【文章內(nèi)容簡介】 有很多種類，要求也很多。本設計主要滿足的性能指標是速比和強度，之后再從裝配方便、縮小體積、降低成本等方面加以考慮。設計后的減速器應具有生產(chǎn)方便、結(jié)構(gòu)簡單、可靠使用、安裝方便、成本低的特點。 通過此次畢業(yè)設計，使大家理論聯(lián)系實際的重要性，同時具有相關(guān)機械設計和制圖的實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力。 環(huán)面蝸輪蝸桿減速器設計屬于機械設計，設計主要針對執(zhí)行機構(gòu)的運動展開。為了達到要求的運動精度和生 產(chǎn)率，必須要求系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間滿足一定的關(guān)系，以實現(xiàn)個零件的協(xié)調(diào)動作。 此外，通過環(huán)面蝸輪蝸桿減速器設計的訓練，可以進一步提高我對機械設計 (包括設計計算、工程制圖等方面 )的能力，使我在設計過程中培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和獨立工作的能力，同時也加深了我識圖、制圖、運算和編寫技術(shù)文件等的基本技能。 國內(nèi)外的發(fā)展概況 國內(nèi)的現(xiàn)狀 減速機 在我國的發(fā)展已有近 40 年的歷史，廣泛應用于國民經(jīng)濟及國防工業(yè)的各個領(lǐng)域。主要行業(yè)有：電力機械、冶金機械、環(huán)保機械、電子電器、筑路機械、化工機械、食品機械、 輕工機械、礦山機械、輸送機械、建筑機械、建材機械、水泥機械、橡膠機械、水利機械、石油機械等，這些行業(yè)使用減速機產(chǎn)品的數(shù)量已占全國各行業(yè)使用減速機總數(shù)的 60%～ 70%[1]。 減速器在原動機和工作機之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛。 減速器 具有的普遍優(yōu)勢是： 高水平、高性能 、 積木式組合設計 、 形式多樣化、變型設計多 等特點。 國內(nèi)的發(fā)展概況 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構(gòu)，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為 90 度，這種傳動由于具有下述特點，故應用頗為廣泛。 1 當使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的 因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比 I=580。在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比可達 300；若只傳遞運動，傳動比可達 1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少 ，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 2 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙 合 及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 無錫太湖學院學士學位論文 2 3 當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。 4 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨損較大，效率低；當蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為 左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用 有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑 [2]。 根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。 蝸桿分度曲面是圓環(huán)內(nèi)表面的一部分，蝸桿軸線平面內(nèi)理論齒廓為直線的蝸桿傳動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，俗稱“球面蝸輪傳動”。它始于 1921 年的美國造船業(yè)，其代表產(chǎn)品是美國 CONE DRIVE， 50 年代起在我國得到推廣應用。與普通圓柱蝸桿傳動相比，這種蝸桿同時包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導法曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普 通蝸桿的 ～ 3 倍（小值適應于小中心矩，大值適應于大中心矩）。在傳遞同樣功率時，中心矩可縮小 20%40%。由于性能優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使用。美國生產(chǎn)產(chǎn)品系列中心矩為15～ 1320 ㎜；速比為 5～ 343000；最高傳動效率可達 97%。我國經(jīng)過 40 年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產(chǎn)品種也十分可觀，最大中心矩可達到 1200 ㎜；最少齒數(shù)比為 5；蝸桿頭數(shù)達 6；最高傳動效率可達 94%。