承重200公斤球閥臥式焊接變位機的設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　承重200公斤球閥臥式焊接變位機的設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自動化 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　在焊接過程中，我們經(jīng)常會遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，為了解決這一問題，焊接變位機也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)某霈F(xiàn)了。使用焊接變位機可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。</p><p>　　焊接變位機已成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔助機。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的，約有十余個系列，百余個品種規(guī)格，正在形成一個

4、新興行業(yè)。</p><p>　　本題目是設(shè)計能載重200公斤球閥的變位機械。主要內(nèi)容是焊接時機械的回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、電機選擇、減速器的選擇、各齒輪、軸和軸承的確定以及校核等等，最后使用CAD軟件繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：焊接變位機，球閥，機械設(shè)計</p><p>　　The design for ball valve horizontal

5、 welding positioner of bearing 200kg</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the welding process, we often meet welding displacements and choose suitable welding position, and in order

6、to solve this problem, welding positioner is also well-deserved appeared[15]. Using welding positioner can shorten the time of welding, improve labor productivity, reduce labor intensity, ensure and improve the quality o

7、f welding, and can give full play to all kinds of welding method of efficacy[16].</p><p>　　Welding conjugation plane has become an indispensable manufacturing equipment , which is zoned welding assistant eng

8、ine in the welding area. Patterns and varieties of specifications on the series, has been developed, some over 10 series, more than 100 varieties of specifications, a newly emerging industries. </p><p>　　Th

9、is topic is designed to load 200 kg ball valve deflection mechanical.Main content is the structure design of rotary, motor selection, reducer selection, the gears, axis and bearing sure and check, etc. Finally using CAD

10、software rendering related parts graph and assembly drawing. </p><p>　　Keywords:Welding positioner，Ball valve，Mechanical design </p>&

11、lt;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1開發(fā)焊接變位機的目的和意義1</p><p&

12、gt;　　1.2焊接變位機的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.2.1國外焊接變位機的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)焊接變位機的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2.3我國常用焊接變位機結(jié)構(gòu)介紹2</p><p>　　1. 3 球閥的簡要介紹4</p><p>　　1.4 任務(wù)的提出5&

13、lt;/p><p>　　1.4.1設(shè)計的要求5</p><p>　　1.4.2主要的設(shè)計內(nèi)容5</p><p>　　2 焊接變位機的總體方案設(shè)計6</p><p>　　3 設(shè)計計算和校核7</p><p>　　3.1傳動比的假定和確定7</p><p>　　3.2傳動裝置總效率的確定7&

14、lt;/p><p>　　3.3機構(gòu)力矩的計算8</p><p>　　3.4電動機額定功率的確定9</p><p>　　3.5電動機轉(zhuǎn)速的確定10</p><p>　　3.6電機類型的確定11</p><p>　　3.7齒輪的設(shè)計與校核11</p><p>　　3.8軸的設(shè)計13</

15、p><p>　　3.9軸的強度的計算15</p><p>　　3.10軸承的選擇和校核17</p><p>　　3.11鍵的選擇和校核19</p><p>　　3.12機架的設(shè)計20</p><p>　　3.13導(dǎo)電裝置21</p><p>　　3.14其他外購件的選擇21</p&

16、gt;<p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1開發(fā)焊接變位機的目的和意

17、義</p><p>　　在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到焊接變位機及選擇合適的焊接位置的情況，針對這些實際需要，我們設(shè)計研制了焊接變位機。它可以通過工作臺的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置。焊接變位機和焊接操作機配合使用，可以實現(xiàn)焊接的機械化、自動化、提高了焊接的效率和焊接質(zhì)量。</p><p>　　1.2 焊接變位機的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　在我國，焊接變位機也已悄然

18、成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔機。近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。使用焊接變位機可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。隨著計算機技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，自動控制和信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，焊接變位機也朝著智能化、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度方向發(fā)展。</p><p&g

19、t;　　在人們的眼里，可能認為焊接變位機是一個無足輕重的產(chǎn)品。然而，在國際上，包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)，有百余種系列。在技術(shù)上有普通型的；有無隙傳動伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負荷范圍達到0.1kN～18000 kN?？梢哉f，焊接變位機是一個品種多，技術(shù)水平不低，小、中、大發(fā)展齊全的產(chǎn)品。</p><p>　　1.2.1國外變位機的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　德國Severt 公司，美國Aro

20、son 公司，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機的企業(yè)。德國的CLOOS、奧地利igm、日本松下機器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機器人配套的焊接變位機[3]。</p><p>　　德國 Severt 公司主要生產(chǎn)8 種類型的產(chǎn)品，其中7 種是焊接變位機。每種型式的焊接變位機，按其功能來講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC 程控型和機器人配套型等4 種產(chǎn)品。共有33 個產(chǎn)品型式，每種型式都包括上述四種功能的產(chǎn)品相當(dāng)于132 個

