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H型钢焊接翻转机构的设计

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型钢 焊接 翻转 机构 设计
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H型钢焊接翻转机构的设计


摘  要


焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合,有利于焊接生产实现机械化,自动化,有利于提高装配焊接质量,促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。焊接翻转机是焊接变位机械的一种,是将工件绕水平轴转动或倾斜,从而使之处于有利于装焊位置的焊件变位机械,主要用于梁、柱、框架等结构的焊接。焊接翻转机的种类较多,常见的有头尾架式、框架式、转环式、链条式、推拉式等。焊接翻转机结构简单,操作方便,工作效率高、工作质量好,可实现180度翻转。因此,焊接翻转机广泛应用于化工、铁路交通、冶金等工业部门的自动焊接系统。

本次设计题目是H型钢翻转机构,其头架为驱动端,可单独使用,利用安装在头架卡盘上的夹具,可为短小的工件翻转变位。翻转机尾架可在轨道上行走,便于根据工件的长度来调节与头架的距离。

本次设计考虑了翻转机的合理性和经济性等因素。设计的主要内容包括:翻转机头架的机座、翻转机构、工作台等的机械设计、装配图和零件图设计,减速箱和电机的选型等。该翻转机结构简单,操作方便,对焊件的适应性很强。



关键词:焊接;翻转机构;结构设计;H型钢 


目录

摘  要 iv

ABSTRACT v

绪论 1

第一章 翻转机构整体方案设计 4

第一节 总体设计方案 4

一 设计目的 4

二 设计原理 4

三 对机器的要求 4

第二节 翻转机构系统概述 6

一 翻转机构系统组成 6

二 翻转机构的工作原理 6

三 翻转机构的功能要求 6

第二章 电动机的选择 7

第一节 确定传动装置的总传动比和分配传动比 9

第二节 计算传动装置的运动和动力参数 9

第三节 齿轮的设计 10

一 高速级齿轮传动的设计计算 10

第四节 轴的设计及校核 17

一 高速轴(输入轴)的设计计算 17

二 中间轴的设计计算 19

三 输出轴的设计计算 21

第五节 滚动轴承的选择和计算 25

第三章 翻转机构键联接的设计 29

第一节 高速轴与联轴器联接键的设计 29

第二节 中间轴与大齿轮联接键的设计 30

第三节 低速轴和联轴器联接键的设计 30

一 选用圆头普通平键(A型) 31

二 校核强度 31

第四节 低速轴和大齿轮联接键的设计 31

一 选用圆头普通平键(A型) 31

二 强度校核 31

第四章 联轴器的设计和零件的润滑 32

第一节 联轴器的选择和计算 32

一 联轴器概述 32

二 联轴器的选择和计算 33

第二节 零件的润滑 33

一 齿轮传动的润滑 33

二 轴承的润滑 34

第三节 踏板、转盘及手轮的设计 34

第四节 平衡块的设计 35

第五章 标准件的选用 36

第一节 轴承的选择 36

一 轴承的基本概念 36

二 滚动轴承的主要类型、比较和选择 36

三 轴承型号的确定 40

四 轴承的寿命 42

第二节 其它标准件选用 43

一 轴承座的选用 43

二 轴套的选用 43

三 键的选用 45

第六章 翻转机构的焊接与装配 46

第一节 框架的焊接 46

一 选择焊接方法 46

二 确定焊接的形状、尺寸和下料方法 46

三 确定焊接接头、坡口形式和坡口边缘的加工方法 47

四 焊接方案的确定 47

第二节 零部件的装配 48

一 机器装配的基本概念 48

二 零件在装配中连接种类 48

三 装配方法 49

四 装配方案的确定 50

第七章 箱体结构尺寸 52

第八章 电气控制设计 54

第一节 电气原理分析 54

第二节 电气原理说明 54

一 正向启动过程 55

二 停止过程 55

三 反向启动过程 55

结束语 57

参考文献 58

外文文献 59

中文翻译 66

致  谢 69


ABSTRACT


Welding equipment is production and welding processes are matched in the welding, suitable for welding production mechanization, automation, there is conducive to the improvement of assembling and welding quality, prompting welding speed up the production process of various types of assistive devices and equipment. Reverse welding machine welding becomes a kind of mechanical is the workpiece around a horizontal axis to rotate or tilt, which is beneficial to the assembly and welding position welding positioner of machinery, is mainly used for welding of beams, columns, and frame structure. There are many kinds of welding tilter, a common end frame, frame type, ring type, chain type, push-pull type etc.. The welding machine has the advantages of simple structure, convenient operation, high work efficiency and good working quality, and can realize the 180 degree turning over. Therefore, the welding machine is widely used in the chemical industry, railway transportation, metallurgy and other industrial sectors of the automatic welding system.

