C型攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【2張CAD圖紙+PDF圖】
喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。下載后都有,請(qǐng)放心下載,文件全都包含在內(nèi),【有疑問咨詢QQ:1064457796 或 1304139763】
南 昌 航 空 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文C型攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前言一項(xiàng)新興額金屬加工技術(shù)自方法發(fā)明、原理驗(yàn)證、技術(shù)改進(jìn)到工業(yè)化推廣應(yīng)用一般要經(jīng)歷幾十年甚至更長的時(shí)間。焊接技術(shù)也是一樣,如釬焊、電弧焊、激光焊、電子束焊等都精力了類似的過程。但是攪拌焊不同,1991年英國焊接研究所(The welding Institute-TWI)發(fā)明了攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,簡(jiǎn)稱FSW),伺候攪拌摩擦焊以任何一種焊接方法無可比擬的發(fā)展速度,迅速走出實(shí)驗(yàn)室,在國際工業(yè)制造領(lǐng)域(船舶、軌道列車、航空、航天、汽車、兵器電子電力等)得到大規(guī)模工程化應(yīng)用。作為一項(xiàng)創(chuàng)新的固相連接方法,攪拌摩擦焊正在大步取代傳統(tǒng)鋁合金焊接方法,在鋁合金結(jié)構(gòu)制造及鋁型材加工領(lǐng)域,迎來革命性的跨時(shí)代發(fā)展。1. 攪拌摩擦焊簡(jiǎn)介1.1攪拌摩擦焊概述FSW 是一種固體連接工藝。在該工藝中,帶仿形細(xì)桿的割肩刀具插入材料兩工件間的結(jié)合線中,在抗磨細(xì)桿和兩工件之間產(chǎn)生摩擦熱,將其相互對(duì)接在一起,并將抗磨細(xì)桿固定在托桿上。熱量導(dǎo)致材料軟化,沒有達(dá)到熔點(diǎn),使抗磨細(xì)桿能沿著接頭移動(dòng)。象這樣,工具向前動(dòng)動(dòng),材料被在旋轉(zhuǎn)細(xì)桿前面的摩擦熱增塑,并傳遞到背面,在這里,壓實(shí)并冷卻,形成固態(tài)焊縫。(圖11)(圖12)(圖13)焊接質(zhì)量使用攪拌摩擦焊接,可得到與熔焊相似的、極好的焊接質(zhì)量。固相焊縫的壓實(shí)、顫動(dòng)和鍛壓作用,形成的焊縫有比基體材料更細(xì)密的顯微組織。這些焊縫抗拉強(qiáng)度可達(dá)到基體材料的90%,且疲勞性能與基體材料相似,而具有代表性的熔焊接頭疲勞性能只能達(dá)到基體材料的60%。攪拌摩擦焊接也可用于全位置(橫、立、仰焊和軌跡焊)。因?yàn)槭枪虘B(tài)焊接工藝,對(duì)人沒有危險(xiǎn)性的影響。攪拌摩擦焊機(jī)可買到下列組合的設(shè)備:多軸式、移動(dòng)式龍門架、手提式和機(jī)器人。適合于攪拌摩擦焊接接頭的幾何形狀有:a 平板對(duì)接b 對(duì)接和搭接組合c 單層搭接d 多層搭接e 三件T形對(duì)接f 兩件T形對(duì)接g 邊緣對(duì)接h 可以接受的拐角焊縫(圖14ah)(圖15攪拌摩擦焊的工作情況)(圖16由攪拌摩擦焊焊接的管類零件)1.2攪拌摩擦焊的特點(diǎn)介紹1991年攪拌摩擦焊技術(shù)由英國焊接研究所(The Welding Institute, TWI)發(fā)明,作為一種固相連接手段,它克服了以往熔焊的諸如氣孔、裂紋、變形等缺點(diǎn),更使得以往通過傳統(tǒng)熔焊手段無法實(shí)現(xiàn)焊接的材料可以采用FSW實(shí)現(xiàn)焊接,被譽(yù)為“繼激光焊后又一革命性的焊接技術(shù)”。FSW主要由攪拌頭的摩擦熱和機(jī)械擠壓的聯(lián)合作用下形成接頭,其主要原理和特點(diǎn)如下:焊接時(shí),欲搭接或者對(duì)接的工件相對(duì)放置在墊板上,為了防止在施焊時(shí)工件被攪拌頭推開,應(yīng)加以約束。施焊工具主要是攪拌頭。焊接時(shí)旋轉(zhuǎn)的攪拌頭緩緩進(jìn)入焊縫,在與工件表面接觸時(shí)通過摩擦生熱使得該處金屬軟化,在頂壓力的作用下,指棒進(jìn)入到工件內(nèi)部,在高速旋轉(zhuǎn)下使得攪拌頭周圍的一層金屬塑性化。同時(shí),在肩軸端面的包攏下攪拌頭沿焊接方向移動(dòng)形成焊縫。焊縫的深度由指棒的插入深度決定。在焊接過程中主要的產(chǎn)熱體是指棒和軸肩。在焊接薄板時(shí),軸肩和工件的摩擦是主要的熱量來源。作為一種固相連接手段,攪拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法難以焊接的材料外(例如可以實(shí)現(xiàn)用熔焊難以保證質(zhì)量的裂紋敏感性強(qiáng)的7000、2000系列鋁合金的高質(zhì)量連接),F(xiàn)SW還具有以下優(yōu)點(diǎn): 溫度低,所以變形?。词故情L焊縫也是如此); 接頭機(jī)械性能好(包括疲勞、拉伸、彎曲),不產(chǎn)生類似熔焊接頭的鑄造組織缺陷,并且其組 織由于塑性流動(dòng)而細(xì)化。 與其它焊接方法相比,焊接變形小,調(diào)整、返修頻率低,某航空發(fā)動(dòng)機(jī)FSW的缺陷發(fā)生率低,傳統(tǒng)熔焊時(shí)每焊接8.4m,產(chǎn)生一個(gè)缺陷,而FSW時(shí)在焊接長度為76.2m時(shí),才僅出現(xiàn)一個(gè)缺陷。由此可以使成本降低60%。 焊前及焊后處理簡(jiǎn)單,焊接過程中的摩擦和攪拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附著雜質(zhì)。而且焊接過程中不需要保護(hù)氣體、焊條及焊料。 能夠進(jìn)行全位置的焊接; 適應(yīng)性好,效率高; 操作簡(jiǎn)單; 焊接過程中無煙塵、輻射、飛濺、噪音及弧光等有害物質(zhì)產(chǎn)生,是一種環(huán)保型工藝方法。 尤其值得指出的是,攪拌摩擦焊所具有適合于自動(dòng)化和機(jī)器人操作的優(yōu)點(diǎn),諸如:不需要填絲、保護(hù)氣(對(duì)于鋁合金)、可以允許有薄的氧化膜、對(duì)于批量生產(chǎn),不需要進(jìn)行打磨、刮擦之類的表面處理非損耗的工具頭、一個(gè)典型的工具頭就可以用來焊接6000系列的鋁合金達(dá)1000米等.2.C型攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分:(1)X-Y平臺(tái)設(shè)計(jì);(2)升降臺(tái)設(shè)計(jì);(3)主軸箱設(shè)計(jì);(4)外形尺寸設(shè)計(jì)。2.1(一)X-Y平臺(tái)設(shè)計(jì):2.1.1X-Y平臺(tái)外形尺寸及重量估算Y向拖板(上拖板)尺寸:長寬高:90060055重量:按重量體積材料比重估算;X向拖板(下拖板)尺寸:177170055重量:;導(dǎo)軌及滑塊重量查表得:38.64kg380N;夾具及工件重量:約160N;步進(jìn)電動(dòng)機(jī):15.8N;底座:142790055重量5.51N;X-Y平臺(tái)總重量:約1.372N。攪拌頭向下的壓力及行走抗力的計(jì)算:(略)壓力p690N,行走抗力=224N。2.1.2.平臺(tái)導(dǎo)軌選用直線導(dǎo)軌型號(hào)BRHxxB & BRHxxBL圖21經(jīng)計(jì)算,選用BRH30B型直線導(dǎo)軌。62- -2.1.3滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的負(fù)荷包括摩擦力及焊接行走抗力。(1)最大動(dòng)負(fù)荷Q的計(jì)算查表得系數(shù)2,1,壽命值L=查表得使用壽命時(shí)間T1500h,初選絲杠螺距t=5mm,的絲杠轉(zhuǎn)速所以LY向絲杠牽引力:X向絲杠牽引力:所以最大動(dòng)負(fù)荷Y向X向查表,取滾珠絲杠公稱直徑,選用滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為LL205-2.5-E左(兩只),其額定動(dòng)載荷為8630N,足夠用。(2)滾珠絲杠副的幾何參數(shù)計(jì)算見下表:表23名稱符號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果(mm)螺紋滾道公稱直徑20螺距t5接觸角鋼球直徑d3.175螺紋滾道法面半徑RR=0.52 d=1.615偏心距e螺紋升角=arctg=螺桿螺紋外徑dD=(0.20.25) d=19.302螺紋內(nèi)徑dd=2e2R=16.79螺桿接觸直徑dddcos=17.76螺母螺母螺紋外徑DD=2e2R23.21螺母內(nèi)徑(外循環(huán))DD+(0.20.25) d20.7(3)傳動(dòng)效率計(jì)算式中:摩擦角;絲杠螺紋升角。