旋轉(zhuǎn)電弧傳感器機械結(jié)構(gòu)設計

1、目 錄1引言 011.1 選課的依據(jù)和意義 011.2 當代焊縫跟蹤傳感器 011.2.1 附加式傳感器概述 011.2.2 電弧傳感器概述 021.3 電弧傳感器工作原理 031.3.1 電弧傳感器的根本原理 031.3.2 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原理 061.4 課題任務 102課題設計主要內(nèi)容 112.1 電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定 112.1.1 空心軸電機 112.1.2 運動機構(gòu)設計 122.1.3 防轉(zhuǎn)機構(gòu) 132.2 總體結(jié)構(gòu)設計 142.2.1 各功能局部的軸向分配 142.2.2 徑向空間的分配 152.3 導電桿部件的設計 162.3.1 導電桿部件的總體設計 162.3.2 軸承的選

2、用與安裝 162.4 檢測裝置的選定與安裝 172.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測方法 172.4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器 182.5 偏心機構(gòu)的設計 192.5.1 偏心方案確實定 192.5.2 偏心機構(gòu)的平衡 222.6 外殼的設計 232.6.1 外殼總體設計 232.6.2 通水方式 242.6.3 通氣方式 252.7 絕緣與密封設計 262.7.1 絕緣設計 262.7.2 密封設計 272.8 其它零部件的設計 282.8.1 集線蓋與接地裝置 282.8.2 安裝設計 302.8.3 修配方案設計 302.9 設計參數(shù) 313結(jié)論 323.1 課題設計過程總結(jié) 323.

3、2 課題設計的缺陷與后續(xù)工作 32參考文獻 34致謝 36附錄 371引言1.1 選課的依據(jù)和意義現(xiàn)代焊接誕生至今僅百余年,但已顯示出生命力,焊接在近代工業(yè)的開展中發(fā)揮 了不可替代的重要作用.焊接不僅是一種重要的根底工藝,而且已開展成為一種新興 的綜合工業(yè)技術(shù).它廣泛應用于造船、壓力容器制造,石油化工等鋼結(jié)構(gòu)制造領域. 從某種意義上講,工業(yè)先進的國家莫不以焊接技術(shù)先進作為其現(xiàn)代化的顯著標志之 一.焊接技術(shù)在國民經(jīng)濟中日益重要的作用,也是當代焊接技術(shù)開展的一個重要特點. 然而,傳統(tǒng)手工焊接對操作人員的技術(shù)要求高, 并且在操作過程中往往對操作人員的 身體產(chǎn)生不可預防的危害.因此,自動化限制焊接過程

4、應運而生.人們設計開發(fā)了各種焊接傳感器以滿足日益提升的焊接質(zhì)量要求.在長期的生產(chǎn)實踐中,旋轉(zhuǎn)電弧傳感器脫穎而出.然而,旋轉(zhuǎn)電弧傳感器仍然存在減振、小型化等 問題期待解決.止匕外,諸如偏心方式、冷卻方式、密封、絕緣等設計問題也亟待更為 完善的方案.在本課題中,旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的小型化設計需求, 要求設計人員必須在有限的機 構(gòu)空間內(nèi)實現(xiàn)各功能部件的合理分配.1.2 當代焊縫跟蹤傳感器焊接是一個結(jié)合了光、電、熱、力的綜合加工過程,在焊接過程中產(chǎn)生的熱量會 使焊接工件產(chǎn)生較大的熱變形,從而產(chǎn)生焊接位置偏差.為了克服這種偏差的影響, 目前有2種方法,其一是采用夾具定位,普通的夾具無法滿足要求,為了保證精度

5、, 必須采用更為精確的夾具.方法之二是采用傳感器進行焊縫跟蹤,通過比較發(fā)現(xiàn),采 用跟蹤的方法比采用精確的夾具經(jīng)濟得多. 所以焊縫自動跟蹤是焊接自動化的關(guān)鍵之0焊接傳感器根據(jù)傳感方式的不同可以分為附加式傳感器和電弧傳感器兩大類1.2.1 附加式傳感器概述附加式傳感器是目前焊縫跟蹤傳感器的常用形式, 即在焊炬上固定一個附加的機械、電磁或光學裝置,用于檢測焊縫的相對位置.其原理、特點分述如下：1接觸式傳感器.典型的接觸式傳感器依靠在焊縫坡口中滑動或滾動的觸指將 焊炬與焊縫之間的位置偏差反映到檢測器內(nèi), 并利用檢測器內(nèi)裝的微動開關(guān)判斷偏差 的極性.一般應用于長、直焊縫的單層焊及角焊.此方法結(jié)構(gòu)簡單,操

6、作方便,缺點 是：對不同形式的坡口需要不同形式的探頭； 探頭磨損大,易變性；不適于高速焊接.2)電磁傳感器.適用于對接、搭接和角焊,其體積較大,使用靈活性差,且對 磁場干擾和工作裝配條件比較敏感.一般應用于對精度要求不甚嚴格的場合.3)光學傳感器.光學傳感器近年來有了很大開展,其裝置的種類和原理的門類 很多,根據(jù)其檢測原理、對象、光源種類等因素,大致可以分為：單點光電式、光切 割圖像處理方式、光電掃描式、焊縫直觀圖像處理方式( CCD跟蹤傳感器).光學傳 感器精度高、再現(xiàn)性好,不僅可以用于焊縫跟蹤,而且可以用于檢測坡口形狀、寬度 和截面,為焊接參數(shù)的自適應限制提供依據(jù). 因此,光學傳感器是焊縫

7、跟蹤系統(tǒng)中比 較理想的傳感器形式.1.2.2 電弧傳感器概述雖然附加式傳感器具有諸多優(yōu)點,但是這類傳感器都在焊炬上固定一個附加的機 械、電磁或光學裝置,用于檢測焊縫的相對位置,其共同的問題就是傳感器與電弧是 別離的,有復雜的附加裝置,應用起來不方便,效果也不夠理想.而電弧傳感器利用 電弧本身作為傳感器,根據(jù)焊接電弧的根本特性提取焊接過程中的電流或電壓變化量 作為傳感器信號.因此,與附加式傳感器相比,電弧傳感器有其獨特的優(yōu)勢.與其他傳感器相比,電弧傳感器具有以下優(yōu)點：檢測點就是焊接點,不存在傳感器先行的問題,是完全實時的傳感器.(2)焊接機頭周圍不需要裝備其他特別的裝置,焊槍的可達性好.由于電弧

8、本身作為傳感器,所以不受焊絲彎曲和磁偏吹等引起電弧偏移的影響.不僅可以跟蹤傳感,保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定,而且還可以改善焊縫的成形效果.(5)抗光、電磁、熱的干擾,使用壽命長.目前電弧傳感器作為一種焊接傳感手段倍受各國重視,國外許多焊接設備研究和制造機構(gòu)都在努力開發(fā)這一領域.工業(yè)興旺國家起步較早,已研制多種電弧掃描形式 的電弧傳感器,如雙絲并列、擺動和旋轉(zhuǎn)等,適合于埋弧焊、TIG和MIG/MAG等不同的焊接方法.有些已成功地應用于焊接生產(chǎn).早期的電弧傳感器多采用擺動式, 后來又開發(fā)了雙絲并列的電弧傳感器和旋轉(zhuǎn)電弧傳感器.下面,將對電弧傳感器,尤其是旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的工作原理進行較為詳細的介紹.1.3

