毕业论文：搅拌摩擦焊焊接工装设计

此技术原理简单，且控制参数少易于实现自动化，可将焊接过程中的人为因素降到最低。

搅拌摩擦焊技术与传统的熔焊相比，拥有很多优点，因而使得它具有广泛的工业应用前景和发展潜力。

有关搅拌摩擦焊接头的组织力学性能包括断裂疲劳腐蚀性能无损检测以及工艺参数对焊缝质量的影响等的研究是推广应用搅拌摩擦焊的基础，有关这些方面的研究是这个领域的研究热点。

搅拌摩擦焊技术是年代发展起来的自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的项神奇的固相连接新技术。

截止年月日，世界范围内得到英国焊接研究所搅拌摩擦焊专利技术许可的用户己经有家，与搅拌摩擦焊技术相关的专利技术有项。

著名的等公司购买了此项技术，并已大量的在航天航空车辆造船等行业得到成功地应用。

搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊原理及工艺图搅拌摩擦焊原理图搅拌摩擦焊的焊接原理如图所示。

置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程中松开。

个带有特型搅拌指头的搅拌头旋转并缓慢的将搅拌指头插入两块对接板材之间的焊缝处。

般来讲，搅拌指头的长度接近焊缝的深度。

当旋转的搅拌指头接触工件表面时，与工件表面的快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高，强度降低。

搅拌指头在外力作用下不断顶锻和挤压接缝两边的材料，直至轴肩紧密接触工件表面为止。

这时，由旋转轴肩和搅拌指头产生的摩擦热在轴肩下面和搅拌指头周围形成大量的塑化层。

当工件相对搅拌指头移动或搅拌指头相对工件移动时，在搅拌指头侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下，搅拌指头的前表面把塑化的材料移送到搅拌指头后表面。

在搅拌指头沿着接缝前进时，搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至超塑性状态。

搅拌指头和轴肩摩擦接缝，破碎氧化膜，搅拌和重组搅拌指头后方的摩碎材料。

搅拌指头后方的材料冷却后就形成焊缝，可见此焊缝是在热机联合作用下形成的固态焊缝。

这种方法可以看作是种自锁孔连接技术，在焊接过程中，搅拌指头所在处形成小孔，小孔在随后的焊接过程中又被填满，应该指出，搅拌摩擦焊缝结束时在终端留下个匙孔。

通常这个匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。

在焊接过程中主要的产热体是搅拌指头和轴肩。

在焊接薄板时，轴肩和工件的摩擦是主要的热量来源。

搅拌摩擦焊焊接工艺参数主要有搅拌指头的焊接速度搅拌指头的旋转速度以及压紧力。

这些参数决定了焊接过程中搅拌指头周围产生的热量，并且直接影响到焊缝的组织和性能。

搅拌头搅拌头是搅拌摩擦焊机上中最重要的构件之。

它般由耐高温抗摩损材料制成，主要包括特形指头和轴肩两部分。

在焊接过程中轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化，同时搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热。

搅拌指头的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指头要旋转着压入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动。

搅拌头的材料般用合金工具钢，现有科学研究人员对搅拌头进行表面处理的实验研究，涂层具有优于等涂层的机械物理性能，并可与其它涂层配合组成多元多层复合涂层。

在制造业中的切削试验及加工实践表明，采用涂层处理的刀具钻头的表面化学稳定性好，抗氧化磨损能力强，高速焊接铝合金材料时，其工作寿命可比普通合金工具钢搅拌头提高倍，降低搅拌摩擦焊的加工成本，提高经济效益。

随着搅拌摩擦焊技术的发展，英由表选择实际传动比则齿轮传动比齿实际转速验算带速。

带速太高，带的离心力很大，使带的离心应力增大，并使带与轮之间的压紧力减小，摩擦力随之减小，从而使传动能力下降带速过低，传递相同功率时带所传递的圆周力增大，需要增加带的根数。

由式得带速接近，符合要求。

确定中心距，带基准长度。

初选中心距。

要把此结构装入工作台箱体内，故中心距不能太大。

根据得，初选为，符合取值范围。

计算初定的带长由式得基准带长。

由表选用，实际中心距。

由式得核算小轮上包角。

由式得确定带根数。

由和由图得，查表得，查表得，由式得查表得，由式得选用型带根。

确定带的预拉力。

预拉力是保证带传动正常工作和重要条件。

预拉力不足，极限摩擦力减小，传动能力下降预拉力过大，又会使带的寿命降低，轴和轴承的压力增大。

查表得型带的质量为由式得计算带传动作用在轴上的力。

为设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在带轮轴上的力。

由式得带轮结构设计。

大带轮设计。

大带轮结构按照表进行设计。

初步取，利用轴肩作轴向固定，的键作周向固定。

查表得，键，。

取。

，取，取具体尺寸见零件图。

小带轮设计。

小带轮结构按照图再结合表进行设计。

用的紧定螺钉与伺服电机输出轴作轴向固定，的键作周向固定。

查表得，键的取。

，取具体尺寸见零件图。

伺服系统齿轮传动设计传递功率，转速，齿，则齿数比。

选择齿轮材料。

表常用齿轮材料类别牌号热处理齿面硬度普通碳素钢正火约优质碳素钢正火调质正火调质表面淬火传动无特殊要求，为了便于制造，采用软齿面齿轮，查表得，大齿轮采用钢正火处理小齿轮采用钢调质处理，。

