毕业设计(论文)-钢管对接焊接夹具设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）
各专业完整优秀毕业论文设计图纸
钢管对接焊接夹具设计

摘 要

本文对钢管的对接所使用的夹具进行了详细的分析和研究，就其夹具的设计提出了“提高焊接质量和效率，满足设计的要求”的总思路，并且根据这一思路设计了一套钢管对接焊接夹具。
首先，针对所需焊接的工件，对夹具进行总体方案的设计，确定夹具的总体布局，进而确定具体的定位方案和夹紧机构。随后，对传动装置滚轮架和减速器进行设计。在设计滚轮架时 ，为了适应不同直径的圆筒形工件，采用可移动两排式的滚轮架来支撑，而且还能够调节每对滚轮的中心距；根据设计课题工件实际转速，传动装置需要设计V带传动和二级蜗轮蜗杆减速器组合降到合适的速度。
本设计主要完成了以下的任务;
1. 对所夹紧的工件进行了详细的分析和研究后，明确了钢管对接时所必须保证的同轴度要求；
2. 根据同轴度要求，所设计的定位、支撑机构均采用可调形式的机构。例如;设计中的可调支撑的V型块，带有燕尾槽的滚轮架；
3. 焊接过程中自动化的运用夹紧机构采用管套进行夹紧、限位和转动；
4. 减速器的总体设计：对减速器的总体设计有了比较系统的了解。其中电动机的选择，高速轴、中间轴、低速轴的设计，齿轮的设计，轴承的选用及校核，键的选用及校核，减速器箱体各部分尺寸的确定等都是非常重要的。
5. 设计夹具的组合基板；
6．校核、画出夹具总装图和部分零件图；

关键词：焊接夹具，夹具，焊接，夹紧，定位

STEEL BUTT WELDING FIXTURE

ABSTRACT

This paper carries on the detailed analysis and studies to its fixture design,this fixture is used to the docking of the this-walled tube,and propose”to improve the efficiency of welding, and meet the design requirements of ideas”, and according to this idea designed a set of thin-walled steel welding fixtures

Firstly, according to the needs of welding workpiece, propose the overall plan for the design of fixture, determine the overall layout, and determine specific positioning scheme and clamping institutions. Then, design the transmission device roller-sting and reducer design. In the design, the roller-sting two rows of roller-sting, a row for active roller follower, another row of roller. In the design of cylindrical gear cone – 2, with high-speed shaft , intermediate and low- speed shaft as main clue of design, and finish other parts (such as bearings, gears, etc), the design and selection.
This design has the following main tasks,
1. the clamping workpiece to carry on the detailed analysis and studies, clear pipe must ensure that the dock coaxial tolerance requirement,
2. the coaxial tolerance requirement, according to the design of positioning, supporting organization adopts adjustable forms of organization. For example, In the design of v-shaped adjustable support, with adjustable bearing groove shape,
3. the welding process automation use clamping cylinder by ear the type, By using rollers, welding roller-sting to steel, steel pipe friction between the rotation,
4. the overall design of gear reducer, the overall design of the system are compared. The choice of motor, high-speed shaft, and the low speed shaft oart design, gear design, selection and test, the bearing and the key parts, the size of the gear reducer cabinet etc are very important.

