【正文】 ............................................................. 46 致謝 ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 大齒輪輪芯堆焊機(jī)動(dòng)力頭設(shè)計(jì) 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。輪芯與外齒圈無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、無(wú)磨損。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。本文所設(shè)計(jì)堆焊機(jī)動(dòng)力頭就用于此工序 輪芯堆焊機(jī)主要由動(dòng)力頭、尾架、焊接小車、底座、導(dǎo)軌及控制箱六大部分組成。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。設(shè)計(jì)后的減速器應(yīng)具有容易生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)用性、安裝方便 、成本低的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程， 必須使兩個(gè)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。 堆焊是焊接的一個(gè)分支，是金屬晶內(nèi)結(jié)合的一種溶化焊接方法，但它與一般的焊接不同，不是為了連接零件，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(guò)程。由此可見(jiàn)，堆焊具有一般焊接方法的特點(diǎn)，但又有其特殊性。 堆焊的應(yīng)用廣泛，它遍及各種機(jī)械使用和制造部門。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) 。例如，一般的熱鍛模用 5CrMnMo或 5CrNiMo等合金鋼整體模制造，而我國(guó)有的工廠已成功的應(yīng)用 45Mn2 鑄鋼基體電渣堆焊合金材料來(lái)制造，從而大量節(jié)約了貴重的 Ni、 Mo 等合金元素。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。由于大齒輪的加工難度和工作條件中的很大沖擊力決定著大齒輪輪芯很容易 受到磨損。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(duì)機(jī)車造成不必要的損傷?，F(xiàn)在采用輪芯堆焊的方法簡(jiǎn)單易行，而且省錢、省力、省料、經(jīng)濟(jì)效果也好 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。輪芯與外齒圈無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、無(wú)磨損。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。本文所設(shè)計(jì)堆焊機(jī)動(dòng)力頭就用于此工序 。故設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便的減速器對(duì)于堆焊機(jī)有重要意義。這對(duì)于我們即將步入社會(huì)的大 學(xué)生也是意義重大。所以發(fā)展堆焊技術(shù)對(duì)我國(guó)的工業(yè)發(fā)展有重要意義。早在 50 年代我國(guó)就用此技術(shù)修復(fù)工件。他們依靠自己的力量制造了各種型式的堆焊 機(jī)床 ,并用 MZ一 1000型普通埋弧焊機(jī)改裝成堆焊機(jī)頭 ,氣體保護(hù)避免了空氣的侵入和雜質(zhì)的污染，從而提高堆焊質(zhì)量使消耗降低收到了較好的效益。同時(shí)新的堆焊設(shè)備隨著工藝的更新得到不斷的改進(jìn)。用電渣堆焊甚至可在內(nèi)圓齒輪上堆焊合金鋼層。 3 我國(guó)堆焊技術(shù)多年來(lái)由于科研工作不配套管理跟不上焊絲、焊劑材料品種單一。到自前為止，近 70%中小型軋鋼廠沒(méi)有應(yīng)用這一技術(shù)。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?？梢灶A(yù)期堆焊技術(shù)將在我國(guó)得到較快的發(fā)展。近幾年來(lái)，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)。 如何設(shè)計(jì)一個(gè) 結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便的減速器對(duì)于堆焊機(jī)的發(fā)展有重要意義。由于大齒輪輪芯堆焊機(jī)的傳動(dòng)比要求比較大，所以為了更好的滿足大 傳動(dòng)比的傳動(dòng)要求，選擇蝸桿傳動(dòng)和擺線針輪減速器或者選傳動(dòng)比在500左右范圍和帶傳動(dòng)配合的傳動(dòng)方案的減速器比較合適。為了實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程，必須使兩個(gè)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。 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(duì)產(chǎn)品的可靠性和使用性能要求越來(lái)越高。 堆焊是用焊接方法在金屬材料或零件表面上熔敷一層有特定 性能的材料的工藝過(guò)程。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。 堆焊的物理本質(zhì)、熱過(guò)程、冶金過(guò)程以及堆焊金屬的凝固結(jié)晶與相變過(guò)程，與一般的焊接方法相比是沒(méi)有什么區(qū)別的 。根據(jù)具體的情況選擇堆焊合金系統(tǒng)。 ，選定堆焊方法 由于零件的基體大多是低碳鋼或低合金鋼，而表面堆焊層含合金元素較多，因此，為了得到良好的堆焊層，就必須減小母材向焊縫金屬的熔入量，也就是稀釋率。 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。其主要用途有以下兩個(gè)方面： 由于零件常因?yàn)槟p而失效，例如石油鉆頭、挖掘機(jī)齒等，可以選擇合適的堆焊材料對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)尺寸和進(jìn)一步提高其性能。 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。 堆焊方法 熔焊、釬焊、噴涂等方法都可以應(yīng)用于堆焊中，熔焊方法占的比例最大，選擇應(yīng)用怎樣的堆焊方法，應(yīng)考慮幾個(gè)問(wèn)題：（ 1）堆焊層的性能和質(zhì)量要求；（ 2）堆焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（ 3）經(jīng)濟(jì)性。幾種堆焊工藝的主要特點(diǎn)如表 91 所示。 輪芯堆焊 堆焊是熔焊，因此從原理上講，凡是屬于熔焊的方法都可用于堆焊。 堆焊機(jī)是將焊條平敷在金屬的表面 ,來(lái)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(guò)機(jī)頭控制卡與機(jī)頭相連接，同時(shí)通過(guò)控制電路板、驅(qū)動(dòng)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(dòng)和移動(dòng)，機(jī)頭為兩個(gè)，一個(gè)是絲極機(jī)頭 ， 一個(gè)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 。因此與其他堆焊修復(fù) 方法相比， CO2 保護(hù)自動(dòng)堆焊得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)工作焊完西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 一圈，小車帶動(dòng)焊槍縱向自動(dòng)移動(dòng)一段距離再焊，稱為環(huán)焊；當(dāng)焊接工件時(shí)，焊槍與小車同時(shí)以設(shè)定的速度緩慢移動(dòng)，稱為螺旋焊；當(dāng)工件不轉(zhuǎn)動(dòng)，僅有小車縱向移動(dòng)時(shí)，稱為直道焊。