9、電弧傳感器工作原理1.3.1 電弧傳感器的根本原理1.3.1.1 電弧傳感器的跟蹤原理以電或機械方法使焊接電弧擺動,檢測焊接電流、電壓的變化,來判斷擺動中 心是否偏離坡口中央,并進行修正.使電弧擺動的方法有機械式、電磁式和射流式 擺動軌跡可分為直線往復運動、圓弧運動和旋轉(zhuǎn)運動.在使用雙絲并列焊接時,也 可不作擺動.弧長變化對工作點的影響圖1為焊槍導電嘴與工件外表距離變化引起焊接參數(shù)變化的過程.圖中,E為電源外特性,C為等熔化曲線,l為電弧靜特性曲線.以平外特性電源、等速送絲調(diào)節(jié)系 統(tǒng)為例,在穩(wěn)定焊接狀態(tài)時,電弧工作點為 A 0 ,弧長l 0 ,干伸長隨之變化,對應 的等熔化曲線為CO ,電流為

10、I 0.當焊槍與工件外表距離發(fā)生階躍變化增大到 H 1 時,弧長突然被拉長為 門,此時干伸長還來不及變化,電弧隨即在新的工作點燃燒, 電流突變?yōu)?門.但經(jīng)過一定時間的電弧自調(diào)節(jié)作用后, 弧長逐漸變短,干伸長增大, 最后電弧穩(wěn)定在一個新的工作點 A2、弧長12上,對應的等熔化曲線 C2、電流I 2,結(jié)果是干伸長和弧長都比原來增加. 在上述變化中,有兩個狀態(tài)過程即調(diào)節(jié)過程 的動態(tài)變化A Id和新的穩(wěn)定點建立后的靜態(tài)變化A Is動態(tài)變化的原因是焊絲熔化 速度受到限制,不能跟隨焊炬高度的突變,靜態(tài)變化的原因是由于電弧的自身調(diào)節(jié)特性.由以上所述,當電弧沿著焊縫的垂直方向掃描,焊接電流將隨著掃描引起的焊矩

11、高度 變化而變化,從而獲得焊縫坡口信息,到達傳感的目的.1.3.1.2 各種主要電弧傳感器的特點與上下跟蹤類似,左右跟蹤也是利用其變化信號進行自動跟蹤限制的.但其具體實現(xiàn)方案多種多樣,主要分為擺動掃描方式、雙絲并列方式與旋轉(zhuǎn)掃描方式.(1)擺動掃描式電弧傳感器擺動掃描式電弧傳感器是目前應用最廣的一種焊接電弧傳感器,這種電弧傳感器需要一套擺動裝置,在焊縫的橫向方向往返擺動而實現(xiàn)焊縫跟蹤.用在弧焊機器人 上的擺動電弧傳感器不需要擺動裝置,通過機器人手臂帶動焊槍作橫向擺動即可.但受機器人結(jié)構(gòu)因素的影響,機器人的擺動頻率一般在10Hz以下,如圖1-1 (a).在高速焊接和焊縫弧度大的情況下,其跟蹤效果

12、會受到影響.M KODAMA創(chuàng)造了一種電磁高速擺動電弧傳感器, 這種電弧傳感器的兩側(cè)分別 有永磁鐵和鼓勵線圈,當鼓勵線圈通過一定頻率的直流電流時,導電桿便會產(chǎn)生一 定頻率的擺動,從而實現(xiàn)焊縫的跟蹤.這種高速擺動的電弧傳感器的擺動頻率一般 可在040Hz之間可調(diào),擺幅04mm可調(diào),最大焊接速度400mm/秒.其特點是 體積小,重量在1Kg以下,如圖1-1 (b)0(4)捫器人熠動忒電如長感荔co電磁高速搭動電m棧愚赭圖1-1(2)雙絲并列電弧傳感器這種電弧傳感器利用兩個彼此獨立的并列電弧對工件進行施焊,其左右兩焊絲的焊接電流(電壓)差值提供兩個電弧之間的中央線是否偏離焊縫的信息,據(jù)此可實現(xiàn)焊縫跟

13、蹤.根據(jù)兩個電弧參數(shù)和參考值比較的差值也可以實現(xiàn)導電嘴與工件外表間距 離的調(diào)整.這種傳感方式是利用電弧靜態(tài)特性參數(shù)的變化作為傳感信號, 同時要用兩 個參數(shù)相同的獨立回路電源并列進行坡口焊接, 焊槍結(jié)構(gòu)較復雜,實現(xiàn)上有一定的困 難,所以實用上受到限制.3旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器這種電弧傳感器以旋轉(zhuǎn)電弧的方式代替了擺動電弧,其旋轉(zhuǎn)頻率高達100Hz.二十世紀八十年代,日本NKK公司創(chuàng)造了一種旋轉(zhuǎn)式電弧傳感器,并應用到窄間隙焊 縫中,其原理如圖1-2所示：導電桿作為圓錐的母線,繞圓錐軸線旋轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn),而 并不繞導電桿自身軸線旋轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn),并且在錐頂處運動的幅度很小,這種結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié) 掃描直徑的方法是調(diào)節(jié)園錐頂角,傳感

14、器需用一級齒輪減速傳動,結(jié)構(gòu)較大,影響了 焊炬的可達性.這種技術(shù)在 NKK公司的船舶、鍋爐及結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得以應用,且取得 了顯著的成效.圖1-2圖1-3韓國的C-H Kim制作了一種高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器,如圖1-3所示,這種傳感器 依靠導電嘴的偏心來實現(xiàn)電弧的旋轉(zhuǎn)運動,導電嘴的偏心度就是電弧的旋轉(zhuǎn)半徑. 雖然它的轉(zhuǎn)動機構(gòu)比較簡單、緊湊,但其在高速旋轉(zhuǎn)時,焊絲在導電嘴中必須以同 樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),這就加劇了導電嘴的損耗.雙絲并列方式與擺動掃描方式的優(yōu)缺點雙絲并列方式從工藝成形和限制電路兩方面都較為容易實現(xiàn),但要求導電嘴通過雙絲,并相互絕緣,使導電嘴尺寸較大,限制了焊炬的可達性；要求雙絲的送絲速度 必須完

