400 隔水管橫焊縫自動對中裝置

400 隔水管橫焊縫自動對中裝置,水管,焊縫,自動,對于,裝置 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系（教研室）主任:機(jī)電工程 學(xué)院 機(jī)械工程 系（教研室） （簽名）年 月 日學(xué)生姓名： 陳 浩 學(xué)號： 021B1222 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 隔水管橫焊縫自動對中裝置 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時間： 自 3 月 20 日開始至 5 月 31 日止3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： 《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 》上?？萍汲霭嫔? 《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》化學(xué)工業(yè)出版社; 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防工業(yè)出版社 ; 《機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊》煤炭工業(yè)出版社; 《畫法幾何及機(jī)械制圖 》華南理工大學(xué)出版社; 《 機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社; 4 設(shè)計(jì)（論文）完成的主要內(nèi)容： ① 根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，繪制裝配圖一張（A0 計(jì)算機(jī)圖） 。② 進(jìn)行主運(yùn)動計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算和動力計(jì)算，繪制 V 型底座和滑動導(dǎo)軌零件圖各一張（A3 計(jì)算機(jī)圖） 。③ 進(jìn)行動力傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制滾輪鏈輪支座零件圖一張（A3 手工圖） 。④ 繪制傳動主軸零件圖一張（A3 計(jì)算機(jī)圖） 。⑤ 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，全部用計(jì)算機(jī)打出） 。 5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說明與圖紙或論文等）及要求：① 套管對中裝置裝配圖一張（A0 計(jì)算機(jī)圖） ；② 滾輪鏈輪支座零件圖一張（A3 手工圖） ；③ 繪制傳動主軸零件圖三張（A3 計(jì)算機(jī)圖） ；④ V 型底座和滑動導(dǎo)軌零件圖各一張（A3 計(jì)算機(jī)圖） ；⑤ 滾輪零件圖一張 （A3 計(jì)算機(jī)圖）⑥ 畢業(yè)說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，全部用計(jì)算機(jī)打出） 。 6 發(fā)題時間： 2006 年 3 月 20 日指導(dǎo)教師： （簽名）學(xué) 生： （簽名）湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評語 指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評語指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會記錄日期： 學(xué)生： 學(xué)號： 班級： 題目: 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文) 答辯委員會下列材料 :1 設(shè)計(jì)（論文) 說明書 共 頁2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁3 指導(dǎo)人、評閱人評語 共 頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會評語：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名）總評成績： 班級：02級機(jī)制本科二班學(xué)號：021B1222姓名：陳浩＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊打印要求：裝配圖---A0滾輪---------A2滾輪鏈輪支座----A2說明書打一份V型底座--A3凸緣聯(lián)接塊--A3滾輪上蓋-----A3軸　1---------A3軸　2---------A3軸　3---------A41隔水管橫焊縫自動對中裝置底座的設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 姓名：陳浩 指導(dǎo)老師：劉安民 匡建新摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)的運(yùn)用越來越廣泛，已經(jīng)滲入生產(chǎn)生活的大部分過程?？焖俳宇^隔水管系列產(chǎn)品，是南海西部石油合眾近海建設(shè)公司為海洋石油田打井作業(yè)配套的專用產(chǎn)品。分析了該公司新型產(chǎn)品（包括＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8 系列）的生產(chǎn)工藝、處理過程及生產(chǎn)效率后，設(shè)計(jì)出一套以 V 型裝置為主包括導(dǎo)軌、驅(qū)動輪、鏈傳動、減速器、電動機(jī)、聯(lián)軸器、軸、軸承、鍵、彈性擋圈及滾動輪等零部件的裝置,并完成相關(guān)選材及相應(yīng)的力學(xué)校核，用以實(shí)現(xiàn)兩根需要正對焊接的隔水管自動對中，并在對中點(diǎn)焊后同步轉(zhuǎn)動以完成進(jìn)一步的焊接。關(guān)鍵詞 隔水管;自動對中;V 型裝置。