機械畢業(yè)設計（論文）-60噸焊接變位機設計【全套圖紙】

1、<p><b>　　編號</b></p><p><b>　　無錫太湖學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目： 60噸焊接變位機設計 </p><p>　　信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)&l

2、t;/p><p>　　學 號： 　　　　　　　</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 　（職稱：副教授） </p><p>　　（職稱： ）</p><p>　　2013年5月25日</p><p>　　無錫太湖學院本科畢業(yè)設

3、計（論文）</p><p><b>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 60噸焊接變位機設計是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他

4、個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p><p>　　班 級： 機械95 </p><p>　　學 號： 0923237 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　2013 年 5 月 25 日</p><p><b>　　無錫太湖學院

5、</b></p><p>　　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè)</p><p>　　畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書</p><p><b>　　一、題目及專題：</b></p><p>　　1、題目　 60噸焊接變位機設計 </p>

6、<p>　　2、專題　 　</p><p>　　二、課題來源及選題依據(jù) </p><p>　　本課題來自無錫華聯(lián)精工機械有限公司的生產(chǎn)實際。目前機械行業(yè)，特別是鍋爐行業(yè)有大量的管和板的焊接，管子和板的接合處為環(huán)縫焊接，為適應自動焊接，管與板要自轉，同時要傾斜45度，滿足船形焊接，要求設計該

7、焊接變位機。 </p><p>　　我國引進的焊機器人柔性加工單元中的變位機，也是針對特定產(chǎn)品研制的，因此價格較昂貴，而技術培訓及售后服務卻不理想。在技術方面，我國許多工廠引進的弧焊機器人系統(tǒng)己具有機器人與變位機協(xié)調(diào)運動的功能。這對一些空間曲線或較復雜的焊縫可以始終保持在最佳位置下進行焊接，以提高焊接質(zhì)量，并能一次起弧就焊完整條焊縫，以提高效率。但是有關技術卻

8、往往為外方廠家所壟斷，我們并不掌握。從提高我國焊接生產(chǎn)機械化與自動化水平的角度出發(fā)，必須加大科研投入，研制高性能的焊接機器人與配套變位設備，力求在自動化焊接領域在國際上占有一席之地。 </p><p>　　三、本設計（論文或其他）應達到的要求：</p><p>　?、?分析并了解焊接變位機的基本結構，熟悉焊接變位機的具體工作

9、 原理； </p><p>　?、?完成整機的具體方案設計； </p><p>　　③ 完成各個零部件的結構設計，并繪制相應的三維模型及二維圖紙； </p><p>　?、?將三維模型進行裝配，

10、并繪制相應的二維裝配圖。 </p><p><b>　　四、接受任務學生：</b></p><p>　　機械95 班 　　姓名 </p><p>　　五、開始及完成日期：</p><p>　　自2012年11月12日 至2013年5月25日</p><p>

11、　　六、設計（論文）指導（或顧問）：</p><p>　　指導教師　　　　　　　簽名</p><p><b>　　簽名</b></p><p><b>　　簽名</b></p><p><b>　　教研室主任</b></p><p>　　〔學科組組長研究

12、所所長〕　　　　　　　簽名</p><p>　　系主任 　　　　　　簽名</p><p>　　2012年11月12日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　焊接變位機是一種焊接輔助設備，它與焊接操作機、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設備中三大機。焊接變位機是應焊接行業(yè)的機械化、自動化發(fā)展

13、需要而產(chǎn)生的。焊接變位機作為一種焊接配套設備，用于管子橫向?qū)雍附樱茏优c法蘭內(nèi)外環(huán)縫焊接，管子對管子全位置焊接。焊接變位機可水平翻轉角度，通過工作臺的回轉及翻轉運動使工件上焊縫處于最理想的位置進行焊接，從而大大提高焊縫質(zhì)量，減輕焊工勞動強度，尤其是適合焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉工件的理想設備。</p><p>　　本設計分析了解國內(nèi)外焊接變位機的發(fā)展狀況、以及焊接變位機在焊接機器人中的應用，設計了一種60噸

14、座式焊接變位機。主要內(nèi)容是關于焊接時機械的回轉翻轉的控制、電機的選擇、減速器的選擇、各個軸和齒輪軸承的確定以及校核等等。</p><p>　　設計的具體過程是根據(jù)預定的載荷和要求的焊接速度從而確定設備所需要的電機類型，包括:電機的轉速、額定功率、電壓電流等，在此基礎上計算軸的尺寸和相應配件的型號，并且對其進行相關的強度、使用壽命等的校核，然后對一些外購件也進行選擇。</p><p>　　選

15、用的方法主要是機械設計的相關知識，使用到的有材料力學，CAD等。</p><p>　　關鍵詞： 焊接變位機； 機械設計； 焊接輔機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was kn

16、own as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding au

17、xiliary machine, welding positioner was used in pipe′s landscape orientation welding, pipe and flange′s inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retrofle</p>

18、<p>　　By understanding the welding positioner′ s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A block 60 ton s of welding positioner is designed.Mainly

19、on the subject of welding ,mechanical rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accuracy ,and so on.</p><p>　　The design proce

20、ss is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including: the rotational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the

21、 calculation of axle size and corresponding accessories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen. </p><p>　　The method chosen mainly

22、mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, CAD.</p><p>　　Key words: welding conjugation mechanical; mechanical design; welding auxiliary machine.</p><p><b>　　

23、目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　ABSTRACTIV</p><p><b>　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1

