4T焊接滾輪架機械設計-機械畢業(yè)論文【答辯優(yōu)秀】

西 南 交 通 大 學 本科畢業(yè)設計（論文） 4T 焊接滾輪架機械設計 年 級 : 2003 級 學 號 : 20033935 姓 名 : 楊兆青 專 業(yè) : 材料成型及控制工程 指導老師 : 周友龍 2007 年 6 月 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 I 頁 院 系 材料科學與工程學院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 年 級 2003 級 姓 名 楊兆青 題 目 4T 焊接滾輪架機械設計 指導教師 評 語 指導教師 (簽章 ) 評 閱 人 評 語 評 閱 人 (簽章 ) 成 績 答辯委員會主任 (簽章 ) 年 月 日 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 II 頁 畢 業(yè) 論 文 任 務 書 班 級 2003 級 學生姓名 楊兆青 學 號 20033935 發(fā)題日期： 07 年 02 月 16 日 完成日期：畢業(yè)當年的 06 月 29 日 題 目 4T 焊接滾輪架機械設計 本論文的目的、意義 目前常用的焊接滾輪架有長軸式和組合式兩種常見形式，組合式滾 輪架 可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是 1 與 1 的組 合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強。在本次設計的組合式滾輪架 中充分考慮了滾輪架的合理性及經(jīng)濟型等因素，通過這次畢業(yè)設計了解了焊接 滾輪架的結構，用途等。并對焊接機械在生產(chǎn)中的促進作用有了更深刻的認識 。 鞏固了四年來學到的知識，為今后工作打下了結實的基礎。 1、 學生應完成的任務 1）完成焊接滾輪架 CAD 當量圖紙大于 3 張， 2）設計焊接滾輪架論文 1 份 大于 24000 字 3）關于滾輪架軸向竄動的英文翻譯大于 10000 字符 4）論文日志 5）設計論文光盤一個 2、 論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 15 周） 第一部分 閱讀有關焊接滾輪架設計、 CAD 方面的文獻資料，并進行了小結 ( 2 周 ) 第二部分 滾輪架設計方案制定，并進行了關于軸、軸承、鍵的計算校核 ( 2 周 ) 第三部分 繪制焊接滾輪架的總裝圖及零件圖 ( 7 周 ) 第四部分 導師審閱論文 ( 1 周 ) 第 部分 撰寫論文 ( 1 周 ) 評閱其答辯 ( 1 周 ) 修改論文 ( 1 周 ) 3、 參考文獻 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 III 頁 1）各類機械設計手冊 2）王政編，焊接工裝夾具及變位機械圖冊 3）前幾屆畢業(yè)學生的畢業(yè)論文 等等 備 注 指導教師： 年 月 日 審 批 人： 年 月 日 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 IV 頁 摘 要 焊接裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化，自動化，有利于提高裝配焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助裝置和設備 。焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉(zhuǎn)的變 位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。焊接滾輪架按結構形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架。第二類是組合式滾輪架。本文主要對組合式 4T 焊接滾輪架進行設計，并對軸、鍵等主要構件進行了校核。結果表明各主要部件符合要求。該滾輪架結構簡單，使用方便靈活，對焊件的適應性很強。 設計中充分的考慮了滾輪架的合理性和經(jīng)濟性等因素。 關鍵詞：焊接；工裝夾具；滾輪架 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 V 頁 Abstract Welding equipment is a machine which is used in welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mechanization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiative and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mechanical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories : the first category is long axis-wheel frame., the second category is modular roller frame. In this paper, four pairs of modular T-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible, adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. And it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors. 【 Key words】： weld, frock clamp, turning rolls 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 VI 頁 目 錄 第 一章 文獻綜述 . 1 1.1 焊接的應用 . 5 1.2 焊接機械裝備 . 5 1.2.1 焊接機械設備的分類 . 6 1.2.2 焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的作用 . 6 1.3 焊接自動化： . 7 1.4 焊接工裝夾縣 . 8 1.4.1 焊接工裝夾具的特點 . 8 1.4.2 焊接工裝夾具的分類 . 9 1.4.3 對焊接工裝夾具的設計要求 . 10 1.4.4 焊件在焊接工裝夾具中的定位方法 . 11 1.5 焊接變位機械 . 12 1.5.1 焊接變位機械的分類 . 12 1.5.2 焊接變位機械應具備的性能 . 13 1.6 幾類焊接機械設備的具體介紹 . 14 1.6.1 焊接變位機 . 14 1.6.2 焊接翻轉(zhuǎn)機 . 15 1.6.3 焊接操作機 . 16 1.6.4 焊接滾輪架 . 17 1.6.5 關于滾輪架軸向竄動的問題 . 16 第二章 方案的選擇與確定 . 18 2.1 組合式滾輪架的特點： . 18 2.2 滾輪驅(qū)動方案 . 24 2.3 減速器的選擇： . 24 2.4 連軸器的選用： . 25 2.5 滾輪架滾輪的設計 . 26 2.6 軸的設計 . 27 2.7軸承的選用 . 28 2.8 軸承端蓋的設計 . 29 2.9 絲杠的設計 . 30 2.10 鍵的設計 . 31 2.11 機架的設計 . 27 2.12 表面粗糙度 . 33 第三章 計算與校核 . 34 3.1 焊接滾輪架的設計計算 . 34 3.1.1 驅(qū)動圓周力與支反力的分析及中心角的確定 . 34 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 VII 頁 3.1.2 焊接滾輪架的受力分析 . 37 3.1.3 滾輪支反力的計算 . 38 3.2 電動機的選定 . 40 3.3 軸的校核 . 41 3.4 滾輪處鍵的校核 . 42 3.5 軸承壽命計算 . 38 3.6 軸承的強度計算 . 錯誤 !未定義書簽。 結論 . 錯誤 !未定義書簽。 致謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 錯誤 !