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摘 要
本次設(shè)計(jì)是以焊接變位機(jī)作為主要的研究對(duì)象。在焊接變位機(jī)中采用全液壓系統(tǒng)，使之重量減輕，自動(dòng)化程度增強(qiáng)，變位機(jī)中的傳動(dòng)部分是由一個(gè)油泵機(jī)組分別驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)和三組油缸帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)和傾斜，并使主，副臂產(chǎn)生俯仰動(dòng)作調(diào)節(jié)工作臺(tái)的高低。本次設(shè)計(jì)對(duì)焊接變位機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和組成都做了詳細(xì)的介紹，對(duì)機(jī)構(gòu)中的主要零部件做了具體的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采取了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品更為先進(jìn)、實(shí)用，設(shè)計(jì)后制造出來的焊接變位機(jī)主要應(yīng)用在焊接行業(yè)上，這樣可以縮短焊接輔助時(shí)間，提高工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善焊接質(zhì)量，并充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。
在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，針對(duì)這一實(shí)際需要，我們?cè)O(shè)計(jì)的焊接變位機(jī)，它可通過工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，使焊縫處于易焊位置。焊接變位機(jī)與焊接操作機(jī)配合使用，可實(shí)現(xiàn)焊接的機(jī)械化、自動(dòng)化，提高了焊接的效率和焊接質(zhì)量。焊接變位機(jī)可應(yīng)用于化工、鍋爐、壓力容器、電機(jī)電器、鐵路交通、冶金等工業(yè)部門的自動(dòng)焊接系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：
焊接變位機(jī)；液壓系統(tǒng) ；回轉(zhuǎn)； 傾斜；
Abstract
The design is subject to weld change site equipment .The weld change site equipment，which the hydraulic system been used to lighten its weight and achieve highly automatically. The transmission part of the equipment is powered by one group of oil pump，several hydraulic motor and three hydrocylinder drive the work table to achieve rotation, incline and vice-arm to adjust work table height. The detailed system feature and components have been introduced in this design to emphasis the cutting edge and reality feature, which been enhanced by the specialty design of its major component. Weld change site equipment is mainly for welding industry to reduce the welds the assistance period, enhance work efficiency, reduce utility of labour and improve quality of welding. Most importantly, weld change site equipment could enhance the effect of almost every sort of welding。
In the welding production, it can meet the welding frequently to transition and to choose the appropriate welding position the situation, in view of this actual demand. This design the Weld change site Equipment. It has been possible through the work table rotation and incline. It causes the welded joint to be in easily to weld the position. The weld change site equipment and the welding operation machine coordination use, can realize the welding mechanization, the automation, enhanced the welding efficiency and the welding quality. Weld change site equipment can be applied in the industrial section of the chemical engineering, boiler, pressure container, electrical engineering electric appliances, rail communication, metallurgy to weld system automatically.