21、產(chǎn)品系列。 </p><p>　　美國 Aronson 公司生產(chǎn)的焊接變位機，主要類型為傾翻—回轉(zhuǎn)式、傾翻—回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。詳細來講，美國Aronson 公司生產(chǎn)的焊接變位機主要包括：手動雙回式，小型傾翻—回轉(zhuǎn)式，傾翻—回轉(zhuǎn)式，雙座回轉(zhuǎn)式，單回轉(zhuǎn)式HTS 系列；單回轉(zhuǎn)(齒輪齒條)升降式。</p><p>　　德國 LCOOS 公司是國際上生產(chǎn)焊接設(shè)

22、備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機器人、焊機等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。</p><p>　　日本松下(Panasonic)公司生產(chǎn)的機器人外部設(shè)備—焊接變位機有12個系列。它把傳動裝置、機座、夾具體等做成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列。按軸數(shù)和結(jié)構(gòu)型式分類：1 軸變位機分3 個系列，即立式單回轉(zhuǎn)、臥式單座單回轉(zhuǎn)、雙座單回轉(zhuǎn)式；2 軸變位機有5 個系列，即：C、H、L、準(zhǔn)L 型雙回轉(zhuǎn)式；3 軸變位

23、機包括3 個系列；5 軸變位機有1 個系列，立式多工位2×L型雙回轉(zhuǎn)式。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)變位機的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　現(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機的廠家已經(jīng)不少，但大都不成規(guī)模。以變位機為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機械有限公司、無錫市陽通機械設(shè)備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到20

24、00年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約70余品種規(guī)格。以下簡述這些變位機的基本型式[13]：</p><p><b>　　(1)全雙回轉(zhuǎn)式。</b></p><p>　　(2)傾翻-回轉(zhuǎn)式。</p><p>　　(3)單回轉(zhuǎn)式。包括三種型式：雙座單回轉(zhuǎn)式、雙座單回轉(zhuǎn)尾架移動式、單座單回轉(zhuǎn)式。</p><p>　　以上基本型產(chǎn)品

25、發(fā)展了17個系列，主要為普通型，用于手把焊。此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（PLC、微機控制）和機器人配套型產(chǎn)品。</p><p>　　與焊接機器人配套用的變位機，開發(fā)了十余個品種。包括：工位變換變位機（不參與焊接），如，立式雙工位、四工位、八工位變位機，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機等；與機器人配套焊接變位機（機器人外部軸），如傾翻-回轉(zhuǎn)伺服傳動式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動式等。</

26、p><p>　　1.2.3 我國常用焊接變位機結(jié)構(gòu)介紹[2]：</p><p>　?、匐p立柱單回轉(zhuǎn)式變位機：該種變位機適合裝載機的后車架、壓路機機架等工程機械長方形結(jié)構(gòu)件的焊接，如圖1-1所示的兩種樣式，其主要特點是立柱一端電機驅(qū)動工作裝置沿一個回轉(zhuǎn)方向運轉(zhuǎn)，另一端隨主動端從動。兩側(cè)立柱可設(shè)計成可升降式，以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。這種型式變位機的缺點是只能在一個圓周方向回轉(zhuǎn)，選擇時要注意焊縫形式是否

27、適合。</p><p>　　圖1-1 雙立柱單回轉(zhuǎn)式變位機 圖1-2 U 型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)變位機</p><p>　　②U型雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式：與第一種變位機型式相比，即在圖1-1的基礎(chǔ)上被焊結(jié)構(gòu)件在另外一個空間又增加了一個旋轉(zhuǎn)自由度。如圖1-2所示，這種型式的變位機焊接空間大，工件可被旋轉(zhuǎn)到需要的位置，設(shè)計先進，目前已在工程機械許多廠家成功使用。該變位機可根據(jù)各廠的工

28、藝情況在裝載機、挖掘機、壓路機等結(jié)構(gòu)件焊接時應(yīng)用。</p><p>　?、跮型雙回轉(zhuǎn)焊接變位機：該種變位機如圖1-3所示，其工作裝置L型，有兩個方向的回轉(zhuǎn)自由度，且兩個方向都可以±360°任意回轉(zhuǎn)。此變位機與其它類型變位機相比，開敞性好，容易操作。L型變位機已在裝載機前車架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受現(xiàn)場操作工的歡迎。</p><p>　?、蹸 型雙回轉(zhuǎn)焊接

29、變位機[12]：如圖1-4所示，C 型回轉(zhuǎn)形式與L 型機相同，只是為了方便夾具體的設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)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>　　圖1-3 L型雙回轉(zhuǎn)變位機 圖1-4 C型雙回轉(zhuǎn)變位機</p><p>　　⑤座式通用變位機：如圖1-5所示，座式焊接變位機工作臺有一個整體翻轉(zhuǎn)的

30、自由度，可以將工作翻轉(zhuǎn)至理想的焊接位置進行焊接。另外工作臺還有一個可旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機已被多個廠家系列化生產(chǎn)，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(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接。</p><p>　　圖1-5 座式通用變位機</p><p>　　1.3球閥的簡要介紹</p><p>　　球閥問世于20世紀(jì)50年代，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

