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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目
15t自調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
6.3.1 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
6.3.2 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核
7.3.1 滾輪軸的設(shè)計(jì)
7.3.2 中間軸設(shè)計(jì)
7.3.3 基軸設(shè)計(jì)
7.3.4 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
8.2.1 電機(jī)與一級(jí)減速器之間的聯(lián)軸器
8.2.2 一、二級(jí)減速器之間的聯(lián)軸器
8.2.3. 傳動(dòng)軸兩端的聯(lián)軸器
9.4.1 滾輪軸上的軸承
9.4.2 中間軸上的軸承
10.3.1 滾輪處鍵的選擇
10.3.2 滾輪軸與齒輪連接處的鍵
10.3.3 二級(jí)減速器與齒輪連接處的鍵
第1章 前言
1.1 焊接滾輪架的發(fā)展
隨著焊接技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化提出了越來(lái)越高的要求。焊接機(jī)械設(shè)備的需求量也越來(lái)越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為了滿足市場(chǎng)需求而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。它是借助于焊件與主動(dòng)輪之間的摩擦力來(lái)帶動(dòng)圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的裝置。主要用于圓筒形焊件的焊接和裝配。焊接滾輪架是主動(dòng)輪與工件之間的摩擦力帶動(dòng)筒形工件旋轉(zhuǎn)的變?yōu)闄C(jī)械。它主要用于筒形工件的縱向焊縫，環(huán)向焊縫的裝配和焊接作業(yè)。也可以在焊接滾輪架上進(jìn)行修整，割孔及探傷作業(yè)。滾輪架是容器生產(chǎn)中最常用的工藝裝備。焊接滾輪架按結(jié)構(gòu)形式分為兩類：第一類是長(zhǎng)軸式滾輪架，主動(dòng)滾輪架裝置在一根電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸上；從動(dòng)滾輪架在另一根公共軸上。滾輪中心距離可以調(diào)節(jié)，適用于焊接薄壁、長(zhǎng)度大的筒形工件。第二類是組合式滾輪架：主動(dòng)滾輪架與從動(dòng)滾輪架各自獨(dú)立，可根據(jù)工件的長(zhǎng)度任意組合，使用方便靈活，適用性強(qiáng)，是目前運(yùn)用最廣泛的滾輪架之一。
滾輪架有以下特點(diǎn)：
1)根據(jù)焊接的重量、長(zhǎng)度任意組合，使用方便靈活。
2)規(guī)定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)滾輪中心距，適用于不同直徑的焊件，圓筒焊件放置平穩(wěn)。
3)采用可控硅供電直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)極調(diào)速、焊速范圍大、速度穩(wěn)定。
4)用性強(qiáng)，使用廣泛。
5)用組合式滾輪，鋼輪外包橡膠傳動(dòng)平穩(wěn)、摩擦力大、壽命長(zhǎng)。
6)工件輪壓小，可避免工件表面產(chǎn)生冷作硬化。
焊接滾輪架多采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，降壓調(diào)速。這種方式沿用已久，技術(shù)很成熟，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比較硬，起動(dòng)力矩較大，但是目前滾輪架使用的最廣泛的拖動(dòng)調(diào)速方式。確定是電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)速范圍較窄，一般很轉(zhuǎn)矩的調(diào)速范圍為1：10左右。低速時(shí)速度不穩(wěn)定，有爬行現(xiàn)象。也有滾輪架是采用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，變頻調(diào)速。近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價(jià)格的下降，采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速的滾輪架也日趨增多。優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:20，線轉(zhuǎn)動(dòng)平滑性好，低速特性硬。缺點(diǎn)是低速段過(guò)載倍數(shù)降低太大，變頻電源價(jià)格也較高，但隨著電動(dòng)機(jī)額定功率的增加，價(jià)格上升則相對(duì)平緩，所以在重型焊接滾輪架上采用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和變頻調(diào)速比較合適。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，其額定轉(zhuǎn)速實(shí)際上并不一致。因此要把實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近的一組電動(dòng)機(jī)作為焊接滾輪架的拖動(dòng)電機(jī)。另外，一對(duì)重型焊接滾輪架的金屬滾輪一般采用鑄鐵或者合金鋼球墨鑄鐵制成表面硬度為50HRC的滾輪。滾輪直徑躲多在200-700之間。國(guó)外滾輪架瓶中多、系列全。我國(guó)1990年頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T 33003-1990）。
焊接滾輪架存在一個(gè)軸向竄動(dòng)的問(wèn)題，只有當(dāng)滾輪和焊件都是理想的圓柱體且各滾輪尺寸一致，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件平行時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。理論和實(shí)踐都表明：影響焊件作軸向竄動(dòng)的主要原因是滾輪各軸線的平行度。因此要做到：①主、從動(dòng)滾輪架都位于同一中心線上②各滾輪軸線都在同一水平面內(nèi)且相互平行③滾輪間距相等。目前有三種機(jī)構(gòu)可解決此問(wèn)題：
1）頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
2）偏移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
3）平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
1.2 滾輪架的工作原理及類型
1.焊接式滾輪架工作原理：
接式滾輪架主要是借助主動(dòng)輪與焊件之間的摩擦力,帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)的變位機(jī)械。
2.焊接式滾輪架的組成：
焊接滾輪架（主動(dòng)滾輪架，從動(dòng)滾輪架）；主動(dòng)滾輪架由底座、滾輪、傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動(dòng)滾輪架由底胎和滾輪組成。
3.焊接滾輪架的分類：
按結(jié)構(gòu)形式分：長(zhǎng)軸式滾輪架、組合式滾輪架
長(zhǎng)軸式滾輪架：滾輪沿兩平行軸排列，與驅(qū)動(dòng)裝置相聯(lián)的一排為主動(dòng)滾輪，另一排
為從動(dòng)滾輪，也有兩排均為主動(dòng)滾輪的，主要用于細(xì)長(zhǎng)薄形焊件的組隊(duì)與焊接。
組合式滾輪架：主動(dòng)輪架、從動(dòng)輪架、混合滾輪架都是獨(dú)立的，使用時(shí)可根據(jù)焊件的長(zhǎng)度進(jìn)行任意組合，其組合比例也不僅是1與1的組合，因此使用方便靈活，對(duì)焊件的適應(yīng)性強(qiáng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。
按調(diào)節(jié)方式分：自調(diào)式、非自調(diào)式
自調(diào)式：自調(diào)式焊接滾輪架可以根據(jù)焊件直徑自動(dòng)調(diào)整滾輪架的間距。
非自調(diào)式：非自調(diào)式焊接滾輪架是靠移動(dòng)支架上的滾輪座來(lái)調(diào)節(jié)滾輪的間距。
在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中使用機(jī)械設(shè)備的目的主要是:
1)保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量；
