大型滚筒焊件旋转装置

1、 长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY本科生毕业设计设 计 题 目： 大型滚筒焊接旋转装置 系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 朱 旭 班 级： 3 学号 指导教师姓名： 夏尊凤 职称 教授 职称 长沙学院教务处 二一三年六月制（2016届）本科生毕业设计说明书大型滚筒焊件旋转装置系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 朱 旭 班 级： 3 学号 指导教师姓名： 夏尊凤 职称 教授 职称 最终评定成绩 2016年05月摘 要焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊

2、接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。大型滚筒焊件旋转装置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，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。本次设计主要对自调式20T大型滚筒焊件旋转装置进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该旋转装置结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。关键词：焊接；旋转装置；大型滚筒焊件ABSTRACTWelding equipment is a machine which is used in

3、welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mechanization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiati

4、ve and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mechanical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories the first category is long axis-wheel f

5、rame., the second category is modular roller frame. In this paper, twenty pairs of modular T-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible,

6、 adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. And it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors. Keywords: weld, Rotation means, Large drum weldment目 录摘 要IABSTRACTII第1章 焊接机械概述11.1焊接机械装备11.1.1 焊接机械装备的分类及应用11.1.2 国内

7、发展及前景21.2 研究课题及意义21.2.1 焊接滚轮架的特点3第2章 方案设计42.1 回转方案的确定42.1.1 工作条件42.1.2 原动机类型的选择42.2 旋转装置的结构选择42.3 焊接工件直径调节方案的确定62.4 旋转装置减速方案确定72.5 滚轮结构选择7第3章 主要尺寸计算93.1 原动机的选择93.1.1 滚轮受力分析93.1.2 电动机功率的计算103.1.3 传动比分配103.2 减速机构的设计与计算103.2.1 蜗轮蜗杆减速器的设计与计算113.2.2 蜗杆的结构设计123.2.3 齿轮减速机构的设计与计算143.2 轴的结构设计与初步计算183.2.1轴的最小

8、直径设计183.2.1轴的结构设计19第4章 零部件的选用214.1 联轴器的选用214.2 滚轮的设计22第5章 校核计算235.1轴的校核235.2滚轮处键的校核265.3轴承寿命计算27第6章 机架的设计286.1旋转架的设计286.1.2 材料与毛坯286.1.2 材料与毛坯286.1.3 结构设计286.2机座的设计296.2.1 作用于功能296.2.2 材料与毛坯296.2.3 结构设计29结 论31参考文献32致 谢33第1章 焊接机械概述1.1焊接机械装备焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业，现在，随着科学技术的进

9、步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺，但是，焊接生产是综合性生产，在焊件制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有许多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、矫正等工序，因此，焊接生产的机械化、自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括与焊接工序衔接的上下各工序的机械化、自动化，只有各个工序机械化、自动化了，才能实现焊接生产的综合机械化和自动化1。1.1.1 焊接机械装备的分类及应用焊接变位机械的分类及各类所属设备如下：焊接变位机、焊接翻转机、焊接操作机、焊接滚轮

10、架。1.1.1.1 焊接变位机应具有的性能一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是：1)焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。2)对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。3)在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。4)与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度(点位控制)和运行轨迹精度(轮廓控制)应控制在0.1-2mm之间，最高精度应可达0.01mm。5)回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。6)有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。7)整个结构要有良

11、好的密闭性。以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物应易被清除。8)焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。9)工作台面上应刻有安装基线，井设有安装槽孔，能方便的安装各种定位器件和夹紧机构。10)兼作装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。 11)用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。1.1.1.2 工作环境焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的50左右需采用焊接工艺才能形成产品；在石油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑

12、、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着重要而广泛的应用。许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。1.1.2 国内发展及前景目前国内进口的主要品牌焊接滚轮架有：如芬兰 PEMALDO 滚轮架，意大利 ANSALDO 公司等。他们的滚轮架采用了速度控制系统、机械转动系统、防偏移结构、滚轮中心距调整 2。国内焊接滚轮架已经有不少厂家生产，可以生产各种型号和规格的焊接滚轮架，但质量还有待改进。1.2 研究课题及意义焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处以合适易焊接的位置的焊接辅助设备。选择合适的焊接变位机能提高焊接质量及生产效率，降低工人的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理。特别是