24、 立題依據(jù)1</p><p>　　1.2 焊接輔機的作用和分類1</p><p>　　1.3 焊接變位機的功能及結構形式2</p><p>　　2.1 設計的基本參數(shù)4</p><p>　　2.2 變位機的總體方案設計4</p><p>　　2.3 驅(qū)動系統(tǒng)方案4</p><p>　

25、　2.3.1 工作臺回轉方案4</p><p>　　2.3.2 工作臺翻轉方案4</p><p>　　2.4 導電裝置方案5</p><p>　　3 回轉機構設計6</p><p>　　3.1 工作臺回轉機構6</p><p>　　3.2 回轉支承的選擇6</p><p>　　3.2

26、.1回轉系統(tǒng)承載的總重量6</p><p>　　3.2.2 計算回轉支承的最大傾覆力矩7</p><p>　　3.2.3 齒輪1的參數(shù)（即與回轉支承嚙合的小齒輪）8</p><p>　　3.3 選擇工作臺的回轉電機10</p><p>　　3.4 減速器的選擇11</p><p>　　4 工作臺傾斜機構設計

27、12</p><p>　　4.1 傾斜機構12</p><p>　　4.2 選擇傾斜機構的電機12</p><p>　　4.3 蝸桿減速器13</p><p>　　4.3.1 蝸桿和蝸輪的設計14</p><p>　　4.3.2 蝸桿軸和蝸輪軸的初步設計16</p><p>　　4.4

28、扇形齒輪傳動設計16</p><p>　　4.5 傾斜機構中軸的設計19</p><p>　　4.5.1 傾斜軸的最小直徑19</p><p>　　4.5.2 翻轉小齒輪軸的最小直徑24</p><p>　　4.6 聯(lián)軸器的選用計算27</p><p>　　4.6.1 減速器與減速器之間的聯(lián)軸器27<

29、;/p><p>　　4.7 軸承的選用和校核27</p><p>　　5 安裝調(diào)試與操作使用29</p><p><b>　　5.1 安裝29</b></p><p>　　5.2 調(diào)試與檢測29</p><p>　　5.3 操作與使用29</p><p>　　6 結論

30、與展望30</p><p><b>　　6.1結論30</b></p><p>　　6.2不足之處及未來展望30</p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>

31、　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 立題依據(jù)</b></p><p>　　目前機械行業(yè)，特別是鍋爐行業(yè)有大量的管和板的焊接，管子和板的接合處為環(huán)縫焊接，為適應自動焊接，管和板要自轉，同時要傾斜45°，滿足船形焊接。</p><p>　　鋼結構技術的蓬勃發(fā)展,推動了工程結構體系的不斷進步。在橋梁、電站、

32、高層鋼結構建筑、大型造船等行業(yè)日益繁榮的今天，要求焊接自動化的增多，焊接輔機也越來越受到重視。</p><p>　　我國目前中小噸位焊接變位機，基本能滿足要求。但無論品種規(guī)格還是性能質(zhì)量，與國外相比仍有很大差距，尤其是大噸位焊接變位機在速度平穩(wěn)性、變位精度、驅(qū)動功率指標、與焊接操作機的聯(lián)機動作等方面，存在較大差距。</p><p>　　1.2 焊接輔機的作用和分類</p>&

33、lt;p>　　焊接輔機指所有同焊接相關的周邊輔助設備，具體定義是指焊接結構裝配和焊接過程中起配合和輔助作用的的工夾具\變位機械、焊劑輸送裝置等的總稱。如：各類焊接夾具、船舶焊接專機、汽車底板焊接生產(chǎn)線、各類龍門焊接機、焊接機器人及周邊設施等。其中最常見的通用配置有操作機、滾輪架、變位機等焊接變位機械。如圖1.1</p><p>　　焊接變位機械指是在焊接過程中改變焊件、焊機及焊工空間位置來完成機械化，使其有

34、利于減少焊接時間，提高勞動效率，減輕工人勞動強度，提高焊件質(zhì)量，并能充分發(fā)揮各種焊接方法的機械設備。</p><p>　　焊接變位機械可分為焊件變位機械、焊機變位機械和焊工變位機械。焊件變位機械是在焊接過程中改變焊件空間位置，使其有利于焊接作業(yè)的各種機械設備。其中滾輪架、變位機、翻轉機、回轉臺就是焊接變位機械。</p><p>　　在多數(shù)場合下，焊件變位機械和焊機變位機械相互配合使用，用來

35、完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。在以弧焊機器人為中心的柔性加工單元（FMC）和加工系統(tǒng)（FMS）中，焊件變位機械也是組成設備之一。在復雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極焊接等，都需要焊接變位機械的配合，才能完成作業(yè)。其中焊件變位機械最多也最常用。本論文主要是設計了60噸焊接變位機的整體機構和主要零件。</p><p>　　(a)焊接滾輪架

36、 (b)焊接變位機</p><p>　　(c)焊接翻轉機 (d)焊接操作機</p><p>　　圖1.1 焊接變位機械</p><p>　　1.3 焊接變位機的功能及結構形式</p><p>　　焊接變位機是將工件回轉、傾斜使焊件上的

37、焊縫置于有利于施焊位置的焊接變位機械。</p><p>　　焊接變位機的幾種常見形式[7]：（如圖1.2）：</p><p>　　(1)座式焊接變位機。是應用最廣泛的一種焊接變位機,其穩(wěn)定性比伸臂式焊接變位機要高。工作臺有一個整體翻轉的自由度，可以將工作翻轉至理想的焊接位置進行焊接，另外工作臺還有一個回轉的自由度。其適合工程機械的小型焊接件及一些管類、軸類、盤類等中小型復雜結構的焊接。 &