這種蝸桿傳動分為 “ 原始型 ” 和 “ 修整型 ” 兩種。 “ 原始型 ” 直廓環(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形成 為：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內(nèi)的直線，在繞成形圓的圓心作等角速的旋轉(zhuǎn)運動的同時，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉(zhuǎn)運動，這條直線在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線是直線刀刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡產(chǎn)生的，難以實現(xiàn)磨削，這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的主要缺點。 “修整型”直廓環(huán)面蝸桿螺旋面的形成，基本上與“原始型”相同，不同之處在于加工時根據(jù)設計要求的修形曲線，將加工參數(shù)加以改變。一般常用 的有：變位異速修形和變速比修形兩種工藝方法。變位異速修形方法就是在加工蝸桿時，刀具位置及固定傳動比不同于蝸桿副工作時的位置及速比。變速比修形方法則是加工時瞬時傳動比按一定規(guī)律變化。用修形加工方法加工的蝸桿與由修形滾刀加工成的蝸輪組成“修整型”直廓環(huán)面蝸桿傳動，消除了蝸輪齒面中部棱線接觸，不僅改善了裝配條件，減少了誤差敏感性，更重要的是：與“原始型”蝸桿傳動比較，接觸區(qū)擴大，形成油膜條件好，包容齒數(shù)間載荷有平均作用，因而其承載能力、嚙合性能和傳動效率均較“原始型”高。 準平行嚙合線二次包絡環(huán)面蝸桿是河南省焦作 市科林齒輪有限公司的一項科研成果。蝸輪滾刀是可鏟背可磨削的，蝸輪齒面沒有脊線，運動不會產(chǎn)生干涉。工裝和理論相吻合。和同類蝸桿相比，它還具有以下幾個特點： 1 瞬時接觸線和相對運動速度方向夾角穩(wěn)定，且接近 90度。 2 蝸輪齒面是用鏟背滾刀制造加工而成，因此蝸輪齒面接觸面大、質(zhì)量穩(wěn)定。 輪心堆焊機總體方案及減速器設計 3 3 同時參加嚙合的蝸輪齒數(shù)多，一般可達 2 2(9Z Z 為蝸桿齒數(shù)）。 4 蝸輪齒面無脊線，傳遞運動時不會產(chǎn)生干涉。 因此這種蝸桿傳動承載功率大，動壓油涵穩(wěn)定傳動、噪聲低、平衡溫 度低等特征。 以上分析可以看出，雖然普通齒輪減速器具有效率高，工作可靠，壽命長，傳動比穩(wěn)定等優(yōu)點，但是不具備設計條件中重點要求的自鎖性，所以不能選用；而準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器，它具有普通環(huán)面蝸桿減速器所不具備的很多優(yōu)點 。 本課題應 達到的要求 按要求設計減速器，使其速比達到 1200~1424，在滿足使用性能的前提下盡量減少其體積和重量，使其結(jié)構(gòu)緊湊，加工制造方便。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2 輪心堆焊機的主要技術(shù) 堆焊 堆焊是指使用焊接的方法把填充金屬融敷在金屬表面，以 便得到所要求的性能和尺寸，這種工藝過程主要是實現(xiàn)各種金屬的冶金結(jié)合，屬于異種金屬融化焊的一種特殊形式。 堆焊是焊接的一個分支，是金屬冶金結(jié)合的一種融化焊接方法，但與一般焊接不同，不是連接零件，而是用焊接的方法在零件的表面堆敷一層或數(shù)層具有一定性能材料的工藝過程，最終達到修復零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等性能。由此可見，堆焊就有一般焊接方法的特點，又具有其特殊性。 堆焊的冶金特點、物理本質(zhì)、熱循環(huán)過程等于一般焊接工藝相同，但堆焊還具有如下特點： ? 應用堆焊能更合理利用材料，節(jié)約貴重金屬，如在基體 為碳素鋼或鑄鋼 用鋼的表面堆敷一層鈷基或鎳基粉末。 ? 制造雙金屬結(jié)構(gòu)，如水輪機葉片、導水葉、推土機刀刃、抓斗等零件。 ? 修復舊零件，如閥座、磨具、齒輪、軸累零件等。 堆焊是熔焊，因此從原理上講，凡是屬于熔焊的方法都可以用堆焊。堆焊方法的發(fā)展也隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和科技進步而發(fā)展，當今已有很多種堆焊方法現(xiàn)按實現(xiàn)堆焊的條件，將常用的堆焊方法綜合分類。 ? 氧 乙炔焰堆焊 ? 手工電弧堆焊 ? 埋弧自動堆焊 ? 震動電弧堆焊 ? 等離子弧堆焊 ? 氣體保護堆焊 ? 電渣堆焊 ? 其他堆焊 輪心堆焊 輪心堆焊一般采用 2CO 保護自動堆焊（焊劑層下的自動堆焊），這種堆焊方法的優(yōu)點在于保證堆焊金屬必須的質(zhì)量和高生產(chǎn)率的同時，還保證了工藝過程的穩(wěn)定性。因此與其他堆焊修復方法相比， 2CO 保護自動堆焊得到了比較廣泛的應用。在焊接工作時，被焊接件在動力頭和尾架的三爪卡盤之間，電動機通過減速箱對焊件施加轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)氣體 保護焊等多種焊接方式。此轉(zhuǎn)矩還可以通過尾架錐齒輪傳動的形式傳遞給托盤，使其轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)自動堆焊。 