13、入世的冲击，工程机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命，不仅要求装备的制造精度高、成套性好，而且还要求全集成自动化控制一体化。1.2.1 焊接滚轮架的特点焊接滚轮架是借助主动滚轮和工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊接变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的转配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当的调整，也可以进行锥体、分段不等径回转体的装配于焊接。对于一些非圆长焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可以在焊接滚轮架上进行装焊作业。1.2.1.1 焊接滚轮架的应用课题设计的机器是焊接大型滚筒旋转的机器，是一种适合于大型回转体的焊接设备，它

14、可以用于输油管道焊接或大型矿山机械回转体的焊接等。1.2.1.2 研究意义在工业生产中间，焊件旋转装置可以使大型滚筒旋转而使焊枪不动，从而使焊缝更加均匀，焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高生产效率。 第2章 方案设计2.1 回转方案的确定大型滚筒焊件旋转装置用来完成圆柱焊件，例如大型管道、水管焊接的辅助焊接设备。焊接过程中焊枪固定不动，旋转装置使圆柱形焊件旋转，来完成焊接。主动滚轮架的摩擦滚轮运动是通过滚轮回转，以摩擦力驱动滚筒旋转。所以回转方案采取电动机驱动。2.1.1 工作条件焊接滚轮架不仅要有好的承载能力，还要有高的定位精度，在焊接过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选

15、择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机也就理所应当的出现了。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。2.1.2 原动机类型的选择滚轮转动采用电机驱动交流电机驱动。优点有（1）良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡;高效率，90%以上，不发热;高速控制;高精确位置控制。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。2.2 旋转装置的结构选择焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊接件之间的摩擦力，带动焊件旋转的变位机械，主要用

16、于筒形焊件的焊接和装配。方案一的机构运动示意图如图2.1 所示，为滚柱式滚轮架，通过电机驱动主动滚筒旋转，使工件旋转。这种结构适用于薄壁，直径不大的焊件焊接。 1-主动滚轮 2-驱动装置 3-从动滚轮图2.1 滚柱式滚轮架方案二的机构运动示意图如图2.2 所示，长轴式滚轮架，滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动轮，通过电机驱动主动轮，是工件旋转。适用于薄壁焊件焊接焊接。1- 从动滚轮 2-主动滚轮 3-驱动装置图2.2 长轴式滚轮架方案一优点摩擦力大，刚容易带动工件旋转，缺点是工件自身的重力作用在长滚筒上会使滚筒变形；方案二优点多个滚轮支撑不会变形，缺点摩擦力小。综上所述两个方案，选

17、择方案二。2.3 焊接工件直径调节方案的确定焊接滚轮架分为自调式和非自调式。方案一的非调式大型滚筒焊件旋转装置结构如图2.2所示，非自调式是依靠移动从动滑座来调节滚轮间距。1-主动滚轮 2-机座 3-从动滚轮座 4-焊件图2.3 非自调式滚轮架方案二的自调式大型滚筒焊件旋转装置结构示意图如图2.2所示，自调式可以依靠焊件自重自动调节滚轮的间距，图（a）为最大值直径工作位置，图（b）为最小直径工作位置。 （a） （b）1-焊件 2-滚轮 3-滚轮座图2.4 自调式滚轮架方案一优点结构简单，便于加工装配，缺点是调节焊接直径需要人工手动调节；方案二可以依靠焊件重力自行调节，方便操作，缺点是结构复杂。

18、综上所述两个方案，选择方案二。2.4 旋转装置减速方案确定由于工件转速为60m/h，滚轮转速为0.64r/min，传动比较大。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：一级蜗轮蜗杆减速；二级齿轮减速器减速；三级蜗轮蜗杆减速。本次设计采取一级蜗轮蜗杆减速器，单级传动，传动比大，震动小，传递平稳。滚轮处采用渐开线齿轮传动减速，传动效率高，功率范围大，中心距敏感性小，易于加工。2.5 滚轮结构选择焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和适用范围见表2.1。表2.1 滚轮架的结构特点和适用范围类型特点适用范围钢轮承载能力强，制造简单一般用于重型焊件和需要预热处理的焊件以及额定

19、载荷大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶、摩擦力大、传动平稳但橡胶易压坏一般多用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮和橡胶轮相组合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳。一般多用于10t-60t的焊件腹带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂用于轻型、薄壁大直径的焊件及有色金属容器金属滚轮多用铸钢和合金球墨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多在mm之间，国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载量11500t、适用焊件直径18m的标准组合式滚轮架（即两个主动轮座与两个从动轮座的组合）均为系列供应，其滚轮速度多在690m/h之间无级可调，有的还有防止焊件

