管道自动焊接装置设计

前言洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE1管道自动焊接装置设计摘要【随着我国社会经济的发展和工业技术的进步，长输管道的应用越来越多、建设量越来越大，管道运输是油气运输中最主要、最快捷、最可靠的运输方式，可用于输送水、原油、天然气等液气品，具有运输量大、距离远、安全性能高、成本低等优点，因此在各国发展迅速。管道运输业中的主体是管道，管道工程的核心工作是管道接口的焊接。所以研究性能可靠、高效率的管道全位置自动焊接机具有十分重要的意义。关键技术包括：研制新型的行走机构、及机器人轨道、焊枪摆动机构、焊枪机械手。本文主要介绍了行星轮式焊接机结构的设计，着重对其结构特点、设计要点、动作原理进行设计分析和说明。焊枪机械手能够沿太阳轮平稳、可靠的转动，进行管道外圆全位置焊接，其操作简便、成本低，适合我国现场施工作业及工人的技术水平，既能提高了劳动效率，又保证了焊接质量。】关键词：管道，焊接机械手，自动焊接，行星轮，二氧化碳保护焊DesignofpipelineautomaticweldingequipmentABSTRACT【withChina'ssocialandeconomicdevelopmentandthetechnologyprogress,thepipelineisusedmoreandmore,thegreatertheconstructionquantityisgetting,pipelinetransportationistransportationofoilandgasinthemain,thequickest,themostreliablemeansoftransportation,usedtotransportwater,crudeoil,naturalgas,liquidgas,withtransportcapacity,longdistance,highsafetyperformance,lowcostandotheradvantages,sorapidlyindevelopingcountries.Subjectofpipelinetransportationofpipeline,pipelineengineeringisthecoreworkispipelineinterfaceofwelding.Sotheresearchofreliableperformance,highefficiencyofpipelineallpositionautomaticweldingmachinehastheveryimportantsignificance.Keytechnologiesinclude:thedevelopmentmodelofthewalkingmechanism,andtherobottrack,weldinggunswingmechanism,weldingmanipulator.Thispapermainlyintroducestheplanetarywheelweldingmachinestructuredesign,emphaticallyonthestructuralcharacteristics,designessentials,actionprincipledesignanalysisandexplanation.Weldinggunmanipulatorcanalongthesunwheelsteady,reliablerotation,outsidethepipelineallpositionwelding,theutilitymodelhastheadvantagesofsimpleoperation,lowcost,suitableforfieldworkandworkersinourcountry'stechnologylevel,bothcanimprovetheworkefficiency,andensuretheweldingquality.】KEYWORDS:pipe,weldingmanipulator,automaticwelding,planetarygear,carbondioxidearcwelding目录17773前言 112688第1章自动焊接机的应用与发展 2189961.1课题背景及研究意义 2158241.2管道外圆自动焊接机国内外的研究现状 2277331.2.1管道外圆自动焊接机国内研究现状 