毕业设计（论文）小型焊接滚轮架的工程设计.doc

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1、常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期：常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业

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3、滚轮架。第二类是组合式滚轮架。本文主要对组合式小型焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。关键词：焊接 工装夹具 滚轮架Small welding roller standAbstractWelding equipment is a machine which is used in welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mech

4、anization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiative and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mecha

5、nical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories : the first category is long axis-wheel frame., the second category is modular roller frame. In this paper, 4000kg of modular T

6、-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible, adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. An

7、d it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors. Key Words：weld; frock clamp; turning rolls 目 录1. 方案的选择与确定11.1滚轮架简介11.2滚轮架结构特点11.3焊接滚轮架的设计：11.4组合式滚轮架特点31.5结构设计41.6关于滚轮架轴向窜动的问题51.7传动方案设计62. 焊接滚轮架的设计与计算82.1焊接滚轮架主要技术参数：82.2计算总传动效率82.3无级变速器的选用：82.4减速器的选择：82.5联轴

8、器的选择92.6滚轮架滚轮的设计112.7轴的结构设计112.8轴承的选择122.9轴承端盖的设计132.10丝杆的设计142.11键的设计152.12机架的设计152.13表面粗糙度的计算162.14驱动圆周力与摩擦阻力的计算：172.15滚轮支反力的计算182.16驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定192.17滚轮轴上载荷与驱动功率的计算222.18附着力的计算232.19轴承寿命的计算242.20轴承的强度计算：252.21电动机的选型262.22普通圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算272.22.1模数m和压力角a272.22.2蜗杆的分度圆直径272.22.3蜗杆头数272.22

9、.4导程角Y272.22.5传动比i和齿数比u282.22.6蜗轮齿数282.22.7蜗杆传动的标准中心距a282.23轴的校核302.24焊接滚轮架的底架设计30结语31致谢32参考文献33第一章 方案的选择和确定1.1滚轮架简介随着焊接生产技术的高速发展，对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求，焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的。它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形焊件旋转的机械装置，主要用于圆筒形焊件的焊接与装配。焊接滚轮架是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊接变位机械。它主要应用于筒形工件的纵向焊缝,环向焊缝的装

10、配和焊接作业,也可以在焊接滚轮架上进行修整,割孔及探伤等作业。滚轮架是容器生产中最常用的一种工艺装备。焊接滚轮架按结构形式分为两类。第一类是长轴式滚轮架,主动滚轮装置一根有电动机驱动，从动轮装在另一公共轴，滚轮中心距一般是可调节，适用于焊接薄壁，长度大的筒形工件。第二类是组合式滚轮架，主动滚轮架与从动滚轮架各自独立，可根据工件的长度任意组合，使用方便、灵活、适应性强。是目前应用最广一种的滚轮架。1.2滚轮架结构特点1)可根据焊件的重量、长度任意组合，使用方便、灵活；2)在规定的范围内自动调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒体焊件放置平稳；3)采用可控硅供电直流电动机驱动，无级调速，焊速范围

11、大，速度稳定；4)适用性强，使用广泛；5)采用组合式滚轮，钢轮外包橡胶，传动平稳，摩擦力大，寿命长；6)对工件轮压小，可避免工作表面产生冷作硬化。1.3焊接滚轮架的设计焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。调节方式有两种：一种是自调式的；一种是非自调式的。如图1-1，1-2图1-1自调式焊接滚轮架图1-2非自调式焊

12、接滚轮架焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架（如图1-3）。滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮。长轴式滚轮多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可采用的定型产品很少 图1-3长轴式滚轮架第二类是组合式滚轮架（如图1-4），它的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。 图1-4组合式滚轮架1.4组合式滚轮架特点1)主从动滚轮架各自独立，可根据焊件的重量，长度任意组合，使用方便灵活 滚轮架靠滚轮对的自

