0004-汽车后桥直缝焊接专机设计（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
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摘 要
在选矿作业中，球磨机的磨矿作业是选矿厂整个工艺流程中承前启后的关键性一步，在选矿工艺流程的建设中所占的成本比例很大，因而对球磨机的钻研是十分必要的，我们需要优化球磨机的机械结构，提高其研磨效率，减少成本。
本课题主要是对K2112.00溢流型球磨机进行结构设计，根据K2112.00溢流型球磨机的技术要求，合理地确定设计方案，并对其机械结构进行设计，包括进料部、传动部、筒体等，绘制球磨机的装配图，主要部分的部件图以及零件图。本课题主要是对球磨机的轴承部，传动部和筒体部进行优化设计。了解了球磨机的工作原理和载荷分布的情况，就可简化轴承部的结构，而使用通用件，可以降低球磨机的成本，满足企业的需求。筒体部的优化：改进筒体材料、合理布置筒体衬板、合理选择衬板材料和类型、优化进出料装置等，筒体部的改进可减少进料端与出料端矿浆的泄露，提高球磨机的运行效率，延长使用寿命，降低能耗。通过查阅资料可知，所设计的溢流型球磨机的直径D=2100mm，长度L=3600mm，经过计算可得到球磨机的转速、功率、装球量等自身参数，进而对其传动部进行设计，选择合适的电动机、减速器、相对应的联轴器等，且合理地设计球磨机的齿轮传动结构，并进行校核。可以降低成本，减少能耗，提高经济效益。
关键词：球磨机；结构优化；回转部；传动部
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本科生毕业设计（论文）外文翻译 毕业设计（论文）题目： 汽车后桥直缝焊接专机设计 外文题目： F A 文题目： 减轻轻型车后桥共振反应的灵敏度分析 1 减轻轻型车后桥共振反应的灵敏度分析 摘要 共振反应是经常发生在轻型车的 耦合的扭转梁轴 （ 的一种现象 。然而 ， 修改车轴设计是 受到很多限制的，但是 悬 挂系统必须满足汽车转向性能等要求。传统 灵敏度 分析不能提供实用 的共振行为 信息 ， 因为 传统 分析 只分析了标准的车辆车 轴。 本文 提出了一种新的 灵敏度分析，它是在可传递性 比率 (基础上建立的 。 这种分析不同于传统分析，车辆车轴以外的 其他 部件 也可以成为被分析对象 。 这种新分析方法 提出的设计修改 在 仿真 模拟 结果表明 ：汽车后桥 的振动大大减少了。 新灵敏度分析方法大大减小了轻型车后桥设计的难度， 车 辆后桥 的共振响应 也 可以有效地控制。 关键词 :共振 反应 、灵敏度分析、传递函数 、 设计修改 、 多体 半车 模型 一个创新的悬架 模 型，它 简化 了 轻型车辆的结构减少了制造成本 ，并且它 同时 也 保持了所需的模块的功能 ， 比如车辆 原地 转向。的主要缺点 会产生 共振 ， 驱动轴经常产生 噪音 。车轴制动 时车轴频繁的发出的 200 赫兹到 400 赫兹 的噪音。 (图一 )。先前的研究的结构共振 型 只关注粘滑运动时 制动盘和垫 片 。最近 ， 一些 受到 中断振动路径启发 的 改进设计建议被报道 。 现在，在 汽车工程开发 中已经 对 几种 制动性噪声和振动 反应 提出 了方法和对策。 模态参与因子（ 被广泛使用 ，它是 一个 相邻零件 耦合引起的灵敏度指标 。 该模型 的常见例子是 耦合问题 时 的 制动系统噪声； 此 设计 方法 是基于 。 不过 ,法不能 被用于 起的 共振问 题，因为的噪音是不同机制引起的。 关键 部位的共振问题 可以利用灵敏度分析有效解决 。 共振模 型 是经常 被用 在复杂的结 构中 如在车辆悬架模块 ， 和敏感度分析 中。这种模型能 使我们能够确定 对 最敏感组件进行修改。尽管不同的灵敏度分析方法存在 ， 如有限差分分析 ， 和半解析方法 ， 这些方法需要准确的动态信息 ,如特征值和特征向量实现 。现有的分析方法的共振行为很难直接应用 ，因 为他们需要精确的系统 块识别特征值和特征向量。如果灵敏度分析 可以只使用以执行现场响应数据 ， 可以获得的反应准确的灵敏度结果至关重要 ； 此外 ， 大量时间 数据 将被保存。 2 图 1 车辆的制动噪声的分类系统。 本文提出了一种新的基于灵敏度分析 传递性比率 （ 确定合适的 部件，最小的设计变化减少部件车轴轴临界响应。敏感性分析 是 通过模拟验证一五自由度（ 5动系统。本文提出的灵敏度分析应用于轻型车辆 块。虽然方法确定候选 部件，对它进行 设计修改 ， 但 该组件可以不实际的改良。本文提出的灵敏度分析鉴定为适当的组件改性。利用多体动力学仿真，我们 证实了一个 大的振动可 以 通过 一个小的设计修改实现组件 来减小 。 的灵敏度分析是基于 设计最小化 原则灵敏度 与 大小成反比。可以描述使用一个简单的线性开环系统 ，它 是 单 自由度振动路径的一部分。如果一个小的设计改变了在节点 2， 然后动态系统 的相应 可以在节点 2 和 3 上 。 2 灵敏度的应用分析 辆的测试信号的采集 一 辆 1000克 的轻型车辆 在 现场试验进行采集和分析的共振响应信号。测试车辆和传感器，如图 7 所示。 记声 计被安装在靠近左后轮，与车速表连接到后保险杠。 加速度计 被安装在不同的点 在 汽车制动中。 成的轴 ， 纵臂 ，和一个支架 中 有一个简单的降低制造成本的结构设计。 状 信号采集系统被用来获取传感器的信号 。 3 图 7 安装在 测试车辆 的 传感器 。 图 8 车辆组件和配置加速度计的安装位置 。 