38、lt;/p><p>　　(2)Ｌ型雙回轉焊接變位機。其工作裝置Ｌ型，有兩個方面的回轉自由度，且兩個方向都可以±360°任意回轉。此變位機與其它類型變位機相比，開敞性好，容易操作。</p><p>　　(3)雙立柱單回轉式變位機。其主要特點是立柱一端電機驅(qū)動工作裝置沿一個回 轉方向運轉，另一端隨主動端從動。兩側立柱可設計成可升降式，以適應不同規(guī)格產(chǎn)品。該種變位機結構簡單適合

39、裝載機的后車架、壓路機機架等工程機械長方形結構件的焊接。這種型式變位機的缺點只能在一個圓周方向回轉，選擇時要注意焊縫形式是否適合。</p><p>　　(4)Ｕ型雙座式頭尾雙回轉型式。在單回轉變位機的基礎上被焊結構件在另外一個空間又增加一個旋轉自由度。這種型式的變位機焊接空間大，工件可被旋轉到需要的位置。有較高的穩(wěn)定性,適用于大型和重型工件的翻轉變位,能較好地滿足焊接質(zhì)量的要求。</p><p

40、>　　(5) Ｃ型雙回轉焊接變位機。Ｃ型回轉形式與Ｌ型機相同，只是為了方便夾具體的設計，根據(jù)結構件的外形，變位機的工作裝置稍作變動。該種型式焊接變位機，適合裝載機的鏟斗、挖掘機的挖斗等焊接。</p><p>　　焊接變位機要具備的性能有：</p><p>　?。?）焊接變位機械要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的電流和功率。</p><p>　?。?）在動力傳動行程中要

41、有自鎖傳動，以免動力源切斷時，焊件因重力作用而發(fā)生事故。</p><p>　?。?）與焊接機器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊接變位機，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度（點位控制）和運行軌跡精度（輪廓控制）應控制在0.1—2mm之間， </p><p>　　最高精度應可達0.01mm。</p><p>　?。?）有良好的接電、接水、接氣設施，以及導熱和通風性能。&

42、lt;/p><p>　　（5）整個結構要有良好的密閉性，以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等臟物，應易被清除。</p><p>　?。?）工作臺面上應設有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器件和夾緊機構。</p><p>　　(a)座式焊接變位機 (b)Ｌ型雙回轉焊接變位機

43、 </p><p>　　(c)雙立柱單回轉式變位機 (d)Ｕ型雙座式頭尾雙回轉型式</p><p>　　圖1.2 變位機種類</p><p><b>　　2 方案設計</b></p><p>　　2.1 設計的基本參數(shù)</p><p>

44、　　基本承載能力 60噸</p><p>　　工作臺直徑 3000mm</p><p>　　工件偏心距500 mm</p><p>　　回轉角度 0°—180°</p><p>　　翻轉角度 0°—90°</p><p>　　焊接速度 250mm/min—2500mm

45、/min</p><p>　　2.2 變位機的總體方案設計</p><p>　　圖2.1 變位機的總體圖</p><p>　　采用座式焊接變位機，工作臺連同回轉機構通過傾斜軸支承在機座上，工作臺以焊速回轉，傾斜軸在0°—90°的范圍內(nèi)恒速傾斜。該機為座式焊接變位機，穩(wěn)定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。</p><p&g

46、t;　　2.3 驅(qū)動系統(tǒng)方案</p><p>　　2.3.1 工作臺回轉方案</p><p>　　工作臺的回轉運動應有較寬的調(diào)速范圍，從0.027r/min—0.27r/min調(diào)速平穩(wěn)均勻，要有雙向回轉功能和自鎖功能。</p><p>　　第一種方案：電動機驅(qū)動，經(jīng)過減速器減速后通過齒輪傳動帶動工作臺回轉，要求無級變速。</p><p>　　

47、第二種方案：在全液壓變位機，采用液壓馬達來驅(qū)動及控制工作臺回轉的速度和角度。</p><p>　　2.3.2 工作臺翻轉方案</p><p>　　工作臺的傾斜速度恒定，運動要自如平穩(wěn)并有多重自鎖功能。</p><p>　　第一種方案：電動機經(jīng)過減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜，該方案目前應用很廣。</p><p>　　第二種方案：在全液

48、壓變位機中采用液壓缸直接推動工作臺傾斜，對液壓驅(qū)動方面的要求較高。</p><p>　　第三種方案：電動機經(jīng)過減速器減速后通過螺旋副使工作臺傾斜，該方案應用很少。 </p><p>　　2.4 導電裝置方案</p><p>　　焊接變位機作為焊接電源二次回路的組成部分，必須設有導電裝置。焊接時，強大的焊接電流通過工件和工作臺經(jīng)導電裝置傳至工作臺傾斜軸，再由位于傾斜軸

49、返回到焊機的負極。導電裝置提供了一個順暢的電流回路，有效地防止了焊接電流直接通過齒輪副和軸承，既保證足夠的焊接電流，又使機構免遭電流損壞。</p><p>　　第一種方案：采用外接導電裝置，主要是采用電刷式的，它由電刷、電刷盒、刷架組成，結構形式多樣，在焊接變位機中應用最廣。</p><p>　　第二種方案：采用自身導電。必須采用以下措施：①使用帶有石墨成分的潤②在軸向力的作用下，各傳動副