(4)剛度計(jì)算X向牽引力大,故應(yīng)用X向參數(shù)計(jì)算,P=335(N),=0.5(cm),E=20.610(N/cm)(材料為鋼)F=3.14=2.213 (cm)絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小,可以忽略。所以導(dǎo)程誤差查表知E級(jí)精度的絲杠允許誤差為15,故剛度足夠。(5)穩(wěn)定性驗(yàn)算由于絲杠兩端采用止推軸承,故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.1.4步進(jìn)電機(jī)的選用(1)步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量0.01mm/step,初選步進(jìn)電機(jī)步距角。(2)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T,負(fù)載力為P,根據(jù)能量守恒原理,電機(jī)所做的功與負(fù)載力做的功有如下關(guān)系式中:P電機(jī)轉(zhuǎn)角;S移動(dòng)部件的相應(yīng)位移;機(jī)械傳動(dòng)效率若取,則S,且,所以式中:移動(dòng)部件負(fù)載(N);G移動(dòng)部件重量(N);與重力方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力(N);導(dǎo)軌摩擦系數(shù);步進(jìn)電機(jī)步距角(rad);T電機(jī)軸負(fù)載力矩()。取0.03(淬火鋼珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)),0.96,為絲杠牽引力,335N??紤]到重力的影響,X向電機(jī)負(fù)載較大,因此取G=7690N,所以若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響,則起動(dòng)力矩安全系數(shù)為0.3,則(Ncm)(3)步進(jìn)電機(jī)的最高效率查表選兩個(gè)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表24。2.1.5 X-Y平臺(tái)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)一、確定齒輪傳動(dòng)比因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角,滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量0.01mm/step,在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。傳動(dòng)比一、涉及公式: d=mZ, =d+2m,=d-21.25m,b=(36)m,a=.二、設(shè)計(jì)參數(shù)傳遞功率 P=0.30160 (kW)傳遞轉(zhuǎn)矩 T=119.99910 (N.m)齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=24 (r/min)齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=50.00000 (r/min)傳動(dòng)比 i=0.48000原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=均勻平穩(wěn)工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命 H=10000 (小時(shí))三、布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 ConS=閉式齒輪1布置形式 ConS1=對(duì)稱布置齒輪2布置形式 ConS2=對(duì)稱布置四、材料及熱處理齒面嚙合類型 GFace=硬齒面熱處理質(zhì)量級(jí)別 Q=ML齒輪1材料及熱處理 Met1=45齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=45-50齒輪1硬度 HBS1=48齒輪1材料類別 MetN1=0齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=11齒輪2材料及熱處理 Met2=45齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=45-50齒輪2硬度 HBS2=48齒輪2材料類別 MetN2=0齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=11五、齒輪精度齒輪1第組精度 JD11=7齒輪1第組精度 JD12=7齒輪1第組精度 JD13=7齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L齒輪2第組精度 JD21=7齒輪2第組精度 JD22=7齒輪2第組精度 JD23=7齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L六、齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=2端面模數(shù) Mt=2.00000螺旋角 =0.0000000 (度)基圓柱螺旋角 b=0.0000000 (度)齒輪1齒數(shù) Z1=50齒輪1變位系數(shù) X1=0.00000齒輪1齒寬 B1=14.58319 (mm)齒輪1齒寬系數(shù) d1=0.29166齒輪2齒數(shù) Z2=24齒輪2變位系數(shù) X2=0.00000齒輪2齒寬 B2=14.58319 (mm)齒輪2齒寬系數(shù) d2=0.60763總變位系數(shù) Xsum=0.00000標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=74.00000 (mm)實(shí)際中心距 A=74.00000 (mm)齒數(shù)比 U=0.48000端面重合度 =1.67829縱向重合度 =0.00000總重合度 =1.67829齒輪1分度圓直徑 d1=100.00000 (mm)齒輪1齒頂圓直徑 da1=104.00000 (mm)齒輪1齒根圓直徑 df1=95.00000 (mm)齒輪1齒頂高 ha1=2.00000 (mm)齒輪1齒根高 hf1=2.50000 (mm)齒輪1全齒高 h1=4.50000 (mm)齒輪1齒頂壓力角 at1=25.371225 (度)齒輪2分度圓直徑 d2=48.00000 (mm)齒輪2齒頂圓直徑 da2=52.00000 (mm)齒輪2齒根圓直徑 df2=43.00000 (mm)齒輪2齒頂高 ha2=2.00000 (mm)齒輪2齒根高 hf2=2.50000 (mm)齒輪2全齒高 h2=4.50000 (mm)齒輪2齒頂壓力角 at2=29.841119 (度)齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=3.14108 (mm)齒輪1分度圓弦齒高 hh1=2.02467 (mm)齒輪1固定弦齒厚 sch1=2.77410 (mm)齒輪1固定弦齒高 hch1=1.49511 (mm)齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=6齒輪1公法線長度 Wk1=33.87400 (mm)齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=3.13935 (mm)齒輪2分度圓弦齒高 hh2=2.05139 (mm)齒輪2固定弦齒厚 sch2=2.77410 (mm)齒輪2固定弦齒高 hch2=1.49511 (mm)齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=3齒輪2公法線長度 Wk2=15.43292 (mm)齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20 (度)端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00000端面頂隙系數(shù) c*t=0.25000端面壓力角 *t=20.0000000 (度)七、檢查項(xiàng)目參數(shù)齒輪1齒距累積公差 Fp1=0.05349齒輪1齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr1=0.03940齒輪1公法線長度變動(dòng)公差 Fw1=0.03160齒輪1齒距極限偏差 fpt()1=0.01525齒輪1齒形公差 ff1=0.01125齒輪1一齒切向綜合公差 fi1=0.01590齒輪1一齒徑向綜合公差 fi1=0.02163齒輪1齒向公差 F1=0.01107齒輪1切向綜合公差 Fi1=0.06474齒輪1徑向綜合公差 