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開題報告
課題
名稱
15t焊接式滾輪架設計
課題來源
導師課題
課題類別
工程設計
一、論文資料的準備
隨著焊接技術(shù)的高速發(fā)展，對焊接生產(chǎn)的機械化和自動化提出了越來越高的要求。焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為了滿足市場需求而設計生產(chǎn)的。它是借助于焊件與主動輪之間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的裝置。主要用于圓筒形焊件的焊接和裝配。焊接滾輪架是主動輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉(zhuǎn)的變?yōu)闄C械。它主要用于筒形工件的縱向焊縫，環(huán)向焊縫的裝配和焊接作業(yè)。也可以在焊接滾輪架上進行修整，割孔及探傷作業(yè)。滾輪架是容器生產(chǎn)中最常用的工藝裝備。焊接滾輪架按結(jié)構(gòu)形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架，主動滾輪架裝置在一根電動機驅(qū)動的軸上；從動滾輪架在另一根公共軸上。滾輪中心距離可以調(diào)節(jié)，適用于焊接薄壁、長度大的筒形工件。第二類是組合式滾輪架：主動滾輪架與從動滾輪架各自獨立，可根據(jù)工件的長度任意組合，使用方便靈活，適用性強，是目前運用最廣泛的滾輪架之一。
焊接滾輪架（主動滾輪架，從動滾輪架）；主動滾輪架由底座、滾輪、傳動減速機構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動滾輪架由底胎和滾輪組成。
焊接滾輪架主動滾輪架和從動滾輪架都是獨立的，它們之間可根據(jù)工件的重量和長度任意的組合，其組合比列可以是一主一從的組合，也可以是一主兩從、一主三從的組合，使用起來方便靈活，對焊件的適應性強。主動架主要由底座、滾輪、傳動減速機構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動架主要由底胎和滾輪組成。
滾輪架有以下特點：
1) 課根據(jù)焊接的重量、長度任意組合，使用方便靈活。
2) 在規(guī)定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)滾輪中心距，適用于不同直徑的焊件，圓筒焊件放置平穩(wěn)。
3) 可采用可控硅供電直流電動機驅(qū)動，無極調(diào)速、焊速范圍大、速度穩(wěn)定。
4) 適用性強，使用廣泛。
5) 采用組合式滾輪，鋼輪外包橡膠傳動平穩(wěn)、摩擦力大、壽命長。
6) 對工件輪壓小，可避免工件表面產(chǎn)生冷作硬化。
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(shù)很成熟，電動機的機械特性比較硬，起動力矩較大，但是目前滾輪架使用的最廣泛的拖動調(diào)速方式。確定是電動機結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)速范圍較窄，一般很轉(zhuǎn)矩的調(diào)速范圍為1：10左右。低速時速度不穩(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。優(yōu)點是調(diào)速范圍寬，可達1:20，線轉(zhuǎn)動平滑性好，低速特性硬。缺點是低速段過載倍數(shù)降低太大，變頻電源價格也較高，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)速比較合適。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，另外，一對重型焊接滾輪架的金屬滾輪一般采
用鑄鐵或者合金鋼球墨鑄鐵制成表面硬度為50HRC的滾輪。滾輪直徑大多在200-700之間。國外滾輪架品種多、系列全。我國在1990年就已經(jīng)頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標準（ZBJ/T33003-1990）。
焊接滾輪架存在一個軸向竄動的問題，只有當滾輪和焊件都是理想的圓柱體且各滾輪尺寸一致，轉(zhuǎn)動軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件平行時才能實現(xiàn)。理論和實踐都表明：影響焊件作軸向竄動的主要因素是滾輪各軸線的平行度。因此要做到：①主、從動滾輪架都位于同一中心線上②各滾輪軸線都在同一水平面內(nèi)且相互平行③滾輪間距相等。目前有三種機構(gòu)可解決此問題：
1) 頂升式執(zhí)行機構(gòu)；
2) 偏移式執(zhí)行行機；
3) 平移式執(zhí)行機構(gòu)。
在國內(nèi)一些大型或較復雜的焊接機械裝備已有專業(yè)廠生產(chǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)需要選購和訂購焊接機械設備設計就是一種機械設計，但這種機械設計必須充分考慮，焊接工藝的基本特點并滿足裝配和焊接工藝的特殊要求，一般的設計原則與要求是：
1.工藝原則
焊接產(chǎn)品總是由兩個以上的零、部件組成，由于施焊方便，或易于控制焊接變形等原因，裝配和焊接兩道焊接工序可能是先裝完后再焊，也可能是邊裝邊焊，所以設計裝備應能適應這種情況。
焊接式局部加熱過程，不可避免產(chǎn)生焊接應力與變形，在裝備上設置定位器和夾緊器件時要充分考慮焊接應力和變形的方向。通常在焊件平面內(nèi)的伸縮變形不作限制，通過焊件留收縮余量方法讓其自由的收縮；而焊接面外的焊接變形，如角變形、彎曲應力變形或波浪變形等應用夾具加以控制；有時還要利用夾具作出反變形的工藝措施，這些都是要求定位和夾緊器來實現(xiàn)。
用電作熱源的焊接方法，一般都要求焊件本身作為焊接回路中的一個電極，就可能要求焊接裝備具有導電或絕緣功能。當焊接電流很大時，導電部分還需有散熱措施；真空電子束焊接所用的夾具不得用點磁性材料制作，也不得有帶剩磁，以免影響電子束聚焦等。
明弧焊接時，難免產(chǎn)生煙塵、金屬或熔渣的飛濺物，他們會損壞工裝上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。
2.安全可靠原則
