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學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
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畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯）
題 目：C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
系 別： 航空工程系
專業(yè)名稱： 機械設(shè)計制造及其自動化
班級學(xué)號： 078105337
學(xué)生姓名： 袁 振 東
指導(dǎo)教師： 張 曉 榮
二O一一 年 六 月
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目 C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號 078105337
學(xué) 生 姓 名 袁 振 東
指 導(dǎo) 教 師 張 曉 榮
填 表 日 期 2011 年 3月 15日
說 明
開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標(biāo)、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。
一、 課題的意義
攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)明至今14年以來，無論在國外還是在國內(nèi)，已經(jīng)成功跨出試驗研究階段，發(fā)展成為在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中可以替代熔焊技術(shù)的工業(yè)化實用的固相連接技術(shù)；這項新型的焊接技術(shù)在航空航天飛行器、高速艦船快艇、高速軌道列車、汽車等輕型化結(jié)構(gòu)以及各種鋁合金型材拼焊結(jié)構(gòu)制造中，已經(jīng)展示出顯著的技術(shù)和經(jīng)濟效益，諸如：根除了熔焊所固有的焊接缺陷（氣孔、凝固裂紋等）、提高了接頭和結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量、降低了焊接變形等;并且在其他輕金屬如鎂、銅、鋅等材料結(jié)構(gòu)的制造中也正在實施工程化應(yīng)用。
與攪拌摩擦焊相適應(yīng)的焊接新裝備和攪拌工具的發(fā)展也非常快，為實施攪拌摩擦焊工藝方案（如消除攪拌匙孔）及提高各類材料接頭的質(zhì)量，各種類別的新型攪拌摩擦焊接設(shè)備、自動化裝置及機器人攪拌摩擦焊機等相繼問世。
攪拌摩擦焊目前的發(fā)展目標(biāo)之一是攻克在高熔點金屬材料連接中的難題，諸如：普通碳鋼、不銹鋼、鈦合金、甚至高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的固相連接，進一步優(yōu)化攪拌工具的型體設(shè)計與材料選取，以及焊接過程參數(shù)的監(jiān)控及焊接質(zhì)量實時檢測和控制,制訂標(biāo)準(zhǔn)。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
1991年,英國焊接研究所（The Welding Institute-TWI）發(fā)明了攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding-FSW），這項杰出的焊接技術(shù)發(fā)明正在為世界制造技術(shù)的進步做出貢獻。
在國外,攪拌摩擦焊已經(jīng)在諸多制造領(lǐng)域達到規(guī)?；?、工業(yè)化的應(yīng)用水平。如在船舶制造領(lǐng)域，在1996年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應(yīng)用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。在軌道車輛制造領(lǐng)域，日本HITACHI公司首先于1997年將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于列車車體的快速低成本制造，成功實現(xiàn)了大壁板鋁合金型材的工業(yè)化制造。在世界宇航制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實現(xiàn)了大型空間運載工具如運載火箭和航天飛機等的大型高強鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的DELTA II型和IV型火箭已經(jīng)全部實現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于1999年首次成功發(fā)射升空。2000年世界汽車工業(yè)，如美國TOWER汽車公司等就利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)了汽車懸掛支架、輕合金車輪、防撞緩沖器、發(fā)動機安裝支架以及鋁合金車身的焊接。2002年8月，美國月蝕航空公司利用FSW技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機，并且首次試飛成功。
截至2004年9月，全世界約有130家各個行業(yè)的公司和大學(xué)、研究機構(gòu)獲得了英國焊接研究所授權(quán)的攪拌摩擦焊非獨占性專利許可。已經(jīng)有多個國家如：英國、美國、法國、德國、瑞典、日本和中國等, 把攪拌摩擦焊技術(shù)擴大應(yīng)用的同時,在世界范圍內(nèi)申請了與攪拌摩擦焊相關(guān)技術(shù)的專利.自1997年起平均每年有100～120項攪拌摩擦焊技術(shù)專利申請;到2004年底，全世界已經(jīng)公開的攪拌摩擦焊專利申請達到了1218項。
作為一種新型制造產(chǎn)業(yè),攪拌摩擦焊技術(shù)正在世界范圍內(nèi)興起！
1 攪拌摩擦焊的技術(shù)特點
攪拌摩擦焊作為一項新型焊接方法，用很短的時間就完成了從發(fā)明到工業(yè)化應(yīng)用的歷程。目前,在國際上還沒有針對攪拌摩擦焊公布的統(tǒng)一技術(shù)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)，在攪拌摩擦焊專利許可協(xié)會的影響下，業(yè)界已經(jīng)對攪拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技術(shù)術(shù)語進行了定義和認(rèn)可。圖1示出了攪拌摩擦焊所用到的主要描述性術(shù)語。
圖1 攪拌摩擦焊原理示意與名詞術(shù)語
攪拌摩擦焊技術(shù)所涉及到的主要技術(shù)術(shù)語定義如下：
攪拌頭（Pin tool）－攪拌摩擦焊的施焊工具；
攪拌頭軸肩（Tool Shoulder）－攪拌頭與工件表面接觸的肩臺部分；
攪拌針（Tool Pin）－攪拌頭插入工件的部分；
前進側(cè)（Advanced Side）－焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面；
回轉(zhuǎn)側(cè)（Retreating Side）－焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；
軸向壓力（Down or Axial Force）-向攪拌頭施加的使攪拌針插入工件和保持?jǐn)嚢桀^軸肩與工件表面接觸的壓力；
攪拌摩擦焊是一種在機械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。如圖1所示，攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生了摩擦熱，使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化（焊接溫度一般不會達到和超過被焊接材料的熔點），當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。
攪拌摩擦焊具有適合于自動化和機器人操作的諸多優(yōu)點，對于有色金屬材料（如鋁、銅、鎂、鋅等）的連接,在焊接方法、接頭力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法無可比擬的優(yōu)越性，它是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型的新型連接技術(shù)。
但是攪拌摩擦焊也有其局限性，例如：焊縫末尾通常有匙孔存在（目前已可以實現(xiàn)無孔焊接）； 焊接時的機械力較大，需要焊接設(shè)備具有很好的剛性；與弧焊相比,缺少焊接操作的柔性；不能實現(xiàn)添絲焊接。
攪拌摩擦焊對材料的適應(yīng)性很強，幾乎可以焊接所有類型的鋁合金材料，由于攪拌摩擦焊接過程較低的焊接溫度和較小的熱輸入，一般攪拌摩擦焊接頭具有變形小、接頭性能優(yōu)異等特點;可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所謂“難焊”的金屬材料如：Al-Cu(2xxx系列) 、Al-Zn(7xxx系列)和Al-Li(如8090、2090 和2195鋁合金)等鋁合金。
另外，攪拌摩擦焊對于鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金以及鋁基復(fù)合材料等材料的板狀對接或搭接的連接也是優(yōu)先選擇的焊接方法；目前，攪拌摩擦焊還成功地實現(xiàn)了不銹鋼、鈦合金甚至高溫合金的優(yōu)質(zhì)連接。
攪拌摩擦焊可以較容易實現(xiàn)異種材料的連接，例如鋁合金和不銹鋼的攪拌摩擦焊接，利用攪拌摩擦焊可以較方便的實現(xiàn)鋁－鋼板材之間的連接和銅鋁復(fù)合焊接接頭。
攪拌摩擦焊發(fā)明初期主要解決厚度1.2~6毫米的鋁合金板材焊接問題;1996年，用FSW技術(shù)解決了6～12毫米的鋁、鎂、銅合金的連接.1997年實現(xiàn)了12~25毫米厚鋁合金板的攪拌摩擦焊，并且在宇航結(jié)構(gòu)件上得到應(yīng)用.1999年攪拌摩擦焊可以焊接50毫米厚的銅合金及75毫米厚度的鋁合金零件和產(chǎn)品.2004年，英國焊接研究所已經(jīng)能夠單道單面實現(xiàn)100毫米厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，單道焊可以實現(xiàn)厚度為0.8~100mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。最近,又開發(fā)了可以連接0.4mm鋁板的微型攪拌摩擦焊技術(shù).
