1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)Design of Horizontal Welding Positioner學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)械081 學(xué)生姓名： 陶鑫柯 學(xué) 號(hào)： 010817135 指導(dǎo)教師： 陳連（教授） 2012年6月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)摘 要：焊接變位機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的一種不可或缺的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域可以將它劃分為焊接輔助機(jī)，其型式和品種規(guī)格約有十余個(gè)系列、百余個(gè)品種，正在逐步形成一個(gè)新興行業(yè)。本設(shè)計(jì)題目是設(shè)計(jì)載重1000Kg，可進(jìn)行全位置焊接的座式焊接變位機(jī)械。主要內(nèi)容是關(guān)于焊接時(shí)工作臺(tái)

2、與工件回轉(zhuǎn)傾斜的控制、電機(jī)選擇、減速器的選擇、各個(gè)軸和軸承的確定以及校核等等。設(shè)計(jì)的具體過程是根據(jù)任務(wù)書給定的載荷和焊接速度等參數(shù)來確定設(shè)備所需要的電動(dòng)機(jī)類型，電動(dòng)機(jī)參數(shù)，包括：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、額定功率、電壓電流等，在此基礎(chǔ)上計(jì)算第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)軸的相關(guān)數(shù)據(jù)、第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)軸的相關(guān)數(shù)據(jù)以及選擇相應(yīng)配件的型號(hào)，并且對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度、使用壽命等的校核。最后使用CAD軟件繪制相關(guān)的零件圖紙、裝配圖紙。關(guān)鍵詞：焊接變位機(jī)；座式；機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Design of Horizontal Welding PositionerAbstract: Welding positioner has b

3、ecome indispensable manufacturing equipment, in the welding area it can be designated as welding auxiliary machines. The products specifications on the type of case, has been available, and nearly a dozen more series, more than one hundred varieties and specifications, and is forming a new industry.

4、 This subject is designed to load 1000Kg, for all position welding of Block Variable-bit machines. Mainly on the welding machine of the rotary turning the control, motor selection, the choice of reducer, worm shaft and bearing all the determination and checking, and so on. The specific process desig

5、n is based on the commitments, which gives load and welding speed to determine the motor types and motor parameters, which equipment needed to, including: motor speed, rated power, voltage and current, calculated on the basis of this axis and the corresponding parts of the model size, and its associ

6、ated strength, service life can be checked. Fragment using CAD software, the relevant parts diagram, assembly drawing out.Keywords: welding positioner；seater；mechanical design目 錄1 緒論12 焊接變位機(jī)的性能及結(jié)構(gòu)12.1焊接變位機(jī)12.2 焊接變位機(jī)應(yīng)具備的性能22.3焊接變位機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)形式32.4 全功能焊接變位機(jī)及主自由度33 焊接變位機(jī)方案設(shè)計(jì)43.1焊接變位機(jī)整體方案設(shè)計(jì)43.2座式焊接變位機(jī)的用途及結(jié)構(gòu)

7、形式53.3焊接變位機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)53.4設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介54 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)64.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖64.2原始數(shù)據(jù)64.3工作條件64.4電動(dòng)機(jī)的選擇6傾斜機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇7回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇75 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)75.1總傳動(dòng)比75.2總傳動(dòng)比的分配85.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)85.3.1各軸的轉(zhuǎn)速85.3.2各軸的功率85.3.3各軸的轉(zhuǎn)矩85.3.4各數(shù)據(jù)匯總86 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)86.1同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)96.2第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)116.3第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)126.4第一級(jí)蝸桿軸的設(shè)計(jì)136.5第二級(jí)蝸桿軸的設(shè)計(jì)146.6第二級(jí)蝸輪軸的設(shè)計(jì)156.7軸的校核166.8鍵的

8、選擇17結(jié)論 19致謝 20參考文獻(xiàn)21附錄221 緒論焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百余年的歷史，工業(yè)生產(chǎn)中的一切重要產(chǎn)品，如航空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接工藝,并且焊接質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞以及整機(jī)性能。所以改進(jìn)焊接技術(shù)，提高焊接質(zhì)量對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)有著重要的作用，其中提高焊接機(jī)械化、自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化是改進(jìn)焊接質(zhì)量的一個(gè)重要方面。一般來說，當(dāng)焊件的質(zhì)量較大或體積較大時(shí)，靠人工改變焊縫位置很不容易，且效率低下，在這樣的焊接生產(chǎn)中，就會(huì)遇到焊接變位及選擇合適的焊接位置的情況，針對(duì)這一實(shí)際需要，人們就設(shè)計(jì)制造了焊接變位機(jī)。合適的變位機(jī)能將被焊工件的焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)到

