60吨焊接变位机设计论文【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 60 吨焊接变位机设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013年 5月 25日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 60 吨焊接变位机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文 ）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 60 吨焊接变位机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 本课题来自无锡华联精工机械有限公司的生产实际。目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管与板要自转，同时要倾斜 45 度，满足船形焊接，要求设计该焊接变 位机。 我 国引进的焊机器人柔性加工单元中的变位机，也是针对特定产品研制的，因此价格较昂贵，而技术培训及售后服务却不理想。在技术方面，我国许多工厂引进的弧焊机器人系统己具有机器人与变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最佳位置下进行焊接，以提高焊接质量，并能一次起弧就焊完整条焊缝，以提高效率。但是有关技术却往往为外方厂家所垄断，我们并不掌握。从提高我国焊接生产机械化与自动化水平的角度出发，必须加大科研投入，研制高性能的焊接 机器人与配套变位设备，力求在自动化焊接领域在国际上占有一席之地 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 、本设计（论文或其他）应达到的要求： 分析并了解焊接变位机的基本结构，熟悉焊接变位机的具体工作 原理； 完成整机的具体方案设计； 完成各个零部件的结构设计，并绘制相应的三维模型及二维图纸； 将三维模型进行装配，并绘制相应的二维装配图。 四、接受任务学生： 班 姓名 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 焊接变位机是一种焊接辅助设备，它与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。焊接变位机是应焊接行业的机械化、自动化发展需要而产生的。焊接变位机作为一种焊接配套设备，用于管子横向对接焊接，管子与法兰内外环缝焊接，管子对管子全位置焊接。焊接 变位机可水平翻转角度，通过工作台的回转及翻转运动使工件上焊缝处于最理想的位置进行焊接，从而大大提高焊缝质量，减轻焊工劳动强度，尤其是适合焊接各种轴类、盘类、筒体等回转工件的理想设备。 本设计分析了解国内外焊接变位机的发展状况、以及焊接变位机在焊接机器人中的应用，设计了一种 60 吨座式焊接变位机。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机的选择、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。 设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括 :电机的转速、额定功率、电压电流 等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。 选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学， 。 关键词 ： 焊接变位机； 机械设计； 焊接辅机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of it as in of As a in s s in of to an of s It is to of so By s in in is in A 0 s of is on of of so is on of to of on of of of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 题依据 . 1 接辅机的作用和分类 . 1 接变位机的功能及结构形式 . 2 计的基本参数 . 4 位机的总体方案设计 . 4 动系统方案 . 4 作台回转方案 . 4 作台翻转方案 . 4 电装置方案 . 5 3 回转机构设计 . 6 作台回转机构 . 6 转支承的选择 . 6 转系统承载的总重量 . 6 算回转支承的最大倾覆力矩 . 7 轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） . 8 择工作台的回转电机 . 10 速器的选择 . 11 4 工作台倾斜机构设计 . 12 斜机构 . 12 择倾斜机构的电机 . 12 杆减速器 . 13 杆和蜗轮的设计 . 14 杆轴和蜗轮轴的初步设计 . 16 形齿轮传动设计 . 16 斜机构中轴的设计 . 19 斜轴的最小直径 . 19 翻转小齿轮轴的最小直径 . 24 轴器的选用计算 . 27 速器与减速器之间的联轴器 . 27 承的选用和校核 . 27 5 安装调试与操作使用 . 29 装 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 试与检测 . 29 作与使用 . 29 6 结论与展望 . 30 论 . 