攪拌摩擦焊是長、直規(guī)則焊縫（平板對接和搭接）的理想焊接方法.攪拌摩擦焊也已可以實現(xiàn)2-D、3-D結(jié)構(gòu)的焊接,如筒形零件的環(huán)縫和縱縫;可以實現(xiàn)全位置空間焊接，如水平焊、垂直焊、仰焊以及任意位置和角度的軌道焊。圖2示出了多種典型的攪拌摩擦焊接頭形式，如多層對接、多層搭接、T形接頭、V形接頭、角接等。
與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊（TIG）和熔化極氬弧焊（MIG）焊接相比較，攪拌摩擦焊在接頭力學(xué)性能上據(jù)有明顯的優(yōu)越性。例如,對于6.4mm厚的2014-T6鋁合金，F(xiàn)SW焊接頭性能比TIG焊高16％;對于12.7毫米厚的2014-T6鋁合金，F(xiàn)SW焊接頭性能比TIG焊高22％.攪拌摩擦焊接頭性能數(shù)據(jù)一致性較好，工藝穩(wěn)定，焊接接頭質(zhì)量容易保證。
圖2 攪拌摩擦焊的接頭形式
攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能一般都優(yōu)于熔焊接頭。1996年英國焊接研究所對6mm厚度的2014-T6、 2219-T6、5083-0 和7075-T7351等鋁合金進行了攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能研究，結(jié)果表明攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能優(yōu)于歐洲弧焊標(biāo)準(zhǔn)（ECCS class B3）。
2 攪拌摩擦焊在國外的發(fā)展
攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術(shù)，已經(jīng)從技術(shù)研究，邁向高層次的工程化和工業(yè)化應(yīng)用階段,形成了一個新的產(chǎn)業(yè): 攪拌摩擦焊設(shè)備的制造、攪拌摩擦焊產(chǎn)品的加工.如在美國的宇航制造工業(yè)、北歐的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊得到了廣泛的應(yīng)用,均已形成新興產(chǎn)業(yè)。
2.1攪拌摩擦焊在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中取代傳統(tǒng)熔焊
攪拌摩擦焊已成功地實現(xiàn)了鋁合金、鎂合金構(gòu)件制造大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。下面列舉一些典型的應(yīng)用實例。
2.1.1 攪拌摩擦焊在船舶制造工業(yè)中的應(yīng)用
早在1995年，挪威Hydro Marine Aluminium公司就將FSW技術(shù)應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)件的制造（見圖3），采用攪拌摩擦焊技術(shù)將普通型材拼接，制造用于造船業(yè)的寬幅型材。該焊接設(shè)備以及工藝已經(jīng)獲得Det Norske Veritas和Germanischer Lloyd的認(rèn)可。從1996到1999，已經(jīng)成功焊接了1700塊船舶面板，焊縫總長度超過110km。
在造船領(lǐng)域,攪拌摩擦焊適用面很寬：船甲板、側(cè)板、船頭、殼體、船艙防水壁板和地板,船舶的上層鋁合金建筑結(jié)構(gòu),直升飛機起降平臺,離岸水上觀測站,船舶碼頭,水下工具和海洋運輸工具,帆船的桅桿及結(jié)構(gòu)件,船上制冷設(shè)備用的中空擠壓鋁板等。
圖3 挪威Hydro Marine Aluminium采用攪拌摩擦焊技術(shù)制造船用寬幅鋁合金型材
2.1.2 攪拌摩擦焊在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用
航空航天飛行器鋁合金結(jié)構(gòu)件，如飛機機翼壁板、運載火箭燃料儲箱等，選材多為熔焊焊接性較差的2000及7000系列鋁合金材料，而攪拌摩擦焊可以實現(xiàn)這些系列鋁合金的優(yōu)質(zhì)連接,國外已經(jīng)在飛機、火箭等宇航飛行器上得到應(yīng)用。
采用攪拌摩擦焊提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，對航空航天工業(yè)來說有著明顯的經(jīng)濟效益。波音公司首先在加州的HuntingtonBeach工廠將攪拌摩擦焊應(yīng)用于Delta II運載火箭4.8米高的中間艙段的制造（縱縫，厚度22.22毫米 ，2014鋁合金），該運載火箭于1999年8月17日成功發(fā)射升空。2001年4月7日，“火星探索號”發(fā)射升空，采用攪拌摩擦焊技術(shù)，壓力貯箱焊縫接頭強度提高了30％, 攪拌摩擦焊制造技術(shù)首次在壓力結(jié)構(gòu)件上得到可靠地應(yīng)用。
波音公司在阿拉巴馬州的Decatur工廠將攪拌摩擦焊技術(shù)用于制造DeltaⅣ運載火箭中心助推器。DeltaⅣ運載火箭貯箱直徑為5m,材料改為2219-T87鋁合金。到2002年4月為止，攪拌摩擦焊已成功焊接了2100m無缺陷焊縫應(yīng)用于Delta II火箭，1200m無缺陷焊縫應(yīng)用于Delta IV火箭。采用攪拌摩擦焊節(jié)約了60％的成本，制造周期由23天降低為6天。
歐洲Fokker宇航公司將攪拌摩擦焊技術(shù)用于Ariane 5發(fā)動機主承力框的制造（圖4），承力框的材料為7075-T7351，主體結(jié)構(gòu)由12塊整體加工的帶翼狀加強的平板連接而成，結(jié)構(gòu)制造中用攪拌摩擦焊代替了螺栓連接，為零件之間的連接和裝配提供了較大的裕度，并可減輕結(jié)構(gòu)重量，提高生產(chǎn)效率。
圖4 歐洲Fokker Space公司采用FSW制造Ariane 5發(fā)動機主承力框
目前，攪拌摩擦焊在飛機制造領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用還處于驗證階段，主要利用FSW實現(xiàn)飛機蒙皮和衍樑、筋條、加強件之間的連接，框架之間的連接、飛機預(yù)成型件的安裝、飛機壁板和地板的焊接、飛機結(jié)構(gòu)件和蒙皮的在役修理等，這些方面的攪拌摩擦焊制造已經(jīng)在軍用和民用飛機上得到驗證飛行和部分應(yīng)用。另外波音公司還成功地實現(xiàn)了飛機起落架艙門復(fù)雜曲線的攪拌摩擦焊焊接。
美國Eclipse飛機制造公司斥資3億美元用于攪拌摩擦焊的飛機制造計劃，其制造的第一架攪拌摩擦焊商用噴氣客機（Eclipse500）（圖5）于2002年8月在美國進行了首飛測試。其機身蒙皮、翼肋、弦狀支撐、飛機地板以及結(jié)構(gòu)件的裝配等鉚接工序均由攪拌摩擦焊替代，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了制造成本并且減輕了機身重量。
圖5 Eclipse 500型商用噴氣客機的攪拌摩擦焊焊接構(gòu)件之一
攪拌摩擦焊在航空航天業(yè)的應(yīng)用主要在以下幾個方面：機翼、機身、尾翼；飛機油箱；飛機外掛燃料箱；運載火箭、航天飛機的低溫燃料筒；軍用和科學(xué)研究火箭和導(dǎo)彈；熔焊結(jié)構(gòu)件的修理等。
2.1.3 攪拌摩擦焊在軌道交通及陸路交通工業(yè)中應(yīng)用
在軌道交通行業(yè)，隨著列車速度的不斷提高，對列車減輕自重,提高接頭強度及結(jié)構(gòu)安全性要求越來越高。高速列車用鋁合金擠壓型材的連接方式，成為了制約發(fā)展的主導(dǎo)因素。由于攪拌摩擦焊焊接接頭強度優(yōu)于MIG焊焊接接頭，并且缺陷率低，節(jié)約成本，所以目前高速列車的制造,采用攪拌摩擦焊技術(shù)，已成為主流趨勢。在該領(lǐng)域,比較典型的為日本日立公司，在做單層和雙層擠壓型材件連接時都采用了攪拌摩擦焊技術(shù)，用于市郊列車和快速列車車輛的制造。
日本輕金屬公司已將FSW工藝用于地鐵車輛，采用這種工藝制造的工件長度已經(jīng)超過了3km，接頭質(zhì)量良好。由住友輕金屬公司生產(chǎn)的擠壓型材FSW焊接拼板,用于日本新干線車輛的制造（圖6左），車輛時速可達285 km/h。
法國的Alstom公司將攪拌摩擦焊應(yīng)用于列車頂板的連接（圖6右）。
圖6 左：日本住友輕金屬公司FSW生產(chǎn)的新干線列車壁板；右：法國阿爾斯通FSW制造的列車車頂
目前,與軌道車輛相關(guān)方面的攪拌摩擦焊應(yīng)用包括：高速列車箱體型材連接；油罐車及貨物列車箱體連接；集裝箱箱體；鐵軌以及地下滾動托盤。
2.1.4 攪拌摩擦焊在汽車工業(yè)中應(yīng)用
為了提高運載能力和速度，汽車制造呈現(xiàn)出材料多樣化、輕量化、高強度化的發(fā)展趨勢，鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)合金材料所占的比重越來越大，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)以及接頭形式都在設(shè)法改進。攪拌摩擦焊技術(shù)的發(fā)明恰好滿足了這種新材料、新結(jié)構(gòu)對新型連接技術(shù)的需求。挪威Hydro公司采用攪拌摩擦焊技術(shù)制造汽車輪轂，將鑄造或鍛造的中心零件與鍛鋁制造的輻條連接起來，以獲得良好的載荷傳遞性能并減輕重量。
美國Tower汽車公司采用攪拌摩擦焊制造汽車用懸掛連接臂,取得了很大經(jīng)濟效益。攪拌摩擦焊。另外，該公司還將攪拌摩擦焊技術(shù)用于縫合不等厚板坯料(Tailored welded blanks)的制造;采用縫合坯料,在優(yōu)化結(jié)構(gòu)強度和剛度設(shè)計的同時,既大大減少了汽車制造中模具的數(shù)量,又縮短了工藝流程。
目前攪拌摩擦焊在汽車制造工業(yè)中的應(yīng)用主要為：發(fā)動機引擎和汽車底盤車身支架；汽車輪轂；液壓成型管附件；汽車車門預(yù)成型件；轎車車體空間框架；卡車車體；載貨車的尾部升降平臺汽車起重器；汽車燃料箱；旅行車車體；公共汽車和機場運輸車；摩托車和自行車框架；鋁合金電梯；逃生交通工具；鋁合金汽車修理；鎂合金和鋁合金的連接。
攪拌摩擦點焊(FSSW)的研究與技術(shù)開發(fā),是汽車制造工業(yè)中的一個新熱點.