9、最佳位置,從而提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，更避免了立焊、仰焊等情況出現(xiàn)。變位機(jī)可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置，以方便進(jìn)行焊接，是提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的有效工具。另外,選擇合適的變位機(jī)能降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本,加強(qiáng)安全文明生產(chǎn),有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。到如今，焊接變位機(jī)不僅僅是一種焊接輔助設(shè)備，它更是與與焊接操作機(jī)、焊接滾輪架并稱為焊接輔助設(shè)備中三大機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)載荷1000kg座式焊接變位機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，了解其工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)出可實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品。焊接是制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一，它在機(jī)械制造、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和

10、電子等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。而隨著如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已從簡(jiǎn)單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝，以及一種生產(chǎn)尺寸精確的制造成品的生產(chǎn)手段。同時(shí)越來越多的焊接件被設(shè)計(jì)出來，人們對(duì)生產(chǎn)效率的要求也越來越高，傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高科技產(chǎn)品對(duì)于質(zhì)量和效率方面的要求。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展急需解決的問題。通過焊接變位機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置，再加上焊接變位與焊接操作機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)焊接的機(jī)械化、自動(dòng)化，提高焊接的效率和焊接質(zhì)量是現(xiàn)代焊接工藝中必不可少的環(huán)節(jié)，而設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)正是在這種情況下

11、產(chǎn)生的。2 焊接變位機(jī)的性能及結(jié)構(gòu)2.1焊接變位機(jī)焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工位置來完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械裝置。焊接變位機(jī)械可分為三大類：（1）焊件變位機(jī)械：焊接變位機(jī)、焊接滾輪架、焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)和焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)。（2）焊機(jī)變位機(jī)械：焊接操作機(jī)和電渣焊立架。（3）焊工變位機(jī)械：焊工升降機(jī)等。焊接變位機(jī)是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜，使工件上的焊縫置于有利的焊接位置的焊件變位機(jī)械。它主要用于機(jī)架、機(jī)座、法蘭、封頭等非長形工件的翻轉(zhuǎn)變位和焊接。 焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪與工件之間的摩擦力帶動(dòng)筒形工件旋轉(zhuǎn)的焊件變位機(jī)械。它主要用于筒形工件的裝配與焊接，是鍋爐容器生產(chǎn)中的常用工藝裝備。焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)是一種簡(jiǎn)化

12、的焊接變位機(jī)，它將工件繞垂直軸回轉(zhuǎn)或者固定某一角度傾斜回轉(zhuǎn)，主要用于回轉(zhuǎn)體工件的焊接、堆焊與切割。焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)是將工件繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜，使之處于有利的焊接位置的焊件變位機(jī)。它主要適用于梁柱、框架、橢圓容器等的焊接。焊接操作機(jī)的作用是將焊機(jī)機(jī)頭準(zhǔn)確地送到并保持在待焊位置，或以選定的焊接速度沿規(guī)定的軌跡移動(dòng)焊機(jī)機(jī)頭。焊接操作機(jī)與變位機(jī)、滾輪架等配合使用，可完成縱縫、環(huán)縫、螺旋縫的焊接，還可以用于自動(dòng)堆焊、切割、探傷、打磨、噴漆等作業(yè)。2.2 焊接變位機(jī)應(yīng)具備的性能一般來說，通用的焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能有以下幾點(diǎn)：1 焊件變位機(jī)械和焊機(jī)變位機(jī)械要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的焊接運(yùn)行速度，以及良好的結(jié)構(gòu)

13、剛度。2 對(duì)尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。3 在傳動(dòng)鏈中，應(yīng)具有一級(jí)反行程自鎖傳動(dòng)，以免動(dòng)力源突然切斷時(shí)，焊件因重力作用而發(fā)生事故。4 與焊接機(jī)器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊件變位機(jī)械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度（點(diǎn)位控制）和運(yùn)行軌跡精度（輪廓控制）應(yīng)控制在0.12mm之間，最高精度應(yīng)可達(dá)0.01mm。5 回程速度要快，但應(yīng)避免產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。6 有良好的接電、接水、接氣設(shè)施，以及導(dǎo)熱和通風(fēng)性能。7 整個(gè)結(jié)構(gòu)要有良好的密閉性，以免焊接飛濺物的損傷，對(duì)散落在其上的焊渣、藥皮等贓物，應(yīng)易被清除。8 焊接變位機(jī)械要有聯(lián)動(dòng)控制接口和相應(yīng)的自保護(hù)功能，以便集中控制和相互協(xié)調(diào)動(dòng)作。9