20、轴向攒动功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达400t、适用焊件直径可达6m，滚轮线速度多在640m/h之间无级调速。防轴向窜动的焊接滚轮架已有生产，但性能尚待提高3。综上所诉选择组合轮。第3章 主要尺寸计算3.1 原动机的选择焊接滚轮架多采用直流电电动机驱动，降压调速。但用于装配作业的滚轮架则采用交流电动机驱动，恒速运行。近年来，随着晶体闸流管变频性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动。变频调速的焊接滚轮架也日趋增多。3.1.1 滚轮受力分析滚轮、焊件的受力分析如图3.1所示，当焊件直径为4000mm时，最外侧滚轮包角为110o，内测滚轮包角为45o，焊件受到滚轮的支反力

21、Ff和滚轮的圆周力F1，滚轮受到焊件的正压力FN。1-滚轮 2-焊件 图3.1 焊接滚轮架受力图四个滚轮的圆周力作用在焊件上产生的摩擦力f,驱动焊件旋转，可得： Gcos55o=2FN R-滚轮半径，f-焊件与滚轮摩擦力，n-滚轮转速。是滚轮与焊件的摩擦系数，取0.353.1.2 电动机功率的计算（1）按工作要求和条件，选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。（2）选择电动机容量电动机所需功率按式（3.1）为（3.1）由电动机至滚轮的传动总效率式中分别为弹性联轴器、十字滑块联轴器、轴套、滚动轴承、蜗轮蜗杆减速器、齿轮、滚轮与焊件摩擦的传动效率。（3）确定电动机转速滚轮轴的工作转速为

22、查手册，对应5.5电机有、，故选为5.5、，选用三相异步电机Y-132S-4。3.1.3 传动比分配传动比的分配为：一级减速为蜗轮蜗杆减速器传动比为，二级减速为蜗轮蜗杆减速器传动比为，三级传动采用齿轮传动，传动比为，总传动比i总=i1 i2i3=2214。3.2 减速机构的设计与计算一级减速机构采用的是蜗杆蜗轮传动机构，蜗轮减速器选用直廓环面蜗杆减速器，型号为HWB125-40-1（JB/T7936-1999）直廓环面蜗杆减速器适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工、建筑等行业机械设备的减速传动4。二级减速采用自行设计渐开线蜗轮蜗杆减速器减速。3.2.1 蜗轮蜗杆减速器的设计与计算3.2.1

23、.1 选择蜗杆传动类型根据查得，选取渐开线蜗杆5。3.2.1.2 材料选择 由于设计的蜗杆传动功率不大，速度较小，所以蜗杆材料采用45号钢，调质处理；为了保证有较高的传动效率，且具有良好的耐磨性，则蜗杆的螺旋齿面要求猝火，硬度为。蜗轮材料则采用铸锡磷青铜，铸造方式则采用金属膜铸造。考虑到有色金属比较贵重，为节约制造成本，仅蜗轮齿圈采用铸锡磷青铜制造，而蜗轮轮芯用灰铸铁HT-200制造。3.2.1.3 蜗杆蜗轮主要参数与几何尺寸 按蜗轮接触疲劳强度条件可得传动中心距 （3.2） 式中 载荷系数，载荷分布不均匀系数 ； 使用系数；动载系数 ； 蜗轮上的扭矩， ； 弹性影响系数，对于铸锡磷青铜蜗轮和

24、45号钢蜗杆的配合，故取 ； Z接触系数， ； 许用接触应力，蜗轮的基本许用应力，而寿命系数。 故计算得出中心距 根据前面计算过程中，已经估算出蜗轮蜗杆传动比，可取蜗杆头数，蜗轮齿数。 取中心距，模数，蜗杆分度圆直径，蜗轮齿数。 计算得出蜗轮蜗杆的相关几何尺寸： 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿跟圆直径 蜗杆齿宽 取 蜗轮分度圆直径 蜗轮齿顶圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮宽度 取 蜗轮蜗杆的传动效率的计算 （3.3） 式中 分度圆程角，取； 当量摩擦角，根据计算查表得 。 故计算后得出 3.2.2 蜗杆的结构设计3.2.2.1 拟定蜗杆零件的装配方案蜗杆上零件的装配方案如图3.2所示，蜗杆上装配的零件有轴