This design topic is turning mechanism of H type steel and the headstock is driving end, can be used alone, the installed in the headstock chuck fixture, for short workpiece turnover displacement. The tail flip frame can walk on the track, and easy to adjust the frame distance according to the length of the workpiece.

The design considers the rationality and economy of the overturning machine and other factors. The main content of the design include: flip head frame frame, turnover mechanism, such as working platforms of mechanical design, assembly drawing and parts drawing design, deceleration box and a motor selection etc.. The turnover device has the advantages of simple structure, convenient operation, strong adaptability of welds.

.Key words: welding; turning mechanism; structure design; H type steel 


参考文献


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内容简介:
目 录摘 要 .ivABSTRACT.v绪论 .1第一章 翻转机构整体方案设计 .4第一节 总体设计方案 .4一 设计目的 .4二 设计原理 .4三 对机器的要求 .4第二节 翻转机构系统概述 .6一 翻转机构系统组成 .6二 翻转机构的工作原理 .6三 翻转机构的功能要求 .6第二章 电动机的选择 .7第一节 确定传动装置的总传动比和分配传动比 .9第二节 计算传动装置的运动和动力参数 .9第三节 齿轮的设计 .10一 高速级齿轮传动的设计计算 .10第四节 轴的设计及校核 .17一 高速轴(输入轴)的设计计算 .17二 中间轴的设计计算 .19三 输出轴的设计计算 .21第五节 滚动轴承的选择和计算 .25第三章 翻转机构键联接的设计 .29第一节 高速轴与联轴器联接键的设计 .29第二节 中间轴与大齿轮联接键的设计 .30第三节 低速轴和联轴器联接键的设计 .30一 选用圆头普通平键(A 型) .31二 校核强度 .31i第四节 低速轴和大齿轮联接键的设计 .31一 选用圆头普通平键(A 型) .31二 强度校核 .31第四章 联轴器的设计和零件的润滑 .32第一节 联轴器的选择和计算 .32一 联轴器概述 .32二 联轴器的选择和计算 .33第二节 零件的润滑 .33一 齿轮传动的润滑 .33二 轴承的润滑 .34第三节 踏板、转盘及手轮的设计 .34第四节 平衡块的设计 .35第五章 标准件的选用 .36第一节 轴承的选择 .36一 轴承的基本概念 .36二 滚动轴承的主要类型、比较和选择 .36三 轴承型号的确定 .40四 轴承的寿命 .42第二节 其它标准件选用 .43一 轴承座的选用 .43二 轴套的选用 .43三 键的选用 .45第六章 翻转机构的焊接与装配 .46第一节 框架的焊接 .46一 选择焊接方法 .46二 确定焊接的形状、尺寸和下料方法 .46三 确定焊接接头、坡口形式和坡口边缘的加工方法 .47四 焊接方案的确定 .47第二节 零部件的装配 .48一 机器装配的基本概念 .48ii二 零件在装配中连接种类 .48三 装配方法 .49四 装配方案的确定 .50第七章 箱体结构尺寸 .52第八章 电气控制设计 .54第一节 电气原理分析 .54第二节 电气原理说明 .54一 正向启动过程 .55二 停止过程 .55三 反向启动过程 .55结束语 .57参考文献 .58外文文献 .59中文翻译 .66致 谢 .69iiiH 型钢焊接翻转机构的设计摘 要焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合,有利于焊接生产实现机械化,自动化,有利于提高装配焊接质量,促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。焊接翻转机是焊接变位机械的一种,是将工件绕水平轴转动或倾斜,从而使之处于有利于装焊位置的焊件变位机械,主要用于梁、柱、框架等结构的焊接。焊接翻转机的种类较多,常见的有头尾架式、框架式、转环式、链条式、推拉式等。焊接翻转机结构简单,操作方便,工作效率高、工作质量好,可实现 180 度翻转。因此,焊接翻转机广泛应用于化工、铁路交通、冶金等工业部门的自动焊接系统。本次设计题目是 H 型钢翻转机构,其头架为驱动端,可单独使用,利用安装在头架卡盘上的夹具,可为短小的工件翻转变位。翻转机尾架可在轨道上行走,便于根据工件的长度来调节与头架的距离。本次设计考虑了翻转机的合理性和经济性等因素。设计的主要内容包括:翻转机头架的机座、翻转机构、工作台等的机械设计、装配图和零件图设计,减速箱和电机的选型等。该翻转机结构简单,操作方便,对焊件的适应性很强。