14、 工作臺(tái)面上應(yīng)刻有安裝基線，并設(shè)有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器和夾緊機(jī)構(gòu)。10 兼做裝配用的焊件變位機(jī)械，其工作臺(tái)面要有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性能。11 用于電子束焊、等離子弧焊、激光焊和釬焊的焊件變位機(jī)械，應(yīng)滿足導(dǎo)電、隔磁、絕緣等方面的要求。2.3焊接變位機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)形式焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三種：1.伸臂式焊接變位機(jī)，如圖所示，其回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝在伸臂的一端并繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，伸臂一般相對(duì)于某一轉(zhuǎn)軸成角度回轉(zhuǎn)，此轉(zhuǎn)軸的位置多是固定的，但也有可在小于100°的范圍內(nèi)上下傾斜的。這兩種運(yùn)動(dòng)都改變了工作臺(tái)面回轉(zhuǎn)軸的位置，從而使該變位機(jī)變位范圍更大，作業(yè)適應(yīng)性更好，但這種形式的變位機(jī)，整

15、體穩(wěn)定性較差。伸臂式的焊接變位機(jī)在手工焊中應(yīng)用較多。2.座式焊接變位機(jī)，如圖所示，其工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支撐在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，大都在110°140°的范圍內(nèi)恒速或變速傾斜。該焊接變位機(jī)穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用于0.550t的焊件翻轉(zhuǎn)變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式。常與伸縮臂式焊接操作機(jī)或弧焊機(jī)器人配合使用。3.雙座式焊接變位機(jī)，如圖所示，該機(jī)不僅穩(wěn)定性好，而且如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可使焊件安放在工作臺(tái)上后，隨工作臺(tái)傾斜的綜合重心位于或接近傾斜機(jī)構(gòu)的軸線，從而使傾斜驅(qū)動(dòng)力矩大大減小。因此，重

16、型焊接變位機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。543211、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；2、伸臂；3、傾斜軸；4、轉(zhuǎn)軸；5、機(jī)座 圖2.3.1 伸臂式焊接變位機(jī) 圖2.3.2 座式焊接變位機(jī) 圖2.3.3 雙座式焊接變位機(jī)2.4 全功能焊接變位機(jī)及主自由度如果一臺(tái)變位機(jī)移動(dòng)焊件，僅做直線運(yùn)動(dòng)，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態(tài)，滿足施焊要求。也就是說，變位運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為變位機(jī)的主自由度。還可以做這樣一個(gè)假設(shè)：在X、Y、Z直角坐標(biāo)系下，設(shè)有一空間直線焊縫，繞Z軸可在360°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，且Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，那么，經(jīng)此種變位的焊縫，便可變位至船角焊位置進(jìn)行作

17、業(yè)。換言之，一個(gè)焊口由兩個(gè)面的共線MN和夾角組成，在上述兩個(gè)回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個(gè)面與水平面的夾角相等，各為/2，即變?yōu)榇呛肝恢谩：?jiǎn)單來說，任何復(fù)雜焊件，只要裝在主自由度為一個(gè)全回轉(zhuǎn)和一個(gè)半回轉(zhuǎn)的焊接變位機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)為全功能變位機(jī)。3 焊接變位機(jī)方案設(shè)計(jì)3.1焊接變位機(jī)整體方案設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)是改變焊件、焊機(jī)或焊工位置來完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的機(jī)械裝置。使用焊接變位機(jī)可縮短輔助焊接時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。本焊接變位機(jī)由工作平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、

18、機(jī)座、控制裝置和焊接導(dǎo)電裝置組成。工作臺(tái)用于工件的停放和固定。在臺(tái)面上開溝槽，表面經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀處理后增大了摩擦，一方面配合夾具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)上工件的回轉(zhuǎn)。其中有很多傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則：1、小功率傳動(dòng) 選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化較高的類型。2、大功率傳動(dòng) 首要考慮因素是傳動(dòng)的效率，減低功率的損耗。3、易出現(xiàn)過載和載荷變化較大的傳動(dòng) 選擇有過載保護(hù)和能起緩沖作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。常見的如帶傳動(dòng)。4、工作環(huán)境較差 選擇封閉的齒輪和鏈傳動(dòng)。5、傳動(dòng)精度要求較高 選擇蝸桿或者加工精度高的齒輪傳動(dòng)。在設(shè)計(jì)中，一般采用兩個(gè)或者兩個(gè)以上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如兩級(jí)蝸桿傳動(dòng)

