焊接变位器课程设计_200kg座式焊接变位机

焊接变位器课程设计_200kg座式焊接变位机 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 学生学号 实验课成绩 0121001080300 学 生 实 验 报 告 书 200kg座式焊接变位机设计 实验课程名称 开 课 学 院 材料学院 指导教师姓名 陈士民 学 生 姓 名 学生专业班级 成型1003 学年 第 1 学期 2011 -- 2012 1 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 1.设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 确定…………………………………………………………………………2 1.1设计要求、技术要求……………………………………………………………….2 1.2回转机构的确定…………………………………………………………………….2 1.3倾斜机构的确定…………………………………………………………………….2 1.4机构预期寿命估算………………………………………………………………….2 2.回转机构设计…………………………………………………………………………4 2.1回转轴强度计算…………………………………………………………………….4 2.2根据回转轴直径及受力情况选择轴承…………………………………………….6 2.3设计回转轴结构尺寸、选择键…………………………………………………….6 2.4回转机构驱动功率计算及电机选择……………………………………………….7 2.5设计回转轴减速机构……………………………………………………………….8 2.5.1圆柱齿轮的设计…………………………………………………………………..9 2.5.2蜗轮蜗杆设计及校核………………………………………………………….…11 2.5.3圆柱齿轮的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ………………………………………………….…………13 2.5.4键的校核………………………………………………………………….………13 2.6回转主轴受力分析及校核，轴承校核……………………………………………142.6.1回转轴的受力分析……………………………………………………………….14 2.6.2回转轴的强度校核……………………………………………………………….15 2.6.3回转轴轴的刚度校核…………………………………………………………….18 2.6.4轴承的校核……………………………………………………………………….19 3.倾斜机构设计. …………………………………………………………………… 20 3.1方案确定……………………………………………………………………………20 3.2倾斜力矩的计算… ………………………………………………………………20 3.3计算传动功率，选择电动机，计算传动比…… ……………………………..…21 3.4设计倾斜轴的减速机构……………………………………………………………21 3.4.1带传动设计……………………………………………………………………….21 3.4.2圆柱齿轮的设计………………………………………………………………….23 3.5倾斜轴的设计及轴承的设计………………………………………………………25 3.5.1倾斜轴的设计………………………………………………………………….…25 3.5.2 轴承的设计………………………………………………………………………26 3.5.3倾斜轴的刚度校核……………………………………………………………….26 3.5.4轴承的校核………………………………………………………………………27 4.小结 ………………………………………………………………………………….28 参考文献 ………………………………………………………………………………28 2 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 1.设计方案确定 图1-1 1.1设计要求、技术要求 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1-1设计要求、技术要求 工作台回工作台倾载重量 回转速度 倾斜速度 工作台重心高偏心距 工作台倾 转 斜 尺寸φ 度 斜角度 电机驱动 电机驱动 200kg 0-1.6r/min 0-1r/min 400mm 200mm 120mm 0-135? 1.2回转机构的确定 由于工作台回转速度低，调速范围大，额定功率低，所以选择直流电动机;因为总传动一般大，故可选择外购一个减速器，蜗轮蜗杆机构。 1.3倾斜机构的确定 工作台的倾斜是为了使工件定位，其倾斜运动一般是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜。因此次设计的载重量不是很大0~135:，故采用人工手柄带动，采用两级减速，蜗轮蜗杆减速及半圆齿轮机构，从而形成的调速范围。 1.4机构预期寿命估算 机构预期使用寿命为5年，由于变位机上面焊件不可能总是在全自动化条件下焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作时间的50%计算。以每天两班制，全年工作300个工作日记则其使用寿命为小时。 