关键词:焊接;翻转机构;结构设计;H 型钢ivABSTRACTWelding equipment is production and welding processes are matched in the welding, suitable for welding production mechanization, automation, there is conducive to the improvement of assembling and welding quality, prompting welding speed up the production process of various types of assistive devices and equipment. Reverse welding machine welding becomes a kind of mechanical is the workpiece around a horizontal axis to rotate or tilt, which is beneficial to the assembly and welding position welding positioner of machinery, is mainly used for welding of beams, columns, and frame structure. There are many kinds of welding tilter, a common end frame, frame type, ring type, chain type, push-pull type etc. The welding machine has the advantages of simple structure, convenient operation, high work efficiency and good working quality, and can realize the 180 degree turning over. Therefore, the welding machine is widely used in the chemical industry, railway transportation, metallurgy and other industrial sectors of the automatic welding system.This design topic is turning mechanism of H type steel and the headstock is driving end, can be used alone, the installed in the headstock chuck fixture, for short workpiece turnover displacement. The tail flip frame can walk on the track, and easy to adjust the frame distance according to the length of the workpiece.The design considers the rationality and economy of the overturning machine and other factors. The main content of the design include: flip head frame frame, turnover mechanism, such as working platforms of mechanical design, assembly drawing and parts drawing design, deceleration box and a motor selection etc. The turnover device has the advantages of simple structure, convenient operation, strong adaptability of welds.Key words: welding; turning mechanism; structure design; H type steel0绪论技术进步的最重要和最有效的发转方向之一就是实现生产的过程,其中包括焊接过程的全盘机械化和自动化。在焊接过程中,焊接工作本身所占的工作量不会超过总工作量的 25%30%,剩余的工作就是装配及其它的工作,其中包括运输及其它辅助工作,如工件调试、修整、检测等。在工件制作过程中,我们必须多次绕其水平轴翻转工件,这个翻转工作用翻转台来实现是最合理、最有效、最安全的。运用焊接翻转台可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、确保得到高品质的产品。这是因为使用翻转台可以扩大自动焊的应用,可以使焊接工作总是在方便的位置下进行,甚至可以提高工作的安全性,因为翻转台能使最危险的操作翻转工件实现机械化。 H 型钢具有抗弯能力强,施工简单和节约成本等优点,已被广泛应用于建筑,桥梁和网架等行业中作为建材使用,立体车库行业中 H 型钢作为主要的梁类构件,需要在 H 型钢平行于腹板的平面上焊接长度为 300-400mm 的连接板,焊接时主要通过人工进行定位,采用人工摆放定位粗糙,一致性差,且占用较多的劳动力资源,增加了生产成本,并且生产率低。为了保证 H 型与连接板的焊接质量,在焊接时还需要将 H 型钢进行翻转,由于 H 型钢体力,重量都非常大,因而在焊接时翻转 H 型钢特别困难,目前多采用人工方式来翻转 H 型钢,需要用吊车来进行操作,不但工作率低,而且安全性差,容易发送事故。在 H 型钢的生产过程中,用焊接方法制造更为有利。同时,在焊接生产加工中,当 H 型钢完成组对并进行一面的焊接后,需要将其翻转,以便焊接另一面。但由于 H 型钢体体积大、重量重,人工很难翻转,所以需要专用的设备,尤其是在大批量生产中,就更需要一种翻转机构来完成这一操作,以提高生产效率。H型钢翻转机就是应用在这种场合下的设备。对于翻转机构,现在已有很多的形式。