Abstract Along with the science and technology development, the automated technology utilization is more and more widespread, already permeated the production life the majority of processes.The fast attachment marine riser series product, is United offshore construction Co. CONHW to hit the well work necessary special-purpose product for the sea oil field. Has analyzed this company new product (after *SR-30, SR-24, SR-20, *SR-16, the SR-13 3/8 series) the production craft, the treating processes and the production efficiency, design a set primarily to include the guide rail, the driving gear, the chain drive, the reduction gear, the electric motor, the shaft coupling, the axis, the bearing, the key, the circlip by V installment and roll spare part and so on drive wheel installments,And completes the correlation selection and the corresponding mechanics examination, with realizes two to need the butt weld the marine riser automatically to, and in the synchro completes the further welding after the spot welding.Key words Water-secluding pipe; auto to zero; “V” model equipment.2目錄摘要 ....................................................................................................................................................................1Abstract...............................................................................................................................................................1目錄 ....................................................................................................................................................................2前言 ....................................................................................................................................................................3第一章　 總體方案的設(shè)計(jì) ................................................................................................................................41.1　 設(shè)計(jì)任務(wù) ...........................................................................................................................................41.2　 方案的選定 .......................................................................................................................................51.3　 基本工作原理 ...................................................................................................................................51.4　 驅(qū)動輪裝置的簡要說明 ..................................................................................................................6第二章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................82.1　 V 型塊的模型設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................82.2　 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................................82.2.1 導(dǎo)軌的選用 ..............................................................................................................................82.2.2 導(dǎo)軌的選材及計(jì)算 ...................................................................................................................92.2.3 導(dǎo)軌的校核 ............................................................................................................................102.3　 驅(qū)動輪裝置的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................112.3.1　 計(jì)算驅(qū)動輪所需的扭矩 ......................................................................................................112.3.2 驅(qū)動輪的校核 ........................................................................................................................132.4 鏈傳動的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................142.4.1 鏈輪齒數(shù) z1、z2 和傳動比 i..................................................................................................142.4.2 確定計(jì)算功率 .........................................................................................................................142.4. 