中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì)

1、中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 摘要 在設(shè)計(jì)中直縫焊接機(jī)是最為典型且應(yīng)用最廣泛的機(jī)動(dòng)式焊接機(jī)械裝備，他主要包括電氣控制部分和機(jī)械部分，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹了自動(dòng)焊機(jī)的機(jī)械部分和自動(dòng)控制。機(jī)械部分是驅(qū)動(dòng)焊體的移動(dòng)部分，包括電動(dòng)機(jī)，聯(lián)軸器，軸承和減速器等。自動(dòng)控制部分主要是PLC自動(dòng)控制。 譯：The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of elec tronic cotrol

2、ing and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation -wheel .degradation -conveyor and so on . the automatic controlli

3、ng main is PLC automatic controlling。 . 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 () 摘要 () 概述 (1) 第一章機(jī)械傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) (2) 一、擬訂傳動(dòng)方案 (2) 二、絲杠螺母的選擇 (2) 三、電動(dòng)機(jī)選擇 (3) 第二章機(jī)械減速器設(shè)計(jì) (5) 一、齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (5) 二、軸的設(shè)計(jì) (8) 三、鍵的選擇與校核 (11) 四、軸承的選擇與校核 (12) 五、箱體構(gòu)造尺寸擇 (13) 第三章焊接專用夾具設(shè)計(jì) (14) 一、焊接專用夾具的工作原理 (14) 二、焊接專用夾具的作用 (14) 三、焊接專用夾具的組成 (1

4、5) 四、夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求 (15) 五、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求 (15) 六、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的步驟 (16) 第四章直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)略 (17) 第五章 PLC程序控制設(shè)計(jì)略 (18) 第六章設(shè)計(jì)小結(jié) (19) 第七章參考文獻(xiàn) (20) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 概述 自動(dòng)控制氣體保護(hù)焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護(hù)，所以用它能進(jìn)行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動(dòng)控制，因此焊縫均勻。該方法自問世以來!就一直遭到人們的重視(1969年美國 DEC公司研制出第一臺(tái) PLC用于GM公司生產(chǎn)線上并獲得成功。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80年代!隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子

5、技術(shù)的迅猛發(fā)展!極大地推動(dòng)了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域!為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具!加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。在自動(dòng)控制焊機(jī)中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強(qiáng)c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強(qiáng)e、具有各種接口!與外部設(shè)備連接非常方便f、維修方便等。正由于如此，用PLC控制的氣體保護(hù)自動(dòng)焊機(jī)在我國被廣泛的應(yīng)用。 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 第一章機(jī)械傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 一、擬訂傳動(dòng)方案 根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求及各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能制定傳動(dòng)方案如圖1, 圖1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 傳動(dòng)方案分析：該設(shè)備用于管類零件的直

6、縫焊接，焊接的速度比擬低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，能夠使輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)不太大，電機(jī)須頻繁啟動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實(shí)現(xiàn)較好的無級(jí)調(diào)速，選擇直流電動(dòng)機(jī)，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪減速器能夠得到一定的傳動(dòng)比，利用二者聯(lián)合調(diào)速能夠得到較好的調(diào)速性能。 二、絲杠螺母的選擇 一絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 1用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠或螺母可使螺母或絲杠獲得較大的牽引力。 2可到達(dá)較高的降速傳動(dòng)比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡化，傳動(dòng)鏈得以縮短。3能到達(dá)較高的傳動(dòng)精度，用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)還可

7、用作測(cè)量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達(dá)0.001mm。 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 4傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲。 5在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?dòng)，此特點(diǎn)十分適用于作部件升降傳動(dòng)，可防止部件因自重而自動(dòng)降落。 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，有參考文獻(xiàn)絲杠螺母的傳動(dòng)方式及其應(yīng)用見表 5.7-1的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)簡圖如圖2： 圖2 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng) 二絲杠螺母副的選擇 由參考文獻(xiàn)表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如 表1： 表1 三絲杠的傳動(dòng)效率 由參考文獻(xiàn)查得=0.7 四絲杠螺母的校核略 三、電動(dòng)機(jī)選擇 1、確定驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的外力和轉(zhuǎn)矩 焊槍的移動(dòng)速度v 由設(shè)計(jì)要求