19、。這種情況下要考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置，因?yàn)檫@對(duì)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)和效率都有影響，并且還影響機(jī)械的外形和尺寸。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置的原則：帶傳動(dòng)：承載能力小，在傳動(dòng)相同功率時(shí)，效率相比齒輪和蝸輪蝸桿要低，但是它的傳動(dòng)穩(wěn)定性較好，并且緩沖好，故一般將其布置在傳動(dòng)的高速級(jí)。齒輪傳動(dòng)：傳動(dòng)效率高，又分為斜齒輪、圓柱齒輪、圓錐齒輪等，傳動(dòng)平穩(wěn)性和均勻性逐個(gè)升高，故布置時(shí)也有低速級(jí)到高速級(jí)。鏈傳動(dòng)：傳動(dòng)不均勻，布置在低速級(jí)，在這次設(shè)計(jì)中并沒有使用到鏈傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)：承載能力比齒輪低，一般布置在高速級(jí)。改變運(yùn)動(dòng)形式的傳動(dòng)，如：連桿傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等，一般布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的最后一級(jí)。3.2座式焊接變位機(jī)的用途及結(jié)構(gòu)

20、形式焊接變位機(jī)，是在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，將焊縫置于有利施焊位置的焊件變位機(jī)械。1座式焊接變位機(jī)是焊接變位機(jī)的一種，如圖，其工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支撐在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過扇形齒或液壓缸，多在110°140°的范圍內(nèi)恒速或變速傾斜。該機(jī)穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用于0.550t焊件的翻轉(zhuǎn)變位。4321、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；2、傾斜軸；3、扇形齒輪；4、基座 圖3.2.1 座式焊接變位機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.3焊接變位機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)焊接變位機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工作臺(tái)的傾斜運(yùn)動(dòng)有兩種驅(qū)動(dòng)方式：一種是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶

21、動(dòng)工作臺(tái)傾斜或通過螺旋副使工作臺(tái)傾斜；另一種是采用液壓缸直接推動(dòng)工作臺(tái)傾斜。這兩種驅(qū)動(dòng)方式都有應(yīng)用，在小型變位機(jī)上以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為多，本次設(shè)計(jì)由于為1000Kg的小型變位機(jī)，因此采用第一種傾斜方式，即電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜。工作臺(tái)的傾斜速度為恒定。另外，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制回路中，有行程保護(hù)、過載保護(hù)、斷電保護(hù)及工作臺(tái)傾斜角度指示等功能。3.4設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)主要針對(duì)1000kg焊接變位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)要求焊接變位機(jī)的載重量為1000kg，最大回轉(zhuǎn)力矩為1500N·m，最大傾斜力矩為1500N·m，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度為0.10.6r/min，工作臺(tái)傾斜速度

22、為0.5r/min，工作臺(tái)傾斜角度為0°120°。設(shè)計(jì)中，其回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由0.37kW直流電動(dòng)機(jī)，通過同步帶傳動(dòng)第一級(jí)蝸桿減速第二級(jí)蝸桿減速后，帶動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)總傳動(dòng)比在36025600之間。工作臺(tái)的許用回轉(zhuǎn)力矩為2606N·m。設(shè)備要求交流220V供電、有足夠的光照及通風(fēng)換氣條件、工作場(chǎng)地，環(huán)境溫度應(yīng)不超過40，相對(duì)濕度90%以下，海拔不超過1000m。工作時(shí)間為3年，每天按8小時(shí)工作制計(jì)算。4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖4.1.1 1000kg座式焊接變位機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖4.2原始數(shù)據(jù)本設(shè)計(jì)主要針對(duì)1000Kg焊接變位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的要求如

23、下：1、 額定載重量：1000Kg2、 最大回轉(zhuǎn)力矩：1500Nm3、 最大傾斜力矩：1500Nm4、 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度：0.10.6r/min5、 工作臺(tái)傾斜速度：0.5r/min6、 工作臺(tái)傾斜角度：0120°4.3工作條件設(shè)備要求交流220V供電、有足夠的光照及通風(fēng)換氣條件、工作場(chǎng)地，環(huán)境溫度應(yīng)不超過40，相對(duì)濕度90%以下，海拔不超過1000m。工作時(shí)間為3年，每天按8小時(shí)工作制計(jì)算。4.4電動(dòng)機(jī)的選擇4.4.1傾斜機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇由公式計(jì)算得PW=0.079kW，故選擇直流電動(dòng)機(jī)Z2-31，額定電壓為220V，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。選用帶制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的擺線針輪減速機(jī)，該