3 鏈節(jié)距 ....................................................................................................................................152.4.4 中心距和鏈節(jié)數(shù) .....................................................................................................................152.4. 5 小鏈輪轂孔最大直徑 dkmax ................................................................................................152.4.6 壓軸力 Q .................................................................................................................................152.4.7 鏈傳動設(shè)計(jì)結(jié)果 ....................................................................................................................162.5 減速器的選用 ...................................................................................................................................182.5.1 減速器的機(jī)構(gòu)特點(diǎn) ..............................................................................................................182.5.2 普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計(jì)報告 .................................................................................................212.6 電動機(jī)的選用 ....................................................................................................................................252.7　 聯(lián)軸器的選用 .................................................................................................................................262.8 軸的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................272.9　 軸承的選用 ....................................................................................................................................302.10 鍵的選用 ..........................................................................................................................................322.11 軸用彈性擋圈的選用 .....................................................................................................................322.12　 滾動輪的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................322.13　 滾輪支承上蓋的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................33第三章 結(jié)論 ....................................................................................................................................................35謝詞 ..................................................................................................................................................................36參考文獻(xiàn)： ......................................................................................................................................................373前言隔水管系統(tǒng)也稱做水下器具。它是移動式海上鉆井裝置不可缺少的復(fù)雜的器具，它的完善與否直接關(guān)系到深海鉆井的成敗。應(yīng)該認(rèn)為，從海上鉆井裝置到下列海底井口的全部隔水導(dǎo)管件統(tǒng)稱為隔水管系統(tǒng)。通常的隔水管系統(tǒng)的部件有活節(jié)聯(lián)接器、球節(jié)、伸縮節(jié)、張力器、分流器、運(yùn)動補(bǔ)償器、水下防噴設(shè)備、水下井口設(shè)備、水下井口設(shè)備、撓性隔水管和防噴器連接器等。