根据《焊接工装夹具及变位机械图册》初步设计焊接变位机简图，如图1-2 3 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 图1-2 4 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 2.回转机构设计 2.1回转轴的强度计算 如下图2-1所示，X、Y、Z三轴方向设定Z为主轴方向，Y垂直主轴方向沿纸面向上， X轴垂直主轴纸面向外。 图2-1 主轴受力有弯力矩和扭矩。 绕X轴M，绕Y轴M xy 在焊件和夹具等综合重要作用下，回转轴的危险断面在轴承A处，A点垂直回转轴线的截面上受有弯曲力矩M和扭矩M. wn 5 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 因此有 22 M,Ghsin,，e，2hesin,cos,sin,w 其中 G—综合重量 e—综合重心偏心距 h—综合重心高 ,错误～未找到引用源。—回转轴的转角 ,—回转轴的倾斜角 A截面受的扭矩为 按第三强度理论折算当量弯矩 ,与,满足计算分析后得到当 当量弯矩有最大值，为 2222MGheMPa,，,，，,2009.8200120457.15 xdmax 根据初步确定回转轴的直径: Mxdmax #主轴材料选择材料为45钢调质状态，其弯曲疲劳强度极限 ,,275aMP-1 ,,,1[],,许用应力: Kn 错误～未找到引用源。; K—应力集中系数取1.7; 6 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 n—安全系数取1.6; 则有根据公式: ,,0.5275，,1[]53.92,,,MPa, Kn1.71.5， 10，M10457146，xdmax33dmm,,,43.93则主轴直径 ,[]53.92取最小值d=45mm min 2.2根据回转轴直径及受力选择轴承 由于轴承受径向作用及轴向作用，故选用圆锥滚子轴承，d=45mm。 min 根据要求选择圆锥滚子轴承30210 50mm，D=90mm，B=20mm 基本尺寸d= 基本额定负荷Cr=73.2kN, Cor=92.0kN 2.3设计回转轴结构尺寸及键的选择 根据轴的最小尺寸d=45mm，轴承内径d=50mm，初步确定轴的各部分尺寸如下图错误～min 未找到引用源。 7 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 图2-2 径向尺寸: d=45mm，d=50mm，d=55mm，d=55+10=65mm，d=50mm 12345轴向尺寸:(B预取36mm) l=80mm，l=80mm，l=B-(2~3)=70mm，l=25mm，l=15mm，l套=28mm 12345 轴上的键由d=45mm 《机械设计课程设计》表11-28 ?1 取圆头普通平键公称尺寸b×h=14×9 长度取标准l=63mm ? 轴上的键由d=55mm 3 取圆头普通平键公称尺寸b×h=16×10 长度取标准l=56mm 2.4回转机构驱动功率计算及电机选择 由分析可知，在时，扭矩有最大值 ,,,::90=0， MGe, nmax 以此计算回转轴的驱动功率 N—回转轴的驱动功率kW; n—回转轴的最大转速r/min; 8 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 —回转轴系统的转动效率; , —轴承处的摩擦力矩; N,mMf MfFdFd,，0.5()且 faabb—轴承的摩擦因数; f 、—A、B处的轴径; ddab 、—时A、B处的合成支反力; ,,,::90=0，FFab 2Gl22()()FlhlK,，，, a12lR eKG221()Fh,， blR 由设计可得 两轴承之间的距离为l=135mm 蜗轮中心到上轴承的距离 K,74mm1 蜗轮半径错误～未找到引用源。R=100mm 22Gl2009.8135，2222FlhlKN,，，,,，，,,()()(135200)(13574)5008 a122lR135100 eKG2009.812074，，22221FhN,，,，,()200()3177 blR135100由圆锥滚子轴承，摩擦因数取0.0025 f MfFdFdNm,，,，，，，,,0.5()0.50.0025(50080.0531770.05)0.512 faabb 由《机械设计课程设计》表2-2知 联轴器: ,,0.991 初选一级摆线针轮减速器 ,,0.932 自锁蜗杆(油润滑): ,,0.453 9 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 滚动轴承: ,,0.984 2则 ,,，，，,0.990.930.450.980.398 ()GeMn，(2009.80.120.512)1.6，，，，fNkW,,,0.099 ,955095500.398， 选用直流电机Z2-11 P=0.4kW n=1500r/min 见《实用机械电气技术手册》表12-8 2.5设计回转轴减速机构 回转速度为0~1.6r/min,则有 1500i=937.5,总传动比为 总1.6 选择外购减速器传动比 i23,1 蜗轮蜗杆传动比 i40,2 937.5920,u,，,,100%1.87%2%，误差可以接受 ii2340920，,，,12937.5 外购直联型一级摆线针轮减速器:ZWD0.4-2A-23 见《机械设计手册》表10.2-132 2.5.1蜗轮蜗杆设计及校核 蜗杆转速n=1500/23=65.22r/min ? 选择材料 #蜗杆采用45钢表面淬火，硬度为45~55HRC,涡轮材料采用ZCuSn10P1，金属模铸造。 ? 确定主要参数z、z 12 z=2，则 zzi2x1020,，,,121 ? 