如有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等。并已在实际生产中用于各种工件的翻转。目前国内还未对各种形式的1翻转机制订出系列标准,但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机,并成系列。另外,配合焊接机器人使用的框架式、头尾架式翻转机,国内外均有生产。它们都是点位控制,控制点数以使用要求而定,但多为 2 点(每隔 180)、4 点(每隔 90)、 8 点(每隔 45)控制,翻转速度以恒速的 为多,但也有 变速的。翻转机与机器人联机按程序动作,载重量多在 20 3000Kg 之间。例如我国汽车、摩托车等制造行业使用的弧焊机器人加工中心,已经成功的采用国产头尾架式的焊接翻转机,由于恒定速度的翻转,点以电磁制动和汽缸锥销强制定位,所以多采用交流电动机、普通齿轮副减速,机械传动系统的制作精度比轨迹控制的低 1到 2 级,造价便宜。今天,随着市场需求的增加,人们对制作更加通用的机械化工具的需求日益增长,前苏联重型机械制作工艺研究院科学生产联合公司设计制造了带两个驱动支架、翻转与焊接同步进行的双支架翻转台,用于焊接非刚性金属构件。杠杆链式翻转台已经开始上市,这种翻转台能够方便的安装在生产长条形工件的流水线上。在现在社会生产中,框架式翻转台、头尾架式翻转台、链式翻转台、环式翻转台、推举式翻转台等翻转台,已经较长时间地被用于机械制造工厂中,他们依然属于世界先进水平,仍属新的工艺过程。本课题主要采用机械设计、理论力学和材料力学相互结合的研究方法,并结合实际工厂中在实际应用的产品和相关资料进行整体设计。具体实施方法如下:(1)广泛阅读我国的翻转机构的论文和期刊,参考国外的成形翻转机构的设计方案(2)分析研究 H 型钢翻转需要的条件、必要的自由度限制和整体支撑架材料的选择(3)系统总体方案设计、机构设计(对多种机构进行可行性选择) (4)对设计的机构件的强度进行校核(5)总结翻转机构中能实现翻转的部分是整个翻转机构设计的核心部分,针对现在的加工工艺和材料的选择主要考虑翻转机构的生产、价格、生产率和翻转的平稳性。本课题的基本研究思路是采用夹具将 H 型钢固定在平面上,利用支架两端的轴的转动带动大平面的转动来实现 H 型钢的翻转,在设计中对轴的强度进行校核,轴承的选择来为翻转功能的实现提动理论基础。实现了在焊接H型钢的过程中,对于H型钢的翻转实现了机械化,使多次绕其水平轴翻转工件,不用人工翻转这个翻转工作用翻转机来实现是最合理、最有效、最安全的。运用焊接翻转机可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、确保高品质的产品。使用翻转机可以扩大自动焊的应用,可以使焊接工作总在方便的位置下进行,甚至可以提高工作的安全性,因为翻转机能使最危险的操作翻转工件实现机械化。21.根据用提和功能,查阅相关手册,计算翻转机构的最大扭矩和功率,选用电机。计算总速比,并分配速比。2.绘制传动系统图。3.传动系统设计。4.关键部件的刚度,强度校核。5.电气控制系统设计。3第一章 翻转机构整体方案设计第一节 总体设计方案一 设计目的工作时根据 H 型钢的型号及需要焊接的连接板的位置,调节连接板定位装置定位摆臂的长度和位置,及两翻转焊接成型装置的距离,将 H 型钢卡住并夹紧,调整连接板位置并将其固定进行电焊。之后将 H 型翻转 180 度,再重复上述焊接工作。此时,整个焊接加工工序完成.二 设计原理设计一个 H 型钢翻转机,通过电动控制来控制焊装夹具的翻转,可以自行的调节所需翻转的角度,实现焊接时的 180 度的变位,方便于焊接,可以达到定位可靠,焊接方便的最佳功效。三 对机器的要求 设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下,根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何,一般来说,会对机器提出以下的基本要求。1、使用功能要求机器应该具有预订的使用功能。这主要靠正确地选择机器的工作原理,正确地设计或选用功能全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机,以及合理地配置必要的辅助系统来实现。2、经济性要求机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中,设计机器时就要全面综合地进行考虑。设计制造的经济性表现为机器的成本低;使用经济性表现为高生产率,高效率,较少地消耗能源、原材料和辅助材料,以及低的管理和维护费用等。提高设计和制造经济性指标的主要途径有:1)采用先进的现代设计方法,使设计的参数最优化,达到尽可能精确的设计计算结果,并保证机器足够的可靠性。尽可能多地应用 CAD 技术,加快设计的进度,降低设计的成本。2)最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件。零件结构尽可能采用标准化结构及尺寸。43)尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。4)合理地组织设计和制造过程。5)力求改善零件的结构工艺性,使其用料少、易加工、易装配。提高使用经济性指标的主要途径有:1)合理地提高机器的机械化和自动化水平,以期提高机器的生产率和产品的质量。2)选用高效率的传动系统,尽可能减少传动的中间环节,以期降低能源消耗和生产成本。3)适当地采用防护(如闭式传动、表面防护等)及润滑等措施,以便于延长机器的使用寿命。4)采用可靠的密封,减小或消除渗漏现象。3、劳动保护和环境保护要求1)要使所设计的机器符合劳动保护法规的要求。设计时要按照人机工程学(ergonomics)的观点尽可能减少操作手柄的数量,操作手柄及按钮等应放置在便于操作的位置,合理地
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