2161081.2.2管道外圆自动焊接机国外研究现状 3322931.3管道外圆自动焊接机的发展及应用 4264131.3.1焊接机器人的发展历程 453571.3.2焊接机器人国内外应用现状 5313171.3.3焊接机器人技术展望 617049第2章管道自动焊接装置总体结构设计 8294462.1自动焊接机总体要求和技术指标 8117802.2自动焊接机总体方案的确定 883012.3管道自动焊接装置设计的基本思路 916562.4焊丝送进机构 9261642.5焊枪摆动机构 10297862.6行星轮行走机构 10227882.6.1行星轮系类型的选择 10307552.6.2行星轮系中各齿轮齿数的选择 1110572.6.3各轮的转速 1229190第3章传动装置的设计 13186653.1电动机的选择 1381893.1.1电动机类型的选择 1338963.1.2电动机功率的选择 1333493.1.3确定电动机的转速 13302083.2计算总传动比及分配各级的传动比 1410663.2.1总传动比 14280583.2.2分配各级传动比 14269963.3轴的计算 14126933.3.1电动机轴的计算 14147423.3.2轴的计算 1415553.3.3Ⅱ轴的计算 1587203.3.4Ⅲ轴的计算 15319843.3.5Ⅳ轴的计算 1615933.4V带的计算 16269563.4.1确定计算功率 1674833.4.2选择V带的型号 1672103.4.3确定带轮的基准直径、 17308743.4.4验算V带的速度 1769783.4.5确定V带的基准长度和实际中心距a 17823.4.6校验小带轮包角 18192633.4.7确定V带根数Z 1862903.4.8求初拉力及带轮轴的压力 1843423.4.9设计结果 1916923.5减速器齿轮传动的设计计算 19187873.5.1高速级圆柱齿轮传动的设计计算 1954593.5.2低速级圆柱齿轮传动的设计计算 20139273.6轴的设计 21162463.6.1选择轴的材料及热处理 21119303.6.2按钮转强度估算直径 2152883.6.3设计轴的直径 214285第4章零部件的设计 22306374.1滚动轴承的选择 22162594.1.1键的选择 2219194.1.2联轴器的选择 2220679第5章保养方式 23210365.1润滑油的选择 23131725.2密封方法的选取 23101485.3齿轮的润滑 23270475.4滚动轴承的润滑 2321463结论 258396谢辞 26719参考文献 27前言【随着综合技术的发展和提高，长输管道自动焊技术的应用必将日益普及。这对于提高我国管道施工企业的总体技术水平，实现与世界管道建设的接轨，参与国际管道建设市场的竞争有着十分重要的积极作用。目前西气东输工程是我国首次规模化使用自动焊技术，并充分显示先进技术优越性的示范工程。通过这一跨世纪宏伟工程的洗礼，管道自动焊技术已为大多数的施工单位所接受，必将在今后的管线工程中得到更为广泛地应用，发挥更大的作用。介绍了国内外长输管道焊接施工中常用的几种自动焊接方式,并对其进行了比较。在我国西气东输工程中,管道焊接施工也使用了自动焊,由此可以看出。随着自动焊接技术的进一步发展和完善,自动焊将会成为管道焊接施工的主要方式。目前，长输管道施工管口焊接有多种焊接方法，主要有上向焊、下向焊、手工半自动焊、气体保护焊、全自动焊、挤压电阻焊等。随着对焊接质量及焊接效率要求的提高，国外开始越来越多地采用自动焊接工艺。指出应该将自动焊作业及其上下游的相关工作作为一个技术体系统一协调与管理，并在该技术体系内追求各专业的技术进步及相关管理人员专业知识的提升。随着管道建设用钢管强度等级的不断提高，以及管径和壁厚的不断增大，管道自动焊接头的综合性能更优良，安全可靠性更高，其应用范围将会越来越广泛。本设计的目的是对管道建设野外作业的管道外圆自动焊接机进行结构设计以达到体积小、重量轻、加工成本低、运动精度高、操作简便并且满足各项性能指标的要求。】第1章标题第1章自动焊接机的应用与发展1.1课题背景及研究意义现代工业的飞速发展，不断对焊接技术提出更新更高层次的要求，而现代工业和科学技术取得的新成就又为焊接方式和焊接设备的发展提供了雄厚的技术基础。焊接设备和焊接工艺就是在科学技术和现代工业的推动下迅速发展起来的。