按齿面接触强度设计 1) 作用在涡轮上的转矩T 2 按z=2估算 ,,，，，，,0.930.990.970.980.40.361 0.465,,,,，，，，，，,，,,TTiNmm9.5510400.450.930.999.710 2165.22 2) 确定载荷系数K K=1.25 K=1.05 K取值见《机械设计》表11-1 AVAK=KK=1.25×1.05=1.3125 AV 10 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 ,3)确定许用接触应力 HP 基本许用接触应力 错误～未找到引用源。见《机,,200MPaHP -5 械设计》表12 应力循环次数 6N=60nt=60×65.22/40×12000=1.17396×10 7108,,z1.31则寿命系数 NN ,,,，,，ZMP1.31200a故许用应力=288MPa HPNHP 确定模数m及蜗杆直径d 1 22,,Z160,,253EmdKTmm,,，，，，,991.31259.7102211.8 ,,12,,,Z40288，,,HP,,2233取md=2500mm>2211.8mm 查《机械设计》表12-1 1 5，d=90mm，q=18，z=1，z=40 m=112 蜗轮半径:d=mz=200mm， 22 maqz145mm,，,中心距 ，，22 ,,Z11计算蜗杆分度圆导程角: ,,,,:,:arctanarctan311'330',,q18,,蜗杆具有自锁性 *d290215100mm,，,，，，,dhm aa11 Bdmm,,，,0.750.7510075 a1 蜗轮轮毂宽度B=72mm ,,9mm蜗轮减速器壁厚:0.04a+3=8.8mm,8mm， ? 热平衡的计算 1)滑动速度 ,dn,，，4065.2211V0.137/,,,msS 601000cos60000cos311'，，:, 2)当量摩擦角,，查《机械设计》表12-10 v 用插值法得 ,,:421'v 3) 总效率, 11 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 tan, ,,0.950.419,，tan(),,v 4) 箱体散热面积估算 ,,51.8851.882Aam,，，,，，,9109101000.518 工作油温 2取t2014w/,,,?，?,m ，，,0 则达到热平衡时的工作油温为 1000P(1-)10000.0990.930.99(1-0.419),,，，,ttC,，,，,:2029.0 10A140.419，,s tCC,:,:29.060~70 1 2.5.2键的校核 #由于回转轴中两个键选用45钢，连接方式为静连接，转速低，查《机械设计》表15-1得 ，K?h/2 TMGeNmm,,,，，,,2009.8120235200 nmax 校核?轴段上的键 22235200T，,,,,,,47.4MPa,, pP19dlk145(6314)，,，2 校核?轴段上的键 22235200T，,,,,,,42.76MPa ,,pP310dlk355(5616)，,，2 可见两个键的选取都满足要求 2.6回转主轴受力分析及校核，轴承校核 2.6.1回转轴的受力分析 两轴承之间的距离为l=135mm 蜗轮中心到上轴承的距离 K,74mm1 12 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 蜗轮半径错误～未找到引用源。R=100mm 由《焊接机械装备评议》表2-1及分析之合成支反力在错误～未找到引用源。 A，B截 面上的最大值出现在 ，或者时， ,,,:,:900，,,,,,:，90min 公式得， 由《焊接机械装备评议》表2-1的 当时 ,,,,,:，90min 2222hehl，，，，，200120200135 FGN,,，,2009.85067AO2222lhe，，135200120 2222he，，200120 FGN,,，,2009.83386BOl135 当时 ,,90:，,,0: 22Gl2009.8135，2222FlhlKN,，，,,，，,,()()(135200)(13574)5008 AO122lR135100 eKG2009.812074，，22221FhN,，,，,()200()3177 BOlR135100由以上计算可知当当时 ,,,,,:，90min A、B的支反力有最大值 2.6.2回转轴的强度校核 (注意:弯矩图数据没改，请自行作图) 13 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 先作出轴的受力计算简图如图2-5所示 图2-4 ?齿轮上作用力的大小 转矩由以上计算得 T=9550×0.099×0.99×0.93/65.22=13.3N?m 1 T=(9550×0.099×0.99×0.93×0.45)/(65.22/40)=240.3N?m 2 2T2240.3，2 FFN,,,,2403at12d2002 2T213.3，2 FFN,,,,133ta12d2002 FFFN,,,，:,tan2403tan20874.6,rrt122 轴承的支反力 ? 轴承到蜗轮中心C的距离 轴承A:L=74mm，轴承B:L=61mm，L=135mm AB 14 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 水平面上的支反力 F=61F/135=1086N Axt2 F=74F/135=1317N Axt2 垂直面上支反力 轴向受力Fa=Fa2=133N，d=200mm 2 d261,，FFar2 296.7FN,,By135 d274FF，ar2577.9 FN,,Ay135 ?