KEY WORDS: welding jigs, fixtures, welding, positioning, clamping

10
目　录

前 言 VI
第1章 焊接夹具的概述 8
1.1 概述 8
1.1.1 此次设计的目的 8
1.1.2 此设计的内容 8
1.1.3 此次设计的步骤 8
1.14 此次设计应注意的问题 9
第2章 夹具总体的设计 11
2.1 焊接夹具的分类 11
2.1.1 焊接夹具 11
2.1.2 焊接夹具的分类 11
2.2 焊接夹具特点 11
2.2.1 焊接夹具设计要求 12
2.2.2夹具设计注意问题 13
2.3夹具的定位 14
2.3.1 夹具的定位原则—六点定位 14
2.3.2夹具体设计主意事项 14
2.4 此次焊接夹具的确定 15
2.4.1对工件进行分析 15
2.4.2定位元件的选择 16
2.4.3夹紧机构的选择 16
2.4.4转动装置的选择 16
2.4.5最终的装备图 16
第3章 对定位元件设计 17
3.1 焊接滚轮架及滚轮的设计 17
3.1.1焊接滚轮架的介绍 17
第4章减速器的设计 19
4.1 拟订传动方案 19
4.2 选择电动机类型 19
4.2.1计算电动机的参数 20
4.2.2计算传动装置总传动比和分配各级传动比 21
4.2.3计算传动装置的运动参数和动力参数 21
第5章 传动零件设计 23
5.1 高速级蜗轮传动设计 23
5.2低速级齿轮的设计 27
第六章 轴的设计 31
6.1中间轴的设计 31
6.2 高速轴的设计 35
6.2.1 高速轴的设计 35
6.2.1 低速轴的设计 36
第七章 轴承的选择和计算 37
7.1 中间轴的轴承的选择和计算 37
7.2 高速轴的轴承的选择和计算 38
7.3 低速轴的轴承的选择和计算 38
第八章 减速器铸造箱体的主要结构尺寸 40
结　论 42
谢 辞 43
参考文献 44
外文资料翻译 44

前 言

在机械加工、产品检验、装配和焊接等工艺过程中，使用者大量的工艺装备，简称工装，用以安装加工对象，使之占有正确位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。焊接工装工艺装备就是在焊接结构生产的装配和焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。焊接夹具就是焊接工艺装备中极为重要又不可缺少的一部分，起着关键的作用。
焊接夹具主要包括定位器、夹紧器、推拉装置等。在焊接生产过程中，不仅可以保证装备定位焊接时个别零件正确的相对位置，而且可以防止或减少工件的变形。尤其在批量生产时，可以稳定和提高焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品互换性。由于在装配和焊接过程中，使用夹具的目地和要求不相同，因而各种夹具在构造上有着很大的差别。大多数的焊接夹具都是根据本场的结构和特点、生产条件和实际需要自行设计和自行制造的。目前，焊接夹具还不能像电焊机那样设计成统一规格的标准设备，但是我国的焊接工作者，正进行着这方面的研究开发工作，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的焊接夹具的部件。
焊接夹具在实际生产中占有十分重要的地位，起着相当大的作用。在提高产量方面，使焊接夹具后，可以省去很多辅助工作（如划线、对准、测量、点固、翻转工件等）的时间，不同的焊件使用的辅助时间可能不同，但是，只要正确的使用焊接夹具，一般都可以减少50%～90%时间，所以能提高产量；在提高质量方面，一般焊件在自由状态下焊接，焊后一般都会发生变形，使用焊接夹具后，可以精确的对焊件进行定位和牢固的夹紧，焊接时变形就可以得到限制；在扩大焊机的使用范围方面，一台效率高的埋弧自动焊机，如果没有夹具或胎具配合使用，它只能焊接平焊位置的直线焊缝；在改善劳动条件方面，手工装配的劳动强度大，焊接时靠人力去翻转工件是不可能的，也不安全，使用轻巧灵便的焊接夹具去代替人工定位、夹紧、翻转工件等，就能改善劳动强度。总之，焊接夹具的地位和作用是不容忽视的。
总之，鉴于焊接夹具的特点、地位和作用，本次设计综合考虑这些方面，设计了一套焊接钢管焊接夹具，利用减速器带动电气卡盘可以方便的使焊接工件进行夹紧、准确定位并夹紧，变人力为电力，变手工为自动；对焊件进行同轴度的调整和支撑：V型块和焊接滚轮的T型槽底座，可水移动以适应不同长度和直径的焊件的焊接，以达到高效、通用、经济。这些结合到一套夹具里，不仅可以省去很多时间，提高焊件产品质量，而且可以扩大焊机的使用范围，改善了工人的工作条件和节省了劳动力。本次设计比较好结合了焊接夹具的优点，具体的细节在下面的章节一一体现出来。

第1章 焊接夹具的概述

1.1 概述

1.1.1 此次设计的目的
此设计是机械设计课程重要的综合性与实践性教学环节.此设计的基本目的是：
（1）综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
（2）通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉张钰机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。
（3）通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。