Fi1=0.05516齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb()1=0.01433齒輪1螺旋線波度公差 ff1=0.01590齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx()1=0.01107齒輪1齒向公差 Fb1=0.01107齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01107齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00554齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06100齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.24400齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.03983齒輪2齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr2=0.03338齒輪2公法線長度變動(dòng)公差 Fw2=0.02785齒輪2齒距極限偏差 fpt()2=0.01456齒輪2齒形公差 ff2=0.01060齒輪2一齒切向綜合公差 fi2=0.01510齒輪2一齒徑向綜合公差 fi2=0.02067齒輪2齒向公差 F2=0.00630齒輪2切向綜合公差 Fi2=0.05043齒輪2徑向綜合公差 Fi2=0.04673齒輪2基節(jié)極限偏差 fpb()2=0.01368齒輪2螺旋線波度公差 ff2=0.01510齒輪2軸向齒距極限偏差 Fpx()2=0.00630齒輪2齒向公差 Fb2=0.00630齒輪2x方向軸向平行度公差 fx2=0.00630齒輪2y方向軸向平行度公差 fy2=0.00315齒輪2齒厚上偏差 Eup2=-0.05824齒輪2齒厚下偏差 Edn2=-0.23294中心距極限偏差 fa()=0.02230八、強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)齒輪1接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim1=960.0 (MPa)齒輪1抗彎疲勞基本值 FE1=480.0 (MPa)齒輪1接觸疲勞強(qiáng)度許用值 H1=1043.3 (MPa)齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 F1=342.9 (MPa)齒輪2接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim2=960.0 (MPa)齒輪2抗彎疲勞基本值 FE2=480.0 (MPa)齒輪2接觸疲勞強(qiáng)度許用值 H2=1043.3 (MPa)齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 F2=342.9 (MPa)接觸強(qiáng)度用安全系數(shù) SHmin=1.00彎曲強(qiáng)度用安全系數(shù) SFmin=1.40接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 H=986.3 (MPa)接觸疲勞強(qiáng)度校核 HH=滿足齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 F1=253.3 (MPa)齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 F2=269.0 (MPa)齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度校核 F1F1=滿足齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度校核 F2F2=滿足九、強(qiáng)度校核相關(guān)系數(shù)齒形做特殊處理 Zps=特殊處理齒面經(jīng)表面硬化 Zas=不硬化齒形 Zp=一般潤滑油粘度 V50=120 (mm2/s)有一定量點(diǎn)饋 Us=不允許小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz6m ( Ra1m )載荷類型 Wtype=雙向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪齒根表面粗糙度 ZFR=Rz16m ( Ra2.6m )刀具基本輪廓尺寸 HMn=Hao/Mn1.25, Pao/Mn0.38圓周力 Ft=2399.98200 (N)齒輪線速度 V=0.12566 (m/s)使用系數(shù) Ka=1.10000動(dòng)載系數(shù) Kv=1.00455齒向載荷分布系數(shù) KH=1.00000綜合變形對(duì)載荷分布的影響 Ks=1.00000安裝精度對(duì)載荷分布的影響 Km=0.00000齒間載荷分布系數(shù) KH=1.00000節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Zh=2.49457材料的彈性系數(shù) ZE=189.80000接觸強(qiáng)度重合度系數(shù) Z=0.87972接觸強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Z=1.00000重合、螺旋角系數(shù) Z=0.87972接觸疲勞壽命系數(shù) Zn=1.12036潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr=0.97000工作硬化系數(shù) Zw=1.00000接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù) Zx=1.00000齒向載荷分布系數(shù) KF=1.00000齒間載荷分布系數(shù) KF=1.00000抗彎強(qiáng)度重合度系數(shù) Y=0.69688抗彎強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Y=1.00000抗彎強(qiáng)度重合、螺旋角系數(shù) Y=0.69688壽命系數(shù) Yn=1.00000齒根圓角敏感系數(shù) Ydr=1.00000齒根表面狀況系數(shù) Yrr=1.00000尺寸系數(shù) Yx=1.00000齒輪1復(fù)合齒形系數(shù) Yfs1=3.99695齒輪1應(yīng)力校正系數(shù) Ysa1=1.71210齒輪2復(fù)合齒形系數(shù) Yfs2=4.24540齒輪2應(yīng)力校正系數(shù) Ysa2=1.578322.1.6步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式,得式中:折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載(kg);步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg);齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg);齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg);轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg);M移動(dòng)部件的質(zhì)量(kg)。對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算0.78L(kg)式中:D圓柱零件直徑(cm);L零件長度(cm)。所以電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可以忽略,則2.2(二)升降臺(tái)的設(shè)計(jì)升降臺(tái)采用渦輪蝸桿傳動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)自鎖。外形尺寸為:長寬高900700975的半封閉箱體,詳見升降臺(tái)設(shè)計(jì)圖紙。2.2.1渦輪蝸桿的設(shè)計(jì)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果報(bào)告一、普通蝸桿設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù) 1. 傳遞功率 P 0.01 (kW) 2. 蝸桿轉(zhuǎn)矩 T1 0.06 (N.m) 3. 蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 1.24 (N.m) 4. 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1 1460.00 (r/min) 5. 