未定義書簽。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 1 頁 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 2 頁 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 3 頁 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 4 頁 第一章 文獻綜述 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 5 頁 1.1 焊接的應用 焊接是一種制造技術，它是適應工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎發(fā)展起來的，并且直接服務于機械制造工業(yè)。焊接技術的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相關，一般工業(yè)先進國家，鋼產(chǎn)量的 50%左右需采用焊接工藝才能形成產(chǎn)品，在石油化工、礦山冶金、金屬結構、起重運輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電力 能源等機械設備制造部門，焊接都有著廣泛的應用。許多設備中的大型結構，幾乎都是焊接結構?，F(xiàn)在，隨著科學技術的進步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，焊接結構正朝著超大型，高容量，高參數(shù)，耐磨，耐低溫，耐動載的方向發(fā)展，這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供質(zhì)量更高，性能更好的各種焊機，焊接材料和焊接工藝，而且要求提供各種性能優(yōu)異的焊接工裝設備，使焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化和自動化，減少人為因素干擾，達到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量，改善焊工勞動條件，提高生產(chǎn)率，促進文明生產(chǎn)的目的。但是，焊接生產(chǎn)是綜合性生產(chǎn)，在焊接制造過程中，除了焊接工序本身外，前后還 有很多工序的配合，如備料、輸送、裝配、檢驗、校正等工序。因此，焊接生產(chǎn)的機械化自動化不僅僅局限于焊接工序本身，而且包括了與焊接工序相銜接的上下各工序的機械化，自動化。只有各工序?qū)崿F(xiàn)了機械化，自動化，才能實現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機械化，自動化。 1.2 焊接機械裝備 焊接機械裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化，自動化，有利于提高裝配 焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助裝置和設備。這里稱之為輔助裝置和設備是為了與焊機相區(qū)別。焊機是焊接過程中的核心裝備，它包括焊接電源，焊接控制箱，焊 接機頭等，有自己的獨立系統(tǒng)，不屬于焊接機械裝備的范疇。而焊接機械裝備相對焊機處于輔助的地位，是配合焊機進行焊接生產(chǎn)的裝置和設備。它包括的范圍較廣，按用途分，主要有焊接工裝夾具、焊接變位機械和焊接輸送機械三個方面，其次還有導電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準備及焊縫清理精整裝置等。他們又是焊接機械裝備的從屬裝置 1 從使用范圍來分，焊接機械裝備又分為通用和專用兩大類。 通用焊接機械裝備通用性強、適應性廣，整臺機械能適應產(chǎn)品結構的變化重復使用。它們可以組合在一起使用，也可以組裝在焊接生產(chǎn)線上，成為焊接生產(chǎn)線的 一個 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 6 頁 組成部分。由于這種裝備通用性強，所以機械化、自動化水平不是很高，主要滿足多品種、小批量焊接生產(chǎn)的需要。 。 專用焊接機械裝備是為了適應單品種、大批量焊接生產(chǎn)的需要專門設計制造的。這種裝備專業(yè)性強、生產(chǎn)率高、控制系統(tǒng)先進，能很好地滿足產(chǎn)品結構、裝焊工藝、生產(chǎn)批量的要求。例如：專用焊接工裝夾具、專用焊接機床就屬于這類裝備。 1.2.1 焊接機械設備的分類 焊接機械裝備可分為四大類： 1.焊接工裝夾具 2.焊接變位機械 3.焊接輸送機械 4.其他從屬裝置。其中， 1）焊接工裝夾具（按動力源分類）可 分為：手動夾具 氣動夾具 液壓夾具 磁力夾具 電動夾具 真空夾具 混合式夾具 2）焊接變位機械可分為：焊工變位機械 焊機變位機械 焊件變位機械 其中焊件變位機械可分為：焊接變位機 焊接回轉(zhuǎn)臺 焊接翻轉(zhuǎn)機 焊接滾輪架 3）焊件輸送機械可分為：上料裝置 配料裝置 卸料裝置 傳送裝置 各種專用吊具 4）其他從屬裝置可分為： 導電裝置 焊劑輸送與回收裝置 焊絲清理及盤絲裝置 埋弧焊焊劑墊等 1.2.2 焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的作用 焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的有利作用有以下幾個方面： 1）采用 焊接工裝夾具，零件由定位器定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置，從而保證裝配精度加快了裝配作業(yè)的進程。此外焊接工裝夾具上大多都采用磁力、液壓、氣動夾具，即使采用手動夾具， 也都有擴力機構，因此可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率 2）由于焊接在夾具中可強行夾固或預先給于反變形，所以可以控制或消除反變形 3）采用焊接工裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，所以可提高焊件互換性能；焊接上的配合孔配合槽可由原來的先焊接后加工改為加工后焊接從而避免了大型焊接焊后加工的困難。有利于縮短焊件生產(chǎn)周期 4）采用焊接變位機械，可縮短裝配施焊過程中焊接翻轉(zhuǎn)變位的時間，減少輔助 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 7 頁 工時提高焊機利用率和焊接生產(chǎn)力 5）采用焊接變位機械可使焊件處于最有利的施焊位置 水平及船型位置上進行焊接，有利于操作，保證焊接質(zhì)量，而且可加大焊接工藝規(guī)程，充分發(fā)揮焊接方法的效能 6）采用焊接變位機械可擴大焊機的焊接范圍。例如，埋弧焊機配合相應的焊接設備后可完成內(nèi)外環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接和空間曲面的堆焊 7）采用焊接機械裝備后，可使手工操作變?yōu)闄C械操作。人處于控制機械的地位，減少人為因素對焊接質(zhì)量的影響，也可降低對焊工操作技術水平的要求 8）采用焊接機械裝備后，可使裝配和焊接集中在一個工位上完成。減少工序數(shù)量，節(jié)約車間使用面積。 9）只有與焊接機械裝配相配合，才能在條件困難、環(huán)境危險、不宜由人工直接操作的場合實現(xiàn)焊接作業(yè)。例如在高溫、深水、劇毒、有放射性的環(huán)境進行焊接作業(yè)。 總之，焊接機械設備對焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的。不但保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)率，改善工人工作條件，還使焊接實現(xiàn)了機械化，自動化提高了生產(chǎn)精度。因此，無論在焊接車間或是施工現(xiàn)場，焊接機械裝備已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的機械裝備之一，從而獲得廣泛的應用。 