13、由摆动或靠丝杠的调节作用在规定范围内调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒体焊件放置平稳 2)可无级调速，焊速范围大，速度稳定。3)为了便于调节滚轮架之间的距离，以适应不同长度焊件的装焊要求，有的滚轮架上还安有机动或飞机动行走机构，沿轨道行走，调节相互之间的距离。 焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。这种方式沿用已久，技术很成熟，电动机的机械特性较硬，启动力矩较大，是目前滚轮架使用最广的拖动调速方式。缺点是电动机结构复杂，调速范围较窄，一般恒转矩的调速范围为1：10左右低速时的速度不够稳定，有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖动，变频调速。近几年随着晶体管变频器性能的完善以及价

14、格的下降，采用交流电动机驱动，变频调速的滚轮架也日趋增多。其优点是调速范围宽，可达1：20，转动平滑性好，低速特性硬。缺点是低速段过载倍数降低较大，变频电源的价格也较高。但随着电动机额定功率的增加，价格上升则相对平缓，所以在重型焊接滚轮架上，采用交流异步电动机拖动和变频调速较为适合。本次设计的焊接滚轮架吨为4吨，采用直流电动机。为是焊接滚轮架的滚轮间距离调节更为方便，机动性更强，组合更加便利，采用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好个滚轮之间的同步问题。由于制造工艺，材料性能等因素的影响，其额定转速实际上并不一致，因此，要把实测数据较为接近的一组电动机做

15、为焊接滚轮架的拖动电动机。另外，对重型焊接滚轮架，还应考虑以测速发电机为核心的速度反馈装置来保证各滚轮转速的同步。焊接滚轮架的金属滚轮多采用铸铁和合金球磨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多在200700mm之间。国外滚轮架品种很多，系列较全，承载量11500t，使用焊件直径18m的标准组合式滚轮架（即两个主动轮座与两个从动轮座的组合）均成系列供应。其滚轮线速度多在690mh之间无极可调有的还有防止焊件轴向窜动的功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达400t，适用焊件直径可达6m，滚轮线速度多在660mh之间无级调速。防轴向窜动的滚轮架已有生产，但性能质量尚待提高

16、。我国在1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规定：主动滚轮的圆周速度应在660m/h范围内无级可调，速度波动量按不同的焊接工艺要求，要低于510，滚轮转速应稳定、均匀，不允许有爬行现象。按GB150规定制造的筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上进行焊接时，在整个焊接过程中允许工件的轴向窜动量为3mm。传动机构中涡轮副齿轮副等传动零件，应符合国标中的8级精度等级。1.5结构设计结合所设计壳体的实际尺寸，工装采用非自调式滚轮架。非自调式焊接滚轮架是利用主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动焊件旋转的一种焊接变位机械，可根据工件直径大小不同，移动滚轮组，调节滚轮中心距。非自调式

17、焊接滚轮架结构形式如图1-5所示。图1-5非自调式滚轮架1.底座2.滚轮架3.蜗杆减速器4.电动机5.联轴器6.无级变速器7.滚轮调节装置1.6关于滚轮架轴向窜动的问题如果滚轮和焊件都是理想的圆柱体，且各滚轮尺寸一致，并且其转动轴线都在同一水平面内并与焊件轴线平行时，放在滚轮架上的焊件是不会产生轴向窜动的，这是理想情况。但实际上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圆柱体。 多次试验证明将主、从滚轮架在水平和轴向上的位置找好，固定下来，下次再用时仍会窜动。即便是同一个焊件，此时调整后已不再窜动，但换个方向旋转或将该焊件吊起移动位置后再放到滚轮架上，该焊件又会窜动了，更不用说换另外一个焊

18、件了。 国内一些工厂采用在焊件端头硬顶的办法，这种办法对设备和焊件都有损害，实属无奈。国外制作的防窜滚轮架，虽能满足要求，可惜价格较昂贵。 理论和实践都证明：影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的平行度。因此，在制造和使用焊接滚轮架时，首先要尽量做到：主、从滚轮架都位于同一中心线上。各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。滚轮间距相等。实际上，焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措施，把焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。9 目前，已有三种执行机构可完成此任务： （1）顶升式执行机构从动滚轮架的一侧滚轮可以做升降运动，使焊