2)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本；
3)擴(kuò)大焊接機(jī)的使用范圍；
4)減輕人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)在裝配與焊接過(guò)程中若不使用機(jī)械設(shè)備就不足以保證產(chǎn)品質(zhì)量時(shí),就必須在投產(chǎn)前采購(gòu)或自行設(shè)計(jì)和制造這種裝備。除此之外，則是根據(jù)經(jīng)濟(jì)和效益來(lái)決定是否采用焊接機(jī)械設(shè)備。
1.3滾輪架的設(shè)計(jì)原則及要求
在國(guó)內(nèi)一些大型或較復(fù)雜的焊接機(jī)械裝備已有專業(yè)廠生產(chǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)需要選購(gòu)和訂購(gòu)焊接機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)就是一種機(jī)械設(shè)計(jì)，但這種機(jī)械設(shè)計(jì)必須充分考慮，焊接工藝的基本特點(diǎn)并滿足裝配和焊接工藝的特殊要求，一般的設(shè)計(jì)原則與要求是：
1.工藝原則
焊接產(chǎn)品總是由兩個(gè)以上的零、部件組成，由于施焊方便，或易于控制焊接變形等原因，裝配和焊接兩道焊接工序可能是先裝完后再焊，也可能是邊裝邊焊，所以設(shè)計(jì)裝備應(yīng)能適應(yīng)這種情況。
焊接式局部加熱過(guò)程，不可避免產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，在裝備上設(shè)置定位器和夾緊器件時(shí)要充分考慮焊接應(yīng)力和變形的方向。通常在焊件平面內(nèi)的伸縮變形不作限制，通過(guò)焊件留收縮余量方法讓其自由的收縮；而焊接面外的焊接變形，如角變形、彎曲應(yīng)力變形或波浪變形等應(yīng)用夾具加以控制；有時(shí)還要利用夾具作出反變形的工藝措施，這些都是要求定位和夾緊器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用電作熱源的焊接方法，一般都要求焊件本身作為焊接回路中的一個(gè)電極，就可能要求焊接裝備具有導(dǎo)電或絕緣功能。當(dāng)焊接電流很大時(shí)，導(dǎo)電部分還需有散熱措施；真空電子束焊接所用的夾具不得用點(diǎn)磁性材料制作，也不得有帶剩磁，以免影響電子束聚焦等。
明弧焊接時(shí)，難免產(chǎn)生煙塵、金屬或熔渣的飛濺物，他們會(huì)損壞工裝上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。
2.安全可靠原則
安全可靠原則指裝在可用期內(nèi)絕對(duì)安全可靠，凡是受力構(gòu)件都應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，足以承受焊件重力和因限制焊件變形而引起的各方向的反作用力等。夾緊時(shí)不破壞焊件的既定位置；夾緊后既不讓焊件松動(dòng)滑移，友不使焊件的拘束度過(guò)大以免產(chǎn)生較大的約束應(yīng)力；夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)能自鎖等。
3.方便原則
裝備必須便操作和施工，能使裝配和焊接過(guò)程簡(jiǎn)化，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低到最低，工件裝上和卸下方便；有供焊槍、面罩、焊接機(jī)頭等進(jìn)出和擺動(dòng)的空間以及工人自由操作的位置，也便于中間進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)；裝備上各種機(jī)件操作要輕巧靈便；定位、夾緊和松開過(guò)程要省力而快速；對(duì)易損零、部件便于維修和更換等。
4.經(jīng)濟(jì)原則
所設(shè)計(jì)的裝備必須易于制造，投資少，制造成本低，回收期短。盡量選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化零、部件；在一個(gè)夾具上定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過(guò)多也不應(yīng)過(guò)于復(fù)雜；使夾具和機(jī)械具有較好的制造工藝性能和較高的機(jī)械效率；裝備在使用時(shí)能源消耗和管理費(fèi)用少等
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1滾輪架的組成
焊接滾輪架（主動(dòng)滾輪架，從動(dòng)滾輪架）；主動(dòng)滾輪架由底座、滾輪、傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動(dòng)滾輪架由底胎和滾輪組成。
焊接滾輪架主動(dòng)滾輪架、從動(dòng)滾輪架都是獨(dú)立的，它們之間可根據(jù)工件的重量和長(zhǎng)度任意的組合，其組合比列可以是一主一叢的組合，也可以是一主兩叢、一主三從的組合，使用起來(lái)方便靈活，對(duì)焊件的適應(yīng)性強(qiáng)。主動(dòng)架主要由底座、滾輪、傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動(dòng)架主要由底胎和滾輪組成。
(1)底胎
采用H型鋼焊接而成的鋼架結(jié)構(gòu)，保證其良好的剛性和在工作狀態(tài)中設(shè)備的穩(wěn)定性，并且能減輕整套焊接滾輪架的重量，即節(jié)約了大量的板材消耗又達(dá)到了工藝要求的設(shè)備使用的效果。
(2)滾輪
焊接滾輪架的主動(dòng)輪與從動(dòng)輪上各有兩只滾輪，選用金屬材質(zhì)的滾輪，這樣就可以大大提高本焊接滾輪架的承載能力。
(3)旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)
主動(dòng)架上的兩只滾輪分別有兩臺(tái)直聯(lián)型雙級(jí)擺線針輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)形成回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，這種減速機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于速比大，效率高，體積小，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)等特點(diǎn)。從動(dòng)架上沒(méi)有傳動(dòng)減速機(jī)，只有兩只金屬滾輪，因?yàn)閺膭?dòng)架只起到支撐與輔助傳動(dòng)的作用。
(4)控制系統(tǒng)
采用變頻器無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍寬，精度高，啟動(dòng)扭矩大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，高可靠性，多種自我保護(hù)功能，免維修等特點(diǎn)。焊接滾輪架的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速，均在控制平臺(tái)上操作。
設(shè)備的控制配電箱放置在遠(yuǎn)離設(shè)備的一側(cè)，變頻器速度顯示，其顯示單位設(shè)為Hz。焊接滾輪架的工作狀態(tài)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)通過(guò)控制按鈕完成的。
正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)/停止——當(dāng)工件裝卡完畢后，即將開始工作時(shí)，扳動(dòng)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)開關(guān)，焊接滾輪架的控制變頻器得電，這時(shí)擺線減速機(jī)就能得電工作。并且可以調(diào)節(jié)工件得旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)需要停止時(shí)把紐子扳到停止位置即可。
速度調(diào)節(jié)——當(dāng)焊接滾輪架旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，根據(jù)焊接工藝要求得參數(shù)，可任意調(diào)節(jié)焊接滾輪架得旋轉(zhuǎn)速度即工件得旋轉(zhuǎn)速度，已達(dá)到焊接的質(zhì)量要求。
2.2滾輪架各總體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
圖2-1 滾輪架總體結(jié)構(gòu)圖
在圖中是內(nèi)測(cè)滾輪間的夾角，是兩外側(cè)滾輪架之間的夾角。為兩內(nèi)測(cè)滾輪中心的距離，為兩外側(cè)滾輪中心的距離。為滾輪架擺角，l為滾輪鋼架的單臂長(zhǎng)度。
噸位：15T
焊接滾輪的圓周速度8~48m/h的無(wú)極調(diào)速。