1 1.3 焊接自動化： 焊接機器人的應用：進入 20 世紀如年代以來，隨著我國改革步伐的加快和國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，一些企業(yè)也相應地以“更新裝備，加強技術改造，適應市場需求，生產(chǎn)有競爭力的產(chǎn)品，穩(wěn)定提高企業(yè)效益”作為企業(yè)求生存、發(fā)展的關鍵措施之一。在此背景下，在機械制造業(yè)中使用焊接機器人的數(shù)量也急劇增加。據(jù) 1996 年的統(tǒng)計，我國使用焊接機器人進行生產(chǎn)的工廠已有 70 家，包括少量教學科研用焊接機器人在內(nèi)，我國當時擁有的焊接機器人已達 5 百多臺，其中，弧焊機器人占 53，點焊機器人占 46，其余為其他焊接方法用的機器人。 國內(nèi)當時使用的機器人，主要是從德國、日本、奧地利、意大利、瑞典等國引進的，其中以德國、日本生產(chǎn)的最多，分別占 39和 30。這些引進的焊接機器人，94以上都是五軸或六軸的關節(jié)式球坐標焊接機器人，它們代表了國際 20 世紀 90年代初、中期的水平。其中，特別是工程機械制造行業(yè)所引進的五條焊接柔性生產(chǎn)線 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 8 頁 (FMs)，性能尤為先進，幾乎全部配備了接觸尋位、電弧跟蹤系統(tǒng)，有的還具有機器人與焊件變位機械同步協(xié)調(diào)運動的功能。 9 國內(nèi)使用焊接機器人較多的主要是汽車、摩托車和工程機械三個行業(yè)。其中，在汽車及 其零部件制造業(yè)中所擁有的焊接機器人占全部焊接機器人的 65，在摩托車行業(yè)和工程機械行業(yè)分別占 15和 16，分布在電器、自行車、機車、航天航空等行業(yè)的機器人僅占 4。 在我國，有高達 98的點焊機器人使用在汽車及其零部件制造行業(yè)中。這是因為點焊機器人僅適用于薄板非密封結構的焊接，在汽車制造業(yè)中主要用于駕駛室、車箱、車身等薄板沖壓件的組對焊接。 綜上所述可以預料，隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展和市場需求的進一步開拓，焊接機器人及其配套的焊件變位祝械，在我國機械制造業(yè)中的應用，也會越來越多，越來越廣泛。 1.4 焊接工 裝夾縣 焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊用于裝配和焊接的工藝裝備。 在焊接結構生產(chǎn)中，裝配和焊接是兩道重要的生產(chǎn)工序，根據(jù)工藝通常以兩種方式完成這兩道工序，一種是先裝配后焊接；一種是邊裝配邊焊接。我們把用來裝配以進行定位焊的央具稱做裝配夾具；專門用來焊接焊件的夾具稱做焊接夾具；把既用來裝配又用來焊接的夾具稱做裝焊夾具。它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具。 焊接工裝夾具按動力源分為七類：電動夾具、真空夾具、磁力夾具、液壓夾具、氣動夾具、手動夾具 一個完整的夾具，是由定位器、夾緊機構、夾具體三部 分組成的。在裝焊作業(yè)中，多使用在夾具體上裝有多個不同夾緊機構和定位器的復雜夾具 (又稱為胎具或?qū)Ｓ脢A具 )。其中，除夾具體是根據(jù)焊件結構形式進行專門設計外，夾緊機構和定位器多是通用的結構形式。 1.4.1 焊接工裝夾具的特點 焊接工裝夾具的特點，是由裝配焊接工藝和焊接結構的形式?jīng)Q定的，與機床夾具比較有如下特點： 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 9 頁 1)由于焊件一般由多個簡單零件組焊而成，而這些零件的裝配和定位焊，在焊接工裝夾具上是按順序進行的，因此，它們的定位和夾緊是一個個單獨進行的。而機床夾具是對一個待機械加工的整體毛坯進行一次定 位和夾緊。 2)在焊接過程中，零件會因焊接加熱而伸長或因冷卻而縮短，為了減少或消除焊接變形，要求工裝夾具能對某些零件給予反變形或者作剛性的夾固；為了減少焊接應力，又要允許某些零件在某一方向可以自由伸縮。因此，焊接工裝夾具不是對所有的零件都作剛性的夾固。 機床夾具則不然，除少數(shù)加工長件的夾具，如加工光桿用的頂尖，要考慮工件機械加工時的熱變形對其作游動夾固外，夾具均對工件作剛性夾固。 3)對機床夾具而言，加工后的工件，尺寸減小，重量減少，更便于從夾具上取下。對焊接工裝夾具而言，裝焊完的結 構，尺寸增大，重量增加，形狀變得復雜，增加了從工裝夾具上卸下的難度。 4)對用于熔焊的夾具，工作時主要承受焊件的重力、焊接應力和央緊力，有的還要承受裝配時的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。而機床夾具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力遠遠小于焊接工裝夾具所承受的各種力。 5)與機床夾具不同，焊接工裝夾具往往是焊接電源二次回路的一個組成部分，因此絕緣和導電是設計中必須注意的一個問題。例如，在設計電阻焊用的夾具時，如果絕緣處理不當，將引起分流，使接頭強度降低。但對機床夾具而言，除電加 工所用夾具外，不存在導電的問題。 焊接結構件的種類繁多，形狀尺寸各異，焊接過程的要求也不盡相同，與之相匹配的焊接工裝為適應焊件的需要在形式，工作原理及技術要求上也有很大的差別。為了適應技術管理工作的需要，便于掌握各類焊接工裝的工作特點和設計基本方法，就必須先對焊接工裝進行分類。 1.4.2 焊接工裝夾具的分類 可以按用途與應用范圍對常見焊接機械進行分類 按用途分類： 1）裝配用工藝裝備。這類工裝的主要任務是按照工藝要求，把待焊工件的零部件按照相互之間的位置準確的固定下來，然后再進行定位點焊，而 不直接參與正式的 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 10 頁 焊接工作。這類工裝稱為裝配定位焊夾具，它包括各位定位器，夾緊器，推拉裝置，組合夾具和裝配臺架。 2）焊接用工藝裝備。這類工裝專門用來焊接已經(jīng)經(jīng)過點焊固定好的工件。如各類焊接專機，龍門式，懸臂式，平臺式，爬行式等。 3）裝配焊接工藝裝備。這類工裝既能完成整個焊件的裝配，又能完成焊縫的焊接工作。這類工裝通常是專用焊接機床或自動焊接裝置，或者是裝配焊接的綜合機械化裝置，如一些自動焊接生產(chǎn)線。 實際生產(chǎn)中一個焊件如果要完成焊接工作，單單依靠一個工裝一般是難于完成的，而是需要許多 種焊接工裝的配合使用，這樣才能達到焊接過程的機械化和自動化。 按應用范圍分類 1）通用焊接工裝。目前國家針對焊接工藝中的需求已經(jīng)指定了很多的標準，如滾輪架行業(yè)的 JB/T 9187 標準等。所謂通用焊接工裝，既是指已經(jīng)標準化且有較大適用范圍的工裝。這類工裝一般無須調(diào)整或稍加調(diào)整，就能適用與不同工件的裝配或焊接工件。 2）專用焊接工裝。只適用與某一特定類型的工件的裝配或焊接，一般不能通用。這類焊接工裝一般應按需求來設計，或者在專門廠家協(xié)商定做。 3）柔性焊接工裝。指可以通過調(diào)整自身 的尺寸來適應一定形狀和尺寸變化的焊接工裝。 此外還有按動力裝置分類，按焊接方法分類等，再次就不詳細說明了。 1.4.3 對焊接工裝夾具的設計要求 1)焊接工裝夾具應動作迅速、操作方便，操作位置應處在工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應設在工人最易用力的部位，當夾縣處于夾緊狀態(tài)時，應能自鎖。 2)焊接工裝夾具應有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊道保持適當?shù)木嚯x，或者布 置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。 3)夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應力。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 11 頁 4)為了保證使用安全，應設置必要的安全連鎖保護裝置。 