2.1.5攪拌摩擦焊在其他工業(yè)中的應(yīng)用
攪拌摩擦焊成功地解決了輕合金金屬的連接難題，在兵器、建筑、電力、能源、家電等工業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛。
如在兵器工業(yè)，攪拌摩擦焊成功實現(xiàn)了坦克、裝甲車的主體結(jié)構(gòu)和防護裝甲板的制造;在建筑行業(yè),攪拌摩擦焊在民用建筑工業(yè)的應(yīng)用主要為：鋁合金橋梁,鋁合金、銅合金、鎂合金裝飾板,門窗框架,鋁合金管線,電廠和化學(xué)工廠的鋁合金反應(yīng)器,熱交換器,中央空調(diào),管狀結(jié)構(gòu)件制造等。在電力行業(yè),攪拌摩擦焊的應(yīng)用主要為：發(fā)動機殼體,電器連接件,電器封裝等。在家電行業(yè),,主要應(yīng)用為：冰箱散熱板,廚房電器和設(shè)備,“白色”家用物品和工具,天然氣、液化氣儲箱和容器,金屬家具等。
三、研究內(nèi)容
機械系統(tǒng)設(shè)計分為四個部分：
（1）X-Y平臺設(shè)計；
（2）升降臺設(shè)計；
（3）主軸箱設(shè)計；
（4）外形尺寸設(shè)計。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進度
目標(biāo)
1.了解C型攪拌摩擦焊機工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計C型攪拌摩擦焊機的機械結(jié)構(gòu)
特色
1. 高度一致的焊接質(zhì)量，無需要高的操作技能和訓(xùn)練
2. 單面焊接的厚度為1.6—15mm
3. 焊接接口部位只需要去油處理，無需打磨或洗涮
4. 不需焊絲和保護氣氛
5. 節(jié)省能源
6. 焊接表面平整，不變形，無焊縫突起和汗滴，無需后續(xù)處理
7. 無電弧、無磁沖擊、閃光、輻射、煙霧和異味，不影響其他電氣設(shè)備使用，綠色環(huán)保
8. 焊接溫度低于合金的熔點，焊縫無孔洞、裂紋和元素?zé)龘p
畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作進度
1．收集有關(guān)資料，寫出開題報告； 1周—2周
2．外文翻譯(6000字符以上) ； 3周
3．分析與研究：了解現(xiàn)有類似設(shè)備，制訂設(shè)備總體方案。 4周—5周
4．傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 6周—9周
5．主要零部件的設(shè)計與尺寸計算。 10周—14周
6．撰寫畢業(yè)論文一份 15周—16周
7．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 17周
參考文獻
1 戴曙主編 《金屬切削機床設(shè)計》 機械工業(yè)出版社
2 江耕華主編《機械傳動設(shè)計手冊》 煤碳工業(yè)出版社
3 鄭堤等主編《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》 機械工業(yè)出版社
4數(shù)字化手冊系列（軟件版）編寫委員會《機械設(shè)計手冊（軟件版）》R2.0
機械工業(yè)出版社
5 李洪主編 《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)手冊》
東北工學(xué)院出版社
6范云漲、陳兆年主編《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》 機械工業(yè)出版社
7《機床設(shè)計手冊》編寫組主編 機械工業(yè)出版社
8 鞏云鵬等主編《機械設(shè)計課程設(shè)計》 東北大學(xué)出版社
C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
學(xué)生姓名：袁振東 班級：0781053
指導(dǎo)老師：張曉榮
摘要：攪拌摩擦焊是摩擦焊的新發(fā)展，是英國焊接研究所提出的專利技術(shù)。它可以對多種融化焊接性差的有色金屬等擦了進行可靠的鏈接，而且連接工藝簡單、并有較好的工藝適應(yīng)性。
攪拌摩擦焊技術(shù)是一種新型的固態(tài)連接技術(shù)，主要用于的熔點金屬和合金的焊接，它能較好的保持焊縫區(qū)的微細晶粒組織，可以用語超塑性成形領(lǐng)域。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，可以用語FSW焊接的材料將會更加廣泛，此外，攪拌摩擦焊無需復(fù)雜的處理工作，且焊縫缺陷相對較少，生產(chǎn)環(huán)境好，是一種經(jīng)濟、高效、高質(zhì)量的“綠色焊接工藝”，可以遇見FSW技術(shù)將在我國航空航天、船舶、汽車等各個領(lǐng)域得到長足的發(fā)展和良好的應(yīng)用。
本文簡單介紹了攪拌摩擦焊的焊接原理、工藝特點、工藝設(shè)備及應(yīng)用領(lǐng)域，并對其機械機構(gòu)設(shè)計和性能進行了進一步的分析。
關(guān)鍵詞： 新發(fā)展 新型的固態(tài)連接技術(shù) 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
指導(dǎo)老師簽名：
Mechanical mechanism design of C-type friction stir welding machine
Student name: yuan zhendong Class: 0781053
Supervisor:zhang xiaorong
Abstract: The patent teachnology of the friction stir welding is advanced by the welding research institute of England. The friction welding is a new development of friction welding method. It can reliable join for varied weldability poor nonferrous metal etc material . The join technology is simple and technology adaptability is quite good in the friction stir welding .
Friction stir welding technology is a new type of solid-state link technology, mainly used for melting metal and alloy welding, it can better maintain the weld zone of fine grains, the field of superplastic forming can be expressions. With the development of welding technology, welding FSW language materials can be more extensive, in addition, friction stir welding without the need of complex processing and a relatively small weld defects, the production environment, is an economic, efficient, high-quality "Green welding process", FSW technology will be met in our aerospace, marine, automotive and other fields have made ??great progress and good application.
This article introduces the principles of friction stir welding welding, process characteristics, process equipment and applications, and its mechanical structure design and performance of further analysis.