隔水管系統(tǒng)的功用主要是提供從海底井口到海上鉆井裝置上的泥漿循環(huán)和起下鉆具的通道，并能適應(yīng)海上鉆井裝置在鉆井作業(yè)時的升沉和搖擺；控制海底井口；解決壓井與放噴的通道和控制問題，消除鉆井作業(yè)時，由于海上鉆井裝置的升沉而造成的不良影響；消除升沉對下入井內(nèi)工作儀器的影響；可另加專門裝置進(jìn)行試油等。一般在深海水域進(jìn)行鉆井作業(yè)的動力定位鉆井船，應(yīng)采用無導(dǎo)向線的隔水管系統(tǒng)，靠動力定位系統(tǒng)完成重返或重連作業(yè)。海上鉆井裝置的隔水管柱是由每根 50 英尺長的管子連接組成的，每根管子的兩端都有特制的接箍。在鉆完—口井后，鉆井裝置移離井位前，可將隔水管系統(tǒng)提升拆卸堆放在快速接頭隔水管系列產(chǎn)品，是南海石油合眾近海建設(shè)公司（UNITED OFFSHORE CONSTRUCTION CO. CONHW）特有的為海洋石油管道輸送配套的專用產(chǎn)品，多年來經(jīng)過不斷的開發(fā)和改進(jìn)，已擁有完整配套的技術(shù)圖紙、先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)、工藝流程和加工制造裝備，與之相應(yīng)的業(yè)務(wù)熟練的工程技術(shù)隊(duì)伍和技術(shù)工人隊(duì)伍。新型快速接頭系列產(chǎn)品有：＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8 系列產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)的目的是將快速接頭隔水管系列產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)自動化控制，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低工人的勞動強(qiáng)度并最終實(shí)現(xiàn)增長經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)的主要要求有，設(shè)計(jì)出一套針對＊SR-30、SR-24、SR-20、＊SR-16、SR-13　3/8 系列產(chǎn)品制造中，對卷制成管狀的板材的內(nèi)橫及外橫焊縫進(jìn)行自動對中、自動焊接的裝置。要求能實(shí)現(xiàn)管的自動對中、焊接位置的自動導(dǎo)向、自動找正、定位夾緊、點(diǎn)焊、縱向自動行走，行走速度在0.1－3m/min 之間，可以自動調(diào)節(jié)，動力為普通三相交流電動機(jī)，控制方式為隨車控制形式，要求結(jié)構(gòu)實(shí)用、重量輕、調(diào)節(jié)操作方便、價格合理。本人負(fù)責(zé)的部分是：實(shí)現(xiàn)隔水管的自動對中。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1、自動對中裝置總體方案的確定。2、自動對中裝置機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3、自動對中裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。41、　總體方案的設(shè)計(jì)1.1　設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個裝置，使兩根長各 5.5m 的隔水管自動對中，并且使兩管的對中精度達(dá)到：兩管的軸線同軸偏差 3mm。對中點(diǎn)焊后隔水管要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，以便對兩管進(jìn)一步焊接。?表 1.1 SR-XX 系列快速自鎖隔水套管主要技術(shù)參數(shù)：SR-30 SR-26 SR-24 SR-20材料 Q235 Q345 Q345 Q345外徑 mm ￠762 ￠660.4 ￠610 ￠510內(nèi)徑 mm ￠712 ￠610 ￠560 ￠460壁厚 mm 25 25 25 25單位長度質(zhì)量 kg/m 454 392 361.2 298.9抗拉屈服能力 MN 13 16.35 14.93 12.3抗彎屈服能力 MN-m 2.3 2.5 2.1 1.43內(nèi)屈服壓力 MPa 13.3 22.15 23.98 28.2管體抗擠壓強(qiáng)度 MPa 8.8 13.66 17.58 30.28母接頭外徑 mm ￠864 ￠746 ￠690 ￠582公接頭外徑 mm ￠712 ￠610 ￠555 ￠460公母接頭聯(lián)接后長度 mm 443 387 382 370公母接頭總質(zhì)量 kg 452 338.5 297.8 220母接頭抗張屈服能力 MN 11.2 16.55 14.2 10.3公接頭抗彎屈服能力 MN-m 2.6 5.53 2.98 1.83接頭公接頭內(nèi)屈服壓力MPa 15.7 32.95 35.71 35.89外徑 mm ￠788 ￠686.4 ￠636 ￠536插入鉆桿配合直徑 mm ￠101.6(4") ￠101.6(4") ￠101.6(4") ￠101.6(4")導(dǎo)向閥通道面積 mm24536.5(7.03in2)4536.5(7.03in2) 4536.5(7.03in2) 4536.5(7.03in2)引鞋試驗(yàn)壓力 MPa 1.5 1.5 1.5 1.551.2　方案的選定使兩根隔水管自動對中的方法有很多，經(jīng)過了對具體方案的工作原理及可行性的分析，本人決定采用 V 型裝置，其大概形狀如（圖 2.2）所示。圖 2.2 V 型裝置1、滾輪　　　2、V 型塊　　　3、導(dǎo)軌1.3　基本工作原理如圖 2-3-1 所示，該裝置由Ⅰ、Ⅱ兩組 V 型塊組成。Ⅰ組可以沿 V 型塊下邊的導(dǎo)軌直線移動；Ⅱ組固定，V 型塊下邊有導(dǎo)軌，但是 V 型塊與導(dǎo)軌相對固定不動。組　　　　　　　　　　　　　?、颉〗M?1、滾動輪　　2、電動機(jī)　　3、減速器　　4、驅(qū)動輪圖 2.3.1 V 型底座Ⅰ、Ⅱ兩組 V 型塊均有 8 個滾輪和一個置于中間的驅(qū)動輪。兩根隔水管被自動機(jī)械分別置6于兩組 V 型塊上后，自動控制系統(tǒng)啟動動力系統(tǒng)帶動 I 組 V 型塊上的隔水管通過Ⅰ組 V 型塊順著導(dǎo)軌直線運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)與Ⅱ組 V 型塊上的隔水管精確對接；當(dāng)兩隔水管對接完成后自動系統(tǒng)控制焊接機(jī)械手完成兩管的點(diǎn)焊，實(shí)現(xiàn)兩管的同速轉(zhuǎn)動并最終由機(jī)械手完成兩根隔水管的自動焊接。1.4　驅(qū)動輪裝置的簡要說明如圖 1.3.2 所示，動力的傳遞順序是：電動機(jī)－減速器－鏈輪－滾輪－隔水管。電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并通過聯(lián)軸器將動力傳至減速器；減速器降低軸的轉(zhuǎn)速輸出反比增大的扭距，帶動鏈輪轉(zhuǎn)動；鏈輪通過傳動鏈帶動滾輪，滾輪利用靜摩擦力驅(qū)動隔水管轉(zhuǎn)動。