100t焊接滚轮架设计--总体设计和从动滚轮座设计

毕业设计（论文）说明书 摘要 焊接与铸造、锻压、切削加工、热处理等金属加工工艺组合，成为机械制造业的 主要加工方法，许多传统的铸锻产品，也由焊接制品或铸焊、锻焊制品所代替。 焊接结构生产的整个过程同其他任何一生产过程一样，除了基本的生产工序以外，还 包括大量的辅助工序，其中主要是焊接零件的制备、装配、工序间的传送和制品的变 位与清理等。 通过载重量计算出轴、轴承、联轴器等的具体尺寸、并对其进行校核。初期进行传动 比的分配，主动轮上的功率除以传动效率从而算出需要的电机功率，从而选择电动机， 再将电动机的转速进行分配算出减速器、涡轮蜗杆。 关键词： 焊接；生产工艺质量；焊接滚轮架；筒形工件 毕业设计（论文）说明书 I Abstract Welding and casting, forging, machining, heat treatment and other metalprocessing technology portfolio and become the main processing machinery manufacturing methods, the Casting and Forging in many traditional products, but also by the welding or casting products - welding, forging - replaced by welding products. Welded structure with the entire process of production of any other as a production process, in addition to the basic production processes, but also including a large number of auxiliary procedures, which are mainly parts of the preparation of welding, assembly, delivery and inter-process products such as variable bit with the clean-up . Load is calculated through the shaft, bearings, couplings, such as the specific size, and check them. The initial stage of the distribution of the transmission ratio, active power divided by the number of launches in order to calculate the transmission efficiency of the electric power needs in order to select the motor, and then carry out the distribution of motor speed reducercalculated, turbine worm. Key words: welding; production process quality; welding wheel frame; cylindrical workpiece 毕业设计（论文）说明书 II 目录 摘要 .I Abstract .II 目录 前言 1 第 1 章 绪论 2 1.1 焊接工艺概述 .2 1.2 工艺装备与生产的工艺的关系 .2 1.3 焊接工艺装备 .5 第 2 章 滚轮架概述 9 2.1 滚轮架分类 .9 2.2 中心角与驱动力、支反力的关系 .9 2.3 滚轮驱动方案 .10 第 3 章 滚轮架的设计与校核 13 3.1 电动机的选择 .13 3.2 从动轮的设计 .14 3.3 圆柱蜗杆的设计 .18 结论 22 参考文献 23 致谢 24 附件 1 .25 附件 2 .39 毕业设计（论文）说明书 0 前言 随着现代工业的高速发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺 方法，在金属结构生产中已经基本取代了铆接连接工艺。焊接与铸造、锻压、切削加 工、热处理等金属加工工艺组合，成为机械制造业的主要加工方法，许多传统的铸锻 产品，也由焊接制品或铸焊、锻焊制品所代替。 早期的焊接结构大多数是用手工电弧焊完成的，有时还用到氧乙炔气焊。随着 焊接工艺方法的发展及焊接结构形式的改进，焊接结构生产也已向机械化、自动化方 向发展，现在不仅已经制成了各种机械化、自动化以及专门用途的自动焊接机，而且 还制造了大量的焊接辅助装备、单机自动化的焊接机械装置，焊接结构生产流水线和 生产自动线早已成为现实。