300公斤手动焊接变位机的设计【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 1 河南农业大学 本科生毕业设计（论文） 题 目 300 公斤 手动焊接变位机的设计 学 院 机电工程学院 专业班级 学生姓名 指导老师 撰写日期 ： 2013 年 5 月 10 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 摘 要 在我国，焊接变位机已 成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，并获得了广泛的 应用。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。 300公斤手动焊接变位机正是当前众多焊接机械产品的一种，它通过一些机械传动机构，用来实现焊接工件的回转、倾斜，使得焊工操作的更加方便快捷，提高工作效率。在本次设计中，参照设计数据和相关资料，首先选择机构和传动方式，确定机构各个部分的传动功率、转矩和进行强度计算和校核，保证机构的合理性，使得设计出的装备能在给定年限内正常工作；然后对各个机构进行连接设计，画出结构简图；最后设计细节问 题，画出总装图，保证产品的可生产性，便于规模化生产。 本次设计的主要内容是一个倾斜机构，采用了涡轮蜗杆机构，用来减小尺寸和实现传动机构的自锁。整个机构简单可靠，操作方便。 关键词 ： 手动式焊接变位机 ； 回转机构 ；倾斜机构；轴；齿轮；涡涡轮蜗杆 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 f 300 an of in It is of to a of It in of of 300 kg of is a of by to of In to of to of so be in a of to to to of of is a to is to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 目 录 1 引言 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 2 手动焊接变位机总体方案设计 . 3 计方案的确定 . 3 术要求 . 3 . 3 . 3 . 3 3倾斜机构设计 . 4 确定 . 4 . 4 . 4 定传动比 . 4 . 4 . 5 . 5 . 5 v . 6 . 6 . 6 . 7 . 8 4 涡轮蜗杆机构设计 . 8 . 8 . 8 . 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 T . 8 定载荷系数 K . 8 定弹 性影响因素 . 9 定接触系数 . 9 定许用接触应力 H . 9 算中心距 . 9 蜗杆和涡轮的主要参数与几何尺寸 . 9 蜗杆 . 9 涡轮 . 10 校核齿根圆弯曲疲劳强度 . 10 5倾斜轴的设计 . 11 . 11 . 11 . 11 直径和长度 . 11 . 12 . 12 平面内倾斜轴轴受力分析 . 13 . 15 . 16 . 16 6蜗轮轴的设计 . 17 . 17 6 2初步估算轴的最小直径 . 17 . 18 . 18 . 18 . 18 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 . 21 . 21 . 22 7蜗杆轴的设计 . 23 . 23 . 23 . 23 轴轴承的选择 . 24 . 24 . 24 . 24 . 27 . 28 . 29 . 30 8其它重要数据 . 30 9 结语 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 引言 在焊接生产中，经常会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计研制了焊接变位机，它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位机与焊接操作机配合使用，可以实现焊接 的机械化、自动，提高了焊接的效率和焊接质量。焊接变位机可以应用于化工、锅炉、压力容器、电机电器、铁路交通、冶金等工业部门的自动焊接系统。 在现在加工和制造过程中，焊接变位机已悄然成为一种不可缺少的设备，其作用越来越突出。特别是近十年来，这一产品在我国工业机械行业有了很大的发展，获得了广泛的应用。各种机械产品和机械设备的结构件大多数都很复杂，尤其是各种机械的主要关键部位，其焊接质量的好坏直接影响整机性能，而选择合适的变位机能提高焊接质量和生产效率，降低工人的劳动强度和生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理 。特别是入世的冲击，机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命。因此，近年来焊接变位机得到国内工程机械行业的广泛共识，对着方面的投入都在加大。 在我国，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业有了较大的发展，获得了广泛的应用。就型式系列和品种规格而言，已问世的约有十余个系列，百余品种规格，正在形成一个小行业。在国际上，焊接变位机包括各种功能的产品在内 ，有百余系列。在技术上有普通型的，有无隙传动私服控制型的，产品的额定负荷范围，达到 8000以说，焊接变位机是一个品种多，技术水平不低，中、小、大发展齐全的产品。下面对焊接变位机在国内外的发展状况作简要介绍： 内焊接变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业尚未形成。天津鼎盛工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到 2000年，国内已开 发的变位机产品约 70余品种规格，以下简述这些变位机的基本型式，基本型产品发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把焊，此外，还买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 有调速型、联控型（ 机控制）和机器人配套型产品。