如圖1所示工件直徑增大時(shí)滾輪與工件的中心包角減小，在小于時(shí)會(huì)使傳動(dòng)過(guò)程不穩(wěn)定，在工件偏心時(shí)尤為嚴(yán)重，焊接質(zhì)量不能保證。當(dāng)工件直徑減小時(shí)，增大，在>時(shí)由于滾輪承受工件的正壓力減小，此時(shí)所需功率大，傳動(dòng)過(guò)程也不穩(wěn)定。在=時(shí)已經(jīng)完全不能承受工件壓力，失去了滾輪支撐工件、傳送扭矩和功率作用，以保證焊接滾輪架以較小的驅(qū)動(dòng)功率獲取較大的傳動(dòng)扭矩，并保證傳動(dòng)過(guò)程均勻，平穩(wěn)可靠，就要適當(dāng)?shù)拇_定焊接滾輪架的幾何結(jié)構(gòu)尺寸。是滾輪與工件包角在~范圍內(nèi)變化。
由于滾輪架15T，查《焊接工裝夾具及變?yōu)闄C(jī)械》表2-6，可選用組合輪。即鋼輪與橡膠相結(jié)合，承載能力比橡膠輪高，傳動(dòng)平穩(wěn)，由已知得滾輪直徑D=400。
每個(gè)支座上的一對(duì)差動(dòng)滾輪的兩臂張角通常在~內(nèi)變化，一般取。
（R+r）/l，隨的變化而變化，如圖2-2、圖2-3所示。
圖2-2 α2與θ的關(guān)系
由圖可見隨滾輪架擺角的增大，自調(diào)式滾輪架的所適應(yīng)的工件半徑R范圍也增大，但同時(shí)外側(cè)滾輪與工件中心包角在不斷減小，當(dāng)其小于時(shí)滾輪架的傳動(dòng)過(guò)程也會(huì)變得不穩(wěn)定，反之，減小時(shí)，R也減小，增大。為了使在~內(nèi)變化時(shí)，滾輪擺架的擺角變化范圍為~左右。該范圍大
小也與（臂長(zhǎng)和兩中心支座之間的距離的比值）的取值大小有關(guān)系。下表給出了當(dāng)在~范圍內(nèi)變化時(shí)不同值、擺角、（R+r）/的變化范圍。
圖2-3 與的關(guān)系
表2.1 和的取值范圍
的取值范圍受限于所焊工件的半徑的大小，其最小值以滾輪擺動(dòng)不發(fā)生干涉為限。由表可知在不考慮滾輪半徑的影響時(shí)其值應(yīng)小于2，若考慮滾輪半徑在內(nèi)一般2.5，值越小，自調(diào)式焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)尺寸越緊湊，但所適應(yīng)的工件半徑及半徑范圍減小，值增加時(shí)則所適應(yīng)的工件半徑及半徑范圍增大。綜合考慮的影響，其最大值為8。因此的取值范圍為。此設(shè)計(jì)中綜合考慮工件半徑范圍和緊湊性取=4
由表1可知，當(dāng)=4時(shí)，故可得的取值范圍為：
即：
則取=380mm
且
故滿足條件。
當(dāng)=4時(shí)，由表1可知，
當(dāng)時(shí)，
當(dāng)時(shí)，
當(dāng)時(shí)，
故滿足要求。
2.3焊接滾輪架軸竄機(jī)理及影響因素
焊接滾輪架驅(qū)動(dòng)焊件繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，往往伴有軸向的竄動(dòng)，從而影響焊接質(zhì)量和焊接過(guò)程的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程的中斷，甚至發(fā)生焊件傾覆等設(shè)備人身事故。因此，國(guó)內(nèi)一些工廠常采用在焊件端頭硬頂?shù)姆椒?，?qiáng)行制止焊件的竄動(dòng)。這種方法，對(duì)小噸位焊件還較有效，但對(duì)大噸位焊件采用硬性阻擋的辦法往往效果不佳。因?yàn)楹讣亓看螅D(zhuǎn)時(shí)軸向竄動(dòng)力也大，強(qiáng)行阻擋，則勢(shì)必使焊件旋轉(zhuǎn)阻力增大，引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，產(chǎn)生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因擠壓而破壞。在此背景下，國(guó)外開發(fā)了防軸向竄動(dòng)技術(shù)，并于20世紀(jì)80年代中期推出了防止焊件軸向竄動(dòng)的焊接滾輪架，將焊件的竄動(dòng)量控制在±2以內(nèi)，滿足了各種焊接方法對(duì)施焊位置精度的要求。
我國(guó)自20世紀(jì)80年代末期也開展了此項(xiàng)技術(shù)的研究。20世紀(jì)90年代初期，國(guó)內(nèi)個(gè)別焊接輔機(jī)制造廠已有產(chǎn)品上市。在防竄精度和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等國(guó)的產(chǎn)品尚存在差距。且各滾輪尺寸一致，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線都在同一水平面內(nèi)并平行于焊件軸線時(shí)，則主動(dòng)滾輪驅(qū)動(dòng)焊件作用在焊件上的力，和從動(dòng)滾輪作用到焊件上的反力，均為圓周力。此時(shí)，焊件繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，不會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。但是，當(dāng)這一條件受到破壞，例如滾輪秒5制造安裝存在誤差、焊件幾何形狀不規(guī)則等，使前后排滾輪存在高差和滾輪軸線與焊件接觸處存在軸向分力時(shí)，便形成了焊件軸向竄動(dòng)的必要條件。但是各軸向力的方向并不完全一致，只有滿足下式十，才具備了發(fā)生軸向竄動(dòng)的充分條件。
式中：——焊件重力的軸向分量；
——各滾輪作用在焊件上的軸向力；
——焊接滾輪架的滾輪數(shù)量。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于前后排滾輪的高程精度很容易控制，且前后排滾輪的間距較大，因此，焊件自重產(chǎn)生的軸向分量很小，不是產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要因素，而滾輪架的安裝制造誤差、焊件幾何形狀偏離理想圓柱體等綜合因素的作用，使?jié)L輪軸線與焊件軸線不平行而形成空間交角，導(dǎo)致各滾輪都有軸向力作用于焊件，才是發(fā)生軸向竄動(dòng)的主要原因。
試驗(yàn)結(jié)果和分析表明：
1）滾輪軸線與焊件軸線愈不平行，所形成的螺旋角越大，則焊件的軸向竄動(dòng)速度愈大，當(dāng)=時(shí)，與成線性關(guān)系；當(dāng)時(shí)，隨的增加，成非線性增加，但增量遞減。
2）焊件軸向竄動(dòng)速度與其轉(zhuǎn)速成正比。
3）同向偏轉(zhuǎn)同一角度的滾輪數(shù)越多，焊件軸向竄動(dòng)速度越快，成非線性增長(zhǎng)關(guān)系。
4）焊件的橢圓度和焊件的偏重都使軸向竄動(dòng)速度成周期性變化。
5）各滾輪軸線在同一水平面的情況下，滾輪間距和滾輪架之間的相互距離，對(duì)軸向竄動(dòng)沒(méi)有影響。
6）焊件重量的增加，對(duì)其軸向竄動(dòng)速度幾乎沒(méi)有影響。
由此可知，滾輪各軸線與焊件軸線的平行度應(yīng)是焊件軸向竄動(dòng)的主要控制因素。因此，在制造和使用焊接滾輪架時(shí)，應(yīng)注意做到：①滾輪軸線都在同一水平面內(nèi)，并相互平行；②滾輪間距應(yīng)相等；③滾輪架都位于同一中心線上。
放在焊接滾輪架上的焊件，若在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中伴有軸向竄動(dòng)（向前后向后），則實(shí)際上，焊件是在作螺旋運(yùn)動(dòng)（左旋或右旋）。若能采取某種措施，把焊件的左運(yùn)動(dòng)及時(shí)地改為右旋運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒂倚\(yùn)動(dòng)及時(shí)地改為左旋運(yùn)動(dòng)，則焊件可返回初始位置。要達(dá)到這一目的，從原理上講，凡能改變滾輪軸線與焊件軸線螺旋角的一切執(zhí)行機(jī)構(gòu)，均可實(shí)現(xiàn)這一目的。即在不改變焊件轉(zhuǎn)向的前提下，設(shè)法使焊件的軸向位移方向發(fā)生改變。從此原理出發(fā)，目前已有三種結(jié)構(gòu)形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成此任務(wù)。
（1）偏轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
當(dāng)焊件發(fā)生左向軸線竄動(dòng)時(shí)，位移傳感器便發(fā)出信號(hào)，控制機(jī)電裝置動(dòng)作，使從動(dòng)滾輪在水平面內(nèi)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)一角，焊件即在摩擦分力作用下開始向右移行；當(dāng)越過(guò)標(biāo)定線后，位移傳感器又發(fā)出信號(hào)，使從動(dòng)輪順時(shí)針偏移，則焊件向左移動(dòng)，這樣，焊件在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，被穩(wěn)定在給定的位置范圍內(nèi)，達(dá)到防軸向竄動(dòng)的目的。