而管道运输是油气运输中最主要的也是最经济、快捷、可靠的运输方式，也可用于输送水、天然气、原油、成品油等，具有输送量大、距离远、安全性高、成本低等优点，在各国油气运输业中发展迅速。据有关统计，国外一些发达国家油气运输业中管道运输方式的输油量约占油气运输总量的2/3之多，油气的管道运输对从原油、天然气的生产、精炼、储存及到用户的全过程起到了重要作用。目前管道施工已逐渐从手工焊接方式向全自动焊接方向发展。管道建设地区跨度大沿线施工环境恶劣，加之管道输送逐步向大口径、高压方向发展，这对管道环焊缝的焊接要求提出了更高的标准，管道环焊缝的焊接质量成为制约整个工程质量和建设周期的关键因素。野外焊接环境非常恶劣，焊工劳动强度大，技术难度高；因此，工程上迫切需要实现管道的自动化焊接要求，以提高生产率、降低劳动强度、保证焊接质量和施工成本。而且自动化焊接还能大幅度降低操作技术难度，解决焊工技术培养困难，人员流失严重等问题。本设计的目的是针对管道建设野外作业的管道外圆自动焊接机进行结构设计以达到重量轻、体积小、加工成本低、运动精度高、操作简便快捷并且满足各项性能指标的要求。1.2管道外圆自动焊接机国内外的研究现状1.2.1管道外圆自动焊接机国内研究现状近年来，工业管道在不同的部门如化工、石化和石油中均起到了重要性的作用。我国管道建设起始于20世纪70年代，管道焊接施工方式很长一段时间都只是停留在手工焊、半自动焊的水平上。这种焊接机没有自动搜寻焊缝位置的功能，这就需要操作者必须时刻观察焊接位置并调整焊枪角度。如果操纵者操作方法不正确就会导致焊缝缺陷，所以焊缝位置跟踪全自动焊接机就应运而生。虽然我国管道事业发展较快，但具有自主知识产权的管道外圆自动焊机还比较少。国内典型的管道自动焊接机在引进国外先进的自动焊接机经验的基础上，国内一些单位也成功地研制开发出适用长输管道环焊缝施工的外圆自动焊接机，其中以中国天然气集团公司工程技术研究院研制的石油管道特种施工机具研究所研制的PAW2000管道外圆自动焊机和APW-Ⅱ型外圆自动焊机为代表。APW-Ⅱ型外圆自动焊机采用以直流脉宽调速为基础，位移传感检测闭环控制为核心的硬件控制电路，在管道外圆自动焊接过程中，焊接参数如电压、电流、焊枪摆动速度、摆动幅度、焊速、两端停留时间等既可以预先设定又可以分别实时调节。焊机的这一特点，使之更加适用长输管线现场施工的复杂情况，在坡口存在错边、宽窄不一等工作情况下，通过实时调节，均可获得优良的焊接焊缝。PAW2000管道外圆自动焊机整套设备由焊接小车、手操作盒、计算机自动控制柜、环形可拆卸轨道、计算机和其他一些辅助配件组成。APW-Ⅱ型外圆自动焊机，主要用于中大口径管道外环填充焊道、焊缝热焊道、盖面焊道的焊接。每台焊接工程车均具有根焊、热焊、填充焊和盖面焊的功能。1.2.2管道外圆自动焊接机国外研究现状管道焊接机广泛应用于各个工程领域当中，比如：油气工业、化工厂与热能工厂和核能。管道外圆自动焊接机，采用熔化极外圆焊接技术，最早出现于20世纪60年代末期。MIG金属焊丝惰性气体保护焊是美国制造业四十多种焊接中的一种，它是一种连接两个相同材料尤其是碳钢材料的方法。美国CRC公司率先研制成功了一种高效管道焊接系统，即CRC多头气保护管道自动焊系统，并于1972年将该项技术应用于管道施工获得成功。起初只是焊接小车带动焊枪行走，焊接参数（焊接电压、电流、焊接速度等）均为手动控制。目前，生产外圆自动焊接设备的除了美国CRC公司外，还有美国MAGNATECH公司、德国VIETZ公司、荷兰VERAWELD公司、法国SERIMERDASA公司、英国Noreast公司、意大利PWT公司等。CRC公司智能化的P-500、P-600型以及SERIMERDASA公司的双枪焊接系统在世界范围内具有很高的技术水平。法国SERIMERDASA公司生产的Satur2naxBug双焊头外焊机，采用了风冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和专用的脉冲焊接电源，计算机焊接编程控制单元和焊车运动控制单元分置，可进行在线编程，可完成根焊、窄间隙叠焊或宽间隙排焊。总体性能与CRC的P500和P600类似。其缺点是双焊头的摆动不能单独控制，计算机焊接编程控制单元和焊车运动控制单元体积偏大。到目前为止，CRC公司生产了P300，P400，P500和P6004个型号的管道外圆自动焊接机。