据 研究 共振反应 发生在低速、高湿度和低温 。 因此 ,汽车测试在以下条件下进行 ： (1) 制动盘或卡尺装全是湿的 ； (2) 直到制动模块的温度 降低到足够小之前 车辆驱动制动 不 采取任何行动 ； 此外测试车辆的速度 10， 20， 和 30 公里 /小时和三个刹车动作 ： 没有刹车 ,缓慢制动和紧急制动。测试模式表 2 所示。 表 2 实验 汽车 的 测试模式 4 辆测试结果在表 3 中做了总结。关键响应信号很明显当车辆速度等于或小于10 公里 /小时在相反的方向。 汽车不 刹车 情况下速度保持 10 公里 /小时 下的测试环境下， 半轴的垂直加速度测量 如 图 9。 表 3 车辆振动一代测试结果 注： 字母 “o” 和 “x” 表示发生与否 ， 分别在车轴的共振。 5 图 9 汽车在 10 公里 /小时 行驶时 半轴的垂直加速度 (a)有制动 (b)没有 制动 轴的关键光谱检测使用小波分析 因为在车辆测试获得的传感器信号容易被来 自 源引擎 或地面的 噪声污染 ， 信号处理需要过滤噪音。 本次实验中 离散小波变换 (用于检测的 主要频率块的共振响应 的。 能力 是 检测隐藏元素在嘈杂的信号 ， 将信号分解为近似 值 和细节 。在分析原始信号后， 原始信号分解成三个 层次 (2,和 一个近似 ( 并对信号进行了 离散分分析 和 傅里叶变换 ( 原始的 频率和 号如图 10 所示。尽管主要峰值 330 赫兹可以识别 ，但 另一个 190 的 峰 值在利用 才 被 发现。 6 图 10 相关的 共振反应频率 （ a） 没有经过 理的 原始信号（ b） 经过 理后的信号 用灵敏度的方法 和 关键反应问题 用 灵敏度分析 频率 响应函数的每个节点 是 通过测试 车辆完整行进过程中的震动反应的 。一个脉冲力施加在 点 1)中 并对 20 个节点的加速度振动轨迹进行测量 。 此外 对 模态参数进行提取，通过执行独立模态分析每个组件的使用 动态。除了 000 赫兹 的 刚性模式 。 特别是， 在后桥 第三和第五弯曲模式是 特别容易 响应的主要频率。 计算在各组分接 在 190 和 330 赫兹 的频率后。 结果表明， 结果表明 ， 轴造成明显的共振 反应。 然而 ， 设计不可能改善共振响应 ， 因为修改 行驶舒适和主要 汽车功 能有 显著 的 影响 。 组件 灵敏度分析 先前的研究 关键行为模块报道 ， 车轴的共振行为不利于系统的稳定 ，一个相应的的制动噪声传播模块 。 考虑到关键反应传输从 动模块 ,两个振动路径假设如下 ： 7 路径 1： 轴 纵臂 托架 丁字形板 盘 路径 2： 轴 纵臂 托架 丁字形板 卡尺 在测量节点在图中 ,较 长节点的路径选择和一个新的振动灵敏度分析进行了190 赫兹 和 330 年赫兹频率。每个组件的计算灵敏度表 5 所示。半轴是最节点 2关键位置在 330 赫兹 ,而落后的节点手臂和支架在 190 赫兹的最大灵敏度。不同于 臂和支架是合适的 组件进行 设计修改 。 用该设计方法 进行 设计修改 基于灵敏度分析提出的设计修改策略集中在最小的变化 的组件如 支架和纵臂。 螺栓 的数量 和支架的大小 会 改善夹紧刚度和阻尼 。 此外 ,纵臂的厚度 的增长会让汽车 结构 变 坚固。 所提出的设计变更进行验证 是 使用 计算机辅助工程 （ 基础的参数 进行 研究 的。 一个多体半车模型 。 型的准确性增强了整合 灵活方式和制动盘模态分析结果。 半车 模型的仿真在进行的 5 公里 /小时的速度没有任何噪音。在模拟、半轴的反应追踪 中 显示了加速度的峰值 。设计修改后 仿真结果表明 ，汽车后桥 共振水平 峰值 从 190 赫兹到 330 赫兹 之间 分别减少了 63%和 63%。虽然设计修改是专注于改善反应在 190 赫兹 ， 半轴响应降低明显在 190 年和 330 赫兹 ,因为修改也影响了 件在 330 赫兹 。 4 结论 新 灵敏度分析 用可传递性 比率 ( 识别 汽车 最敏感组件 如 支架和手臂 ，提出 了 解决 汽车后桥共振反应的方法 从 方法。 在测试中，测试车辆 主要 的半轴震动 频率 从 190 赫兹到 330 赫兹 。 拟议中的使用进行了灵敏度分析响应测量车辆测试期间同时进行 行分析。 虽然 能 确定 对 出 设计修改 但 这部分几乎不能被改 动 。提出的 灵敏度分析确定 了 两个 可修改的 组件 如 支架 和 纵臂。设计修改策略是使用 半车 验证与真。仿真结果表明 ，汽车后桥共振水平 峰值 从 190 赫兹到 330 赫兹 之间分别减少了 63%和 63%。因此 , 拟议中的灵敏度分析 可能 成为 今后 主 要的后桥 共振 分析方法 。 8 声明 这项 研究 是 由 韩国教育与人力资源开发 项目部 支持的。此外 ，这项研究由 目资助 (批准号知识经济部的 10038467)， 韩国。 本科生毕业设计（论文）开题报告 题目名称 : 汽车后桥直缝焊接专机设计 学院名称： 机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 1 目录 . 2 . 2 接设备国内发展现状 . 2 接设备国外发展现状 . 4 接设备发展趋 势 . 4 . 5 . 6 5. 进度安排 . 7 . 8 2 中国汽车工业经过 60 年的发展 ,期间经过数代人的努力中国汽车工业从无到有逐步走向国际化。 2009 年我国汽车产量为 辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。日本为 793 万辆，美国为 570 万。中国成为了全球汽车生产第一大国。 