偏轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有通過(guò)液壓缸推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)支座，使從動(dòng)輪偏轉(zhuǎn)的；也有是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后，通過(guò)與小齒輪嚙合的扇形齒輪，使從動(dòng)滾輪偏轉(zhuǎn)的。
（2）升降式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
當(dāng)控制從動(dòng)滾輪升降時(shí)，焊件軸線在空間相對(duì)與從動(dòng)滾輪軸線發(fā)生偏斜，其在水平面的投影角為；在垂直面的投影角為。這樣，在水平面內(nèi)，焊件相對(duì)于從動(dòng)滾輪偏移了一個(gè)角，其作用和在上述偏轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)中從動(dòng)滾輪相對(duì)焊件偏移一個(gè)角是一樣的。另外，在垂直面內(nèi)投影角的出現(xiàn)，也使焊件自重產(chǎn)生了軸向分量，這兩種因素的綜合作用，將使焊件軸向位移的方向發(fā)生改變。
升降式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有通過(guò)機(jī)電控制使電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)杠桿梁繞支點(diǎn)變向轉(zhuǎn)動(dòng)，使從動(dòng)滾輪升降，也有通過(guò)電液伺服閥，控制液壓缸活塞桿的伸縮，使從動(dòng)滾輪升降。
（3）平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
當(dāng)控制位于同一滾輪架上的兩個(gè)從動(dòng)滾輪沿垂直于 焊件軸線的方向同步水平移動(dòng)時(shí)，則焊件以主動(dòng)滾輪為支點(diǎn)發(fā)生位移，其軸線使焊件軸向相對(duì)于滾輪軸線偏移了一角，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊件軸向位移的目的。
平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)針擺線減速器減速后，驅(qū)動(dòng)曲柄在±角度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿使滑塊座平移，而滑塊座，是通過(guò)直線軸承與從動(dòng)滾輪座固接在一起的，直線軸承套裝在光桿上。這樣從動(dòng)滾輪座根據(jù)位移傳感器發(fā)出的信號(hào)，沿光桿向左或向右移動(dòng)以調(diào)節(jié)焊件的竄動(dòng)方向；也有是液壓驅(qū)動(dòng)的平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從動(dòng)滾輪座沿光桿的移行，是根據(jù)位移傳感器的信號(hào)，由電磁換向閥控制液壓缸活塞桿的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
第3章 受力分析
3.1工件直徑最小時(shí)受力分析
圖3-1 從動(dòng)輪受力分析
圖3-2 主動(dòng)輪受力分析
圖4、圖5所示為工件直徑為500時(shí)的受力分析。
其中：K為滾輪摩擦力臂，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二冊(cè)上表1-10，知K取0.25
3.2工件直徑最大時(shí)受力分析
圖3-3 主動(dòng)輪受力分析
圖3-4 從動(dòng)輪受力分析
當(dāng)工件直徑最大時(shí)，我們可以明顯看到，工件的重力靠四個(gè)輪同時(shí)承受，故滾輪平均受力較工件直徑最小時(shí)要小，同時(shí)對(duì)于滾輪軸無(wú)論是工件直徑最大還是工件直徑最小時(shí)，滾輪 都完全承受工件的力，故可以看出滾輪最危險(xiǎn)的工作環(huán)境是當(dāng)工件直徑最小的時(shí)候。故后面的計(jì)算都是以工件為最小直徑的情況進(jìn)行討論，以保證滾輪架工作的安全。
第4章 電機(jī)選擇
4.1電動(dòng)機(jī)的類型
對(duì)于有特定要求的工作機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先選用專用電機(jī)。如何工作于高濕度，有鹽霧、油霧、毒菌、凝露等環(huán)境的船用電動(dòng)機(jī)；有較高效率及節(jié)能指標(biāo)的紡織電動(dòng)機(jī)；有冷卻塔和通風(fēng)機(jī)專用的低噪音電動(dòng)機(jī)；有作為激振動(dòng)力源，如用于糧食加工機(jī)械或振動(dòng)篩、振動(dòng)傳輸機(jī)械的振動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；在化工、橡膠、紡織、造紙等工業(yè)中有時(shí)要求軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的電動(dòng)機(jī)，在負(fù)載增加時(shí)電動(dòng)機(jī)的出軸轉(zhuǎn)速隨之降低而輸出力矩增加，保持與負(fù)載平衡，并允許較長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)的三相力矩電動(dòng)機(jī)等。
對(duì)于一般機(jī)械，在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的電動(dòng)機(jī)。從一般要求看，交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，交流異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于交流同步電動(dòng)機(jī)，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。
對(duì)于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)沒(méi)有特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先采用普通鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，它廣泛用于各種機(jī)床、水泵和風(fēng)機(jī)等。大中功率的空壓機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，應(yīng)才用深槽式或雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。
橋式起重機(jī)、礦機(jī)提升機(jī)、不可逆軋鋼機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，又要求較大的起動(dòng)。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以選擇繞線式異步電動(dòng)機(jī)。
對(duì)于無(wú)調(diào)速要求的大中容量的水泵或空壓機(jī)等，以及需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)時(shí)，可以選用同步電動(dòng)機(jī)。
有些機(jī)床等小功率生產(chǎn)機(jī)械只要幾種轉(zhuǎn)速，為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，可以采用變速多極鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。
大型精密機(jī)床、龍門刨床、軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等需要穩(wěn)定平滑的調(diào)速，調(diào)速 范圍在1:3以上，應(yīng)采用他激直流電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。
電車、電機(jī)車等要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械特性軟，可以選用串激或復(fù)激直流電動(dòng)機(jī)。
4.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及功率