5)夾緊時不應損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時，應限制夾緊力，或者采取壓頭行程限位、加大壓頭接觸面積、加添銅、鋁襯墊等措施。 6)接近焊接部位的夾具，應考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對夾緊機構和定位器表面的損傷。 7)夾具的施力 點應位于焊件的支承處或者布置在靠近支承的地 方，要防止支承反力與夾緊力、支承反力與重力形成力偶。 8)注意各種焊接方法在導熱、導電、隔磁、絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。例如，凸焊和閃光焊時，夾具兼作導電體；釬焊時夾具兼作散熱體，因此要求夾具本身具有良好的導電、導熱性能。再如，真空電子束焊所使用的夾具，為了不影響電子束聚焦，在槍頭附近的夾具零件，不能用磁性材料制作，夾具也不能帶有剩磁。 9)用于大型板焊結構的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結構的形狀精度、尺寸精度影響較大，設 計時要留有較大的裕度。 10)在同一個夾具上，定位器和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。 11)工裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率。 12)盡量選用已通用化、標準化的夾緊機構以及標準的零部件來制作焊接工裝夾具。 1.4.4 焊件在焊接工裝夾具中的定位方法 前已述及，在裝焊作業(yè)中，焊件按圖樣要求，在夾具中得到確定位置的過程稱為定位。 焊件在夾具中要得到確定的位置，必須遵循物體定位的“六點定則”。但對焊接金屬結構件來說，被裝焊的零件多是些成形的板材和型材，未組焊 前剛度小、易變形，所以常以工作平臺的臺面作為焊件固定面。另外、對焊接金屬結構的每個零件，不必都設六個定位支承點來確定其位置，因為各零件之間都有確定的位置關系，可利用先裝好的零件作為后裝配零件某一基面上的定位支承點，這樣，就可以簡化夾具結構，減少定位器的數(shù)量。 為了保證裝配精度，應將焊件幾何形狀比較規(guī)則的邊和面與定位器的定位面接 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 12 頁 觸，并得到完全的覆蓋。 在夾具體上布置定位器時，應注意不妨礙焊接和裝卸作業(yè)的進行，同時要考慮焊接變形的影響。如果定位器對焊接變形有限制作用、則多做成拆卸式或退讓式的。操作式定位 器應設置在便于操作的位置上。 在批量生產(chǎn)中使用的專用夾具，其夾具體是根據(jù)焊件形狀、尺寸、定位及夾緊要求、裝配施焊工藝等專門設計的。夾具體上安裝著定位器以保證零件 2 相對零件 1的垂直度和相對高度。零件定位后，用圓偏心 杠桿夾緊機構夾緊，以保證施焊時零件的相互位置不發(fā)生改變。 對夾具體的要求是：有足夠的強度和剛度；便于裝配和焊接作業(yè)的實施； 能將裝焊好的焊件方便地卸下；滿足必要的導電、導熱、通水、通氣及通風條件； 容易清理焊渣、銹皮等臟物；有利于 定位器、夾緊機構位置的調(diào)節(jié)與補償；必要時，還應具有反變形的功能。 通常，作為通用夾具體的裝焊平臺多為鑄造結構，而專用夾具體多為板焊結構。 1.5 焊接變位機械 焊機變位機械是改變焊接機頭空間位置進行焊接作業(yè)的機械設備。它主要包括焊接操作機和電渣焊立架。 焊接操作機的結構形式很多，使用范圍很廣，常與焊件變位機械相配合，完成各種焊接作業(yè)。若更換作業(yè)機頭，還能進行其他的相應作業(yè)。 1.5.1 焊接變位機械的分類 焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊工空間位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械設備。 使用焊 接變位機械可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)卒，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。 焊接變位機械的分類及各類所屬設備如下（如圖 1-1）： 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 13 頁 圖 1 1 焊接變位機械的分類 各種焊接變位機械都可單獨使用，但在多數(shù)場合是相互配合使用的，它們不僅用于焊接作業(yè)，也可用于裝配、切割、檢驗、打磨、噴漆等作業(yè)。 1.5.2 焊接變位機械應具備的性能 一般，通用的焊接變位機械應具備的性能是： 1)焊件變位機械和焊機變位機械 要有較寬的調(diào)速范圍焊接運行速度，以及良好的結構剛度。 2)對尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。 3)在傳動鏈中，應具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，焊件應重力作用而發(fā)生事故。 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。 焊件變位機械按功能不同，分為焊接變位機、焊接滾輪架、焊接回轉(zhuǎn)臺和焊接翻轉(zhuǎn)機四類。 在手工焊作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機械，但在多數(shù)場合，焊件變位機械是與焊機變位機械相互配合使用的，用來完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊 縫的焊接以及堆焊作業(yè)。焊件變位機械也是機械化、自動化裝焊生產(chǎn)線上的重要組成都分。焊接機械是改變焊件，焊機或焊工位置來完成機械化，自動化焊接的各種機械裝備。使用焊接機械可縮短焊件翻轉(zhuǎn)變位的輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效果。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 14 頁 1.6 幾類焊接機械設備的具體介紹 1.6.1 焊接變位機 (一 )功能及結構形式 焊接變位機，是在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜置于有利施焊位置的焊件變位機械。焊接變位機主要用于機架，機座，機殼等非長形工件的焊接。 焊接變位 機按結構形式可分為三種： 1， 伸臂式焊接變位機：適用與輕小焊件的翻轉(zhuǎn)空位，載重量一般不超過 1 噸。 圖 1 2 伸臂式焊接變位機 2，座式焊接變位機 如圖 1 3 所示，其工作臺連同回轉(zhuǎn)機構通過傾斜軸支承在機座上，工作臺以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，多在 110 一 140 度的范圍內(nèi)恒速或變速傾斜。該機穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用于 0.5100噸焊件的翻轉(zhuǎn)變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應用最廣的結構形式。常與伸縮臂式焊接操作機或弧焊機器人配合使用。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 15 頁 圖 1 3 座式焊接變位機 1 回轉(zhuǎn)工作臺 2 傾斜軸 3 扇形齒輪 4 機座 3，雙座式焊接變位機，有較高的穩(wěn)定性，適用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位，載重量一般都在 50 噸以上。 圖 1 4 雙座式焊接變位機 1 工作臺 2 凹形架 3 機座 4 回轉(zhuǎn)裝置 5 傾斜機構 1.6.2 焊接翻轉(zhuǎn)機 焊接變位翻轉(zhuǎn)機是一 種可以 實現(xiàn)大型回轉(zhuǎn)零件在焊接時變位、翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)位置，以便獲得更佳焊接位置的焊接輔助設備，可配用熔化極氣體保護焊機 (CO2/MAG 焊機 )。