1作为汽车制造技术之中最有代表性的 3 大工艺 (焊装、油漆、总装 )之 一的焊接工艺，也随着中国汽车工业的发展逐步接近国际先进水平。 改革开放前中国的汽车焊接生产是以手工操作为主，只有局部实现了机械化生产。生产规模较小，焊接质量稳定性较差，生产质量不能得到保证。 20 世纪80 年代中期 ,随着改革开放的进行，使国内的汽车生产厂家有机会了解并引进国外先进的汽车焊接技术设备。新焊接设备不仅减少了操作者的数量和劳动强度，也提高产品质量、满足高标准要求。 20 世纪 90 年代以来的技术引进及生产设备工艺装备的引进使汽车行业实现了轿车生产的规模化起步，对保证产品质量实现平稳生产起到了重要作用 2。 如今在中国汽车行业焊接设备是必不可少的，传统手工焊接已经无法满足如此巨大的中国市场，因此设计一款焊接设备是具有重要意义。 改革开放前中国的汽车焊接生产是以手工操作为主，局部实现了机械化生产生产规模较小，焊接质量稳定性较差。产品的最终结果表现为驾驶室密封性不能保证、振动及噪声较大、车门间隙不稳定、焊装后的整体尺寸精度得不到保证。但是 ,当时国内焊接设备厂家的开发攻关能力很强，在没技术、没资料的条件下，为汽车厂生产出了大量的关键设备和仪器，为当时 汽车工业的发展提供了有力的保障。 20 世纪 80 年代中期，随着改革开放的进行，使国内的汽车生产厂家有机会了解到国外先进的汽车焊接技术，并将一部分技术应用到了生产中。特别是一汽 3 利用 型改造的机会 ， 将国外汽车上的成熟技术用到了我们的产品上来，如将铆接螺母全部改为焊接螺母，降低了整车的振动和噪声。车轮轮惘焊接引进了国外的液压伺服式闪光对焊机，大大降低了废品率。较大总成的焊接采用了流水线生产，如车头焊接采用往复杆式生产线。自动点焊机、一氧化碳自动焊机、旋弧焊机、氢弧焊工艺 均用于载货车生产，国内大焊机 厂开发的多点焊机质量更加稳定，这些对提高汽车生产能力、减轻工人劳动强度都起到了很大作用。 20 世纪 90 年代初，一汽与德国大众合资建设现代化的轿车生产基地，其焊装线虽然是国外的二手设备，但其投入使用后的自动化程度、物流方式让许多从事汽车焊接技术的人耳目一新 ,对现代化汽车生产线有了新的理解和认识。随后，一汽在其载货车、轻型车项目中都引进了国外的焊接机器人，其中还有一条无人焊接线，人们切实体会到了机器人焊接技术不仅仅是减少了操作者的数量和劳动强度 ,对提高产品质量、满足高标准要求也是必不可少的。 20 世纪 90 年代 以来技术引进及生产设备、工艺装备的引进使汽车行业实现了轿车生产的规模化起步，对保证产品质量、实现平稳生产起到了重要作用 3。但这一结果对国内的焊接设备生产厂家造成了很大冲击，国内厂家主要在载货车生产线及轿车配套装备和单工件焊机方面做了一些工作 4。 与国外相比 ， 从总体上看国内焊接生产的机械化、自动化水平较低 ， 众多企业需要的、中国自有的、 “ 使用量大面广 ” 的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。然而，对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的 中等以上骨干企业，在改革开放以来的多次技术改造中 ， 引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺，焊接生产的技术水平有了很大的提高 ， 基本上能达到接近国外同类企业的水平，能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品 ， 只是先进技术的应用面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术 ， 目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。国内焊接生产的这种表面辉煌，技术空心化的局面是一个严重的战略软肋 5-8。 4 国外发展现状 近年来，汽车工业的技术进步非常快，各汽车厂家为了在激烈的市场竞争中生存下来，不断推出具有高技术含量的新产品。在方式上体现在由过去的垄断技术向更高层次即垄断标准上转变，如不断提高对汽车排放标准、安全标准、振动噪声标准、材料再生利用标准的要求，达不到标准的车 ,其市场空间将越来越小，最终被淘汰出局。 20 世纪后期，美国首先提出了轿车车身焊装“ 2程”的概念，即白车身焊后尺寸偏差小于 2一目标的提出，对整个车身制造技术的要求大大提高，即制造材料、冲压件质量、工艺精度、焊接工艺方法、物流、焊 接生产管理等方面都要有严格的保证措施。计算机控制的高自动化水平的无人焊装线在国外先进的汽车厂己普遍采用，电弧钎焊工艺取代了一氧化碳电弧焊。如宝马公司20 世纪 80 年代初建成的年产 辆 3 系列轿车的焊装车间 ,全部生产人员仅50 余人“三班生产”，主要从事质检、维护和管理工作，上下料为自动输送机和机器人，车身物流采用滑撬运送，车身全部是机器人焊接 9。 汽车技术向着节能、安全、环保的方向发展 ,凡是对汽车的动力性、经济性、可靠性、耐久性、操纵稳定性、安全性、低排放等方面有利的焊接技术都将有广泛的应用空间。如现在载货车厂也要达到“ 2程”的目标，轿车车身的生厂进一步提高了要求。据 司的研究人员介绍 10，车身上 600 个激光焊点用一个激光头只需 12 分钟就可以全部焊完。激光焊出的车身整体性好，对减振安全都有利，但设备投资太大 ,对零件和维护人员的要求也很高 ,因此应降低成本提高普及率。原有的工艺技术水平也有待于进一步提高，如很多汽车零件中对擦焊都有相位要 求 7，国内相位摩擦焊技术不过关，引进国外设备价格又非昂贵并且担心维护及改造问题，使得这一工艺的应用受到限制。 