額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，如果額定轉(zhuǎn)速越高與生產(chǎn)機(jī)械所需的轉(zhuǎn)速，其拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)速比越大，減速機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，但電動(dòng)機(jī)的體積小、重量輕、價(jià)格低，而電動(dòng)機(jī)的飛輪矩也小。電動(dòng)機(jī)的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速的乘積越小，過(guò)度過(guò)程越快，能量損耗越少。對(duì)于要求經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械比較經(jīng)濟(jì)。另一方面，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速一般不低于。額定功率相同的電動(dòng)機(jī)如果轉(zhuǎn)速越低，則尺寸越大，價(jià)格越貴。所以選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需的轉(zhuǎn)速以及減速機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求等具體情況綜合考慮。
計(jì)算并選擇電動(dòng)機(jī)額定功率要考慮兩個(gè)因素：一是電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和溫升，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況不僅取決于負(fù)載的大小，也和負(fù)載持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，即電動(dòng)機(jī)的工作方式密切相關(guān)，所以一般要根據(jù)電機(jī)的不同工作方式及生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖先預(yù)先電機(jī)，在繪制電機(jī)負(fù)載圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)熱校核；二是對(duì)交流電機(jī)要考慮啟動(dòng)工作機(jī)械的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)直流電機(jī)要考慮換向條件允許段時(shí)間過(guò)載能力。
根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇電機(jī)時(shí)參考電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖，同步電動(dòng)機(jī)、直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、一般交流異步電動(dòng)機(jī)為硬特性，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩在允許范圍內(nèi)變化時(shí)轉(zhuǎn)速不變或變化不大；直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)及交流繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的特性均屬于軟特性，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速顯著下降，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。
4.3滾輪架電機(jī)選擇計(jì)算
單邊滾輪所需功率
其中n為工作機(jī)轉(zhuǎn)速，為工作機(jī)效率。
根據(jù)工作機(jī)的類型取m，則
兩邊驅(qū)動(dòng)輪共需功率：
傳動(dòng)總功率為
式中、……分別是傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副（如齒輪、蝸桿）及每對(duì)軸承和每一個(gè)聯(lián)軸器的效率，其值如下：
、、、
根據(jù)總體設(shè)計(jì)中的各傳動(dòng)形式可確定傳動(dòng)效率為
故選額定功率為1.1kw的電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)YCT132-4A，其參數(shù)為：，調(diào)速范圍
第5章 傳動(dòng)比分配及減速器選擇
5.1減速器選擇考慮因素
減速器是在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)部件。一般以齒輪、蝸桿傳動(dòng)等傳動(dòng)件裝在鑄造或焊接的剛性箱體中構(gòu)成，有些減速器與電動(dòng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)組合體，結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便。選擇減速器一般考慮一下問(wèn)題：
1.根據(jù)總體布置的要求選擇減速器的型式。在沒(méi)有其他特殊要求的情況下，常首先考慮選用圓柱齒輪減速器，其輸入軸和輸入軸相互平行。因?yàn)檫@類減速器加工方便、效率高、成本較低。當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)軸與輸出軸之間成角布置時(shí)，可以采用圓錐齒輪或圓錐-圓柱齒輪減速器。當(dāng)傳動(dòng)比較大，要求結(jié)構(gòu)緊湊時(shí)，可以選用蝸桿傳動(dòng)，但蝸桿傳動(dòng)效率低，適用于短期間歇使用。當(dāng)要求機(jī)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、重量輕時(shí)可以選用行星齒輪減速器
2.根據(jù)傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇減速器的傳動(dòng)級(jí)數(shù)和尺寸。根據(jù)減速器傳遞的功率，輸入轉(zhuǎn)速，總傳動(dòng)比確定減速器的級(jí)數(shù)。
3.考慮其他要求選擇減速器型式。有些減速器還有其他要求，如機(jī)器人傳動(dòng)裝置的減速器有運(yùn)動(dòng)精度、剛度、回差等方面的要求。在高溫、低溫、高速等條件下工作的減速器也有許多特殊要求。
減速器的潤(rùn)滑是必要的，特別是在渦輪蝸桿減速器中，因?yàn)闇u輪蝸桿傳動(dòng)由于齒的摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱。
減速器的潤(rùn)滑方式有浸油潤(rùn)滑，噴油潤(rùn)滑、噴霧潤(rùn)滑。
浸油潤(rùn)滑要求的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、潤(rùn)滑可靠、成本低，但油的容量有限，冷卻效果差，油容易老化，工作中凈化能力差。齒輪箱的油量可按計(jì)算，大功率減速箱取小值，對(duì)多級(jí)傳動(dòng)減速箱油量應(yīng)適當(dāng)增加。中小型齒輪箱，油深度至少為（30~50mm）。為了在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)觀察箱內(nèi)的情況，要在箱體上設(shè)觀察孔，并設(shè)置油標(biāo)觀察油面高度，為了及時(shí)更換潤(rùn)滑油，應(yīng)在箱體上有放油口和注油口。噴油潤(rùn)滑用于齒輪速度高的齒輪減速箱或齒輪箱散熱不足的情況。噴霧潤(rùn)滑用于載荷不很大，蘇打不很高的齒輪和傳動(dòng)
在嚙合時(shí)蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和渦輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。圓弧圓柱蝸桿減速器適用于起重、運(yùn)輸、冶金、礦山、建筑等部門。包括CWU、CWS、CWO三個(gè)系列，采用滲碳、淬火及磨削的ZC1蝸桿傳動(dòng)承載能力大。其輸入軸（蝸桿軸）轉(zhuǎn)速不超過(guò)1500r/min，工作環(huán)境溫度范圍，當(dāng)工作環(huán)境溫度在以下時(shí)，在起動(dòng)前要求將潤(rùn)滑油預(yù)熱到以上，當(dāng)超過(guò)時(shí)，必須采取冷去措施。
CWU、CWS、CWO型圓弧圓柱蝸桿減速器效率可由下式估算：
式中：-額定輸出轉(zhuǎn)矩（N·m）；
-實(shí)際傳動(dòng)比；
-額定輸入功率（KW）；
-輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
5.2滾輪架中傳動(dòng)比分配及減速器選擇
工作需要的轉(zhuǎn)速范圍為8~48m/h，即n=0.17~1.02r/min。
在傳動(dòng)過(guò)程中有兩個(gè)渦輪蝸桿減速器和兩次齒輪傳動(dòng)分別為、、、
且。
且，由于電機(jī)的調(diào)速范圍為125~1250r/min，則傳動(dòng)比課適當(dāng)?shù)恼{(diào)大，根據(jù)傳動(dòng)比系統(tǒng)要求調(diào)整為i=787.5。
第一個(gè)渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)比選為： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-14選擇減速器：
第二個(gè)渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)比選為： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-14選擇減速器：