31、的不斷改進，在短短的40年時間里，已迅速發(fā)展成為一種主要的閥類。在西方工業(yè)發(fā)達的國家，球閥的使用正在逐年不斷的上升，在我國，球閥被廣泛的應(yīng)用在石油煉制、長輸管線、化工、造紙、制藥、水利、電力、市政、鋼鐵等行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。</p><p>　　球閥具有旋轉(zhuǎn)90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很

32、小的轉(zhuǎn)動力矩就能關(guān)閉嚴(yán)密。</p><p>　　球閥的主要特點是本身結(jié)構(gòu)緊湊，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，密封面與球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質(zhì)，而且還適用于工作條件惡劣的介質(zhì)，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　焊接球閥是目前國外使用廣泛的一類閥門。焊接球閥內(nèi)部采用普通碳鋼，外面焊接耐

33、腐蝕的不銹鋼，其既滿足各項性能只能，又可以大量節(jié)省貴重金屬，節(jié)約成本[11]。</p><p><b>　　1.4 任務(wù)的提出</b></p><p>　　焊接變位機尚屬新興行業(yè)，很多都屬于廠家自己制定規(guī)格，自主研制，特別是在大噸位焊接變位機的設(shè)計方面，有許多發(fā)展的空間，在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于焊接變位機的設(shè)計研制和使用方面的經(jīng)驗和存在的問題的前提下，本論文主要設(shè)計一個普通臥

34、式焊接變位機。</p><p>　　1.4.1 設(shè)計要求：</p><p>　?。?）變位機具有兩個主要機構(gòu)：回轉(zhuǎn)機構(gòu)1和回轉(zhuǎn)機構(gòu)2；</p><p>　?。?）變位機的最大載重量為200公斤；</p><p>　?。?）變位機的動力來源于兩個電動機；</p><p>　?。?）要求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，還應(yīng)該節(jié)省材料。

35、</p><p>　　1.4.2 主要的設(shè)計內(nèi)容：</p><p>　　傳動比和傳動效率的計算；</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1和回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)2力矩的計算；</p><p><b>　　電機的選擇；</b></p><p>　?。?） 傳動部分各部件尺寸的計算和強度的校核；</p>&l

36、t;p>　　2 焊接變位機的方案設(shè)計</p><p>　　我所設(shè)計的焊接變位機是C型雙回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的變位機。它由兩個回轉(zhuǎn)機構(gòu)，機架，電氣控制機構(gòu)和焊接導(dǎo)電裝置等組成。下圖2-1為總體結(jié)構(gòu)示意圖。設(shè)1為回轉(zhuǎn)機構(gòu)1，2為回轉(zhuǎn)機構(gòu)2，3為機架。表2-1為變位機的基本數(shù)據(jù)參數(shù)。</p><p>　　表2-1設(shè)備的基本數(shù)據(jù)參數(shù)</p><p>　　本次設(shè)計主要設(shè)計焊接變位機

37、的回轉(zhuǎn)1和回轉(zhuǎn)2兩個機構(gòu)：在回轉(zhuǎn)機構(gòu)1中，先采用蝸桿減速器進行減速，該減速器的特點是減速比很大，并且傳動過程中，能量損失很小，傳動效率高。再采用圓柱直齒輪傳動已達到所需的轉(zhuǎn)速。在回轉(zhuǎn)機構(gòu)2中，先采用擺線針輪減速器進行減速，再采用圓柱直齒輪傳動以達到所需的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖2-1 總體結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　3設(shè)計計算和校核</b></

38、p><p>　　3.1 傳動比的假定和確定</p><p>　　工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)1： </p><p>　　預(yù)設(shè)電動機的轉(zhuǎn)速為1000r/min，預(yù)先設(shè)定的工作臺回轉(zhuǎn)速度為0.1~0.6r/min。根據(jù)i=電機轉(zhuǎn)速/工作臺轉(zhuǎn)速=1000/0.1~0.6=1660~10000，選i=2000。</p><p><b>　　工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)2：

39、</b></p><p>　　預(yù)設(shè)電機轉(zhuǎn)速為1500r/min。工作臺回轉(zhuǎn)速度為0.5r/min，根據(jù)i=電機轉(zhuǎn)速/工作臺轉(zhuǎn)速=1500/0. 5=3000，選i=3000。</p><p>　　3.1.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1</p><p>　　采用蝸桿減速器作為第一級減速機構(gòu)，該減速器的減速比在200~900之間。</p><p>

40、　　選用傳動比為：700</p><p>　　電機外采用圓柱直齒輪傳動，傳動比為：3</p><p>　　3.1.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2</p><p>　　在回轉(zhuǎn)機構(gòu)2設(shè)計中，選用擺線針輪減速器作為第一級減速機構(gòu)，該減速器屬于外購件，各個字母所代表的含義見下圖3-1。我選用型號BWED130-731-0.55，其中B-B系列擺線針輪減速器；W-臥式安裝；D-普通型動力源

41、；130-機型號；731-傳動比；0.55-電機功率。傳動比：731。</p><p>　　圖3-1 擺線針輪減速器型號示意圖</p><p>　　3.2傳動裝置總效率的確定</p><p>　　3.2.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)1的傳動總效率</p><p>　　A 第一級蝸桿減速器的效率。</p><p>　　查閱資料可知，傳動效