Keywords： new development a new type of solid-state link technology Mechanical mechanism design
Signature of Supervisor:
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：
1．原始資料：
①．工件尺寸：最大寬度500mm，最大長度800mm，厚度5-12mm；
②．焊接速度100mm/min--500mm/min；
③. 攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度1000rpm--3000rpm；
2．設(shè)計技術(shù)要求：
① 根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計C型攪拌摩擦焊機的機械結(jié)構(gòu)。
② 要求英文資料翻譯忠實原文。
③ 要求完成的設(shè)計能滿足實際要求，圖面及文字說明表達簡潔、清晰、易讀懂，
圖紙設(shè)計規(guī)范，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)。能用于指導(dǎo)實際的生產(chǎn)、裝配。
④ 要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計計算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1．收集有關(guān)資料，寫出開題報告； 1周—2周
2．外文翻譯(6000字符以上) ； 3周
3．分析與研究：了解現(xiàn)有類似設(shè)備，制訂設(shè)備總體方案。 4周—5周
4．傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 6周—9周
5．主要零部件的設(shè)計與尺寸計算。 10周—14周
6．撰寫畢業(yè)論文一份 15周—16周
7．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
［1］. 戴曙主編 《金屬切削機床設(shè)計》 機械工業(yè)出版社
［2］. 江耕華主編《機械傳動設(shè)計手冊》 煤碳工業(yè)出版社
［3］. 鄭堤等主編《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》 機械工業(yè)出版社
［4］. 數(shù)字化手冊系列（軟件版）編寫委員會《機械設(shè)計手冊（軟件版）》R2.0
［5］. 洪主編 《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)手冊 東北工學(xué)院出版社
［6］. 范云漲、陳兆年主編《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》 機械工業(yè)出版社
［7］.《機床設(shè)計手冊》編寫組主編 機械工業(yè)出版社
［8］. 鞏云鵬等主編《機械設(shè)計課程設(shè)計》 東北大學(xué)出版社
航空工程系 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)類 0781053 班
學(xué)生（簽名）：
日期： 自2011 年 3 月 1 日至 2011 年 6 月 2 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
航空工程 系（室）主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計說明書首頁。
目 錄
1 前言…………………………………………………………………………（1）
1.1攪拌摩擦焊概述……………………………………………………………（2）
1.2 攪拌摩擦焊的特點介紹……………………………………………………（4）
2 C型攪拌摩擦焊接機械結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………（7）
2.1 X-Y平臺設(shè)計………………………………………………………………（7）
2.2 升降臺的設(shè)計……………………………………………………………（22）
2.3 主軸箱的設(shè)計……………………………………………………………（29）
2.4 鍵和軸承、圓柱銷的設(shè)計………………………………………………（39）
2.5 整體外形尺寸設(shè)計………………………………………………………（47）
3 結(jié)論…………………………………………………………………………（48）
附錄………………………………………………………………………………（52）
參考文獻……………………………………………………………………… （60）
致謝………………………………………………………………………………（61）
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目：C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
系 別： 航空工程系
專業(yè)名稱： 機械設(shè)計制造及其自動化
班級學(xué)號： 078105337
學(xué)生姓名： 袁 振 東
指導(dǎo)教師： 張 曉 榮
二O一一 年 六 月
南 昌 航 空 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文
C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
前言
一項新興額金屬加工技術(shù)自方法發(fā)明、原理驗證、技術(shù)改進到工業(yè)化推廣應(yīng)用一般要經(jīng)歷幾十年甚至更長的時間。焊接技術(shù)也是一樣，如釬焊、電弧焊、激光焊、電子束焊等都精力了類似的過程。但是攪拌焊不同，1991年英國焊接研究所（The welding Institute-TWI）發(fā)明了攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，簡稱FSW)，伺候攪拌摩擦焊以任何一種焊接方法無可比擬的發(fā)展速度，迅速走出實驗室，在國際工業(yè)制造領(lǐng)域（船舶、軌道列車、航空、航天、汽車、兵器電子電力等）得到大規(guī)模工程化應(yīng)用。作為一項創(chuàng)新的固相連接方法，攪拌摩擦焊正在大步取代傳統(tǒng)鋁合金焊接方法，在鋁合金結(jié)構(gòu)制造及鋁型材加工領(lǐng)域，迎來革命性的跨時代發(fā)展。
1. 攪拌摩擦焊簡介
1.1攪拌摩擦焊概述
FSW 是一種固體連接工藝。在該工藝中，帶仿形細桿的割肩刀具插入材料兩工件間的結(jié)合線中，在抗磨細桿和兩工件之間產(chǎn)生摩擦熱，將其相互對接在一起，并將抗磨細桿固定在托桿上。
熱量導(dǎo)致材料軟化，沒有達到熔點，使抗磨細桿能沿著接頭移動。象這樣，工具向前動動，材料被在旋轉(zhuǎn)細桿前面的摩擦熱增塑，并傳遞到背面，在這里，壓實并冷卻，形成固態(tài)焊縫。
（圖1－1）
（圖1－2）
（圖1－3）
焊接質(zhì)量
使用攪拌摩擦焊接，可得到與熔焊相似的、極好的焊接質(zhì)量。固相焊縫的壓實、顫動和鍛壓作用，形成的焊縫有比基體材料更細密的顯微組織。這些焊縫抗拉強度可達到基體材料的90%，且疲勞性能與基體材料相似，而具有代表性的熔焊接頭疲勞性能只能達到基體材料的60%。攪拌摩擦焊接也可用于全位置（橫、立、仰焊和軌跡焊）。因為是固態(tài)焊接工藝，對人沒有危險性的影響。
攪拌摩擦焊機可買到下列組合的設(shè)備：
多軸式、移動式龍門架、手提式和機器人。
適合于攪拌摩擦焊接接頭的幾何形狀有：
a 平板對接 b 對接和搭接組合c 單層搭接 d 多層搭接e 三件T形對接 f 兩件T形對接g 邊緣對接 h 可以接受的拐角焊縫
（圖1－4‘a(chǎn)～h’）
（圖1－5攪拌摩擦焊的工作情況）
（圖1－6由攪拌摩擦焊焊接的管類零件）
1.2攪拌摩擦焊的特點介紹
1991年攪拌摩擦焊技術(shù)由英國焊接研究所(The Welding Institute, TWI)發(fā)明，作為一種固相連接手段，它克服了以往熔焊的諸如氣孔、裂紋、變形等缺點，更使得以往通過傳統(tǒng)熔焊手段無法實現(xiàn)焊接的材料可以采用FSW實現(xiàn)焊接，被譽為“繼激光焊后又一革命性的焊接技術(shù)”。
FSW主要由攪拌頭的摩擦熱和機械擠壓的聯(lián)合作用下形成接頭，其主要原理和特點如下：
焊接時，欲搭接或者對接的工件相對放置在墊板上，為了防止在施焊時工件被攪拌頭推開，應(yīng)加以約束。施焊工具主要是攪拌頭。焊接時旋轉(zhuǎn)的攪拌頭緩緩進入焊縫，在與工件表面接觸時通過摩擦生熱使得該處金屬軟化，在頂壓力的作用下，指棒進入到工件內(nèi)部，在高速旋轉(zhuǎn)下使得攪拌頭周圍的一層金屬塑性化。同時，在肩軸端面的包攏下攪拌頭沿焊接方向移動形成焊縫。焊縫的深度由指棒的插入深度決定。在焊接過程中主要的產(chǎn)熱體是指棒和軸肩。在焊接薄板時，軸肩和工件的摩擦是主要的熱量來源。
作為一種固相連接手段，攪拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法難以焊接的材料外（例如可以實現(xiàn)用熔焊難以保證質(zhì)量的裂紋敏感性強的7000、2000系列鋁合金的高質(zhì)量連接），F(xiàn)SW還具有以下優(yōu)點：
· 溫度低，所以變形?。词故情L焊縫也是如此）；
· 接頭機械性能好(包括疲勞、拉伸、彎曲)，不產(chǎn)生類似熔焊接頭的鑄造組織缺陷，并且其組
· 織由于塑性流動而細化。
· 與其它焊接方法相比，焊接變形小，調(diào)整、返修頻率低，某航空發(fā)動機FSW的缺陷發(fā)生率低，傳統(tǒng)熔焊時每焊接8.4m，產(chǎn)生一個缺陷，而FSW時在焊接長度為76.2m時，才僅出現(xiàn)一個缺陷。由此可以使成本降低60%。
· 焊前及焊后處理簡單，焊接過程中的摩擦和攪拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附著雜質(zhì)。而且焊接過程中不需要保護氣體、焊條及焊料。
· 能夠進行全位置的焊接；
· 適應(yīng)性好，效率高；
· 操作簡單；
· 焊接過程中無煙塵、輻射、飛濺、噪音及弧光等有害物質(zhì)產(chǎn)生，是一種環(huán)保型工藝方法。
尤其值得指出的是，攪拌摩擦焊所具有適合于自動化和機器人操作的優(yōu)點，諸如：不需要填絲、保護氣（對于鋁合金）、可以允許有薄的氧化膜、對于批量生產(chǎn)，不需要進行打磨、刮擦之類的表面處理非損耗的工具頭、一個典型的工具頭就可以用來焊接6000系列的鋁合金達1000米等.