1.1.2 此设计的内容
此设计要求设计将三个钢管焊接时所需要的夹具，设计的内容包括：夹具体的总体设计；夹紧机构的设计；支撑件的设计；定位件的设计；动力装置减速器的总体设计；编写设计计算说明书、设计任务书。
此设计中要求要求完成以下工作：
（1） 设计的所有图纸合计达到三张A0图纸；
（2） 设计任务书一份；
（3） 设计计算说明书一份。

1.1.3 此次设计的步骤
设计的进程和步骤见下表：

设计准备
阅读设计任务书，明确设计任务；阅读毕业设计指导书；准备设计资料及绘图用具
焊接夹具的总体设计
拟定定位方案、夹紧方案；选择定位元件、夹紧元件
传动装置的设计和布局
拟定传动方案；合理的进行传动装置的分布
减速器的整体设计
拟定传动方案；选择电动机；计算传动装置运动和动力参数（确定总传动比，分配各级传动比，计算各州转速、功率、转矩等
所有元件设计和布局
所有元件在夹具体上的分布
画图
画出装配图和部分重要零件图
表1—1设计步骤表

1.14 此次设计应注意的问题
设计中应该注意的问题：
（1）机械设计毕业设计是在教师指导下由学生独立完成的，是对学生进行的一次较全面的设计训练。学生应明确设计任务，掌握设计进度，认真设计。每个阶段完成后要认真检查，提倡独立思考，有错误要认真修改，精益求精。
(2)毕业设计进程的各阶段是相互联系的。设计时，零部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化、系列化等要求。由于影响零部件结构尺寸的因素很多，随着设计的进展，考虑的问题会更全面、合理，故后阶段设计要对前阶段设计中的不合理结构尺寸进行必要的修改。所以，毕业设计边计算、边绘图，反复修改，设计计算和绘图交替进行。
(3)学习和善于利用长期以来所积累的宝贵设计经验和资料，可以加快设计进程，避免不必要的重复劳动，是提高设计质量的重要保证，也是创新的基础。然而，任何一项设计任务均可能有多种解决方案，应从具体情况出发，认真分析，既要合理的吸取，有不可盲目的照搬、照抄。
(4)在设计中贯彻标准化、系列化与通用化可以保证互换性、降低成本、缩短设计周期，是机械设计应遵循的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在毕业设计中应熟悉和正确采用各种有关技术指标与规范，尽量采用标准件，并应注意一些尺寸需圆整为标准尺寸。同时，设计中应减少材料的品种和标准件的规格。

第2章 夹具总体的设计

2.1 焊接夹具的分类

2.1.1 焊接夹具
焊接夹具是将焊件准确定位并焊接，一个完整的夹具，应由定位器、夹紧机构、夹具体三部分构成。在焊接中多使用在一个夹具体上装有多种夹紧机构和定位器的复杂夹具。其中，除夹具体是根据焊件结构形状进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形状。
定位器大多数是固定式的，也有一些是为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。夹紧机构是夹具的重要组成能部分，且相对复杂，驱动方式也多种多样。在一些大型复杂的夹具体上，夹紧机构的形式也多种多样，而且有多种动力源。在先进工业国家里，对广泛采用的夹紧机构已经标准化、系列化，在设计时选用即可。我国的焊接工作者正在进行这方面的研究，相信在不久的将来我们也会有自己的标准化和系列化。

2.1.2 焊接夹具的分类
焊接夹具按动力源分为七类：手动夹具；气动夹具；液压夹具；磁力夹具；真空夹具；电动夹具；混合式夹具。其中，各种夹具又可以分成好多种类的夹具。