Keywords：
weld change site equipment；hydraulic system；rotation；incline
引 言
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的大部分企業(yè)還處在沒有進(jìn)入自動(dòng)化焊接階段，從調(diào)查資料中的115家各類企業(yè)的情況來看，總共只有焊接變位機(jī)750臺(tái)，84%是國(guó)產(chǎn)的。可見，變位機(jī)在我國(guó)企業(yè)中應(yīng)用還不普遍，但是，在調(diào)查的企業(yè)中也發(fā)現(xiàn)了一些應(yīng)用變位機(jī)好的典型，如廈門的林德叉車廠，每個(gè)焊接工都配備一臺(tái)變位機(jī)，一臺(tái)小電葫蘆吊車和一臺(tái)CO2氣體保護(hù)焊機(jī)，這樣就充分利用了我國(guó)勞動(dòng)力成本低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)用比較低廉的設(shè)備解決了生產(chǎn)效率，焊接質(zhì)量和勞動(dòng)強(qiáng)度的問題。所以應(yīng)該在國(guó)內(nèi)廣泛的推廣焊接變位機(jī)，這也是本課題設(shè)計(jì)的必要所在[1]。
在國(guó)際上，變位機(jī)的發(fā)展是非常全面的，包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)的有百余種系列，在技術(shù)上有普通型的，有無隙傳動(dòng)伺服控制型的，產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍達(dá)到0.1KN~18000KN。德國(guó)的Severt公司，美國(guó)Aroson公司，和我國(guó)的天津鼎盛工程機(jī)械有限公司是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)?？梢哉f我國(guó)焊接變位機(jī)發(fā)展的水平和國(guó)外發(fā)展水平相比較還是有差距的。
我國(guó)焊接行業(yè)的發(fā)展前景是非常好的，隨著產(chǎn)品進(jìn)入、資本進(jìn)入、服務(wù)進(jìn)入，將極大地增加我國(guó)的焊接行業(yè)的效益，擴(kuò)大焊接市場(chǎng)，乃至機(jī)械行業(yè)。目前，我國(guó)的焊接技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)領(lǐng)域，我國(guó)的焊接行業(yè)已經(jīng)并且正在發(fā)生著日新月異的變化，而且多方面領(lǐng)先與其他國(guó)家，擁有著先進(jìn)的焊接技術(shù)，擁有著世界上最大和最具潛力的市場(chǎng)。無論是國(guó)外的廠家，還是國(guó)內(nèi)的企業(yè)．進(jìn)入中國(guó)的市場(chǎng)都要有更先進(jìn)的焊接技術(shù)，因此研制新的全自動(dòng)焊接機(jī)已成為焊接行業(yè)不可缺少的高新技術(shù)，如：德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)正在進(jìn)一步加大全自動(dòng)焊接機(jī)的投入，不斷的提高焊接技術(shù)。21年來我國(guó)焊接業(yè)的年平均增長(zhǎng)速度為37%。由于總額的基數(shù)加大，增長(zhǎng)速度會(huì)放緩，但可以肯定的是中國(guó)的焊接行業(yè)在近千年之內(nèi)會(huì)以兩位數(shù)的百分比持續(xù)增長(zhǎng)。焊接行業(yè)是我國(guó)的古老行業(yè)，其規(guī)模和水平是有限的。焊接公司是焊接行業(yè)的主體。2002年我國(guó)共有焊接公司許多家，焊接產(chǎn)品的比重日益加大，其增長(zhǎng)速度都是可觀的，但是與外國(guó)焊接權(quán)威機(jī)構(gòu)披露的外國(guó)大型焊接企業(yè)的年產(chǎn)品的數(shù)字相比，差距是極為巨大的。我國(guó)焊接產(chǎn)品的年數(shù)量尚不及世界排名在前的外國(guó)廠家，還有一定的差距。
全自動(dòng)焊接機(jī)的研制，以及技術(shù)的更新，取得了很明顯的成果，焊接業(yè)發(fā)展的勢(shì)頭不斷向前，并且趨向更合理和更符合長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展要求，我國(guó)焊接業(yè)進(jìn)入了正常的、高速的發(fā)展軌道，形成了不可限量的、持續(xù)發(fā)展的勢(shì)頭。多種形式的焊接機(jī)促進(jìn)了焊接行業(yè)的不斷發(fā)展，焊接行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，全面創(chuàng)造歷史最好水平。
焊接業(yè)的發(fā)展，不僅表現(xiàn)在焊接機(jī)的創(chuàng)新研制和焊接技術(shù)的提高，而且表現(xiàn)在焊接行業(yè)已成為一個(gè)國(guó)家機(jī)械行業(yè)的先進(jìn)與否的標(biāo)志。創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、制作等方面的質(zhì)的發(fā)展，都有了新突破，設(shè)計(jì)創(chuàng)新八仙過海，各顯其能。焊接公司開始樹立起以市場(chǎng)為導(dǎo)向、設(shè)計(jì)為中心、效率第一、創(chuàng)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品為目標(biāo)。