24、減速機(jī)為外購件，型號(hào)為BWED 130-473-0.75。其中擺線針狀減速器的傳動(dòng)效率一般在0.95左右。在減速器外連接的三個(gè)圓柱齒輪的傳動(dòng)效率在0.960.99之間，為計(jì)算方便，都取0.98，還有兩個(gè)滑動(dòng)軸承，傳動(dòng)效率取0.96，故，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)效率為0.86。4.4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)所需的輸出功率為：其中：PW為工作機(jī)要求的輸入功率，kW，為由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。根據(jù)要求，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度為0.10.6r/min，最大回轉(zhuǎn)力矩為1500Nm由公式得：由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率按照下式計(jì)算： 其中：1帶傳動(dòng)的效率。2軸承的效率。3第一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率。4第二級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)

25、的效率。所以： 所以： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選得電動(dòng)機(jī)Z3-12，其額定功率0.37kW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1410r/min。5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)5.1總傳動(dòng)比i總=nm/nw=1410/0.6=2350,其中nm為電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，nw為工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度，故選用二級(jí)減速器。5.2總傳動(dòng)比的分配為使帶傳動(dòng)尺寸不致過大，其中ib是帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，ig是蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比，滿足ib<ig。可取ib=1.4，則ig=i總/ib=2350/1.4=1687.57又ig=i1×i2，ig=3080所以，取i1=42，i2=40。即第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)比i1=42，第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)

26、比i2=40。5.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，主要是指各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩。他們是進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。5.3.1各軸的轉(zhuǎn)速 n1=nm/ib=1410r/min/1.4 =1007.14 r/minn2=n1/i1=1007.14r/min/42 =23.98r/minn3=n2/i2=23.98r/min/40 =0.60r/minnw=n3=0.60r/min5.3.2各軸的功率P1=Pmb=0.37×0.98 kW=0.3626 kW P2=P1gr=0.3626×0.70×0.99 kW=0.2513 kWP3=

27、P2gr=0.2513×0.70×0.99 kW=0.1741 kW PW=P3r=0.1741×0.99=0.1724kW其中，b是同步傳送帶的效率，g是蝸桿傳動(dòng)的效率，r是一對(duì)滾動(dòng)球軸承的傳動(dòng)效率。5.3.3各軸的轉(zhuǎn)矩T0=9550Pm/nm=9550×0.37/1410 N.m =2.51 N.mT1=9550P1/n1 =9550×0.3626/1007.14 N.m =3.44 N.mT2=9550P2/n2 =9550×0.2513/23.98 N.m =100.08 N.mT3=9550P3/n3 =9550×

28、0.1741/0.6 N.m =2771.09 N.m Tw=9550Pw/nw =9550×0.1724/0.6 N.m =2744.03 N.m5.3.4各數(shù)據(jù)匯總 表5.3.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各軸數(shù)據(jù)匯總表參數(shù)電動(dòng)機(jī)軸1軸2軸3軸工作臺(tái)轉(zhuǎn)速/r/min14101007.1423.980.60.6功率/kW0.370.36260.25130.17410.1724轉(zhuǎn)矩/N·m2.513.44100.082771.092744.03傳動(dòng)比1.442401效率0.980.6930.6930.996 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)6.1同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)功率Pd： Pd=1.3×0.

29、37=0.481kW選擇V帶型號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸無嚴(yán)格要求，可選普通V帶。根據(jù)Pd和n1，查工具書選擇Z型V帶。選擇帶輪直徑D1，D2有工具書查得Z型V帶最小直徑Dmin=50mm，應(yīng)使D1>Dmin，考慮小帶輪轉(zhuǎn)速不是很高，結(jié)構(gòu)尺寸有沒有特別限制，取D1=70mm。 驗(yàn)算帶速v=D1n1/60×1000=5.5m/s>5m/s，所以：D2=i1D1=1.4×70=98mm，D2選100mm，符合工具書推薦的基準(zhǔn)直徑，故帶輪選擇合適。確定中心距a和帶長Ld：初選中心距a0。由式0.7（d1+d2）a02（d1+d2）得119a0340。初選a0=160mm，則帶長 L