19、件轴线发生偏移，同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化。这种调节方式其优点是调节灵敏度较高，缺点是制造成本高，体积大。 （2）偏移式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移，以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。这种调节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。 （3）平移式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水平移动，从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。这种调节方式其优点是稳定性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。1.7传动方案设计确定焊接滚轮架方案时，其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

20、构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯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，还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有通盘考虑，才能制定出最佳的设计方案具体确定设计方案时，应联系以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尺寸的大小；制造精度是选

21、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)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方扫对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。3)装、焊作业能否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装固夹具和焊接夹具。焊接滚轮架是采用摩擦接合的机械传动，主要用来焊接圆形工件的环形焊缝。本设计选用的是非自调式焊接滚轮架，其传动系统如图1-6所示。图1-6传动系统示意图1.电动机2.无级变速器3.标准蜗杆减速器4.蜗杆减速器

22、5.滚轮第二章 焊接滚轮架的计算2.1焊接滚轮架主要技术参数额定载重量：4t； 工件直径：2501600mm； 滚轮直径：450mm；滚轮宽度：170mm; 滚轮圆周速度：660mh 2.2计算总传动效率查机械设计手册上册得：蜗轮蜗杆传动效率1=0.72；轴承传动效率2=0.99；联轴器效率3=0.99。总传动效率：总=无极122633。代入数值得: =0.90.7220.9960.993=0.412.3无极变速器的选择为适应不同焊接速度的要求，主动滚轮要经常变更转速。在电动机与蜗杆减速器之间。常采用一级无极变速器。当输入轴转速n1一定时，输出轴最快转速n2max与最慢转速n2min之比，即变

23、速范围R。且R=imax/imin,一般设计为对称调速，即升速比与降速比相等。选用调速范围4：1，即R=4。升速比imax=i=2，降速比imin=1/i=1/=0.5。2.4减速器的选择蜗杆减速器按蜗杆外形结构分为圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器，锥蜗杆减速器三大类。本次采用圆弧圆柱蜗杆减速器。蜗杆传动是传递交错轴之间的动力常用的交错角=90。它具有单级转动比大工作平稳，振动小，噪音低及可做成自锁形式等特点。 圆弧蜗杆传动除具有普通蜗杆传动的优点外，还有以下特点：齿形优良，蜗杆涡轮齿面为凹凸共轭啮合，当量曲率小，齿面间润滑油膜容易形成，齿面接触应力低具有良好的强度和润滑集合条件。接触线及形状分

24、布合理。蜗杆和涡轮啮合时瞬间接触线相对滑动方向形成的夹角近于直角。减速器选用标准件，其型号的选定是根据传动比和中心距综合考虑选定的。中心距不能超过滚轮安装的高度，即滚轮中心轴离地面的距离。选定中心距为100。 再根据工作条件：工作荷载平稳无冲击，每日工作8小时，每小时启动10次，启动转矩为输出转矩的2.5倍。4 根据机械传动装置选用手册： 与滚轮相连的减速器选择型号： CWU 10030 JB/T793595 外形尺寸查看了机械传动装置选用手册表3.11，是蜗杆在涡轮之下的圆柱蜗杆减速器。 与电动机相连的减速器选择型号：SCWO 10025 JB/T793595 外形尺寸参看机械传动装置选用手

25、册表3.111，是蜗杆在涡轮之上的圆柱蜗杆减速器。 减速器第一次使用时当运转150300h后需更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量。对于混入杂质或变质的油需及时更换。一般情况下，对于长期连续工作的减速器，每5001000h必须换油一次。应加入与原来牌号相同的油，不得不同品牌混用。牌号相同而粘度不同的油允许混合使用。工作中，当发现油温温升超过80度或油池温度超过100度及产生不正常噪音时，应停止使用，检查原因。减速器应定期检修如发现胶合或显著磨损，必须采取有效措施予以制止或排除，备件必须按标准制造。2.5连轴器的选择：联轴器的类型很多根据其是否包含弹件元件，可以划分为刚性联轴器和弹性联轴