42、率在0.82~092之間，選0.90。</p><p>　　B 第二級圓柱齒輪的傳動效率。</p><p>　　圓柱齒輪傳動的效率在0.96~0.99之間，選0.98：兩端采用一對滾動軸承，其傳動效率在0.99~0.995之間，選0.995。</p><p>　　所以，回轉(zhuǎn)機構(gòu)1的總傳動效率為0.873</p><p>　　3.2.2 回轉(zhuǎn)機

43、構(gòu)2的傳動總效率</p><p>　　擺線針輪減速器的傳動效率在0.90~0.97 之間，選0.95[2]；</p><p>　　在減速器外連接的圓柱齒輪的傳動效率在0.96~0.99之間，為計算方便，都取0.98；</p><p>　　在連接中還有兩個滾動軸承，傳動效率取0.995；</p><p>　　綜合得到，回轉(zhuǎn)機構(gòu)2的總傳動效率為0

44、.92。</p><p>　　3.3 機構(gòu)力矩的計算</p><p>　　3.3.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)2力矩的計算</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)2主要由圓柱直齒輪傳動構(gòu)成，傳動比較大，傳動效率也不低。下圖3-2為回轉(zhuǎn)機構(gòu)2示意圖。球閥重量為200公斤。預(yù)計電機，減速器，三爪卡盤等裝置重量約100公斤。</p><p>　　圖3-2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2傳動示意圖

45、</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)2的力矩由公式</p><p>　　T=G0.01 （3-1） </p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　d —軸徑，</b></p><p><

46、b>　　d=0.03m</b></p><p><b>　　從而得到.</b></p><p>　　=(2000+1000)0.010.015=0.45（N.m）</p><p>　　3.3.2回轉(zhuǎn)機構(gòu)1力矩的計算</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1也主要由圓柱直齒輪傳動構(gòu)成。下圖3-3為回轉(zhuǎn)機構(gòu)1示意圖。

47、預(yù)計電機，減速器，聯(lián)軸器等裝置重量為100公斤。</p><p>　　圖3-3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1傳動示意圖</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1的力矩由公式</p><p><b>　　T=G0.01</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>

48、　　d —軸徑，</b></p><p><b>　　d=0.04m</b></p><p><b>　　從而得到：</b></p><p>　　=(3000+1000)0.010.02=0.8（N.m）</p><p>　　3.4 電動機額定功率的確定</p><p

49、>　　3.4.1 電機容量的確定</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)電動機的容量用額定功率表示 ，所選電動機的額定功率應(yīng)該等于或稍大于工作要求的功率，也就是：</p><p>　　P額定=（1~1.3）Pd </p><p>　　Pd—機械要求電機輸出的功率</p><p>　　Pd =Pw/電機至工作機械之間的傳動裝置總效率</p>

50、;<p>　　機械所需的輸入功率Pw由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得：</p><p>　　Pw= （3-2）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　F——工作機的阻力（N）</p><p>　　Vw——工作機的線速度（m

51、/s）</p><p>　　T——工作機的力矩（N.m）</p><p><b>　　——工作機的效率</b></p><p>　　nw——工作機的轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　工作機效率選取0.8</p><p>　　3.4.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1電機額定功率的確定</p>&l

52、t;p><b>　　由公式</b></p><p>　　P額定=（1~1.3）Pd （3-3）</p><p>　　Pd =Pw/ （3-4）</p><p><b>　　得到&l

53、t;/b></p><p>　　P額定=0.085kw</p><p>　　3.4.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2電機額定功率的確定</p><p>　　P額定=（1~1.3）Pd</p><p><b>　　Pd =Pw/</b></p><p><b>　　得到</b></p

54、><p>　　P額定=0.049KW</p><p>　　3.5 電動機轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　P額定相同的電動機有不同的轉(zhuǎn)速。我所選擇的130系列伺服電動機有以下幾種轉(zhuǎn)速供選擇：3000r/min~600r/min。電機的轉(zhuǎn)速高，傳動結(jié)構(gòu)的尺寸也增大，成本高，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮選用合適的電機轉(zhuǎn)速。</p><p>　　具體的轉(zhuǎn)速由下面的公

55、式確定：</p><p><b>　?。?-5） </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　n’d——電動機可選轉(zhuǎn)速范圍（r/min）；</p><p>　　——傳動裝置總傳動比的合理范圍；</p><p>　　i’1…i’n——各級傳動比的范

56、圍；</p><p>　　n——工作機的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　根據(jù)公式得到：</b></p><p>　　A 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1電動機的額定轉(zhuǎn)速范圍</p><p>　　n’d=i’a n=2000（0.1~0.6）=200~1200</p><p>　　B 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2電動機的額定轉(zhuǎn)速范圍&

