敞车翻转焊胎总装胎体部分说明书本科学位论文.docx
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敞车翻转焊胎总装胎体部分说明书本科学位论文
目录
摘要i
ABSTRACTii
第一章绪论1
1.1敞车翻转焊胎的作用1
1.2敞车翻转焊胎的发展状况1
1.3敞车翻转焊胎的优、缺点。
1
第二章总体设计2
2.1各零件的布置分析2
2.2电动机的选择4
2.2.1选择电动机的类型和结构形式4
2.2.2选择电动机的容量4
2.2.3确定电动机的转速4
2.3传动装置中各轴的运动和动力参数5
2.3.1确定各轴的转速5
2.3.2确定各轴的功率5
2.3.3确定各轴的转矩6
第三章零部件的设计7
3.1概述7
3.1.1对零件的要求7
3.1.2机械零件的设计计算7
3.1.3机械零件的设计精度7
3.1.4机械零件的润滑要求8
3.1.5机械零件的密封要求8
3.1.6机械零件的密封要求8
3.1.7对试验的要求9
3.2箱体的设计9
3.2.1铸件的设计9
3.2.2铸件的联接12
3.3蜗轮蜗杆的传动设计13
3.3.1选择蜗杆的传动类型13
3.3.2选择材料14
3.3.3按齿面接触疲劳强度进行设计14
3.3.4蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸15
3.3.5校核齿根弯曲疲劳强度15
3.3.6蜗轮、蜗杆的几何尺寸16
3.4蜗轮轴的强度校核16
3.4.1求蜗轮轴的功率P2、转速n2、转矩T216
3.4.2初步确定轴的最小直径17
3.4.3轴的结构设计17
3.4.4轴的强度计算18
3.4.5安全系数的校核计算22
第四章胎体的设计与焊接工艺25
4.1胎体的设计25
4.2焊接工艺26
致谢28
参考文献29
摘要
敞车翻转焊胎的工作原理是:
敞车翻转焊胎包括动力装置、传动装置和工作装置、支撑装置和辅助装置组成。
其工作原理是敞车翻转焊胎锁紧后将底架放在胎体上夹紧,然后进行焊接。
底板上部焊接完成后通过减速装置将电机的高速运转变成2r/min左右的翻转,以减少冲击,由翻转装置带动底架翻转至所需要的焊接角度,焊接完成后车体调回原始位置,移出胎体。
实施方案及主要研究手段是:
本设计主要是为了实现机车底架的翻转焊接问题。
机车的底盘是一个庞大的物体,而且有许多焊点,要使这个庞大的物体可以方便的焊接,需要有一个辅助机构来帮助实现。
机车翻转焊胎是专门用来辅助焊接的设备,将待焊的机体固定在翻转焊胎上,通过控制电机的启动和停止来控制焊胎,使其翻转到合适的位置以便于焊接。
主要研究手段是通过查阅资料和到工厂参观实习。
选题的创新之处是:
适用于不需要精确定位的场合,且是大型的焊接材板。
操作简单,成本低,不需要培训工人,可以立即投入使用。
利用涡轮蜗杆传动的自锁性来实现胎体的定位。
此设备不仅可用于敞车底板的焊接还能用于汽车底板的焊接。
预期研究成果或结论是:
通过传动部分使电机的高速运转变成2r/min左右的慢慢翻转,以减少冲击,最终使其停在所需要的位置。
为实现胎体的定位本设计出了利用电机的启、停控制外,还利用涡轮蜗杆传动的自锁性来实现。
另外为实现夹紧的目的,设计中还用到了梯形螺纹的传动和传到特性。
关键词:
敞车;自锁;翻转;焊胎
ABSTRACT
Theflatcarturnsoverweldsembryo'sprincipleofworkis:
Theflatcarturnsoverweldstheembryoincludingthepowerunit,thetransmissiondeviceandtheworkinstallment,theblockingandtheauxiliaryunitcomposition.Afteritsprincipleofworkistheflatcarturnsoverweldstheembryolocking,placesthechassisonthecarcassoftiretoclamp,thencarriesonthewelding.Onaftertheledgerwallweldscompletes,throughthedeceleratingdeviceelectricalmachinery'shigh-speedoperationturnsabout2r/mintheturnover,reducestheimpact,drivestheledgerwallbytheturnoverdevicetoturnovertotheweldinganglewhichneeds,aftertheweldingcompletes,thechassisrecallstheinitialposition,emigratesthecarcassoftire.