目前 ,国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的套焊装线的能力。面对汽车行业的激烈竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产装备进行试验，只好成套引进 ,使得国内焊接装备生产厂家近年来与国外水平的差越来越大，一些较大的焊机厂连生存都遇到了问题。国内汽车焊接生产水平 5 与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距逐渐加大 11，这一矛盾目应当予以考虑，仅靠国内焊机厂自身的力量难以解决 。 对于汽车后桥壳的生产，由于焊接桥壳各项机械性能指标均优于铸造桥 12，所以世界各国汽车行业都在逐步淘汰铸造桥壳 ,而大力推广焊接桥壳。焊接桥壳主要注意的问题是： (l)桥壳的焊接所用材料应具有良好的焊接 性； (2)桥壳焊缝的布置应有利于减少焊接应力及变形； (3)桥壳焊接件的技术要求应该合理； (4)桥壳每条焊缝的焊接接头形式，位置和尺寸应能满足焊接质量要求； 后桥是汽车的关键部件之一，受力复杂 ,它不但承重和传力，还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩 13，为此要 求后桥有足够的强度、刚度和韧性在众多焊缝中，尤其是桥壳与半轴套管的对接焊缝是关键焊缝，桥壳的焊接质量是直接关系到汽车的行驶安全和乘客及司机的生命，因此保证后桥的焊接质量是十分重要的。 以前后桥壳均采用焊条电弧焊来进行焊接 ,需焊接两遍如图 1 图 2，焊接速度慢，劳动强度大，焊接质量差。而后桥壳焊接总成的质量直接影响到后桥装配总成的整体质量 ,焊缝成形良好、水压和密封试验、力学性能等各项技术指标全部满足技术要求的后桥壳，可避免车桥在运行过程中产生异响、漏油等现象 14。反之就可能出现异响、漏油、甚至壳体断裂等质量问 题。而且焊条电弧焊工艺劳动强度大 ,不易实现生产机械化和自动化，严重制约了后桥生产的进一步发展。为此，采用适合微型汽车后桥生产的新式焊接工艺，在生产中引入 体保护焊 11，提高了后桥焊接的整体性能，并实现了大批量生产 15-18.。 6 图 1下壳体焊接示意 图 图 1轴套管及壳体焊接示意图 （ 1）根据技术要求完成设计。 （ 2）根据设计，利用 件完成装配图与相关主要零件图的绘制。 （ 3）最后，完成毕业设计论文的撰写。 7 5. 进度 安排 步骤 周次 工 作 内 容 安 排 1 1 查阅资料，概述国内外相关领域的发展情况，完成开题报告撰写，外文文献翻译。 2 5 周 讨论设计方案。 3 6 周 对焊接专机进行结构设计。 4 7 周 绘制装配图。 5 8 绘制并完成总装图。 6 10 周 绘制部件图。 7 11 周 绘制主要零件图。 8 12 周 完成全部图样。 9 13 周 对重要零件进行校核计算。 10 14 撰写设计论文。 11 16 周 完成设计论文。 12 17 周 整理答辩材料。 13 18 周 毕业答辩。 8 1 余跃 . 中国汽车出口壁垒难破 J. 中国经营报 , 2011,2057： 4. 2 刘月 D沈阳工业大学 ,2007： 1. 3 993:854 杨雪兰 中国汽车工业的竞 争力 机械工业出版社 ,2000 5 . nt 2001, 45(4): 2956 李建国，华大龙，朱旗我国焊接设备的现状及 90 年代发展方向 J北京：机械工业出版社， 58. 7 刘顺洪，胡乾午，李志远 . 汽车后桥环焊缝自动超声波探伤 系统 J000， 28（ 5）： 308 李亚江，王娟等特种材料焊接技术及应用 M学工业出版社 9 08(6):6110 11 001,8(6):1612 龙伟民 汽车工艺与材料 ,2002,(5):213 陆明志 焊接 ):3914 李伟吾 型车后桥焊接工艺分析 2005(4):5115 周淑玲，朱兰 J2011， 01（ 11）： 3516 王喜亮汽车后桥焊接生产工艺 J2010， 36（ 6）： 6317 樊宇峰重车后桥焊接生产线设计 J2011， 40（ 05）： 11018 李伟并 焊接 2):7119 陆明志汽车后桥焊接工艺及应用 J2007， 03（ 04）： 3920 李伟吾汽车后桥焊接工艺 J2009， 04（ 12）： 46 9 I 汽车后桥直焊缝焊接专机设计 f n 院：机械工程学院 要 中国汽车工业经过 60 年的发展，经过数代人的努力从无到有并逐步走向国际化。 2009 年我国汽车产量突破 辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。（日本为 793 万辆，美国为 570 万辆）。中国已经成为了全球汽车生产第一大国。作为汽车制造之中最有代表性的 3 大工艺 (焊装、油漆、总装 )之一的焊接工艺 也得到了长足发展，逐步达到国际先进水平。在专业性强、而且有规则焊道的零件中使用焊接专机不仅能达到焊接工艺的要求，而且经济。为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化装备来提高生产效率减轻工人工作量。 本设计为汽车后桥直焊缝焊接专机设计，设备包括机械结构设计。焊接汽车后桥的方法是二氧化碳保护焊法，焊接长度为 270接速度可达到 300 一500mm/焊接专机的机械部分设计包括有焊接小车、床身、丝杠传动机构、工件支架、气缸支架、顶尖等部分。内容涉及到气缸、电动机、减速机、滚珠螺杆等。