57、lt;/p><p>　　n’d=i’a n=30000.5=1500</p><p>　　所以，電動機的轉(zhuǎn)速為1500r/min。</p><p>　　3.6 電機類型的確定</p><p>　　3.6.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1電機的確定</p><p>　　考慮到理論計算與實際的差距，經(jīng)濟性，可靠性等，我選用額定功率為1.5KW的

58、130系列伺服電動機，具體參數(shù)：電機型號為EDSMT-2T130-100D，額定功率為1.5KW,額定線電壓為220V，額定線電流為6.0A，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。</p><p>　　3.6.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2電機的確定</p><p>　　因為考慮到理論計算與實際之間的差距，經(jīng)濟性，可靠性等情況，所以我選用BWDE130-731-2-0.55的擺線針輪減速器所帶的電機符合要求。<

59、;/p><p>　　3.7 齒輪的設(shè)計與較核</p><p>　　3.7.1 回轉(zhuǎn)1和回轉(zhuǎn)2機構(gòu)中齒輪的設(shè)計</p><p><b>　　A 材料的選擇</b></p><p>　　考慮到減小體積，傳動中的小齒輪選用硬齒面圓柱直齒齒輪。從參考資料[3]，</p><p>　　傳動齒輪選用ZG45。齒面

60、硬度140~200HBS。</p><p><b>　　B確定齒數(shù)，模數(shù)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1和回轉(zhuǎn)機構(gòu)2所使用的齒輪模數(shù)相同。小齒輪Z=17；傳動齒輪Z=51；轉(zhuǎn)速不大，功率較小，選擇齒輪的精度為8級；載荷平穩(wěn)，對稱分布，載荷綜合系數(shù)選擇K=1.2；采用硬齒面，故齒寬系數(shù)=0.6</p><p>　　分度圓直徑由下面的公式3

61、-6得：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　T——齒輪轉(zhuǎn)距，N.m；</p><p>　　b——輪齒接觸寬度，mm；</p><p>　　K——載荷綜合系數(shù)，取K=1.2；</p>&

62、lt;p>　　——齒輪的許用接觸應(yīng)力；</p><p>　　u——齒輪的齒數(shù)比；</p><p><b>　　——齒寬系數(shù)</b></p><p><b>　　從參考文獻[5]得</b></p><p>　　=750N/mm，u=3得到d=85mm</p><p>　　

63、模數(shù)m= d/ Z=85/17=5 分度圓直徑d=515=255mm</p><p>　　齒輪寬度b=0.685=51mm</p><p><b>　　較核齒輪彎曲強度</b></p><p><b>　　由公式：</b></p><p><b>　?。?-7） </b>&

64、lt;/p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　——復(fù)合齒輪系數(shù)；</b></p><p><b>　　m——模數(shù)；</b></p><p><b>　　T——齒輪轉(zhuǎn)矩；</b></p><p>　　b——出

65、論接觸系數(shù)；</p><p>　　K——載荷綜合系數(shù)；</p><p><b>　　Z——齒數(shù)；</b></p><p>　　[]——齒輪的彎曲許用應(yīng)力</p><p>　　=4.51，=3.95，=580N/mm，=300N/mm，=1。</p><p>　　由[]= 得到：

66、 （3-8）</p><p>　　[]=580N/mm []=300N/mm ； 又因為K=1.2，m=5mm ，b=51mm</p><p><b>　　得到：</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)2齒輪1.：155 N/mm[]=580N/mm</p&

67、gt;<p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)2齒輪2：=.=135 N/mm[]=300N/mm </p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1齒輪1：270 N/mm[]=580N/mm</p><p>　　回轉(zhuǎn)機構(gòu)1齒輪2：=.=236 N/mm[]=300N/mm</p><p>　　所以，設(shè)計的齒輪符合使用要求。</p><p><b>　　

68、3.8 軸的設(shè)計</b></p><p>　　3.8.1 初步估計</p><p>　　設(shè)計直徑是軸上受扭矩處的最小直徑。在軸上會有鍵槽對軸的強度削弱，一個鍵槽，直徑應(yīng)當(dāng)增大3%~5%。</p><p>　　3.8.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2輸入軸的設(shè)計</p><p>　　A 材料的選擇，通常用45#鋼正火處理。</p>&l

69、t;p><b>　　B 軸徑的設(shè)計</b></p><p><b>　　根據(jù)公式 </b></p><p>　　mm （3-9）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　p——軸傳遞的功

70、率；</p><p><b>　　n——軸的轉(zhuǎn)速；</b></p><p><b>　　C——軸的強度系數(shù)</b></p><p>　　d——軸的最小直徑 mm</p><p>　　查閱參考文獻[11]表7-125，根據(jù)材料的性質(zhì)， C取110。</p><p>　　根據(jù)公

71、式：（mm） </p><p>　　得 d=35.2mm 取d=35mm</p><p>　　3.8.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2輸出軸的設(shè)計</p><p>　　A 材料的選擇，通常用45#鋼正火處理。</p><p><b>　　B 軸徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)公式：（mm） &

72、lt;/p><p>　　得 d=50.4mm 取d=50mm</p><p>　　3.8.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸入軸的設(shè)計</p><p>　　A 材料的選擇 通常用45#鋼正火處理。</p><p><b>　　B 軸徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)公式：（mm） </p>