焊接理論研究日益活躍，呈現(xiàn)出“百家爭(zhēng)鳴”氣象。焊接的技術(shù)人員和從業(yè)人員紛紛從不同角度，借鑒國(guó)外及學(xué)科外其他理論來充實(shí)焊接理論，探索中國(guó)焊接行業(yè)的發(fā)展之路。焊接市場(chǎng)風(fēng)風(fēng)火火，競(jìng)爭(zhēng)日趨于激烈，然而企業(yè)家由投標(biāo)時(shí)的狂熱到后期的冷靜，反映了中國(guó)焊接行業(yè)走向成熟與理智。
1 焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案
1.1 焊接變位機(jī)的類型
焊接變位機(jī)是改變焊件、焊機(jī)或焊工的空間位置來完成機(jī)械化，自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械設(shè)備。
焊接變位機(jī)的分類和各類所屬的設(shè)備如圖1所示：
焊接變位機(jī)械
焊件變位機(jī)械
焊接變位機(jī)械
焊工變位機(jī)械
焊接變位機(jī)
焊接滾輪袈
焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)
焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)
焊接操作機(jī)
電渣焊立袈
焊工升降臺(tái)
圖1 焊接變位機(jī)的分類
各種焊接變位機(jī)械都可以單獨(dú)使用，但在多數(shù)的場(chǎng)合是相互配合使用的，它們不僅用于焊接作業(yè)，也可用于裝配、切割、檢驗(yàn)、打磨、噴漆等作業(yè)。
1.2焊接變位機(jī)械應(yīng)具有的性能
一般，通用的焊接變位機(jī)應(yīng)具備的性能是：
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)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)，焊件因自身重力作用而發(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，其到位精度和運(yùn)行軌跡精度應(yīng)控制在0.1～2mm之間，最高精度可達(dá)到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，以免導(dǎo)熱和通風(fēng)的性能。
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，藥皮等臟物，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)工作。
9. 工作臺(tái)面上刻有安裝基線，并設(shè)有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)。
10. 兼作裝配用地焊接變位機(jī)械，其工作臺(tái)面要有較高地強(qiáng)度和抗沖擊性能。
11. 用于電子束焊，等離子弧焊，激光焊，和釬焊的焊接變位機(jī)械，應(yīng)滿足導(dǎo)電，隔磁，絕緣等方面的特殊要求。
1.3焊件變位機(jī)械的功能
焊件變位機(jī)械是在焊接過程中改變焊件空間位置，使其有利于焊接作業(yè)的各種機(jī)械設(shè)備。
焊件變位機(jī)按功能的不同，分為焊接變位機(jī)，焊接滾輪架，焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)，焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)四類。
在手工焊作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機(jī)械，但在多數(shù)場(chǎng)合，焊件變位機(jī)械是與焊機(jī)變位機(jī)械相互配合使用的，用來完成縱縫，橫縫，環(huán)縫，空間曲線焊縫的重要組成部分。在以弧焊機(jī)器人為中心的柔性加工單元(FMC)和加工系統(tǒng)(FMS)中，焊件變位機(jī)也是組成的設(shè)備之一。在復(fù)雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接，空間曲面的帶極堆焊等，都需要焊件變位機(jī)械的配合，才能完成其作業(yè)。焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼、法蘭、封頭等非長(zhǎng)形焊件的翻轉(zhuǎn)變位。焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)類型可分為三種：
⑴伸臂式焊接變位機(jī)：
其回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并安裝在伸臂的一端，伸臂一般相對(duì)于某一轉(zhuǎn)軸成角度回轉(zhuǎn)，而此軸的位置多是固定的，但有的也可一在小于100°的范圍內(nèi)上下傾斜。這兩種運(yùn)動(dòng)都改變了工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸的位置，從而使該機(jī)變位范圍變大，作業(yè)適應(yīng)性好。
⑵座式焊接變位機(jī) ：