如圖 1-5、圖 1-6。 產(chǎn)品主要由立柱提升機構、翻轉(zhuǎn)機構、回轉(zhuǎn)機構以及控制器組成。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 16 頁 圖 1 5 輕型焊接翻轉(zhuǎn)臺 圖 1 6 焊接翻轉(zhuǎn)機 1.6.3 焊接操作機 焊接操作機作為一種焊接輔助機械，被廣泛地應用于鍋爐、壓力容器、管道和金屬結構行 業(yè)。與滾輪架、變?yōu)闄C或翻轉(zhuǎn)機相配，可焊接大直徑管道內(nèi)外縱、環(huán)縫?？筛鶕?jù)用戶工藝要求選配焊接系統(tǒng)，還可選配焊接系統(tǒng)，還可選配焊接跟蹤系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，焊劑自動輸送回收系統(tǒng)或擺動器。 焊接操作機是將焊件準確地送到并保持在待焊接位置或以選定的焊速沿規(guī)定的軌跡移動焊機的機械裝置。 焊接操作機與焊接變位機、焊接滾輪架等焊件變位裝置配合使用，可完成多種焊縫的焊接，也可以進行工件表面的自動焊接。 9 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17 頁 焊接操作機可分為：平臺式焊接操作機、伸縮臂式操作機 （圖 1-7） 、門式操作機 （圖 1-8） 、橋式操作機、臺式操 作機 圖 1 7 伸縮臂式操作機 圖 1 8 固定門式操作機 1.6.4 焊接滾輪架 焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉(zhuǎn)的變位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對主、從動滾輪的高度作適當調(diào)整，也可進行錐體、分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接。對于一些非圓長形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍內(nèi)，也可在焊接滾輪架上進行裝焊作業(yè)。為了焊接不同直徑的焊件，焊接滾輪架的滾輪間距應能調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)方式有兩種：一種是自調(diào)式的；一種是非自調(diào)式的。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18 頁 自調(diào)式的可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪的間距 （如圖 1-9） ； 圖 1 9 自調(diào)式焊接滾輪架 非自調(diào)式滾輪架是通過調(diào)節(jié)支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距的 （如圖 1-10） 。 圖 1 10 非自調(diào)式焊接滾輪架 焊接滾輪架按結構形式分為兩類： 第一類是長軸式滾輪架。滾輪沿兩平行軸排列，與驅(qū)動裝置相連的一排為主動滾輪，另一排為從動滾輪。長軸式滾輪多是用戶根據(jù)焊件特點自行設計制造的，市場可采用的定型產(chǎn)品 很少 圖 1 11 長軸式滾輪架 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 第二類是組合式滾輪架 （如圖 1-12） ，它的主動滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是 1 與 1 的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用最廣泛的結構形式。 圖 1 12組合式滾輪架 對于重型滾輪架 （如圖 1-13） ，多采用車間起重設備挪動滾輪架座進行分段調(diào)節(jié)。對輕型滾輪架，多采用手動或電動絲 杠 螺母機構來移動滾輪座進行連續(xù)調(diào)節(jié)。 圖 1 13 200 噸重型焊接滾輪架 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 20 頁 1.6.5 關于滾輪架軸向竄動的問題 如果滾輪和焊件都是理想的圓柱體，且各滾輪尺寸一致，并且其轉(zhuǎn)動軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件軸線平行時，放在滾輪架上的焊件是不會產(chǎn)生軸向竄動的，這是理想情況。但實際上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圓柱體。 多次試驗 證明 將主、從滾輪架在水平和軸向上的位置找好，固定下來，下次再用時 仍 會竄動。即便是同一個焊件，此時調(diào)整后已不再竄動 ，但換個方向旋轉(zhuǎn)或?qū)⒃摵讣跗鹨苿游恢煤笤俜诺綕L輪架上，該焊件又會竄動了，更不用說換另外一個焊件了。 國內(nèi)一些工廠采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，這種辦法對設備和焊件都有損害，實屬無奈。國外制作的防竄滾輪架，雖能滿足要求，可惜價格較昂貴。 理論和實踐都證明：影響焊件做軸向竄動的主要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。因此，在制造和使用焊接滾輪架時，首先要盡量做到： 主、從滾輪架都位于同一中心線上。 各滾輪的軸線都在一個水平面內(nèi)且相互平行。 滾輪間距相等。 實際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動，其焊件本 身是在作螺旋運動，如能采取措施，把焊件的左旋及時地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮敝梁讣辉僮髀菪\動為止。 9 目前，已有三種執(zhí)行機構可完成此任務： （ 1）頂升式執(zhí)行機構 從動滾輪架 的 一側滾輪可以做升降運動，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時也使焊件自重產(chǎn)生 的 軸向分量發(fā)生變化。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點是制造成本高，體積大。 （ 2）偏移式執(zhí)行機構 從動滾輪架的兩側滾輪沿其垂直中心線可做同向偏移，以此改變滾輪與焊件的軸向摩擦分力。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是靈敏度高，但最大的缺點是對滾輪的磨 損太大。 （ 3）平移式執(zhí)行機構 從動滾輪架的兩側滾輪可以同時垂直于焊件軸心線做水平移動，從而達到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是穩(wěn)定性好，制造成本低，結構簡單，不占用額外的安裝空間。 主動輪轉(zhuǎn)速控制 我們的目的是要檢測出焊件在軸線方向上的竄動位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側面檢測方式和在焊件端面檢測方式。筒壁側面檢測方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)分量，再加上打滑、筒體表 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 21 頁 面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來是不 容易的。在焊件端面檢測方式是目前貫用的檢測方式，這種檢測凡是不可避免地受到焊接焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對焊件的受測端面進行加工。