73、<p>　　得 d=42.3mm 取d=45mm </p><p>　　3.8.5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸的設(shè)計</p><p>　　A 材料的選擇 通常用45#鋼正火處理。</p><p><b>　　B 軸徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)公式：（mm） d=60.5mm 取d=60mm

74、 </p><p>　　注意：在上面的計算中得到的軸的直徑都是指該軸受扭處的最小直徑，在軸的其它段，直徑應(yīng)該根據(jù)設(shè)計相應(yīng)的變化，如在有鍵槽的地方直徑增大3%~5%。</p><p>　　3.9 軸的強度校核[3]</p><p>　　3.9.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸的強度較核</p><p>　　在各根軸中，回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸所受的扭轉(zhuǎn)最大，

75、所以，軸的校核只需校核該軸。</p><p>　　下圖3-4為回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸受力分析圖。設(shè)：Ft為圓周力，F(xiàn)r為徑向力，F(xiàn)a為軸向力。則查工具書得：</p><p>　　T1=95.5105 0.085 / 0.5=1.6106 а=20 o</p><p>　　Ft=2T1/d1=5.3104N</p><p>　　Fr=Fttan

76、20o=1.9104N</p><p>　　圖3-4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸受力分析圖</p><p>　　對B點：F1232=1.910364 F1=5103N</p><p>　　對A點：F2232=1.9104168 F2=1.4104N </p><p>　　驗算：F1+ F2=1.9104 N</p>

77、;<p>　　彎曲圖如下圖3-5。</p><p>　　圖3-5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)1輸出軸彎矩圖</p><p><b>　　單獨考慮M作用</b></p><p>　　M = Frd1/2=1.910460/2=5.7102N.m</p><p>　　對B點：F1232=5.7105 F1=2.5

78、103N</p><p>　　對A點：F2232=5.7105 F2=2.5103N</p><p>　　驗算得：F1 + F2 = 0</p><p>　　受力分析圖如下圖3-6。</p><p>　　圖3-6 M作用下輸出軸受力分析圖</p><p>　　危險面彎矩圖如下圖3-7。</p&g

79、t;<p>　　圖3-7危險面彎矩圖</p><p><b>　　由以上可知</b></p><p>　　危險面處最大彎矩M = -840-160= -1000N.m</p><p><b>　　根據(jù)第四強度理論：</b></p><p><b>　　[σ]</b>

80、;</p><p>　　其中，軸為實心軸W=0.1d23</p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p>　　=0.075MPa[σ]</p><p><b>　　所以該軸安全。</b></p><p>　　3.10 軸承的選擇和較核</p>

81、<p>　　軸承主要分為滾動軸承和滑動軸承兩種。在設(shè)計時，應(yīng)考慮選擇已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的滾動軸承。</p><p>　　滾動軸承又分為球軸承和滾子軸承。在同樣的外形尺寸下，滾子軸承的滾動體與滾道成線接觸，它比成電接觸的球軸承承載能力大、抗沖擊能力強，但是球軸承的制造方便、價格低廉，并且運轉(zhuǎn)靈活。</p><p>　　在這次設(shè)計中，從承載能力，電機轉(zhuǎn)速等各個方面考慮，我選擇深溝球軸承。

82、</p><p>　　從參考文獻[7]表8-140得：</p><p>　　軸1（回轉(zhuǎn)1）選擇深溝球軸承6209GB/T276-1994；</p><p>　　軸2（回轉(zhuǎn)1）選擇深溝球軸承6212GB/T276-1994；</p><p>　　軸3（回轉(zhuǎn)2）選擇深溝球軸承6207GB/T276-1994；</p><p&g

83、t;　　軸4（回轉(zhuǎn)2）選擇深溝球軸承6210GB/T276-1994；</p><p><b>　　軸承的較核：</b></p><p>　　計算靜強度：回轉(zhuǎn)1軸承2為深溝球軸承6212</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　?。?-10）</b&

84、gt;</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——基本額定靜載荷 </p><p>　　——靜載荷安全系數(shù) </p><p><b>　　——當(dāng)量靜載荷</b></p><p>　　當(dāng)量靜載荷和當(dāng)量動載荷P的概念類似[3]，是一個換算的靜載荷，在這個

85、載荷的作用下，受力最大的滾動體與滾道接觸處的應(yīng)力值與實際徑向載荷R，軸向載荷A復(fù)合作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值相等，其計算公式為：，R和A分別為軸承所承受的徑向和軸向載荷。</p><p>　　分別是計算當(dāng)量靜載荷時的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)。從參考文獻[4]表8-140得：軸承6212的額定動載荷C=41KN，額定靜載荷C=31.5KN[10]。</p><p>　　由前面計算可知，軸承的徑向載

86、荷分別為R=2000N，軸向載荷為A=0N。由參考文獻[5]得：=1 =0 =1 31500N，</p><p><b>　　計算當(dāng)量動載荷</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p>　　P=K（XP+YA） （3-11）</p&g

