【正文】 、農(nóng)機(jī)等工業(yè)部門的零件修復(fù)和制造中都有廣泛的使用。這樣才能得到符合技術(shù)要求的表面堆焊層。由此可見，堆焊具有 一般焊接方法的特點(diǎn)，但又有其特殊性。材料表面堆焊作為焊接技術(shù)的一個分支，是提高產(chǎn)品和設(shè)備性能、延長使用壽命的有效技術(shù)手段。西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 堆焊簡介 堆焊的特點(diǎn) 焊 接是借助于原子的結(jié)合把兩個分離的物體聯(lián)合成一個整體的過程。因此堆焊在現(xiàn)代焊接技術(shù)中占有重要地位。開展了新的焊絲、焊齊材料和高效率的多絲帶極堆焊設(shè)備的研究工作。新研制的材料還不能批量生產(chǎn)，供應(yīng)渠道未暢通 ,也沒有可供選用的先進(jìn)焊接設(shè)備 ,造成工件堆焊技術(shù)進(jìn)展緩慢。堆焊已由自動埋弧焊發(fā)展到電渣堆焊。迄今在我國輪芯堆焊都一般采用 CO 2 氣體保護(hù)自動堆焊 ,并在這方面有了一定的成就。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 堆焊不僅可以修復(fù)舊金屬工件，而且可以在金屬工件表面形成復(fù)合層，使其具有特殊的性能，而且達(dá)到提高耐磨性、延長使用壽命、節(jié)約能源、減少合金消耗、縮短加工周期、降低成本和改進(jìn)設(shè)計等效果。動力頭是堆焊級機(jī)的主要組成部分之一，本次設(shè)計的動力頭減速器主要目的是滿足性能指標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn)更換外齒圈或維修齒輪軸上零件等情況時，需要將齒輪解體，此時外齒圈將從輪芯外表面中被強(qiáng)行拉出，配合面就會被破壞，齒輪輪芯也容易受到磨損。這樣不但耗費(fèi)人力而且從經(jīng)濟(jì)的角度上講很不實(shí)際。 齒輪是大型機(jī)車的重要傳動部件。用它制造某些零件時，不僅發(fā)揮零件的綜合技術(shù)性能和材料的工作潛力，還能節(jié)約大量的貴重合金。 堆焊機(jī)是將焊條平敷在金屬的表面 ,來提高焊口的高度 ,所特用的一種焊接設(shè)備 .堆焊機(jī)是由包括機(jī)架、機(jī)頭、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備構(gòu)成，所述控制設(shè)備通過機(jī)頭控制卡與機(jī)頭相連接，同時通過控制電路板、驅(qū)動器與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)相連接，以實(shí)現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)同精確轉(zhuǎn)動和移動，機(jī)頭為兩個，一個是絲極機(jī)頭 ， 一個是帶極機(jī)頭，分別安裝在行走機(jī)構(gòu)的兩條導(dǎo)軌上進(jìn)行焊接 。為達(dá)到這個目的，可利用加熱、加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料的方法來實(shí)現(xiàn)。動力頭減速器的結(jié)構(gòu)有很多種類，本文首要滿足的性能是速比和強(qiáng)度，之后再從裝備方便、縮小體積、降低成本等方面加以考慮。同樣輪 芯內(nèi)孔損傷也需用堆焊的方法修復(fù)。外齒圈和輪芯采用過盈配合，用溫差法裝配。 大齒輪輪芯堆焊機(jī)動力頭設(shè)計 摘要 ： 大齒輪是由外齒圈、輪芯和鍵組合而成，齒圈為嚙合部分所以采用優(yōu)質(zhì)鋼，輪芯為鑄造件用鍵連接齒輪軸。為了不影響齒輪的工作狀態(tài)，輪芯外表面需堆焊及機(jī)加工，恢復(fù)輪芯外表面及其光潔度。首要目的是滿足基本的使用性能，其次是在此基礎(chǔ)上盡量減少減速器的體積和重量使其結(jié)構(gòu)緊湊、加工制造方便。為了實(shí)現(xiàn)焊接過程，必須使兩個被焊的物體接近到原子間的力能夠發(fā)生相互作用的程度。由此可見，堆焊具有一般焊接方法的特點(diǎn)，但 又有其特殊性。為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用，希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù) 。因此，合理地采用并用并推廣堆焊技術(shù)具有重大的 經(jīng)濟(jì)意義。以前通常是把機(jī)車上的受 2 損大齒輪卸掉在從新安裝新的大齒輪軸以免對機(jī)車造成不必要的損傷。輪芯與外齒圈無相對運(yùn)動、無磨損。本文所設(shè)計堆焊機(jī)動力頭就用于此工序 。這對于我們即將步入社會的大學(xué)生也是意義重大。早在 50 年代我國就用此技術(shù)修復(fù)工件。同時新的堆焊設(shè)備隨著工藝的更新得到不斷的改進(jìn)。 3 我國堆焊技術(shù)多年來由于科研工作不配套管理跟不上焊絲、焊劑材料品種單一。為此 ,冶金部已成立了堆焊組 ,進(jìn)行信息交流、技術(shù)攻關(guān)、科研成果鑒定并制定發(fā)展規(guī)劃等工作。近幾年來，表面堆焊技術(shù)應(yīng)用于電站、核能、石化、冶金、煤炭、礦山、建筑、橋梁、船舶、汽車、機(jī)車、航天、海洋工程等行業(yè)的設(shè)備修復(fù)。由于大齒輪輪芯堆焊機(jī)的傳動比要求比較大，所以為了更好的滿足大傳動比的傳動要求，選擇蝸桿傳動和擺線針輪減速器或者選傳動比在500 左右范圍和帶傳動配合的傳動方案的減速器比較合適。 