按齿面接触强度设计。

对钢制外啮合齿轮设计公式为计算小齿轮传递的转矩。

选择小齿轮齿数，大齿轮齿数，取，则实际传动比为齿传动比误差为转速不高，功率不大，选择齿轮精度为级。

载荷平稳，非对称布局，轴的钢度较大，查表取。

表载荷综合系数工作机均匀平稳轻微振动中等振动结构布局对称非对称对称非对称对称非对称原动机均匀平稳轻微振动中等振动表齿宽系数齿轮相对于轴承的位置齿面硬度软齿面硬齿面对称非对称布置查表取齿宽系数。

确定许用接触应力碳钢正火调质图由图查得查表得表最小安全系数和齿轮传动装置的重要性般齿轮损坏会引起严重后果对于长期工作的齿轮，可按下式计算由式得所以计算小齿轮分度圆直径。

由式得计算模数。

查表取。

表渐开线圆柱齿轮标准模数第系列第二系列计算齿轮主要尺寸及圆周速度。

表传递动力的齿轮精度Ⅱ公差组等级的选择与应用精度等级圆周速度应用圆柱齿轮锥齿轮直齿斜齿直齿斜齿级高速重载齿轮传动级高速中载或中速重载的齿轮传动级般机械中对精度无特殊要求的齿轮级低速或对精度要求低的齿轮分度圆直径中心距齿轮宽度，取，圆周速度查表可知能用级精度。

因齿轮圆周速度不大，故用号二硫化钼锂基脂进行润滑。

校核齿根弯曲强度。

校核齿根弯曲强度用以下公式图复合齿形系数根据，由表查得，确定许用应力。

对于长期单面工作的齿轮，其齿根受脉动循环弯曲应力，此时可按下式计算由图查得，碳钢正火调质图查表得，由式得式中已知，，，校核计算。

由式得校核计算安全。

结构设计。

大齿轮设计。

大齿轮按照表进行设计。

初步取，利用轴肩作轴向固定，的键作周向固定。

查表得，键，。

取。

表圆柱齿轮结构及尺寸较小时可不钻孔根据过渡圆半径确定时做成齿轮轴，取，取具体尺寸见零件图。

小齿轮轴设计。

小齿轮按表进行设计。

，将此齿轮设计成齿轮轴选择齿轮轴材料。

伺服系统的功率不大，又无特殊要求，故选用与设计小齿轮时相同的材料，钢并作调质处理，查表查得。

按转矩估算轴的最小直径。

查表得，由式得计算所得是最小处的轴径，取与大带轮内径相同，前端留出作为带轮的轴向固定。

轴的结构设计图。

图初选齿轮轴所用轴承为深沟球轴承。

用于安装轴承，查表得轴承宽度为，此处为齿轮所在地方，尺寸按齿轮进行设计表深沟球轴承轴承代号尺寸安装尺寸极限转速脂润滑油润滑，用于安装轴承，此段用于装大带轮，为了轴向定位，故长度比大带轮的宽度减少了此处开键槽以作大带轮的周向定位，查表得，选取键的尺寸为大带轮外端用螺母固定，选用螺母，并加弹簧垫片轴的总长为。

轴承用号二硫化钼锂基脂进行润滑。

具体尺寸见零件图。

伺服系统传动丝杠设计丝杠传动的输出功率为左右，输入功率为左右，传动效率，因工作台平时正常运动所需的功率不到，即使丝杠传动效率有所下降，工作台也能照样正常运行。

工作台箱体内腔长度为，丝杠传动功率不大，转速低，且受径向力很小仅齿轮对轴有径向作用力，用号二硫化钼锂基脂对丝杠进行润滑。

丝杠两端选用轴承，轴承用号二硫化钼锂基脂进行润滑。

查表得轴承的宽度为，轴承安装时离箱体内腔外边沿，丝杠两端为的倒角，因此，丝杠总长为。

选择丝杠材料。

此伺服系统的功率均不大，故选用常用的号钢并作正火处理。

确定丝杠的最小直径。

对于般的传动丝杠，可按下式计算其最直径式中轴向载荷螺纹中径许用压强，表螺旋传动副的许用压强螺杆螺母材料钢对铸铁钢对青铜淬火钢对青铜许用压强低速，如人力驱动为使受力