2. C型攪拌摩擦焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
機械系統(tǒng)設(shè)計分為四個部分：
（1）X-Y平臺設(shè)計；
（2）升降臺設(shè)計；
（3）主軸箱設(shè)計；
（4）外形尺寸設(shè)計。
2.1（一）X-Y平臺設(shè)計：
2.1.1X-Y平臺外形尺寸及重量估算
Y向拖板（上拖板）尺寸：長×寬×高 ：900×600×55
重量：按重量＝體積×材料比重估算
；
X向拖板（下拖板）尺寸：1771×700×55
重量：；
導(dǎo)軌及滑塊重量查表得：38.64kg380N；
夾具及工件重量：約160N；
步進電動機：15.8N;
底座：1427×900×55
重量5.51N；
X-Y平臺總重量：約1.372×N。
攪拌頭向下的壓力及行走抗力的計算：（略）壓力p＝690N，行走抗力=＝224N。
2.1.2.平臺導(dǎo)軌選用直線導(dǎo)軌
型號?BRHxxB & BRHxxBL
圖2－1
經(jīng)計算，選用BRH30B型直線導(dǎo)軌。
62
- -
2.1.3滾珠絲杠的設(shè)計計算
滾珠絲杠的負(fù)荷包括摩擦力及焊接行走抗力。
（1）最大動負(fù)荷Q的計算
查表得系數(shù)＝2，＝1，壽命值L=
查表得使用壽命時間T＝1500h，初選絲杠螺距t=5mm，的絲杠轉(zhuǎn)速
所以L＝
Y向絲杠牽引力：
X向絲杠牽引力：
所以最大動負(fù)荷
Y向
X向
查表，取滾珠絲杠公稱直徑，選用滾珠絲杠螺母副的型號為LL20×5-2.5-E左（兩只），其額定動載荷為8630N，足夠用。
（2）滾珠絲杠副的幾何參數(shù)計算
見下表：
表2－3
名稱
符號
計算公式和結(jié)果（mm）
螺紋滾道
公稱直徑
20
螺距
t
5
接觸角
鋼球直徑
d
3.175
螺紋滾道法面半徑
R
R=0.52 d=1.615
偏心距
e
螺紋升角
=arctg=
螺桿
螺紋外徑
d
D=－(0.2~0.25) d=19.302
螺紋內(nèi)徑
d
d=＋2e－2R=16.79
螺桿接觸直徑
d
d＝－dcos=17.76
螺母
螺母螺紋外徑
D
D=－2e＋2R＝23.21
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
D
D＝+(0.2～0.25) d＝20.7
（3）傳動效率計算
式中：－摩擦角；－絲杠螺紋升角。
（4）剛度計算
X向牽引力大，故應(yīng)用X向參數(shù)計算，P=335(N)，=0.5(cm)，E=20.6×10(N/cm)(材料為鋼)
F==3.14=2.213 (cm)
絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。
所以導(dǎo)程誤差
查表知E級精度的絲杠允許誤差為15，故剛度足夠。
（5）穩(wěn)定性驗算
由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗算。
2.1.4步進電機的選用
（1）步進電機的步距角
取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量＝0.01mm/step，初選步進電機步距角＝。
（2）步進電機起動力矩的計算
設(shè)步進電機等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負(fù)載力做的功有如下關(guān)系
式中：P－電機轉(zhuǎn)角；S－移動部件的相應(yīng)位移；－機械傳動效率
若?。?，則S＝，且，所以
式中：－移動部件負(fù)載（N）；G－移動部件重量（N）；－與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N）；－導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；－步進電機步距角（rad）；T－電機軸負(fù)載力矩（）。
?。?.03（淬火鋼珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝0.96，為絲杠牽引力，＝＝335N。
考慮到重力的影響，X向電機負(fù)載較大，因此取G=＝7690N，所以
若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則起動力矩
安全系數(shù)為0.3，則 （N·cm）
（3）步進電機的最高效率
查表選兩個Ⅱ型步進電動機。電機的有關(guān)參數(shù)見表2－4。
2.1.5 X-Y平臺傳動齒輪的設(shè)計
一、確定齒輪傳動比
因為步進電機步距角＝，滾珠絲杠螺距t=5mm，要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量＝0.01mm/step，
在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動。傳動比
一、涉及公式： d=mZ, =d+2m，=d-2×1.25m，b=(3~6)m，a=.
二、設(shè)計參數(shù)
傳遞功率 P=0.30160 (kW)
傳遞轉(zhuǎn)矩 T=119.99910 (N.m)
齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=24 (r/min)
齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=50.00000 (r/min)
傳動比 i=0.48000
原動機載荷特性 SF=均勻平穩(wěn)
工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)
預(yù)定壽命 H=10000 (小時)
三、布置與結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)形式 ConS=閉式
齒輪1布置形式 ConS1=對稱布置
齒輪2布置形式 ConS2=對稱布置
四、材料及熱處理
齒面嚙合類型 GFace=硬齒面
熱處理質(zhì)量級別 Q=ML
齒輪1材料及熱處理 Met1=45<表面淬火>
齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=45-50
齒輪1硬度 HBS1=48
齒輪1材料類別 MetN1=0
齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=11
齒輪2材料及熱處理 Met2=45<表面淬火>
齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=45-50
齒輪2硬度 HBS2=48
齒輪2材料類別 MetN2=0
齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=11
五、齒輪精度
齒輪1第Ⅰ組精度 JD11=7
齒輪1第Ⅱ組精度 JD12=7
齒輪1第Ⅲ組精度 JD13=7
齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F
齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L
齒輪2第Ⅰ組精度 JD21=7
齒輪2第Ⅱ組精度 JD22=7
齒輪2第Ⅲ組精度 JD23=7
齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F
齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L
六、齒輪基本參數(shù)
模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=2
端面模數(shù) Mt=2.00000
螺旋角 β=0.0000000 (度)
基圓柱螺旋角 βb=0.0000000 (度)
齒輪1齒數(shù) Z1=50
齒輪1變位系數(shù) X1=0.00000
齒輪1齒寬 B1=14.58319 (mm)
齒輪1齒寬系數(shù) Φd1=0.29166
齒輪2齒數(shù) Z2=24
齒輪2變位系數(shù) X2=0.00000
齒輪2齒寬 B2=14.58319 (mm)
齒輪2齒寬系數(shù) Φd2=0.60763
總變位系數(shù) Xsum=0.00000
標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=74.00000 (mm)
實際中心距 A=74.00000 (mm)
齒數(shù)比 U=0.48000
端面重合度 εα=1.67829
縱向重合度 εβ=0.00000
總重合度 ε=1.67829
齒輪1分度圓直徑 d1=100.00000 (mm)
齒輪1齒頂圓直徑 da1=104.00000 (mm)
齒輪1齒根圓直徑 df1=95.00000 (mm)
齒輪1齒頂高 ha1=2.00000 (mm)
齒輪1齒根高 hf1=2.50000 (mm)
齒輪1全齒高 h1=4.50000 (mm)
齒輪1齒頂壓力角 αat1=25.371225 (度)
齒輪2分度圓直徑 d2=48.00000 (mm)
齒輪2齒頂圓直徑 da2=52.00000 (mm)
齒輪2齒根圓直徑 df2=43.00000 (mm)
齒輪2齒頂高 ha2=2.00000 (mm)
齒輪2齒根高 hf2=2.50000 (mm)
齒輪2全齒高 h2=4.50000 (mm)
齒輪2齒頂壓力角 αat2=29.841119 (度)
齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=3.14108 (mm)
齒輪1分度圓弦齒高 hh1=2.02467 (mm)
齒輪1固定弦齒厚 sch1=2.77410 (mm)
齒輪1固定弦齒高 hch1=1.49511 (mm)
齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=6
齒輪1公法線長度 Wk1=33.87400 (mm)
齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=3.13935 (mm)
齒輪2分度圓弦齒高 hh2=2.05139 (mm)
齒輪2固定弦齒厚 sch2=2.77410 (mm)
齒輪2固定弦齒高 hch2=1.49511 (mm)
齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=3
齒輪2公法線長度 Wk2=15.43292 (mm)