与机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括工位变换变位机（不参与焊接），如立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等：与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如倾翻 座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 外焊接变位机的的产品简介 一般来说，生产焊接操作机 、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家，大多生产与机器人配套的焊接变位机。但是，以焊接变位机为主导产品的企业非常少见。德国 国 司，我国天津鼎盛工程机械有限公司等，算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的地利的 本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍。 （ 1）德国 司 该公司主要生产 8种类型的产品，其中 7种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机 ，按其功能讲，均包括基本型、调速型、 控型和机器人配套型等 4种产品。 （ 2）德国 司 德国 产焊接机器人、焊机等产品，也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。在我国，除可见到与焊接机器人系统配套进口的 L 型双回转式、倾翻 生产卧式单座单回转 式单回转 （ 3）美国 司 美国 司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个公 司生产的焊接变位机主要类型为倾翻 翻 座双回转式、双座单回转式和双座单回转升降式，其承载能力范围为 111810吨。 （ 4）日本松下（ 司 日本松下公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备 焊接变位机有 12 个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等做成了标准模块，集合而成这些产品系列，按轴数和结构型式分类。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 手动焊接变位机总体方案设计 计方案的确定 术要求 表 2设计要求、技术要求 工作台回转 工作台倾斜 载重量 /转速度 / r/斜速度 / r/作台尺寸 /心高度 /心距 /作台倾斜角度 / 电机驱动 手柄 300 0 600 200 150 0由于工作台回转速度低，额定功率低，故可取手柄传动；因传动比比较大，并要求有自锁功能，故选择蜗轮蜗杆传动，选用一级齿轮。 工作台的倾斜 是为了使工件定位，其倾斜运动 一般是电动机经 减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜。 因此次设计的载重量不是很大，故采用人工手柄带动，采用两级减速，蜗轮蜗杆减速及半圆齿轮机构，从而形成 1200 的调速范围。 机构预期使用寿命为 5 年，由于变位机上面焊件不总是在全自动化条件下焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作时间的 50%计算。以每天两班制，图 2焊接变位机结构示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 全年工作 300 个工作日记则其使用寿命为 1 2 0 0 0%50823 0 05 小时。 根据 焊接工装夹具及变位机械图册初步设计焊接变 位机简图，如图 2示。 3 倾斜机构设计 倾斜机构是手柄 经涡轮蜗杆减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜。 减速器 +扇形齿轮 大倾斜力矩 由力学知识分析知，最大倾斜力矩出现在 = =90时及 = 90， =0时 2 2 2m a x 1= h 3 0 0 9 . 8 2 0 0 1 5 0 7 3 5 0 0 0 e N m m 算传动功率，确定传动比 涡轮蜗杆传动， 2 圆柱齿轮 3 二 级传动总效率： 12 0 . 4 3 0 . 9 7 0 . 4 2 传动功率： m a x 7 3 5 0 0 0 1 0 . 1 89 5 5 0 9 5 0 0 0 . 4 2 w 动比分配 总传动比 60= =601图 2手动焊接变位机简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 减速涡轮蜗杆 1 32i 齿轮减速 2 因为翻转速度不高，选用 7级精度 大小齿轮均选用 40质） ，火焰表面淬火， 硬度为 280小齿轮齿数 4，大齿轮齿数 0 由 设计计算公式（ 10行计算，即 211 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数算小齿轮传递的转矩 551 51 19 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 0 . 1 8 6 . 8 7 6 1 02 . 5 m 由表 10 表 10 由图 10齿轮的接触疲劳强度极限 600H M P a ；大齿轮的接触 疲劳强度极限 550H M P a 由式 10116 0 6 0 1 3 1 2 0 0 0 2 1 6 0 0 0 0hN n j L 6 62 2 . 1 6 1 0 0 . 8 6 4 1 02 . 5N 取接触疲劳寿命系数1计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（ 10 1 l i m 11 1 . 5 6 0 0 9 0 0 M P 2 l i m 22 1 . 3 4 5 5 0 7 5 0 M P 计算 试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 51 2231 3 1 1 . 3 6 . 8 7 6 1 0 3 . 5 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 2 . 2 3 ( ) 1 2 5 . 9 80 . 