2.2 焊接夹具特点

焊接夹具的特点，是由焊接工艺及焊接形式决定，与机床夹具比较有以下特点：
（1） 由于焊件多有几个简单零件组焊而成，而这些零件的定位和装配焊，是在焊件夹具上按顺序进行的，因此他们的定位和夹紧是一个个单独进行的，而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛胚进行一次定位和夹紧。
（2） 在焊接过程中，而焊件会因为焊接加热而深长或因冷却而缩短，为了减小或消除焊接变形，要求夹紧机构能给某些零件给予反变形或做刚性的夹固；为了减小焊接应力，又要允许某些零件在一些方向进行自由移动。因此，焊接夹具不是对所有的零件做刚性夹固。
（3） 焊接夹具一般比机床夹具大。焊接夹具上的定位点比机床夹具的点位点多几倍甚至几十倍，因此设计难度大，特别是定位点、夹紧点的数量、宣威和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和质量。
（4） 焊接夹具主要是用来保证焊接结构各连接间的相对位置精度，和整体结构的形状精度，而机床夹具是用来保证零件的加工精度。
（5） 除精密焊件的焊接外，一般焊接夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度都低于机床夹具。以上六点是焊接夹具与机床夹具的主要不同之处，设计焊接夹具时，要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具能满足实际要求。

2.2.1 焊接夹具设计要求
（1）焊接夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作的高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。
（2）焊接夹具应具有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不得妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布局在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行原件应能够伸缩或转位。
（3）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不是焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大应力。
（4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。
（5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采用压头行程限位、加大压头面积、加添铜、衬铝套。
（6）接近焊接部位的夹具，应考虑操做手柄的隔热和防止焊件飞物对夹紧机构和定位器表面的影响。
（7）夹具的施力点应位于焊件的支撑处或者布置在靠近支撑的地方，要防止支撑反力与夹紧力、支撑范例与重力形成力偶。
（8）在同一夹具上，定位器和夹紧机构的结构形成式不宜过多，并尽可能减少动力源。
（9）尽量选用以通用化、标准化的夹紧机构及标准零件来制作夹具。

2.2.2夹具设计注意问题
确定焊接夹具的方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件胚料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外，还得考虑经济因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得经济效益最大。所以在确定夹具方案时要对以上各因素进行综合分析，只有通盘考虑，才能设计出最佳的设计方案。具体确定设计方案时，应联系一下几个方面进行考虑：
（1）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何形状的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。
（2）装、焊作业可否在同一夹具上进行，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。这往往与一下因素有关:
在焊接夹具上，所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。
装配时不需要工件翻转变位，而在焊接时需要使焊件翻转变位，这样若采用焊接夹具方案，是否会使夹具方案复杂化。
装、焊在同一夹具上完成，能否合理的装配工人、焊接工人合理的进行作业。
焊件的产量。例如，在大批量生产时，应选用高效、专用、省力的夹具机构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。

2.3夹具的定位

2.3.1 夹具的定位原则—六点定位
为了使焊件在夹具中得到确定的位置，应先研究一下物体的位置是怎样确定下来的。一个物体如果在空间不与任何物体发生联系，那么相对于空间三个相互垂直的直角坐标轴就有六种活动的可能性，其中三个是沿x、y、z轴的移动，另外三个是分别绕x、y、z轴的转动。物体的这种活动可能性叫做自由度。因此物体由六个自由度，只有这六个自由度都消除了，物体的空间位置就唯一确定了，这就是物体的六点定位原理。
焊件要在夹具中得到确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定位原理”。但对焊接金属结构件来说，被焊接的零件多时一些成型的板材或型材，未组焊前刚度小、易变形，因此经常以工作平台的台面作为焊接的安装基面进行装焊作业，此时，工作平台不仅有夹具体的作用，而且具有定位起的作用。另外，对焊接金属结构的每个零件，不必都设六个定位支撑点来确定其位置，因为每个零件之间都有确定的位置关系，可利用先装好的零件作为后装配零件的定位支撑点，这样就可以简化夹具结构，减少定位器的数量。在夹具体上布置定位器时，应注意补妨碍焊接和装卸作业的进行，同时要考虑焊接变形的影响。如果定位器对焊接变形有限制作用，则多做成拆卸式或退让式的。操作式定位器应设置便于操作的位置上。