30 足之处及未来展望 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 题依据 目前机械行业，特别是锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的接合处为环缝焊接，为适应自动焊接，管和板要自转，同时要倾斜 45，满足船形焊接。 钢结构技术的蓬勃发展 ,推动了工程结构体系的不断进步。在桥梁、电站、高层钢结构建筑、大型造船等行业日益繁荣的今天，要求焊接自动化的增多，焊接辅机也越来越受到重视。 我国目前中小吨位焊接变位机，基本能满足要求。但无论品种规格还是性能质量，与国外相比仍有很大差距，尤其是大吨位焊接变位机在速度平稳性、变位精度、驱动功率指标、与焊接操作机的联机动作等方面，存在较大差距。 接辅机的作用和分类 焊接辅机指所有同焊接相关的周边辅助设备，具体定义是指焊接结构装配和焊接过程中起配合和辅助作用的的 工夹具 变位机械、焊剂输送装置等的总称。如：各类焊接夹具、船舶焊接专机、汽车底板焊接生产线、各类龙门焊接机、焊接机器人及周边设施等。其中最常见的通用配置有操作机、滚轮架、变位机等焊接变位机械。如图 接变位机械指是在焊接过程中改变焊件、焊机及焊工空间位置来完成机械化，使其有利于减少焊接时间，提高劳动效率，减轻工人劳动强度，提高焊件质量，并能充分发挥各种焊接方法的机械设备。 焊接变位机械可分为焊件变位机械、焊机变位机械和焊工变位机械。焊件变位机械是在焊接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机 械设备。其中滚轮架、变位机、翻转机、回转台就是焊接变位机械。 在多数场合下，焊件变位机械和焊机变位机械相互配合使用，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元（ 加工系统（ ，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置精度较高的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极焊接等，都需要焊接变位机械的配合，才能完成作业。其中焊件变位机械最多也最常用。本论文主要是设计了 60 吨焊接变位机的整体机构和主要零件。 (a)焊接滚轮架 (b)焊接变位机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 (c)焊接翻转机 (d)焊接操作机 图 焊接变位机械 接变位机的功能及结构形式 焊接变位机是将工件回转、倾斜使焊件上的焊缝置于有利于施焊位置的焊接变位机械。 焊接变位机的几种常见形式 7：（如图 (1)座式焊接变位机。是应用最广泛的一种焊接变位机 ,其稳定性比伸臂式焊接变位机要高 。工作台 有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的焊接位置进行焊接 ， 另外工作台还有一个 回 转的自由度 。 其适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 (2)型双回转焊接变位机 。 其工作装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以 360任意回转。此变位机与其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。 (3)双立柱单回转式变位机。 其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回 转方向运转，另一端随主动端从动。两侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。该种变位机 结构简单 适合装载机的后车架、压路机机架等工程机械长方形结构件的焊接 。这种型式变位机的缺点只能在一个圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。 (4)型双座式头尾双回转型式 。在单回转变位机 的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度 。 这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置 。 有较高的稳定性 ,适用于大型和重型工件的翻转变位 ,能较好地满足焊接质量的要求。 (5) 型双回转焊接变位机 。 型回转形式与型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊 接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。 焊接变位机要具备的性能有： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 1）焊接变位机械要有较宽的调速范围，稳定的电流和功率。 （ 2）在动力传动行程中要有自锁传动，以免动力源切断时，焊件因重力作用而发生事故。 （ 3）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊接变位机，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在 2间， 最高精度应可达 （ 4）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。 （ 5）整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞 溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物，应易被清除。 （ 6）工作台面上应设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器件和夹紧机构。 (a)座式焊接变位机 (b)型双回转焊接变位机 (c)双立柱单回转式变位机 (d)型双座式头尾双回转型式 图 变位机种类 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2 方案设计 计的基本参数 基本承载能力 60 吨 工作台直径 3000件偏心距 500 转角度 0 180 翻转角度 0 90 焊接速度 250mm/2500mm/位机的总体方案设计 图 变位机的总体图 采用座式焊接变位机，工作台连同回转机构通过倾斜轴支承在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴在 0 90的范围内恒速倾斜。该机为座式焊接变位机，稳定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。 动系统方案 作台回转方案 工作台的回 转运动应有较宽的调速范围，从 速平稳均匀，要有双向回转功能和自锁功能。 第一种方案：电动机驱动，经过减速器减速后通过齿轮传动带动工作台回转，要求无级变速。 第二种方案：在全液压变位机，采用液压马达来驱动及控制工作台回转的速度和角度。 作台翻转方案 工作台的倾斜速度恒定，运动要自如平稳并有多重自锁功能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第一种方案：电动机经过减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，该方案目前应用很广。 第二种方案：在全液压变位机中采用液压缸直接推动工作台倾斜，对液压驱 动方面的要求较高。 第三种方案：电动机经过减速器减速后通过螺旋副使工作台倾斜，该方案应用很少。 电装置方案 焊接变位机作为焊接电源二次回路的组成部分，必须设有导电装置。焊接时，强大的焊接电流通过工件和工作台经导电装置传至工作台倾斜轴，再由位于倾斜轴返回到焊机的负极。导电装置提供了一个顺畅的电流回路，有效地防止了焊接电流直接通过齿轮副和轴承，既保证足够的焊接电流，又使机构免遭电流损坏。 第一种方案：采用外接导电装置，主要是采用电刷式的，它由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样，在焊接变位机中应用最 广。 第二种方案：采用自身导电。必须采用以下措施：使用带有石墨成分的润在轴向力的作用下，各传动副之间、轴承内外圈之间要接触紧密。自身导电然省去了专用的导电装置，但对变位机各传动副的装配间隙要求较严，使用中又需经常检查和调整，比较麻烦，采用不多。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 3 回转机构设计 作台回转机构 工作台带动 60 吨工件以焊速 250mm/2500mm/ 0 180内回转。其回转系统的如图 示。其传动路线大致为：驱动电机 回转减速机 回转支承 工 作台。 工作台固定于回转支承上，回转支承固定在支承梁上。回转支承外围上的大齿轮与减速器输出轴小齿轮啮合，通过与减速器输入轴连接的电机的驱动，形成工作台的回转运动。电机和减速器输出轴直联，利用电机的失电制动器来对回转运动进行制动和自锁。 图 回转机构传动简图 转支承的选择 在回转系统中，工作台是固定在回转支承上，通过回转支承将工作台与支承梁连接，这样不仅提高了工作台的回转精度，也提高了工作台的刚性。 参照相关样品的选型计算，我选择单排四点接触球式回 转支承， 84 标准中的单排四点接触球式回转支承，回转中心大，支承面积大。是由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻，钢球与圆弧轨道四点接触，能同时承受轴向力、径向力、颠覆力矩。外圈为齿轮，外圈与工作台用螺栓固联，内圈与钢梁联接。动力从齿轮副传入，带动工作台旋转。我选取的回转支承型号为 012. 60. 2000。 查机械设计手册 453 表 7 2 112，其主要的参数如下 4： 回转中心直径为 2000 滚子直径为 60高 h 承 =144 参考重量为 M=1100齿轮模数 m=18 齿数 Z=123 外齿轮 264.4 外齿轮 b=120 回转系统承载的总重量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 偏心距和重心距示意图 h 件 工件的高度 假设工件为圆柱形，材料为钢，则密度为 103 kg/径为 3000 V = 60 103 / 103= m3 h 件 = ( = 1088 mm h 台 工作台高度 假设工作台高度为 80mm h 综合重心高 h =（ h 件 h 台 h 承） /2（ 1088 100 144） /2 666mm m 台 工作台的重量 工作台材料为 A，密度为 103 kg/采用肋板增加强度减少重量）。 m 台 = 103 103 综合重量 G =（ 103 60 103 103） 103 N 算回转支承的最大倾覆力矩 已知条件 : G=105N 工件重量（ 60t） 500 允许最大偏心距 =0 180 回转轴转角 =0 90 回转倾斜角 变位机的回转支承受力状态如图 示，在焊件和夹具的综合重量作用下， 回转支承的倾覆力矩 由绕 X 轴和 Y 轴的弯矩 成， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 1h+G2 e (2 e ( 考虑到 向图 回转支承倾覆力矩图 则 A 点截面所受的弯矩为： （ 1/2 ( = G（ h 2 21/2 由式 ( (知，弯矩 的二元函数，其值是变化的。