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2 58.40 (r/min) 6. 理論傳動(dòng)比 i 25.00 7. 實(shí)際傳動(dòng)比 i 25.00 8. 傳動(dòng)比誤差 0.00 () 9. 預(yù)定壽命 H 4800 (小時(shí)) 10. 原動(dòng)機(jī)類別 電動(dòng)機(jī) 11. 工作機(jī)載荷特性 平 穩(wěn) 12. 潤滑方式 浸油 13. 蝸桿類型 阿基米德蝸桿 14. 受載側(cè)面 一側(cè) 二、材料及熱處理 1. 蝸桿材料牌號(hào) 45(調(diào)質(zhì)) 2. 蝸桿熱處理 調(diào)質(zhì) 3. 蝸桿材料硬度 270HB 4. 蝸桿材料齒面粗糙度 6.3 (m) 5. 蝸輪材料牌號(hào)及鑄造方法 ZCuSn10P1(金屬模) 6. 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力H 200 (N/mm2) 7. 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力H 200 (N/mm2) 8. 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力F 70 (N/mm2) 9. 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力F 53 (N/mm2) 三、蝸桿蝸輪基本參數(shù)(mm) 1. 蝸桿頭數(shù) z1 2 2. 蝸輪齒數(shù) z2 50 3. 模 數(shù) m 5.00 (mm) 4. 法面模數(shù) Mn 4.85 (mm) 5. 蝸桿分度圓直徑 d1 40.00 (mm) 6. 中心距 A 160.00 (mm) 7. 蝸桿導(dǎo)程角 14.036 8. 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) Zv2 54.76 9. 蝸輪變位系數(shù) x2 3.00 10. 軸向齒形角 x 20.000 11. 法向齒形角 n 19.448 12. 齒頂高系數(shù) ha* 1.00 13. 頂隙系數(shù) c* 0.20 14. 蝸桿齒寬 b1 86.00 (mm) 15. 蝸輪齒寬 b2 30.00 (mm) 16. 是否磨削加工 否 17. 蝸桿軸向齒距 px 15.71 (mm) 18. 蝸桿齒頂高 ha1 5.00 (mm) 19. 蝸桿頂隙 c1 1.00 (mm) 20. 蝸桿齒根高 hf1 6.00 (mm) 21. 蝸桿齒高 h1 11.00 (mm) 22. 蝸桿齒頂圓直徑 da1 50.00 (mm) 23. 蝸桿齒根圓直徑 df1 28.00 (mm) 24. 蝸輪分度圓直徑 d2 250.00 (mm) 25. 蝸輪喉圓直徑 da2 290.00 (mm) 26. 蝸輪齒根圓直徑 df2 268.00 (mm) 27. 蝸輪齒頂高 ha2 20.00 (mm) 28. 蝸輪齒根高 hf2 -9.00 (mm) 29. 蝸輪齒高 h2 11.00 (mm) 30. 蝸輪外圓直徑 de2 297.50 (mm) 31. 蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 15.00 (mm) 32. 蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 26.00 (mm) 33. 蝸桿軸向齒厚 sx1 7.85 (mm) 34. 蝸桿法向齒厚 sn1 7.62 (mm) 35. 蝸輪分度圓齒厚 s2 18.77 (mm) 36. 蝸桿齒厚測(cè)量高度 ha1 5.00 (mm) 37. 蝸桿節(jié)圓直徑 d1 70.00 (mm) 38. 蝸輪節(jié)圓直徑 d2 250.00 (mm) 四、蝸桿蝸輪精度- 項(xiàng)目名稱 蝸 桿 蝸 輪 - 1. 第一組精度 7 7 - 2. 第二組精度 7 7 - 3. 第三組精度 7 7 - 4. 側(cè) 隙 f f -五、強(qiáng)度剛度校核結(jié)果和參數(shù) 1. 許用接觸應(yīng)力 200.00 (N/mm2) 2. 計(jì)算接觸應(yīng)力 11.46 (N/mm2) 滿足 3. 許用彎曲應(yīng)力 52.50 (N/mm2) 4. 計(jì)算彎曲應(yīng)力 0.07 (N/mm2) 滿足 5. 許用撓度值 0.0600 (N/mm2) 6. 計(jì)算撓度值 0.0001 (N/mm2) 滿足 1. 蝸桿圓周力 Ft1 3.00 (N) 2. 蝸桿軸向力 Fx1 -8.86 (N) 3. 蝸桿徑向力 Fr1 -3.23 (N) 4. 蝸輪圓周力 Ft2 8.86 (N) 5. 蝸輪軸向力 Fx2 -3.00 (N) 6. 蝸輪徑向力 Fr2 3.23 (N) 7. 蝸輪法向力 Fn -9.69 (N) 8. 滑動(dòng)速度 Vs 3.15 (m/s) 9. 蝸桿傳動(dòng)當(dāng)量摩擦角 v 2.000 10. 蝸桿傳動(dòng)效率 0.83 11. 蝸桿的嚙合效率 1 0.87 12. 攪油損耗 2 0.97 13. 滾動(dòng)軸承效率 3 0.98 14. 使用系數(shù) Ka 1.02 15. 動(dòng)載荷系數(shù) Kv 1.15 16. 載荷分布系數(shù) K 1.00 17. 材料的彈性系數(shù) ZE 155.00 18. 滑動(dòng)速度影響系數(shù) Zvs 0.92 19. 壽命系數(shù) ZN 0.95 20. 齒形系數(shù) Yfs 3.57 21. 導(dǎo)程角系數(shù) Y 0.95 22. 蝸桿截面慣性矩 I 30171.86 (mm4) 23. 彈性模量 E 207000.00 (N/mm2) 24. 蝸桿兩端支承點(diǎn)的跨度 L 180.00 (mm) 六、自然通風(fēng)散熱計(jì)算 1. 熱導(dǎo)率 k 8.70 ( W / m2 ) 2. 散熱的計(jì)算面積 A 0.02 (m2) 3. 冷卻的箱殼表面積 A1 0.02 (m2) 4. 補(bǔ)充的箱殼表面積 A2 0.00 (m2) 5. 潤滑油溫度 t1 40 ( ) 6. 周圍空氣溫度 t2 20 ( ) 7. 損耗的功率 Ps 0.00 ( kW ) 8. 能散出的功率 Pc 0.00 ( kW ) 滿足2.2.2步進(jìn)電機(jī)的選用查表選一個(gè)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表2-5。2.2.3絲杠螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.3.1耐磨性的計(jì)算由耐磨性決定決定絲杠中徑的公式為:式中:p絲杠所受的最大軸向力(kgf);螺母長徑比,L為螺母的長度(mm),一般取1.24,但螺母的螺紋圈數(shù)一般不超過10,因?yàn)槿?shù)越多,載荷分布愈不均,第10圈以后的螺紋,實(shí)際上起不到分擔(dān)載荷的作用。耐磨性核算公式為:絲杠螺母的材料為:鋼(不淬硬)鑄鐵精度等級(jí)7級(jí)許用單位壓力p為20kgf/。取長徑比2;經(jīng)計(jì)算解得p150020kgf/絲杠中徑40mm,L80mm。2.2.3.2穩(wěn)定性核算絲杠具有良好穩(wěn)定性時(shí)的最大允許軸向壓縮載荷絲杠采用兩端均為簡(jiǎn)支的支承方式,支承系數(shù)1;式中:E材料彈性模量,鋼為;I絲杠內(nèi)徑的斷面慣性矩,;為內(nèi)徑;L支承距離(mm);K安全系數(shù),一般取3。當(dāng)K=3,并代入常數(shù)時(shí),上式化簡(jiǎn)為:2.2.3.3剛度的計(jì)算:可在絲杠軸向拉伸壓縮變形圖中求得(略)。2.2.3.4強(qiáng)度計(jì)算:絲杠拉壓應(yīng)力的計(jì)算公式為: (kgf)式中:P絲杠所受的最大的軸向力(kgf);A絲杠內(nèi)徑的斷面積(),; 絲杠的內(nèi)徑(mm);絲杠的傳動(dòng)效率;許用拉壓應(yīng)力(kgf/),由于螺紋所引起的應(yīng)力集中系數(shù)不能確定,因此,取=,為材料的屈服點(diǎn)(kgf/)。絲杠參數(shù)見表26。2.3(三)主軸箱的設(shè)計(jì)采用漸開線圓柱齒輪傳動(dòng) ,變頻調(diào)速電機(jī),主軸箱和電機(jī)軸采用TL6型彈性套筒聯(lián)軸器。2.3.1聯(lián)軸器的選擇TL6型彈性套筒聯(lián)軸器參數(shù)見表27。2.3.2變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的選擇由南京特種電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的變頻調(diào)速電機(jī)信息和參數(shù)如下:YTP(YVP)系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)是一種交流、高效、節(jié)能調(diào)速電動(dòng)機(jī),與變頻器配合使用,是機(jī)電一體化的調(diào)速新產(chǎn)品。