齒頂高系數(shù) ha*=1.00
頂隙系數(shù) c*=0.25
壓力角 α*=20 (度)
端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00000
端面頂隙系數(shù) c*t=0.25000
端面壓力角 α*t=20.0000000 (度)
七、檢查項目參數(shù)
齒輪1齒距累積公差 Fp1=0.05349
齒輪1齒圈徑向跳動公差 Fr1=0.03940
齒輪1公法線長度變動公差 Fw1=0.03160
齒輪1齒距極限偏差 fpt(±)1=0.01525
齒輪1齒形公差 ff1=0.01125
齒輪1一齒切向綜合公差 fi'1=0.01590
齒輪1一齒徑向綜合公差 fi''1=0.02163
齒輪1齒向公差 Fβ1=0.01107
齒輪1切向綜合公差 Fi'1=0.06474
齒輪1徑向綜合公差 Fi''1=0.05516
齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb(±)1=0.01433
齒輪1螺旋線波度公差 ffβ1=0.01590
齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx(±)1=0.01107
齒輪1齒向公差 Fb1=0.01107
齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01107
齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00554
齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06100
齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.24400
齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.03983
齒輪2齒圈徑向跳動公差 Fr2=0.03338
齒輪2公法線長度變動公差 Fw2=0.02785
齒輪2齒距極限偏差 fpt(±)2=0.01456
齒輪2齒形公差 ff2=0.01060
齒輪2一齒切向綜合公差 fi'2=0.01510
齒輪2一齒徑向綜合公差 fi''2=0.02067
齒輪2齒向公差 Fβ2=0.00630
齒輪2切向綜合公差 Fi'2=0.05043
齒輪2徑向綜合公差 Fi''2=0.04673
齒輪2基節(jié)極限偏差 fpb(±)2=0.01368
齒輪2螺旋線波度公差 ffβ2=0.01510
齒輪2軸向齒距極限偏差 Fpx(±)2=0.00630
齒輪2齒向公差 Fb2=0.00630
齒輪2x方向軸向平行度公差 fx2=0.00630
齒輪2y方向軸向平行度公差 fy2=0.00315
齒輪2齒厚上偏差 Eup2=-0.05824
齒輪2齒厚下偏差 Edn2=-0.23294
中心距極限偏差 fa(±)=0.02230
八、強度校核數(shù)據(jù)
齒輪1接觸強度極限應(yīng)力 σHlim1=960.0 (MPa)
齒輪1抗彎疲勞基本值 σFE1=480.0 (MPa)
齒輪1接觸疲勞強度許用值 [σH]1=1043.3 (MPa)
齒輪1彎曲疲勞強度許用值 [σF]1=342.9 (MPa)
齒輪2接觸強度極限應(yīng)力 σHlim2=960.0 (MPa)
齒輪2抗彎疲勞基本值 σFE2=480.0 (MPa)
齒輪2接觸疲勞強度許用值 [σH]2=1043.3 (MPa)
齒輪2彎曲疲勞強度許用值 [σF]2=342.9 (MPa)
接觸強度用安全系數(shù) SHmin=1.00
彎曲強度用安全系數(shù) SFmin=1.40
接觸強度計算應(yīng)力 σH=986.3 (MPa)
接觸疲勞強度校核 σH≤[σH]=滿足
齒輪1彎曲疲勞強度計算應(yīng)力 σF1=253.3 (MPa)
齒輪2彎曲疲勞強度計算應(yīng)力 σF2=269.0 (MPa)
齒輪1彎曲疲勞強度校核 σF1≤[σF]1=滿足
齒輪2彎曲疲勞強度校核 σF2≤[σF]2=滿足
九、強度校核相關(guān)系數(shù)
齒形做特殊處理 Zps=特殊處理
齒面經(jīng)表面硬化 Zas=不硬化
齒形 Zp=一般
潤滑油粘度 V50=120 (mm^2/s)
有一定量點饋 Us=不允許
小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz≤6μm ( Ra≤1μm )
載荷類型 Wtype=雙向轉(zhuǎn)動齒輪
齒根表面粗糙度 ZFR=Rz≤16μm ( Ra≤2.6μm )
刀具基本輪廓尺寸 HMn=Hao/Mn＝1.25, Pao/Mn＝0.38
圓周力 Ft=2399.98200 (N)
齒輪線速度 V=0.12566 (m/s)
使用系數(shù) Ka=1.10000
動載系數(shù) Kv=1.00455
齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1.00000
綜合變形對載荷分布的影響 Kβs=1.00000
安裝精度對載荷分布的影響 Kβm=0.00000
齒間載荷分布系數(shù) KHα=1.00000
節(jié)點區(qū)域系數(shù) Zh=2.49457
材料的彈性系數(shù) ZE=189.80000
接觸強度重合度系數(shù) Zε=0.87972
接觸強度螺旋角系數(shù) Zβ=1.00000
重合、螺旋角系數(shù) Zεβ=0.87972
接觸疲勞壽命系數(shù) Zn=1.12036
潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr=0.97000
工作硬化系數(shù) Zw=1.00000
接觸強度尺寸系數(shù) Zx=1.00000
齒向載荷分布系數(shù) KFβ=1.00000
齒間載荷分布系數(shù) KFα=1.00000
抗彎強度重合度系數(shù) Yε=0.69688
抗彎強度螺旋角系數(shù) Yβ=1.00000
抗彎強度重合、螺旋角系數(shù) Yεβ=0.69688
壽命系數(shù) Yn=1.00000
齒根圓角敏感系數(shù) Ydr=1.00000
齒根表面狀況系數(shù) Yrr=1.00000
尺寸系數(shù) Yx=1.00000
齒輪1復(fù)合齒形系數(shù) Yfs1=3.99695
齒輪1應(yīng)力校正系數(shù) Ysa1=1.71210
齒輪2復(fù)合齒形系數(shù) Yfs2=4.24540
齒輪2應(yīng)力校正系數(shù) Ysa2=1.57832
2.1.6步進電機慣性負(fù)載的計算
根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，得
式中：－折算到電機軸上的慣性負(fù)載（kg·）；－步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；－齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；－齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；－轉(zhuǎn)動慣量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；M－移動部件的質(zhì)量（kg）。
對材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算
＝0.78××L （kg·）
式中：D－圓柱零件直徑（cm）；L－零件長度（cm）。
所以 ?。?
＝
電機軸轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，則
2.2（二）升降臺的設(shè)計
升降臺采用渦輪蝸桿傳動，可以實現(xiàn)自鎖。
外形尺寸為：長×寬×高 900×700×975的半封閉箱體，詳見升降臺設(shè)計圖紙。
2.2.1渦輪蝸桿的設(shè)計
普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計結(jié)果報告
一、普通蝸桿設(shè)計輸入?yún)?shù)
1. 傳遞功率 P 0.01 (kW)
2. 蝸桿轉(zhuǎn)矩 T1 0.06 (N.m)
3. 蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 1.24 (N.m)
4. 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1 1460.00 (r/min)
5. 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2 58.40 (r/min)
6. 理論傳動比 i 25.00
7. 實際傳動比 i' 25.00
8. 傳動比誤差 0.00 (％)
9. 預(yù)定壽命 H 4800 (小時)
10. 原動機類別 電動機
11. 工作機載荷特性 平 穩(wěn)
12. 潤滑方式 浸油
13. 蝸桿類型 阿基米德蝸桿
14. 受載側(cè)面 一側(cè)
二、材料及熱處理
1. 蝸桿材料牌號 45(調(diào)質(zhì))
2. 蝸桿熱處理 調(diào)質(zhì)
3. 蝸桿材料硬度 ＜270HB
4. 蝸桿材料齒面粗糙度 6.3 (μm)
5. 蝸輪材料牌號及鑄造方法 ZCuSn10P1(金屬模)
6. 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σ]H' 200 (N/mm^2)
7. 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σ]H 200 (N/mm^2)
8. 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σ]F' 70 (N/mm^2)
9. 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σ]F 53 (N/mm^2)
三、蝸桿蝸輪基本參數(shù)(mm)
1. 蝸桿頭數(shù) z1 2
2. 蝸輪齒數(shù) z2 50
3. 模 數(shù) m 5.00 (mm)
4. 法面模數(shù) Mn 4.85 (mm)
5. 蝸桿分度圓直徑 d1 40.00 (mm)
6. 中心距 A 160.00 (mm)
7. 蝸桿導(dǎo)程角 γ 14.036°
