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1、 焊接操作機設(shè)計說明書 姓 名： 班 級： 學 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計題目：小直徑筒體外環(huán)焊接操作機設(shè)計 設(shè)計參數(shù)：筒體直徑 D=800～1600mm 單節(jié)筒長 L=1800～2000mm 筒節(jié)壁厚 δ=6～20mm 筒體材料 Q235A 焊接速度 Vh=15～40m\h 設(shè)計要求：1.選擇焊接方法及施焊技術(shù)方案 2.外環(huán)縫焊接操作機

2、設(shè)計方案論證 3.外環(huán)縫焊接操作機設(shè)計與計算 4.繪制施工設(shè)計圖 5.撰寫設(shè)計說明書 (一) 焊接方法的選擇及施焊技術(shù)方案 1.焊接方法的選擇 由參考文獻[1]表6-28得 根據(jù)材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，厚度為6～20mm.選擇CO2氣體保護金屬極電弧焊。 2.焊絲的選擇 由參考文獻[1]附錄E可得Q235A的化學成分，根據(jù)此成分由參考文獻[1]表6-33可選出，焊絲牌號為H10MnSiA

3、由參考文獻[2]表4-1，根據(jù)板厚為6～20mm并采取平焊位置，選擇焊絲直徑為1.6～2mm 3.焊接電流的選擇 由參考文獻[2]表4-2，選擇焊接電流為200～600A具體大小根據(jù)具體板厚調(diào)節(jié). 4.焊接電壓的選擇 由參考文獻[2]表4-2，選擇焊接電壓為27-36V，具體大小根據(jù)具體板厚調(diào)節(jié). 5.焊接速度的選擇 由參考文獻[1]表6-29，焊接速度約為39 m\h 6.焊絲干伸長度的選擇 由于在實驗和生產(chǎn)時，在一般情況下焊絲干伸長度為十倍的焊絲直徑較為合適，所以選擇干伸長度為16～20mm 7.氣體流量的選擇 CO2氣體的流量主

4、要是對保護性能有影響，CO2氣體的流量要有一定的挺度，免受空氣的污染和破壞，根據(jù)焊絲直徑選擇氣體流量為20L\min 8.電源極性的選擇 CO2氣體保護金屬極電弧焊由于具有非軸向過度的特點，為了減少飛濺，所以選擇直流反極性焊接，即焊件接負極，焊槍接正極. 9.坡口選擇 由文獻[3]表5.4得 如圖，選擇V形坡口，坡 口角度a=60當厚度＜12mm時， a 間隙鈍邊G=0mm鈍邊量R=2mm 當厚度12＜δ＜20mm時G=1mm R=3mm

5、 R G 10.焊機的選擇 由文獻[4]

6、表3-33選NZC-500-1型自動二氧化碳弧焊機，參數(shù)如下 電源電壓 380V 額定電流 500A 送絲速度 96～ 960m/h 焊接速度 18～ 120m/h 焊絲直徑 1～ 2mm 焊車重量 25kg 控制箱重 110kg 焊車尺寸 625*310*800mm 控制箱尺寸 950*610*890 參考價格 13000元 （二）外環(huán)縫焊接操作機設(shè)計方案論證 由文

7、獻[1]表5-29選擇滾輪架外形尺寸為2780*1269*1169mm擺輪中心高600mm.操作機焊接機頭安裝在伸縮臂的一端，伸縮臂通過滑鞍安裝在立柱上，可沿立柱升降，立柱直接固定在底座上，伸縮臂的進給運動為司服電動機驅(qū)動，其伸縮速度在15～ 40m/h并且無級可調(diào)。 （三）外環(huán)縫焊接操作機設(shè)計與計算 1.伸縮臂的行程 由文獻[1]表5-29選擇滾輪架外形尺寸為2280*1269*1169mm擺輪中心高600mm.伸縮臂長L＞2780/2=1890mm，所以設(shè)計伸縮臂行程為2000～3500mm。 2.升降機構(gòu)的升程 由于擺輪中心高600mm，所以焊

8、點的最低尺寸應(yīng)為600+800=1400mm，選取1200mm，由于滾輪架高1169mm所以焊點的最高尺寸為1169+1600=2769mm，又因為伸縮臂有一定的厚度，所以選取追高行程為3200mm，所以升降機的升程為1200mm～3200mm。 3.伸縮臂的材料及尺寸的選擇 材料選45鋼，尺寸為5000*250*100mm厚度為10mm的箱形鋼， 4.立柱的材料及尺寸的選擇 材料選45鋼，尺寸為3500*300mm厚度為20mm的筒形鋼 5.結(jié)構(gòu)形式 由文獻[5]表2-14得，選擇螺旋傳動形式，司服電動機通過絲杠驅(qū)動螺母運動以帶動伸縮臂升降，絲杠下端

9、為懸垂狀態(tài)，恒速或變速升降。 由文獻[5]表2-15得，司服電動機通過齒輪驅(qū)動固定在伸縮臂上的齒條，從而帶動伸縮臂在滑塊上伸縮。 6.強度計算 l4 h