齒輪傳動(dòng)只做傳遞功率和力矩用，不起減速作用，故。
第6章 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
6.1齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中嘴重要的傳動(dòng)形式之一，形式多種多樣，應(yīng)用范圍廣。齒輪傳動(dòng)效率高，機(jī)構(gòu)緊湊，工作可靠壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定。在齒輪傳動(dòng)中比較常見的輪齒折斷和工作表面磨損、點(diǎn)蝕、膠合及塑性變形。
在閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)中按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。在閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)中按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
6.2齒輪材料的選擇及參數(shù)確定
由齒輪的實(shí)效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有一下性質(zhì)：
1.較高的抗磨損；
2.抗點(diǎn)蝕；
3.抗膠合及抗塑性變形的能力；
4.齒根要有較高的抗折斷能力。
綜上所述，齒輪性能的基本要求為齒面硬、齒芯韌。
常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和非金屬材料。鋼的韌性好，耐沖擊，還可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面的印度，故最適于用來(lái)制造齒輪。
除尺寸過(guò)大或者結(jié)構(gòu)形狀只有鑄造者外，一般都采用鍛鋼制造齒輪，制造齒輪的鍛鋼分為經(jīng)熱處理后切齒的齒輪用的鍛鋼和需進(jìn)行精加工的齒輪所用的鍛鋼。對(duì)于強(qiáng)度、速度和精度都要求不高的齒輪應(yīng)采用軟齒面以便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過(guò)?；蛘{(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級(jí)，精切時(shí)可達(dá)7級(jí)。這類齒輪制造簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高。高速重載及精密機(jī)器所用的主要是齒輪傳動(dòng)，除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強(qiáng)度及齒面具有高硬度外，還應(yīng)進(jìn)行磨齒等精加工。需加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處理，最后進(jìn)行精加工，精度可達(dá)5級(jí)或4級(jí)。這類齒輪精度高，價(jià)格昂貴，所用熱處理方法有淬火、滲碳、氮化氰化等。合金鋼根據(jù)所含獎(jiǎng)金數(shù)成分及性能，可分為韌性、耐沖擊、耐磨損及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善材料的力學(xué)性能及提高齒面的硬度。所以對(duì)于即使高速、重載有要求尺寸小、質(zhì)量小的航空用齒輪，就都用性能良好的合金鋼。由于硬齒面齒輪具有力學(xué)性能高，結(jié)構(gòu)尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，因而一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家一般機(jī)械中也普遍采用了中、硬齒面齒輪傳動(dòng)。
鑄鋼的耐磨性及強(qiáng)度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及?；幚?，必要時(shí)也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)。鑄鋼常用于尺寸較大的齒輪。
鑄鐵性質(zhì)比較脆，抗沖擊及耐磨性能都比較差，但抗膠合及抗點(diǎn)蝕能力較好?；诣T鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場(chǎng)合。
對(duì)高速、輕載及精度不高的齒輪傳動(dòng)，為了降低噪音，常用非金屬材料做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為了使大齒輪基友足夠的抗磨性及抗點(diǎn)蝕能力，齒面硬度應(yīng)為250~350HBS。為了滿足大小齒輪的壽命一致，一般在齒輪傳動(dòng)中小齒輪齒寬大于大齒輪的齒寬5-10mm，小齒輪的硬度高于大齒輪的硬度。
在齒輪強(qiáng)度校核中使用的載荷系數(shù)K包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)。
使用系數(shù)是考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。這種附加載荷取決于原動(dòng)機(jī)和從動(dòng)機(jī)的特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器類型以及運(yùn)行狀態(tài)等。齒輪傳動(dòng)中不可避免的有制造及裝配的誤差，齒輪受載后還要產(chǎn)生彈性變形。這些誤差及變形實(shí)際上使齒輪嚙合的法節(jié)不相等，因而齒輪就不能正確的嚙合，瞬時(shí)傳動(dòng)比就不是定值，從動(dòng)齒輪在運(yùn)行中就會(huì)產(chǎn)生角加速度，于是引起了動(dòng)載荷和沖擊為了減小動(dòng)載荷，可將齒進(jìn)行齒頂修緣即把齒頂?shù)囊恍〔糠州喞€修整成的漸開線。高速齒輪傳動(dòng)或齒面硬化的齒輪，輪齒應(yīng)進(jìn)行修緣。若修緣量太大不僅重合度減小過(guò)多而且載荷也不一定就相應(yīng)減小，故修緣一定要適當(dāng)。一對(duì)相互嚙合的齒輪在嚙合區(qū)中有兩對(duì)或多對(duì)齒同時(shí)嚙合這就存在載荷在各個(gè)齒輪分配的系數(shù)，這就是齒間載荷分配系數(shù)。當(dāng)軸承低相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱配置時(shí)，受載前，軸無(wú)彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個(gè)節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產(chǎn)生的彎曲變形使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。這就存在一個(gè)齒向載荷分布系數(shù)。
6.3齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，
大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。
此處齒輪外箱體為焊接件最好無(wú)橫向受力，故采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
此機(jī)械為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-98）。
齒輪設(shè)計(jì)公式為：
式中：-載荷系數(shù)；
-齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·mm）；
-直徑系數(shù)， ；
-齒輪的傳動(dòng)比；
-材料彈性影響系數(shù)（MPa），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6；
-齒輪的許用的齒面疲勞接觸強(qiáng)度；
b-齒寬（mm）；
d-齒輪直徑（mm）。
試選用載荷系數(shù)：。
大齒輪轉(zhuǎn)矩：齒輪輸入功率為，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7，由于齒輪懸臂布置則取，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6，由于材料是鍛鋼所以材料彈性影響系數(shù)。
根據(jù)齒輪材料硬度查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d，得小齒輪接觸疲勞極限，大齒輪接觸疲勞極限。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù):
由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19，可得接觸疲勞壽命系數(shù)、
則有大小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力極限：
式中：S為疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞后只引起噪聲，震動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取S=SH=1。