15、全一致,也使得送絲機構(gòu)變得極為復雜和難以限制. 擺動掃描方式預防了這兩 個缺點,但擺動與成形存在相互關(guān)系,使得焊炬使用的通用性降低；各種擺動掃描方式的研究說明,擺動頻率不宜過高,一般在 5Hz以下,使得擺動動作很小,往往無法滿足掃描要求.止匕外,雙絲并列方式與擺動掃描方式還存在著一個共同的缺陷,即在 焊接路徑非直線時,需要對其并列方向或擺動方向進行修正, 如圖1-4所示,并且修 正值必須在焊接前預設,這明顯降低了焊接的自動化程度,尤其是當焊接路徑曲線較 為復雜時,修正將帶來額外的誤差,并直接影響焊接的質(zhì)量.偏轉(zhuǎn)角度焊接路徑圖1-4擺動掃描方式的擺動方向修正焊接路徑1.3.2 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原

16、理1.3.2.1 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器概述旋轉(zhuǎn)掃描方式主要是針對擺動式掃描頻率低的缺點提出的一種新的電弧掃描方 式.在此方式中,電弧和焊絲的伸出端圍繞焊炬中央線作圓周運動,具電弧軌跡如圖 1-5所示.當電弧旋轉(zhuǎn)的速度與電弧行走速度焊速之比足夠大時,這種運動可以 認為是電弧在垂直于焊縫的方向上的掃描,與擺動掃描的作用相似.焊接路徑焊接路徑圖1-5旋轉(zhuǎn)掃描方式下的電弧軌跡示意圖采用旋轉(zhuǎn)掃描方式工作的電弧傳感器稱為旋轉(zhuǎn)電弧傳感器. 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器是一 種特殊的焊槍,在結(jié)構(gòu)上雖比擺動式電弧傳感器復雜, 但具有突出的優(yōu)越性：高速旋 轉(zhuǎn)增加了焊槍位置偏差的檢測靈敏度, 極大地提升了跟蹤精度；高速旋轉(zhuǎn)提升了快速

17、響應特性,適用于高速焊接和薄板搭接的焊縫跟蹤, 在弧焊過程自動限制領域占有重 要的地位.1.3.2.2 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的國內(nèi)外開展情況和應用現(xiàn)狀旋轉(zhuǎn)電弧焊是1959年蘇聯(lián)研究成功的,但進行這種焊接所用的焊機直到 70年代 才出現(xiàn).焊機包括電源、高頻引弧或輔助電極引弧裝置、夾具電極、激磁線圈和加 壓機構(gòu)液壓、機械或手動加壓等局部.影響焊接質(zhì)量的主要工藝參數(shù)有電功率、 磁 場強度、管子裝配間隙、電弧旋轉(zhuǎn)速度和時間、頂鍛力和頂鍛速度.旋轉(zhuǎn)電弧焊的生 產(chǎn)效率較高,與閃光對焊見電阻焊和摩擦焊相比,設備體積、耗電量、坯料損耗、 焊縫毛刺等都小得多.旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在實際生產(chǎn)中的應用首見于日本NKK公司關(guān)于窄

18、間隙焊接的報道中.雖然這種技術(shù)在NK&司的船舶、鍋爐及結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得以應用,且取得了顯著 的成效,但是由于這種旋轉(zhuǎn)機構(gòu)較復雜、體積大、振動大、調(diào)節(jié)不方便,因此限制了 其在實際生產(chǎn)中的廣泛應用.研究與應用說明,旋轉(zhuǎn)方案的選定是旋轉(zhuǎn)電弧傳感器實現(xiàn)其突出功能的關(guān)鍵.日本NK&司的窄間隙焊接首先使用的是野村博一的導電桿轉(zhuǎn)動方案,如圖1-6所示.該方案中,用電動機驅(qū)動導電桿轉(zhuǎn)動,利用導電嘴上的偏心孔使焊絲端頭和電弧旋轉(zhuǎn). 由于導電桿是處于高速轉(zhuǎn)動狀態(tài).焊接電纜與導電桿之間無法直接相連, 需要有一個 類似電刷的石墨滑塊將數(shù)百安培的焊接電流傳送到導電桿上.這對于焊炬的設計、加工和壽命都是不利的

19、.并且,由于導電桿和導電嘴轉(zhuǎn)動而通過導電嘴的焊絲并不轉(zhuǎn)動, 致使導電嘴與焊絲之間存在高速相對運動, 大大增加了導電嘴的磨損.此外,導電嘴 與導電桿的冷卻也難以保證.圖1-6野村博一的導電桿轉(zhuǎn)動方案 也在我國,從八十年代末期開始,以清華大學潘際鑾院士為首的課題組, 在旋轉(zhuǎn)電 弧傳感器方面做了大量的研究工作,并取得了有價值的科研成果.1993年,清華大學博士生廖寶劍在博士生費躍農(nóng)的研究成果的根底上, 研制成功了一種空心軸電機驅(qū) 動的旋轉(zhuǎn)掃描傳感器,并獲得了國家專利,如圖1-7所示.這種高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳 感器采用了空心軸設計,以空心馬達作為原動機,導電桿斜穿過馬達空心軸.在空心 軸上端,通過同軸安

20、裝的調(diào)心軸承支撐導電桿, 該位置處導電桿偏心量為零,調(diào)心軸 承可安裝在電機軸上或機殼上. 在空心軸的下端,外偏心套安裝在軸上,內(nèi)偏心套安 裝于外偏心套內(nèi)孔中,調(diào)心軸承安裝于內(nèi)偏心套內(nèi)孔中,導電桿安裝于軸承內(nèi)孔中. 該處導電桿偏心量由內(nèi)外偏心套各自偏心量及內(nèi)偏心套相對外偏心套轉(zhuǎn)過的角度而 決定.當電機轉(zhuǎn)動時,下調(diào)心軸承將撥動導電桿作為圓錐母線繞電機軸線作公轉(zhuǎn),或稱為圓錐擺動.EIecIehJeRaliilivr DtnxiilMLliE < lifi ii| (KizilfJr* Te 11 iaff ue圖1-7近幾年,南昌大學江西省機器人與焊接自動化重點實驗室在此根底上對這種高 速旋轉(zhuǎn)

21、掃描電弧傳感器在小型化和減振等方面進行了深入細致的研究,并作了進一 步的改進,制作了樣機,樣機安裝在弧焊機器人上成功地進行了實時焊縫跟蹤,圖 1-8為安裝在機器人上的空心軸旋轉(zhuǎn)電弧傳感器.圖1-81.3.2.3 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的開展方向1小型化.電弧傳感器一般用于自動化程度高的場合,即裝置于弧焊機器人的 手臂上.弧焊機器人的手臂承受的重量有限,運動時的速度也較快,這就要求高速旋 轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器在保證強度、剛度、振動等要求的前提下重量越輕越好.當電弧傳 感器質(zhì)量較大時慣性也較大,即使弧焊機器人的手臂能夠支承,也會對其運動的準確 性帶來額外負擔.另一方面,電弧傳感器的體積,尤其是靠近導電嘴局部的