其中P500和P600是双焊炬管道外圆自动外焊接机,它采用了水冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和带有熔滴过渡单元(CDT)的脉冲焊接电源，焊接参数可编程并储存在可方便更换的控制卡上，并根据焊接工艺以及焊接材质的变化要求，随时离线编程。P500和P600适用于窄间隙叠焊或宽间隙排焊，还可完成根焊。生产效率比单焊头自动外焊机提高40%～50%。缺点是焊枪采用强迫水冷却，给实际应用带来许多不便。其中，CRC公司生产的自动焊接机已焊接了长达50000km的管道。这些厂家的设备虽然外形各具特点，但在控制方面，不外乎是计算机控制焊接参数和人工调控焊接参数两种方法。1.3管道外圆自动焊接机的发展及应用1.3.1焊接机器人的发展历程自1959年美国推出世界上第一台Ultimate型机器人以来，工业机器人的数量在世界范围内不断增长，通常他们用在焊接、拾取搬运、变薄拉伸、喷涂、装配、检测和测量中，其中有半数为焊接机器人。在重工业的很多领域中，大直径管道环缝焊需要高劳动强度的手工焊，这对操作者来说需要有严格的技能要求和集中力。由于人们对焊接柔性和焊接产量的高需求和高要求，自动焊接机器人就为很多工业领域提高焊接速度尤其是提高焊接质量提供极大的可能。到目前为止，焊接机器人大致可分为三代：第一代是基于示教再现工作方式的焊接机器人，由于操作简便，不需要环境模型，示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在焊接生产中得到大量使用；第二代是基于一定传感器信息的离线编程焊接机器人；第三代是指装有多种传感器，接受作业指令后能根据客观环境自行编程的高度适应智能机器人。焊接机器人主要从事弧焊和点焊工作。弧焊机器人大多采用二氧化碳或二氧化碳与氩、氮混合气体保护焊。焊接机器人的结构型式，主要有多关节型、直角坐标型、极坐标型和圆柱坐标型四种。点焊机器人以直角坐标型较多；弧焊机器人以多关节型居多。弧焊机器人工作机构一般较点焊的复杂，通常具有五个以上的自由度。目前功能较完善的焊接机器人已具有七个自由度。我国目前研制的焊接机器人，一般均为五个自由度。国外为了提高工件（特别是大型工件）的焊接生产率，十分重视辅助设备的自动化水平，如配备自动更换喷嘴，供应焊丝，监视电弧和过程异常等功能的机构。早期的焊接机器人缺乏“柔性”，焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置，工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展。1.3.2焊接机器人国内外应用现状最近20年来，现代焊接科学技术的发展十分显著。在世界范围内焊接是一种能产生数万亿美元效益的制造工业，广泛用于建筑、桥梁、汽车、航空航天、能源、造船和电子工业。而越来越多的商业性工业机器人广泛应用于制造业和装配任务，比如材料工艺、点/弧焊、零件装配、油漆喷涂、机械装卸以及太空和海底，从而促进了焊接业的飞速发展。近十年来，日、美、俄、英、法等国都投入了大量的人力、物力从事焊接机器人的开发工作，其中日本焊接机器人的进展速度尤为惊人。日本从1978年开始研制点焊机器人，1980年研制成功第一个弧焊机器人。1981年日本生产了1500个焊接机器人，产值达到了145亿日元，由日本工业机器人的第六位跃居为第二位。目前有10家工厂具有年产1000多个焊接机器人的能力。日本为发展和普及焊接机器人，于1982年成立了全国机器人焊接研究委员会。此外，许多日本大公司，如大阪变压器公司先后在大阪、东京、名古屋等地设立了焊接机器人培训学校。1984年丰田汽车公司已在其作业线上安排了1300个机器人。2000年庆应义塾大学M.Muramatsu等人研制了管内微型焊接机器人，可在90°的弯管内行走完成焊接操作。日本原子能研究中心和东芝公司联合研制出了内管道激光焊接与切割机。台湾国立大学研制了一种用于维修防护金属弧焊视觉传导移动焊接机器人。它装有CCD摄像头，能够检测出焊缝的位置，根据所测数据来指导焊接操作。目前世界上已有七十多种数万个焊接机器人在各种生产线上从事焊接操作。从数量和智能化的程度来看，日本的焊接机器人在世界上占明显优势，并已向美国和英国等国大量出口。预计在未来几年中，日本焊接机器人的产值将迅速增长。我国在20世纪70年代末开始研究焊接机器人，起步比较晚。