圓周速度：
齒寬：
模數(shù)：
齒高：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2，因?yàn)辇X輪運(yùn)轉(zhuǎn)均勻平穩(wěn)故取使用系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8，由于圓周速度v=0.01m/s，齒輪的精度為7級(jí)，故齒輪的動(dòng)載系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，由齒寬系數(shù)、齒寬、齒面硬度和齒輪布置形式，由插值法可得到接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3，可知對(duì)直齒和俢形齒取
故齒輪載荷系數(shù)
按實(shí)際載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑：
計(jì)算模數(shù)：
為了滿足臂長(zhǎng)所滿足的中心距要求，取d=285mm，當(dāng)d=285mm時(shí)，齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度增大，但齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度需要校核。
當(dāng)d=285時(shí)，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2，因?yàn)辇X輪運(yùn)轉(zhuǎn)均勻平穩(wěn)，故取使用系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8，由于圓周速度v=0.01m/s，齒輪的精度為7級(jí)，故取齒輪的動(dòng)載系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13，根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度大小取彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3，可知對(duì)直齒和俢形齒取
故齒輪的載荷系數(shù)
根據(jù)大小齒輪的齒數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5得：
，，，
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、和上次計(jì)算的值相同，即：
，
根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18可得：
，
根據(jù)齒輪材料硬度查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20，得大齒輪接觸疲勞極限，,小齒輪接觸疲勞極限，。
則有大小齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力極限：
取
而齒輪實(shí)際的齒根彎曲應(yīng)力：
故而設(shè)計(jì)的齒輪滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
表6.1 齒輪系數(shù)
大齒輪
小齒輪
模數(shù)
5
5
齒頂圓直徑
295
105
齒根圓直徑
272.5
82．5
齒高
22.5
22.5
分度圓直徑
285
95
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
齒頂高系數(shù)
1
1
壓力角
齒頂高
5
5
齒根高
7.25
7.25
基圓直徑
267.8
89.3
齒距
15.7
15.7
齒厚
7.85
7.85
齒槽寬
7.85
7.85
齒數(shù)
57
19
續(xù)表
中心距
190
傳動(dòng)比
3
第7章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
7.1軸的分類
常見的軸有直軸、曲軸和軟軸。這里只討論直軸。
軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件都必須裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸；只承受彎矩的軸成為心軸；只承受扭矩的軸成為傳動(dòng)軸。軸按其軸線形狀可分為曲軸和直軸。
7.2軸的設(shè)計(jì)步驟
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難等。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要的內(nèi)容。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力只要取決于軸的強(qiáng)度。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。采用軋制圓鋼和鍛件。
軸的設(shè)計(jì)過(guò)程為：材料的選擇——根據(jù)所受的扭矩初算軸頸——軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——軸的強(qiáng)度校核。
1.軸的材料選擇
45鋼等優(yōu)質(zhì)中碳鋼是直軸嘴常見的材料。Q235A等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用于不重要的軸或受載較小的軸。合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，用于受載較大、結(jié)構(gòu)尺寸受限制、需要提高軸頸的耐磨性及處于高低溫或腐蝕等條件下的軸。鑄鋼、球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵，易于鑄成外形復(fù)雜的軸，他們吸振性好，對(duì)應(yīng)力敏感性較低。
2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初估軸徑
初估軸徑計(jì)算公式為：
式中：d-軸的直徑（mm）；
T-軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·mm），
；
P-軸傳遞的額定功率（KW）；
n-軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
-軸的材料許用切應(yīng)力（MPa）；
A- 系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表
5-1-7。
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則：
2）軸上零件的布置應(yīng)使軸受力合理；
3）軸上零件定位可靠、裝卸方便；
4）采用各種減小應(yīng)力集中和提高疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
5）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于加工制造和保證精度；
6）對(duì)于要求剛性大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。
軸上零件的定位是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的重要內(nèi)容。軸上零件的軸向定位以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈、鎖緊擋圈、彈性擋圈、緊定螺釘和圓錐面等來(lái)保證的。軸肩軸環(huán)處由于軸的截面變化會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，易發(fā)生疲勞破壞。為保證軸的疲勞強(qiáng)度，軸肩、軸環(huán)處的過(guò)度圓角不應(yīng)過(guò)小。軸上零件的周向定位常用鍵、花鍵、銷、緊定螺釘和過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.軸疲勞強(qiáng)度校核
軸的破壞大多為疲勞破壞。提高軸的疲勞強(qiáng)度要力求降低應(yīng)力集中、提高軸的表面質(zhì)量。降低應(yīng)力集中的主要措施詳見《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表5-1-5。軸的強(qiáng)度計(jì)算可分為按扭轉(zhuǎn)輕度計(jì)算、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。軸強(qiáng)度的精確校核可分為疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核、靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核。
按彎矩合成強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，把軸當(dāng)做置于鉸鏈支座上的梁，作用在軸上的載荷，一般按集中載荷考慮，其作用點(diǎn)去零件輪緣寬度的中點(diǎn)。計(jì)算公式為：