50、之間、軸承內(nèi)外圈之間要接觸緊密。自身導電然省去了專用的導電裝置，但對變位機各傳動副的裝配間隙要求較嚴，使用中又需經(jīng)常檢查和調(diào)整，比較麻煩，采用不多。</p><p><b>　　3 回轉機構設計</b></p><p>　　3.1 工作臺回轉機構</p><p>　　工作臺帶動60噸工件以焊速250mm/min—2500mm/min在0

51、6;—180°內(nèi)回轉。其回轉系統(tǒng)的如圖3.1所示。其傳動路線大致為：驅(qū)動電機——回轉減速機——回轉支承——工作臺。</p><p>　　工作臺固定于回轉支承上，回轉支承固定在支承梁上?；剞D支承外圍上的大齒輪與減速器輸出軸小齒輪嚙合，通過與減速器輸入軸連接的電機的驅(qū)動，形成工作臺的回轉運動。電機和減速器輸出軸直聯(lián)，利用電機的失電制動器來對回轉運動進行制動和自鎖。</p><p>　

52、　圖3.1 回轉機構傳動簡圖</p><p>　　3.2 回轉支承的選擇</p><p>　　在回轉系統(tǒng)中，工作臺是固定在回轉支承上，通過回轉支承將工作臺與支承梁連接，這樣不僅提高了工作臺的回轉精度，也提高了工作臺的剛性。</p><p>　　參照相關樣品的選型計算，我選擇單排四點接觸球式回轉支承，JB2300—84標準中的單排四點接觸球式回轉支承，回轉中心大，

53、支承面積大。是由兩個座圈組成，結構緊湊、重量輕，鋼球與圓弧軌道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力、顛覆力矩。外圈為齒輪，外圈與工作臺用螺栓固聯(lián)，內(nèi)圈與鋼梁聯(lián)接。動力從齒輪副傳入，帶動工作臺旋轉。我選取的回轉支承型號為012. 60. 2000。</p><p>　　查《機械設計手冊》P7—453表7—2—112，其主要的參數(shù)如下[4]：</p><p>　　回轉中心直徑為2000mm

54、 滾子直徑為60mm</p><p>　　總高h承=144 mm 參考重量為M=1100kg</p><p>　　外齒輪模數(shù)m=18 mm 齒數(shù)Z=123</p><p>　　外齒輪De=2264.4 mm 外齒輪b=120mm

55、</p><p>　　3.2.1回轉系統(tǒng)承載的總重量</p><p>　　圖3.2 偏心距和重心距示意圖</p><p><b>　　h件—工件的高度</b></p><p>　　假設工件為圓柱形，材料為鋼，則密度為7.8×103 kg/m3，直徑為3000 mm。</p><p>　

56、　V = 60×103 / 7.8×103= 7.6923 m3</p><p>　　h件 = 7.6923 / ( ∏×1.52 )</p><p>　　= 1.088m = 1088 mm</p><p>　　h臺—工作臺高度 </p><p>　　假設工作臺高度為80mm</p>&l

57、t;p><b>　　h—綜合重心高</b></p><p>　　h =（ h件＋h臺＋h承）/2＝（1088＋100＋144）/2＝666mm</p><p><b>　　m臺—工作臺的重量</b></p><p>　　工作臺材料為Q235—A，密度為7.8×103 kg/m3 （采用肋板增加強度減少重量

58、）。</p><p>　　m臺 = 7.8×103×∏×1.5×1.5×0.08＝4.4×103kg</p><p><b>　　G—綜合重量</b></p><p>　　G =（ 4.4×103＋60×103＋1.1×103）×9.8＝641.

59、9×103 N</p><p>　　3.2.2 計算回轉支承的最大傾覆力矩</p><p><b>　　已知條件:</b></p><p>　　G=5.88×105N——工件重量（60t）</p><p>　　Emax = 500mm——允許最大偏心距</p><p>　　β=

60、0°—180°——回轉軸轉角</p><p>　　α=0°—90°——回轉傾斜角</p><p>　　變位機的回轉支承受力狀態(tài)如圖3.2所示，在焊件和夾具的綜合重量作用下，回轉支承的傾覆力矩Mω是由繞X軸和Y軸的彎矩Mx，My合成，</p><p>　　Mx=G1h+G2 e sinβ

61、 (3.1)</p><p>　　My=G2 e cosβ (3.2) </p><p>　　考慮到 G1=Gsinα G2=Gcosα</p><p>　　圖3.3 回轉支承傾覆力矩圖</p><p>　　則A點截面所受的彎矩

62、為：</p><p>　　Mω=（Mx2+ My2）1/2 (3.3) </p><p>　　= G（h 2sinα+ e2cos2α+2hesinαcosαsinβ）1/2 </p>

63、;<p>　　由式(3.1)和(3.2) 知，彎矩Mω是α，β的二元函數(shù)，其值是變化的?，F(xiàn)需要求出最大值，以便校核。令：</p><p>　　N= h 2sinα+ e2cos2α+2hesinαcosαsinβ (3.4)</p><p>　　對上式進行求偏導并令其為零,求出N的最大值，即可求出彎矩Mω的最大值。</p&

64、gt;<p>　　N′α= h 2 cosα-e2 sin2α+2he cos2αsinβ=0 </p><p>　　N′β=hesin2αcosβ=0 </p><p>　　因為上式是關于三角函數(shù)的代數(shù)式，由于它的周期性，所以上式結果為多個解。結合已知條件，解如下：</p>