经过20多年的发展，在焊接机器人技术领域取得了长足的进步，对国民经济的发展起到了积极的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过40%，焊接机器人的增长率超过了60%；2004年国产工业机器人数量突破1400台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域；2005年我国新增机器人数量超过了5000台，但是仅占亚洲新增数量的6%，远小于韩国所占的15%，更远小于日本所占的69%。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。当前焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。一方面，随着技术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大。1.3.3焊接机器人技术展望为了适应工业生产系统向大型、复杂、动态和开放方向发展的需要，发达国家都在加大力度，对机器人技术进行深入研究。从技术发展趋势看，智能化控制技术将是焊接机器人技术发展的主要方向。目前焊接机器人正从第一代反复操作型机器人向第二代带有传感器的知觉判断机器人发展，也即由目前的固定式机器人逐渐向具有肌肉一样的调节器、具有感觉和识别机能的双足行走的活动式机器人发展。多传感器信息智能融和技术将广泛应用于焊接机器人上。早在1981年，美国的HILARE是第一个应用多传感器信息来创建世界模型的可移动机器人，它充分利用视觉、听觉、激光测距传感器所获得的信息，以确保其能稳定地工作在未知环境中。韩国的ParkJoong-Jo研制出来的智能传感器能同时处理6个自由度数据，与传统传感器只能测量一个自由度数据的功能相比，性能大为提高。韩国汉阳大学研制出了激光视觉传感器自由焊缝示教式自动焊接机器人。随着海洋石油和天然气工业的发展以及我国海洋工程向深海的挺进,发展水下干法焊接技术势在必行。挪威Sintef高压焊接中心研制了一套水下高压干法管道维修系统，可从事1000m水深的焊接，能焊补直径为8～42英寸的管道，采用全自动的轨道TIG焊机，目前已完成在334m水深的管道焊接。英国的OTTO系统主要由焊接舱和轨道TIG焊机组成，整个系统采用光纤传导和计算机进行监控，在135m水深进行试验，取得了较为满意的焊接质量，焊缝断裂强度达到550Mpa。焊缝跟踪系统焊接机器人发展迅速，越来越多地应用于去毛刺加工、胶合和焊接等。视觉控制技术、模糊控制技术、智能化控制技术、虚拟现实技术、神经网络控制技术、嵌入式控制技术等是未来焊接机器人发展所要解决的一些关键技术。REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6PAGE4第2章管道自动焊接装置总体结构设计2.1自动焊接机总体要求和技术指标管道全位置自动焊接就是在把管道相对固定的情况下，借助于电气、机械的方法，使焊接设备带动焊枪沿焊缝环绕管壁做圆周运动，从而实现管道自动焊接。自动焊接机能够实现立焊、平焊、仰焊和横焊的全位置和大型管道的全位置焊接。设计本自动焊接机应满足的基本要求是：在满足预期功能的前提下，效率高、性能好、成本低、重量轻，在预定使用期限内安全可靠、维修简单、操作方便和造型美观等。管道全位置自动焊接机既要求结构紧凑，又要求控制准确，实现计算机控制的自动焊接是机电一体化设计的高度集成。本自动焊接机的主要技术指标如下：行走机构速度范围：200mm/min～2000mm/min；调整精度：设定值的±1%或±20mm/min中的最大值；横向模块调整速度：30～300mm/min；调整递增量：10mm/min；（5）高度模块调整速度：20～180mm/min；（6）送丝机构速度范围：5000～15000mm/min；（7）夹角模块调整速度：±0.25～500°/s；（8）倾角模块调整速度：±5～45°/s；（9）机械行程：横向模块100mm；（10）高度模块100mm，并设有＞60mm的手动调整范围；（11）倾角模块±90°；（12）夹角模块±0.5～30°；2.2自动焊接机总体方案的确定管道全位置自动焊接机是由微机智能控制系统和机械系统组成，管道全位置自动焊接机的执行系统是机械系统。管道焊接工程现场施工都在野外作业，而且环境相对比较恶劣，一般施工周期也比较长，为了满足现场要求，达到焊接质量和提高劳动效率，所以要求设计的自动焊接机满足重量轻、操作简单、体积小、安装调试和维护方便，故本管道全位置自动焊接机采用模块化设计，包括焊接机械手和行星轨道两部分，其中焊接机械手包括以下模块：转动机构、横向调整机构、焊枪摆动机构、倾角调整机构、高度调整机构、送丝机构。