10、 G3 G2 l2 l1 G1 L3 如圖： （1）.伸縮臂的重量 G0=mg=ρVg=7800（250*100-230*80）*5000*10*9.8=2522.52=2523N 當伸縮臂伸出最長時，長端的重量為 G2=2523*3500/5000=1766N 短端的重量為 G1=2523-1766=767N 所以提升時的滑套與立柱之間的壓力設(shè)為N

11、1焊車重為G3，取h=510mm所以有 N1h+G1L1=G2L2+G3L3 N1*510+767*750=1766*1750+25*3500*9.8 N1=6613N 由文獻[5]P189得，立柱與滑塊之間的摩擦力為 F=N1*f=6613*0.1=662N 所以提升力P為 P=G0+G3+F=2523+25*9.8+662=3430N （2）.驗算伸縮臂外伸至極點而滑套與立柱間不發(fā)澀的條件 把G1，G2，G3等效成G2時的作用點為 G2L2+G3L3-G1L1=G2L0 L0=（1766*1750+25*3500*9.8-767*750）/1766=1

12、909.8=1910mm 取L4=210mm所以有 h/（L2+L4）=510/（1910+210）=0.241 由文獻[1]P189 2fKa=2*0.1*1.2=0.24＜0.241 所以不會發(fā)澀 （3）.提升機構(gòu)的功率 由文獻[1]表5-35得 絲杠傳動η1=0.5，摩擦傳動η2=0.88，滾動軸承η3=0.99 所以總傳動η=η1*η2*η3=0.5*0.88*0.99=0.4356 由文獻[5]表2-18得選取最大提升速度 v=3000mm/min=3m/h 所以功率N=Pv/60000η=3430*3/60000*0.4356=0.3937K

13、W （4）.選取電動機 由文獻[6]選取電動機型號為130SZ04 轉(zhuǎn)距為19500 轉(zhuǎn)速為3000 功率為600W 電樞電壓220V 勵磁電壓220V 電樞電流3.8A 勵磁電流0.18A 7. 伸縮機構(gòu)計算 （1）伸縮阻力的計算 Q2 L5 G

14、3 G2 L2 L1 Q1 G1 L3 L4 取L4=600mm L5=450mm 則有 Q2*L4+G1（L1+L4/2）=G2（L2-L4/2）+G3（L3-L4/2） 即Q2*600+767*（750+300）=176

15、6*（1750-300）+25*9.8*（3500-300） Q2=4232.25N 則Q1=Q2+G1+G2+G3=4232.25+767+1766+25*9.8=7010.25N 所以摩擦力為 Ws1=Q1f=7010.25*0.1=701.025N WS2=Q2f=4232.25*0.1=423.225N 所以WS=WS1+WS2=1124.25N （2）伸縮機構(gòu)功率的計算 速度v由題中已經(jīng)給出為 v=15～40m/h=0.25～0.667m/min 取v=0.667m/min 伸縮

16、機構(gòu)總傳動效率 由文獻[1]表5-35得 摩擦傳動η1=0.88 齒條傳動η2=0.90 圓錐齒輪η3=0.90 所以伸縮機構(gòu)總傳動效率為 η=η1*η2*η3=0.88*0.90*0.90=0.7128 所以功率為 N=WSv/60000η=1124.25*0.667/60000*0.7128=0.0175KW=17.5W （4）選擇電動機 由文獻[6]，選取電動機型號為55SZ04 轉(zhuǎn)距為660 轉(zhuǎn)速為3000 功率為20W 電樞電110V 勵磁電壓110V 電樞電流0.3

17、4A 勵磁電流0.09A 8.承載結(jié)構(gòu)計算. L L1 GB GA Gh （1）伸縮臂上最大彎距的計算 MW1=（Gh+0.5Gb）*L=（25*9.8+0.5*1776）*3500=3948Nm 伸縮臂上最大應(yīng)力的計算 伸縮臂抗彎截面系數(shù) Wbs=b1h1/6-b2h2/6=（0.1*0

18、.25*0.25-0.08*0.23*0.23）/6=0.336*10Nm 伸縮臂上最大彎曲應(yīng)力為 δ=Mw1/Wbs=3948/0.336*10=11.75MPa （2）立柱上最大彎距的計算 MW1=（Gh+0.5Gb）*L-0.5GA*L1=（25*9.8+0.5*1766）*350-0.5*767*1500 =3372.75Nm 立柱上最大彎曲應(yīng)力的計算 立柱抗彎截面系數(shù) Wbs=π（D-d）/32=3.14（0.3-0.26）/32=0.925*10 立柱上最大彎曲應(yīng)力為 δ=Mw2/Wbs=3372.75/0.925*10=3.646MPa （3）伸縮臂和立柱的

19、剛度計算 f1 L f3 φ1 φ2

20、 f4 f2 立柱慣性距的計算 JZ=π（D-d）/64=0.173*10 伸縮臂的慣性距的計算 Jb= b1h1/12-b2h2/12=0.049*10 由文獻[1]附錄C5 E取210*10 f1=Mw2*H/2EJZ=3372.75*3.5*3.5/2*210*10*0.173*10= 0.569*10 f2=f1 φ1=MwH/EJZ=3372.75*3.5/2*210*10*0.173*10= 0.162*10 f3=φ1*L= 0.162*10*3.5=0.569*10 φ2=GhL/2EJb+