Implementationofprogrammesandmajorresearchtoolsare:
thedesignistoachievetheoverturnedlocomotivechassisweldingproblems.Thelocomotivechassisisahugeobjects,andmanysolderjoints,tomakethishugeobjectcanbeaconvenientwelding,theneedforasupportinginstitutionstohelpachieve.Locomotiveoverturnedweldingchildisdevotedtosupportingtheweldingequipment,weldingwillbefixedinthebodyweldingfetaloverturned,bycontrollingthemotorstartandstoptocontroltheweldingchildtofliptotherightpositioninordertoweld.
Throughthemainmeansofaccesstoinformationandtrainingtovisitthefactory.
Topicsofinnovationis:
donotapplytotheprecisepositioningoftheoccasion,andalargeplateofweldingmaterials.Simple,lowcostanddonotneedtotrainworkers,youcanimmediatelyputintouse.Useoftheturbinewormdrivetoachieveself-lockingofthecarcasspositioning.Thisequipmentcanbeusednotonlygondolacarchassiscanalsobeusedtoweldtheweldingautomobilechassis.
Expectedresultsorconclusionsare:
partoftheelectricaltransmissionthroughthehigh-speedoperationinto2r/minaroundslowlyreversedtoreducetheimpacttothefinalstopintherequiredlocation.ToachievethepositioningofthecarcasstodesigntheuseofmotorKai,stoppingcontrol,theturbinesalsousethewormtransmissionandtoachieveself-locking.Inadditionachieveclampingforthepurpose,alsousedinthedesignofatrapezoidalthreadofthetransmissionandspread.
KEYWORDS:
Locomotive;Self-Locking;TurnsOver;WeldingCarcassofTire
第一章绪论
一.3敞车翻转焊胎的作用
本设计主要是为了实现敞车底架的焊接问题。
由于敞车重约7吨,长12米,宽3米,而且有许多焊点,根据这些要求,我们需要设计一种辅助设备来实现庞大的敞车底架焊接问题,敞车翻转焊胎能够实现敞车底盘的焊接。
机车车辆厂要对敞车底板各部位进行焊接操作,焊接方位、角度各有不同。
为便于工作和保证焊接质量要求;设计了焊接敞车的专用设备—敞车翻转焊胎。
该设备主要是为了解决大型车辆底板的焊接问题的,这种设备主要用于定位不严格的场合,如果要想用于精确定位的场合,还须利用电气传动等技术。
一.4敞车翻转焊胎的发展状况
国外的自动翻转焊接技术发展比较快而我国70年代新产品较多,而进入80-90年代一直到现在几乎没有新产品问世但提出了一些新设想。
无论国内还是国外总的发展趋势是朝着大体积、大吨位的方向发展但发展水平不太高。
目前国内的现代化水平不高,离制动化和智能化控制还有一定的距离,有相当的企业还是用传统的机械控制。
尽管科学技术迅速发展但是国内仍有相当部分的企业采用传统生产方式对他们来说立刻实现自动化和智能化无论从技术和财力上来说还不大现实。
为了解决这种不足专门设计这样一台敞车翻转焊胎用于生产是在现实不过了。