焊接机械手通过夹紧机构安装在中心轮轨道上，带动焊枪沿管壁外径作圆周运动，机械手的摆动机构、横向与高度调整机构用以实现焊枪的横向摆动跟踪和上下移动。送丝装置可外挂在焊接机械手，并与焊接机械手绝缘，这样可方便换丝，提高工作效率。整机主要部件采用强度高、重量轻的铝合金2A16加工而成，从而使整机重量轻并满足强度要求。2.3管道自动焊接装置设计的基本思路管道自动焊接装置的设计采用以下基本思路:①焊枪:焊枪位置的上下、左右调整以及焊枪角度调整。②导向轨道:焊枪机械手依靠中心轮导向轨道实现机械手自动行走。安装简便易行，安装时定位准确。③焊接机械手:焊接机械手夹持焊枪实现焊接。拆装方便，稳定性好。2.4焊丝送进机构一般可分为两轮送进机构和四轮送进机构，由于受整体空间的限制，采用两轮送丝机构。该机构主要由压紧机构、送丝电机、焊丝导向管等组成。其工作原理为：送丝电机驱动主送丝轮及其主齿轮旋转，通过主、从动卤轮啮合传到压紧轮上，焊丝经导向管从两轮之间通过，使进入焊枪的焊丝被修整得比较直，以防在焊接过程中出现卡丝现象。焊丝送进机构如图2-1所示。根据焊接工艺要求，一般送丝速度v=12．5m／min；初步选送丝电机输入转速；额定功率P=11kW；实际送丝速度=9390r／min+[53÷(π×20mm)]≈11132mm／min≈11．1m／min。图2-1焊丝送进结构示意2.5焊枪摆动机构焊枪的摆动机构主要由一个摆动中心传感器、一个高速步进电机驱动滑块机构和焊枪夹持机构组成。其性能的好坏将直接影响焊缝的成形。根据焊接工艺要求，焊枪摆动到两端时必须有一定的停留时间，停留时间很短(一般为O．5s)。摆动机构实际上是一个带间歇的往复直线运动的机构，采用高速电机驱动控制技术，此间歇是由电机控制实现。摆动机构的传动原理为：将高速步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，由于电机止口通过机座固定于行走小车上，故丝杠旋转而滑块通过丝杠螺母作轴向直线运动，焊枪夹持机构与滑块相连，从而实现焊枪的摆动运动。根据预先设定焊枪的摆幅为±25mm，则确定滑块的有效行程为60mm。2.6行星轮行走机构2.6.1行星轮系类型的选择行星轮系的类型很多，常用的行星轮系有2K-H,3K,K-H-V三种类型。因需要满足机械手臂的转动效果，所以选择2K-H类型行星轮系。2.6.2行星轮系中各齿轮齿数的选择行星轮系的类型确定以后，尚须确定各轮的齿数。根据行星轮的传动特点及各齿轮间的装配关系，在选择各齿轮齿数时，必须同时满足四个条件，即传动比条件，同心条件，装配条件及邻接条件。传动比条件各轮齿数应满足预定的传动比要求。同心条件中心轮1、3及行星架H三轴必须重合。对标准齿轮或高度变位齿轮传动，则必须使用轮1和轮2的中心距（）等于轮2和轮3的中心距（），即上式表明，两中心轮的齿数差应为2的整数倍，因为应为整数。(3）装配条件为使行星轮系在运转时平衡，常要求采用两个或两个以上的行星轮，并使它们沿其轴心所在的圆周上均匀分布。本设计装置采用3个行星轮间隔120°摆放。（4）邻接条件除上述条件外，相邻两行星轮的齿顶圆不能相交，相邻两行星轮的中心距应大于两行星轮齿顶圆半径之和，即将、、代入上式得得为便于设计时选择各轮的齿数，可上式和为一个配轮关系式，即设计时，通常先选择和k，选择时应使和q均为整数。若为标准齿轮，各齿轮齿数一般应大于或等于17。选定，k=2，m=1则：2.6.3各轮的转速经查询资料可知，焊丝的溶解速率为700mm/min。有以上列式可求的中心轮1为静止轮=0。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。洛阳理工学院毕业设计（论文）PAGE6第3章传动装置的设计3.1电动机的选择3.1.1电动机类型的选择按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。3.1.2电动机功率的选择……由电动机的至工作机之间的总效率为。分别为带的传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、齿轮传动联轴器、传动轴的轴承、行星轮的效率。则=0.96×0.993×0.972×0.97×0.98×0.96=0.82=2500×1.7／1000×0.82=5.2kw3.1.3确定电动机的转速行星轮的工作转速为传动轮转速取V带传动比。齿轮传动比。