30、'd=588.3mm查工具書圓整Ld=630mm于是中心距a=a0+（Ld+L'd）/2=160+（630-588）/2=181mma的調(diào)整范圍：amin=a-0.015Ld=171.55mmamax=a+0.03Ld=199.9mm驗(yàn)算小帶輪包角1：1=180°-（D2-D1）/a×57.3°=170.50°120°，所以中心距選擇合適。確定V帶根數(shù) 查工具書得： 查工具書得：P0=0.37kW， 查工具書得：kb=0.1734×10-3,，ki=1.1373， 則P0=0.0314kW。 查工具書得：ka=0.96

31、，kL=1.11， 帶入計(jì)算公式得：z=1.77，選z=2。確定初拉力F0： 查工具書得： 查工具書得：q=0.06kg/m，帶入公式得：F0=53.95N作用于軸上的壓力Q：查工具書得：帶入數(shù)據(jù)得：Q=213.3N帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：以小帶輪為例設(shè)計(jì)如圖6.1.1：圖6.1.1小帶輪根據(jù)選擇V帶的類型（Z型）查工具書得以下參數(shù)（見表）： 表6.1.2 Z型V帶計(jì)算參數(shù)表項(xiàng)目符號(hào)參數(shù)值基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）bp8.5基準(zhǔn)線上槽深ha min2.0基準(zhǔn)線下槽深hf min7.0槽間距e12±0.3第一槽對(duì)稱面至端面的距離8±1最小輪緣厚min5.5帶輪寬BB=(z-1）e+2外徑DWDW

32、=D+2ha輪槽角34°帶輪材料可按GB9439規(guī)定選用HT200。6.2第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)選擇蝸輪、蝸桿材料蝸桿材料用45鋼，輪齒表面淬火，硬度45HRC；蝸輪材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。采用接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。假設(shè)工作時(shí)間為3年，每天工作8小時(shí)。接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N=5.2×108次 KHN=0.61由此得出H=268MPa×0.61=163.48MPa查工具書得,得出K=1.1選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2根據(jù)i=42，查工具書得，蝸桿頭數(shù)z1=1，則蝸輪齒數(shù)z2=i·z1=42×1

33、=42，z2在2982之間，合乎要求。確定蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩T2估計(jì)效率：根據(jù)z1=1，取 =0.7 T2=T1i =3.44×42×0.7=101.12Nm由接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式得,中心距a109mm，由蝸輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算得出m2d1=700.42mm3由工具書查得m=4mm，直徑系數(shù)q=12.50，蝸桿分度圓直徑d1=50mm，z1=1，z2=42，=4°4012，則d2=mz2=4×42=168mm，中心距a=109mm驗(yàn)算初設(shè)參數(shù)：v2=d2n2/60×1000=2.642.5m/s，所以Kv=1.1合適。驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

34、：蝸輪當(dāng)量齒數(shù)zv2=41.2，查得齒形系數(shù)YFa2=2.43，Y=0.97，代入計(jì)算公式得F=6.27MPa27.95MPa=F。滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，所以傳動(dòng)件選擇合適。蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓 da1=d1+2ha1=58mm 蝸桿齒根圓直徑 df1=d1-2hf1=40.4mm 蝸桿齒寬 b1=2.5m(z2+1)0.5=60mm 蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=176mm 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2hf2=184mm 蝸輪齒寬 b2=d1sin(/2)=40mm 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a-da2/2=21mm6.3第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)選擇蝸輪、蝸桿材料蝸桿

35、材料用45鋼，輪齒表面淬火，硬度45HRC；蝸輪材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。采用接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。假設(shè)工作時(shí)間為3年，每天工作8小時(shí)。接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N=5.2×108次 KHN=0.61由此得出H=268MPa×0.61=163.48MPa查工具書得,得出K=1.1選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2根據(jù)i=40，查工具書得，蝸桿頭數(shù)z1=1，則蝸輪齒數(shù)z2=i·z1=40×1=40，z2在2982之間，合乎要求。確定蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩T2估計(jì)效率：根據(jù)z1=1，因選用的蝸桿均為自鎖蝸桿，所以取 =0.4

36、8， T2=T1i =3.44×40×0.48=160.128Nm由接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式得,中心距a125mm，由蝸輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算得出m2d1=1223.2mm3由工具書查得m=5mm，直徑系數(shù)q=10.00，蝸桿分度圓直徑d1=50mm，z1=1，z2=40，=4°4012，則d2=mz2=5×40=200mm，中心距a=125mm驗(yàn)算初設(shè)參數(shù)：v2=d2n2/60×1000=2.66312.5m/s，所以Kv=1.1合適。驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：蝸輪當(dāng)量齒數(shù)zv2=40.19，查得齒形系數(shù)YFa2=2.43，Y=0.98，代入