2.3.2夹具体设计主意事项
夹具体是夹具上安装定位器和加紧机构以及承受焊件重量的部分。各种焊接变位机器的工作台以及装焊车间里的各种固定式平台，就是通用的夹具体，在其安装台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧机构。
在批量生产中使用的专用夹具，其夹具体是根据焊件形状、尺寸、定位以及夹紧要求、装配施焊工艺等专门设计的。
对夹具体的基本要求： 有足够的强度和刚度； 便于装配和焊接作业的进行； 能将焊接好的焊件方便的卸下； 有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿； 必要时还要基本具备反变形的能力。

2.4 此次焊接夹具的确定

本次设计所需要固定的零件

图2-1钢管焊接图
该焊接件有两个的20圆管、两个60圆板材和一个60钢管组成，通过对接焊接工艺实现组装。

2.4.1对工件进行分析
结合焊件工艺的理论知识和该焊件的结构，该任务需分两步完成：
（1）焊接60的钢管和60的圆形钢板；(2)焊接20的钢管与中间部分对接，在进行焊接加工时有一定的位置要求，主要有：
（1）20的钢管与60的板材的垂直度要求；
（2）60的管材与60的板材的同轴度要求；
（3）两个20的钢管与60的板材的同轴度要求
2.4.2定位元件的选择
根据定位原则和焊件的特点，同时为了是制作出的夹具适应于不同直径和长度管类或棒类材料的焊件，可选择两组由两个滚轮组成滚轮座移动式条调节中心距的V型块对60长筒进行定位，同时选择两个可调节中心距的轴承组合V型架对20的钢管支撑。用以个可换管套限制焊件纵向移动。

2.4.3夹紧机构的选择
该零件在点焊的阶段要加紧，所需的力并不太大，根据实验数据400N到500牛的力就可以满足要求，而上面2.33小节中选择管套除了有限制左右移动外，其还具夹紧来实现点焊。详细（见上图）。

2.4.4转动装置的选择
根据环缝焊接须做匀速圆周运动，速度大约为1~2r/m，其传动装置动力源选择为电动机（电机常用额定转速为1000~1500r\m）.那么该传动装置的总传动i=500—1500，因传动比非常大，需选用V带和二级涡轮蜗杆减速器来降速，通过管套实现对接焊件转动。

2.4.5最终的装备图
最终的装配图参考A0图纸。

16
洛阳理工学院毕业设计（论文）
第3章 对定位元件设计

3.1 焊接滚轮架及滚轮的设计

3.1.1焊接滚轮架的介绍
制品外形为圆形的工件，例如锅炉、管道、桅杆、海洋平台的桩腿、潜艇耐压壳，以及各种化工塔器等都可以放在滚轮架上翻转，进行纵向焊缝、环向焊接的装配——焊接工作。此外，还可以在滚轮架上进行修整、钻孔及探伤等工作。若在滚轮架上支承转环时，还可以焊接其他不规则的容器（像圆锥形容器）及梁形工件。因而滚轮架是焊接生产中，特别是容器件生产中的一种重要工艺装备。
焊接滚轮架按结构形式分为两大类。
第一类是长轴式滚轮架。其轴向一排为主动机，另一排为从动轮，主要用于细长筒体工件的装配和焊件；第二类是组合式滚轮架。由两个滚轮支承在同一基座上组成一个独立的滚轮架，按传动方式不同可分为主动滚轮架、从动滚轮架、单主动滚轮架。
组合滚轮架可根据工件的质量和长度任意组合。按组合滚轮类别可分为基本式滚轮架、交换式滚轮架、自调式滚轮架、可调式滚轮架、可调中心高度滚轮架和轴线滚轮架。
焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮和履带轮四种类型，其特点和使用范围见下表。
表3-1焊接滚轮架特点和使用范围
形 式
特点
使用范围
钢 轮
承载能力强，制造简单
大重型焊件
橡胶轮
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
钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶高，传动平稳
一般多用于10～60t的焊件
履 带
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，结构复杂
用于轻型、薄壁、大直径的焊件及有色金属