当然,随着科学技术的发展,对劳动强度的降低,生产的自动化和智能化是企业发展的必然趋势。
不过现在设计一台这样是比较实用的。
一.5敞车翻转焊胎的优、缺点。
该设备的优点:
降低了工人的劳动强度,操作简单,安全适用,成本低,可立即投入使用,通过改装可以焊接不同尺寸的底板。
该设备的缺点:
自动化水平低,定位精度低。
第二章总体设计
为实现预定的工作要求,该设备有动力装置、传动装置、工作装置、支撑装置和辅助装置五部分组成。
动力装置是一个设备的动力源泉,合理的选择关系到设备的正常运转和经济节约的问题。
在这里选用交流电动机。
传动装置在动力装置与工作机之间。
传动装置一般包括传动件(齿轮传动、蜗杆涡轮传动、带传动、链传动)和支撑件(轴、轴承、机体)两部分。
它的重量和成本在机器中占很大的比重,其性能和质量对机器的影响也很大,因此合理的设计方案很重要。
2.1各零件的布置分析
布置传动顺序时,一般考虑一下特点:
(1)动的承载能力较小,且有弹性,比较柔软,传动相同转矩时的结构尺寸较其它传动形式大,带传动的优点是传动平稳,噪音很小和能缓冲减震,结构简单,对制造精度要求低,特别适用于中心距大的传动;过载时打滑,具安全保护作用,因此宜布置在高速级(转速较时,传动相同功率转矩较小)。
(2)链传动的特点是链传动与齿轮传动同属于啮合传动,但其链条是由金属构成的挠性件,这与带传动相似。
与齿轮传动相比,具有以下优点和缺点:
优点是与带传动相比没有弹性滑动,传动效率较高;传动比准确,可靠。
同样的载荷下张紧力比带传动的小,传动中心距较大,能够适应恶劣的环境,可以在温度,多油,潮湿的环境工作,其工作寿命比正常的工作环境里会缩短;缺点是瞬时传动比和在都不均匀,不适合高速传动;不适于急速反向传动;工作时有噪声;重量比较重;制造价格高。
因此,链传动不均匀,有冲击,不适于高速级,应布置在低速级。
(3)蜗杆传动可实现较大的传动比,尺寸紧凑,传动平稳,但效率较低,适用于中小功率、间歇运动的场合。
当与齿轮传动同时同用,对采用铝铁青铜或铸铁作为涡轮材料的蜗杆传动,由于允许齿面有较高的相对滑动的速度,可将蜗杆传动布置在高速级,以利于形成润滑油膜,可以提高承载能力和传动效率。
(4)圆锥齿轮加工较困难,特别是大直径、大模数的圆锥齿轮,只有在改变轴的布置方向时采用,并尽量放在高速级和限制传动比,以减小圆锥齿轮的直径和模数。
(5)斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动性好,常用在高速级或要求传动平稳的场合。
(6)开式齿轮的工作环境更差,润滑条件不好,磨损较严重,寿命较短,应布置在低速级[1]。
(7)一般将改变运动形式的机构(如螺旋传动、连杆传动、凸轮传动)布置在传动系统的最后一级,并且常为工作机的执行机构。
本设计选用带传动较好,可以减少冲击。
传动结构如图所示
1.电动机2.联轴器3.带轮传动4.夹紧装置5.轴承
6.涡轮蜗杆装置7.齿轮装置8.胎体装置
图2-1敞车翻转焊胎的传动结构图
工作部分是一个设备正常运转的主体,其重要性不言而愈。
支撑部分也很重要,也是一套设备是否合理的标志,是设备正常运行的保证。
2.2电动机的选择
2.2.1选择电动机的类型和结构形式
交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。
异步电动机结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便,使用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。
故本次设计中选用交流异步电动机。
2.2.2选择电动机的容量
电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件决定。
电动机的发热与其运行状态有关。
电动机的运行状态有三类,即长期连续运行、短期运行和重复短期运行。
本设计条件是短期重复运行[2]。
电动机所需工作功率按式
kw(2—1)
其中:
kw(2—2)
F——工作机的工作阻力;
v——工作机的线速度;
T——工作机的阻力距;
n——工作机的转速;
η——传动副的工作效率;
(2—3)
带传动的效率η1=0.95;
蜗杆传动效率η2=0.72;
滚动轴承的效率η3=0.98×0.98×0.98×0.98;
齿轮传动效率η4=0.96;Fv=7367Nm/s;