22、徑向尺寸, 直接影響焊炬的可達性.2減振.高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器在工作時的振動很大,原因在于高速旋轉(zhuǎn)掃 描電弧傳感器偏心機構(gòu)的重心偏離了旋轉(zhuǎn)中央. 振動和較大的負荷會影響弧焊機器人 焊接時的焊縫質(zhì)量和焊縫跟蹤精度.因此,有必要在高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器的設計 中充分考慮這一因素,諸如使偏心量、旋轉(zhuǎn)頻率能更方便準確地進行調(diào)節(jié), 從而逐步 解決這一問題.3結(jié)構(gòu)簡單化.從前文所介紹的各種旋轉(zhuǎn)電弧傳感器中不難發(fā)現(xiàn),盡管其具有 突出優(yōu)點,但結(jié)構(gòu)都較為復雜,這主要是由于在焊炬中必須包含電機、偏心機構(gòu)、供 水供氣裝置等功能部件,并且需要考慮絕緣與密封.結(jié)構(gòu)簡化的思路之一是將各功能 部件集成,但這又將使零件難于

23、制造.另一種簡化結(jié)構(gòu)的方案是以電磁感應方式使電 弧旋轉(zhuǎn),取代電機驅(qū)動.目前這種方式的電弧傳感器正在研制當中,已有局部定性研究成果以論文、專利的形式公布.1.4 課題任務本設計采用二維設計方式進行,使用 AutoCAD軟件繪制旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的裝配 圖.同時,本設計任務要求對各零件進行詳細的設計,保證旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的順利裝配與正常使用.2課題設計主要內(nèi)容2.1 電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定2.1.1 空心軸電機在上文所述眾多電弧旋轉(zhuǎn)方案中,空心軸電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電弧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡 單、傳動損耗小、電機功耗低、焊槍小巧靈活、機械振動小、焊接可達性好等優(yōu)點, 是當今旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的主要研究方向.本設計同樣采用空

24、心軸電機作為電弧旋轉(zhuǎn)的動力源.由于當時市場上滿足要求的成品難于找到,重新設計訂貨生產(chǎn)的本錢高、周期長,因此依舊沿用在RAT-R研制過程中采取的選擇適宜電動機改裝的方法. 普通直流電動機換向片處直徑小且轉(zhuǎn)子上 有繞組,限制了軸空的擴大；直流力矩電動機轉(zhuǎn)子和換向片處直徑較大, 但轉(zhuǎn)速過小, 且本錢較高,不適合用于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器.普通軸流風機用單相交流電動機的轉(zhuǎn)子無換向片,鼠籠式結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子可以方便地鉆孔擴孔,電機軸本身即是空心軸,原本是用于安裝風扇,使氣流通過空心軸.這些 條件都使普通軸流風機用單相交流電動機成為旋轉(zhuǎn)電弧傳感器空心軸電機改裝最為 適宜的原型電機.由于導電桿與電機之間應該絕緣, 用以保

25、證焊接電流不影響電機的正常工作, 空 心軸電機的軸內(nèi)壁不能與導電桿接觸.考慮導電桿的最大外徑為10mm不包括安裝軸承用的軸肩局部,以及偏心量因素,并且充分考慮空心軸內(nèi)徑擴大致使機構(gòu)尺寸 擴大這一因素,確定空心軸內(nèi)徑為 14mm參考假設干種現(xiàn)行的軸流風機、軸流泵及空心軸電機的幾何尺寸與工作參數(shù), 設計 出通過改型加工可以獲得并適用于本設計的空心軸電機, 如圖2-1所示.該電機采用 小型軸流泵用電機改制,外徑 40mm厚度26mm空心軸內(nèi)徑14mm外徑18mm長度 根據(jù)裝配要求而定,額定轉(zhuǎn)速 2700 r/min ,額定電壓36V,額定功率40W圖2-1空心軸電機示意圖1-空心軸 2-軸承I 3-

26、端蓋I 4-定子5-外殼6-轉(zhuǎn)子7-端蓋n 8-軸承n2.1.2 運動機構(gòu)設計在選定空心軸電機之后,運動機構(gòu)的根本形式可確定為如圖 2-2所示,在空心軸 電機驅(qū)動下,導電桿部件2以A為頂點,以電機軸線為中央線,做圓錐擺動,稱 為導電桿的公轉(zhuǎn).圖2-2機構(gòu)運動示意圖計算機構(gòu)自由度:n =2, p3 =1p=1,p5 =1,p'=2,F'=1其中,虛身示6nl3UC4fll序疝PB而復瞽誦濡T -J郊百盼1熱向反動的自 由度,以及運動副A與運動副B重復約束的部件2沿自身徑向移動的自由度.局部自 由度為部件2繞自身軸線轉(zhuǎn)動的自由度.此機構(gòu)方案中,運動副B采用圓柱副,當偏心量調(diào)節(jié)時,其

27、傾斜量會發(fā)生變化, 假設增設傾斜量的調(diào)節(jié)/鎖緊裝置那么會增加機構(gòu)復雜程度與體積.因此將機構(gòu)中的圓柱 副B改為如圖2-3所示的球面副.圖2-3修改后的機構(gòu)運動示意圖計算機構(gòu)自由度：n = 2, p3 = 2, p5 =1,p'=1,F' = 1其中,虛約束為品第13 PA前皆於聽而艙一并請溫 1疝京動的自由度; 局部自由度為部件2繞自身軸線轉(zhuǎn)動的自由度.在實際機械結(jié)構(gòu)中,球面副 A與球面副B可以采用調(diào)心球軸承方便地實現(xiàn)02.1.3 防轉(zhuǎn)機構(gòu)導電桿繞其自身軸線轉(zhuǎn)動的局部自由度, 絲之間的摩擦,大大減少導電桿的使用壽命,稱為導電桿的自轉(zhuǎn),會造成導電桿與焊 必須以一個防轉(zhuǎn)機構(gòu)加以限制.

28、由于導圖2-4防轉(zhuǎn)機構(gòu)1-擋塊2-導電桿電桿需要偏心公轉(zhuǎn),防轉(zhuǎn)擋塊與導電桿之間不能夠緊密接觸, 必須留有一定間隙,但 這樣也造成了導電桿的自轉(zhuǎn)無法完全約束的問題.本設計的解決方法如圖2-4所示,在導電 桿高速公轉(zhuǎn)時,導電桿自身由于擋塊的限制而 無法回轉(zhuǎn),而只能在小角度內(nèi)作不確定的擺動, 這就要求防轉(zhuǎn)擋塊能夠承受導電桿的碰撞,并 且最好是能夠減振的.同時,防轉(zhuǎn)擋塊是與機 架固定的,需要與導電桿絕緣.因此需要選用 一種沖擊韌性高、耐熱絕緣的非金屬材料作為 防轉(zhuǎn)擋塊的材料,在本設計中,初步選定為聚 四氟乙烯樹脂.考慮到應盡量減小擺動量、減 小間隙,將防轉(zhuǎn)擋塊安裝在緊靠 A點的位置.2.2 總體結(jié)構(gòu)設