26、器两大类。刚性联轴器根据正常工作时是否允许两个半联轴器轴线产生相对位移又分为固定式刚性联袖器和可移式刚性联袖器。固定式刚性联轴器，要求被联接两轴轴线严格对中，因为它不能补偿两轴的相对位移。其常用类型有夹壳联轴器和凸缘联轴器等。可移式刚性联轴器可以通过两半联轴器间的相对运动来补偿被联接两轴的相对位移。其常用类型有十字滑块联轴器、齿轮联轴器和万向联轴器等。弹性联轴器包含有弹性元件，不仅具有吸收振动和缓解冲击的能力，而且能够通过弹性元件助变形来补偿两轴的相对位移。其常用类型有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器等。4 根据以上特点: 与电动机相连的联轴器采用NZ挠性爪型联轴器,再根据轴径大

27、小查机械设计与制造简明手册选用代号为QZB110.2.00型号NZ2 （两个）。 与滚轮相连的联轴器采用凸缘连轴器再根据轴径大小查机械设计与制造简明手册选用YL8型 （一个）。 两蜗杆减速器之间采用十字滑块联轴器，根据轴径大小查机械设计与制造简明手册选用JBZQ438486 KL型 十字滑块联轴器 （两个）。 表21 联轴器选择名称公称扭矩范围轴径范围最大转速范围特点应用条件凸缘连轴器 102000010180140013000结构简单，成本低可传动较大扭距，但不等消除冲击。对所连两轴间的偏移缺乏补偿能力经常用于荷载平稳有轻度冲击的条件下，链接低速和刚性不大的两轴。NZ挠性爪型联轴器25600

28、1565380010000外形尺寸小，飞轮力矩小用于小功率，高转速，没用急剧冲击载荷的情况下十字滑块联轴器1202000015150100250结构紧凑，尺寸小，寿命长。但制造比较复杂无较大冲击，转速不高的，存在两轴径向相对位移时采用2.6滚轮架滚轮的设计（图附录1）滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和使用范围见表2-2。 表22 滚轮形式选择类型 特点 使用范围钢轮承载能力强，制造简单一般用于重型焊件和需预热处理的焊件以及额定在和大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳但橡胶易压坏一般用于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，承载能力比橡胶轮高，传动平稳一

29、般多用于1060t的焊件履带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂。用于轻型，薄壁大直径的焊件及有色金属容器 由于滚轮架的额定载荷是4t，所以选用胶轮结构。橡胶轮缘的滚轮常因结构不合理，或橡胶质量不佳或挂胶工艺不完善，使用不久就会发生挤裂，脱胶而破坏。为此，设计滚轮时，常常在橡胶轮缘两侧开出15度的倒角，以留出承载后橡胶变形的空间，避免挤裂。另外，常在橡胶轮辋与金属的结合部，将金属轮面开出多道沟槽，以增加橡胶与金属的接触面积，强化结合牢度，避免脱胶。至于橡胶成分和挂胶工艺，在美国是一项专利，国内兰州石油化工机器厂，将国产橡胶轮缘的坦克支重轮用在焊接滚轮架上，取得

30、了很好的效果，使滚轮寿命延长了许多。如图附录1所示。滚轮直径为250mm，宽150mm。滚轮边缘采用橡胶来增大摩擦力。2.7轴的结构设计（图附录2）轴主要是用来支承转动的机械零件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。根据轴所受载荷的不同，可分为心轴、传动轴和转轴三种。只承受弯距作用的轴称为心轴。心轴可以是转动的，如火车的轮轴。也可以是固定的，如自行车的轮轴。传动轴是只传递转矩的轴。如联接汽车变速箱与后桥的轴。既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。转轴是机器中最常见的轴，如齿轮减速箱中的轴均是转轴。此次设计的轴为转轴，即承受弯矩又传递转矩。轴在工作时常受到变应力的作用，其失效形式多为疲劳断裂。因此轴的