65、;<p>　　(α=90° β=0°，180° )</p><p>　　最大值出現(xiàn)在α=90°時， 代入求Mω得：Mωmax = G h = 4.3×105 N·m </p><p>　　3.2.3 齒輪1的參數(shù)（即與回轉支承嚙合的小齒輪）</p>

66、;<p>　　該齒輪是和回轉支承上的外齒輪嚙合，其模數(shù)是確定的。這里只校核其強度。</p><p>　　經(jīng)過減速器減速后，回轉支承之間的傳動比：</p><p>　　i2=2778÷450=6.2</p><p><b>　　表3-1齒輪的參數(shù)</b></p><p>　　小齒輪的校核 小

67、齒輪用20 Cr，滲碳淬火，硬度56HRC—62HRC。</p><p>　　表3-2小齒輪的校核 </p><p><b>　　續(xù)表3-2</b></p><p>　　注：①表中圖和表查看參考書[3] 。</p><p>　　3.3 選擇工作臺的回轉電機</p><p><b>

68、;　　電機的驅(qū)動功率N</b></p><p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　焊接點最大線速度 Vmax=2500mm/min</p><p>　　Vmin=250mm/min</p><p>　　回轉最大轉速 nmax=2500÷∏÷3000 = 0.2

69、7r/min</p><p>　　nmin=250÷∏÷3000 = 0.027r/min</p><p>　　η=0.873—回轉系統(tǒng)的傳動效率</p><p>　　（考慮到減速器效率為0.9，回轉支承的齒輪傳動效率為0.97）</p><p>　　由《焊接工裝夾具與變位機械》P127式（2-4）[1]</p>

70、;<p>　　功率計算公式 N=mmax× nmax/9550η = G Emax ×nmax/9550η (3.5)</p><p>　　=641.9×103×0.27×0.5 /( 9550×0.90×0.97)</p><p>　　=10.39 KW

71、 </p><p>　　當對工件實行自動焊接時，焊接線速度是一定的。隨著工件的大小及焊縫位置的改變，焊縫的回轉直徑也是改變，所以要求工作臺的回轉速度必須是無級調(diào)速的，實現(xiàn)不同的工件、不同的焊接位置達到相同的線速度，達到焊縫的質(zhì)量要求。工作臺的線速度在250mm/m—2500mm/min之間，速比為 1：10。工件在裝夾后，在不同的回轉速度下，有工件重心的偏心距產(chǎn)生的回轉扭矩是一定的，所

72、以要求電動機的輸出扭矩為恒扭矩。</p><p>　　就目前來說，能實現(xiàn)恒扭矩無級調(diào)速的電機有三種：</p><p>　　Y系列普通異步交流電機。 Y系列普通異步交流電機一般只能實現(xiàn)1：10的恒扭矩調(diào)速，而且功率扭矩性差，不能滿足要求。</p><p>　　直流電機。 直流電機調(diào)速技術發(fā)展比較早，有良好的起、制動性能，在很大范圍內(nèi)能平滑的調(diào)速，但其體積

73、大、成本大，能耗大，對電網(wǎng)也有影響，縣被逐步取代。</p><p>　　交流變頻電機。 交流變頻電機的調(diào)速系統(tǒng)，由于調(diào)速時轉差功率不變，在各種變頻電機調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，同時性能也最好，是交流變頻調(diào)速的主要發(fā)展方向。</p><p>　　在比較之后，選擇交流變頻電機，該電機在調(diào)速時轉差功率不變，調(diào)速系統(tǒng)效率最高，性能最好。利用該電機在基頻以下屬于“恒轉矩調(diào)速”的特性，將電機功率調(diào)低，達到

74、輸出轉速速比1：10，輸出恒扭矩的要求。</p><p>　　我選YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，該類電機與變頻器裝置組成機電一體化系統(tǒng)，5—50HZ為恒轉矩運行區(qū)，50—100為恒功率運行區(qū)，調(diào)速比為1：20。查《機械設計手冊》P22-109，選型號為YVP180L—8，其主要數(shù)據(jù)如下[4]：</p><p>　　表3-3回轉機構的電動機的參數(shù)</p><p>

75、　　總傳動比 i總 = 75 r/min÷0.027r/min = 2778</p><p>　　3.4 減速器的選擇</p><p>　　在焊接變位機的回轉系統(tǒng)中，有個傳動比達到450的減速器。該減速器要求傳動效率高，承載能力大，傳動精度高，滿足安裝要求。</p><p>　　能實現(xiàn)這么大傳動比的減速器有三種：</p><

76、;p>　　① 圓柱齒輪減速器。 圓柱齒輪減速器的傳動比為1：400，需要幾個減速器串聯(lián)起來使用，體積很大。</p><p>　?、?兩級蝸桿減速器。 在傳動比和體積上滿足要求，但其傳動效率低，特別是在輸入軸轉速很低（電機的最小轉速為37.5 r/min）的情況下更低，一般只能達到0.1左右。</p><p>　?、?三級行星齒輪減速器。 其傳動比和傳動效率（大于0.8，且不隨輸

77、入軸轉速的降低而降低）均能滿足要求，只是體積比蝸桿減速器大。</p><p>　　相比較后，我選擇三級行星齒輪減速器。減速器中的齒輪由弧齒錐齒和行星齒輪傳動組成，具有以下特點：（1）體積小、重量輕，在相同條件下，比普通漸開線圓柱齒輪減速器的重量輕1/2以上，體積縮小1/2—1/3。（2）傳動效率高，三級傳動效率可達0.91—0.94。</p><p>　　查《機械設計手冊》P16—107，