金属材料的滚轮多用于铸钢和合金球墨铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多在200～800mm之间。橡胶轮与同尺寸的滚轮相比，承载能力，常将2个或4个橡胶滚轮构成一组滚轮，或是钢轮与橡胶滚轮联合使用。焊接滚轮架行业标准（JB/T9187—1999）建议滚轮工作面的材料按滚轮额定载重量选取。
（1） 滚轮架额定载重量X≤10t, 采用橡胶轮面。
（2） 滚轮架额定载重量10t﹤X≤60t,采用金属橡胶组合轮面，金属轮面，金属滚轮面承重
根据本次设计为适应不同直径和长度的钢管焊接，将钢管的总质量定为10t以下,故根据滚轮结构使用范围和焊接滚轮架作业标准（JB/T9187—1999）选择，滚轮架可选滚轮座移动式调节中心距。

18
第4章减速器的设计

4.1 拟订传动方案

根据本次设计传动装置实际需求，焊件转速n=1~2r/min, 一般选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为动力源，因转动装置总传动比约在500~1500，非常大。本次设计拟采用二级蜗轮蜗杆减速器与V带传动来达到实际的需求。在此拟定工作参数：焊件转速n=2r/min,所需功率P=2.4kw,在室内工作（环境最高温度35℃），载荷平稳，连续单向运转，使用寿命24000小时。传动简图如下图所示。

1— 电动机 2— V带传动装置 3—输入轴 4--蜗轮蜗杆减速器 5—输出轴
图4-1传动简图

4.2 选择电动机类型

电动机选择包括选择类型、结构形式、容量（功率）和转速，并确定型号。
工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选择三相交流异步电动机。最常用的电动机是Y系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低、适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于起动性能好，也适用某些要求较高起动转矩的机械。需要经常起动、制动和反转的机械，要求电动机有较小机械转动惯量和较强的过载能力，应选用起重及冶金用的YZ（笼型）和YZR（绕线型）系列异步电动机。
按工作要求、工作环境条件和所定工作参数，选择一般用途的Y(IP44)系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。

4.2.1计算电动机的参数
（1） 电动机容量
电动机输出功率

传动装置的总效率
式中，轴输出功率，为从电动机到套管之间的各传动机构和轴承的效率。由相关资料查得：V带传动，滚动轴承 ，单级蜗杆传动，则

故由相关资料查得：电动机额定功率取
（2）电动机的转速
为了便于选择电动机转速，先推出电动机转速范围。由相关资料查得：Ｖ带传动常用传动范围＝2~4,单头蜗杆传动闭范围=10~40,则电动机转速范围为

400~12800r/min
可见选择同步转速为的电动机符合要求。
（3）由电动的
由电动机的额定功率和转速，查相关资料得：电动机的型号为Y132S---4 电动机满载转速

4.2.2计算传动装置总传动比和分配各级传动比
（1）传动装置总传动比和分配各级传动比
传动装置总传动比

（2）分配各级传动比
取V带传动比，高速级蜗轮蜗杆传动比
，则低级蜗轮蜗杆传动比
所得值符合一般蜗杆传动和二级蜗杆蜗轮蜗杆减速器传动比的常用范围。

4.2.3计算传动装置的运动参数和动力参数
（1） 各轴转速
电动机轴为0轴，减速器高速轴为a轴，中间轴为b轴，低速轴c轴

（2） 各轴的输入功率
按电动机额定功率计算各轴输入功率，即
P0= P=5.5 kw

Pa= P01=5.5×0.95=5.23kW
Pb= Pa=5.23×=3.77kW
Pc= Pb=0.502××0.97=2.72 kW
（3） 各轴转矩

22
第5章 传动零件设计

5.1 高速级蜗轮传动设计

5.1.1选择齿轮类型、材料、精度以及参数
① 选用齿齿轮传动
② 选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取200HBS。
③ 选取齿轮为8级精度（GB10095—88）
④ 选取小齿轮齿数Z=26，Z=Z=2.5×26≈65