安全可靠原則指裝在可用期內(nèi)絕對安全可靠，凡是受力構(gòu)件都應具有足夠的強度和剛度，足以承受焊件重力和因限制焊件變形而引起的各方向的反作用力等。夾緊時不破壞焊件的既定位置；夾緊后既不讓焊件松動滑移，友不使焊件的拘束度過大以免產(chǎn)生較大的約束應力；夾緊機構(gòu)應能自鎖等。
3.方便原則
裝備必須便操作和施工，能使裝配和焊接過程簡化，工人勞動強度降低到最低，工件裝上和卸下方便；有供焊槍、面罩、焊接機頭等進出和擺動的空間以及工人自由操作的位置，也便于中間進行質(zhì)量檢測；裝備上各種機件操作要輕巧靈便；定位、夾緊和松開過程要省力而快速；對易損零、部件便于維修和更換等。
4.經(jīng)濟原則
所設計的裝備必須易于制造，投資少，制造成本低，回收期短。盡量選用通用化、標準化零、部件；在一個夾具上定位器件和夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多也不應過于復雜；使夾具和機械具有較好的制造工藝性能和較高的機械效率；裝備在使用時能源消耗和管理費用少等
二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題）
目的：
畢業(yè)設計是工科大學生完成學業(yè)中最重要的實踐環(huán)節(jié)，是將在大學學到的理論知識系統(tǒng)化、條理化、實用化最關鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力；較復雜工程計算的工作能力；計算機繪圖的工程圖繪制能力。掌握一般機械機構(gòu)的設計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學生到工程技術(shù)人員的過渡。
重點：
在設計過程中重點是機架總體結(jié)構(gòu)的設計，減速器的選擇，各零部件（減速器、軸、齒輪、軸承、聯(lián)軸器、鍵）的設計，和機架的設計。
關鍵問題：
1.第一步的總體結(jié)構(gòu)設計。
總體結(jié)構(gòu)不僅關系到成品的安裝于運輸還關系到后面零部件的尺寸約束。
2.最后的機架設計。
3. 焊接滾輪架軸竄機理及影響因素。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩擦力,帶動焊件旋轉(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。自調(diào)式焊接滾輪架可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪的間距。
焊接滾輪架由主動滾輪架和從動滾輪架兩大部分組成。
本設計要求對15t焊接滾輪架做總體設計和主動滾輪架和從動滾輪架等機構(gòu)做結(jié)構(gòu)設計。
原始數(shù)據(jù)：1.最大載重量：15000kg
2.工件直徑：∮500—∮5300mm
3.滾輪圓周速度：8—48m/h
4.滾輪直徑：（鋼輪+膠輪+鋼輪）
∮380mm+∮400mm+∮380mm
5.滾輪總寬度：250mm
技術(shù)要求：
1. 焊接滾輪架要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的焊接運行速度，以及良好的結(jié)構(gòu)剛度；
2.對焊件的直徑和形狀要有一定的適用性；
3.結(jié)構(gòu)整體要有較高的強度和抗沖擊性能；
4.無論是高速回轉(zhuǎn)還是低速回轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速應平穩(wěn)、均勻。
研究方法：
在類比別的機型的同時參觀了不同滾輪架的形式和驅(qū)動方式,在這些基礎上進行改造和設計。
研究思路：
首先，進行滾輪架的總體設計。根據(jù)所給的參數(shù)確定出兩滾輪支架之間的距離，滾輪架臂長，和滾輪架在工作時臂架的反轉(zhuǎn)角度。確定出滾輪架大體的外部輪廓尺寸，并分析焊接滾輪架軸竄機理及影響因素。
其次，對滾輪架進行受力分析。根據(jù)滾輪架總體結(jié)構(gòu)的尺寸和滾輪的尺寸分最大工件尺寸和最小工件尺寸兩種情況進行受力分析，后面各零部件的設計打好基礎。為電機選擇提供數(shù)據(jù)。
再次，各零部件的設計。根據(jù)所選電機確定減速器的傳動比，再根據(jù)需要的傳動比選擇電機，最后校核電機的功率及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)受力分析結(jié)果初估軸徑，再根據(jù)之前總體設計中外部輪廓的尺寸及軸上零件進行軸結(jié)構(gòu)的設計。根據(jù)臂架的長度及傳動比的需要設計三個傳動齒輪，在本設計中減速器的傳動比已經(jīng)滿足要求，齒輪只起傳遞功率和轉(zhuǎn)矩的作用。最后設計連接這些零部件的連接件（軸承、鍵、聯(lián)軸器），完成整套機械的組裝。
最后，設計機架。機架的作用是支撐所有工作部件，承受工件及工作裝置傳來的力和和轉(zhuǎn)矩。機架為完成工作裝置的定位，提供實現(xiàn)工作裝置的正常工作的條件。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
3月25日-4月7日： 確定方案、修改方案、最終通過方案。（二周）
設計人應隨時將方案交指導老師審批，方案通過則繼續(xù)進行，通不過則修改方案，在兩周內(nèi)必須通過方案。
4月8日-5月5日： 撰寫計算書。（四周）
嚴格按規(guī)范要求撰寫計算書，包括頁面布置、字體、內(nèi)容、插圖等。插圖使用AUTOCAD繪制，圖文并茂，計算正確完整。
5月6日-6月9日： 繪制工程圖。（五周）
圖量符合要求。
6月10日-6月16日：整理畢業(yè)設計資料，準備答辯
6月17日-6月21日：畢業(yè)答辯
五、主要參考文獻
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[15]王伯平主編. 互換性一測量技術(shù)基礎第3版. 北京：機械工業(yè)出版社，2009
[16]大連理工大學工程圖學教研室編第六版. 北京：高等教育出版社，2007
[17]陸玉主編. 機械設計課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2006
指導教師意見：
指導教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領導簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。