78、表16—2—77，選NGW-S123—450減速器，其主要尺寸如下表[4]： </p><p>　　表3-4回轉機構減速器的參數(shù)</p><p><b>　　輸出數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　P=0.90×11=9.9 kw</p><p>　　n=75

79、0÷450=1.7r/min</p><p>　　4 工作臺傾斜機構設計</p><p><b>　　4.1 傾斜機構</b></p><p>　　傾斜機構受力見圖4.1。其傳動路線大致為：驅(qū)動電機——減速機構——翻轉齒輪——翻轉軸——工作臺。在傳動系統(tǒng)中，動力的輸入為擺線針輪減速器。通過一帶制動輪聯(lián)軸器與第二級蝸桿減速器輸入軸連接，

80、將動力傳給蝸桿減速器（減速比為30）。減速器輸出軸通過齒式聯(lián)軸器同齒輪軸連接，通過齒輪傳動，最終將動力傳給與支承梁連接的扇形齒輪，實現(xiàn)工作臺的翻轉。</p><p>　　圖4.1 傾斜機構傳動簡圖</p><p>　　在該傳動鏈中，翻轉齒輪傳動采用雙邊傳動，保證了傾斜過程中整機的穩(wěn)定性。在翻轉齒輪上設有限位塊和行程開關，以使工作臺能可靠地停留在所需位置及實現(xiàn)運動的自鎖。</p>

81、;<p>　　4.2 選擇傾斜機構的電機</p><p>　　在α=αmin、β=900時出現(xiàn)最大傾斜力矩，MTmax= G(h12+ e2)1/2 。（如圖4.2：）</p><p>　　(h12+ e2)1/2 =(6612 + 5002 )1/2=828.8mm</p><p>　　MTmax= G(h12+ e2)1/2 = 641.9&#

82、215;103×828.8×10-3 =5.3×105 N·m (4.1)</p><p>　　電機傾斜機構的驅(qū)動功率計算如下：</p><p>　　假設傾斜機構的最大轉速 nmax = 0.3 r/min</p><p>　　回轉系統(tǒng)的傳動效率 η=0.97×0.9×0.

83、6= 0.5238</p><p>　　圖4.2 傾斜力矩圖</p><p>　?。紤]到齒輪效率為0.97，蝸桿傳動效率為0.67, 減速器效率為0.9）</p><p>　　由《變位機械與工裝夾具》P127式（2-4）[1]</p><p>　　P = MTmax × n / 9550η= 530×103×

84、 0.3 / (9550×0.5238) =29.3 KW (4.2)</p><p>　　我選功率為30 KW 的電動機，選用擺線針輪減速器，其減速器和電機直聯(lián)，總體尺寸小且滿足要求。</p><p>　　查《機械設計手冊》P16—151表16—2—116，選用XWDV30—8190—25。</p><p>　　其主要數(shù)據(jù)如下[4]：

85、</p><p>　　表4-1傾斜機構的電動機參數(shù)</p><p>　　總傳動比 i總 = 1500 r/min÷0.3r/min = 5000</p><p>　　輸出功率 P=30 kw（忽略功率損失）</p><p>　　輸出轉速 n=1500/25=60</p><p><b>

86、;　　4.3 蝸桿減速器</b></p><p>　　經(jīng)過一個減速器的減速后，傳動比仍較大。采用蝸桿減速器，體積小且傳動比較大，能實行自鎖，只是效率較低。</p><p>　　采用一級圓柱蝸桿傳動，輸入功率為30KW，轉速為60 r/min，傳動比為 i =30。</p><p>　　圖4.3 蝸桿減速器圖</p><p>　

87、　4.3.1 蝸桿和蝸輪的設計</p><p>　　材料選用 蝸桿采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，表面硬度48HRC—55HRC。蝸輪材料采用ZCuAl9Fe4Ni4Mn2離心鑄造。設計如下:</p><p>　　表4-2蝸桿蝸輪的設計 </p><p><b>　　續(xù)表4-2</b></p><p

88、><b>　　續(xù)表4-2 </b></p><p>　　注：①表中圖和表查看參考書[3]。</p><p><b>　　輸出數(shù)據(jù)</b></p><p>　　n2 =60/30=2r/min</p><p>　　p2 =pη=30×0.67=20.1KW</p><

89、;p>　　4.3.2 蝸桿軸和蝸輪軸的初步設計</p><p>　　蝸桿軸的最小直徑 材料為40Cr</p><p>　　按許用切應力計算,由《機械設計》P314式（16.2）得[3]：</p><p>　　d≥C(P/n)1/3=102(30/60)1/3=80.9mm (4.3

90、)</p><p>　　已知P=30Kw ， n=60 r/min</p><p>　　C—與材料有關的系數(shù)，由表16.2查得，C=102</p><p><b>　　取d=95 mm</b></p><p>　　蝸輪軸的最小直徑 材料為40Cr</p><p>　　按許用

91、切應力計算,由《機械設計》P314 式（16.2）得[3]：</p><p>　　d≥C(P/n)1/3=102(20/2)1/3=219mm (4.4) </p><p>　　已知P=20Kw ， n=2 r/min</p><p><

92、;b>　　取d=220 mm</b></p><p>　　4.4扇形齒輪傳動設計</p><p>　　翻轉的角度在180度以內(nèi)，用扇形齒輪能夠滿足要求且減少了不必要的重量和體積。</p><p>　　傳動比 i=5000÷30÷25=6.7</p><p>　　輸入功率為20.0KW，轉速為2r/min，