圖 1.4 鉸鏈機(jī)構(gòu)如圖 1.4 是驅(qū)動輪的安裝圖，大軸（上邊）裝滾輪與鏈輪，小軸裝鏈輪，兩邊裝有圓錐滾子滾動軸承，運(yùn)動由減速器接入小軸，再經(jīng)過鏈傳動傳到滾輪。2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1　V 型塊的模型設(shè)計(jì)參照 V 型底座的零件圖。a、V 型塊的加工方法：鑄造成型b、V 型塊的材料：鑄鋼c、V 型塊的加工要求:對安裝滾輪的部分和下底面進(jìn)行精加工，加工方法由廠家自己決定，使這7兩部分的平面度達(dá)到 IT7 級，粗糙度也達(dá)到 IT7 級。在加工裝滾輪凹槽時要使 4 個凹槽的位置度達(dá)到 IT7 級，所有螺紋孔及銷孔的位置度也要達(dá)到 IT7 級。2.2　導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)2.2.1 導(dǎo)軌的選用由工作要求承載能力較大并能夠自動補(bǔ)償磨損，因此選用平面三角復(fù)合型滑動導(dǎo)軌，參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第三卷，表 28-112。其形狀見圖 2.2.1。 10圖 2.2.1 V 型底座尺寸見表 28.3.5，取 A＝1000 mm，B＝200 mm，α＝120°。2.2.2 導(dǎo)軌的選材及計(jì)算a、導(dǎo)軌的材料：釩鈦耐磨鑄鐵。(因?yàn)殁C鈦耐磨鑄鐵具有耐磨損和相對強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn))b、表面熱處理：在熱處理中要預(yù)防如下問題：(一)、過熱現(xiàn)象 我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機(jī)械性能下降。1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導(dǎo)致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的） 。過熱組織可經(jīng)退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化。 2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細(xì)化，但有時仍出現(xiàn)粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認(rèn)為曾因加熱溫度過高而使 MnS 之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶界，而冷卻時這些夾雜物又會沿晶界析出，受沖擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。 3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。 (二)、過燒現(xiàn)象8加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現(xiàn)氧化或熔化，導(dǎo)致晶界弱化，稱為過燒。鋼過燒后性能嚴(yán)重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復(fù)，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發(fā)生。 (三)、脫碳和氧化 鋼在加熱時，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋。 加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素或介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。高溫（一般 570 度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現(xiàn)淬火軟點(diǎn)。為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護(hù)氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢） 、火焰燃燒爐（使?fàn)t氣呈還原性） (四)、氫脆現(xiàn)象 高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。出現(xiàn)氫脆的工件通過除氫處理如回火、時效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。 因此在其粗加工后進(jìn)行一次時效淬火處理，采用電接觸加熱的表面淬火的方法，最后對導(dǎo)軌進(jìn)行磨削，使其表面的粗糙度達(dá)到預(yù)定的要求，取其值為 0.8。c、硬度匹配：為了減少導(dǎo)軌的磨損以保證導(dǎo)軌的壽命，加工結(jié)果應(yīng)保證導(dǎo)軌上與 V 型塊接觸的部分與 V 型塊的硬度不同，此取為 100HBS，2.2.3 導(dǎo)軌的校核查表可得鑄鐵的許用壓強(qiáng)為 1 MPa，已知導(dǎo)軌的外形如上圖所示，算的導(dǎo)軌的體積約等于 0.6 ，鋼的密度：3M3/108.7mkg???得： ，kgm06.487.0??導(dǎo) 軌又：由表 2.1 可知 5.5m 隔水管最大的質(zhì)量（SR-30）是295.ax??,考慮一安全因子，t75.64max???導(dǎo) 軌總?cè)?dǎo)軌共承重 8 t， NG01??則滑座每側(cè)的承重為　 G204對三角形導(dǎo)軌設(shè)垂直斜向力為 F，如圖 3.2.2 所示，9圖 2.2.2 受力分析圖則有2Fcos30°=20000 320cos1??F≈11500 N則左側(cè)導(dǎo)軌承受的壓強(qiáng)為＜1　MPaMPaP2.05.2041???依圖 2.2.1 易知導(dǎo)軌右邊承受的壓強(qiáng)小于左邊。故此導(dǎo)軌符合要求。2.3　驅(qū)動輪裝置的設(shè)計(jì)2.3.1　計(jì)算驅(qū)動輪所需的扭矩如圖 2.3.1，所示。10圖 2.3.1 滾輪受力圖1、每組 V 型裝置共有 8 個支承滾輪（若加上驅(qū)動輪則為 9 個） ，每個輪上的支承反力應(yīng)為（√2/2G）/4（按照 8 個支承點(diǎn)算） ，即2GF?每根管的質(zhì)量約為：M=2.5t=2500kg即 N24508.950??則F31?考慮到管的外圓柱面的制造誤差，有可能 8 個支承點(diǎn)存在某些支承點(diǎn)與管子不接觸，故 F 應(yīng)該乘以一個安全系數(shù) S，取 S＝1.5，則 NFS6495.143??2、計(jì)算使管子轉(zhuǎn)動所需的扭矩機(jī)械傳動部分的總傳動比　 50i所用電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為　 min7r11滾輪的運(yùn)動參數(shù)＝15　5071??minrinrmm9R3、管子的運(yùn)動參數(shù)（按最大管計(jì)算）mm812?54.3902??minr4、管的線速度.2601 22 ??RV?s此速度即是管子自動焊接的速度，經(jīng)過分析，此速度基本符合焊接的要求。