31、材料首先应具有一定的疲劳强度，同时还应满足工艺性和经济性方面的要求。铀的常用材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢分普通碳素钢和优质碳素钢。常用的有35，40，45，50号优质碳素钢，其中以45号钢应用最普遍。与合金钢相比，碳素钢价廉，对应力集中的敏感性小。并且经过正火或调质等热处理后，其综合机械性能都会有很大改善相提高。本次设计的轴采用45号碳素钢，并进行调质处理。轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和全部结构尺寸。影响轴结构的因素很多，如轴上载荷的大小、分布及性质，轴上零件的数目、类型、布置及固定方式，轴的加工和装配方法等。所以在设计时，要根据具体的工作情况，综合考虑各种影响因素，经济合理地确定轴

32、的结构。如图附录2所示，这次设计的轴分三段，中间段与滚轮通过键链接在一起。左右段各安装一个滚动轴承。同时左段还与联轴器通过键链接在一起。中间轴段轴径尺寸为50mm与滚轮的间隙配合采用的优先配合，中段轴长150mm，左段轴长138mm，右段轴长58mm。2.8轴承的选用轴承分为滚动轴承，滑动轴承两类12 滑动轴承工作时，轴与轴承之间存在滑动摩擦。其缺点是摩擦损耗较大，使用维护也较复杂。而滑动轴承的优点是： (1)结构简单，制造、装拆方便。 (2)具有良好的耐冲击性和良好的吸振性能， (3)承载能力大，使用寿命长。因此滑动轴承在高速、精密机构和低速重载、床、冲压机械和农业机械中如高速精密机、冲压机

33、械和农业机械中应用较多。图2-1滚动轴承滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。其基本结构如图2-1所示，它一般是由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等组成。内圈安装在轴颈上并一起转动，外圈安装在轴承座上。滚动轴承的内、外圈上加工有滚道，当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外因的滚道中滚动。常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等。保持架用于将滚动体彼此分开，以免它们之间相互接触产生摩擦 与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、功耗少、启动灵活、互换性好等优点，因而获得了广泛的应用，其缺点是抗冲击能力差，转速过高时易出现噪音等。滚动轴承已标准化，并由专

34、业厂家生产。此次设计的4吨焊接滚轮架，根据轴径50mm选用圆柱滚子轴承 ，型号23092.9轴承端盖的设计（图附录3） 首先，根据轴承座孔（外圈）直径100mm由机械设计课程设计表46查得轴承端盖螺钉直径为d3=10mm，螺钉数目为4个。如图附录3所示，由机械设计课程设计表47可知，D4=D-(1015mm) 得D4=85mmD0=D+2.5D3 D0=125e=1.2d3 e=12 D2=D0+2.5D3 D2=150 轴承端盖、轴承透盖都是按照此尺寸设计。2.10丝杆的设计（图附录4） 所谓丝杠传动就是由丝杠副联接相邻构件而组成的传动机构。在机械传动中，丝杠副是较常用的机构之一。 丝杠传动

35、（或称螺旋传动）可以把旋转运动变成直线运动，也可以把直线运动变成旋转运动。丝杠传动即可以传递能量或动力，也可以用来传递运动或用来调整零件的相互位置。因此，在机床、起重设备、锻压机械、测量仪器、船舶等传动机构中都广泛的应用了丝杠副。最常见的丝杠副为滑动丝杠副和滚珠丝杠副两种 滑动丝杠副有以下特点: 1) 结构简单，制造容易。 由于滑动丝杠副为一般的丝杠、螺母所组成故其结构简单。制造容易 2）减速传动比大 由于当丝杠转过一圈时，螺母只移动一个导程，而导程可以做的很小。因此可以做到很大的减速比 3）运转平稳 由于丝杠与螺母的啮合是连续的而且同时啮合的圈数较多所以其运转平稳、无噪声。但低速或微调时可能