5 2 . 5 7 5 0 u Zd m v 11 9 9 . 9 9 1 2 . 5 0 . 0 1 6 56 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0mv s 计算齿宽 1 0 . 5 1 2 5 . 9 8 6 2 . 9 9d m m 计算齿宽与齿高之比1 6 2 . 9 9 2 . 6 324tt 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 4 . 1 6 6 5 . 9 0 5th m m m 6 2 1 0 5 5 算载荷系数 根据 0 6 5v m s ，七级精度，由图 10得动载系数 直齿轮，1 K 由表 10得使用系数 1由表 10插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承悬臂布置时 由 ， 查图 10 ；故载荷系数 1 1 . 0 2 1 1 . 3 2 8 1 . 3 3 5A H K v K K 实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式（ 10 3 311 1 . 3 5 51 2 5 . 9 8 1 2 7 . 7 31 . 3d m 计算模数 m 111 2 7 . 7 3 5 . 3 224 按齿根弯曲强度设计 由式（ 10弯曲强度的设计公式为 3 2m F 确定公式内的各计算数值 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 由图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲强度极限2 380 由图 10 ， 2 算弯曲疲劳应力 取弯曲疲劳安全系数 S=式 (10 111 1 . 1 6 5 0 0 4 1 4 . 2 91 . 4F N F M P 222 1 . 1 1 3 8 0 3 0 1 . 2 91 . 4F N F M P 计算载荷系数 K 1 1 . 1 2 1 1 . 4 2 1 . 5 9 0 4A v F K K K 查取齿形系数 由表 102 查取应力校正系数 由表 10Y； 2 计算大、小齿轮的 111 2 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 0 1 14 1 4 . 2 9F a S 222 2 . 2 6 3 1 . 7 5 4 0 . 0 1 3 0 23 0 1 . 2 9F a S 大齿轮的数值大 设计计算53 22 1 . 5 9 0 4 6 . 8 7 6 1 0 0 . 0 1 3 0 2 3 . 6 71 2 4m m m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 于齿轮模数 齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积 ） 有关，可取由弯曲强度算得的模数 5按接触强度算得的分 度圆直径 1 1 2 7 d 11 1 2 7 . 7 3 255dZ m 大齿轮齿数 2 2 5 6 2Z 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 何尺寸计算 计算分度圆直径 11 2 5 5 1 2 5d Z m m m 22 6 2 5 3 1 0d Z m m m 计算中心距 12 1 2 5 3 1 0 2 1 7 . 522m m 计算齿轮宽度 1 0 . 5 1 2 5 6 2 . 5db d m m 取 1 ， 2 4 涡轮蜗杆机构设计 蜗杆转速 80r/传动比 i = 32 ，使用寿命为 12000 小时。 根据 10085 1988 的推荐，采用渐开线蜗杆。 考虑到蜗杆传动功率不大，速度很低，故蜗杆用 45 钢；因希望效率高写，耐磨性好些。故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 45轮用铸锡磷青铜属模铸造。为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁 造。 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式（ 11动中心距 23a) （ 定作用在涡轮上的转矩 2T 按 1z =1,传动效率 = 6621120 . 1 8 0 . 4 3 3 29 . 5 5 1 0 = 9 . 5 5 1 0 = 2 9 5 6 6 8 m m 定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数 1K ;由表 11取使用系数1;由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 ；则 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 1 1 1 . 0 5 1 . 0 5 K K 定弹性影响因素 因选用的是铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故 121 6 0 P 定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动中心距 a 的比值 1 ，从图 11 。 定许用接触应力 H 根据蜗杆材料为铸锡磷青铜 属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45从表 11查得涡轮的基本许用应力 a= 2 6 8H 。 应力循环次数 62 806 0 j 6 0 1 1 2 0 0 0 1 . 8 1 032hN n L 寿命系数 78 610 1 . 2 3 9 11 . 8 1 0 则 1 . 2 3 9 1 2 6 8 3 3 2 . 0 7H A H N H a P M P 算中心距 23 1 6 0 2 . 91 . 0 5 2 9 5 6 6 8 8 4 . 6 43 3 2 . 0 7a m m m m 故取中心距 125a 表 11取模数 5m 杆分度圆直径 1 50d 时 1 50 0 。从图 11可查得接触系数 ,因为 ，因此以上计算结果可用。 