隨著 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種產(chǎn)品、機(jī)械裝備正向大型化、高效率、高參數(shù)的方向發(fā)展，對產(chǎn)品的可靠性和使用性能要求越來越高。其目的在于修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等方面的性能。根據(jù)具體的情況選擇堆焊合金系統(tǒng)。 由于堆焊零件的數(shù)量繁多、堆焊金屬量大，所以應(yīng)該研發(fā)和應(yīng)用生產(chǎn)率較高的堆焊工藝。 堆焊工藝可以采用不同的基體，在這些基體上使用不同的堆焊 材料使表面達(dá)到我們所需要的性能，如耐磨性、耐蝕性、耐熱性等等。幾種堆焊工藝的主要特點(diǎn)如表 91 所示。 堆焊機(jī)是將焊條平敷在金屬的表面 ,來提高焊口的高度 ,所特用的一種焊接設(shè)備 .堆焊機(jī)是由包括機(jī)架、機(jī)頭、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備構(gòu)成，所述控制設(shè)備通過機(jī)頭控制卡與機(jī)頭相連接，同時通過控制電路板、驅(qū)動器與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)相連接，以實(shí)現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)同精確轉(zhuǎn)動和移動，機(jī)頭為兩個，一個是絲極機(jī)頭 ， 一個是帶極機(jī)頭，分別安裝在行走機(jī)構(gòu)的兩條導(dǎo)軌上進(jìn)行焊接 。當(dāng)工作焊完西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 一圈，小車帶動焊槍縱向自動移動一段距離再焊，稱為環(huán)焊；當(dāng)焊接工件時，焊槍與小車同時以設(shè)定的速度緩慢移動，稱為螺旋焊；當(dāng)工件不轉(zhuǎn)動，僅有小車縱向移動時，稱為直道焊。電弧在孔穴內(nèi)繼續(xù)燃燒，這樣就隔絕了大氣對電弧和熔池的影響，并防止了熱量的迅速散失。 動力頭的設(shè)計 電動機(jī)的選取 由于要滿足縮小體積， 減輕重量的要求，所以優(yōu)先選用 110SZ51 型電動機(jī)，其額定參數(shù)如下。額定轉(zhuǎn)速： n =1500r/min。其主要原因在于蝸桿傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪音小，既滿足了大傳動比的要求又滿足了結(jié)構(gòu)緊湊的要求但傳動比率較低。 材料的選擇 自動堆焊要求載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速低，故所有蝸輪材料均選用 40Cr， 調(diào)質(zhì)處理，硬度 241~286HBS。 2 軸（低速級蝸桿軸）： n2=n1/i =(70/2)=(r/min) 工作軸： Pw=P5?r=111 =（ W） ③各軸輸入轉(zhuǎn)矩 m) min1 1470 功率 P/W 185 111 轉(zhuǎn)矩 T/N其主要優(yōu)點(diǎn)為傳動比大，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角是可以自鎖。更特殊的是由于蝸桿傳動在齒面間有較 大的相對滑動，磨損、發(fā)熱、膠合的想象就更容易發(fā)生。425( rc t a n11 ?? ??? ?? 即d mZ )s/m( os100060 11 ???? ??? nd 式中 Z1—— 蝸桿頭數(shù)； m—— 模數(shù)， mm； d1—— 蝸桿分度圓直徑， mm； λ—— 蝸桿分度圓柱上螺旋升角； s? —— 滑動速度， m/s。?Z = 由圖 1118查得，因?yàn)?39。425? 齒距 p 特性系數(shù) q 20 壓力角 ?20 螺旋方向 左旋 蝸桿變位系數(shù) X 0 熱平衡計算 蝸桿傳動的特點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱量較大。熱平衡計算的原理是：閉式蝸桿傳動正常連續(xù)工作時，有摩擦產(chǎn)生的熱量應(yīng)小于或等于箱體表面散發(fā)的熱量，以保證溫升不超過允許值。 在實(shí)際使用中，蝸輪輪齒折斷的情況很少發(fā)生，這是因?yàn)槲佪嗇嘄X彎曲強(qiáng)度所限定的承載能力，超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計算所限定的承載能力。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵 HT200 制造 按計齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算進(jìn)行設(shè)計 （ 1）根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計進(jìn)行計算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計 進(jìn)行設(shè)計，再校對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 從圖中 1118 中可查39。 蝸輪分度圓直徑 mmmzd 1 4 035422 ???? 