式中：d-軸的直徑（mm）；
-軸在計(jì)算截面上的工作應(yīng)力（MPa）；
M-軸在計(jì)算截面上的合成彎矩（N·mm）；
T-軸在計(jì)算截面上的轉(zhuǎn)矩（N·mm）；
-許用彎曲應(yīng)力（MPa）；
-根據(jù)切應(yīng)力或軸向應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)，
切應(yīng)力或軸向應(yīng)力按對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)，=1，
切應(yīng)力或軸向應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，=0.6，
切應(yīng)力或軸向應(yīng)力不變時(shí)，=0.3
如果作用在軸上的各載荷不在同一面時(shí)，可將其分解到兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)，然后分別求出各平面內(nèi)彎矩，再按矢量法求得合成彎矩。如果軸截面上有鍵槽，則應(yīng)將求得的軸徑相應(yīng)增大。
按疲勞安全系數(shù)校核時(shí)是計(jì)入集中應(yīng)力、表面狀態(tài)和絕對(duì)尺寸影響以后，對(duì)軸的危險(xiǎn)截面精確校核。危險(xiǎn)截面受力較大、截面較小及應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。危險(xiǎn)截面的安全系數(shù)可查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表5-1-10。
按靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核時(shí)目的在于校驗(yàn)軸對(duì)塑性變形的抵抗能力，軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸所受的最大瞬時(shí)載荷（包括動(dòng)載荷和沖擊載荷）來(lái)計(jì)算的。如果最大載荷只能近似求得及應(yīng)力無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)的值應(yīng)相應(yīng)增大20%-50%。
7.3滾輪架中各軸的設(shè)計(jì)
45鋼，調(diào)質(zhì)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1
式中： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3可得，取
圖7-1 滾輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖7-2 受力分析及彎矩圖
其中：取0.3、0.6、1，當(dāng)軸受力為靜應(yīng)力時(shí)取，當(dāng)軸受力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)取，當(dāng)軸受力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)。此處軸受脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力故。
45鋼，調(diào)質(zhì)
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖7-3 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于此軸不受彎矩作用，故按扭矩初步設(shè)計(jì)的軸徑就能滿足要求，故軸的各段軸徑如圖11所示。
45鋼，調(diào)質(zhì)
圖7-4 基軸受力分析及彎矩圖
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1，得
則有：
取
基軸的結(jié)構(gòu)圖如下：
圖7-5 基軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
45鋼，調(diào)質(zhì)
取，則
在兩端處軸徑：
取
傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如下圖：
圖7-6 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
剛度校核：
因?yàn)?，故軸的剛度滿足要求
第8章 聯(lián)軸器的選擇
8.1聯(lián)軸器的簡(jiǎn)介
聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用部件。他們用來(lái)連接軸與軸，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩；有時(shí)也可用做安全裝置。根據(jù)工作特性可以分為四類：一是用來(lái)把兩軸連接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能分離；只能在機(jī)器停車并將連接拆開后，兩軸才能分離。二是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可使兩軸隨時(shí)接合和分離的一種裝置。三是用做安全聯(lián)軸器，如果轉(zhuǎn)矩超過(guò)規(guī)定值時(shí)，這種聯(lián)軸器及離合器即可自行斷開或打滑。四是一些特殊功用的聯(lián)軸器用在一些有特殊要求處。
聯(lián)軸器所連接的兩軸，又有制造誤差、承載后的變形計(jì)溫度變化的影響往往不能保證嚴(yán)格對(duì)中而存在某種程度的相對(duì)位移，這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有一定范圍的相對(duì)位移的性能。
聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器有凸緣聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器又可分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器有十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器和滾子鏈聯(lián)軸器。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器有彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器和膜片式聯(lián)軸器。
8.2聯(lián)軸器的選擇計(jì)算
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表10-7-5查得電機(jī)輸出軸的直徑。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-20查得一級(jí)渦輪蝸桿減速器輸入軸的軸徑
傳遞轉(zhuǎn)矩：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表5-2-9選凸緣聯(lián)軸器YL3，其公稱轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速
故滿足傳動(dòng)要求。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-20查得一級(jí)蝸輪蝸桿減速器輸出軸的軸徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-20查得二級(jí)蝸輪蝸桿減速器輸入軸的軸徑
傳遞的功率：
轉(zhuǎn)速：
傳遞轉(zhuǎn)矩：
由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表5-2-17，選多角形橡膠聯(lián)軸器KL4，其公稱轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，故滿足傳動(dòng)要求。
由傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)可知轉(zhuǎn)軸直徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表9-2-20查得二級(jí)蝸輪蝸桿減速器與轉(zhuǎn)軸配合的軸徑
由前面?zhèn)鲃?dòng)軸設(shè)計(jì)可知：
傳遞的扭矩
由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表5-2-9選凸緣聯(lián)軸器YL5，其公稱轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，故滿足傳動(dòng)要求。
第9章 軸承設(shè)計(jì)
9.1軸承的組成及分類
滾動(dòng)軸承是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件。滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。
滾