则总传动比为故电动机转速的可选范围=16.160×1.68r/min=﹙27.1488﹚r/min符合这一范围的同步转速有750r/min，再根据计算出的容量，由参考文献设计手册查得Y160M2-8符合条件。型号额定功率同步转速实际转速Y160M2-85.5kw750r/min720r/min3.2计算总传动比及分配各级的传动比3.2.1总传动比……=720/1.68=428.573.2.2分配各级传动比为V带传动的传动比的范围（2~4）=2.5为减速器高速级传动比为低速级传动比为联轴器连接的两轴间的传动比=1==428.57/2.5=171.428=()/2=111.428=1.5383.3轴的计算3.3.1电动机轴的计算=720r/min==5.5kw＝9550×＝9550×=72.95N.m3.3.2轴的计算=720/2.5=288r/min＝5.5×0.96＝5.28kw＝9550×＝175.08N.m3.3.3Ⅱ轴的计算==258.5r／min=5.28×0.992×0.97=5.08kw＝9550×＝144.57N.m3.3.4Ⅲ轴的计算=2.585/1.538＝108.11r／min＝5.08×0.99×0.97×0.97＝4.73kw＝9550×＝417.83N.m3.3.5Ⅳ轴的计算＝108.11r/min＝4.73×0.98×0.96＝4.45kw＝9550×＝393.09N.m3.4V带的计算3.4.1确定计算功率kw3.4.2选择V带的型号由的值和主动轮转速，可选A型普通V带。3.4.3确定带轮的基准直径、查询设计手册可选取＝80mm，且＝80mm＞dmin＝75mm大带轮基准直径为＝×=720×＝200mm按设计手册可选取标准值＝200mm则实际传动比i＝/＝200/80＝2.5主动轮的转速误差率在±5％内为允许值。3.4.4验算V带的速度V＝Π××＝12.14m/s在5~25m/s范围内。3.4.5确定V带的基准长度和实际中心距a按结构设计要求初定中心距a0=500mm＝＋∏﹙＋﹚/2＋﹙－﹚2/＝1000＋∏×280/2＋1602/2000=1446.8mm由设计手册可选取基准长度＝1400mm，实际中心距a为a＝＋﹙－﹚/2＝1000+﹙1400－1446.8﹚/2＝476.6mm3.4.6校验小带轮包角α＝[180°－﹙－﹚/a]×57.3°＝[180°－﹙200－80﹚/476.6]×57.3°＝165.6°＞120°所以合格。3.4.7确定V带根数ZZ≥＝/﹙＋Δ）××＝[1.22＋﹙1.29－1.22﹚×﹙2900－2800﹚/﹙3200－2800﹚]＝1.24kwΔ＝××﹙1－﹚＝0.0010275×2900×﹙1－1/1.1373﹚＝0.3573kw＝0.96＝0.97Z＝6.05/﹙1.24＋0.3573﹚×0.97×0.96＝4.06圆整得Z=43.4.8求初拉力及带轮轴的压力由设计手册查得q＝0.1kg/m＝500××V＋＝113N轴上压力为＝2×F×z×sin165.6/2＝2×113×4×sin165.6/2＝894.93N3.4.9设计结果选用4根A－1400GB/T11544－1997的V带，中心距476.6mm，轴上压力894.93N，带轮直径80mm和200mm。3.5减速器齿轮传动的设计计算3.5.1高速级圆柱齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45号钢调质,硬度为220~250HBS。大齿轮选用45号钢正火，硬度为170~210HBS。因为是普通减速器故选用9级精度，要求齿面粗糙度Ra≦3.2~6.3µm。按齿面接触疲劳强度设计T1=41.1N·m=41100N·mm由设计手册查得K=1.1选择齿轮齿数为；小齿轮的齿数取25，则大齿轮齿数==92.5。圆整得=93，齿面为软齿面，由设计手册选取=1。由设计手册查得=560MPa=530MPa由设计手册查得=1=60njLh=60×1160×1×(10×300×16)＝3.34×109=/=3.34×109/3.7=9.08×108查设计手册知=0.9，=1=×/＝0.9×560／1=504MPa=×/＝1×530／1=530MPa故≧76.43×[(i2＋1)/××]1/3=76.43×[1.1×41100×﹙3.7＋1﹚／1×3.7×5042]1/3=46.62mmm=/=46.62/25=1.86由设计手册可知，标准模数m=2。