93、傳動比為6.7。</p><p>　　設計成一開式標準直齒圓柱齒輪傳動，輸入功率為20KW，轉速為2 r/min，傳動比為I=6.7。計算步驟如下：</p><p>　　材料選用 小齒輪用40 Cr,齒面淬火，硬度為50HRC—55HRC，大齒輪用ZG350—500，齒面淬火，硬度為45HRC—50HRC。</p><p>　　表4-3扇形齒輪傳動設計<

94、/p><p><b>　　續(xù)表4-3</b></p><p><b>　　續(xù)表4-3 </b></p><p>　　注：①表中圖和表查看參考書[3]。</p><p>　　4.5 傾斜機構中軸的設計</p><p>　　4.5.1 傾斜軸的最小直徑</p><

95、p><b>　　已知條件：</b></p><p><b>　　綜合重量</b></p><p>　　G=652.78×103+（140+2000）×9.8=673.75×103N</p><p>　　Emax=500mm——允許最大偏心距</p><p>　　α

96、=0°—90°——翻轉角 </p><p>　　在焊件和回轉機構的綜合重量作用下，翻轉軸的危險斷面在與齒輪接觸處，當扇形齒輪固定在傾斜機構的箱體上時。傾斜軸在其軸頸處僅受支反力和彎曲力矩。其中在軸頸在軸頸工作部分的彎矩力矩Mω。</p><p>　　Mω=0.5Fc1L1 （力分析如圖4.4）</p><p>　

97、　L1—軸頸與齒輪接觸部分的長度, L1=270mm</p><p>　　Fc1—C1處的支反力</p><p>　　作用在C1和C2的支反力，以回轉軸在傾斜位置時（即α=90°，β=0°）最大。但在α=αmin，β=0°時，因工件重心偏離機座中心線使兩軸頸處的載荷</p><p>　　圖4.4 傾斜軸的受力圖</p>

98、<p>　　不等，也可能出現(xiàn)最大值。</p><p>　　在α=90°，β=0°時</p><p>　　Fc1=G (R1+h ) ( 0.5L + e) / R1/ L (4.5) </p><p>　　=673.75×103×(0.69+0.8

99、) ×(0.5×3.34+0.5) /0.69/3.36</p><p>　　=944.69×103 N</p><p>　　其中：R1=690mm， L=3360mm， </p><p>　　h=661+30+d/2≈800mm</p><p>　　在α=αmin，β=0°時（見圖3.2）<

100、/p><p>　　Fc1=G (R1+(h2+ e2)1/2) / R1</p><p>　　=673.75×103× (0.69+(0.82 + 0.52 )1/2)</p><p>　　=797.46×103 N</p><p>　　取Fc1大值，計算彎矩如下：</p><p>　　計算

101、翻轉軸的最大當量彎矩</p><p>　　Mω=0.5Fc1L1=0.51×944.69×103×0.27=127.53×103 N·m (4.6)</p><p>　　計算翻轉軸的最小直徑 </p><p>　　由《機械設計》P315 式（16.4）得[3]： &

102、lt;/p><p>　　軸徑d≥（Mω/0.1［σ］）1/3 =（127.53×103/2/0.1/75×106 ）1/3 (4.7)</p><p>　　=0.2571 m=257.1mm</p><p>　?。郐?1b］——許用彎曲應力，查《機械設計》P315，表16.3</p><p>

103、　?。郐?1b］=75 Mpa</p><p><b>　　取d=260 mm</b></p><p>　　4.5.1.1校核箱形梁的強度</p><p>　　傾斜軸的結構是在回轉機構箱體兩側分別接出一段軸頭，除用做軸頸部分的二段軸頭外，基本上是一箱形梁。該梁在兩個對稱布置的扇形齒輪帶動下使工作臺作傾斜運動，其受彎矩和扭矩作用。</p&g

104、t;<p>　　箱形梁的材料為鋼板（Q235—A）, </p><p><b>　　彎曲應力</b></p><p>　　σω≈GL / 4W=673.75×103×3.36/(4×0.00235)=240.6Mpa (4.8)</p><p>　　L—傾斜軸上兩齒輪的間距，L=

105、3360mm</p><p>　　W—箱形梁截面系數(shù)， W=bt2/6=3.34×0.0652/6=0.00235</p><p>　　τ=G(h2+ e2)1/2/(4St)</p><p>　　= 673.75×103×(0.82 + 0.52 )1/2/(4×0.065×10.9)</p><

106、;p><b>　　=0.226Mpa</b></p><p>　　S—箱形梁截面板厚中線圍成的面積，S=10.9 m2</p><p>　　t—箱形梁截面板厚，厚度t ≈65 mm。</p><p>　　σ=(σω2+3τ2) 1/2=(240.62+0.2262) 1/2≈241 Mpa</p><p>　　4.