5、計(jì)算滾輪使管子轉(zhuǎn)動所需的扭矩 T計(jì)算在 1s 內(nèi)使管子的轉(zhuǎn)動的線速度達(dá)到132.???sm由本設(shè)計(jì)可知，t=1s kgm50?V要求出滾輪使管子轉(zhuǎn)動所需的扭矩 T，可以采用動量矩定理：)()(00dtvM由動量矩定理可得： RmtT202???V1385.2003?????t＝21.5　 mN?即滾輪使管子轉(zhuǎn)動所需的扭矩　T＝21.5　 。mN?122.3.2 驅(qū)動輪的校核查　“機(jī)械設(shè)計(jì)手冊軟件版 R2.0”，可知　鋼-鋼的摩擦系數(shù)為　 15.0??則最大靜摩擦力 NFf 2598.0215.0max ???相應(yīng)最大摩擦力矩031932??RTff m?而　　　T＝21.5 ＜＜　N?Tf故滾輪與管子不會產(chǎn)生相對滑動的現(xiàn)象。所以 T 符合設(shè)計(jì)的要求。2.4 鏈傳動的設(shè)計(jì)鏈傳動是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。與帶輪相比，鏈傳動能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，可用于中心距較大的場合（10 米以內(nèi)） ；傳動效率高，可達(dá) 0.98，徑向壓軸力小，結(jié)構(gòu)緊湊；能在高溫及低速情況下工作；與齒輪傳動相比，鏈傳動安裝的精度要求較低，成本低廉，可遠(yuǎn)距離傳動。鏈傳動的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時傳動比。設(shè)計(jì)所需原始數(shù)據(jù)：傳動的功率 P，小鏈輪和大鏈輪的轉(zhuǎn)速 n1、n2，原動機(jī)種類，載荷性質(zhì)以及傳動用途等。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 2.4.1 鏈輪齒數(shù) z1、z2 和傳動比 i 小鏈輪齒數(shù) z1 對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。 為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并有限選用以下數(shù)列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 小鏈輪齒數(shù) z1 的選擇 鏈速 v(m/s) 0.6~3 3~8 ＞8 ＞25 齒數(shù) z1 ≥17 ≥21 ≥25 ≥35 鏈傳動的傳動比一般不大于 6，推薦的傳動比 i=2~3.5。 2.4.2 確定計(jì)算功率 計(jì)算功率 Pca 是根據(jù)傳遞的功率 P，并考慮到載荷性質(zhì)和原動機(jī)的種類而確定的，即 Pca=KAP kW 式中：P——傳遞的功率，kW； KA——工作情況系數(shù)。 132.4. 3 鏈節(jié)距 在一定條件下，鏈的節(jié)距 p 越大，承載能力就越高，但傳動的多邊形效應(yīng)也要增大，于是振動、沖擊、噪聲也越嚴(yán)重。所以設(shè)計(jì)時，為使傳動結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，應(yīng)盡量選取教小節(jié)距的單排鏈。速度高、功率大時，則選用小節(jié)距的多排鏈。從經(jīng)濟(jì)上考慮，中心距小、傳動比大時、傳動比大時，選小節(jié)距多排鏈；中心距大、傳動比小時，選大節(jié)距單排鏈。 2.4.4 中心距和鏈節(jié)數(shù) 設(shè)計(jì)中，若中心距不受其它條件限制，一般可取 a0=(30~50)p，最大取 a0max=80p。有張緊裝置或拖板時，a0max 可大于 80p；對中心距不能調(diào)整的傳動，a0max≈30p。 鏈條長度以鏈節(jié)數(shù) Lp(節(jié)距 p 的倍數(shù))來表示。鏈節(jié)數(shù) Lp 與中心距 a0 之間的關(guān)系為計(jì)算出的 Lp 應(yīng)圓整為整數(shù)，最好成績?nèi)∨紨?shù)。然后根據(jù)圓整后的鏈節(jié)數(shù)計(jì)算理論中心距，即為了保證鏈條松邊有一個合適的安裝垂度 f=(0.01~0.02)a，實(shí)際中心距 a`應(yīng)較理論中心距 a 小一些，即a`=a-Δa理論中心距 a 的減小量 Δa=(0.002~0.004)a，對于中心距可調(diào)整的鏈傳動,Δa(即相應(yīng)于 f)可取大的值；對于中心距不可調(diào)整的和沒有張緊裝置的鏈傳動，則應(yīng)取較小的值。2.4. 5 小鏈輪轂孔最大直徑 dkmax dkmax 須不小于安裝鏈輪處的軸徑。 2.4.6 壓軸力 Q 鏈傳動的壓軸力可近似取為 Q≈KQFe 式中： Fe——鏈傳遞的有效圓周力，N ； KQ——壓軸力系數(shù)。對水平傳動，KQ=1.15；對垂直傳動，KQ=1.05。2.4.7 鏈傳動設(shè)計(jì)結(jié)果用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊軟件版 R2.0 可以輕松完成鏈傳動的設(shè)計(jì)，下面是設(shè)計(jì)的過程。1、初始條件傳遞功率　　　　　　　　0.02　　　　　　　　kw小鏈輪的轉(zhuǎn)速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min平均傳動比　　　　　　　1 可大或小 0.5%大鏈輪的轉(zhuǎn)速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min傳動種類　　　　　　　　水平傳動14傳動速度　　　　　　　　低速傳動 V＜3/s潤滑條件　　　　　　　　由設(shè)計(jì)結(jié)果決定中心距條件　　　　　　　可調(diào)載荷性質(zhì)　　　　　　　　平穩(wěn)載荷原動機(jī)種類　　　　　　　電動機(jī)2、設(shè)計(jì)結(jié)果小鏈輪齒數(shù)　　　　　　　17大鏈輪齒數(shù)　　　　　　　17平均傳動比　　　　　　　1大鏈輪的轉(zhuǎn)速　　　　　　15　　　　　　　　　r/min設(shè)計(jì)功率　　　　　　　　0.02　　　　　　　　kw鏈條節(jié)距　　　　　　　　12.7　　　　　　　　mm鏈號　　　　　　　　　　08A小鏈輪輪轂孔許用直徑　　34　　　　　　　　　mm鏈條速度　　　　　　　　0.054　　　　　　　　m/s潤滑方式　　　　　　　　人工定期潤滑初定中心距　　　　　　　508　　　　　　　　　mm鏈長節(jié)數(shù)　　　　　　　　97　　　　　　　　　　節(jié)鏈條長度　　　　　　　　1.232　　　　　　　　　m理論中心距　　　　　　　260　　　　　　　　　