其工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支承在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，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，使用于0.5～50t焊件的翻轉(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。
⑶雙座式焊接變位機(jī) ：
該機(jī)穩(wěn)定性好，重型焊機(jī)變位機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。雙座式焊接變位機(jī)適用于50t以上大尺寸焊件的翻轉(zhuǎn)變位。在焊接作業(yè)中，常與大型門式焊接操作機(jī)或伸縮臂式焊接操作機(jī)配合使用。
本次設(shè)計(jì)的是第一種：伸臂式焊接變位機(jī)。
2 焊接變位機(jī)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案的確定
2.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方案的擬定
通過對(duì)現(xiàn)有的焊接變位機(jī)的觀察和研究，在調(diào)查了大量的資料的前提下?，F(xiàn)對(duì)焊接變位機(jī)的回轉(zhuǎn)部分分析如下：
焊接變位機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是利用回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，其驅(qū)動(dòng)方式可以用兩種方案來實(shí)施。
方案一：采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無級(jí)變速，如圖2所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)出的轉(zhuǎn)速經(jīng)帶輪傳遞給蝸桿，然后蝸桿通過與蝸輪嚙合，將轉(zhuǎn)速傳遞給蝸輪，經(jīng)蝸輪轉(zhuǎn)向并使回轉(zhuǎn)軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到使工作臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的目的。
圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖
方案二：采用液壓驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，液壓馬達(dá)首先通過減速器，再通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖3 液壓驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖
由于第二種方案采用液壓傳動(dòng)，使得傳動(dòng)系統(tǒng)的重量減輕，結(jié)構(gòu)也更為緊湊，慣性小，調(diào)速范圍寬，并且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，所以本次設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)部分采用第二種方案。
2.2工作臺(tái)傾斜運(yùn)動(dòng)方案的擬定
焊接變位機(jī)的傾斜機(jī)構(gòu)也有兩種驅(qū)動(dòng)方案，
方案一：電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器減速后，通過扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜，或通過螺旋副使工作臺(tái)傾斜。
方案二：采用液壓缸直接推動(dòng)工作臺(tái)傾斜。
由于其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以確定為液壓驅(qū)動(dòng)，為了使整機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式更加合理，可靠，其傾斜機(jī)構(gòu)采用方案二，即采用液壓缸直接推動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行傾斜，如圖4所示。
圖4 傾斜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
本次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)：
最大的工作載1000N;工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度為0.2r/min;回轉(zhuǎn)角度為360°；工作臺(tái)傾斜速度為0.5r/min，傾斜角度為120°。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩為200N·m。
3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1減速器的選擇
根據(jù)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)阻力矩，并考慮到功率，選取FGM系列行星齒輪減速機(jī)，其傳動(dòng)比為i=500.
3.2 液壓馬達(dá)的選擇
3.2.1選定系統(tǒng)壓力
根據(jù)液壓馬達(dá)輸出軸的最大扭矩并綜合考慮系統(tǒng)性，可靠性，安全性等條件，初步選定液壓系統(tǒng)最高工作壓力為10MPa。
3.2.2馬達(dá)的選取及功率，扭矩校核