25、承、密封圈、轴承端盖、压盖、键和销。3.2.2.2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度图3.2 蜗杆轴的结构与装配1）由于G-I段需通过联轴器与减速器联接，故G-I直径应与减速器联接处输出轴直径相等，即最小直径，且根据对称性，所以mm。而与A-B配合的联轴器的毂孔长度为50mm，还要配合端盖轴承，结合装配方案，A-B段和G-I段的长度应比各自配合对称，现取 mm。2） A-B段右端需制出一轴肩，定位轴肩高度h一般取为，故取B-C段的直径mm。 3）G-H段为蜗杆机构，前面蜗轮蜗杆计算过程中已计算出相关尺寸，G-H段的长度应满足： （3.4） 式中 模数，在3.5.3中已计算出； 蜗杆齿数，

26、在3.5.3中已计算出。 代入后计算得出 mm 现取 mm 而D-E段的直径就是蜗杆齿顶圆直径mm。 4）根据装配方案的对称性，左右两端装配零件相同，故两段的各部分的直径和长度都相等，在此就不再一一计算。至此，已初步确定蜗杆轴的各段直径和长度。3.2.2.3 蜗杆的强度校核 对于蜗杆轴的强度校核，根据其受力特点，蜗杆最小轴径可根据蜗杆所受的扭矩进行校核计算，蜗杆的工作扭矩。 （3.5） 式中 蜗轮的工作扭矩， 蜗轮蜗杆传动比， 蜗轮蜗杆传动效率， 代入计算得出 。 故蜗杆最小轴径 （3.6） 式中 许用应力，在3.5.2中已确定蜗杆材料为45号钢，正火处理，其抗拉强度 ，安全系数去 。 代入后

27、计算得出 。 经验算 所以选用的蜗杆轴结构符合设计使用要求。3.2.3 齿轮减速机构的设计与计算3.2.2.1 高速级齿轮设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料及模数1）按要求的传动方案，选用圆柱直齿轮传动；2）滚轮为一般工作机器，速度不高，故用7级精度（GB1009588）3）材料的选择。查手册选择小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。4）选小齿轮齿数为Z1=23，大齿轮齿数Z2=iZ1=1.3423=312.按齿面接触疲劳强度设计按公式： (3.7)(1）确定公式中各数值1）试选 =1.3。2）查手册选取齿宽系

28、数 =0.7。3）由前面计算知：小齿轮的扭矩4）查的材料的弹性影响系数 5）按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。6）计算应力循环次数。7）查手册取接触疲劳寿命系数 ， 。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，则有(2) 计算确定小齿轮分度圆直径 ，代入上面计算的 中较小的值1）计算小齿轮的分度圆直径 ，由计算(3.8)公式可得： 因为考虑实际的装配和连接，40.3mm的直径太小了，不合适装轴承，所以取 。2) 计算圆周速度。3）计算齿宽 4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5）计算载荷系数K。据v=0.7 ，7级精度。得 ，直齿轮 ；由查得

29、齿轮的使用系数 ；用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时, 由， ，查得到故 载荷系数：(3.8)代入数据到6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7）计算模数3.按齿根弯曲疲劳强度设计 按公式： (3.9) （1）确定试中的参数1）计算载荷系数 2）取齿形系数查得 ， 。3）取应力校正系数查得 ， 。4）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极 ，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 。5）取弯曲疲劳寿命系数 ， 。6）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有：7）计算大、小齿轮的 ，并加以比较较大齿轮的数值较大。 （2）设计计算，把数据代入到（3.8）中，有对于该计算结果，由齿面接触疲劳强

30、度计算的模数m小于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 m =8mm，所以强度满足，于是有取，则4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度，。5齿轮零件如图3.3所示。图3.3 高速级大齿轮3.2 轴的结构设计与初步计算3.2.1轴的最小直径设计按扭转强度条件计算，如果还受不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法用来初步估算轴径。对于不太重要的轴，也可以作为最后计算结果。图3.4滚轮轴的结构图（1）由于我们这里选用的电动机的功率为5.5kw，依次经过涡轮蜗杆减速器（ ）、十字滑块联轴器（ ）、蜗杆涡轮齿轮（ ）、中间齿轮