mm實(shí)際中心距　　　　　　　255　　　　　　　　　mm有效圓周力　　　　　　　370.54　　　　　　　　N作用在軸上的拉力　　　　435.39　　　　　　　　N滾子外徑（最大值）　　　7.95　　　　　　　　　mm鏈條排距　　　　　　　　14.38　　　　　　　　 mm內(nèi)鏈板高（最大值）　　　12.07　　　　　　　　 mm許用靜強(qiáng)度安全系數(shù)　　　6.00靜強(qiáng)度安全系數(shù)　　　　　29.79鉸鏈比壓　　　　　　　　8.37　　　　　　　　　MPa使用壽命　　　　　　　　　100000　　　　　　　　　　h3、鏈傳動的尺寸參數(shù)如圖 2.3.2 所示，15名稱　　　　　 符號　　小鏈輪數(shù)值　大鏈輪數(shù)值　　單位排距　　　　　 pt　　　　14.38　　　　14.38　　　　mm分度圓直徑　　 d 69.12 69.12 mm齒頂圓最大直徑　 dama 77.04 77.04 mm齒頂圓最小直徑　 dami 72.67 72.67 mm分度圓最大弦齒高　hama 4.56 4.56 mm分度圓最小弦齒高　hami 2.37 2.37 mm齒根圓直徑　　　　df 61.17 61.17 mm最大齒根距離　　　Lx 60.87 60.87 mm圖 3.3.2 鏈輪2.5 減速器的選用 2.5.1 減速器的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)減速器是指原動機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器的結(jié)構(gòu)如下：（1）箱體減速器箱體的作用是支承軸系零件，固定軸系的位置，保證軸系運(yùn)轉(zhuǎn)精度; 箱體內(nèi)裝有潤滑軸系的潤滑油，因此箱體必須是密封防塵的，但又要使箱體內(nèi)與箱體外的大氣壓平衡。因此減速器箱體的重要質(zhì)量指標(biāo)是整體剛度和穩(wěn)定性、密封性。大批量生產(chǎn)的減速器箱體常常采用鑄造方法制作，鑄造的材料通常是價廉的普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵與變性灰鑄鐵等，在有較高強(qiáng)度和剛度要求時使用鑄鋼。 在某些場合為了使機(jī)器的重量盡可能輕，也有使用鋁合金制作箱體的。如果生產(chǎn)的批量較小，則多數(shù)采用焊接的方式來制作箱體。16減速器的箱體受力情況較復(fù)雜，常常會受到較大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用，因此如何在不大幅度增加重量的情況下提高箱體的剛度就顯得很關(guān)鍵，在箱體外設(shè)計(jì)肋板就是很有效的辦法。但采用肋板使箱體的加工工藝變得更加復(fù)雜。鑄造工藝方面的要求是箱體形狀力求簡單，易于造型和拔模，壁厚均勻，過渡平緩，金屬不要局部積聚等。機(jī)械加工工藝方面應(yīng)盡量減少加工面積，以提高生產(chǎn)率和減少刀具的磨損，應(yīng)盡量減少工件和刀具的調(diào)整次數(shù)，以提高加工精度和節(jié)省加工時間，例如同—軸上的兩個軸承座孔直徑應(yīng)盡量相同。當(dāng)軸承采用箱體內(nèi)的油潤滑時，須在箱座剖分面的凸緣上開設(shè)輸油溝，使飛濺到箱蓋內(nèi)壁上的油經(jīng)油溝流入軸承。輸油溝有銑制和鑄造兩種形式，設(shè)計(jì)時應(yīng)使箱蓋斜口處的油能順利流入油溝，并經(jīng)軸承蓋的缺口流入軸承。(2）窺視孔和視孔蓋窺視孔應(yīng)開在箱蓋頂部，以便于觀察傳動零件嚙合區(qū)的情況，可由孔注入潤滑油，孔的大小應(yīng)該足夠大，以便進(jìn)行檢查操作，窺視孔應(yīng)設(shè)凸臺便于加工。視孔蓋可用鑄鐵、鋼板或有機(jī)玻璃制成。孔與蓋之間加有密封墊片。(3）油標(biāo)油標(biāo)用來指示油面高度，一般安置在低速級附近的油面穩(wěn)定處。油標(biāo)形式有油標(biāo)尺、管狀油標(biāo)、圓形油標(biāo)等。常用的是帶有螺紋部分的油標(biāo)尺。油標(biāo)尺的安裝位置不能太低，以防油從該處溢出。油標(biāo)座孔的傾斜位置要保證油標(biāo)尺便于插入和取出。（4）放油孔和油孔螺塞工作一段時間后，減速箱中的潤滑油需要進(jìn)行更換。為使減速箱中的污油能順利排放，放油孔開在油池的最低處，油池底面有一定斜度，放油孔座應(yīng)設(shè)凸臺，螺塞與凸臺之間應(yīng)有油圈密封。(5）通氣器減速器工作時由于輪齒嚙合摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，熱量使箱內(nèi)的空氣受熱膨脹，通氣器能使箱內(nèi)受熱膨脹的氣體排出，以便箱內(nèi)外氣壓平衡，避免密封處滲漏。通氣器一般安放在箱蓋頂部或視孔蓋上，要求不高時，可用簡易的通氣器。(6）起吊裝置起吊裝置用于拆卸和搬運(yùn)減速器，包括吊環(huán)螺釘、吊耳和吊鉤。吊環(huán)螺釘或吊耳用于起吊箱蓋，設(shè)計(jì)在箱蓋兩端的對稱面上，吊環(huán)螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)時應(yīng)有加工凸臺，便于機(jī)械加工。吊耳可在箱蓋上直接鑄出。吊鉤用于吊運(yùn)整臺減速器，在箱座兩端的凸緣下面鑄出。（7）定位銷定位銷用來保證箱蓋與箱座聯(lián)接以及軸承座孔的加工和裝配精度。一般用兩個圓錐銷安置在聯(lián)接凸緣上，距離較遠(yuǎn)且不對稱布置，以提高定位精度。定位銷長度要大于聯(lián)接凸緣的總厚度，定位銷孔應(yīng)為通孔，以便于裝拆。（8）起蓋螺釘在拆卸箱體時，起蓋螺釘用于頂起箱蓋。它安置在箱蓋凸緣上，其長度應(yīng)大于箱蓋聯(lián)接凸緣的厚度，下端部做成半球形或圓柱形，以免在旋動時損壞螺紋。（9）軸 減速器中的齒輪或蝸輪蝸桿，需要安裝在軸上。減速器中的軸都是直軸，并且為了軸上零件安裝定位的方便大多數(shù)是階梯軸，當(dāng)齒輪和高速軸的軸徑相差不大時，常常制成齒輪軸。根據(jù)軸所受載荷的性質(zhì)，軸可分為三類：只承受彎矩而不承受扭矩的稱為心軸，例如二級圓柱齒輪減速器中的中間軸；既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，例如減速器中的輸入和輸出軸；主要承受扭矩的軸稱為傳動軸。軸的設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足軸的強(qiáng)度和剛度要求，對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸還要注意振動穩(wěn)定性的問題。軸的17結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)，首先要保證軸和軸上零件有確定的工作位置；軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性。軸的材料一般采用碳鋼和合金鋼。（10）齒輪由于齒輪傳動具有傳動效率高、傳動比恒定、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，減速器都采用齒輪傳動。