37、計(jì)算公式得F=19.08MPa27.95MPa=F。滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，所以傳動(dòng)件選擇合適。蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓 da1=d1+2ha1=60mm 蝸桿齒根圓直徑 df1=d1-2hf1=38mm 蝸桿齒寬 b1=2.5m(z2+1)0.5=80mm 蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=210mm 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2hf2=62mm 蝸輪齒寬 b2=d1sin(/2)=45mm 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a-da2/2=20mm6.4第一級(jí)蝸桿軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由工具書查得，其許用彎曲應(yīng)力b=60MPa，由工具書查得，其

38、強(qiáng)度極限 b=650MPa。初步確定軸的直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的直徑，由工具書查得，C=115，則 dmin=C(P/n)1/3=115×(0.3626/1007.14)1/3mm=8.2mm因軸端需連接大帶輪，故軸端有鍵槽，將直徑增大5%，則dmin=8.2×（1+5%）mm=8.61mm，與軸配合部分取22mm，配合軸徑取20mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的定位、固定和裝配軸上的蝸桿與軸為一體鍛造，左右兩側(cè)軸承型號(hào)為7206AC，B=16mm，d=30mm，用軸肩軸向定位，過渡配合或過盈配合周向定位。安裝帶輪的軸外伸端，用軸肩軸向定位，平鍵周向定位。確定軸各段直徑和長度第1段

39、即外伸端直徑與帶輪配合，取d1=20mm，其長度應(yīng)比帶輪軸孔的長度稍長一些，取L1=20mm。第2段要安裝軸承端蓋、氈圈油封和軸承7206AC，故直徑由軸承內(nèi)圈直徑?jīng)Q定，取d2=30mm，由于軸徑圓周速度v>4m/s，軸承可采用油潤滑方式，不需安裝甩油環(huán)，故L2=B+m+c1，其中B為軸承寬度，B=16mm，m為軸承蓋寬度，查工具書得，L座=+c1+c2+(38) =10+14+12+7=43mm，87654321 圖6.4.1 第一級(jí)蝸桿軸示意圖m=L座-B=43-16=27mm；c1為扳手空間，查工具書得，c1=14mm。故L2=（16+27+14）mm=57mm,可取L2=60mm

40、。3和7為定位軸肩，軸肩高度h=5mm，所以，d3=d7=d2+2h=（30+2×5）mm=40mm，取L3=20mm，L7=10mm。5為蝸桿，與二級(jí)蝸桿軸上的蝸輪相嚙合。蝸輪外圓與減速箱內(nèi)壁間距L1.2， 為壁厚，=0.04a+38，故可取=10mm，則L12mm，且de2184mm，故取軸中心線距內(nèi)壁距離104mm。蝸桿齒寬60mm，故L5=60mm，L4=46mm，L6=41mm。8處安裝7206AC軸承，軸長要比軸承寬度稍短，故取d8=30mm，L8=14mm。綜上所述，一級(jí)蝸桿軸總長為261mm。6.5第二級(jí)蝸桿軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由

41、工具書查得，其許用彎曲應(yīng)力b=60MPa，由工具書查得，其強(qiáng)度極限b=650MPa。初步確定軸的直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的直徑，由工具書查得，C=115，則dmin=C(P/n)1/3=115×(0.2513/23.98)1/3 mm=25.2 mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的定位、固定和裝配蝸桿與軸是一體鍛造的，左右兩側(cè)的軸承選用7206AC，B=16mm，d=30mm，靠軸套和軸肩軸向定位，過渡配合或過盈配合周向定位，一級(jí)蝸輪用軸套和軸肩軸向定位，平鍵周向定位。確定軸各段長度和直徑7654321圖6.5.1 第二級(jí)蝸桿軸示意圖1處因需要安裝7206AC軸承，故d1=30mm。1處長度由軸承

42、和蝸輪兩者的安裝尺寸確定，由工具書查得，蝸輪輪轂端面與箱內(nèi)壁距離2=15mm，故L1=B+2+2=（16+15+2）mm=29mm。2處安裝一級(jí)蝸輪，軸肩高度h=3mm，則d2=d1+2h=36mm，則由工具書查得，L=（1.21.8）d2b，齒寬b=40mm，故L=43.264.8mm，取L=47mm，軸長比孔的長度短，故L2=45mm。3處為定位軸肩，軸肩高度h=5mm，則d3=d2+2h=46mm，取L3=10mm。5為二級(jí)蝸桿，要與二級(jí)蝸輪相配合。蝸輪外徑距箱內(nèi)壁11.2，112mm，取1=40mm，故二級(jí)蝸桿軸中心線距后箱板距離為150mm。蝸桿齒寬b=80mm，d5=60mm，L5