31、（ ）、又由于分到4个滚轮轴上，所以到达滚轮轴的最大功率为1003w。又滚轮转速于是按实际功率计算 （2）求作用在齿轮上的力齿轮的分度圆直径为 （3）初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。取 ，于是按额定功率计算 滚轮轴的最小直径显然是安装齿轮处的直径 ，为了使所选的轴直径 与齿轮孔径相适应，取以标准值， 。3.2.1轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案滚轮轴上零件的具体装配关系见上图3.4（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）安装齿轮处的轴段的直径 。就得到齿轮轮毂的宽度为75mm，齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取 。齿轮右端由轴挡板固定。2

32、) FG段由于装配需要直径和长度选为 。3）初步选择滚动轴承，因为轴承要承受较大的径向载荷，故选择调心滚子轴承，参照工作要求，并要求 ，由轴承产品目录中初步选取2基本游隙组、标准精度级的调心滚子轴承22316，其基本尺寸为 。故 ， 。右端滚动轴承采用轴肩定位。有手册上查的22316型轴承的定位轴肩高度 ，又由于有套筒的存在，因此，取4）安装滚轮处的轴段的直径 ；滚轮的左右两端轴承对称分布。那么，滚轮和轴承之间采用套筒定位。且 。至此已经基本确定滚轮轴上的各段直径和长度。 （3）轴上零件的周向定位齿轮、滚轮与轴的周向定位均采用平键连接。按 查的平键截面 ，长度为125mm，同时为了保证滚轮与轴

33、配合有良好的对中性，故选择滚轮与轴的配合为 ；同样，齿轮与轴的连接，选用平键 。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸可以查表取右端的倒角为 ，各轴肩处的圆角半径为2mm。滚轮架的其他各轴的设计依据上面的步骤可以得到。第4章 零部件的选用4.1 联轴器的选用联轴器的类型应根据使用要求和工作条件来确定。具体选择是可以考虑以下几点；（1）机械类型和传动系统的配置情况。（2）所需传递转矩的大小和性质以及对缓冲和减震方面的要求，包括在稳定工况下云装的最大转矩，转矩的时间特性（瞬时的和连续的）。（3）联轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小，对于高速传动轴，应选用平衡精

34、度高的联轴器。（4）两轴相对位移的大小和方向，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，应选用挠性联轴器。（5）联轴器的可靠性、适用寿命和工作环境，通常由金属元件制成不需要润滑的联轴器比较可靠，需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完整程度的影响，而且可能污染环境。（6）联轴器的制造、安装、维护和成本，在满足适用性能的前提下，用选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。在此焊接滚轮架中，电动机和减速器之间需要一个联轴器连接，由于电动机的速度比较快，冲击比较大，因此我们选择弹性联轴节。这类联轴器都两轴线的位移有一定的补偿作用，又由于我们电动机启动比较频繁，传递的扭矩不是很大，所以我们选择弹性套柱销联轴器，

35、这类联轴器的结构与刚性凸缘联轴器相似，只是用套有橡胶弹性套的柱销代替连接螺栓。从减速器出来和蜗杆连接需要一个联轴器，由于此处刚度较大，且无剧烈冲击。故此我们选用十字滑块联轴器，这类联轴器具有挠性，故可以补偿两轴的相对位移。十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用45钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度；为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。4.2 滚轮的设计前已述及，焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，适用于不同场合。其中，橡胶轮缘的滚轮常因结构不合

36、理，或橡胶质量不佳或挂胶工艺不完善，使用不久就会发生挤裂、脱胶而损坏。另外，常在橡胶轮绸与金属的结合部，将金属轮面开出多道沟槽，以增加橡胶与金属的接触向积，强化结合牢度，避免脱胶(图4.1)。至于橡胶成分和挂胶工艺，在美国是一项专利，国内兰州石油化工机器厂，将国产橡胶轮缘的坦克支重轮用在焊接滚轮架上取得了很好的效果，使滚轮寿命延长了许多。图4.1 滚轮结构第5章 校核计算5.1轴的校核以滚轮轴为例来进行轴的校核。1.求轴上的载荷求出滚轮上所受的Ft和Fr（先取中心角 ）。图5.1 滚轮轴的载荷分析图 又由于每个滚轮轴上有两个滚轮，作用在两边的滚轮轴上，所以 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图在

37、确定轴承的支点位置时，可知调心滚子轴承的支点位置在它的几何中心并且没有轴向力。因此可以确定各个零件的支点位置。根据计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。2. 按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即两个滚轮之间的截面）的强度。根据以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢调质处理，其 。因此 ，故安全。表5.1 截面D处的载荷载荷水平面H垂直面 V之反力F弯矩M总弯矩 扭矩T3 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面（参照图5.1）截面H、G、F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消弱轴的疲