87、t;<p><b>　　式中：</b></p><p>　　K——動載荷系數(shù) 查表的K=1.1</p><p><b>　　P——當(dāng)量動載荷</b></p><p><b>　　R——軸承徑向載荷</b></p><p><b>　　A——軸承軸向載荷&

88、lt;/b></p><p>　　X——計算當(dāng)量動載荷時的徑向系數(shù)</p><p>　　Y——計算當(dāng)量動載荷時的軸向系數(shù)</p><p>　　從參考文獻[4]表8-140得：</p><p>　　軸承6212的額定動載荷C=41KN，額定靜載荷C=31.5KN。</p><p>　　由參考文獻[4]表8-141中

89、得A/C=0，e=0，A/R=0，X=1，Y=0，所以P=（XR+YA）=1.1（2000+0）=2200N。</p><p><b>　　計算所需額定動載荷</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>

90、　　P——當(dāng)量動載荷 </p><p><b>　　n——轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　　L——軸承預(yù)期設(shè)計壽命，根據(jù)工作情況取25000</p><p>　　得到 =2000NC=31500N</p><p>　　所以，選用深溝球軸承6212是合理的。</p><p><b&g

91、t;　　計算軸承壽命</b></p><p><b>　　由公式3-13：</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　是壽命指數(shù)，因為選用球軸承，所以取3；</p><

92、;p>　　得到=2.2108h25000h</p><p>　　所以，軸承的使用壽命達到了要求。</p><p>　　3.11 鍵的選擇和校核</p><p>　　3.11.1鍵的選擇</p><p>　　根據(jù)軸的直徑，查閱參考文獻[4]表6-1，鍵的規(guī)格如下表3-1：</p><p>　　表3-1 鍵的規(guī)格表&

93、lt;/p><p>　　3.11.2鍵的校核</p><p>　　因為采用的是普通平鍵，所以強度條件為</p><p>　　式中： </p><p>　　T——傳遞的轉(zhuǎn)矩,；</p><p>　　k——鍵與輪轂槽的接觸高度，，h為鍵的高度，mm；</p><p>　　——鍵

94、的工作長度，mm；</p><p>　　d——軸的直徑，mm；</p><p>　　——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa</p><p>　　查閱參考文獻[6]表6-2，得</p><p>　　鍵1： </p><p>　　鍵2： </p&g

95、t;<p>　　鍵3： </p><p>　　鍵4： </p><p>　　所以所選鍵滿足強度條件。</p><p>　　3.12 機架的設(shè)計</p><p>　　機架是焊接變位機的支撐部件，不僅對焊接工作臺及轉(zhuǎn)動機構(gòu)起支撐作用還要保證整個機床在焊接加工時

96、的穩(wěn)定性[6]。對機架的設(shè)計要求是：</p><p>　　良好的工藝性，制造簡單，成本低；</p><p><b>　　剛性和抗震性要好；</b></p><p>　　受力均勻，變形和熱應(yīng)力要小，強度有保證；</p><p><b>　　安裝和運輸方便。</b></p><p&g

97、t;　　在工業(yè)生產(chǎn)中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強度也是必須考慮的因素。</p><p>　　3.12.1 在本設(shè)計中的具體要求</p><p><b>　　A 機架的尺寸</b></p><p>　　本焊接變位機需要工人站立著操作，所以，機架的高度最好處于人操作的最佳高度1000mm左右，我們把機架的高度設(shè)計為1000mm。

98、</p><p>　　B 機架的制造材料和加工方法[14]</p><p>　　機架采用鑄鋼ZG25制造后焊接成型，鑄鋼的性能穩(wěn)定，質(zhì)量比較容易控制，并且焊接性能優(yōu)良，能夠?qū)崿F(xiàn)鑄—焊聯(lián)合生產(chǎn)大型構(gòu)件，焊接機架使用鋼材，彈性模量比較高，在保證剛度相同的情況下，鋼材的機架比鑄鐵的重量要輕許多。</p><p>　　3.12.2 存在的問題</p><

99、p>　　本焊接變位機的機架采用50mm厚的鋼板焊接有很多優(yōu)點，同時，使用焊接結(jié)構(gòu)也存在一些問題：</p><p><b>　　A 經(jīng)濟問題：</b></p><p>　　只有在單件和小批量生產(chǎn)時候才合適。</p><p><b>　　B 減震性問題：</b></p><p>　　鑄鐵的減震性比

100、鋼材要好，采用鋼材替代鑄鐵應(yīng)該要考慮減震的問題。</p><p>　　C 焊接機架的尺寸穩(wěn)定性問題：</p><p>　　焊接機架的焊接殘余應(yīng)力對尺寸的穩(wěn)定性有很大的影響，對于配合部分，要求尺寸穩(wěn)定性高，所以焊接機架必須消除焊接殘余應(yīng)力[9]。</p><p><b>　　3.13 導(dǎo)電裝置</b></p><p>　　