107、5.1.2 校核翻轉軸</p><p>　　用安全系數(shù)法校核軸的強度</p><p>　　圖4.5 翻轉軸的結構和受力分析</p><p><b>　　表4-4校核翻轉軸</b></p><p><b>　　續(xù)表4-4 </b></p><p>　　4.5.2 翻轉小齒

108、輪軸的最小直徑</p><p>　　忽略聯(lián)軸器的效率，最小直徑取為和蝸輪軸直徑的最小值一致。d=220 mm</p><p>　　小齒輪的分度圓直徑d1=360 mm < 1.8×230 mm ，所以采用齒軸式。</p><p>　　表4-5校核小齒輪軸</p><p><b>　　續(xù)表4-5</b>&l

109、t;/p><p>　　圖4.6 小齒輪軸的結構和受力分析</p><p>　　4.6 聯(lián)軸器的選用計算</p><p>　　在傾斜機構中連接兩軸端的聯(lián)軸器是少不了，選用的聯(lián)軸器要有緩沖和減振作用。選用非金屬彈性元件制成的撓性聯(lián)軸器。</p><p>　　4.6.1 減速器與減速器之間的聯(lián)軸器</p><p>　　選用彈性

110、柱銷齒式聯(lián)軸器，具有傳遞轉矩大、體積小、重量輕、軸徑范圍大、結構簡單、使用壽命長、不用潤滑等優(yōu)點。</p><p>　　表6—2—33，聯(lián)軸器的計算轉矩</p><p>　　TC=TKWKKZKt≤Tn (N.m)</p><p>　　T ——上級傳動輸出的額定轉矩</p><p>　　KW ——動力機系數(shù),查手冊KW取1</p>

111、<p>　　K ——工況系數(shù)，查手冊K取1.25</p><p>　　KZ ——啟動系數(shù)，查手冊Kz取1</p><p>　　KT ——溫度系數(shù),查手冊KT取1.5</p><p><b>　　Tn ——公稱轉矩</b></p><p>　　Tc=KT=K·9550P/n=1.5×955

112、0×30/60=7162.5 N·m</p><p>　　查《機械設計手冊》選用帶制動輪彈性柱銷齒式聯(lián)軸器，P6—112，表6—2—34，選用ZLL6，公稱轉矩=10000 N·m，許用轉速=1500r/min[4]。</p><p>　　4.6.2 減速器與齒輪軸之間的聯(lián)軸器</p><p>　　Tc=KT=K·9550P/

113、n=1.5×9550×20/2=143250 N·m (4.9)</p><p>　　查《機械設計手冊》選用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器，P6—107[4]，</p><p>　　表6—2—33，選用ZL15，公稱轉矩=160000 N·m，許用轉速=1100r/min。</p><p&g

114、t;　　4.7 軸承的選用和校核</p><p>　　選用雙列圓錐滾子軸承，能承受軸向和徑向聯(lián)合載荷，承載能力大。</p><p>　　圖4.7 雙列圓錐滾子軸承圖</p><p>　　已計算知Fr1=337750N， Fr2=144750N， Ft1=92750N, Ft2=39750N</p><p>　　左端雙列軸承受力比右端大，所以

115、只校核左端雙列軸承。</p><p>　　查手冊352048軸承主要性能參數(shù)如下：Cr=1.24×106N ，C0r=2.82×106N ，</p><p>　　e=0.33 ，Y1=2 ，Y2=3 ，Y0=2 。計算結果及步驟如下：</p><p><b>　　表4-6軸承的校核</b></p><p&

116、gt;　　5 安裝調(diào)試與操作使用</p><p><b>　　5.1 安裝</b></p><p>　　該焊接變位機的工作臺連同回轉機構一起通過一傾斜軸支承在機座上，傾斜軸通過翻轉機構帶動而在一定角度范圍內(nèi)翻轉，故其穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便。但應注意須將該機放置于平坦堅實的地面上，且機器放置于地面的不水平度不得大于5mm。</p><

117、;p><b>　　5.2 調(diào)試與檢測</b></p><p>　　（1）整機外觀檢測：外觀油漆無嚴重剝落，機體無變形。</p><p><b>　?。?）特性檢測：</b></p><p><b>　　空載運行檢測：</b></p><p>　　回轉系統(tǒng)運轉靈活，無異聲及

118、抖動現(xiàn)象；</p><p>　　翻轉系統(tǒng)運轉靈活，無異聲及卡阻現(xiàn)象；</p><p>　　電氣系統(tǒng)工作正常，指示準確，電機無過熱現(xiàn)象；</p><p><b>　　裝載運行檢測：</b></p><p>　?、?回轉系統(tǒng)運轉靈活，轉動平穩(wěn)，無異聲，無抖動，調(diào)速性能可靠；</p><p>　?、?翻

119、轉系統(tǒng)運轉靈活，傳動平穩(wěn)，無異聲，無抖動，翻轉角度達到設計要求；</p><p>　?、?電氣系統(tǒng)工作正常，指示準確，電機無過熱，無異響。</p><p><b>　　5.3 操作與使用</b></p><p>　　1、使用前，操作者需仔細閱讀本章前5.1和5.2節(jié)內(nèi)容，了解機器的工作性能和使用注意事項；</p><p>

120、;　　2、將機器擺放到所需工作的位置，注意應擺放平穩(wěn)，以免機器翻倒而造成一些不必要的損失；</p><p>　　3、清理機器周圍空間，機器周圍500mm內(nèi)無雜物；</p><p>　　4、開機前需檢查各電氣線路接線是否正確，工作臺面接地導電性能是否滿足使用要求；</p><p>　　5、檢查減速箱內(nèi)潤滑油位，保證潤滑質(zhì)量；</p><p>　

121、　6、將工件放置于工作臺上，并牢固夾緊，但應注意工件的規(guī)格必須在機器的允許使用范圍之內(nèi)，以免損壞機器，造成不必要的損失；</p><p>　　7、啟動機器時，應先打開電源，打開翻轉操作開關，將工件翻轉到所需要的工作角度上；</p><p>　　8、打開回轉操作開關，先以最低速啟動，然后操作控制開關，將轉速慢慢的調(diào)節(jié)到所需要的工作轉速狀態(tài)，最后再進行相應的焊接操作；</p>&