画弯矩图 截面C出的弯矩为 ,3MFNm,，，,,741080.4水平面上的弯矩 cxAx d,,332,，，，，,,61101031.4MFFNm垂直面上的弯矩 cyBya2 22MMMNm,，,,86.3合成弯矩 ccxcy ? 弯矩图 T=240.3N?m 2 ? 出才计算弯矩图 2222MMTNm,，,，，,,()86.3(0.6240.3)168, ccmax2 15 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 图2-5 ? 按弯扭合成应力校核该轴的强度 ? 面C当量弯矩最大，故截面C为可能危险截面 ,,60MPaMMNm,,,168，查表17-2，的 ,,,1bcacmax 223MT，(),M16810，ca,,,,,,10.9760MPaMPa,,,, ,cab133Wd0.10.155， ? 面D处虽然仅受转矩，但其直径d=45最小，则该截面亦为可能危险截面 min 3MM0.6240.310，，ee,,'15.8260,,,,,,MPaMPa,, ,cab133Wd0.10.145， 16 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 2.6.3回转轴轴的刚度校核 (注意:刚度和转角条件有变动，参考机械设计课本) 图2-6 其中错误～未找到引用源。P=G=200×9.8=1960N，a=84mm #对于45钢错误～未找到引用源。E=200GPa 22Paxlx(), y, 6lEI 33Pa196084，ylamm,,，,,，,()(13584)0.000691max4 ,，503EI9320010，，， 320.0002L=0.027mm ymmmm,,0.0006910.027由 max 因此绕度满足要求 180，，MLnnmax,,扭转角 GI, I是截面的惯性矩 d45mm,时min 4,，4554Imm,,，4.0310 32 G是切边模量 错误～未找到引用源。G=80GPa MGeMPa,,，，,2009.8120235.2 nmax 17 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 180，，ML180235.2，nnmax,,,,:0.418/m 95GI80104.0310，，，,, 在较精密传动范围内:0.25<0.418<0.5 综上校核知，轴的设计满足刚度要求 2.6.4轴承的校核 由上面的计算可知，当错误～未找到引用源。时 ,,,,,:，90minFN,5067 AO FN,3408 BO A、B截面上的合成支反力有最大值 对于圆锥滚子轴承器其最大当量动负荷: 轴向力Fa=133N，Fa/F=0.039<0.42=e BO 故最大当量动载荷P=5067N，其中Cr=73.2kN, Cor=92.0kN 6Cf10,t,L()10由公式 60nP 10f,1,,取温度系数，滚子轴承，n=1.6r/min t3 1066Cf101073.21000，,7t3Lhh,,,，,()()7.61012000 1060601.65067nP， 因此轴承的寿命满足使用要求 18 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 3.倾斜机构的设计 3.1方案确定 倾斜机构采用电机驱动，采用三级减速，V带传动减速，蜗轮蜗杆减速及扇形齿轮机构， ?~135?的调节范围。 从而形成0 3.2倾斜力矩计算 最大倾斜力矩出现在，或者时， ,,,:,:900，,,,,,:，90min 预取h=h+50=250mm 1 2222MGheNm,，,，，,,2009.8250120543.5 Tmax1 3.3计算传动功率，选电机，计算传动比 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 参数200kg焊接变位机用电机驱动，倾斜速度为n=1r/min由于摩擦力矩相对较小，可 根据最大倾斜力矩，倾斜速度，传动机构总效率计算传动功率: MnTmaxN, 9550, V带传动 ,,0.951 外购蜗轮蜗杆减速器: ,,0.632 圆柱齿轮(8级精度): ,,970.3 滚动轴承: ,,0.984 ,,，，，,0.950.630.970.980.569则 Mn543.51，TmaxNkW,,,0.10 ,955095500.569， 选择三相交流异步电动机Y801-4，P=0.55kW，n=1500r/min 总传动比:i=1500/1=1500 分配传动比 V带传动比i=3 1 蜗轮蜗杆减速器传动比i=63 2 圆柱齿轮i=7.9 3 15001493.1,u,，,,100%0.46%2%，误差可以接受 iii3637.91493.1，，,，，,1231500 外购轴装式圆弧圆柱蜗杆减速器:SCWU80-63-?F 见《机械设计手册》表10.2-152 19 武汉理工大学《座式焊接变位机设计》 3.4设计倾斜轴的减速机构 3.4.1 V带传动的设计 考虑载荷变化小，工况系数KA=1.1 P= 1.1×0.55=0.605kW Pc=KA? 根据功率Pc=0.605kW和转速n=1500r/min，选择Z型带 初选小轮直径 d=50mm 1 验算带速v ,dn,501500，11vmsms,,,,3.93/25/ 601000601000，， 大轮直径:d=di=50×3=150mm 21v 初定中心距a:140mm=0.7(d+d)