喉圓直徑 mmhdd aa 156821402 222 ?????? 齒根圓直徑 mmhdd ff 222 ??????? 咽喉母圓半徑 mmdarag 22 ?????? 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ? ?FFaF YYdd KT ?? ? ?? 221 （ 49） 當(dāng)量齒數(shù) 22 33 31 3 1 .4 6 9 7c o s c o s 5 .7 6 3v zz ?? ? ? 根據(jù) 220 .5 , 3 1 .4 6 9 7vxz? ? ? 從圖 119 中可查得齒形系數(shù) Y 2Fa = 螺旋角系數(shù)： 5 . 7 11 1 0 . 9 5 9 21 4 0 1 4 0Y? ?? ? ? ? ? 許用彎曲應(yīng)力： 從文獻(xiàn) [1]P256 表 118 中查得有 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 [ F? ]39。?vf ??v? 代入式西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 中，得 ?? 大于原估計值，因此不用重算。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 5 軸的校核與設(shè)計 軸屬于運(yùn)動機(jī)構(gòu)，主要是帶動工件轉(zhuǎn)動完成冷軋輥堆焊，并同時承受轉(zhuǎn)矩、彎矩和剪切作用，而且其性能直接影響到堆焊質(zhì)量、機(jī)床的實(shí)用壽命等，因此，這部分的動力頭整體設(shè)計中占關(guān)鍵地位。主軸材料選擇 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計手冊》得：硬度為 241~286HBS， σb=750MPa， σs=550MPa。 由《機(jī)械設(shè)計手冊》取： C=100，于是 ?d mm。 II 端：因?yàn)槎ㄎ讳N鍵高度， 6h mm?取 因此， mmhdd IIIIIII 4421 ??? ?? 。 V 段：由前面的設(shè)計知蝸桿的分度圓直徑 20 ,d mm? 齒頂圓直徑 1 ? ,蝸輪的喉圓直徑 2 48ad ? 。 表 52 蝸輪軸聯(lián)軸器參數(shù) 型號 公稱轉(zhuǎn)矩 )( mN? 許 用 轉(zhuǎn) 速min)/(r 1L ? ?mm L ? ?mm 軸孔直徑 ? ?mm HL4 1250 4000 84 112 55 III 段： mmd III 50?? ， 82I IIL mm? ? 。 已 知 所 選 軸 承 寬 度 T=23 ，則? ?L T S 4 23 8 25 70 66 60I I I I Va m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。按 mmd VIV 70?? 由 文獻(xiàn)[1]P106 表 61 查得平鍵截面 1220???hb ，鍵槽用銑刀加工，長為 80mm，同時為了保證齒輪與軸配合由良好的對稱，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為6r7H ；同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵分別為為 mmmmmm 701016 ?? ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 6k7H 。對于 31002 型軸承，由文獻(xiàn) [3]P193 中查 得 a= 。 精度校核軸的疲勞強(qiáng)度 （ 1）判斷危險截面 截面 II、 III、 IV只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面 II、 III、 IV 均無需校核。因而該軸只需校核截面 V左右即可。本設(shè)計因無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱，故可略去靜強(qiáng)度校核。 輸入軸上的軸承 （ 1）軸承的選擇 采用圓錐滾子軸承，根據(jù)軸直徑 d=25mm，選擇圓錐滾子軸承的型號為 30205，主要參數(shù)如下：（根據(jù) GB/T2971994） D 52m m 。2 11 91 .2 5rP F N?? 所以 12PP? ，應(yīng)用 1P 核算軸承的壽命 因?yàn)槭菨L子軸承，所以取指數(shù) 3?? 軸承計算壽命 36 6 3 51 0 1 0 3 8 .5 1 0 3 .1 5 7 6 1 06 0 6 0 9 6 0 1 4 6 3 .9 7 5h CLhnP? ?????? ? ? ???????? ?? （ 62） 減速器設(shè)計壽命 39。（根據(jù) GB/T2971994） 主要參數(shù)如下： D 11 0 m m B 22 m m 60 m md? ? ? 基本額定靜載荷 oC 130 kN? 基本額定動載荷 C 102kN? 極限轉(zhuǎn)速 m ax 360 0 r / m inV ? （ 2）壽命計算 對于 30212 型軸承，按文獻(xiàn) [1]P322 表 137 軸承派生軸向力 drF eF? ， 其中 e 為文獻(xiàn) [1]P321 表 135 中的判斷系數(shù)，其值由0aFC 的大小來確定， 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 但現(xiàn)軸承軸向力 aF 未知，故先初取 e ? ，因此可估算： 13