36、出现爬行。 滑动丝杠副的材料 由于以上原因，本次设计采用滑动丝杠来调节滚轮之间的中心距以适应不同直径的筒体工件的焊接要求。根据丝杠副工作时的受力特点，丝杠和螺母的材料应具有足够的强度、耐磨性和良好切削加工性能。对于精密传动的丝扛还要求在热处理后有较好的尺寸稳定件。一般的滑动丝杠选用35、45、50号等中碳钢并经调质处理。此次设计采用经调质处理的45号中碳钢做为丝杠的材料。如图附录4所示，螺母的螺纹分两段设计，左段螺纹左旋，右段螺纹右旋。这样才可以保证调节滚轮间距的功能。对螺纹的技术要求是：初车螺纹后，时效处理。 一个螺距误差不大于0.025，螺距最大积累误差：在25时，不大于0.035，在10

37、0时不大于0.05.2.11键的设计 键的链接采用普通平键联接，这种键应用最广，普通平键按照键的端部形状分为圆头、方头、和单圆头三种。 本次设计采用圆头键，尺寸参考了机械设计基础表25。2.12机架的设计（图附录5）机架零件支撑着机器中的全部零件，保证组成机器的各零件处于正确的工作位置，承受各零件的作用力，并传递到基础上。 每台机器都有各自的特殊功能，因而，为满足这些特殊要求，机架零件具有各自的结构形状。常见的机架结构形状可以分为以下几类机座类，如各种机床的机身；底座类，如由电动机、减速器和卷筒组成的电动绞车的底座；箱体类，如速器的机体。 由于机架零件形状复杂，一般多采用铸件。铸铁因具有铸造性

38、能好、价廉、吸收振动能力强及刚度高等特点，在机架零件中应用最广。受载情况严重的机架零件，可用铸钢。 对于结构简单、生产批量不大的大中型机架，常用由型钢和钢板焊接成的焊接件。它质量小，生产工期短，不同部件可用不同牌号的钢材。焊接的机架零件质量比铸造的可减轻40左右。为提高强度和刚度在接头处常焊以加强板和加强筋。为减少机械加工，应在机架上安装各部件的支承面处焊有钢板，以便区分加工面。焊后应热处理消除内应力。由于结构简单，生产批量不大，所以4吨焊接滚轮架的机架部分采用工字钢和钢板焊接而成。如图附录5所示，支撑滚轮的机架可以在底座机架之上滑动，滚轮机架两端与工字钢两端非固定式结合，结合方式见图。两部分

39、的机架由丝杠链接完成滚轮之间间距的调节。滚轮机架架在两根10号工字钢之上。这两根工字钢是由与其垂直的10号工字钢相连的。链接方式采用焊接。左边蜗杆减速器也是架在两根10号工字钢之上，这两部分是由一块钢板经过焊接相连的。右边的蜗杆减速器直接安放在钢板之上。电动机安装在两根14号工字钢之上。14号工字钢和电动机之间垫了两块钢板以保证其位置的正确性。2.13表面粗糙度零件表面经机械加工后，由于机床、刀具的振动，切屑分离时产生的塑性变形以及刀痕等原因，零件的表面不可能是一个理想的光滑表面，经放大后可看出表面仍然是高低不平，这种加工表面具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，称为表面粗糙度。 在规定

40、表面粗糙度参数的允许值时，应考虑如下原则： 1)在满足零件功能和外观要求的前提下，尽量取大的粗糙度参数值。 2)同一零件上，工作表面的粗糙度值应小于非工作表面。 3)摩擦表面的粗糙度值应小于非摩擦表面；滚动摩擦表面的粗糙度值应小于滑动摩擦表面；运动速度高、单位压力大的摩擦表面的粗糙度值应小于运动速度低、单位压力小的摩擦表面。 4)对承受变动载荷的零件表面，以及最容易产生应力集中的部位，例如零件的团角、沟槽处，粗糙度值应较小。 5)配合性质要求高的结合面、密封面以及要求联接可靠、受重载的过盈配合表面和配合间隙小的间隙配合都应方小的粗糙度值。 6)同一公差等级的零件，小尺寸比大尺寸、轴比孔的租糙度