38、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H、G、F均无需校核。比较截面D、E都受扭矩，但截面D的弯曲应力比较大，所以不用校核截面E。截面A、B不受扭矩，只受弯矩也比较小，所以也不用校核。截面C、D中，截面C收的弯曲应力小于截面D的扭矩应力，所以截面C也不用校核，两个滚轮中间的位置的应力最大。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，故此处不用校核。所以只要校核截面D左右两侧即可。截面D左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面D左侧的弯矩M为 截面D左侧的弯矩T为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。可以查到 ，

39、 ， 。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 有可查得轴的材料敏性系数为 故有效应力集中系数为 取尺寸系数 ；扭转尺寸系数轴的按磨削加工，可以得表面质量系数 。轴未进行表面强化处理，即 ， 可以查到碳钢的特性系数 取 取 于是，计算安全系数 值，得到 故可知其安全。依据同样的步骤计算截面D右侧，可以得到轴的右边强度也是足够的，也是安全的。 所以所选的轴符合要求，故可有。依据同一样的方法和步骤可以对其余各轴进行校核，都是符合要求的。因此，此次设计所选的轴都符合设计要求。5.2滚轮处键的校核有前面分析可知滚轮处选择，长度为125mm的平键。主要传递扭矩且此处扭矩比较大。为了防止键的工作面被压

40、溃要对其进行进行强度校核。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （5.1）式中 T-传递的转矩 -键与轮毂键槽的接触高度 ，此h为键的高度mm -键的工作长度，mm，圆头 ，这里L为键的公称长度，mm，b为键的宽度，mm。 -轴的直径，mm。 -键、轴、轮毂三者中的最弱材料的许用挤压应力， 。根据式（4-14）代入数据可得又由于键、轴、轮毂三者都选用45钢，载荷性质为轻微冲击所以 。可以看出 。所以滚轮处键的强度也符合要求。5.3轴承寿命计算轴承寿命是指一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破环，而90

41、%的轴承不发生点蚀破环前的转数或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命。我们以滚轮轴上的调心滚子轴承22316为例来计算轴承的寿命。 1）求轴承当量动载荷由前面已经已经求出轴承所受的径向力它们所受的轴向力都为零。所以它们的当量动载荷分别为 ， 2）演算轴承寿命因为，所以按EF处轴承的受力大小演算，调心滚子轴承22316的基本额定动载荷为C=82000N轴承寿命比较长，基本符合设计要求。依据同样的方法，可以求得其它轴上的轴承寿命也符合要求。第6章 机架的设计6.1旋转架的设计6.1.2 材料与毛坯本次设计的旋转架采用钳形架，其结构不仅符合设计结构，而且结构紧凑，比较稳定，主要是却

42、定一组中两个滚轮的相对位置并起到之称的作用。同时，这组滚轮还能围绕钳形架的旋转中心（芯轴）进行旋转来实现自调。6.1.2 材料与毛坯由于钳形架的结构比较不规则，尺寸偏大，而且质量不易过大，所以采用钢板加工焊接，刚才选用Q235。6.1.3 结构设计其结构如图6.1所示，图6.1 钳形架该钳形架的夹角为120度，钳形的板材由钢板切割得到，钳形板材开孔，与管材焊接相连，再将轴承座焊接到相应开孔处，轴承座为铸件，开孔时应保证孔之间的中心距，这是钳形架的主要尺寸，要求精度，否则安装时导致中心距偏小无法安装齿轮或齿轮不能啮合。钳形架一周采用钢板焊封，如图虚线部分，不可全封干涉滚轮，钳形架上端采用钢板压弯焊封，封板起加强筋的作用。6.2机座的设计6.2.1 作用于功能机座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。6.2.2 材料与毛坯机座结构简单大中型机架，采用由型钢和钢板焊接而成。这样可以减轻质量，生产工期短。这里采用32号槽钢和钢板进行焊接，材料都为Q235。6.2.3 结构设计其结构如图6.2所示，图6.2 机座该机座由32槽钢作为主框架，钢板作为底板，封板和墙板进行焊接，右端的机座由于承重不大采用钢板焊接，滚轮座沿中心线左右结构相同，滚轮座的封板不能干涉滚轮的运动，为提高强度和刚度在接头处焊以加强板和加强筋。