29、計旋轉(zhuǎn)電弧傳感器除了要實現(xiàn)電弧的旋轉(zhuǎn)以外,與普通焊炬一樣,還需要實現(xiàn)冷卻、 通入保護氣體等功能.而其外形尺寸又受到嚴格限制.首先,外形一般為圓柱形.這 主要是為了適應在弧焊機器人手臂上的安裝.其次,外徑必須足夠小,以到達一定的 焊接可達性.2.2.1 各功能局部的軸向分配基于上述考慮,本設計將各主要功能部件進行了劃分,并沿軸向分配,如圖 2-5 所示,自左向右分別為上蓋局部、主腔體、偏心機構(gòu)腔、冷卻水腔、保護氣腔.圖2-5旋轉(zhuǎn)電弧傳感器各功能局部軸向分配上蓋局部主要安裝作為導電桿圓錐擺頂點的調(diào)心球軸承以及防轉(zhuǎn)機構(gòu),其內(nèi)徑尺寸取決于軸承外徑；主腔體內(nèi)主要安裝空心軸電機與檢測裝置, 其內(nèi)徑尺寸取決

30、于空 心軸電機外徑以及檢測裝置外徑；偏心機構(gòu)腔體內(nèi)主要安裝偏心機構(gòu), 其內(nèi)徑尺寸取 決于偏心機構(gòu)的尺寸以及額定偏心量的大??；冷卻水腔用于導電桿的冷卻,并需要保證保護氣體順利通過此腔體到達保護氣腔；保護氣腔及其保護氣罩那么主要用于保證保 護氣體能夠均勻通達電弧局部.各功能部件必須根據(jù)一定的順序. 根據(jù)已經(jīng)確定的運動機構(gòu),上蓋局部、主腔體、 偏心機構(gòu)腔的順序不能打亂.冷卻裝置的主要作用是降低導電桿的溫度,而導電桿靠 近電弧部位的溫度最高,冷卻水腔應盡量靠近導電桿電弧局部. 同樣地,保護氣體用 于對電弧進行氣體保護,保護氣腔也應盡量靠近導電桿電弧局部. 從中可以發(fā)現(xiàn),存在兩種軸向分配方案,問題的焦點

31、在于冷卻水腔與保護氣腔哪個應更靠近電弧局部.冷卻水腔需要使導電桿得到充分冷卻, 就必須具有一定的體積與軸向長度； 保護 氣腔的設計主要考慮氣體的均勻分配, 其體積要求較冷卻腔體低.同時,為了到達焊 接可達性要求,越是靠近導電嘴的局部,其徑向尺寸應越小.綜合考慮之后可得,如 圖2-5的軸向分配最為合理.2.2.2 徑向空間的分配顯然,僅僅對各功能部件進行軸向分配無法滿足設計要求. 首先,軸向分配忽略 了各功能部件之間的連接,其次是導電桿的因素與通水通氣管路的因素. 因此,需要 對旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進行徑向空間的分配.上蓋局部、主腔體、偏心機構(gòu)腔的徑向空間分配如圖2-6 (a)所示.冷卻水與保護氣需要

32、通過外殼中的管道到達冷卻水腔與保護氣腔.同時,使用 4個M6螺釘穿 入外殼將上蓋局部、主腔體以及偏心機構(gòu)腔連接起來,構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的主體部 分.冷卻水腔與保護氣腔構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的下腔局部.導電桿始終處于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的中央部位,并且,除了與軸承配合局部之外,和各功能部件之間保持一定的 間隙.冷卻水腔與保護氣腔局部的徑向空間分配如圖2-6 (b)所示.冷卻水腔與保護氣腔的內(nèi)壁應具有良好的導熱性,以便使冷卻水與保護氣帶走更多的熱量.各功能局部 外殼通水/通氣局部 -A(b)(a)圖2-6旋轉(zhuǎn)電弧傳感器徑向空間分配2.3 導電桿部件的設計2.3.1 導電桿部件的總體設計導電桿是焊炬的核心部件

33、之一, 主要作用是引導焊絲,并對焊絲通電,使其形成 穩(wěn)定的焊接電弧.由于導電嘴需要經(jīng)常更換,市場上也容易購置到現(xiàn)成的導電嘴零件, 一般均采取與導電桿主體螺紋連接,并將靠近螺紋局部的外外表加工為六角形, 利用 扳手很容易實現(xiàn)有效的緊固并且拆裝方便.同時,導電嘴的材料一般采用工業(yè)純銅, 以到達理想的導電性能.由于導電嘴與導電桿的螺紋連接中, 不適合加裝彈簧墊圈等 防松裝置,導電桿宜采用與導電嘴相同的材料. 這樣,具有相同膨脹系數(shù)的材料在預 緊后不會由于熱膨脹而發(fā)生松動甚至脫落. 另一方面,工業(yè)純銅的機械性能與加工性 能不如黃銅,但導電桿部件的力學性能要求不高, 故可以采用.導電桿內(nèi)需要通過焊 絲,

34、并使其精確到達焊接點,因此將導電桿部件的內(nèi)徑設計為由大到小的階梯孔,并在交接處采用圓錐過渡.止匕外,在本設計中,導電桿部件需要與兩個調(diào)心球軸承配合. 因此,將導電桿部件設計成由上導電桿、下導電桿、導電嘴組成,如圖 2-7所示.圖2-7導電桿及相關(guān)零部件裝配1-上調(diào)心球軸承 2-上軸承套 3-防轉(zhuǎn)擋塊 4-上導電桿 5-下調(diào)心球軸承6-下軸承套7-防塵蓋8-下導電桿 9-導電嘴2.3.2 軸承的選用與安裝考慮導電桿受力較小,但存在振動.由于本設計中,軸系為非傳統(tǒng)軸系,選用調(diào) 心球軸承也是為了實現(xiàn)圓錐擺動,并非根據(jù)?機械設計手冊?中,滾動軸承特性表所 述,用于承受載荷作用下彎曲較大的傳動軸250因

35、此,軸承的壽命校核無法采用傳統(tǒng) 的校核公式.根據(jù)已有的類似機構(gòu)的設計網(wǎng)19,選用中載系列調(diào)心球軸承,1200 (GB/T 281-1994).兩個調(diào)心球軸承均與上導電桿配合, 并用軸肩定位,由于兩軸承之間的導電桿部 分需要穿過空心軸,故采取如圖2-7所示的軸肩設計方案.同時,上調(diào)心球軸承的軸 向定位軸肩還作為防轉(zhuǎn)機構(gòu)的一局部.由于選用的軸承為普通金屬部件, 而導電桿與外殼之間又需要絕緣,需要在軸承 外圈使用絕緣材料.在眾多絕緣材料中,尼龍 -MC具有良好的絕緣耐熱性能與機械 性能,因此,在本設計中,直接采用尼龍-MC制造兩調(diào)心軸承的軸承套.上調(diào)心球 軸承的軸承套外徑可以與外殼直接配合；下調(diào)心球