其中焊接小 车是本次设计的重点，小车带动焊抢作直线运动来完成直焊缝的焊接任务，而小车是由电机通过一系列传动驱动的。出于对工艺要求和工作效率等多方面因素的考虑，设计出了双焊枪运动机构，使之在一次操作可以同时完成两道直焊缝的焊接任务。 关键词 :汽车后桥；焊接专机；焊接小车；丝杠传动 0 s to 009 s As in In in of In to of s a of to of of is of to is of of in be at to on to to V 目录 摘 要 . . 1 章 绪论 . 1 课题研究的目的和意义 . 1 焊接设备的发展趋势及发展现状 . 1 国内 焊接设备发展现状 . 2 国外焊接设备发展现状与趋势 . 3 课题研究内容及目标 . 4 第 2 章 汽车后桥直焊缝焊接专机整体设计方案 . 5 汽车后桥直焊缝焊接专机工作原理 . 5 焊接小车的工作原理及设计 . 6 工作原理 . 6 焊枪卡紧机构的设计 . 7 焊枪垂直运动系统的设计 . 7 弓形滑板的设计 . 8 小车尺寸结构的设计 . 9 送丝机构支架的设计 . 10 电动机与减速机的确定 . 11 滚珠螺杆滚珠螺母选择 . 13 防尘罩设计 . 13 工件支架的设计 . 14 托盘的设计 . 14 顶尖的选取 . 15 汽缸及其尾座的设计 . 15 床身的设计 . 16 第 3 章 关键零件校核 . 17 滚珠螺杆强度与刚度校核 . 17 滚珠螺杆强度校核 . 17 滚 珠螺杆刚度校核 . 18 轴器的选择与校核 . 19 速器的校核 . 20 的选择与校核 . 20 承的选择与 校核 . 21 第 4 章 结论 . 23 参考文献 . 24 致谢 . 25 本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 课题研究的目的和意义 中国汽车工业经过 60 年的发展，经过数 代人的努力从无到有并逐步走向国际化。 2009 年我国汽车产量突破 辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。（日本为 793 万辆，美国为 570 万辆）。中国已经成为了全球汽车生产第一大国 1。在这飞速发展的 60 年中，中国汽车生产技术也得到了长足发展。特别是汽车制造技术中最有代表性的 3 大工艺 (焊装、油漆、总装 )之一的焊接技术。汽车焊接技术也从原先落后的手工焊接经过自主开发、技术引进、整线引进逐步接近国际先进水平达到了自动焊接的水平。 在专业性强、而且有规则焊道的零件中采用焊接专机不仅能达到焊接工艺的 要求，而且经济性强。为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化焊接装备来提高生产效率减轻工人工作量。 焊接设备的发展趋势及发展现状 21 世纪以来，焊接设备技术有了长足的进步。焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度与质量有了大幅度提高，应用范围也逐步扩大。特别是我国在国家制定的拉动内需政策下，焊接设备制造行业得到了大规模发展。这使得我国传统制造业自动化程度大大提高。实现上，中国庞大的市场需求对焊接装备提出了越来越高的要求。迫切需要各种高精度、高性能、高度自动化的焊接装备来中国满足市场。 随着 中国汽车行业的迅猛发展，对汽车焊接设备提出了新的要求，其主要特点为： (l)规模越来越大，带来对汽车装焊设备的需求量将大幅增加，国内现有的汽车焊接装备和焊接设备行业规模远远不能满足； (2)生产纲领高 (生产节拍短 )，要求汽车装焊设备向高度自动化方向发展，传统的手工操作将逐步被机器人所替代； (3)车身品种多、换代快，要求汽车焊接装备更新快，并能尽量实现柔性化本科生毕业设计（论文） 2 生产，机器人焊接、涂胶、搬运等组成柔性生产系统； (4)焊接质量高，由于车身镀层板比例越来越大，则要求焊接设备，向智能化控制焊接过程及参数方向发展，提高 焊接质量； (5)随着汽车向中高档发展，整车 2程的推广，要求对车身几何尺寸控制精度更严，随之而来各汽车制造公司花大量的人力和资金建立“车身几何尺寸控制系统”，对装焊设备的设计制造以及调试验收，如何控制车身部件的几何尺寸精度，提出了更高的要求 2。 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为 :发展自动化柔性生产系统 3。 国内焊接设备发展现状 我国焊接装备制技术起步相比国外起步要晚，五六十年代我国重点企业的焊接装备大多需要从前苏联引进，只有少部分由工厂自行设计制造。 直到 70 年代，与苏联断交后，才加强了对焊接技术的重视，我国陆续建立一批专门生产焊接设备的制造厂，成套焊接设备制造工厂在上海和成都相继建立完成。“六五”规划期间，原机械工业部拨专款把长春第二机床厂改建成我国第一家具备批量生产能力，专门制造摩擦焊机和焊接装备的工厂并改名为长春焊机制造厂。进入 80 年代，随着国内焊接设备需求量的增长，各地相继建立了许多成套焊接装备生产厂。直到现在，我国已有 10 多家焊接装备生产企业，某些企业已具有大规模生产焊接设备的能力。如无锡阳通机械设备有限公司，在 2001 年的销售总额达到了 元，创了历史最高记录，列同行业前茅， 2002 年该企业预计销售额能达到 。 在发展初期，我国生产的焊接装备多为较简单的焊接操作机如滚轮架、变位机、翻转机与回转平台等，成套性比较差，自动化程度也低。焊接操作机与配套设备基本不能联动控制，必须由用户自行改造。