现需要求出最大值，以便校核。令： N= h 2 2 (对上式进行求偏导并令其为 零 ,求出 N 的最大值，即可求出弯矩 N = h 2 e2 2he 0 N =0 因为上式是关于三角函数的代数式，由于它的周期性，所以上式结果为多个解。结合已知条件，解如下： ( =90 =0 ， 180 ) 最大值出现在 =90 时， 代入求 ： M G h = 105 Nm 轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） 该齿轮是和回转支承上的外齿轮啮合，其模数是确定的。这里只校核其强度。 经过减速器减速后，回转支承之间的传动比： 778 450=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 表 3轮的参数 计算项目 计算内容 计算结果 确定主要尺寸 齿数 23 0 传动比 i=123 20=分度圆直径 d1=m 8 20=360mm 60mm d2=m 8 123=2214mm 214宽 130 小齿轮的校核 小齿轮用 20 碳淬火，硬度 5662 表 3齿轮的校核 计算项 目 计算内容 计算结果 转矩 106 P/n=106 106 N1=106 N触疲劳极限 查 e） 200周速度 v= (60 1000) = 360 0/1000=s 精度等级 由 9 级精度 使用系数 由 A=载系数 由图 V=间载荷分配系数 由表 求 2 106 /360 =105N t /b=105/130 =2377N/ 100N/ = +1/ =(1/20+1/123)= =(4 )/3 =(4 3=1/ =1/向载荷分布系数 由 A+B 1+6.7(b/ (b/ +C 10-3 b= 1+ 130/360） 2 （ 130/360） 2+10120=荷系数 K= V =性系数 由 E= 节 点区域系数 由图 H=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 续表 3触最小安全系数 由表 力循环次数 由表 计 106 S 翻转小齿轮轴的最小直径 忽略联轴器的效率，最小直 径取为和蜗轮轴直径的最小值一致。 d=220 齿轮的分度圆直径 60 80000 h 静载荷计算 当量静载荷 X 1337750 20r =105N 安全系数 正常使用滚子轴承。查表 0 =1 算额定静载荷 0r =05=05 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 29 5 安装调试与操作使用 装 该焊接变位机的工作台连同回转机构一起通过一倾斜轴支承在机座上，倾斜轴通过翻转机构带动而在一定角度范围内翻转，故其稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便。但应注意须将该机放置于平坦坚实的地面上，且机器放置于地面的不水平度不得大于5 试与检测 （ 1）整机外观检测：外观油漆无严重剥落，机体无变形。 （ 2）特性检测： a、 空载运行检测： 回转系统运转灵活，无异声及抖动现象； 翻转系统运转灵活，无异声及卡阻现象； 电气系统工作正常，指示准确，电机无过热现象； b、 装载运行检测： 回转系统运转灵活，转动平稳，无异声，无抖动，调速性能可靠； 翻转系统运转灵活，传动平稳，无异声，无抖动，翻转角度达到设计要求； 电气系统工作正常，指示准确，电机无过热，无异响。 作与使用 1、使用前，操作者需仔细阅读本章前 内容，了解机器的工作性能和使用注意事 项； 2、将机器摆放到所需工作的位置，注意应摆放平稳，以免机器翻倒而造成一些不必要的损失； 3、清理机器周围空间，机器周围 500无杂物； 4、开机前需检查各电气线路接线是否正确，工作台面接地导电性能是否满足使用要求； 5、检查减速箱内润滑油位，保证润滑质量； 6、将工件放置于工作台上，并牢固夹紧，但应注意工件的规格必须在机器的允许使用范围之内，以免损坏机器，造成不必要的损失； 7、启动机器时，应先打开电源，打开翻转操作开关，将工件翻转到所需要的工作角度上； 8、打开回转操作开关，先以最低速启动，然后操 作控制开关，将转速慢慢的调节到所需要的工作转速状态，最后再进行相应的焊接操作； 9、焊接操作完毕后，将工作台翻转到水平位置上，关闭各操作开关及电源，取下工件，准备进行下一次的装夹和焊接工作； 10、每班结束后，须将机器擦拭干净，并将机器周围空间打扫干净。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 30 6 结论与展望 论 先进制造技术和焊接生产机械化自动化的发展， 大型结构件的焊接一般 都要 应用机械手 和焊接辅机。而焊接变位机在生产中的作用是其他焊接机械不可替代的。 对于复杂结构件内的一些立焊缝、仰焊缝等 都要 调整至容易焊接的平焊或 船焊位置 。 再者，工程机械大部分结构件很不规则，如装载机的前车架、挖掘机的大臂等类工件，焊缝复杂，外形大且重量较重，靠行车或其它吊装设备人工翻转，不仅频繁占用吊装设备，焊接效率低。 所以焊接变位机能较好的提高焊接效率。 足之处及未来展望 本焊接变位机在焊接过程中对 60 吨不同形状工件的 翻转 ， 有一个整体翻转的自由度和 工作台回转的自由度， 满足了 立焊缝、仰焊缝 等的 平焊或船焊位置 。在倾斜机构中必须确保安全，用了多重自锁。其中一个是蜗杆减速器