由減速機(jī)的選取可知
0.2×500×5＝500r/min
（3-1）
由于T=200 N·m，所以P=
，
N·m
由公式 （3-2）
式中： 是馬達(dá)最大的輸出轉(zhuǎn)速，單位：r/min
是馬達(dá)的最大輸出扭矩，單位：N·m
是馬達(dá)的最大排量, 單位：ml/r
是馬達(dá)的進(jìn)出口壓差，即所選的系統(tǒng)壓力 單位：MPa
是馬達(dá)的機(jī)械效率, =0.9
=6.28×0.105／0.9×10=0.073ml/r
根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以選取1QJM001-0.08液壓馬達(dá)，排量為0.083ml/r，最高轉(zhuǎn)速為500r/min。
馬達(dá)的功率校核：
（3-3）
式中 Q為輸入流量，單位為: L/min
為馬達(dá)壓降, 單位為: MPa
Nt為總效率 Nt=0.9
＝（0.083×500×100×0.9）／600＝6.15w
馬達(dá)的扭矩校核：
N·m
確定系統(tǒng)實(shí)際工作壓力：
由公式得△p=8.35MPa
3.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
傳動(dòng)系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下：
0軸（液壓馬達(dá)軸）
=5.51w
=500r/min
1軸（減速器高速軸）
=5.51×0.99=5.45w
2軸（減速器低速軸）
3軸（回轉(zhuǎn)軸）
3.3齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
齒輪機(jī)構(gòu)可以用于傳遞兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其特點(diǎn)是：傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠；效率高；可傳遞較高的扭矩。故齒輪成為機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
選擇常用的材料以及熱處理。小齒輪，45鋼，調(diào)質(zhì)，=235；大齒輪，45鋼，正火，=190，=235190=45合適。
選出齒輪精度等級(jí)為8級(jí)精度，GB10095—88。
初選小齒輪齒數(shù)為=20，大齒輪齒數(shù)為=4.859×20=97.18，圓整齒數(shù)取=100，實(shí)際齒數(shù)比
（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（3-4）
①確定計(jì)算參數(shù)
按齒數(shù)=20, =80得
=0.735，=0.946，則==0.735+0.946=1.681
因是直齒輪，=0，故=1.681
=1.16
因?yàn)檩d荷平衡， =1
不對(duì)稱布置，取齒數(shù)寬系數(shù)=0.5
查得=1.08
查試選=0.9
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) （3-5）
標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，=20°，=2.5
查得=189.8
查得：
=570Mpa
=460Mpa
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
次
次
=1，=1.05，（允許一定量的點(diǎn)蝕）
取=1，=1
許用接觸應(yīng)力
==570 （3-6）
==480
取最小值代入
查得=0.87。
式中
②計(jì)算
（3-7）
=67.19mm
圓周速度
==1.758 （3-8）
==0.35
查得=0.81，與假設(shè)=0.9相符合，不需要修正，=67.19
模數(shù) ==3.359mm
取標(biāo)準(zhǔn)值 =4
=4×20=80
=4×100=400
=0.5×80=40
圓整取，=40，=45
（2）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（3-9）
取=2.80，=2.18
取=1.55，=1.79
（3-10）
m＜6取=1，=1
取=430，=370
取=1.0，=1.0，
=430，=370
==0.010093
==0.01054
比較
∴大齒輪弱，應(yīng)按大齒輪校核彎曲疲勞強(qiáng)度，查文獻(xiàn)[3]圖7-25得，=0.69
=53.602＜=370
∴彎曲疲勞強(qiáng)度足夠
（4）主要設(shè)計(jì)結(jié)果
中心距：=240
模數(shù)：=4
齒數(shù)：=20 =100
分度圓直徑：=80 =400
齒頂圓直徑：=80+2×4=88
=400+2×4=408
齒根圓直徑：=802.5×4=70
=400－2.5×4=390
齒寬： =40 =45
3.4使用計(jì)算機(jī)軟件驗(yàn)算齒輪的強(qiáng)度校核：
計(jì)算圓柱齒輪傳動(dòng)裝置 (帶有直齒和螺旋齒) 的尺寸。包括基于已轉(zhuǎn)換的輸出功率的模塊設(shè)計(jì)。允許使用各種類型的更正，包括位移補(bǔ)償更正。因?yàn)榭梢杂?jì)算從動(dòng)齒輪，所以將得到精確的軸距?？梢詧?zhí)行強(qiáng)度檢查。
圖 5 選擇齒輪的類型 圖6 選擇制作級(jí)別
圖7 輸入選擇齒輪的傳動(dòng)類型 圖8 輸入齒輪傳動(dòng)裝置尺寸
圖9 輸入材料類別 圖10 外部系數(shù)對(duì)齒輪的影響
圖11 輸入齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)
圖12 輸入校核信息 圖13 校核合格