減速器大部分采用閉式齒輪傳動，只有部分農(nóng)業(yè)和建筑機(jī)械才采用開式齒輪傳動。減速器齒輪常采用的材料有鍛鋼，鑄鋼、鑄鐵、非金屬材料等。一般用途的齒輪常采用鍛鋼，經(jīng)熱處理后切齒，用在高速、重載或精密儀器的齒輪還要進(jìn)行磨齒等精加工；當(dāng)齒輪的直徑較大時采用鑄鋼；工作平穩(wěn)速度較低、傳動功率不大時用鑄鐵；高速輕載和精度要求不高時常采用非金屬材料制作齒輪。（11）軸承減速器中的軸通過軸承支承在箱體的軸承座上。由于減速器的空間有限所以常采用滾動軸承而不采用滑動軸承，采用的軸承通常有向心軸承和向心推力軸承。根據(jù)軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承的類型。為保證隔水管在焊接時的質(zhì)量，隔水管的轉(zhuǎn)速需要平穩(wěn)；又因?yàn)樨?fù)載較大，傳動比也大，所以選用單級普通圓柱蝸桿減速器。普通圓柱蝸桿減速器。1．結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大。動力傳動 i＝10-80 常用 10-40 分度或傳遞運(yùn)動，i 可達(dá) 1000，Y38 和萬能分度頭 i＝40。儀表機(jī)械中，i＝3～500 常用 i＝10～1002．傳動平穩(wěn)無噪音由于蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時嚙合齒多，Z2＞30 時，始終有兩對以上嚙合，故動載荷小傳動平穩(wěn)。3．磨損大效率低嚙合輪齒間有很大的相對滑動速度，在轉(zhuǎn)遞載荷時，磨損大效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，需進(jìn)行熱平衡，自鎖蝸桿＜0.50。為減少磨損除潤滑外，還應(yīng)使用摩擦系數(shù)小的貴重金屬。僅用于中小功率4．反行程自鎖其簡圖如圖 2.5.1 所示。18圖 2.5.1將減速器的類型定為普通圓柱蝸桿減速器后，對該減速器里所用的蝸輪蝸桿傳動進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此，我采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊軟件版 R2.0 進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動生成的普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計(jì)結(jié)果報告如下表所示：2.5.2 普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計(jì)報告一、普通蝸桿設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)1. 傳遞功率 P 0.01 (kW) 2. 蝸桿轉(zhuǎn)矩 T1 0.13 (N.m) 3. 蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 4.31 (N.m) 4. 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1 750.00 (r/min) 5. 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2 15.00 (r/min) 6. 理論傳動比 i 50.00 7. 實(shí)際傳動比 i' 50.00 8. 傳動比誤差 0.00 (％)9. 預(yù)定壽命 H 4800 (小時) 10. 原動機(jī)類別 電動機(jī) 11. 工作機(jī)載荷特性 中等沖擊 12. 潤滑方式 浸油 13. 蝸桿類型 漸開線蝸桿 14. 受載側(cè)面 一側(cè) 二、材料及熱處理1. 蝸桿材料牌號 45(表面淬火) 2. 蝸桿熱處理 表面淬火 3. 蝸桿材料硬度 HRC45～55 4. 蝸桿材料齒面粗糙度 1.6～0.8 (μm) 5. 蝸輪材料牌號及鑄造方法 ZCuSn10P1(砂模) 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' 51 (N/mm^2) 9. 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σ]F 45 (N/mm^2) 三、蝸桿蝸輪基本參數(shù)(mm)1. 蝸桿頭數(shù) z1 1 2. 蝸輪齒數(shù) z2 50 3. 模 數(shù) m 4.00 (mm) 4. 法面模數(shù) Mn 3.98 (mm) 5. 蝸桿分度圓直徑 d1 40.00 (mm) 6. 中心距 A 125.00 (mm) 7. 蝸桿導(dǎo)程角 γ 5.711° 8. 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) Zv2 50.75 9. 蝸輪變位系數(shù) x2 1.25 1910. 軸向齒形角 αx 20.092° 11. 法向齒形角 αn 20.000° 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 ≥ 47.00 (mm) 15. 蝸輪齒寬 b2 ≤ 29.00 (mm) 16. 是否磨削加工 否 17. 蝸桿軸向齒距 px 12.57 (mm) 18. 蝸桿齒頂高 ha1 4.00 (mm) 19. 蝸桿頂隙 c1 0.80 (mm) 20. 蝸桿齒根高 hf1 4.80 (mm) 21. 蝸桿齒高 h1 8.80 (mm) 22. 蝸桿齒頂圓直徑 da1 48.00 (mm) 23. 蝸桿齒根圓直徑 df1 30.40 (mm) 24. 漸開線蝸桿基圓直徑 db1 10.55 (mm) 25. 漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程角 γb1 20.767° 26. 蝸輪分度圓直徑 d2 200.00 (mm) 27. 蝸輪喉圓直徑 da2 218.00 (mm) 28. 蝸輪齒根圓直徑 df2 200.40 (mm) 29. 蝸輪齒頂高 ha2 9.00 (mm) 30. 蝸輪齒根高 hf2 -0.20 (mm) 31. 蝸輪齒高 h2 8.80 (mm) 32. 蝸輪外圓直徑 de2 ≤ 226.00 (mm) 33. 蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 16.00 (mm) 34. 蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 24.80 (mm) 35. 蝸桿軸向齒厚 sx1 6.28 (mm) 36. 蝸桿法向齒厚 sn1 6.25 (mm) 37. 蝸輪分度圓齒厚 s2 9.94 (mm) 38. 蝸桿齒厚測量高度 ha1' 4.00 (mm) 39. 蝸桿節(jié)圓直徑 d1' 50.00 (mm) 40. 蝸輪節(jié)圓直徑 d2' 200.00 (mm) 四、蝸桿蝸輪精度----------