8、可知焊槍移動(dòng)速度范圍v=0.5m/min1.5m/min 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 絲杠的轉(zhuǎn)速n 絲杠的螺距為4mm ，由參考文獻(xiàn)式 當(dāng)v=0.5m/min 時(shí)v 為 1000v n S = =10000.5 4?=125r/min 當(dāng)v=1.5m/min 時(shí)v 為 1000v n S = =1000 1.5 4 ?=375r/min 所以絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)速度范圍為125r/min 375r/min 2、電動(dòng)機(jī)類型和構(gòu)造形式選擇 因本設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，調(diào)速范圍廣，周期性運(yùn)行，切運(yùn)轉(zhuǎn)要平穩(wěn)可靠，為了得到較好的調(diào)速性能，選用Z2系列直流電動(dòng)機(jī)，利用調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無級(jí)調(diào)速。安裝形式選擇

9、臥式。 3、電動(dòng)機(jī)容量確定 本設(shè)備負(fù)載小，屬于慣性旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，固按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率。 計(jì)算移動(dòng)部件摩擦阻力矩 移動(dòng)部件的摩擦力矩為主要的功率消耗所以其它的摩擦能夠忽略 不計(jì)，由于移動(dòng)部件的重力定為500N 所以移動(dòng)部件所受的摩擦力為由參考文獻(xiàn)表5.7-3知摩擦系數(shù)f=0.1 f F =500f=500?0.1=50N 摩擦阻力矩由參考文獻(xiàn)式5-32得 2f f F L M i = 其中 L 絲杠螺距 i 齒輪減速比為4 傳動(dòng)效率定為0.7 2f f F L M i = = 504 20.74 ?=11.4Nm 當(dāng)絲杠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),克制摩擦阻力矩所需的功率 P 絲=0.1047f M n/=0

10、.104711.4375/0.7=639.5W 由參考文獻(xiàn)表2-4機(jī)械傳動(dòng)的效率得 閉式圓柱齒輪的機(jī)械傳動(dòng)效率為1=0.97 一對(duì)滾動(dòng)軸承的機(jī)械傳動(dòng)效率為2=0.99 則機(jī)械傳動(dòng)鏈的總效率為 =122=0.97?0.99?0.99=0.95 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)功率 P = P 絲=639.50.95=673.2W 為了擴(kuò)大設(shè)備加工范圍,設(shè)備的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)有足夠的 量.另由于傳動(dòng)比擬大,調(diào)速范圍寬,固應(yīng)選擇較高的電機(jī),由參考文獻(xiàn)表13-65，選擇系列化FANUC 型直流電動(dòng)機(jī)5M 型.該電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表2: 表2 計(jì)算傳動(dòng)比 由參考文獻(xiàn)知，可選擇電力拖動(dòng)系統(tǒng)為調(diào)速范

11、圍為中等調(diào)速350D D= max min n n =4 min n = max 4 n =2000 4=500r/min i=n min n 絲500/125=4 當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速為375r/min 時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為375?4=1500r/min 所以要求電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍為500r/min 1500r/min 所以能知足要求。 i=i 晶i 齒,為了得到較大調(diào)速范圍，用晶閘管直流調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍i 晶4;機(jī)械減速利用齒輪單級(jí)減速器實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)比i 齒4. 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)略 第二章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì) 一 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1、按圖所方案，選

12、定直齒圓柱齒輪示的傳動(dòng)傳動(dòng)。移動(dòng)部件為一般機(jī)構(gòu)，速度不高，故齒輪選定8級(jí)精度。 2、齒輪選用便于制造且價(jià)格便宜的材料，由參考文獻(xiàn)表3-2選取小齒輪材料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，HBS 1=240,大齒輪材料為45號(hào)鋼常化HBS 2=200. 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 3、選取小齒輪數(shù)Z 1=20,大齒輪數(shù)Z 2=iZ 1=420=80。因齒面硬度小于350HBS 的閉式傳動(dòng)，所以按齒面接觸疲憊強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲憊強(qiáng)度。 二、按齒面接觸疲憊強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由參考文獻(xiàn)式3-24得設(shè)計(jì)公式為 :21()E t H Z d mm 1、確定公式內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值 1試選載荷系數(shù)K t =1.3