8. 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) Zv2 54.76
9. 蝸輪變位系數(shù) x2 3.00
10. 軸向齒形角 αx 20.000°
11. 法向齒形角 αn 19.448°
12. 齒頂高系數(shù) ha* 1.00
13. 頂隙系數(shù) c* 0.20
14. 蝸桿齒寬 b1 ≥ 86.00 (mm)
15. 蝸輪齒寬 b2 ≤ 30.00 (mm)
16. 是否磨削加工 否
17. 蝸桿軸向齒距 px 15.71 (mm)
18. 蝸桿齒頂高 ha1 5.00 (mm)
19. 蝸桿頂隙 c1 1.00 (mm)
20. 蝸桿齒根高 hf1 6.00 (mm)
21. 蝸桿齒高 h1 11.00 (mm)
22. 蝸桿齒頂圓直徑 da1 50.00 (mm)
23. 蝸桿齒根圓直徑 df1 28.00 (mm)
24. 蝸輪分度圓直徑 d2 250.00 (mm)
25. 蝸輪喉圓直徑 da2 290.00 (mm)
26. 蝸輪齒根圓直徑 df2 268.00 (mm)
27. 蝸輪齒頂高 ha2 20.00 (mm)
28. 蝸輪齒根高 hf2 -9.00 (mm)
29. 蝸輪齒高 h2 11.00 (mm)
30. 蝸輪外圓直徑 de2 ≤ 297.50 (mm)
31. 蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 15.00 (mm)
32. 蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 26.00 (mm)
33. 蝸桿軸向齒厚 sx1 7.85 (mm)
34. 蝸桿法向齒厚 sn1 7.62 (mm)
35. 蝸輪分度圓齒厚 s2 18.77 (mm)
36. 蝸桿齒厚測量高度 ha1' 5.00 (mm)
37. 蝸桿節(jié)圓直徑 d1' 70.00 (mm)
38. 蝸輪節(jié)圓直徑 d2' 250.00 (mm)
四、蝸桿蝸輪精度
----------------------------------------------------------
項目名稱 蝸 桿 蝸 輪
----------------------------------------------------------
1. 第一組精度 7 7
----------------------------------------------------------
2. 第二組精度 7 7
----------------------------------------------------------
3. 第三組精度 7 7
----------------------------------------------------------
4. 側(cè) 隙 f f
----------------------------------------------------------
五、強度剛度校核結(jié)果和參數(shù)
1. 許用接觸應(yīng)力 200.00 (N/mm^2)
2. 計算接觸應(yīng)力 11.46 (N/mm^2) 滿足
3. 許用彎曲應(yīng)力 52.50 (N/mm^2)
4. 計算彎曲應(yīng)力 0.07 (N/mm^2) 滿足
5. 許用撓度值 0.0600 (N/mm^2)
6. 計算撓度值 0.0001 (N/mm^2) 滿足
1. 蝸桿圓周力 Ft1 3.00 (N)
2. 蝸桿軸向力 Fx1 -8.86 (N)
3. 蝸桿徑向力 Fr1 -3.23 (N)
4. 蝸輪圓周力 Ft2 8.86 (N)
5. 蝸輪軸向力 Fx2 -3.00 (N)
6. 蝸輪徑向力 Fr2 3.23 (N)
7. 蝸輪法向力 Fn -9.69 (N)
8. 滑動速度 Vs 3.15 (m/s)
9. 蝸桿傳動當(dāng)量摩擦角 ρv 2.000°
10. 蝸桿傳動效率 η 0.83
11. 蝸桿的嚙合效率 η1 0.87
12. 攪油損耗 η2 0.97
13. 滾動軸承效率 η3 0.98
14. 使用系數(shù) Ka 1.02
15. 動載荷系數(shù) Kv 1.15
16. 載荷分布系數(shù) Kβ 1.00
17. 材料的彈性系數(shù) ZE 155.00
18. 滑動速度影響系數(shù) Zvs 0.92
19. 壽命系數(shù) ZN 0.95
20. 齒形系數(shù) Yfs 3.57
21. 導(dǎo)程角系數(shù) Yβ 0.95
22. 蝸桿截面慣性矩 I 30171.86 (mm^4)
23. 彈性模量 E 207000.00 (N/mm^2)
24. 蝸桿兩端支承點的跨度 L 180.00 (mm)
六、自然通風(fēng)散熱計算
1. 熱導(dǎo)率 k 8.70 ( W / m^2℃ )
2. 散熱的計算面積 A 0.02 (m^2)
3. 冷卻的箱殼表面積 A1 0.02 (m^2)
4. 補充的箱殼表面積 A2 0.00 (m^2)
5. 潤滑油溫度 t1 40 ( ℃ )
6. 周圍空氣溫度 t2 20 ( ℃ )
7. 損耗的功率 Ps 0.00 ( kW )
8. 能散出的功率 Pc 0.00 ( kW ) 滿足
2.2.2步進電機的選用
查表選一個型步進電動機。電機的有關(guān)參數(shù)見表2-5。
2.2.3絲杠螺母的設(shè)計計算
2.2.3.1耐磨性的計算
由耐磨性決定決定絲杠中徑的公式為：
式中：p－絲杠所受的最大軸向力（kgf）；－螺母長徑比，＝，L為螺母的長度（mm），一般取1.2～4，但螺母的螺紋圈數(shù)一般不超過10，因為圈數(shù)越多，載荷分布愈不均，第10圈以后的螺紋，實際上起不到分擔(dān)載荷的作用。
耐磨性核算公式為：
絲杠－螺母的材料為：鋼（不淬硬）－鑄鐵 精度等級7級 許用單位壓力p為20kgf/。
取長徑比＝2；經(jīng)計算解得p＝150020kgf/ 絲杠中徑＝40mm，L＝80mm。
2.2.3.2穩(wěn)定性核算
絲杠具有良好穩(wěn)定性時的最大允許軸向壓縮載荷
絲杠采用兩端均為簡支的支承方式，支承系數(shù)＝1；
式中：E－材料彈性模量，鋼為；
I－絲杠內(nèi)徑的斷面慣性矩，；為內(nèi)徑；
L－支承距離（mm）；
K－安全系數(shù)，一般取3。
當(dāng)K=3，并代入常數(shù)時，上式化簡為：
2.2.3.3剛度的計算：可在絲杠軸向拉伸壓縮變形圖中求得（略）。
2.2.3.4強度計算：絲杠拉壓應(yīng)力的計算公式為: (kgf)
式中：P－絲杠所受的最大的軸向力（kgf）；
A－絲杠內(nèi)徑的斷面積（），；
－絲杠的內(nèi)徑（mm）；
－絲杠的傳動效率；
－許用拉壓應(yīng)力（kgf/）,由于螺紋所引起的應(yīng)力集中系數(shù)不能確定，因此，取=，為材料的屈服點（kgf/）。絲杠參數(shù)見表2－6。
2.3（三）主軸箱的設(shè)計
采用漸開線圓柱齒輪傳動 ，變頻調(diào)速電機，主軸箱和電機軸采用TL6型彈性套筒聯(lián)軸器。
2.3.1聯(lián)軸器的選擇
TL6型彈性套筒聯(lián)軸器參數(shù)見表2－7。
2.3.2變頻調(diào)速電動機的選擇
由南京特種電機有限責(zé)任公司生產(chǎn)的變頻調(diào)速電機信息和參數(shù)如下：
YTP(YVP)系列變頻調(diào)速三相異步電動機是一種交流、高效、節(jié)能調(diào)速電動機，與變頻器配合使用，是機電一體化的調(diào)速新產(chǎn)品。其具有以下的優(yōu)點。
● 效率高，節(jié)能效果明顯。
● 調(diào)頻范圍廣，能在5Hz~100Hz甚至更寬的范圍內(nèi)平滑無極調(diào)速。
● 噪音低、振動小。
● 起動力矩大，低頻起動對負(fù)載沖擊小。
● 結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定（尤其在低頻時）、使用可靠，維護方便。
● 體積小、重量輕，除風(fēng)罩比Y系列異步電動機稍長外，其它外形及安裝尺寸皆相同。便于安裝。
● 起動電流小，無須附加起動設(shè)備。
● 單獨裝有軸流風(fēng)機，在不同轉(zhuǎn)速下均有較好的冷卻效果。
● 應(yīng)有范圍廣，可以作恒轉(zhuǎn)矩（50Hz以下）、恒功率（50Hz以上）或遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載機械無級調(diào)速之用，基本可以取代任何一種調(diào)速產(chǎn)品。
● 型號說明
圖2－2
● 使用條件
（1） 最高環(huán)境溫度不超過40℃
（2） 海拔不超過1000m
（3） 電動機防護等級IP44(或IP55)
（4） 電網(wǎng)電壓：380V(220V)±10%,頻率50Hz±2%
（5） 相對濕度：不超過90%（20℃以下時）
（6）工作制：SI（連續(xù)）
調(diào)速系統(tǒng)的特性
圖2－3
注:１、系統(tǒng)運行時應(yīng)選擇比較合理的Ｖ－Ｆ特性２、要求大于１：１０恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻和大于１：２恒功率調(diào)頻電機請在定貨時說明。參數(shù)見表2－8。選用YTP132M1－4型變頻調(diào)速電機。
圖2－4
2.3.3 一級齒輪變速箱的齒輪設(shè)計
一、設(shè)計信息
漸開線圓柱齒輪傳動設(shè)計
二、設(shè)計參數(shù)
傳遞功率 P=7.50000 (kW)
傳遞轉(zhuǎn)矩 T=47.74500 (N.m)
齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=1500 (r/min)
齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=3000 (r/min)
傳動比 i=0.50000
原動機載荷特性 SF=輕微振動
工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)
預(yù)定壽命 H=10000 (小時)
三、布置與結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)形式 ConS=開式
齒輪1布置形式 ConS1=對稱布置
齒輪2布置形式 ConS2=對稱布置
四、材料及熱處理
齒面嚙合類型 GFace=硬齒面
熱處理質(zhì)量級別 Q=ML
齒輪1材料及熱處理 Met1=45<表面淬火>
齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=45-50