其具有以下的優(yōu)點(diǎn)。 效率高,節(jié)能效果明顯。 調(diào)頻范圍廣,能在5Hz100Hz甚至更寬的范圍內(nèi)平滑無極調(diào)速。 噪音低、振動(dòng)小。 起動(dòng)力矩大,低頻起動(dòng)對(duì)負(fù)載沖擊小。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定(尤其在低頻時(shí))、使用可靠,維護(hù)方便。 體積小、重量輕,除風(fēng)罩比Y系列異步電動(dòng)機(jī)稍長外,其它外形及安裝尺寸皆相同。便于安裝。 起動(dòng)電流小,無須附加起動(dòng)設(shè)備。 單獨(dú)裝有軸流風(fēng)機(jī),在不同轉(zhuǎn)速下均有較好的冷卻效果。 應(yīng)有范圍廣,可以作恒轉(zhuǎn)矩(50Hz以下)、恒功率(50Hz以上)或遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械無級(jí)調(diào)速之用,基本可以取代任何一種調(diào)速產(chǎn)品。 型號(hào)說明圖22 使用條件(1) 最高環(huán)境溫度不超過40(2) 海拔不超過1000m(3) 電動(dòng)機(jī)防護(hù)等級(jí)IP44(或IP55)(4) 電網(wǎng)電壓:380V(220V)10%,頻率50Hz2%(5) 相對(duì)濕度:不超過90%(20以下時(shí))(6)工作制:SI(連續(xù))調(diào)速系統(tǒng)的特性圖23注:、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)選擇比較合理的特性、要求大于:恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻和大于:恒功率調(diào)頻電機(jī)請(qǐng)?jiān)诙ㄘ洉r(shí)說明。參數(shù)見表28。選用YTP132M14型變頻調(diào)速電機(jī)。圖242.3.3 一級(jí)齒輪變速箱的齒輪設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)信息漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)傳遞功率 P=7.50000 (kW)傳遞轉(zhuǎn)矩 T=47.74500 (N.m)齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=1500 (r/min)齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=3000 (r/min)傳動(dòng)比 i=0.50000原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=輕微振動(dòng)工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命 H=10000 (小時(shí))三、布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 ConS=開式齒輪1布置形式 ConS1=對(duì)稱布置齒輪2布置形式 ConS2=對(duì)稱布置四、材料及熱處理齒面嚙合類型 GFace=硬齒面熱處理質(zhì)量級(jí)別 Q=ML齒輪1材料及熱處理 Met1=45齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=45-50齒輪1硬度 HBS1=46齒輪1材料類別 MetN1=0齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=11齒輪2材料及熱處理 Met2=45齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=45-50齒輪2硬度 HBS2=48齒輪2材料類別 MetN2=0齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=11五、齒輪精度齒輪1第組精度 JD11=7齒輪1第組精度 JD12=7齒輪1第組精度 JD13=7齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L齒輪2第組精度 JD21=7齒輪2第組精度 JD22=7齒輪2第組精度 JD23=7齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L六、齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3端面模數(shù) Mt=3.00000螺旋角 =0.0000000 (度)基圓柱螺旋角 b=0.0000000 (度)齒輪1齒數(shù) Z1=60齒輪1變位系數(shù) X1=0.00齒輪1齒寬 B1=15 (mm)齒輪1齒寬系數(shù) d1=0.16667齒輪2齒數(shù) Z2=30齒輪2變位系數(shù) X2=0.00齒輪2齒寬 B2=15 (mm)齒輪2齒寬系數(shù) d2=0.33333總變位系數(shù) Xsum=0.00000標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=135.00000 (mm)實(shí)際中心距 A=135.00000 (mm)齒數(shù)比 U=0.50000端面重合度 =1.71911縱向重合度 =0.00000總重合度 =1.71911齒輪1分度圓直徑 d1=180.00000 (mm)齒輪1齒頂圓直徑 da1=186.00000 (mm)齒輪1齒根圓直徑 df1=172.50000 (mm)齒輪1齒頂高 ha1=3.00000 (mm)齒輪1齒根高 hf1=3.75000 (mm)齒輪1全齒高 h1=6.75000 (mm)齒輪1齒頂壓力角 at1=24.580194 (度)齒輪2分度圓直徑 d2=90.00000 (mm)齒輪2齒頂圓直徑 da2=96.00000 (mm)齒輪2齒根圓直徑 df2=82.50000 (mm)齒輪2齒頂高 ha2=3.00000 (mm)齒輪2齒根高 hf2=3.75000 (mm)齒輪2全齒高 h2=6.75000 (mm)齒輪2齒頂壓力角 at2=28.241393 (度)齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=4.71185 (mm)齒輪1分度圓弦齒高 hh1=3.03084 (mm)齒輪1固定弦齒厚 sch1=4.16114 (mm)齒輪1固定弦齒高 hch1=2.24267 (mm)齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=7齒輪1公法線長度 Wk1=60.08756 (mm)齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=4.71024 (mm)齒輪2分度圓弦齒高 hh2=3.06167 (mm)齒輪2固定弦齒厚 sch2=4.16114 (mm)齒輪2固定弦齒高 hch2=2.24267 (mm)齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=3齒輪2公法線長度 Wk2=23.40148 (mm)齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20 (度)端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00000端面頂隙系數(shù) c*t=0.25000端面壓力角 *t=20.0000000 (度)七、檢查項(xiàng)目參數(shù)齒輪1齒距累積公差 Fp1=0.06869齒輪1齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr1=0.04750齒輪1公法線長度變動(dòng)公差 Fw1=0.03577齒輪1齒距極限偏差 fpt()1=0.01692齒輪1齒形公差 ff1=0.01325齒輪1一齒切向綜合公差 fi1=0.01810齒輪1一齒徑向綜合公差 fi1=0.02394齒輪1齒向公差 F1=0.01114齒輪1切向綜合公差 Fi1=0.08194齒輪1徑向綜合公差 Fi1=0.06649齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb()1=0.01590齒輪1螺旋線波度公差 ff1=0.01810齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx()1=0.01114齒輪1齒向公差 