计算主要尺寸=m*=2×25=50mm=m*=2×93=186mmb==1×50=50mm小齿轮的齿宽取=50mm，大齿轮的齿宽取=55mma=m﹙＋﹚/2=2×（25＋93/2）=118mm3.5.2低速级圆柱齿轮传动的设计计算1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45号钢调质，硬度为220~250HBS。大齿轮选用45号钢正火，硬度为170~210HBS。因为是普通减速器，故选用9级精度，要求齿面粗糙度Ra≦3.2~6.3µm。2、按齿面接触疲劳强度设计=144.57N·m=145000N·mm=313.51r/min由设计手册查得K=1.1选择齿轮齿数：小齿轮的齿数取31，则大齿轮齿数，圆整得=90，齿面为软齿面，由设计手册可选取=1。由设计手册查得：=550MPa，=530MPa由设计手册查得SH=1=60njLh=60×313.51×1×(10×300×16)＝9.03×108=/=9.03×108／2.9=3.11×108查设计手册知：=1，=1.06=×/＝550/1=550MPa=×/＝1.06×530=562MPa故≧76.43×[(＋1)/××]1/3=76.43×[1.1×145000×﹙2.9＋1﹚/1×2.9×5502]1/3=68.02mmm==68.02/31=2.2由设计手册可知，标准模数m=2.53、计算主要尺寸=m*=2.5×31=77.5mm=m*=2.5×90=225mmb==1×77.5=77.5mm大齿轮的齿宽取=80mm，小齿轮的齿宽取，=85mma=m﹙＋﹚/2=2×﹙31＋90)/2=151.25m3.6轴的设计3.6.1选择轴的材料及热处理由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，选用45号钢并经调质处理。3.6.2按钮转强度估算直径根据设计手册得C＝107～118=4.75Kw，又由式≧C×≧﹙107～118﹚×﹙4.75/313.51﹚1/3＝26.75～29.5mm由设计手册知标准直径为30mm。3.6.3设计轴的直径确定轴上零件的位置及固定方式，此轴安装2个齿轮，从两边安装齿轮，两边用套筒进行轴向定位，轴向定位采用平键连接，轴承安装于齿轮两侧，轴向采用套筒定位，周向采用过盈配合固定。确定各轴段的直径，由整体系统初定各轴直径。轴段1、5安装轴承，=30mm，轴段2、4安装齿轮，=35mm，轴段3对两齿轮轴向定位，=42mm，=35mm，==30mm。确定各轴段的宽度，由轴承确定轴段1的宽度，由设计手册查的，选6206标准轴承，宽度为16mm，所以=33mm；轴段2安装的齿轮轮毂的宽为85mm，取83mm，轴段4安装的齿轮轮毂的宽为50mm，=48mm。第3章标题PAGE8PAGE7第4章零部件的设计4.1滚动轴承的选择表4-1轴承的型号轴型号d（mm）D（mm）B（mm）高速轴6206306216中间轴6206306216低速轴62094585194.1.1键的选择选用A型普通平键表4-2键的型号轴轴径（mm）键宽（mm）键高（mm）键长(mm)高速轴206660中间轴35108703510840低速轴4012884561610684.1.2联轴器的选择低速轴和滚筒轴用联轴器连接，由题意选LT型弹性柱销联轴器，由设计手册查得HL3联轴器表4-3联轴器的参数型号公称扭矩（N·m）许用转速（r／min）轴径（mm）轴孔长度（mm）D（mm）HL363050004060160REF_Ref168484640\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484646\h错误！未找到引用源。PAGE9第5章保养方式5.1润滑油的选择采用脂润滑时，应在轴承内侧设置挡油环或其他内部密封装置，以免油池中的油进入轴承稀释润滑脂。滴油润滑有间歇滴油润滑和连续滴油润滑两种方式。为保证机器起动时轴承能得到一定量的润滑油，最好在轴承内侧设置一圆缺形挡板，以便轴承能积存少量的油。挡板高度不超过最低滚珠(柱)的中心。经常运转的减速器可以不设这种挡板。转速很高的轴承需要采用压力喷油润滑。如果减速器用的是滑动轴承，由于传动用油的粘度太高不能在轴承中使用，所以轴承润滑就需要采用独自的润滑系统。这时应根据轴承的受载情况和滑动速度等工作条件选择合适的润滑方法和油的粘度。齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该