36、軸承的軸承套與偏心機構(gòu)固定.由于兩軸承工作溫度較高,并且在結(jié)構(gòu)上又不適合采用潤滑油潤滑, 故采用具有 一定耐熱性能的鈉基潤滑脂.相比較而言,下調(diào)心球軸承的工作條件更為惡劣,因此, 在下調(diào)心球軸承靠近導電嘴的一端安裝一個防塵蓋,這一設計借鑒了南昌大學設計的 一種帶擋塵蓋的旋轉(zhuǎn)掃描焊炬的實用新型專利170焊接時,焊接點的高溫與相對溫度 較低的傳感器內(nèi)部產(chǎn)生較大溫差,形成上升氣流,往往會夾帶焊接過程中產(chǎn)生的微小 鐵珠與灰塵.防塵蓋那么可以有效預防微小鐵珠與灰塵隨著上升氣流進入調(diào)心球軸承, 從而大大延長軸承壽命.另一方面,防塵蓋宜采用沖壓件,具外表粗糙度較低,能夠 反射一局部熱輻射.改善軸承的工作條件

37、.防塵蓋安裝于上導電桿與下導電桿之間, 同時還具有軸承內(nèi)圈軸向限位的作用.2.4 檢測裝置的選定與安裝2.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測方法電動機旋轉(zhuǎn)所達角度位置決定焊炬掃描所達的橫向位置,該位置信號的檢測對傳 感器的信號處理非常重要,而轉(zhuǎn)速的測定那么能夠保證旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定.最早方案用于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的檢測裝置是電位器與整角機,但效果極為不理 想,并未真正采用.一般傳統(tǒng)的檢測裝置采用光電碼盤與光耦,如圖 2-8所示.這種 檢測裝置包括一個編碼盤和兩個光耦. 其中,編碼盤外圈銃出矩形齒槽,其中一個齒 槽較其它齒槽更深.兩個光耦安裝在外殼內(nèi),光耦I的光路可以通過所有齒槽,光耦 R的光路只能通過深齒槽.

38、編碼盤安裝在電機軸上,當電機運轉(zhuǎn)時,齒形將交替阻擋 /允許由光耦的發(fā)光管通往光敏接收管的光路,光敏管那么輸出一串信號,經(jīng)過外部電 路的調(diào)制后可得一串脈沖信號,稱為分度脈沖信號,從兩個光耦獲得的分度脈沖信號 分別稱為信號I與信號R.信號I的周期即轉(zhuǎn)過一齒的時間,從中可獲得旋轉(zhuǎn)的瞬時 速度.信號R的周期即回轉(zhuǎn)周期,將上一次光耦R的光路通過齒槽起的時間除以這段 時間內(nèi)信號I的平均周期即上一次光耦R的光路通過齒槽后轉(zhuǎn)過的角度.由此,通過對兩光耦輸出信號的分析,便可以得到旋轉(zhuǎn)的速度與角位移量, 從而使電弧傳感器根 據(jù)該數(shù)據(jù)對焊縫進行準確的跟蹤.圖2-8傳統(tǒng)的檢測裝置1-光耦I 2-編碼盤 3-光耦n2.

39、4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器傳統(tǒng)的檢測裝置具有體積小、安裝方便的優(yōu)點,然而也存在明顯的缺點.首先, 光耦元件結(jié)構(gòu)簡單,其輸出信號還是模擬信號,需要通過外部電路調(diào)制；其次,模擬 信號極易收到干擾,容易造成信號的喪失與誤讀.因此,需要尋找一種新的替代方法 以解決這些問題.隨著編碼器技術(shù)的日益開展,選用一款現(xiàn)成的旋轉(zhuǎn)編碼器是解決上述問題的方式 之一.當前存在眾多旋轉(zhuǎn)編碼器供貨廠家, 其產(chǎn)品種類繁多,總體上分為機床用編碼 器與電機用編碼器,其中機床用編碼器體積較大,很少有空心軸型號,且空心軸型號 的孔徑都較小,這種旋轉(zhuǎn)編碼器能承受較大轉(zhuǎn)矩,檢測精度很高,適用于精度要求高 的數(shù)控機床.電機用編碼器尺寸

40、較小,一般外徑在 50mm以內(nèi),形式多樣,適用于多 種有一定檢測精度要求的場合.本設計采用一款分體式安裝的電機用旋轉(zhuǎn)編碼器,如圖 2-9所示.選用一款現(xiàn)有 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器21改裝而成.其中,編碼器局部不需要改裝,只需要增大編 碼盤孔徑,使其能夠與空心軸裝配.這種編碼器包含模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,由八個引腳直接 輸出數(shù)字信號.圖2-9分體式安裝的編碼器1-編碼盤2-編碼器同時,分體式的設計使分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器可以采用與傳統(tǒng)檢測裝置類似的方法安裝,唯一不同的是編碼盤與編碼器之間的位置精度要求較傳統(tǒng)檢測裝置高.在這一點上,產(chǎn)品本身已經(jīng)提供了解決方法.編碼器在其需要裝配平面上的定位類似于“一面兩短銷

41、定位方式,編碼器的裝配外表上有兩個短圓柱突起,與兩圓柱孔配合 即可完成定位,再用螺釘緊固即可完成裝配.編碼盤與編碼器的軸向定位可以在編碼 盤與空心軸的裝配時進行調(diào)整來實現(xiàn).2.5 偏心機構(gòu)的設計2.5.1 偏心方案確實定偏心機構(gòu)是實現(xiàn)導電桿圓錐擺動的重要部件,要求能夠?qū)崿F(xiàn)偏心量的調(diào)節(jié)與鎖定.本設計采用螺釘調(diào)節(jié)、彈簧復位、螺釘緊定的方法.如圖 2-10所示,在調(diào)心球 軸承的軸承套上設計一個開式滑槽,與滑塊形成移動副；滑塊通過緊定螺釘安裝在空 心軸電機的空心軸上；偏心機構(gòu)蓋安裝在軸承套上,構(gòu)成軸承套部件,限制軸承的軸 向自由度；調(diào)節(jié)螺釘通過頂塊、鋼球緊定在滑塊上,緊定螺釘直接緊定在滑塊上；滑 塊及

42、偏心機構(gòu)蓋在與鋼球接觸的位置上都加工有圓弧槽,限制鋼球沿電機軸方向的自由度.偏心量的調(diào)節(jié)方法為：1增大偏心量.先松開緊定螺釘,順時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘,那么調(diào)節(jié)螺釘通過頂塊、 鋼球使軸承套部件沿移動副向下移動, 從而增大偏心量；到達所需位置后,再將緊定螺釘擰緊2減小偏心量.逆時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘,由于在彈簧力的作用下,鋼球、頂塊與 調(diào)節(jié)螺釘始終接觸,當調(diào)節(jié)螺釘退出,彈簧使軸承套部件沿移動副向上移動, 從而減 小偏心量；到達所需位置后,將緊定螺釘擰緊.圖2-10偏心機構(gòu)1-調(diào)節(jié)螺釘2-偏心機構(gòu)蓋3-頂塊 4-鋼球 5-滑塊 6-電機軸 7-調(diào)心球軸承8-平衡塊 9-緊定螺釘10-彈簧11-導電桿12-軸承