13、2計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,按高速軸的最低轉(zhuǎn)速計(jì)算 T 1=95.5105p/n 1=50.7128 95.510500 ? =13614.5Nmm=13.6Nm 3由表3-9選取齒寬系數(shù) d=0.8 4由表3-7查得彈性影響系數(shù)Z E =189.85由參考文獻(xiàn)表3-59查得接觸疲憊強(qiáng)度極限H l i m 1 =590Mp a ;由 表3-59查得接觸疲憊強(qiáng)度極限 H l i m 2 =470Mp a 6由式3-29計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 1=601h n jL =6050011630015=21.6108 2N =1/N u =21.6108/4=5.4108 7由圖357查的壽命系數(shù)121HN

14、HN K K = 8計(jì)算接觸疲憊許用應(yīng)力。取失效概論為1%，安全系數(shù)為S=1，由 式330得：1l i m 11H N H H K =?=590MPa 2lim 22 HN H H K =?=470MPa 2.計(jì)算 1計(jì)算小齒輪分度圓直徑1t d ： 1t d 2計(jì)算圓周速度： V= 38.3500 601000 ?=1m/s 3計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)1/100120/1000.2/V Z m s ?=?=,由圖310查得 V K =1.08；因是直齒圓柱齒輪，取a K =1；同時(shí)由35查得A K =1；由圖312查得H K =1.12；F K =1.25。故載荷系數(shù)為 1.0811 1.21 1

15、.21A V a K K K K K =?=?= 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 4按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由327B 得 11d d =5計(jì)算模數(shù)： 11/37.4/20m d Z =1.87mm 由參考文獻(xiàn)表72取模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，m=2mm 6計(jì)算分度圓直徑： 1120240d Z m =?= 22802160d Z m =?= 7計(jì)算中心矩：a=(d 1+d 2)/2=(40+160)/2=100mm 8計(jì)算齒輪寬度： b=d d 1=0.840=32mm 圓整，取B 2=35mm,B 1=40mm 三、校核齒根彎曲疲憊強(qiáng)度 由式16-4得校核公式為： t Fa

16、 sa F F KYY Y bm = MPa 1、確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值 計(jì)算圓周力 F t =2T 1/d 1=213614.5/40=680.7N 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表3-8查得： Y F a 1=2.8 Y S a 1=1.55; Y F a2=2.22; Y S a 2=1.77 計(jì)算載荷系數(shù)： K=K A K V K a K F =11.0811.25=1.35 查取彎曲疲憊強(qiáng)度極限及壽命系數(shù)。由圖3-58查得F l im 1 =450Mp a ; 由圖3-58查得F l i m 2 =390Mp a ;由圖3-56查得KF N 1=KF N 2=1. 計(jì)算彎曲疲憊許用應(yīng)力，取彎曲

17、疲憊安全系數(shù)S=S F =1.4，由式3-28 得： F 1=1lim11450 321.431.4FN F K S ?=MPa F 2=2lim21390 278.571.4 FN F K S ?=MPa 校核計(jì)算 11 1.35680.7 2.8 1.58 50.81402F F MP ?= =? 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 中直縫焊接機(jī)夾具設(shè)計(jì) 2221 2 11 2.22 1.77 50.81462.8 1.55 Fa sa F F F Fa sa Y Y MPa Y Y ?=?=? 二 軸的設(shè)計(jì) 一、高速軸的設(shè)計(jì) 1、選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力 由于該減速器傳動(dòng)功率不大，而且對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求。故選擇45號(hào)鋼，正火處理。由表10-1查得B =588Mpa; =294Mpa; -1 =238Mpa; -1 =138Mpa; +1 b=196Mpa; o b =93Mpa;-1 b=54Mpa 2、初步估算軸的最小直徑，并選擇聯(lián)軸器 為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d 1為軸的最小直徑。 根據(jù)公式10-2