當(dāng)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（ 6000~8000C? ）的作用開(kāi)始熔化。電弧在孔穴內(nèi)繼續(xù)燃燒，這樣就隔絕了大氣對(duì)電弧和熔池的影響，并防止了熱量的迅速散失。堆焊層的硬度和耐磨性是由焊絲材料和焊劑中所含的合金元素來(lái)決定的。 動(dòng)力頭的設(shè)計(jì) 電動(dòng)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(dòng)機(jī)，其額定參數(shù)如下。額定功率： 185?P W。額定轉(zhuǎn)速： n =1500r/min。滿載轉(zhuǎn)速： 滿n =1470r/min。其主要原因在于蝸桿傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，既滿足了大傳動(dòng)比的要求又滿足了結(jié)構(gòu)緊湊的要求但傳動(dòng)比率較低。 2減速裝置的傳動(dòng)比分配 第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)比為 1i =80； 第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)比為 2i =70。 材料的選擇 自動(dòng)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。 表 各級(jí)齒輪齒數(shù)和蝸桿頭 數(shù) 傳動(dòng)級(jí)數(shù) 蝸輪齒數(shù) 蝸桿頭數(shù) 第一級(jí) 80 2 第二級(jí) 70 2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) ①各軸轉(zhuǎn)速 2軸（低速級(jí)蝸桿軸）： n2=n1/i =(70/2)=(r/min) 1軸： P1=P0?g=185 =（ W） 工作軸： Pw=P5?r=111 =（ W） ③各軸輸入轉(zhuǎn)矩 m) m) m) 將以上求得的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)、各軸之間的傳動(dòng)比及效率列表 、表 。 min1 1470 功率 P/W 185 111 轉(zhuǎn)矩 T/Nm) 轉(zhuǎn)速(r/min) 傳動(dòng) i 效率 ? 輸入 輸出 輸入 輸出 電機(jī)軸 185 1470 1 1軸 40 2軸 111 35 工作軸 8 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 4 蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 高速級(jí)的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 蝸桿傳動(dòng)多在需要交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的場(chǎng)合使用。 其主要優(yōu)點(diǎn)為傳動(dòng)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。蝸桿傳動(dòng)的類型有多種，本文根據(jù)需要選用了普通的圓柱蝸桿 —— 阿基米德蝸桿。更特殊的是由于蝸桿傳動(dòng)在齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，磨損、發(fā)熱、膠合的想象就更容易發(fā)生。由于轉(zhuǎn)速不高、功率不大，蝸輪材料選用 ZQAl94，砂模鑄造， [σ H]=250MPa；蝸桿材料選用 40Cr，表面調(diào)質(zhì)，硬度為 241~286HBS。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(dòng)速度， m/s。 按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 傳動(dòng)中心矩計(jì)算公式如下： ? ?23limlim2HHhnE SZZ ZZKTa ??? ? （ 41） (1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 1T =?Z = 由圖 1118查得，因?yàn)?39。 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸 確定蝸桿的頭數(shù) 1Z )2 2 (/)(1????? iaZ 確定模數(shù) m ? ? ? ?442 0 ~~ 2???? Zam 蝸桿分度圓直徑 202 0 8 7 7 ???? ad 查機(jī)械設(shè)計(jì)書表 113，取標(biāo)準(zhǔn)值 d1=20mm， 直徑系數(shù) q=10 齒頂圓 mmqmda )210(8)2(1 ?????? 齒根圓 df1=m()= 分度圓導(dǎo)程角 80/82/ 11 ??? dmztg ? ??r 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 蝸桿軸向齒寬 21 ??? Zmb 蝸輪齒數(shù) 2Z = 1Z =80 驗(yàn)算傳動(dòng)比 i=40 傳動(dòng)比誤差 % ?? ， 是允許的 蝸輪分度圓直徑 2d =20mm 實(shí)際中心距 a=1/2(d1+d2)= 74mm 蝸輪寬度 mmmdmb 12 ????????? ???????????? ??? 蝸桿圓周速度 smndv/0 0 060/9 6 1 0 0 060/111??????? ? 相對(duì)滑動(dòng)速度 smvvs/ o s/c o s/1????? 當(dāng)量摩擦系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)書表 136，???vv?? 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 主要尺寸 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以得到蝸桿傳動(dòng)的主要尺寸，如表 。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(jì)算 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱量較大。出現(xiàn)工作失效的原因在于散熱不充分，溫度過(guò)高，使?jié)櫥宛ざ冉档?，減減 小潤(rùn)滑作用。熱平衡計(jì)算的原理是：閉式蝸桿傳動(dòng)正常連續(xù)工作時(shí)，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(guò)允許值。 C? )，取允許潤(rùn)滑油工作溫度 ? ? Ct ?751 ? ，室溫 Ct ?202 ? ， ?? 。 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(guò)齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計(jì)算所限定的承載能力。 低速級(jí)的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 桿的傳動(dòng)類型 ,138wP? 35?i min/ rn ? 根據(jù) GB/T10085— 1998 選擇 ZA 選擇材料 蝸 桿材料選用 40Cr，表面調(diào)質(zhì)，硬度為 241~286HBS。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵 HT200 制造 按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 進(jìn)行設(shè)計(jì) （ 1）根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校對(duì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 268H MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)