但對大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費用也就越大。能否降低對端面加工的要求，就顯得重要起來。比如，工藝要求焊件的軸向竄動量不大于 2mm，可是焊件的受測端面不平度卻大于 2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動是衡量防竄滾輪架是否實用的重要指標之一。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 22 頁 第二章 方案的選擇與確定 確定焊接滾輪架方案時，其合理性和經(jīng)濟性是主要考慮的因素。當焊件的焊接方法及工藝確定后，所選夾具結構，首先要能保證焊接工藝的實施。同時，焊件結構尺寸以及組成焊件坯料的制作工藝和制造精度，則是確定夾具定位方法、定位基準和夾緊機構方案的重要依據(jù)。除此之外，還應考慮經(jīng)濟上的因素，使夾具的制造、使用費用最低而取得的經(jīng)濟效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它們之間往往有聯(lián)系又有制約，所以在確定夾具方案時要對上述各因素進行綜合分析，只有通盤考慮，才能制定出最佳的設計方案具體確定設計方案時， 應聯(lián)系以下幾個方面進行考慮： 1)焊件的整體尺寸和制造精度以及組成焊件的各個坯件的形狀、尺寸和精度。其中形狀和尺寸是確定夾具設計方案、夾緊機構類型和結構形式的主要依據(jù)，并且直接影響其幾何尺寸的大?。恢圃炀仁沁x擇定位器結構形式和定位器配置方案以及確定定位器本身制造精度和安裝精度的主要依據(jù)。 2)裝焊工藝對夾具的要求。例如與裝配工藝有關的定位基面裝配次序、夾緊方向?qū)A具結構提出的要求。再如，不同的焊接方掃對夾具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夾具上設置焊劑墊；電渣焊要求夾具保證能在垂直位置上 施焊；電阻焊要求夾具本身就是電極之一等。 3)裝、焊作業(yè)能否在同一夾具上完成，或是需要單獨設計裝固夾具和焊接夾具。 本次設計采用 組合式滾輪架進行設計 2.1 組合式滾輪架的特點： 1)主從動滾輪架各自獨立，可根據(jù)焊件的重量，長度任意組合，使用方便靈活 滾輪架靠滾輪對的自由擺動或靠絲杠的調(diào)節(jié)作用在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滾輪中心距，適用不同直徑的焊件，圓筒體焊件放置平穩(wěn) 2)可無級調(diào)速，焊速范圍大，速度穩(wěn)定。 3)為了便于調(diào)節(jié)滾輪架之間的距離，以適應不同長度焊件的裝焊 要求，有的滾輪架上還安有機動或飛機動行走機構，沿軌道行走，調(diào)節(jié)相互之間的距離。 焊接滾輪架多采用直流電動機驅(qū)動，降壓調(diào)速。這種方式沿用已久，技術很成熟，電動機的機械特性較硬，啟動力矩較大，是目前滾輪架使用最廣的拖動調(diào)速方式。缺 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 23 頁 點是電動機結構復雜，調(diào)速范圍較窄，一般恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速范圍為 1： 10 左右低速時的速度不夠穩(wěn)定，有爬行現(xiàn)象。也有滾輪架是采用交流異步電動機拖動，變頻調(diào)速。 近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價格的下降，采用交流電動機驅(qū)動，變頻調(diào)速的滾輪架也日趨增多。其優(yōu)點是調(diào)速范圍寬，可達 1： 20， 轉(zhuǎn)動平滑性好，低速特性硬。缺點是低速段過載倍數(shù)降低較大，變頻電源的價格也較高。但隨著電動機額定功率的增加，價格上升則相對平緩，所以在重型焊接滾輪架上，采用交流異步電動機拖動和變頻調(diào)速較為適合。本次設計的焊接滾輪架噸為 4 噸，采用直流電動機。 為是焊接滾輪架的滾輪間距離調(diào)節(jié)更為方便，機動性更強，組合更加便利，采用單獨驅(qū)動的焊接滾輪架日益增多。但是每一主動滾輪均由一臺電動機驅(qū)動時，應解決好個滾輪之間的同步問題。由于制造工藝，材料性能等因素的影響，其額定轉(zhuǎn)速實際上并不一致，因此，要把實測數(shù)據(jù)較為接近的一組電動機做為 焊接滾輪架的拖動電動機。另外，對重型焊接滾輪架，還應考慮以測速發(fā)電機為核心的速度反饋裝置來保證各滾輪轉(zhuǎn)速的同步。 焊接滾輪架的金屬滾輪多采用鑄鐵和合金球磨鑄鐵制作，其表面熱處理硬度約為50HRC，滾輪直徑多在 200700mm之間。 國外滾輪架品種很多，系列較全，承載量 11500t，使用焊件直徑 18m的標準組合式滾輪架（即兩個主動輪座與兩個從動輪座的組合）均成系列供應。其滾輪線速度多在 690m h 之間無極可調(diào)有的還有防止焊件軸向竄動的功能。 我國已有不少廠家生產(chǎn)焊接滾輪架，最大承載量已達 400t，適用 焊件直徑可達 6m，滾輪線速度多在 660m h 之間無級調(diào)速。防軸向竄動的滾輪架已有生產(chǎn)，但性能質(zhì)量尚待提高。 我國在 1990 年頒布了 焊接滾輪架的行業(yè)標準（ ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定：主動滾輪的圓周速度應在 6 60m/h 范圍內(nèi)無級可調(diào)，速度波動量按不同的焊接工藝要求，要低于 5 10 ，滾輪轉(zhuǎn)速應穩(wěn)定、均勻，不允許有爬行現(xiàn)象。按 GB150 規(guī)定制造的筒體類工件在防軸向竄動滾輪架上進行焊接時，在整個焊接過程中允許工件的軸向竄動量為 3mm 。 傳動機構中渦輪副齒輪副等傳動零件，應符合國標中的 8 級精度等 級。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 24 頁 2.2 滾輪驅(qū)動方案 為使焊接滾輪架的滾輪間距調(diào)節(jié)方便可靠，組合便利，采用主動輪單獨驅(qū)動的設計方案，即每個主動輪單獨利用一臺電動機和減速機構驅(qū)動。 不過要 注意解決好各主動輪的同步問題，在選用電動機和減速機結構上要盡量選用特性一致且經(jīng)過實測的使用。 因為長軸式滾輪架是用戶根據(jù)焊件特點自行設計制造的，市場可供選用的定型產(chǎn)品很少，已不常用，所以本次設計的 4 噸級滾輪架采用組合式設計 它的主動滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是 1 與 1 的組合。因此，使 用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用最廣泛的結構形式。 2.3 減速器的選擇： 蝸桿減速器按蝸桿外形結構分為圓柱蝸桿減速器，環(huán)面蝸桿減速器，錐蝸桿減速器三大類。 本次采用圓弧圓柱蝸桿減速器。蝸桿傳動是傳遞交錯軸之間的動力常用的交錯角 =90。它具有單級轉(zhuǎn)動比大工作平穩(wěn)，振動小，噪音低及可做成自鎖形式等特點。 圓弧蝸桿傳動除具有普通蝸桿傳動的優(yōu)點外，還有以下特點：齒形優(yōu)良，蝸桿渦輪齒面為凹凸共軛嚙合，當量曲率小，齒面間潤滑油膜容易形成，齒面接觸應力低具有良好的強度和潤滑集合條件。接觸線及形狀分布 合理。蝸桿和渦輪嚙合時瞬間接觸線相對滑動方向形成的夾角近于直角。 減速器選用標準件，其型號的選定是根據(jù)傳動比和中心距綜合考慮選定的。中心距不能超過滾輪安裝的高度，即滾輪中心軸離地面的距離。選定中心距為 100。 再根據(jù)工作條件：工作荷載平穩(wěn)無沖擊，每日工作 8 小時，每小時啟動 10 次，啟動轉(zhuǎn)矩為輸出轉(zhuǎn)矩的 2.5 倍。 4 根據(jù)機械傳動裝置選用手冊： 與滾輪相連的減速器選擇型號： CWU 100 30 JB/T7935 95 外形尺寸查看了機械傳動裝置選用手冊表 3.1 1，是蝸桿在 渦輪之下的圓柱蝸桿減速器。 