Fb1=0.01114齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01114齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00557齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06767齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.27070齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.05121齒輪2齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr2=0.03979齒輪2公法線長度變動(dòng)公差 Fw2=0.03097齒輪2齒距極限偏差 fpt()2=0.01603齒輪2齒形公差 ff2=0.01213齒輪2一齒切向綜合公差 fi2=0.01690齒輪2一齒徑向綜合公差 fi2=0.02271齒輪2齒向公差 F2=0.00630齒輪2切向綜合公差 Fi2=0.06333齒輪2徑向綜合公差 Fi2=0.05571齒輪2基節(jié)極限偏差 fpb()2=0.01507齒輪2螺旋線波度公差 ff2=0.01690齒輪2軸向齒距極限偏差 Fpx()2=0.00630齒輪2齒向公差 Fb2=0.00630齒輪2x方向軸向平行度公差 fx2=0.00630齒輪2y方向軸向平行度公差 fy2=0.00315齒輪2齒厚上偏差 Eup2=-0.06414齒輪2齒厚下偏差 Edn2=-0.25655中心距極限偏差 fa()=0.02813八、強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)齒輪1接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim1=960.0 (MPa)齒輪1抗彎疲勞基本值 FE1=480.0 (MPa)齒輪1接觸疲勞強(qiáng)度許用值 H1=931.2 (MPa)齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 F1=342.9 (MPa)齒輪2接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim2=960.0 (MPa)齒輪2抗彎疲勞基本值 FE2=480.0 (MPa)齒輪2接觸疲勞強(qiáng)度許用值 H2=931.2 (MPa)齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 F2=342.9 (MPa)接觸強(qiáng)度用安全系數(shù) SHmin=1.00彎曲強(qiáng)度用安全系數(shù) SFmin=1.40接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 H=742.7 (MPa)接觸疲勞強(qiáng)度校核 HH=滿足齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 F1=195.9 (MPa)齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 F2=203.1 (MPa)齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度校核 F1F1=滿足齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度校核 F2F2=滿足九、強(qiáng)度校核相關(guān)系數(shù)齒形做特殊處理 Zps=特殊處理齒面經(jīng)表面硬化 Zas=不硬化齒形 Zp=一般潤滑油粘度 V50=120 (mm2/s)有一定量點(diǎn)饋 Us=不允許小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz6m ( Ra1m )載荷類型 Wtype=靜強(qiáng)度齒根表面粗糙度 ZFR=Rz16m ( Ra2.6m )刀具基本輪廓尺寸 HMn=Hao/Mn1.25, Pao/Mn0.38圓周力 Ft=530.50000 (N)齒輪線速度 V=14.13717 (m/s)使用系數(shù) Ka=1.21000動(dòng)載系數(shù) Kv=3.44976齒向載荷分布系數(shù) KH=1.00000綜合變形對(duì)載荷分布的影響 Ks=1.00000安裝精度對(duì)載荷分布的影響 Km=0.00000齒間載荷分布系數(shù) KH=1.31528節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Zh=2.49457材料的彈性系數(shù) ZE=189.80000接觸強(qiáng)度重合度系數(shù) Z=0.87195接觸強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Z=1.00000重合、螺旋角系數(shù) Z=0.87195接觸疲勞壽命系數(shù) Zn=1.00000潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr=0.97000工作硬化系數(shù) Zw=1.00000接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù) Zx=1.00000齒向載荷分布系數(shù) KF=1.00000齒間載荷分布系數(shù) KF=1.45715抗彎強(qiáng)度重合度系數(shù) Y=0.68627抗彎強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Y=1.00000抗彎強(qiáng)度重合、螺旋角系數(shù) Y=0.68627壽命系數(shù) Yn=1.00000齒根圓角敏感系數(shù) Ydr=1.00000齒根表面狀況系數(shù) Yrr=1.00000尺寸系數(shù) Yx=1.00000齒輪1復(fù)合齒C型攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展1 前言1991年,英國焊接研究所(The Welding Institute-TWI)發(fā)明了攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding-FSW),這項(xiàng)杰出的焊接技術(shù)發(fā)明正在為世界制造技術(shù)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。在國外,攪拌摩擦焊已經(jīng)在諸多制造領(lǐng)域達(dá)到規(guī)?;?、工業(yè)化的應(yīng)用水平。如在船舶制造領(lǐng)域,在1996年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應(yīng)用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。在軌道車輛制造領(lǐng)域,日本HITACHI公司首先于1997年將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于列車車體的快速低成本制造,成功實(shí)現(xiàn)了大壁板鋁合金型材的工業(yè)化制造。在世界宇航制造領(lǐng)域,攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實(shí)現(xiàn)了大型空間運(yùn)載工具如運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)等的大型高強(qiáng)鋁合金燃料貯箱的制造,波音公司的DELTA II型和IV型火箭已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造,并于1999年首次成功發(fā)射升空。2000年世界汽車工業(yè),如美國TOWER汽車公司等就利用攪拌摩擦焊實(shí)現(xiàn)了汽車懸掛支架、輕合金車輪、防撞緩沖器、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝支架以及鋁合金車身的焊接。2002年8月,美國月蝕航空公司利用FSW技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機(jī),并且首次試飛成功。2 攪拌摩擦焊的技術(shù)特點(diǎn)攪拌摩擦焊作為一項(xiàng)新型焊接方法,用很短的時(shí)間就完成了從發(fā)明到工業(yè)化應(yīng)用的歷程。目前,在國際上還沒有針對(duì)攪拌摩擦焊公布的統(tǒng)一技術(shù)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn),在攪拌摩擦焊專利許可協(xié)會(huì)的影響下,業(yè)界已經(jīng)對(duì)攪拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技術(shù)術(shù)語進(jìn)行了定義和認(rèn)可。下圖示出了攪拌摩擦焊所用到的主要描述性術(shù)語。