101、在這個設(shè)計中，存在一個用于連接工作臺，給焊件導(dǎo)電的裝置。一般設(shè)計是在回轉(zhuǎn)軸外表固定一個軸套狀的銅制套筒，利用一個通電的電刷和它接觸，實現(xiàn)連續(xù)的通電，這就需要電刷一直和導(dǎo)電銅套有著良好的接觸。我在設(shè)計時，是將電刷連接在一個和減速器機箱固定的小支架上，利用一個旋轉(zhuǎn)螺母進行調(diào)節(jié)，使得電刷一直和導(dǎo)電銅套接觸，在焊接時，焊接電流要經(jīng)過工件和工作臺回轉(zhuǎn)主軸，經(jīng)導(dǎo)電裝置傳至工作臺，再由焊機機構(gòu)返回到焊機負極，導(dǎo)電裝置的作用是提供了一個暢通的電流回路，

102、有效的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，又使上述回轉(zhuǎn)機構(gòu)免遭電流損壞。所以，將導(dǎo)電裝置設(shè)置成一個套狀的結(jié)構(gòu)，并采用螺釘連接使其固定于回轉(zhuǎn)軸之上，能夠隨著回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動[7]。</p><p>　　3.14 其他外購件的選擇</p><p>　　3.14.1 帶制動電機的擺線針輪減速器</p><p>　　設(shè)計時經(jīng)過市場調(diào)查，可以選用上海諾

103、為傳動機械有限公司生產(chǎn)的擺線針輪減速器BWED130-731-0.55型。其中B-B系列擺線針輪減速器；W-臥式安裝；D-普通型動力源；130-機型號；731-傳動比；0.55-電機功率。傳動比：731。該擺線針輪減速器的特點[8]：</p><p><b>　　減速比大和效率高</b></p><p>　　單機減速時速比就能達1：87，若采用多級減速比，減速比則更大

104、，效率在90%以上。運行平穩(wěn)，噪聲低，擺線針齒嚙合齒數(shù)較多，具有機械平衡的原理，使振動和噪聲限制在最小程度。使用可靠，壽命長。</p><p>　　因主要零件是高碳鋼經(jīng)淬火處理（HRC58-62），且運轉(zhuǎn)接觸采用滾動摩擦，基本上無磨損，所以經(jīng)久耐用。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小</p><p>　　設(shè)計合理、維修方便，容易分解安裝，最少零件個數(shù)以及簡

105、單的潤滑，使擺線針輪減速機深受用戶的信賴。</p><p>　　擺線針輪減速器的用途：</p><p>　　擺線針輪行星減速器采用擺齒輪與針齒嚙合的行星傳動機構(gòu)的減速器，速比范圍大，使用效率高，廣泛應(yīng)用于各種傳動機構(gòu)中。如化纖、印染、紡織、化工、起重、運輸、礦山、冶煉、石油及食品工業(yè)。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p>

106、;<p>　　本設(shè)計主要設(shè)計一種普通型焊接變位機，通過設(shè)計和校核，得出以下結(jié)論：</p><p>　　1.本焊接變位機能通過回轉(zhuǎn)1和回轉(zhuǎn)2機構(gòu)運動，進行全位置焊接。</p><p>　　2.本變位機結(jié)構(gòu)簡潔，尺寸較小，節(jié)省材料。</p><p>　　3.本設(shè)計能夠保證焊接操作方便、省力、安全，具有良好的工藝性，便于制造、維修和保養(yǎng)。</p>

107、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 鄭永強．焊接變位機型式與系列的論述[J]．天津工程機械研究院，2005，32（1）：3-15.</p><p>　　[2] 孫志廣．工程機械結(jié)構(gòu)件焊接變位機的應(yīng)用[M]．機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[3] 李慶華．材料力學(xué)[M]．第二版．西南交通大

108、學(xué)出版社，1999</p><p>　　[4] 陳秀寧，施高義．機械設(shè)計課程設(shè)計[M]．杭州：浙江大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[5] 陳秀寧．機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]．第二版．杭州：浙江大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[6] 陳煥明．焊接工裝設(shè)計基礎(chǔ)[M]．機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[7] 任宇飛，許文清

109、，于亮．L型雙回轉(zhuǎn)升降式焊接變位機[J]．工程機械，2005，32（1）：4-25.</p><p>　　[8] 趙宏科．關(guān)于大型數(shù)控封頭切削變位機的設(shè)計[J]，甘肅科技學(xué)報，2009，21（1）：8-26.</p><p>　　[9] 王隆太．先進制造技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003.9</p><p>　　[10] 鄧文英．金屬工藝學(xué)[M]．高等教育出

110、版社，2002</p><p>　　[11] 成大先．機械設(shè)計手冊.單行本.軸及其聯(lián)結(jié)[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[12] 王政．焊接工裝夾具及變位機械性能、設(shè)計、選用[M]．機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[13] 任嘉卉．公差與配合手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[1

111、4] 毛昕，張秀艷．畫法幾何及機械制圖[M]．高等教育出版社，2004</p><p>　　[15] Barbara K. Henon．Automated Hot Wire TIG with positioner for high productivity quality welding[J]．American institute of physics，1996，64（1）：156-168</p>