3.5 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算
3.5.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)在回轉(zhuǎn)軸上的功率為，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)矩為。參考3.2.3的數(shù)據(jù)得
（3-11）
(2)求作用在齒輪上的力：
已知大齒輪的分度圓直徑為
=400
圓周力：
徑向力：
法向力：
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
擬定軸的零件的裝配方案見圖14,由于回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速太小，并不適用最小軸徑的計(jì)算公式，所以依照經(jīng)驗(yàn)，和與同類設(shè)計(jì)的參數(shù)為依據(jù)，定最小軸徑為65mm。
圖14 回轉(zhuǎn)軸
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
軸的總長(zhǎng)L=353mm
3.5.2 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核
變位機(jī)的回轉(zhuǎn)軸的受力狀態(tài)如圖7所示，其中a)圖是回轉(zhuǎn)軸傾斜角為α?xí)r，b)回轉(zhuǎn)軸傾斜角為αmin時(shí)，c)回轉(zhuǎn)軸傾斜角為90°時(shí)。在焊件和夾具的綜合重量作用下，回轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)斷面在軸承A處，在A點(diǎn)垂直回轉(zhuǎn)軸軸線的截面上受有彎曲力矩Mw和扭矩Mn。而Mw是繞x軸和y軸的兩個(gè)彎矩Mx和My合成的。
圖15 焊接變位機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)
考慮到，，則A點(diǎn)所受的彎矩為：
式中 G：綜合重量
h：綜合重心高，即離回轉(zhuǎn)支承點(diǎn)A截面的距離
α：回轉(zhuǎn)軸傾斜角，即相對(duì)于機(jī)座中垂線的夾角。
e：綜合重心的偏心矩，即偏離工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的距離。
β：回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角。
A點(diǎn)截面受的扭矩為：
（3-13）
按第三強(qiáng)度理論折算的當(dāng)量彎矩為：
(3-13)
由式(3-13)得知，當(dāng)量彎矩Mxd是α，β的二次函數(shù)，其值是變化的，Mxd的最大值是式(3-13)導(dǎo)數(shù)為零所求的極值，若令N等于式(3-13)根號(hào)中的內(nèi)容，即
(3-14)
對(duì)式(3-14)求偏導(dǎo)數(shù)并令其結(jié)果為零得：
計(jì)算分析后得到，當(dāng)α與β滿足
( 3-15)
當(dāng)量彎矩出現(xiàn)最大值Mxdmax=，由式(3-15)得知，當(dāng)β在0～360°范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)于任意指定的焊接變位機(jī)， 為定值，故α隨β變化的曲線即可作出。焊接變位機(jī)的h=1.108m，e=0.36m，則在=0.33情況下α隨β變化的曲線，只要α和β滿足該曲線，就會(huì)出現(xiàn)最大當(dāng)量彎矩。當(dāng)α=75°時(shí)，則
圖16 α隨β變化的曲線
在β=54°和β=126°時(shí)出現(xiàn)最大當(dāng)量彎矩值。由式得知，當(dāng)sinβ=±1時(shí)，α有一對(duì)極值出現(xiàn)，αmin=acrcot ，αmax=acrcot(-)，其關(guān)系為αmax=180-αmin，顯然，當(dāng)回轉(zhuǎn)軸傾斜角在αmin～αmax范圍內(nèi)才會(huì)出現(xiàn)最大當(dāng)量彎矩，在此范圍之外，不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)量彎矩的最大值。因而其受力狀態(tài)是安全的。
3.6 聯(lián)軸器的選取和校核
聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中的常用部件，主要用來聯(lián)接軸和軸，以傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，有時(shí)也可以作為安全裝置。根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被安裝兩部件的精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器的類型。
1、類型的選擇
由于兩軸對(duì)中性要求很高，要求沒有位移發(fā)生，并且要求構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，為此選用凸緣聯(lián)軸器。
2、載荷計(jì)算
公稱轉(zhuǎn)矩
由表查得=2.3，所以計(jì)算轉(zhuǎn)矩得
3、型號(hào)選擇
從GB4323-84中查得GT凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為350Nm，許用最大轉(zhuǎn)速為7000r/min，軸徑為32～40mm之間，故合用。
3.7 軸承的選取和校核