所以η=0.95×0.72×0.96×0.98×0.98×0.98×0.98=0.53;
=13.9(kw)
2.2.3确定电动机的转速
翻转焊胎转速n=2r/min;V带传动比i1=2~4;圆柱齿轮传动比i2=3~7;蜗杆传动比i3=10~70;总传动比i=60~1120;故电动机可选转速范围为:
(2—4)
=(60~1120)×2
=120~2240(r/min)
可选转速有750、1000、1500r/min。
考虑到容量和转速,有由关手册查处三种电机的型号,综合比较选Y200-8L型。
其性能如下表所示:
表2-1电动机的性能参数
型号
额定
功率
满载时
起动
电流
额定
电流
堵转
转矩
额定
转矩
最大
转矩
额定
转矩
转速
r/min
电流
(380)
A
效率
%
功率
因数
Y200L-8
15
750
9.4
84
0.77
6.0
1.8
2
2.3传动装置中各轴的运动和动力参数
2.3.1确定各轴的转速
蜗杆转速:
n1=n/i1
=730/2
=365(r/min)
涡轮轴的转速:
n2=n1/i2
=365/41
=8.9(r/min)
大齿轮轴的转速:
n3=n2/i3
=8.9/4.5
=2(r/min)
2.3.2确定各轴的功率
输入蜗杆的功率:
P1=Pdη
=15×0.88×0.95=12.54(kw)
输入蜗轮轴的功率:
P2=P1ηα
=12.54×0.42×0.98
=5.16(kw)
大齿轮轴的功率:
P3=P2ηβ
=5.16×0.96×0.98
=4.86(kw)
胎体转动功率:
P4=P3ηγ
=4.86×0.98×0.98
=4.66(kw)
2.3.3确定各轴的转矩
(2-5)
其中:
nw——电动机满载转速;
Pd——电动机功率;
故Td=9550×15/730
=196(N·m)
蜗杆转矩:
T1=Tdi1η
=196×2×0.88×0.95
=327.7(N·m)
涡轮轴的转矩:
T2=T1i2ηα
=327.7×41×0.42×0.98
=5530.13(N·m)
大齿轮的转矩:
T3=T2i3ηβ
=5530.13×4.5×0.96×0.98
=23412.36(N·m)
胎体轴的转矩:
T4=T3i4ηγ
=23412.36×0.98×0.98
=22485.23(N·m)
第三章零部件的设计
敞车翻转焊胎的各零部件设计是至关重要的,为了保证各零部件能够顺利安装必须注意其功能要求、工艺性要求、工艺性要求。
3.1概述
3.1.1对零件的要求
a功能要求主要有强度、刚度、精度、寿命、耐热性、平稳性等,有时还需满足质量体积、噪声、防蛀、环保要求。
b工艺性要求有利于毛胚的制取,机加工、热处理、装配、修理等工艺环节的实施,能实现装配、修理、更换的互换性。
c工艺性要求要使综合经济效益高,合理的选择材料力求材料费用低;良好的结构工艺性,使标准化在一定的范围内,使设计尽量简化。
d能够保证操作者操作方便、安全;使设计的产品外观美丽[3]。
3.1.2机械零件的设计计算
机械零件的主要尺寸常需要根据强度、刚度、耐磨性等要求经过计算确定。
由于零件的工作条件,复杂程度重要性不同的方法,甚至经验公式的计算。
对于重要的零件应采用比较精确的计算方法。
但在各种计算中,要对复杂的现象进行合理的假设与简化,虽然这样的计算不够准确,但精确度还是比较高的。
3.1.3机械零件的设计精度
机械零件功能要求的实现,相当程度上依赖于组成该产品的各零件的几何精度。
因此,零件的几何精度设计是实现产品功能的基础。
在满足功能要求的前提下,精度的设计还必须充分考虑经济性要求。
如果选择低精度的尽量选用低精度的,以便于提高产品性能价格比。
但是,在评价精度设计的经济性时,还必须考虑到产品的无故障工作时间,随着科学技术的发展和生产力的提高人们可以在不断降低生产成本的条件下提高产品的精度。
在零件装配前,应尽量按图纸检验零件的配合尺寸,合格零件才能装配。
所有的零件要用煤油或汽油清洗,机体内不许有任何杂物存在,机体内壁应涂上防侵蚀的涂料[4]。
3.1.4机械零件的润滑要求
润滑剂对传动性能有很大的影响,起着减少摩擦、降低磨损和散热冷却的作用,同时也有助于减震、防锈及冲洗杂物,所以在技术要求上要求中应标明传动件及轴承所用的润滑剂牌号,用量、补充及更换时间。
选择润滑剂时,应考虑传动的类型、载荷的性质及运动速度。
一般对重载、高速、频繁启动、反复运转等情况,由于形成油膜条件差,温度高,所以应选用粘度高、油性好和积压性好的润滑油。