进入 80 年代后，由于改革开放我国引进外国先进的成套焊接设备，使国产的焊接装备无论在自动化程度和成套性，还是制造质量和制造精度方面都有大程度的提高。目前已能生产许多大型焊接设备。同时我国采用大量新技术如 制技术、交流电机变频调速技术、伺服驱动及数 控系统等，焊接装备的自动化程度也有了大幅度提高，某些操作机还配备了工业电视监控系统和焊缝自动跟踪系统。但从整体水平来本科生毕业设计（论文） 3 说，我国焊接设备与先进国家的同行业相比尚有很大的差距。如最近瑞典的 10m 的超大型焊接设备和它的配套设施用于焊接潜艇椭圆形的外壳，而我国最多只能生产 8m 8m 的同类型设备。特别是在自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等方面我国和英国、美国、日本等过还有很大差距。 国外焊接设备发展现状与趋势 近 10 年来，在世界工业发达的国家，焊接设 备以惊人的速度发展，在美、日、英、德、法、意等工业发达国家均有大规模、开发能力强的焊接设备生产企业。 2001 年在第十五届世界焊接与切割博览会上近百家焊接装备厂商参展，所展示的自动化焊接设备的精度和制造质量已经接近了现代金属切削机床。最值得注意的是，大多数焊接装备采用了最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采用焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统 4。 国外的焊接设备已向大型化和精密化方向发展。 纵观当今世界焊接设备的发展趋势，可以概括为以下几点 ： （ 1）高精度、高质量、高可靠性。如与焊接机器人配套的焊接变位机，最高的重复定位精度为 器人和焊接操作机行走机构的定位精度为动速度的控制精度为 （ 2）数字化、集成化和智能化控制。焊接过程的数字化控制比传统的金属切削加工要复杂得多，它必须考虑焊件几何形状的偏差和接缝装配间隙误差以及焊件焊接过程中的热变形，必须采用各种高级别传感技术，开发先进的自适应控制系统才能实现焊接过程的全自动化。某些形状复杂和质量要求高的焊件，还必须采用智能化的计算机软件控制。 （ 3）大型化 和组体化。如中重型厚壁容器焊接中心、集装箱外壳整体组装焊接中心、汽轮机导流隔板柔性制造系统、箱型梁焊接生产线、机车车箱总装组焊中心等。某些大型焊接中心和生产线占地面积可达整个车间。焊接操作机、配套焊件变位机械、搬运机械和传输辊道组合联动，形成制造系统或焊接生产线。 （ 4）多功能化。为发挥大型自动化焊接装备的效率，通常设计成适用于多本科生毕业设计（论文） 4 种焊接方法和焊接工艺，如单丝、多丝埋弧焊，单丝双丝窄间隙焊， （ 5）管控一体化。即通过企业的局域网，利用 计算机软件，将生产管理与制造系 统实行集成全自动化控制，实现脱机编程，远程监控，诊断和检修 5。 课题研究内容及目标 设计汽车后桥直焊缝焊接专机，完成如工件（图 1缝的焊接。直焊缝左右各长 270接速度为 成汽车后桥焊接专机的零部件的机械设计，即气缸支架、工件支架、丝杠、防尘罩等零部件的设计，电动机、减速机、顶尖、气缸、滚珠螺杆等标准件的选取，以及它们的定位设计，以确保焊机能够正常工作并得到质量合格的工件。熟练掌握 维绘图软件，能够应用该软件完成零件及装配图。 设计完成后，很有可能焊 机并不能正常工作，或是焊机虽能正常运行，却得不到质量合格的工件。这些都是对焊机工作原理掌握不熟练和对机械设计相关知识的欠缺造成的。为了解决这些问题，必须先掌握焊机的工作原理，再进行设计工作，在设计过程中必须大量查阅机械设计手册，熟悉机械设计的步骤以及在设计中可能遇到的困难，以避免和解决在设计中可能遇到的种种困难。 图 1下壳体焊接示意图 本科生毕业设计（论文） 5 第 2 章 汽车后桥直焊缝焊接专机整体设计方案 汽车后桥直焊缝焊接专机工作原理 汽车后桥直焊缝焊接专机结构如图 2示。其工作原理如下：工作时，工人将工件放在支架上，气缸推进顶尖把工件卡紧。托盘下的气缸将托盘托起，使工件保持水平状态，焊枪下降，同时托盘也下降，工人调整使焊枪对准焊缝。完成对准之后，焊接小车通过电机的控制，做直线运 动，完成焊接任务，焊接结束后，通过气缸的作用，焊枪升起顶尖缩回翻转工件，重复上述过程，完成焊接。 1234567 89101112图 2焊缝焊接专机结构 本科生毕业设计（论文） 6 焊接小车的工作原理及设计 工作原理 焊接小车在汽车后桥直焊缝焊接专机中起到了非常重要的作用，如果想要快速完成质量好且美观的直焊缝，小车的合理设计起到了非常重要的作用。焊接小车工作原理如图 2示，小车通过滚珠螺杆与减速器相连，这样减速器起到了减速作用，可以很好地控制滚珠螺杆的转速，同时也就可以控制焊接小车的运动速度做到控制焊接速度，因为电机和减速器相连，可以通过电机的正反转可以控制小车前 进后退。螺杆采用了大导程转动滚珠螺杆，因为它效率高，它的驱动扭矩仅为滑动螺杆的 1/3，因此不仅可以把回转运动转换成直线运动，而且可以把直线运动转换成回转运动。这样转动时产生的摩擦力就不至于过大，和螺纹传动相比较不但可以节省驱动了又可以增加焊接专机的使用寿命 6。 123456789101112图 2接小车结构图 本科生毕业设计（论文） 7 焊枪卡紧机构的设计 合适的焊枪卡紧机构能使焊枪能够灵活地完成焊接工作，通过这个卡紧机构焊枪可以灵活地完成不同角度的焊接任务，不仅能使焊接工作更加轻松方便，而且方便工人操作。根据这些要求，设计出了焊枪卡紧结构如图 2示，通 过该机构上的顶丝可以控制焊枪上下前后左右的位置，让焊枪达到在指定位置。如图，当顶丝拧松时可以调整各个杆的位置 7，当顶丝拧紧时焊枪和各个杆就固定在指定位置上。