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代化機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，選擇滾動(dòng)軸承的理由是：它起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力矩較??；起動(dòng)靈敏；效率高；潤(rùn)滑方便；易于互換。按承載較大的滾動(dòng)軸承選擇其型號(hào)。軸承類型選擇為深溝球軸承，預(yù)期壽命
根據(jù)已知條件，選擇深溝球軸承為所選軸承，并初定型號(hào)為6218。
求軸承受到的徑向載荷和
（3-16）
其中 ＝1622N =1854N
查表得C和的值 C=94000N, =79000N
計(jì)算 =1622/79000=0.021
查表得e的值 e＝0.22
計(jì)算比值 0.87>0.22
查表得X,Y的值 X=0.56 Y=2.0
查得
計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 =6423N （3-17）
計(jì)算軸承壽命
結(jié)論： 選取深溝球軸承6218合適。
3.8鍵的選取和校核
由前計(jì)算知：軸的工作轉(zhuǎn)矩
選A型普通平鍵d=70，L=70,初選鍵46×80 GB/T 1096—2003：b=20mm，h=12mm，L=63mm，l=43mm。鍵的許用擠壓應(yīng)力和許用剪切應(yīng)力分別取為，。
分別驗(yàn)算鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度
＜
＜
鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度滿足要求。
3.9 導(dǎo)電與導(dǎo)氣裝置
焊接變位機(jī)作為焊接電源的二次回路的組成部分，必須設(shè)有導(dǎo)電裝置。目前，在焊接變位機(jī)上主要采用電刷式的導(dǎo)電裝置，它由電刷，電刷盒，刷袈等組成，結(jié)構(gòu)形式多樣。焊接變位機(jī)也可以利用自身導(dǎo)電，但必須采取如下措施：使用帶有石墨成分的潤(rùn)滑脂，在軸向力的作用下，各傳動(dòng)副之間，軸承內(nèi)外圈之間須接觸緊密。自身導(dǎo)電雖然省去了專用的導(dǎo)電裝置，但對(duì)變位機(jī)各傳動(dòng)副的裝配間隙要求較嚴(yán)，使用中又需經(jīng)常檢查和調(diào)整。
4 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖17 傾斜機(jī)構(gòu)液壓原理圖
根據(jù)設(shè)計(jì)目的及要求：工作臺(tái)的傾斜速度是0.5r/min，傾斜角度是120°，進(jìn)行分析計(jì)算確定缸結(jié)構(gòu)尺寸。
4.1.1工作負(fù)載：
4.1.2液壓缸主要參數(shù)的確定
初選工作壓力：
根據(jù)分析此設(shè)備負(fù)載不大，為適應(yīng)今后發(fā)展改良，擴(kuò)展使用范圍，故選用工作壓力為16MPa液壓泵。
計(jì)算液壓缸的尺寸：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇范圍選取液壓缸主體外徑
則液壓缸有效面積為：
無桿腔面積： （4-1）
有桿腔面積： （4-2）
所以 ：
4.2活塞桿穩(wěn)定性校核
因?yàn)榛钊麠U總行程為,而活塞桿直徑為，最大起重載荷為，材料為45鋼 ,穩(wěn)定安全系數(shù)。彈性模量，。
4.2.1壓桿的柔度
(4-3)
(4-4)
則慣性半徑 (4-5)
該桿為一端固定另一端自由，故。代入柔度計(jì)算公式得
因?yàn)椋蔬x用 經(jīng)驗(yàn)拋物線公式計(jì)算臨界應(yīng)力
4.2.2校核壓桿穩(wěn)定性
因?yàn)? ，
所以 壓桿滿足穩(wěn)定性條件
4.2.3求液壓缸的最大流量
4.3應(yīng)用的回路
4.3.1換向回路
如圖17所示，可以采用二位四通或三位四通電磁換向閥，都可以使執(zhí)行元件換向。采用電磁換向閥最為方便，本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖中就采用三位四通電磁換向閥，因?yàn)殡姶艙Q向閥動(dòng)作快，換向有沖擊力 。換向回路可以變更供油方向來實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的換向。
4.3.2緊鎖回路
緊鎖回路的功能是通過切斷執(zhí)行元件的進(jìn)油，出油通道來使它停在任意位置，并防止停止運(yùn)動(dòng)后因外界因素而發(fā)生竄動(dòng)。使液壓缸緊鎖的最簡(jiǎn)單的方法是利用三位換向閥的M型或O型中位機(jī)能來封閉液壓缸的兩腔，使活塞在行程范圍內(nèi)任意位置停止。但由于滑閥的的泄漏，不能長(zhǎng)時(shí)間的保持停止位置不動(dòng)，鎖緊度不高。最常用的方法是采用液控單向閥做鎖緊元件，在液壓缸的兩側(cè)油路上都串連一液控單向閥，活塞可以在行程位置上長(zhǎng)期鎖緊，不會(huì)因?yàn)橥饨缭蚨Z動(dòng)，其鎖緊精度只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響。為了保證鎖緊迅速，準(zhǔn)確，換向閥應(yīng)采用H型或Y型中位機(jī)能。
結(jié) 論