5.1.2按齿面接触疲劳强度设计
首先确定计算参数
（a）使用系数KA：查表得KA=1.0
（b）使用系数KV：查图得KV=1.3

cos===0.8944
cos===0.4472
当量齿数：ZV1=Z1/cos=26/cos=29
ZV2=Z2/ cos=52/ cos=116
当量齿轮的重合度：=[1.88-3.2×（1/ ZV1+1/ ZV2）]
=1.88-3.2×（1/29+1/116）
=1.742
Z==0.868
（d）KH=1/ Z2=1/（0.868）2=1.33
（e）查取齿向载荷分布系数K=1.2
所以载荷系数K：K=KAKV KH K=1.0×1.3×1.3×1.2=2.028
转矩T1=13.131Nm=13131Nmm
（f）查取齿宽系数=0.3
（g）查得弹性影响系数=189.8
（h）查得区域系数=2.5
（i）查取材料接触疲劳强度极限：查图得，小齿轮为=580Mpa,大齿轮=540 MPa
（j）计算应力循环次数N
N=60 thn1=60×1×24000×384=552.96×106
N==221.18×106
（k）查表得：对N1,取m1=14.16,对N2取m2=17.56（m为疲劳曲线方程指数）
ZN1===1.025
ZN2==1.075
（l）查得接触疲劳强度最小安全系数S=1.05
（m）计算许用接触应力[]：
[]===566.19 MPa
[]==552.86 MPa
（n）小齿轮大端分度圆直径d1：

=
=35.18mm
即d1=36mm
5.1.3确定主要参数：
（a）大端模数m：m=d1/z1=36/26=1.39,即m=1.5
（b）分度圆直径d1=m z1=26×1.5=39mm
d2=mz2=97.5mm
（c）锥距R：R==43.6
（d）齿宽b：b=R=13.08mm，取整b=14mm
(4)轮齿弯曲疲劳强度验算：
（a）齿形系数YFa1=2.65, YFa2=2.15
（b）应力修正系数按当量齿数查图得：
YSa1=1.67，YSa2=2.25
（c）重合度系数Y：Y=0.25+=0.25+=0.68
（d）齿间载荷分配系数KFa：KFa=1/ Y=1/0.68=1.47
载荷系数K：K=2.028
（e）齿根工作应力：=
=
=202.21N/mm ==221.04N/mm2
（f）弯曲疲劳极限由图查得：=330 N/mm2
310N/mm2
由表查得：N0=3×106，m=49.91(为疲劳曲线方程指数)
（g）弯曲寿命系数YN：YN1===0.9
YN2==0.91
（h） 由图查得尺寸系数：YX=1.0
（i）弯曲疲劳强度最小安全系数查得：SFmin=1.25
（j）许用弯曲疲劳应力：
===237.6N/mm2
===225.68 N/mm2
（k）弯曲疲劳强度校核：
= 237.6N/mm2〈
=225.68N/mm2〈
所以满足弯曲疲劳强度要求。（注：本节查表查图见《机械工程及自动化简明设计手册》 叶伟昌 2001）
（5）齿轮传动几何尺寸计算
几何尺寸计算结果列于下表3-1：（取，,）

表5-1 蜗轮参数（单位mm）
名 称
代
号
计算公式
结 果
小齿轮
大齿轮
传 动 比

法面模数

法面压
力角

标准值

齿 数

分度圆
直径

齿顶圆
直径

齿根圆径

齿 宽

5.2低速级齿轮的设计

5.2.1选择齿轮类型、材料、精度以及参数
①选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为45钢，小齿轮调质处理齿面硬度取240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取200HBS。
② 选取齿轮为8级精度（GB10095—88）
③ 选取小齿轮齿数Z=25，Z=Z=2.×25=50
5.2.2设计计算：
①设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
②按齿面接触疲劳强度设计

其中
，
（a）查图选取材料的接触疲劳极限应力为：
小齿轮为=580Mpa,大齿轮=560 MPa。
（b）由图查得弯曲疲劳极限：=330 N/mm2
310 N/mm2
（c）应力循环次数N：N1=60n2at=60×194.67×1×24000
N1=2.8×108
则N2=N1/2=2.8×108/3.184=0.88×108
（d）由图查得接触疲劳寿命系数
（e）由图查得弯曲疲劳寿命系数；
（f）查表得接触疲劳安全系数=1；弯曲