攪拌摩擦焊是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。如圖1所示,攪拌摩擦焊過程中,一個(gè)柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件,攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生了摩擦熱,使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化(焊接溫度一般不會(huì)達(dá)到和超過被焊接材料的熔點(diǎn)),當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動(dòng)時(shí),熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移,并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下,形成致密固相連接接頭。攪拌摩擦焊具有適合于自動(dòng)化和機(jī)器人操作的諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)于有色金屬材料(如鋁、銅、鎂、鋅等)的連接,在焊接方法、接頭力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法無可比擬的優(yōu)越性,它是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型的新型連接技術(shù)。但是攪拌摩擦焊也有其局限性,例如:焊縫末尾通常有匙孔存在(目前已可以實(shí)現(xiàn)無孔焊接);焊接時(shí)的機(jī)械力較大,需要焊接設(shè)備具有很好的剛性;與弧焊相比,缺少焊接操作的柔性;不能實(shí)現(xiàn)添絲焊接。 攪拌摩擦焊對(duì)材料的適應(yīng)性很強(qiáng),幾乎可以焊接所有類型的鋁合金材料,由于攪拌摩擦焊接過程較低的焊接溫度和較小的熱輸入,一般攪拌摩擦焊接頭具有變形小、接頭性能優(yōu)異等特點(diǎn);可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所謂“難焊”的金屬材料如:Al-Cu(2xxx系列) 、Al-Zn(7xxx系列)和Al-Li(如8090、2090 和2195鋁合金)等鋁合金。另外,攪拌摩擦焊對(duì)于鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金以及鋁基復(fù)合材料等材料的板狀對(duì)接或搭接的連接也是優(yōu)先選擇的焊接方法;目前,攪拌摩擦焊還成功地實(shí)現(xiàn)了不銹鋼、鈦合金甚至高溫合金的優(yōu)質(zhì)連接。攪拌摩擦焊可以較容易實(shí)現(xiàn)異種材料的連接,例如鋁合金和不銹鋼的攪拌摩擦焊接,利用攪拌摩擦焊可以較方便的實(shí)現(xiàn)鋁鋼板材之間的連接和銅鋁復(fù)合焊接接頭。3 攪拌摩擦焊在國外的發(fā)展攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術(shù),已經(jīng)從技術(shù)研究,邁向高層次的工程化和工業(yè)化應(yīng)用階段,形成了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè): 攪拌摩擦焊設(shè)備的制造、攪拌摩擦焊產(chǎn)品的加工.如在美國的宇航制造工業(yè)、北歐的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等制造領(lǐng)域,攪拌摩擦焊得到了廣泛的應(yīng)用,均已形成新興產(chǎn)業(yè)。4激光輔助攪拌摩擦焊激光輔助攪拌摩擦焊(LAFSW)是一種新改進(jìn)的攪拌摩擦焊,攪拌摩擦焊是近10年開發(fā)的工藝。在攪拌摩擦焊里,焊接熱能是來自工具和工件之間摩擦熱量。由于這種工藝需要相對(duì)大的力,因此,在攪拌摩擦焊中使用的設(shè)備笨重且昂貴。激光輔助攪拌摩擦焊用激光能源加熱工件,而攪拌頭的主要作用是攪拌和連接工件2部分。由于這種原因,激光輔助攪拌摩擦焊是一種相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的方法。 為了克服攪拌摩擦焊中存在的不足,如(1)裝夾焊接工件的夾具較大,需要很大的力向前移動(dòng)焊接工具,焊接工具磨損率相對(duì)高;(2)用感應(yīng)線圈方法加熱不能保證正確的位置、焊接攪拌頭和夾具裝置都受到加熱感應(yīng)線圈的影響及用感應(yīng)線圈作媒介加熱及僅適用于導(dǎo)體材料,并不能用于其他非金屬和非導(dǎo)體材料。人們開發(fā)了的激光輔助攪拌摩擦焊 。這種方法由通用銑床和Nd:YAG激光器改造成的。激光能源在旋轉(zhuǎn)攪拌頭前面有限范圍內(nèi)預(yù)熱工件。這樣,旋轉(zhuǎn)的攪拌頭前面的工件體積、塑性增加(插圖1)。然后,采用與普通FSW工藝一樣的方法連接工件。旋轉(zhuǎn)工具前面的高溫軟化了工件,并且可以不用強(qiáng)大夾具裝夾就能夠保證連接。向前移動(dòng)焊接工具只需很小的力,所以減少了磨損。對(duì)于激光能源這種工藝的優(yōu)點(diǎn)還有焊接能力較高,焊接中不會(huì)引起過多的磨損。商業(yè)用的激光器,具有很精確地激光直徑控制裝置,因此,控制工件的受熱區(qū)域和激光源到達(dá)工件的數(shù)量,并且保持系統(tǒng)的其他部位的受熱是比較容易的。 目前激光輔助攪拌摩擦焊的焊接工藝已經(jīng)被證明。激光能預(yù)熱工件的使用標(biāo)志著在焊接工具和工件中需要提供較大的力的降低,用這種改進(jìn)的方法簡(jiǎn)化了使用,因此使用經(jīng)濟(jì)的焊接方法已成為可能。另外,較高的焊接速度在改進(jìn)中獲得了較好的效益。5攪拌摩擦焊鑄鋁的高效連接技術(shù)針對(duì)ZL114A合金廣泛應(yīng)用,中國攪拌摩擦焊中心對(duì)該材料的攪拌摩擦焊工藝適應(yīng)性進(jìn)行了開發(fā), 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,該材料的攪拌摩擦焊工藝適應(yīng)性良好,接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到了母材的91%,接頭力學(xué)綜合性能優(yōu)于電子束等熔焊方法。 ZL114A合金(舊牌號(hào)為ZAlSi7Mg1A),是在ZL101A合金基礎(chǔ)上增加Mg元素的含量發(fā)展起來的Al-Si-Mg系高強(qiáng)度鑄造鋁合金。它既具有優(yōu)良的鑄造工藝性能,又具有較ZL101A合金更高的力學(xué)性能。由于其優(yōu)越特性,在航空航天制造業(yè)中,廣泛用于制造重要部位的大型薄壁結(jié)構(gòu)件。ZL114A合金應(yīng)用前景廣闊,產(chǎn)生了對(duì)材料高效連接技術(shù)的迫切需求。因采用熔焊方法,熱輸入量較大,焊接變形大,難以滿足薄壁件精度要求;并且焊縫易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、燒穿、裂紋等缺陷,缺陷率高;而且焊前焊后處理工序較繁瑣。 攪拌摩擦焊是一種新興的金屬固相連接技術(shù),金屬在焊接過程中不熔化,熱輸入量?。缓缚p的連接是在金屬受擠壓的狀態(tài)下完成的,焊接接頭不會(huì)產(chǎn)生熔化焊焊接接頭的氣孔和裂紋等一類缺陷,焊縫缺陷少;攪拌摩擦焊類似于機(jī)械加工過程,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,而且沒有熔化焊中的電壓,電流,強(qiáng)光,金屬粉塵等現(xiàn)象,工作環(huán)境環(huán)保清潔。最重要的是,攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能優(yōu)于熔焊接頭。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了母材的91,試樣延伸率達(dá)到了2.5,接頭組織晶粒細(xì)化、均勻而致密,消除了母材的鑄造缺陷。ZL114A母材與焊接接頭微觀組織對(duì)比,可觀察到焊核區(qū)微觀組織是無方向性的、細(xì)小的等軸晶粒,母材區(qū)為粗大的樹枝狀鑄造組織。攪拌摩擦焊是一種區(qū)別于熔化焊和機(jī)械連接的新型焊接技術(shù),基于其技術(shù)優(yōu)勢(shì),在航空制造業(yè)中的應(yīng)用具有巨大的潛在性,為各種輕質(zhì)合金高效連接,提供了解決途徑和方法。6攪拌摩擦焊接在運(yùn)載火箭上的應(yīng)用運(yùn)載火箭貯箱常用的材料是比強(qiáng)度高、比剛度高的鋁合金,如2014,2219和7075 鋁合金?,F(xiàn)在,運(yùn)載火箭貯箱又采用性能更好的2195鋁鋰合金。在航天產(chǎn)品中,特別是在制 造運(yùn)載火箭貯箱中,焊接工藝是一項(xiàng)關(guān)鍵的制造技術(shù)。