43、=80mm，L4=83mm，d4=d6=40mm，取L6=107mm。7處安裝軸承7206AC，故d7=30mm，L7要比B稍長一些，故L7=18mm。綜上所述，二級(jí)蝸桿軸總長為369mm。6.6第二級(jí)蝸輪軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由工具書查得，其許用彎曲應(yīng)力b =60MPa，由工具書查得，其強(qiáng)度極限b=650MPa。初步確定軸的直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的直徑，由工具書查得，C=115，則得dmin=C(P/n)1/3=115×(0.1741/0.6)1/3mm=53.4mm考慮軸輸出端要開鍵槽，軸徑增大5%，故dmin=55mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的

44、定位、固定和裝配軸承選用7213AC，B=23mm，d=65mm，軸肩和軸套軸向定位，過渡配合或過盈配合周向定位。二級(jí)蝸輪用軸肩和軸套軸向定位，平鍵周向定位。輸出端安裝工作臺(tái)，配合長度為112mm，孔徑56mm。確定軸各段長度和直徑645321圖6.6.1 第二級(jí)渦輪軸示意圖1處安裝7213AC軸承，故d1=65mm，軸的長度應(yīng)比B稍長一些，2處上安裝的軸套也應(yīng)比蝸輪輪轂稍長一些，所以L1=23mm。2處尺寸由二級(jí)蝸輪的裝配位置決定，由工具書查得，1=10mm，取1=30mm，L21，故可取L2=60mm，軸肩高度h=1.5mm，d2=d1+2h，故d2=68mm。3處安裝二級(jí)蝸輪，軸肩高度h

45、=2mm，d3=d2+2h，故d3=72mm，則L=（1.21.3）d3=86.493.6mm，取L=92mm，軸長L3應(yīng)比L稍短，故L3=90mm。4處為定位軸肩，軸肩高度h=4mm，則d4=d3+2h，故d4=80mm，根據(jù)110mm，取L4=70mm。5處安裝軸承7213AC、軸承端蓋和氈圈油封，故d5=65mm，L5=B+m+c1，軸承座寬度L座=+c1+c2+(38)d3=（10+22+20+2）mm=55mm，故m=L座-B=22mm，L5（23+22+22）mm=67mm，取L5=70mm。6處安裝工作臺(tái)，d6=56mm，軸的長度應(yīng)比孔的長度稍長一些，L6=110mm。綜上所述，

46、二級(jí)蝸輪軸總長度為423mm。6.7軸的校核以第二級(jí)蝸輪軸的校核為例進(jìn)行軸的校核：第二級(jí)蝸輪軸的受力如圖所示，已知條件有：作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T1=100.08Nm，作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2=160.128Nm，軸承支承距離L=244mm，蝸桿分度圓直徑d1=50mm，蝸輪分度圓直徑d2=200mm，蝸輪內(nèi)徑d=72mm，齒形角=20°，軸承內(nèi)徑D=65mm，最大回轉(zhuǎn)力矩為T=1500 Nm。校核如下：圖6.7.1 渦輪受力分析圖蝸輪受力情況分析蝸輪圓周力 Ft=2T2/d2=2×160.128/0.2 N=1601.28 N蝸輪軸向力 Fa=2T1/d1=2×100

47、.08/0.05N=4003.2N蝸輪徑向力 Fr= Fttan =1601.28×tan20°N=582.82N計(jì)算蝸輪垂直面彎矩軸承支反力 FRAV=241.803 N FRBV=Fr+ FRAV =824.623 N計(jì)算彎矩：截面C右側(cè)彎矩 MCV= FRBV·L/2=824.623×0.244/2 N·m=100.604 N·m截面C左側(cè)彎矩 M´CV= FRAV·L/2=241.803×0.244/2 N·m=29.500 N·m計(jì)算蝸輪水平面彎矩軸承支反力 FRAH= FRBH=Ft/2=1601.28/2 N=800.64 N截面C處的彎矩： MCH= FRAH·L/2=800.64×0.244/2 N·m=97.68 N·m計(jì)算合成彎矩 MC=（M2CV+ M2CH）1/2=(100.6042+97.682)1/2 N·m=140.22 N·m M´C=( M´CV)2+ M2CH1/2=(29.5002+97.682)1/2 N·m=102.04