此键强度符合设计要求。7.3 输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查文献1P123可选用A型平键，得：，即：键1650GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2

51、查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式6-1得： 7-3所以此键强度符合设计要求。7.4 主轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查文献1P123可选用A型平键，得：，即：键818GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式6-1得： 7-4所以此键强度符合设计要求。8 联轴器和箱体的设计计算8.1 联轴器8.1.1 与电机输出轴的配合的联轴器1计算联轴器的计算转距 8-1查文献1P351表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取2型号选择根据前

52、面的计算，电机输出轴，选择弹性联轴器TL4型。主要参数如下：公称扭距满足要求许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度8.1.2 与输出轴配合的联轴器1计算联轴器的计算转距查文献1P351表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取2型号选择根据前面的计算，蜗轮输出轴，选择弹性销柱联轴器TL9型。主要参数如下：公称扭距 许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度8.2.1 箱体的结构形式和材料箱体采用铸造工艺材料选用HT200。因其属于中型铸件，铸件最小壁厚810mm，取=10mm8.2.3 铸铁箱体主要结构尺寸和关系如下表： 名称减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =10mm 箱盖壁

53、厚1 =9.6mm 取1=10mm箱座凸缘厚度b1，箱盖凸缘厚度b，箱座底凸缘厚度b21=15mm=15mm10=25mm地脚螺钉直径及数目 df=0.036a+12=21mm 取df=25mm n=6轴承旁联接螺栓直径d1=0.75df=18.75mm 取d1=20mm盖与座联接螺栓直径 d2=0.50.6df 取d2=16mm联接螺栓d2间的间距l=150200mm轴承端盖螺栓直径 d3=0.40.5df 取d3=12mm 检查孔盖螺栓直径 d4=0.30.4df 取d4=8mmDf，d1，d2至外壁距离 df，d2至凸缘边缘距离 C1=26,20,16 C2=24,14轴承端盖外径 D2

54、=140mm 轴承旁联接螺栓距离 S=140mm轴承旁凸台半径 R1=16mm轴承旁凸台高度 根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱盖，箱座筋厚 m1=9mm m2=9mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 1=16mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 2=30mm8.2.3 减速箱体的附件说明机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和本钱，均有重大影响。但是由于其形状的不规那么和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个平安系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。9 减速器结构与润滑、密封方式的概要说明减速器的结构本课题所设计的减速器，其根本结构设计是在参照后附装配图的根底上完成的，该项减速器主要由传动零件蜗轮蜗杆，轴和轴承，联结零件键，螺栓，螺母等。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成