熔焊技術(shù)如氣體鎢極電弧焊(GTAW )和氣體金屬電弧焊(GMAW)自20世紀(jì)50年代起,在雷神、宇宙神、大力神、土星和德爾它 系列運(yùn)載火箭貯箱的制造中使用了幾十年,從焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝等方面作了大量的研究工 作,滿足了焊接質(zhì)量的需要。同時(shí),為了提高焊接質(zhì)量和降低成本,20世紀(jì)80年代美國又采 用了變極性等離子弧焊(VPPA)焊機(jī),并配備了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),代替了GTAW和GMAW ,焊接了2219-T87鋁合金制的航天飛機(jī)外貯箱,使焊接工藝在貯箱的制造中向前邁進(jìn)了一 大步。迄今為止,雖然焊接質(zhì)量有所提高,焊接時(shí)間有所縮短,但仍不能徹底解決焊縫及近縫區(qū)的裂紋和減少焊接氣孔等缺陷問題。1991年英國劍橋大學(xué)焊接研究所(TWI)發(fā)明了攪 拌摩擦焊接(FSW)。這種焊接技術(shù)焊接的鋁合金變形小、冶金和力學(xué)性能高、成本低和焊接時(shí)間短。挪威在世界上最早用FSW焊接技術(shù)焊接過6 mm16 m2的6068-T6鋁合金船面板和20 m長的鋁合金制的快艇,焊接總長達(dá)10 000 m。瑞士也研制出FSW焊機(jī)。為了加速FSW焊 接技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用,1995年國際合作公司贊助了一項(xiàng)計(jì)劃,由TWI研究所牽頭繼續(xù)研究FSW,并用FSW焊接2000系(AlCu)、5000系(AlMg)、6000系(AlMgSi)等鋁合金,并均獲得滿意的焊接質(zhì)量。TWI研究所、美國愛迪生焊接研究所(EWI)等部門,除了研究用FSW焊接鋁合金外,還研究用它焊接黑色金屬及其它金屬。美國的航空航天工業(yè)部門對(duì)F SW開展了更多的應(yīng)用性研究,如洛馬公司、波音公司投入了大量的研制經(jīng)費(fèi),僅花在FSW 焊接工藝和設(shè)備研制上的費(fèi)用就達(dá)1500萬美元,成功地焊接了德爾它的運(yùn)載火箭貯箱 。由于FSW是在比被焊合金材料熔點(diǎn)溫度低的條件下完成的固態(tài)連接,所以金屬材料沒有熔化,焊接收縮變形小和力學(xué)性能損失低,與傳統(tǒng)的GMAW和GTAW熔焊技術(shù)焊接鋁合金相比,有著突出的優(yōu)點(diǎn):a)不需要?dú)?、氦保護(hù)氣體和填充材料,焊接時(shí)不需要控制焊接電流和電弧電壓參數(shù),節(jié)省了大量材料的消耗。b)焊前不需要對(duì)被焊接材料和焊絲仔細(xì)清理、酸洗、打磨和烘干等,不必對(duì)被焊接材料機(jī)械加工開剖口,節(jié)省了許多操作時(shí)間。c)焊工不要求有高的操作技術(shù)。d)焊接能量效率高,單層焊接6000系鋁合金可達(dá)12.7 mm厚度,因此適合于自動(dòng) 化生產(chǎn)。e)不存在鋁合金焊接主要缺陷,即裂紋敏感性問題,因此,容易焊接難以焊接的鋁合金材料,如7075鋁合金。f)由于FSW可以保持合金的冶金性能,所以可焊接金屬基復(fù)合材料和快速凝固材料。 g)采用最佳的焊接參數(shù),可以獲得無氣孔的焊縫。h)可以焊接異種金屬,如鑄造和擠壓、鑄造和鍛造材料等。i)用FSW可以焊接許多通常不能夠焊接的長而大的橫截面零件。J)焊接大尺寸擠壓件變形很小。k)焊接前工件裝配要求低,待焊接表面根部不必緊配合,根部裝配間隙允許公差低, 1.6 mm厚薄板根部裝配間隙為0.2 mm,12.7 mm厚板為1.25mm。FSW是一項(xiàng)適合于焊接鋁合金的新技術(shù)。因?yàn)樗枪虘B(tài)焊接,與熔焊鋁合金技術(shù)相比,具有3個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):a)固態(tài)連接消除了與熔焊有關(guān)的裂紋,即液化或固化裂紋。在最佳焊接條件下完全消除氣孔。b)不存在焊縫金屬蒸發(fā)產(chǎn)生的合金元素?fù)p失,焊縫合金元素得到保存,因此焊接質(zhì)量得到保證。c)由于焊接工具對(duì)材料產(chǎn)生的碾壓、攪拌和鍛造作用,可得到比基體金屬更為細(xì)小的再結(jié)晶組織,焊縫金屬強(qiáng)度超過了焊接熱影響區(qū)材料的強(qiáng)度。用于運(yùn)載火箭貯箱的材料2014-T6高強(qiáng)度鋁合金(中國牌號(hào)為LD10)是比較難焊接的金屬材料,其焊接熱裂紋傾向性高,焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)為0.5左右,塑性不高,延伸率僅2%3 %,補(bǔ)焊性能差。FSW焊接后的接頭彎曲試樣證明:接頭塑性明顯提高,彎曲角達(dá)180,拉 伸試樣均斷在焊縫金屬外的熱影響區(qū)。2014-O狀態(tài)拉伸試樣破壞均斷在基體金屬。與熔焊接頭相比,F(xiàn)SW焊接接頭 的抗拉強(qiáng)度高30%50%,焊接接頭的強(qiáng)度系數(shù)達(dá)0.7,斷裂韌性提高,疲勞性能與鉚接 的相同。2519-T87高強(qiáng)度鋁合金有優(yōu)異的沖擊性能,用于海軍先進(jìn)的水陸兩用攻擊型戰(zhàn)車,但用普通熔焊時(shí),焊接接頭塑性低,不能通過必須的沖擊驗(yàn)收試驗(yàn),經(jīng)FSW焊接后的焊接接頭比熔焊接頭塑性提高,強(qiáng)度相同,成功地通過了彈道沖擊試驗(yàn)。2195-T8鋁鋰合 金采用FSW焊接,焊接接頭力學(xué)性能比VPPA焊接接頭力學(xué)性能高得多。FSW發(fā)展很快,已有10年。自從1995年以來,歐洲、美國和日本等一些國家對(duì)FSW開展了應(yīng)用性研究,特別是美國航空航天工業(yè)部門高度重視該技術(shù),并用它 成功地焊接了以往難以焊接的7075鋁合金低溫燃料貯箱,其力學(xué)性能很好。5454鋁合金焊接后有很好的抗腐蝕性。當(dāng)前各國都在研究不同鋁合金,不同接頭形狀的焊接,著手建立材料焊接力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫,建立飛機(jī)和航天工業(yè)用鋁合金焊接標(biāo)準(zhǔn),并將FSW應(yīng)用擴(kuò)大到汽車、造船 、鐵路 、建筑、壓力容器等部門。同時(shí)研究熔點(diǎn)高的鈦合金材料,包括金屬基材料在內(nèi)的泡沫鋁合金材料的焊接。FSW焊接主要依靠設(shè)備完成,研究的重點(diǎn)是夾持器和特型指棒。研究證明:工具的形狀決定了焊縫金屬塑性加熱、熱塑性材料的流動(dòng)和鍛造形式;夾持器的尺寸決定了焊縫 的尺寸、焊接速度;工具材料決定了摩擦加熱速度、夾持器的強(qiáng)度、工件溫度;所以,夾持器決定了焊縫的最終質(zhì)量。在各國的專利中,為了焊接出最好的力學(xué)性能和冶金性能、完全 無氣孔、光滑表面的焊縫,對(duì)各種各樣的特型指棒的形狀分別作了研究;對(duì)圓柱形夾持器的直徑2rs、幾何形狀、焊接速度、向下的作用力F以及 焊接材料厚度W的最佳配合作了研究,得出了以下結(jié)論:FSW是一種最新的非常適合于焊接鋁合金的工藝技術(shù),具有焊接變形小、質(zhì)量高和成本低等優(yōu)點(diǎn)。雖然發(fā)展時(shí)間不長,在運(yùn)載火箭貯箱制造等領(lǐng)域已經(jīng)獲得應(yīng)用,并在進(jìn)一步 擴(kuò)大。由于這種焊接工藝在航空航天工業(yè)部門的重要性,又極具潛力,目前關(guān)鍵性的焊接規(guī)范參數(shù)和工具技術(shù)還處于保密階段。我國應(yīng)要盡早開展 FSW在航天工業(yè)上的研究,用于高強(qiáng)度鋁合金制造的產(chǎn)品中。
收藏
編號(hào):20489888
類型:共享資源
大?。?span id="24d9guoke414" class="font-tahoma">1.51MB
格式:ZIP
上傳時(shí)間:2021-03-23
40
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
2張CAD圖紙+PDF圖
攪拌
摩擦
磨擦
機(jī)械
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
cad
圖紙
pdf
- 資源描述:
-
喜歡這套資料就充值下載吧。。。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。。。下載后都有,,請(qǐng)放心下載,,文件全都包含在內(nèi),,【有疑問咨詢QQ:1064457796 或 1304139763】
展開閱讀全文
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
裝配圖網(wǎng)所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網(wǎng)友學(xué)習(xí)交流,未經(jīng)上傳用戶書面授權(quán),請(qǐng)勿作他用。