43、套圖2-11偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖圖2-11為偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)的機構(gòu)示意圖.部件 1為滑塊、部件3為軸承套部件 計算自由度：D調(diào)節(jié)時的機構(gòu)自由度n = 3, pi = i, p2 = 2, p5 = 2, p' = i,F ' = 3其中,虛約%燃件pii W案件53時b或濡審 Y消/拚2油杉浙而自由度,局部自由度為部件2繞自身中央的自由轉(zhuǎn)動.運動副D與運動副E為IV級副,圖中未 注.2)鎖緊時的機構(gòu)自由度當偏心機構(gòu)鎖緊時,相當于部件 3也成為機架.于是,有 n = 2, p1 = i,p2 = 2, p5 = i,p'=i,F' = 3F =6n - pi -2P2

44、-5p5 p'-F ' =6 2 -1-2 2 -5 1 1 -3 = 0符合鎖緊要求.偏心機構(gòu)的可調(diào)節(jié)性校核計算：偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)受力圖如圖2-12 (a) (b)所示,Fi為調(diào)節(jié)螺釘對鋼球的作用力,Fk 為彈簧力.為使計算方便,將軸承套部件定為機架.圖2-12偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)受力圖1)當滑塊向下移動時,受力情況如圖2-12 (a)所示,查摩擦系數(shù)表 田,取最大靜摩擦系數(shù)均為=0.25.得方程Fi Ni = Fk sin30 = Fk = Fi Ni / sin30 fi =Ni調(diào)節(jié)螺釘退出過程中,可視為Fi = 0 ,于是Fk cos30 -fi=Ni cot30 - "

45、 - .3-0.25 Ni 0機構(gòu)可調(diào)節(jié).2)當滑塊向上移動時,受力情況如圖 2-i2 (b) (c)所示.先分析鋼球(滾動摩 擦忽略),得分析滑塊,得于是Fi = Fni sin45? 二Fn2 =FniCOs45Fni = Fl /sin45Fn 2 = FiFni cos45' =FkSin30N2 = Fnif2 -N2Fksin30N2cos45Fni cos45' - f2 - Fkcos30= Fksin30N2 -N2-Fkcos303 G= 0.75N2 + 0.5-J FkI 2 J由于N2 > Fk,故機構(gòu)可調(diào)節(jié).2.5.2 偏心機構(gòu)的平衡偏心機構(gòu)使

46、導電桿的質(zhì)心發(fā)生偏離 會產(chǎn)生不平衡慣性力,增加機構(gòu)所受載 荷,并使機構(gòu)產(chǎn)生較大振動.雖然偏心 量僅為假設干毫米,對機構(gòu)本身的影響并 不大,但假設能夠得到解決,對機構(gòu)運動 更為有利.本設計中不適合增設飛輪, 故嘗試采取增設平衡質(zhì)量塊的方法.圖2-13偏心機構(gòu)的平衡方案平衡塊的位置如圖3-10所示,安裝 在軸承套上、與偏心方向異測的位置上. 由于調(diào)心軸承根本位于導電桿部件的中 點位置,故其質(zhì)心可視為與導電桿重合. 于是,偏心機構(gòu)的平衡方案可簡化為圖 2-13所示.查手冊25得調(diào)心球軸承軸承質(zhì)量 m軸承=0.035kg ,查手冊26得紫銅密度P =8.9M03kg/m3,估算體積 V導電桿=6.6M

47、10*m3,計算質(zhì)量mi =m軸承 二V導電桿=0.035 8.9 103 6.6 10= 0.62kg根據(jù)實際情況,取偏心量ri= 1.5 mm , r2 = 20 mm ,靜平衡方程“ F = miri m2r2 = 0帶入數(shù)值,得miri m2 = r20.62 0.00i50.020= 0.0465 kg本設計的平衡塊允許厚度為3 mm ,沿軸向長度ii mm ,估算體積V平衡塊=8Mi0,m3,材料為黃銅,密度P'=8.5父i03kg/m3 ,那么實際平衡質(zhì)量m2實=D'V平衡塊=8.5 i03 8 i0= 0.0068kg平衡效果并不明顯,亟待改進.2.6 外殼的設

48、計2.6.1 外殼總體設計外殼總體設計如圖2-i4所示,在機構(gòu)功能局部總體分配的根底上進一步細化： 上蓋內(nèi)安裝上調(diào)心球軸承與上軸承套,編碼器固定蓋在上蓋與主腔體之間,用于固定 編碼器與防轉(zhuǎn)擋塊,主腔體與中腔外殼偏心機構(gòu)腔之間為電機固定蓋,用于固空 心軸電機,集氣套與下蓋采用螺紋連接,并且在其外圓柱外表加工滾花,使其便于拆 裝,這樣可以方便地對易受焊接飛濺、揚塵沾染局部進行清潔,并且便于更換導電嘴.主體局部上蓋局部、主腔體、偏心機構(gòu)腔外殼的裝配,使用4個M6螺釘將上蓋、編碼器固定蓋、主腔體、電機固定蓋及中腔外殼連接起來,從上蓋一端穿入, 擰入中腔外殼端面對應位置的螺紋孔中.考慮到這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)中,

49、各部件的偏差累積, 在裝配時,使用調(diào)整墊片進行調(diào)整.下腔局部冷卻水腔、保護氣腔由于存在密封問題,與主體局部安裝方式不同. 先將下腔內(nèi)管用6個帶絕緣套的螺釘安裝在中腔外殼的端面上, 再將通水腔外殼與通 氣腔外殼順次套裝在下腔內(nèi)管上,用鎖緊螺母鎖緊,然后將通氣套管裝入下腔內(nèi)管中, 用3個帶絕緣套的螺釘將下蓋安裝到通氣腔外殼的端面上,最后安裝集氣套.圖2-14外殼總體設計1-上蓋2-編碼器固定蓋3-主腔體4-電機固定蓋5-中腔外殼6-通水腔外殼7-下腔內(nèi)管8-通氣腔外殼9-下蓋10-通氣套管11-集氣套處于減少機構(gòu)總體重量的考慮,外殼宜采用密度較小、價格相對低廉的鑄鋁或硬 鋁.但鋁的熔點較低,耐熱性

50、差,不適合用于靠近焊接電弧的零部件.另一方面,焊 接工件一般為鋼鐵材料,飛濺的金屬液容易與同樣的材料緊密粘連, 因此焊接電弧附 近不宜安裝鋼鐵材料的零部件.止匕外,下腔內(nèi)管需要有較好的導熱性,便于冷卻水帶 走熱量.基于上述考慮,選用機械性能優(yōu)良、熔點高、導熱性好的黃銅作為集氣套、 下蓋、下腔內(nèi)管及下蓋固定螺釘?shù)牟牧?2.6.2 通水方式本設計的冷卻方式主要采取高壓冷卻水循環(huán)方式,同時,保護氣體也具有一定的冷卻作用,但冷卻效果不如水冷明顯.通水方式如圖2-15所示.通水管穿過主體局部外殼,以管螺紋與中腔外殼同樣 加工了管螺紋的通孔配合,采用常用的聚四氟乙烯密封帶進行密封.中腔外殼上的通 孔與通水