通過以上的設(shè)計(jì)和計(jì)算，比較圓滿的達(dá)到了設(shè)計(jì)要求：工作臺(tái)的傾斜運(yùn)動(dòng)能都達(dá)到運(yùn)動(dòng)靈活自如，工作臺(tái)無論高速回轉(zhuǎn)，還是低速回轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速都比較平穩(wěn)，均勻。而且，兩主臂液壓缸，兩傾斜液壓缸在工作時(shí)能構(gòu)較好的達(dá)到同步。本次設(shè)計(jì)的全液壓伸臂式焊接變位機(jī)的特點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)緊湊，重量較輕，傳動(dòng)剛性好，運(yùn)行平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍無級(jí)調(diào)速，并有很好的防過載能力。由于在實(shí)際的設(shè)計(jì)中遇到了許多困難，同時(shí)也出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤，特別是實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的缺乏，使自己在設(shè)計(jì)上走了很多不必要的彎路。本次設(shè)計(jì)的焊接變位機(jī)的缺陷是它對(duì)液壓元件的質(zhì)量要求較高，否則易產(chǎn)生滲漏，污染場(chǎng)地和工件，這對(duì)保證焊接質(zhì)量和進(jìn)行安全操作是很不利的。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，自己的實(shí)踐動(dòng)手、分析能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)，去創(chuàng)造的自信心；為工作時(shí)候的產(chǎn)品開發(fā)、改進(jìn)打下基礎(chǔ)；掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識(shí)的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。而且培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神以及相對(duì)應(yīng)的工程意識(shí)，同學(xué)之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出來了。
在這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我非常感謝我的指導(dǎo)教師吳潔老師以及其他幫助我的老師，宗振奇老師和王冠五老師，我們的師生之間已經(jīng)建立了深厚的友誼，他們對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格認(rèn)真的指導(dǎo)，交給我的不僅僅是科學(xué)文化知識(shí)，還有做人的道理和原則，在此我對(duì)他們表示忠心的感謝。
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4 軟件設(shè)計(jì)(一級(jí)標(biāo)題，三號(hào)黑體左對(duì)齊)
4.1 如何使用(二級(jí)標(biāo)題，小三號(hào)黑體左對(duì)齊)
4.1.1 介紹(三級(jí)標(biāo)題，四號(hào)黑體左對(duì)齊)
(1) 回顧(四級(jí)標(biāo)題，宋體四號(hào)左空2個(gè)漢字位置對(duì)齊)
①不分標(biāo)題，結(jié)尾帶標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。(五級(jí)，宋體四號(hào)左空2個(gè)漢字位置對(duì)齊)
8．畢業(yè)論文裝訂順序?yàn)椋悍馄ぁ轫摗夸洝ㄖ形摹⑽模裕ňw言）→論文正文→結(jié)論→致謝→參考文獻(xiàn)。
左邊裝訂。
36
沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No
焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)
專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)：2003級(jí)3班
姓名：?jiǎn)虝蕴?
目 錄
引言 3
1焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5
1.1焊接變位機(jī)的類型 5
1.2焊接變位機(jī)械應(yīng)具有的性能 5
1.3焊件變位機(jī)械的功能 6
2焊接變位機(jī)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案的擬定和選擇 8
2.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方案的擬定和選擇 8
2.2工作臺(tái)傾斜運(yùn)動(dòng)方案的擬定和選擇 9
3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10
3.1減速器的選擇 10
3.2液壓馬達(dá)的選擇 10
3.3齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
3.4軟件校核齒輪的強(qiáng)度 16
3.5 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算 18
3.6 聯(lián)軸器的選取和校核 22
3.7軸承的選取和校核 23
3.8鍵的選取和校核 23
3.9 導(dǎo)電與導(dǎo)氣裝置 24
4 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25
4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
4.2活塞桿穩(wěn)定性校核 26
4.3選用的回路 27
5 結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）