蜗杆和 涡轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距 1 5 5 直径系数 10q ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 齿顶圆直径 11 2 6 0d h m 齿根圆直径 112 3 8fd n d h 分度圆导程角 5 42 38r ； 蜗杆轴向齿厚 1 7 . 8 5 3 82 涡轮 涡轮齿数 2 31Z ； 涡轮分度圆直径 22 5 3 1 1 5 5d m Z 涡轮喉圆直径 2 2 22 1 5 5 2 5 1 6 5d h 涡轮齿根圆直径 2 2 22 1 5 5 2 1 . 2 5 1 4 3d h 涡轮咽喉圆半径 22111 0 0 1 6 5 1 7 . 522a d 校核齿根圆弯曲疲劳强度 2 2121 . 5 3F F a Yd d m 当量齿数 223332 3 2 . 4 8 7c o s c o s 5 . 7 1v 根据 2 ， 2 ，从图 11可查得齿形系数 2 。 螺旋角系数 5 . 7 11 1 0 . 9 5 9 21 4 0 1 4 0 许用弯曲应力 F F F 从表 11可查得由 造的涡轮的基本许用弯曲应力 5 6 P 。 寿命系数 69 610 0 . 9 3 71 . 8 1 0 5 6 0 . 9 3 7 5 2 . 4 7 2 P 1 . 5 3 1 . 0 5 2 9 5 6 6 8 3 . 2 7 0 . 9 5 9 2 3 6 . 1 1 8 1 6 5 5F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 所以弯曲强度是满足的。 5 倾斜轴的设计 选 45钢调质处理，由表 15 硬度： 20；抗拉 强度极限： B =650 M 曲疲劳极限： 1 =275 M 屈服极限强度： 0 =355 M 切疲劳强度： 1I =155 M 用弯曲应力： 1 =60 M 由前面计算可知 n =1r/P=表 15A 115。 33m i n 0 0 . 0 7 51 1 5 4 8 . 51 m 若考虑键槽直径应增加 15%，则 m i n 4 8 . 5 1 1 5 % 5 5 . 8d m m 拟定轴上零件的装配方案 如图（ 5 据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足齿轮的轴向定位要求，齿轮的右端应制出一段轴肩，故取齿轮右端的轴图 5件的装配方案 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 肩为 h=端用垫圈和螺栓定位 初步选择滚动轴承。因轴承仅受径向力，所以选用深沟球轴承，选用 0组基本游隙组，初步选取深沟球轴承 6213，其尺 寸为 : 6 5 1 2 0 2 3d D B 。右端深沟球轴承采用轴肩进行轴向定位，由手册查得深沟球轴承 6213 的轴肩为 h=承端盖的总宽度为 208 至此。轴的各段直径和长度已确定。 上零件的周向定位 扇形齿轮与轴的连接和轴与箱体的连接均采用圆头平键连接。扇形齿轮与轴的连接的间的尺寸为 14 9 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 80时为了扇形齿轮和轴有很好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 76样轴与箱体的连接的键的尺寸 18 11 ，键槽用铣刀加工。轴与箱体的配合为 76动轴承与轴的配合定位是由过度配合来确定的，此处选轴的直径公差为 定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 2 45 ，各轴肩处的圆角半径 r=2 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图，在确定轴承的支点位置时应从手册查取 图 5倾斜 轴的简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 平面内倾斜轴轴受力分析 (1)垂直平面内受力分析如下图 （ 2） 做出倾斜轴在 图 5轴的受力分析图 图 5垂直面受力分析图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 （ 3）对倾斜轴在 （ 4）做出倾斜轴在 （ 5）将倾斜轴在 面内的弯矩进行合成，并做出弯矩图如下图 图 5倾斜轴在 V 面内的弯矩图 图 5倾斜轴在 H 面的受力分析 图 5倾斜轴在 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 （ 6）做出倾斜轴的扭矩图 弯扭合成应力校核轴的强度 轴双向旋转，扭转切应力为对称循环应力 取 =1 ，轴的计算应力 222 24 2 W 前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，由表 15 1 = 6 0 。因此 ，故安全。 图 5倾斜轴弯矩合成图 图 5倾斜轴的扭矩图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 核倾斜轴的轴承 （ 1）求比值 0 05901 （ 2）初步计算动载荷 根据式 (13 p r aP f X F Y F按照表 13-6，照表 13X=于初选轴承为 6211深沟球轴承，此轴承的基本额定静载荷0 29200当量动载荷 P 0 . 5 6 5 9 0 1 3 3 0 4p r aP f X F Y F N （ 3）验算轴承的寿命 根据式 (1336671 0 1 0 4 3 2 0 0 3 . 7 1 06 0 6 0 2 5 7 9 3 . 2 所以轴承选择符合要 求。 斜轴上键的校核 由机械设计 106P ，可得键连接强度校核公式 (6 PP 3102 式中： T 传递的转矩， ； k 键与轮毂键槽的接触高度， l 键的工作长度， d 轴的直径， （ 1）倾斜轴与扇形齿轮键的校核 已知 2 7 1 6 9 9 4 . 9 m N ； 键的工作长度 l = L - b = 5 4 - 1 8 = 3 6 m m； 键与轮毂键槽的接触高度 k = 0 . 5 h = 0 . 5 1 1 = 5 . 5 m m 由式（ 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828