他的具体运动过程如下：拧松或拧紧焊枪旁的螺钉，可以用来装卸焊枪，通过调整顶丝 8 可以控制焊枪的垂直高度，从而保证焊接弧长达到较好的焊接质量。通过调整支架 4 上的顶丝使焊枪可以沿导柱 4 方向移动。 12、 34567、 8图 2枪卡紧机构 焊枪垂直运动系统的设计 考虑到小车上滑块及滑动导轨的设计，和工人师傅的方便及不同焊接情况本科生毕业设计（论文） 8 的需要，焊枪需要做上下运动，这时就需要设计一个与其运动方向、行程相符合的导轨，并且需要设计一个与它相配合的滑块。根据这些条件设计出了焊枪垂直运动系统 (如图 2示 )，并且在固定块 2 上车有带螺纹的通孔，滑块 4上也车有螺孔，并通过螺钉 3 把固定块 2 与滑块 4 相连接 8。所设计的焊枪卡紧机构可以拧入固定块的孔中与滑块的配合，这样在滑动导轨中滑块可以带动焊枪机构做上下运动。通过固定在导轨上的气缸可以带动滑块做上下运动，气缸的行程决定了滑块上下运动的行程 。通过翻阅手册决定使用 列气缸考虑到行程、推力、缸径，选择了 气缸。其内径为 50程为 420带有橡胶缓冲和磁性开关 9。 1234图 2枪垂直运动系统 弓形滑板的设计 考虑到焊枪与小车的连接问题，设计了工形滑板，如图 2示，通过该滑板能把小车与焊枪连接，使焊枪做 左右移动，完成对车桥的焊接，该结构的长本科生毕业设计（论文） 9 度设计应考虑到焊枪左右运动的行程。在滚珠螺杆边缘还加上了一个微调旋钮和轴承，轴承可以使螺杆转动更容易，而通过调节微调旋纽来调整小车的水平位置，达到焊接要求。为了使轴承能固定在弓形花板上设计了一个与弓形罩一体的轴承座，通过配合把轴承安装轴承座上。此外由于滚珠螺母内部含有滚珠，可以减小螺杆与滚珠螺母之间的摩擦。最终确定该机构的长为 520为120为 190 12345图 2形滑板结构 小车尺寸结构的设计 焊接小车作为汽车后桥直焊缝焊接专机和关键组成，其尺寸的设计直接影响到焊接专机的性能和焊缝的质量。首先焊缝长为 270车的行程应该根据此条件来进行设计，然后根据行程来确定小车长度。同时也应考到虑焊接专机的床身和固定其上的滚珠螺杆框架的长度长度，小车长度不应过长。其次考本科生毕业设计（论文） 10 虑到小车所承受的重量来决定小车的厚度。更具以上因素左后决定小车长520 500 20图 2因为焊枪要和小车一起做直线运动，考虑小车的运动方式，通过各种方式的比较，小车下方安装小轮是最合理的方案。这样既可以使小车运动方 便，灵活，又可以减小阻力，延长使用寿命。但是小车的轮子又不能太高，如果要是设计的太高，整个焊接机构就会变得不稳，工作时容易发生事故。同时考虑车身上的重量，小轮不应过小使小车被压垮。考虑上诉各个因素，设计出了直径为 30为 15轮子。因为该专机为直焊缝焊接专机小车要做直线运动，所以这样一来最好就是在小车运动的面上安装上轨道，再在轮子上做出与轨道相适应的凹槽，最后在轮子上配以厚度为3钢制轮架，通过该轮架可就以把轮子固定于小车上。 图 2车 送丝机构支架的设计 若将送丝机构固定在床身上，则由于送丝机构要与焊枪相连接，且焊枪要随小车做运动，这样可能由于送丝机构的牵连造成焊枪的运动不便，所以应把本科生毕业设计（论文） 11 送丝机构固定与小车上，这样一来送丝机构便会和焊枪同步运动，不 会发生上诉的不便。当送丝机构固定在小车上后，就会相应地增加小车的重量，也就会对电动机提出更高的要求。送丝机构与小车的连接方式问题可以通过如图 2示的机构加以解决因为送丝机构及其支架已经设计完成，但还要考虑该机构在小车上的定位问题。因为焊枪已经通过工形滑板与小车相连，且固定在了小车的前部，这样就应该使送丝机构固定于小车的后部，这样可以使小车稳定。于是在其上下底板 1、 3 上各开四个车有螺纹的通孔，上板 1 与送丝机构上的定位孔相连，下板 3 与小车通过螺栓固定，两板之间通过杆 2 与他们的过盈配合而连接起来。这样将小车与 送丝机构连接在一起。 1与送丝机构连接 )； 23与小车连接 ) 图 2丝机构支架结构 电动机与减速机的确定 电动机提供驱动力驱动小车上 的焊枪做直线运动来完成焊接任务，所以良好的电机和减速器不仅能使小车平稳运行还能提高小车寿命。选择合适的电机和减速机成为了直焊专机设计的关键。 首先估算出小车的总体质量包括因焊枪，汽缸，汽缸导轨，滚珠螺杆，弓本科生毕业设计（论文） 12 形罩，送丝机，防尘罩其送丝机支架。大约可估算出小车上的体积为：虑到小车上工件材质大多为铸钢，其密度约为 (2所以 由式 2小车所受重量约为 再计算小车在床身上运动时的摩擦力，因为滚珠螺杆的摩擦非常小，可忽略不计，且床身的材质一般为钢材且安装小轮，经查询手册取最大的滚动摩擦系数为 （ 2 所以由式可得小车与床身之间的摩擦力为： 为保证工件的焊接质量，焊接速度应在 300 一 500mm/即小车的运动速度为 500mm/ （ 2 所以由式可以计算出小车运动时的功率为 为功率在传递时有损失，假设在电动机传递给减速机，减速剂传递给小车的过程中，功率传递效率均为95%，则可近似算出电动机的功率为 因为直流电机具有过载能力强，调速范围宽，损耗小，机械性能及调节特性的线性好，体积小，质量轻等特点。所以通过查阅手册电 动机选取 J 一 列微型直流减速电动机 8。电机的额定功率为 68w，型号为 70动机的额定转速为 6000r/于希望电机轴的转速不要太快，导致加快电机的磨损速度，所以我们就选取较大导程的滚珠螺杆，取导程为 25果滚珠螺杆每分钟转 25 圈，则一分钟将移动 625距离，又因为电动机可以进行内部调速，所以这个距离基本上符合焊接速度的要求。 