這種結(jié)構(gòu)的 2CO 保護自動堆焊可以實現(xiàn)環(huán)焊、螺旋焊、直道焊三種焊接形式當工件焊 完一圈，小車帶動焊槍縱向自動移動一段距離再焊，稱為環(huán)焊；當焊接工件時，焊槍與小車同時以設定的速度緩慢移動，稱為螺旋焊；當工件不轉(zhuǎn)動，僅小車縱向移動時，稱為直輪心堆焊機總體方案及減速器設計 5 道焊。 焊接開始時，焊絲與焊件接觸，并被固定顆粒狀的焊劑覆蓋著。當焊絲與焊件之間引燃電弧，焊絲與軋輥及部分靠近電弧的焊劑受到電弧 熱（ 6000— 8000176。 C）的作用開始融化。焊絲融化后，堆在工件上，焊劑起保護作用和合金化作用，焊劑融化時，不斷放出氣體和水蒸氣，形成泡沫，在蒸汽的作用下，形成一個用渣殼包住的密閉孔穴，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，并防止熱量的迅速散失。堆焊層除了基體金屬的沖淡作用外，組織較為均勻，氣孔和夾渣較少，淬火作用小，而焊接的物理和力學性能高。堆焊層的硬度和耐磨性是有焊絲材料和焊劑種所含的合金元素來決定的[3]。 輪心堆焊機的主要構(gòu)成部分有：動力頭、尾架、焊接小車、底座、導軌及控制箱。本文只涉及動力頭部分的設計方案。動力頭，又稱主減速箱，其主要功能是為夾在三爪卡盤上的工件提供轉(zhuǎn)動動力，其中包括傳動機構(gòu)和軸的設計。動力頭減速器的構(gòu)造有很多種類，本文首要考慮滿足的要求是速比和強度，再次基礎(chǔ)上再從裝配方便、縮小體積、降低成本、等方面加以考慮。 無錫太湖學院學士學位論文 6 3 總體方案的選定與設計 根據(jù)設計要求并結(jié)合以上分析，我們在設計中采用準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器。 具體設計方案是：選用的電動機輸出轉(zhuǎn)速是 940r/min，由凸緣聯(lián)軸器將電動機軸和準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸 入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，電動機輸出的轉(zhuǎn)速降為，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速傳給滾筒，滾筒轉(zhuǎn)動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，由鋼絲繩提起具有一定質(zhì)量的物品。 1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪蝸桿減速器 4 聯(lián)軸器 5 滾筒 圖 31 減速器 初選電動機類型和結(jié)構(gòu)型式 電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標準部件，設計時要根據(jù)工作機的工作特性、電源種類(交流或直流 )、工作條件 (環(huán)境溫度、空間位置 等 )、載荷大小和性質(zhì) (變化性質(zhì)、過載情況等 )、起動性能和起動、制動、正反轉(zhuǎn)的頻繁程度等條件來選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)、容量(功率 )和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中選出其具體型號和尺寸。 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因此，無特殊要求時均應選用三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應用最廣泛。根據(jù)不同防護要求，電動機有開啟式、防護式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)型式。 Y 系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作作可 靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛應用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上，如金屬切削機床、運輸機、風機、攪拌機等。對于經(jīng)常起動，制動正反轉(zhuǎn)的機械，如起重、提升設備，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大過載能力，應選用冶金及起重用三相異步電動機 Yz 型 (籠型 )或 YzR 型 (繞線型 )。 電動機的容量 (功率 )選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。容量選得過小，不能保證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則輪心堆焊機總體方案及減速器設計 7 電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經(jīng)常不 滿載運行，其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定 [4]。 由以上的選擇經(jīng)驗和要求，我選用： 三相交流電 Y系列籠型三相異步交流電動機。 電動機的容量 確定減速器所需的功率 P? 由滾筒圓周力 F 和滾筒速度 v,得 39。 1000w FvP ? 其中： F G mg?? （ N） m—— 提升重量， m=450kg， 450 4410F ? ? ? 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