與電動機相連的減速器選擇型號： SCWO 100 25 JB/T7935 95 外形尺寸 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 25 頁 參看機械傳動裝置選用手冊表 3.1 11，是蝸桿在渦輪之上的圓柱蝸桿減速器。 減速器第一次使用時當運轉(zhuǎn) 150300h 后需更換潤滑油，在以后的使用中應定期檢查油的質(zhì)量。對于混入雜質(zhì)或變質(zhì)的油需及時更換。一般情況下，對于長期連續(xù)工作的減速器，每 5001000h 必須換油一次。應加入與原來牌號相同的油，不得不同品牌混用。牌號相同而粘度不同的油允許混合使用 工作中，當發(fā)現(xiàn)油溫溫升 超過 80 度或油池溫度超過 100 度及產(chǎn)生不正常噪音時，應停止使用，檢查原因。 減速器應定期檢修如發(fā)現(xiàn)膠合或顯著磨損，必須采取有效措施予以制止或排除，備件必須按標準制造。 2.4 連軸器的選用： 聯(lián)軸器的類型很多根據(jù)其是否包含彈件元件，可以劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器根據(jù)正常工作時是否允許兩個半聯(lián)軸器軸線產(chǎn)生相對位移又分為固定式剛性聯(lián)袖器和可移式剛性聯(lián)袖器。固定式剛性聯(lián)軸器，要求被聯(lián)接兩軸軸線嚴格對中，因為它不能補償兩軸的相對位移。其常用類型有夾殼聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等?？梢剖絼傂月?lián)軸器可以通過 兩半聯(lián)軸器間的相對運動來補償被聯(lián)接兩軸的相對位移。其常用類型有十字滑塊聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器等。 彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，不僅具有吸收振動和緩解沖擊的能力，而且能夠通過彈性元件助變形來補償兩軸的相對位移。其常用類型有 彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器和輪胎式聯(lián)軸器等。 4 根據(jù)以上特點 : 與電動機相連的聯(lián)軸器采用 NZ撓性爪型聯(lián)軸器 ,再根據(jù)軸徑大小查機械設計與制造簡明手冊選用代號為 QZB110.2.00 型號 NZ2 （兩個）。 與滾輪相連的聯(lián)軸器采用凸緣連軸器再根據(jù)軸徑大小 查機械設計與制造簡明手冊選用 YL8 型 （一個）。 兩蝸桿減速器之間采用十字滑塊聯(lián)軸器，根據(jù)軸徑大小查機械設計與制造簡明手冊選用 JBZQ4384 86 KL 型 十字滑塊聯(lián)軸器 （兩個）。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 26 頁 表 2 1 聯(lián)軸器選擇 名稱 公稱扭矩范圍 軸徑范圍 最大轉(zhuǎn)速范圍 特點 應用條件 凸緣連軸器 1020000 10180 140013000 結構簡單，成本低可傳動較大扭距，但不等消除沖擊。對所連兩軸間的偏移缺乏補償能力 經(jīng) 常用于荷載平穩(wěn)有輕度沖擊的條件下，鏈接低速和剛性不大的兩軸。 NZ 撓性爪型聯(lián)軸器 25600 1565 380010000 外形尺寸小，飛輪力矩小 用于小功率，高轉(zhuǎn)速，沒用急劇沖擊載荷的情況下 十字滑塊聯(lián)軸器 12020000 15150 100250 結構緊湊，尺寸小，壽命長。但制造比較復雜 無較大沖擊，轉(zhuǎn)速不高的，存在兩軸徑向相對位移時采用 2.5 滾輪架滾輪的設計 滾輪架的滾輪結構主要有四種類型，其特點和使用范圍見表 2-2。 表 2 2 滾輪形式選擇 類型 特點 使用范圍 鋼輪 承載能力強，制造簡單 一般用于重型焊件和需預熱處理的焊件以及額定在和大于 60t 的滾輪架 膠輪 鋼輪外包橡膠，摩擦力大，傳動平穩(wěn)但橡膠易壓壞 一般用于 10t 以下的焊件和有色金屬容器 組合輪 鋼輪與橡膠輪相結合，承載能力比橡膠輪高，傳動平穩(wěn) 一般多用于 1060t 的焊件 履帶輪 大面積履帶和焊件接觸，有利于防止薄壁工件的變形，傳動平穩(wěn)但結構較復雜。 用于輕型，薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器 由于滾輪架的額定載荷是 4t，所以選用膠輪結構。橡膠輪緣的滾輪常因結構不合 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 27 頁 理，或橡膠質(zhì)量不佳或掛膠工藝不完善，使用不久就會發(fā)生擠裂，脫膠而破壞。為此，設計滾輪時，常常在橡膠輪緣兩側開出 15 度的倒角，以留出承載后橡膠變形的空間，避免擠裂。另外，常在橡膠輪輞與金屬的結合部，將金屬輪面開出多道溝槽，以增加橡膠與金屬的接觸面積，強化結合牢度，避免脫膠。至于橡膠成分和掛膠工藝，在美國是一項專利，國內(nèi)蘭州石油化工機器廠，將國產(chǎn)橡膠輪緣的坦克支重輪用在焊接滾輪架上，取得了很好的效果，使?jié)L輪壽命延長了許多。 1 圖 2 1 滾輪的設計 如圖 2 1 所示。滾輪直徑為 250mm，寬 150mm。滾輪邊緣采用橡膠來增大摩擦力。 2.6 軸的設計 圖 2 2 軸的設計 軸主要是用來支承轉(zhuǎn)動的機械零件，如齒輪、帶輪等，并傳遞運動和動力。根據(jù)軸所受載荷的不同，可分為心軸、傳動軸和轉(zhuǎn)軸三種。 只承受彎距作用的軸稱為心軸。心軸可以是轉(zhuǎn)動的，如火車的輪軸。也可以是固定的，如自行車的輪軸。傳動軸是只傳遞轉(zhuǎn)矩的軸。如聯(lián)接汽車變速箱與后橋的軸。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 28 頁 既承受彎矩 又傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸是機器中最常見的軸，如齒輪減速箱中的軸均是轉(zhuǎn)軸。此次設計的軸為轉(zhuǎn)軸，即承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩。 軸在工作時常受到變應力的作用，其失效形式多為疲勞斷裂。因此軸的材料首先應具有一定的疲勞強度，同時還應滿足工藝性和經(jīng)濟性方面的要求。鈾的常用材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼分普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。常用的有 35， 40， 45，50 號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以 45 號鋼應用最普遍。與合金鋼相比，碳素鋼價廉，對應力集中的敏感性小。并且經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)等熱處理后，其綜合機械性能都會有很大改善相提高。本次設計的軸 采用 45 號碳素鋼，并進行調(diào)質(zhì)處理。 軸的結構設計就是要確定軸的合理外形和全部結構尺寸。影響軸結構的因素很多，如軸上載荷的大小、分布及性質(zhì)，軸上零件的數(shù)目、類型、布置及固定方式，軸的加工和裝配方法等。所以在設計時，要根據(jù)具體的工作情況，綜合考慮各種影響因素，經(jīng)濟合理地確定軸的結構。 如圖 2 2，這次設計的軸分三段，中間段與滾輪通過鍵鏈接在一起。左右段各安裝一個滾動軸承。同時左段還與聯(lián)軸器通過鍵鏈接在一起。 中間軸段軸徑尺寸為 50mm 與滾輪的間隙配合采用76Hg 的優(yōu) 先配合，中段軸長150mm，左段軸長 138mm，右段軸長 58mm。 2.7 軸承的選用 軸承分為滾動軸承，滑動軸承兩類 12 滑動軸承工作時，軸與軸承之間存在滑動摩擦。其缺點是摩擦損耗較大，使用維護也較復雜。而滑動軸承的優(yōu)點是： (1)結構簡單，制造、裝拆方便。 (2)具有良好的耐沖擊性和良好的吸振性能， (3)承載能力大，使用壽命長。 因此滑動軸承在高速、精密機構和低速重載、床、沖壓機械和農(nóng)業(yè)機械中如高速精密機、沖壓機械和農(nóng)業(yè)機械中應用較多。