41、值要求小。 7)要求耐腐蚀的零件表面，粗糙度值应较小。 8)表面粗粮度要求应与尺寸及形状公差相协调，一般来说，尺寸及形状公差要求较高时，粗糙度值应较小。3 根据以上原则标注了个零件的表面粗糙度，在机架上采用了12.5的表面粗糙度。除此之外，在设计过程中还要处理好公差配合的问题，加工出来的焊接滚轮架才能正常平稳的运行。2.14驱动圆周力与摩擦阻力的计算图 2-2焊接滚轮架受力图1-焊件 2-主动滚轮 3-从动滚轮当重量G=4T，其偏心距为e=0的焊件1静置在主从滚轮座上时，则主从动滚轮上的支反力相等，即 （2-1）式中： 中心角 D -焊件直径 Dr 滚轮直径 L 主，从动滚轮之间的横向距离当偏

42、心距时滚轮切向摩擦力 （2-2）式中：-中心角 b-与滚轮几何尺寸和材料有关的系数其中 (2-3)式中： Dr滚轮直径 滚轮直径 f 滚轮与滚轮轴摩擦因数（滚动轴承f=0.02） u 滚轮与焊件表面之间的摩擦因数（钢轮为=0.60.8，橡胶轮为=2.53.5）。这里取=3.52.15滚轮支反力的计算架在滚轮座上的简体转动时，驱动圆周力Fl和反力F2将使支反力Ff1、Ff2发生变化。实际上，焊件只有按图所示位置逆时针转动时，因Fl、F2力的方向向下，才使Ff1、Ff2数值增大，且增大的份额往往超过因角增加或者摩擦因数 增加而增大的份额。如果焊件顺时针转动，则F1、F2方向向上，、的数值减小。所以

43、,计算滚轮最大支反力时，应以图2-2所示的焊件重心位置和转向为准进行计算。1经公式推导得： (2-4) (2-5) （2-6）经过数据代入计算 ：可以得出 2.16驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定图2-3Kf与的关系曲线1圆锥滚子轴承 2滑动轴承图2-3是单位焊接重量圆周力与中心角的关系曲线。两条曲线都是用滚轮直径=410mm，滚轮轴径=70mm的标准组合式滚轮架按单位焊接重量圆周力、支反力与中心角的关系作出的，但曲线1所用为圆锥滚子轴承，轴承的诱导摩擦因数f=0.02，滚轮处的滚动摩擦因数=3mm；曲线2所用为滚动轴承，f=0.1，=3mm。圆周力F1是根据公式算出的，所以该曲线反应的

44、是e=0时角对应的最大值1图2-4Kf与的关系曲线 图2-4是单位焊件重量支反力与中心角的关系曲线，关系曲线的建立条件与图2-3相同。滚轮作用在焊件上的支反力是根据：公式2-6算出的，所以该曲线反映的是e0时角对应的最大值。 分析图2-3和图2-4可得出如下结论： 1)当G一定时，在2070范围内，支反力和驱动圆周力的变化较小。对滚动轴承，圆周力F1约等于0.01G；对滑动轴承，F1约等于0.02G；支反力 (0506)G。即滚轮轴承无论采用滚动的或是滑动的，都对Ff值影响不大，但对Fl值的影响较大。 2)当由70增至130时，主动滚轮的驱动圆周力将增加1倍。对滚动轴承，F10.02G，对滑动轴承，F1G；支反力也增加了1倍，12G。 3)当130时，支反力和驱动圆周力急剧增大，在160165时达到崩溃值，因此角的许用上限应小于130，一般不超过120 4)在同一值的情况下，若将滚轮轴上的滚动轴承改为滑动轴承，则驱动圆周力将增加一倍，但支反力变化不大