51、腔相連.通水腔由通水腔外殼、下腔內(nèi)管與中腔外殼的端面構(gòu)成.工作時, 高壓冷卻水通過通水管、中腔外殼,進入通水腔.同樣的,通水腔里的水,通過中腔 外殼、通水管流出.圖2-15通水萬式2.6.3 通氣方式通氣方式如圖2-16 (a)所示.通氣管的安裝方式與通水管類似,穿過主體局部 外殼,以管螺紋與中腔外殼加工了管螺紋的通孔配合,采用常用的聚四氟乙烯密封帶 進行密封.中腔外殼上的通孔與通水腔外殼上的通氣管路相連,再與通氣腔相連.通 氣腔由通氣腔外殼、下蓋、下腔內(nèi)管以及通氣套管構(gòu)成.工作時,保護氣依次通過通 氣管、中腔外殼上的通孔、通水腔外殼上的通氣管路,進入通氣腔,再通過通氣套管 上的3個均布孔進入

52、集氣套內(nèi),通往焊接點.S)(b)(0圖2-16通氣方式保護氣體的均勻分配主要依靠通氣套管來實現(xiàn).通氣套管如圖2-16 (c)所示,采用非金屬材料聚四氟乙烯樹脂,也可使用石棉發(fā)泡材料.通氣套管與下腔內(nèi)管使用 耐熱膠粘劑粘接.通氣套管上3個均布圓弧槽與下蓋內(nèi)的錐孔形成通氣通道使保護氣 體通過.在裝配時,通氣套管與下蓋之間存在一定間隙,這并不影響保護氣的正常通入.2.7 絕緣與密封設計在上文旋轉(zhuǎn)電弧傳感器各局部的設計中,已經(jīng)提到了一些絕緣與密封的相關(guān)設 計,鑒于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器絕緣與密封的重要性,在這里作出詳細說明.2.7.1 絕緣設計旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的絕緣主要是導電桿部件與其它零部件之間的絕緣以及靠近

53、焊 接點的零部件與其它零部件之間的絕緣.其中,導電桿部件與其它零部件的絕緣采用 絕緣軸承套以及絕緣材料制造的防轉(zhuǎn)擋塊解決,其具體形式已在前文中詳細表達,此 處不再贅述.靠近焊接點的零部件與其它零部件之間的絕緣.這類絕緣主要是為了預防飛濺的 帶電金屬液使帶電工件與旋轉(zhuǎn)電弧傳感器之間產(chǎn)生瞬間強電流,影響其正常工作,甚至導致其損壞.為便于設計分析與說明,將靠近焊接點的零部件分為如下等級：2.8 受到大量飛濺影響的零部件.這類零部件靠近焊接電弧,受飛濺影響的概 率極大.2級：可能受到飛濺影響的零部件.這類零部件與焊接電弧之間有一定的距離, 受上升氣流影響大,并且靠近導電桿,上升氣流夾帶的金屬塵?？赡軙?/p>

54、使導電桿與該 零部件之間產(chǎn)生瞬間電流,影響旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的正常工作,但其發(fā)生概率與危害程 度遠小于1級的情況.需要說明的是,與某一級別的零部件有直接裝配關(guān)系的金屬零部件也應劃歸該級別.為便于說明,將其它零件定義為 3級零件.根據(jù)上述規(guī)定,劃歸1級的零件為：集氣套、上蓋；劃歸2級的零件為：下腔內(nèi) 管、通氣腔外殼、通水腔外殼、壓緊螺母以及用于固定下蓋的螺釘.1級零件與2級零件的分布如圖2-17所示,這樣,1級零件與2級零件之間需要絕緣,2級零件與3 級零件之間需要絕緣.圖2-17需要絕緣的零件分布本設計中,1級零彳與2級零件之間通過螺釘連接,由于螺釘為金屬零件,傳統(tǒng) 的螺釘連接方式無法實現(xiàn)被連接件

55、之間的絕緣,故采取圖2-18所示的方式,完全隔絕螺釘與零件I的直接接觸.在2級零件與3級零件之間的絕緣中,下腔內(nèi)管與中腔 外殼的裝配也采用了這種螺釘連接方式.圖2-18螺釘連接的絕緣設計1-螺釘2-絕緣套3-零件I 4-絕緣蓋板5-零件n2級零彳與3級零件間的絕緣,包括下腔內(nèi)管與中腔外殼的裝配、通水腔外殼與 中腔外殼的裝配,以及下腔內(nèi)管內(nèi)壁的絕緣.其中,通水腔外殼與中腔外殼的裝配采 用絕緣膠墊進行絕緣,下腔內(nèi)管內(nèi)壁的絕緣那么利用通氣套管進行絕緣.2.7.2 密封設計旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的密封同樣可以分為兩個級別：通水密封與通氣密封.通水密封 的要求較高.由于冷卻水壓力較高,并且導電,一旦泄漏將極易造

56、成短路,損壞電機 與編碼器,并稀釋軸承潤滑脂.同時,高壓冷卻水通過泄漏狹縫時產(chǎn)生的噴射現(xiàn)象還 可能造成其它外部設備的損壞.因此,通水密封絕對不允許泄漏.通氣密封的要求相 對較低,這主要是由于保護氣泄漏對其它零部件的危害很小, 但會減小通達焊接點的 保護氣壓力,降低氣體保護的效果.圖2-19密封部位示意圖本設計中需要密封的部位如圖 2-19所示,通水密封采用橡膠密封墊片與橡膠密 封墊圈,并在其余細小接縫處涂耐熱密封膠,通氣密封那么直接采用耐熱密封膠密封. 通水管與通氣管安裝的密封設計已在前文中詳細表達,不再贅述.2.8 其它零部件的設計2.8.1 集線蓋與接地裝置根據(jù)前文的設計,空心軸電機與編碼器安裝在主腔體中, 具接線需要以一種適宜 的方式引出,并且不能干擾電機與編碼器的正常工作.因此,需要在主腔體上增設專門的集線裝置.本設計中,采用如圖 2-20所示的集線蓋方案.具體為,在主腔體側(cè) 面靠近編碼器固定蓋的位置開設一矩形孔,并用螺釘安裝一個集線蓋.電機接線與編 碼器接線分別通過集線蓋上的兩孔接出,在調(diào)整好接線的長度與松緊之后,用塑料卡 環(huán)將接線固定在集線蓋上.其中,電機接線與編碼器接線從兩孔分別接出, 是出于防 止電源線對信號線干擾的考慮,在條件允許的情況下,可以在電機接線端并聯(lián)一個一 定容值的電容器,以進一步消除這種干擾.矩形孔尺寸以使分體式編碼器的編