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 29 頁 圖 2 3 滾動軸承 滾動軸承是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的。其基本結構如圖 23 所示，它一般是由內(nèi)圈 1、外圈 2、滾動體 3 和保持架 4 等組成。內(nèi)圈安裝在軸頸上并一起轉(zhuǎn)動，外圈安裝在軸承座上。滾動軸承的內(nèi)、外圈上加工有滾道，當內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時，滾動體即在內(nèi)、外因的滾道中滾動。常用的滾動體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子等。保持架用于將滾動體彼此分開，以免它們之間相互接觸產(chǎn)生摩擦 與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、功耗少、啟動靈活、互換性好等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的 應用，其缺點是抗沖擊能力差，轉(zhuǎn)速過高時易出現(xiàn)噪音等。滾動軸承已標準化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)。此次設計的 4 噸焊接滾輪架，根據(jù)軸徑 50mm 選用圓柱滾子軸承 ，型號 2309 2.8 軸承端蓋的設計 首先，根據(jù)軸承座孔（外圈）直徑 100mm由機械設計課程設計表 4 6 查得軸承端蓋螺釘直徑為 d3=10mm，螺釘數(shù)目為 4 個。 如圖 2 4 所示，由機械設計課程設計表 4 7 可知， D4=D-(1015mm) 得 D4=85mm D0=D+2.5D3 D0=125 e=1.2d3 e=12 D2=D0+2.5D3 D2=150 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 30 頁 軸承端蓋、軸承透蓋都是按照此尺寸設計。 圖 2 4 軸承端蓋 2.9 絲杠的設計 所謂絲杠傳動就是由絲杠副聯(lián)接相鄰構件而組成的傳動機構。在機械傳動中，絲杠副是較常用的機構之一。 絲杠傳動（或稱螺旋傳動）可以把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，也可以把直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動。絲杠傳動即可以傳遞能量或動力，也可以用來傳遞運動或用來調(diào)整零件的相互位置。因此，在機床、起重設備、鍛 壓機械、測量儀器、船舶等傳動機構中都廣泛的應用了絲杠副。最常見的絲杠副為滑動絲杠副和滾珠絲杠副兩種 滑動絲杠副有以下特點 : 1) 結構簡單，制造容易。 由于滑動絲杠副為一般的絲杠、螺母所組成故其結構簡單。制造容易 2）減速傳動比大 由于當絲杠轉(zhuǎn)過一圈時，螺母只移動一個導程，而導程可以做的很小。因此可以做到很大的減速比 3）運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 由于絲杠與螺母的嚙合是連續(xù)的而且同時嚙合的圈數(shù)較多所以其運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無噪聲。但低速或微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行。 滑動絲杠副的材料 由于以上原因，本次設計采用滑動絲杠來調(diào)節(jié)滾輪之間的中心距以適應不同直徑 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 31 頁 的筒體工件的焊接要求。 根據(jù)絲杠副工作時的受力特點，絲杠和螺母的材料應具有足夠的強度、耐磨性和良好切削加工性能。對于精密傳動的絲扛還要求在熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定件。一般的滑動絲杠選用 35、 45、 50 號等中碳鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。此次設計采用經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 45 號中碳鋼做為絲杠的材料。 如圖 2 5 所示，螺母的螺紋分兩段設計，左段螺紋左旋，右段螺紋右旋。這樣才可以保證調(diào)節(jié)滾輪間距的功能。對螺紋的技術要求是： 圖 2 5 絲杠的設計 初車螺紋后，時效處理。 一個螺距誤差不大于 0.025，螺距最大積累誤差：在25 時，不大于 0.035，在 130 時支反力和圓周力急劇增大，相反，當 角太小時，滾輪架上的筒體焊件放置有可能不穩(wěn)定。因此在實際應用中為使焊件在滾輪架上獲得可靠的穩(wěn)定性，并保證焊件可以平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動 應小于 40 度我國制定的焊接滾輪架行業(yè)標準（ ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定中心角 應在 45 度到 110 度之間。 表 3 1 滾輪直徑選擇 由中心角 應在 45 度到 110 度之間。工件直徑在 250mm1600mm 之間，經(jīng)過三角函數(shù)的關系得出： 當工件直徑為 250mm時，兩滾輪間距在 191.34mm409mm 之間適合。 當工件直徑為 1600mm時，兩滾輪間距在 706mm1514mm 之間適合。 因此兩滾輪 間距的調(diào)節(jié)范圍選定為： 255mm800mm之間。 在計算是選取 角的最大允許值 110 圖 3-4 所示為典型滾輪架焊接受力圖，圖中當重量為 G 偏心距 e=0 的筒體焊件置于主從動滾輪座上時，主從動滾輪上的支反力相等，即 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 37 頁 3.1.2 焊接滾輪架的受力 圖 3-4 滾輪受力分析 222 ( )2 c o s2rfrDDGFGD D L (3 2) 式中： 中心角 D -焊件直徑 Dr 滾輪直徑 L 主，從動滾輪之間的橫向距離 當偏心距 0 時滾輪切向摩擦力 12s i n 2s i n c o s 1F F G b (3 3) 式中： -中心角 b-與滾輪幾何尺寸和材料有關的系數(shù) 其中 2rrDbfd (3 4) 式中： Dr 滾輪直徑 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 38 頁 rd 滾輪直徑 f 滾輪與滾輪軸摩擦因數(shù)（滾動軸承 f=0.02） u 滾輪與焊件表面之間的摩擦因數(shù)（鋼輪為 =0.60.8，橡膠輪為 =2.53.5）因為橡膠輪摩擦力大，傳動平穩(wěn)，因此選用橡膠輪 =3.5mm 3.1.3 滾輪支反力的計算 架在滾輪座上的簡體轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動圓周力 Fl 和反力 F2 將使支反力 Ff1、 Ff2 發(fā)生變化。實際上，焊件只有按圖所示位置逆時針轉(zhuǎn)動時，因 Fl、 F2 力的方向向下，才使Ff1、 Ff2 數(shù)值增大，且增大的份額往往超過因 角增加或者摩擦因數(shù) ,f 增加而增大的份額。如果焊件順時針轉(zhuǎn)動，則 F1、 F2 方向向上，1fF、2fF的數(shù)值減小。所以 ,計算滾輪最大支反力時，應以圖 3 3 所示的焊件重心位置和轉(zhuǎn)向為準進行計算 。 1 經(jīng)公式推導得： (3 5) (3 6) (3 7) 經(jīng)計算 ： 由公式 3 3 b 3 1 .2 5 m m 由公式 3 6 f 1 f 2 3 5 7 8 5 . 3F F N 由公式 3 2 12 1 3 4 8 . 7F F N 對獨立驅(qū)動的主動滾輪，每一輪軸的扭矩： 西南交通大學本科 畢業(yè)