例如蜗杆减速器,低速重载齿轮传动就属于这种情况。
对轻载、间歇工作的传动件可取粘度较轻的润滑剂[5]。
当传动件与齿轮采用同一润滑剂时(两者对润滑剂要求不同),应优先满足传动件并适当兼顾轴承的要求。
对多级传动,由于高速级和低速级对润滑剂粘度要求不同,选用时可取其平均值。
一般齿轮减速器常用40号、50号、70号等机械油润滑剂润滑。
对中、重型减速器,可选汽缸油、28号轧钢机油、齿轮油(HL—20、HL—30)及工业齿轮油、极压齿轮油等润滑。
对蜗杆减速器可用机械油、汽缸油、齿轮油及复合型润滑油润滑。
传动件和轴承所用润滑剂的具体选择方法可参照手册。
机体内装油量计算如前所述。
换油时间取决于油中杂质多少氧化与被污染的程度,一般为半年左右。
当采用润滑脂润滑时候,轴承空隙内润滑脂的填入量与速度有关,若轴承转速是n≤1500r/min,润滑脂填入最多不超过轴承间隙的2/3;若轴承转速n≥1500r/min,则不得超过轴承间隙容积的1/3~1/2。
润滑脂用量过多会使阻力增加,温升提高影响润滑效果[6]。
3.1.5机械零件的密封要求
在试运转中,所有联结面及轴身密封都不允许漏油。
剖分面允许涂以封胶或水玻璃,不允许使用任何垫片。
轴身处密封应涂以润滑脂。
3.1.6机械零件的密封要求
在安装调整滚动轴承时,必须保证一定的轴向游隙。
应在技术要求中提出游隙大小。
因为游隙大小将影响轴承的正常工作。
游隙过大会使滚动体受载不均、轴隙窜动;游隙过小则会妨碍轴隙因发热而伸长,增加轴承阻力,严重时会将轴承卡死。
当轴承支点跨度大、运转温升高时,应取较大的游隙。
当安装固定的轴承结构中采用不可调间隙的轴承(如向心球轴承)时,可在端盖与轴承外圈面留有适当的轴向间隙△(△=0.25~0.4mm),以容许轴承的热伸长,间隙的大小可用垫片调整。
其调整方法时,先用端盖将轴承顶紧到轴能够勉强转动,这时基本消除了轴承的间隙,而端盖的间隙δ,在用厚度为δ+△的调整片至于端盖与轴承的轴向间隙之间,拧紧螺栓,即可得到需要的间隙△。
垫片可用一组厚度不同的软钢薄片所组成,其厚度为1.2~2mm。
对可调间隙的轴承(如角接触轴承和圆锥滚子轴承),由于其内外圈是分离的或是可以相互窜动,所以应仔细调整其间隙位置,最后锁紧螺母即可。
端盖与轴承之间的垫片不起调节作用,只起密封作用[7]。
在安装齿轮或涡轮后必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点,所以技术要求必须提出这方面的具体要求,共安装后使用。
侧隙和接触点是由传动精度确定,可用手册查出。
传动侧隙的检查是可以用塞尺或铅片尺塞进相互啮合的两齿间,然后测量塞尺的厚度或铅片变形后的厚度。
接触斑点的检查是在主动轮齿面上涂色,当主动轮齿传动2~3周后,观察从动轮的着色情况,由此判断接触区的位置及接触面积大小。
当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求的时候,可对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。
对于圆锥齿轮减速器,可通过垫片调整圆锥齿轮位置。
使两圆锥齿顶重合。
对于蜗杆减速器,可通过垫片调整涡轮轴承垫片(一端加垫片,一端减垫片)使蜗杆轴心线通过蜗杆中间平面。
对多级传动,当各级的侧隙合斑点要求不同时,应在技术要求中写明。
3.1.7对试验的要求
做空载试验正反各转一小时,要求运转平稳、噪声小、连接固定处不松动。
负载实验时,油池温升不得超过35摄氏度,轴承温升不得超过40摄氏度。
3.2箱体的设计
3.2.1铸件的设计
进行铸件设计时,不仅要保证其工作性能和机械性能要求,还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求,并使铸件的具体结构与这些要求相适应。
铸件的结构是否合理,即其结构的工艺性是否良好,对铸件的质量、生产率及其成本有很大影响。
当产品是大批量生产时,铸件的结构应便于采用机器造型;当产品是单件、小批量生产时则应使所设计的铸件尽可能的在现有的条件下生产出来。
若某些铸件需要采用金属铸造时、压力铸造或熔模铸造等特种铸造方法时,还必须考虑这些方法对铸件结构的特殊要求。
铸件结构应尽可能使制模、造型、制芯、合箱和清理等过程简化,避
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