由电动机的转速 6000r/滚珠螺杆的转速 25r/以计算出总的减速比为 240。又因为选取电动机的减速比为 4。所以选 择 型涡轮蜗杆减速本科生毕业设计（论文） 13 器 9型号为 孔输入，电机功率为 输出法兰安装形式，减速比为 60，型号为 90定电动机的转矩为 329 。 滚珠螺杆滚珠螺母选择 滚珠螺杆作为主要传动件，它直接影响了小车运行的平稳性。而且电动机的功率有限，所以我们应尽可能减小小车与丝杠相互接触运动时的摩擦力，以免电动机不能带动小车运动，这样我们就选用大导程转造滚珠螺杆，因为螺母内有滚珠，所以可以大 大减小螺杆与螺母之间由于相互运动所产生的摩擦。 防尘罩设计 因为滚珠螺杆为标准结构，所以应根据所选的滚珠螺杆来做出合适的框架，使框架固定在小车上，把滚珠螺杆固定在框架上，然后在框架两端装上两个轴承，通过电机旋转滚珠螺杆，带动焊接小车移动，达到焊接时移动焊枪的目的。通过组件完成了滚珠螺杆与小车相的连接问题 (其结构如图 2示 )。同时该框架又可以对滚珠螺母起到保护作用，在滚珠螺杆上涂上润滑油，可以使其运动时减少摩擦力，这个框架罩在滚珠螺母上正好起到了防尘的作用，使丝杠长时间高效地使用。在框架底板两 侧通过螺钉即可以与小车相连。 1234图 2尘罩结构 本科生毕业设计（论文） 14 工件支架的设计 工件支架顾名思义就是起支撑工件作用的，将工件支架固定 在床身上，当对工件进行焊接时，工件支架拖住工件，起到了支撑工件的作用，如图 2示。由于在固定工件时考虑到工件旋转，所以在支架上与工件相接触的部位装上两个轴承，可以减小摩擦，使工件转动容易。工件支架的上端和底板是通过支杆 3配合在一起。 1234图 2件支架结构 托盘的设计 为了保证焊缝平直，故设计了一个水平的托盘，在工作时，工人把未焊的工件放到支架上，然后在工件下面的托盘通过气缸的作用向上升起，直到与工件相接触，因为托盘水平，且工件支架两端有轴承，所以可以很容易地使工件旋转至水平状态。焊接结束后，托盘又在气缸的作用下退到原来的位置。根据托盘上下运动的距离以及托盘重量的大小，选取了管接式耳座气缸。设计时要注意托盘的面积大小要 大于车桥中间的空洞的面积，而且要在托盘的支杆上车出螺纹，以便与气缸相配合。 本科生毕业设计（论文） 15 顶尖的选取 顶尖作为标准件，其样式 3题能够起到顶紧工件的作用。在本课题中根据车桥两端轴套的大小来选取适当顶尖，故选取加工内径为 60 插入式回转顶尖，莫氏圆锥为 6，最大外径 640。 图 2尖 汽缸及其尾座的设计 顶尖的前后运动同样需要通过气缸的运动来完成，根据顶尖运动距离的大小，确定气缸的行程，选取型气缸 11。根据顶尖尾部的大小和气缸定位孔位置设计气缸尾座。考虑到托盘的行程，设计出如图 2示的气缸尾座，通过螺栓将该气缸尾座固定在床身上即可。 本科生毕业设计（论文） 16 图 2缸支架俯视图 床身的设计 通过上述设计好的焊接专机各部分零件，最后就可以设计出床身的大体结构，具体结构如图 2。床身的设计要求各个零件能够容易、合理地安放其上，并且床身的大小要适当，太小则零件安装不合适，太大又浪费材料、占据空间 12。 图 2身结构示意图 本科生毕业设计（论文） 17 第 3 章 关键零件校核 滚珠螺杆强度与刚度校核 滚珠螺杆作为主要传动件，它直接影响了小车运行的平稳性。所以必须对对螺杆的强度和刚度 进行校核来确定所选择的直径为 32滚珠螺杆是否达到要求 13。 滚珠螺杆强度校核 强度校核就轴而言 ， 承受扭转和弯曲的联合作用 ， 但其中以扭转作用为主 ，在工程应用中 ， 常按扭矩作用计算轴的强度 14， 并用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。轴扭转的强度条件 ： k (3 式中： 截面上最大剪应力， N/ 轴传递的扭矩， N； 抗扭截面模数， k 降低后的许用剪应力， N/ 轴上 的传递扭矩为： 550（ 3 式中： P 轴传递的功率， n 轴的转速， r/ 轴的抗扭截面模数为： 本科生毕业设计（论文） 18 163 （ 3 式中： 要校核的危险截面轴径， 将式 (3 一 2)、 (3 一 3)代入式 (3 一 l)整理得： KJ n 955016 3 (3 所以： 3 169550KJ （ 3 当设计轴径大于等于按上式计算的轴径时，则轴设计满足强度要求。选用合金结构钢 45 号刚作为轴的材料，其屈服极限为 735用剪应由式（ 3得 294入（ 3 d 大于 s （ 3 滚珠螺杆刚度校核 为防止轴产生过大的扭转变形，以免在运动中引起振动造成轴封加剧磨损而失效，因而轴应有足够的扭转刚度 1516。轴的扭转刚度条件为： 000 180100 （ 3 本科生毕业设计（论文） 19 式中： 0 轴扭转变形的扭转角，（） /m； 轴材的剪切弹性模数， kg/ 截面的极惯性矩， 将式（ 3（ 3入式（ 3得： 4 02 n （ 3 当设计轴径大于等于按上式计算轴径时，则轴满足刚度要求。把本设计的相关数据带入（ 3得： d 因此通过上诉计算可以选择直径为 32滚珠螺杆。 轴器的选择与校核 联轴器 用来 连接丝杠与减速器低速轴 使之共 同旋转以传递 转矩，所以选取合适的联轴器可以是传动平稳 1718。由以上选择可知：减速器低速轴直径为15与之连接的丝杠直径为 20式 3 T=时由式 3 。 错误 !未找到引用源。 (3查联轴器设计选用手册表 5选用凸缘联轴器。 主要参数： 许用公称转矩： 500 错误 !未找到引用源。 ； 许用转速： 10000
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