21、GbL/6EJb- GaL/6EJb=0.332*10 f3=Gh*L/3EJb+ Gb*L/8EJb- Ga*L/8EJb=0.92*10 （4）焊絲末端位移的計算 垂直位移 Δ1= f3+f4=0.569*10+0.92*10=1.489*10m 水平位移 Δ2= f2-（φ1+φ2）= 0.569*10-（0.162*10+0.332*10） =-1.743*10 根據(jù)第二剛度條件 （L+H）/2000=（3.5+3.5）/2000=3.5*10＞Δ1=1.489*10m （L+H）/3000=2.33*10＞Δ2=1.174*10m

22、9.絲杠的選擇及計算 由文獻[7]，表21.1-20，GB5796.4-86選取 公稱直徑d=50mm L=3450mm p=10 耐磨性驗算 又文獻[7]表22.4-3得 d2=ε=0.8=1.58＜＜50mm 螺母高度 H=φ*d=2*50=100mm 旋合數(shù) Z=H/P=100/10=10＜12 螺紋工作高度 h=0.5P=5mm 工作壓強 P=F/πdbZ=2523/3.14*50*5*10=0.32MPa 驗算自鎖 λ=arctgs/πd=arctg

23、10/3.14*50=3.6＜4.5 螺桿強度 由文獻[1]附錄E，二 δs=355Mp δ=4F/πd=4*2523/3.14*50=1.25＜＜355 Mp 螺紋牙強度 由GB5796.1-86得 b=0.65P=6.5 螺桿 剪切強度 由文獻[1]附錄E，二 δs=355Mp [δ]= δs/5=355/5=71Mp [τ]=0.6[δ]=42.6Mp τ=F/πdbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp＜42.6Mp 彎曲強度計算 δb=3Fh/πdbZ=3*2523*5/3.14

24、*50*6.5*6.5*10 =0.57＜＜71Mp=[δ] 螺母 剪切強度 由文獻[1]附錄E，二 δs=355Mp [δ]= δs/5=355/5=71Mp [τ]=0.6[δ]=42.6Mp τ=F/πdbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp＜42.6Mp 彎曲強度計算 δb=3Fh/πdbZ=3*2523*5/3.14*50*6.5*6.5*10 =0.57＜＜71Mp=[δ] 所以此絲杠及螺母符合要求 10.齒輪與齒條傳動的幾何尺寸計算

25、 由文獻[8]表2.2-20 選取m=2 壓力角a=20 由文獻[8]表2.2-1 齒頂高系數(shù)ha=1 徑向間隙系數(shù)C=0.25 由文獻[8]表2.2-5 得出如下齒輪齒條的參數(shù) 取齒數(shù) Z=30＞17 分度圓直徑 d=Zm=30*2=60mm 基圓直徑 db=dcosa=60*cos20=56.3816mm 周節(jié) P=πm=3.14*2=6.28 齒頂高 ha= ha*m=1*2

26、=2 齒根高 hf=（ha+ C）*m=（2+0.25）*2=4.5 頂圓直徑 da=d+2ha=60+2*2=64 齒條的長度取4m 寬度取30mm 11.底座的選擇及計算 材料選擇為45鋼的鋼板和工字鋼形狀如后圖 圖中a為工字鋼 b為鋼板厚度δ=20mm 其中 L1=1500mm L2=1000mm L3=1000mm L4=400mm L5=200mm L5

27、 L4 L3 L5 L3 G1 G2 G4 L2 L4 L1 A L1 L2 穩(wěn)定性驗算 由前面已經(jīng)

28、算出 G1=25*9.8=245N G2=1766N G4=767N G3=mg=ρgv=7800*9.8*3.14*（0.3*0.3-0.26*0.26）*3.5/4=5993N 由圖可知，操作機以A為支點時的逆時針的扭距為 G1（L3+L4）+G2*L3=245*3.5+1776*1.75=3948Nm 順時針的扭距為 （G1+G2+G3+G4）L1+G4*L5=（1766+245+767+5993）*1+767*0.75 =9346.25＞＞3948 所以此操作機穩(wěn)定 （

29、四）參考文獻 [1] 焊接設(shè)計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 主編：陳祝年 [2]CO2氣體保護焊 機械工業(yè)出版社 主編：鄭州機械研究所 [3]電弧焊基礎(chǔ) 哈爾濱工業(yè)大學出版社 主編：楊春利 林三寶 [4]焊接設(shè)備選用手冊 機械工業(yè)出版社 [5]焊接工裝夾具及變位機械 機械工業(yè)出版社 主編：王政 [6]電機工程手冊 第四卷 機械工業(yè)出版社 主編：沈鴻 [7]機械設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社 主編：徐灝 [8]齒輪手冊上冊 機械工業(yè)出版社 主編：葉克明