齒輪1硬度 HBS1=46
齒輪1材料類別 MetN1=0
齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=11
齒輪2材料及熱處理 Met2=45<表面淬火>
齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=45-50
齒輪2硬度 HBS2=48
齒輪2材料類別 MetN2=0
齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=11
五、齒輪精度
齒輪1第Ⅰ組精度 JD11=7
齒輪1第Ⅱ組精度 JD12=7
齒輪1第Ⅲ組精度 JD13=7
齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F
齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L
齒輪2第Ⅰ組精度 JD21=7
齒輪2第Ⅱ組精度 JD22=7
齒輪2第Ⅲ組精度 JD23=7
齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F
齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L
六、齒輪基本參數(shù)
模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3
端面模數(shù) Mt=3.00000
螺旋角 β=0.0000000 (度)
基圓柱螺旋角 βb=0.0000000 (度)
齒輪1齒數(shù) Z1=60
齒輪1變位系數(shù) X1=0.00
齒輪1齒寬 B1=15 (mm)
齒輪1齒寬系數(shù) Φd1=0.16667
齒輪2齒數(shù) Z2=30
齒輪2變位系數(shù) X2=0.00
齒輪2齒寬 B2=15 (mm)
齒輪2齒寬系數(shù) Φd2=0.33333
總變位系數(shù) Xsum=0.00000
標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=135.00000 (mm)
實際中心距 A=135.00000 (mm)
齒數(shù)比 U=0.50000
端面重合度 εα=1.71911
縱向重合度 εβ=0.00000
總重合度 ε=1.71911
齒輪1分度圓直徑 d1=180.00000 (mm)
齒輪1齒頂圓直徑 da1=186.00000 (mm)
齒輪1齒根圓直徑 df1=172.50000 (mm)
齒輪1齒頂高 ha1=3.00000 (mm)
齒輪1齒根高 hf1=3.75000 (mm)
齒輪1全齒高 h1=6.75000 (mm)
齒輪1齒頂壓力角 αat1=24.580194 (度)
齒輪2分度圓直徑 d2=90.00000 (mm)
齒輪2齒頂圓直徑 da2=96.00000 (mm)
齒輪2齒根圓直徑 df2=82.50000 (mm)
齒輪2齒頂高 ha2=3.00000 (mm)
齒輪2齒根高 hf2=3.75000 (mm)
齒輪2全齒高 h2=6.75000 (mm)
齒輪2齒頂壓力角 αat2=28.241393 (度)
齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=4.71185 (mm)
齒輪1分度圓弦齒高 hh1=3.03084 (mm)
齒輪1固定弦齒厚 sch1=4.16114 (mm)
齒輪1固定弦齒高 hch1=2.24267 (mm)
齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=7
齒輪1公法線長度 Wk1=60.08756 (mm)
齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=4.71024 (mm)
齒輪2分度圓弦齒高 hh2=3.06167 (mm)
齒輪2固定弦齒厚 sch2=4.16114 (mm)
齒輪2固定弦齒高 hch2=2.24267 (mm)
齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=3
齒輪2公法線長度 Wk2=23.40148 (mm)
齒頂高系數(shù) ha*=1.00
頂隙系數(shù) c*=0.25
壓力角 α*=20 (度)
端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00000
端面頂隙系數(shù) c*t=0.25000
端面壓力角 α*t=20.0000000 (度)
七、檢查項目參數(shù)
齒輪1齒距累積公差 Fp1=0.06869
齒輪1齒圈徑向跳動公差 Fr1=0.04750
齒輪1公法線長度變動公差 Fw1=0.03577
齒輪1齒距極限偏差 fpt(±)1=0.01692
齒輪1齒形公差 ff1=0.01325
齒輪1一齒切向綜合公差 fi'1=0.01810
齒輪1一齒徑向綜合公差 fi''1=0.02394
齒輪1齒向公差 Fβ1=0.01114
齒輪1切向綜合公差 Fi'1=0.08194
齒輪1徑向綜合公差 Fi''1=0.06649
齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb(±)1=0.01590
齒輪1螺旋線波度公差 ffβ1=0.01810
齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx(±)1=0.01114
齒輪1齒向公差 Fb1=0.01114
齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01114
齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00557
齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06767
齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.27070
齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.05121
齒輪2齒圈徑向跳動公差 Fr2=0.03979
齒輪2公法線長度變動公差 Fw2=0.03097
齒輪2齒距極限偏差 fpt(±)2=0.01603
齒輪2齒形公差 ff2=0.01213
齒輪2一齒切向綜合公差 fi'2=0.01690
齒輪2一齒徑向綜合公差 fi''2=0.02271
齒輪2齒向公差 Fβ2=0.00630
齒輪2切向綜合公差 Fi'2=0.06333
齒輪2徑向綜合公差 Fi''2=0.05571
齒輪2基節(jié)極限偏差 fpb(±)2=0.01507
齒輪2螺旋線波度公差 ffβ2=0.01690
齒輪2軸向齒距極限偏差 Fpx(±)2=0.00630
齒輪2齒向公差 Fb2=0.00630
齒輪2x方向軸向平行度公差 fx2=0.00630
齒輪2y方向軸向平行度公差 fy2=0.00315
齒輪2齒厚上偏差 Eup2=-0.06414
齒輪2齒厚下偏差 Edn2=-0.25655
中心距極限偏差 fa(±)=0.02813
八、強度校核數(shù)據(jù)
齒輪1接觸強度極限應(yīng)力 σHlim1=960.0 (MPa)
齒輪1抗彎疲勞基本值 σFE1=480.0 (MPa)
齒輪1接觸疲勞強度許用值 [σH]1=931.2 (MPa)
齒輪1彎曲疲勞強度許用值 [σF]1=342.9 (MPa)
齒輪2接觸強度極限應(yīng)力 σHlim2=960.0 (MPa)
齒輪2抗彎疲勞基本值 σFE2=480.0 (MPa)
齒輪2接觸疲勞強度許用值 [σH]2=931.2 (MPa)
齒輪2彎曲疲勞強度許用值 [σF]2=342.9 (MPa)
接觸強度用安全系數(shù) SHmin=1.00
彎曲強度用安全系數(shù) SFmin=1.40
接觸強度計算應(yīng)力 σH=742.7 (MPa)
接觸疲勞強度校核 σH≤[σH]=滿足
齒輪1彎曲疲勞強度計算應(yīng)力 σF1=195.9 (MPa)
齒輪2彎曲疲勞強度計算應(yīng)力 σF2=203.1 (MPa)
齒輪1彎曲疲勞強度校核 σF1≤[σF]1=滿足
齒輪2彎曲疲勞強度校核 σF2≤[σF]2=滿足
九、強度校核相關(guān)系數(shù)
齒形做特殊處理 Zps=特殊處理
齒面經(jīng)表面硬化 Zas=不硬化
齒形 Zp=一般
潤滑油粘度 V50=120 (mm^2/s)
有一定量點饋 Us=不允許
小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz≤6μm ( Ra≤1μm )
載荷類型 Wtype=靜強度
齒根表面粗糙度 ZFR=Rz≤16μm ( Ra≤2.6μm )
刀具基本輪廓尺寸 HMn=Hao/Mn＝1.25, Pao/Mn＝0.38
圓周力 Ft=530.50000 (N)
齒輪線速度 V=14.13717 (m/s)
使用系數(shù) Ka=1.21000
動載系數(shù) Kv=3.44976
齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1.00000
綜合變形對載荷分布的影響 Kβs=1.00000
安裝精度對載荷分布的影響 Kβm=0.00000
齒間載荷分布系數(shù) KHα=1.31528
節(jié)點區(qū)域系數(shù) Zh=2.49457
材料的彈性系數(shù) ZE=189.80000
接觸強度重合度系數(shù) Zε=0.87195
接觸強度螺旋角系數(shù) Zβ=1.00000
重合、螺旋角系數(shù) Zεβ=0.87195
接觸疲勞壽命系數(shù) Zn=1.00000
潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr=0.97000
工作硬化系數(shù) Zw=1.00000
接觸強度尺寸系數(shù) Zx=1.00000
齒向載荷分布系數(shù) KFβ=1.00000
齒間載荷分布系數(shù) KFα=1.45715
抗彎強度重合度系數(shù) Yε=0.68627
抗彎強度螺旋角系數(shù) Yβ=1.00000
抗彎強度重合、螺旋角系數(shù) Yεβ=0.68627
壽命系數(shù) Yn=1.00000
齒根圓角敏感系數(shù) Ydr=1.00000
齒根表面狀況系數(shù) Yrr=1.00000
尺寸系數(shù) Yx=1.00000
齒輪1復(fù)合齒