焊接机器人在某些部门得到了较普遍的使用。在整个机械 制造行业中，焊接机器人比其他类型机器人应用更广泛。焊接结构生产的机械化、自 动化，不仅可以提高焊接结构的生产率，降低产品成本，提高产品质量，同时也使生 产工人的健康进一步得懂到保障，环境污染也有所下降。然而，由于焊接结构的多样 化及生产过程的复杂性，目前国内焊接生产的机械化、自动化程度还是较低的，手工 操作在某些产品，甚至某些行业中仍占较大的比例。 毕业设计（论文）说明书 1 第1章 绪论 1.1 焊接工艺概述 焊接结构生产的整个过程同其他任何一生产过程一样，除了基本的生产工序以外， 还包括大量的辅助工序，其中主要是焊接零件的制备、装配、工序间的传送和制品的 变位与清理等。另外，制品工序间的检验也占有相当大的工作量。因此，要提高焊接 结构生产的生产率和产品质量，应考虑整个焊接结构生产过程的机械化、自动化，其 途径可包含以下内容： 材料预处理和备料工序的机械化、自动化，这不仅可以降低本工序的劳动量、提 高生产率，还将有利于被阻焊零件质量和精度的提高，而使装配、焊接易于实现机械 化和自动化，并提高产品质量。 （1） 扩大先进生产工艺的应用范围，研制各种专业焊接装备，实现焊接工艺的机械 化。 （2） 采用先进的起重运输装备，并在各工位和工位之间配置专用的区域性起重运输 装备及传送带，组成立体的其起重运输网络，以缩短零部件及制品的传送时间。在取 物装置方面应广泛的采用真空吸盘、电磁铁及机械手等，以取代低效率、低质量的吊 钩。 （3） 大量采用机械化的工件变位机械及焊接操作机械等辅助装置。它们可以使焊缝 或焊机、焊工处于有利的焊接位置，从而提高焊接生产率及焊接质量。 （4） 注意使用各种夹具及辅助工具，如定位器、压夹器、装配胎架、打渣工具及防 飞溅涂料，以减少焊前、焊后清理时间；采用电缆快速接头、碳弧气刨等，以保证装 配焊接质量及提高工作效率。 综合上述的应用，将促进实现焊接生产的单机自动化的生产全过程的自动化，提高产 品质量，而本文将涉及五个途径中的焊接变位及操作机械的介绍及设计。 1.2 工艺设备与生产工艺的关系 产品生产过程中的备料，装备及焊接工艺流程对工艺设备的型式及设计要求有很 大的影响。 焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程和要求也各不相同，相应的工 艺装备在形式、工作原理及技术要求上也有很大差别。习惯上是将定位、压夹、推拉 等工艺称为夹具；装配、焊接台架、焊接变位机械成为胎架装置。实际生产中工艺装 毕业设计（论文）说明书 2 备往往不是单一功能的，例如定位器、夹紧器常与装配台架合在一起，装配台架又与 焊件操作机械合并在同一套装置上，在专业化程度很高的焊接生产中，则将焊机、焊 接机器人、专用工艺装备及搬运机械组合在一起，成为专用焊接机床或焊接生产流水 线。 焊接结构的生产规模和批量，在相当大的程度上决定了他的工艺装备的专用化程 度、完善性、效率及构造。制品的结构特征、重量以及质量要求等技术特征也是选择 工艺装备的重要依据。 单件生产时，除非该产品的技术要求特别高，一般是采用通用的夹具及机械装置； 但如果类似产品比较多，也可以采用有一定通用性的高效工艺装备。 成批生产时，可根据技术要求、批量大小、工作场地面积、焊接与辅助时间的比 例以及工艺装备的成本；来决定所应采用工艺装备的完善性及效率。通常是采用较专 用的工艺装备，但在同一装备上应完成几道工序的工作。 对于大量的生产的焊接产品，应考虑采用专用的工艺装备，并严格按照生产的节 奏来计算每一工序所需要的时间及该工序的工艺装备应完成的工作，使每一工位完成 某些工序时具有相同的生产时间，从而保证流水生产得以顺利进行。 早期的焊接结构大多数是用手工电弧焊完成的，有时还用到氧乙炔气焊。随着 焊接工艺方法的发展及焊接结构形式的改进，焊接结构生产也已向机械化、自动化方 向发展，现在不仅已经制成了各种机械化、自动化以及专门用途的自动焊接机，而且 还制造了大量的焊接辅助装备、单机自动化的焊接机械装置，焊接结构生产流水线和 生产自动线早已成为现实。焊接机器人在某些部门得到了较普遍的使用。在整个机械 制造行业中，焊接机器人比其他类型机器人应用更广泛。焊接结构生产的机械化、自 动化，不仅可以提高焊接结构的生产率，降低产品成本，提高产品质量，同时也使生 产工人的健康进一步得懂到保障，环境污染也有所下降。然而，由于焊接结构的多样 化及生产过程的复杂性，目前国内焊接生产的机械化、自动化程度还是较低的，手工 操作在某些产品，甚至某些行业中仍占较大的比例。 焊接结构生产的整个过程同其他任何一生产过程一样，除了基本的生产工序以外， 还包括大量的辅助工序，其中主要是焊接零件的制备、装配、工序间的传送和制品的 变位与清理等。另外，制品工序间的检验也占有相当大的工作量。因此，要提高焊接 结构生产的生产率和产品质量，应考虑整个焊接结构生产过程的机械化、自动化，其 途径可包含以下内容： 毕业设计（论文）说明书 3 （5） 材料预处理和备料工序的机械化、自动化，这不仅可以降低本工序的劳动 量、提高生产率，还将有利于被阻焊零件质量和精度的提高，而使装配、焊接易于实 现机械化和自动化，并提高产品质量。 （6） 扩大先进生产工艺的应用范围，研制各种专业焊接装备，实现焊接工艺的 机械化。 （7） 采用先进的起重运输装备，并在各工位和工位之间配置专用的区域性起重 运输装备及传送带，组成立体的其起重运输网络，以缩短零部件及制品的传送时间。 在取物装置方面应广泛的采用真空吸盘、电磁铁及机械手等，以取代低效率、低质量 的吊钩。 （8） 大量采用机械化的工件变位机械及焊接操作机械等辅助装置。它们可以使 焊缝或焊机、焊工处于有利的焊接位置，从而提高焊接生产率及焊接质量。 （9） 注意使用各种夹具及辅助工具，如定位器、压夹器、装配胎架、打渣工具 及防飞溅涂料，以减少焊前、焊后清理时间；采用电缆快速接头、碳弧气刨等，以保 证装配焊接质量及提高工作效率。 综合上述的应用，将促进实现焊接生产的单机自动化的生产全过程的自动化，提 高产品质量，而本文将涉及五个途径中的焊接变位及操作机械的介绍及设计。 1.2.1 装配工艺 由于产品对几何尺寸、几何精度和表面粗糙度的要求不同，其备料法案也有所不 同，它将影响定位、夹紧原件的选择和布置，也影响焊接方法的选择。例如尺寸精度 高表面粗糙度低的元件，宜采用刚性和退让式的定位元件，快速而夹紧力不大的夹紧 元件，零件尺寸精度差和表面粗糙度较高时，定位元件应该有足够的耐磨性，而且可 以拆卸和调节，零件表面不平时，宜采用压紧力较大的压紧器。布置定位元件时，应 布置在有定位精度要求及具有较低表面粗糙度的零件边缘上。 零件的装配顺序及其相互之间的关系，决定了零件的定位基面和定位点，以及夹 紧元件的结构形式和安装位置。 1.2.2 焊接工艺 焊接方法不同，对焊接工艺设备的结构和性能要求也不同。手工电弧焊用的工艺 设备一般对运动速度的要求不严格，甚至不要求带动工件翻转，自动焊接设备，一般 对焊接头的定位有较高的要求及能稳定的工作，并能在较广范围内调节焊接速度。 毕业设计（论文）说明书 4 焊接工艺装备还应该能保证焊件能按合理的顺序实施焊接，有利于控制焊接变形。 此外，还应该注意避免焊接时产生的高温，焊渣，飞溅对工艺设备的损伤，焊后能方 便的将焊件从焊接工艺设备中取出。 1.3 焊接工艺装备 1.3.1 焊接工艺装备的分类 现代化的工业生产，要求生产效率高、劳动强度低、产品质量优、价格低廉、有 竞争力，焊接生产同样应具有这些特征，在整个生产过程中充分应用工艺装备，实现 生产过程的机械化、自动化，有助于达到上述要求，在焊接生产中，焊接时间只占产 品全部加工时间的 10%30%，其余为备料、装配及辅助工作等时间。节约每一工序的 时间，为缩短产品生产周期无疑是具有重要意义。另外，焊接产品质量的好坏不仅取 决于焊接工艺质量，与备料、装配等工序的质量也有密切关系。因此，在整个焊接生 产过程中不论产品的质量要求和批量的大小如何，据应考虑采用生产工艺装备。 采用工艺装备并不意味着要选用机构复杂、价格昂贵的设备，许多情况下是采用 一些简单的定位器，压紧器或将现有设备稍加改装，往往也能收到明显的技术和经济 效益。 焊接结构种类繁多，形状尺寸各异，生产工艺过程和要求也各不相同，相应的工 艺装备在形式、工作原理及技术要求上也有很大差别。图 2.1-1 是按照工艺装备的功能 分类的。习惯上是将定位、压夹、推拉等工艺称为夹具；装配、焊接台架、焊接变位 机械成为胎架装置。实际生产中工艺装备往往不是单一功能的，例如定位器、夹紧器 常与装配台架合在一起，装配台架又与焊件操作机械合并在同一套装置上，在专业化 程度很高的焊接生产中，则将焊机、焊接机器人、专用工艺装备及搬运机械组合在一 起，成为专用焊接机床或焊接生产流水线。 1、 焊件操作机械 主要用于支撑焊接件，并使他完成一定的运动，例如旋转、 翻身、倾斜等，以便使焊缝处有利于的焊接位置，有些装置还具有防止焊件变形的功 能。 2、 焊接机械 主要用于安装焊接机头或电焊机，在它上面有标准的或专用的 自动焊接机机头。焊接机械可分为固定式的或可自动行走的，以便使焊机头接近焊接 位置。如焊接时焊接件不能移动，焊接机械上的焊接机头或焊接机械本身应能按焊接 毕业设计（论文）说明书 5 速度移动。为便于焊接操作，有些焊接机械上还安有焊工的座椅或工作平台。 3、 焊工操作机械 主要是使焊工处于有利的焊接位置，或接近焊接机械，以 便进行手工或自动焊接，它可以为装配、检验等工作人员服务。 4、 焊接辅助装置 主要是一些配合焊接工作的装置，以便提高焊接效率和焊 接质量，改善劳动条件，例如焊剂回收装置；焊条、焊剂烘箱与保温筒，焊丝除锈机， 焊接件预热、后热设备，焊剂垫，冷却水循环器，焊接电缆快速接头，工件接地装置， 打焊渣机及局部除锈机。 焊接工艺装备可设计成系列化的产品，供生产商选用，有时则需要根据产品的特 征和工厂条件设计成非标准化的专用设备。不论哪一类，只要设计、制造和选用合理， 均可以大大提高生产率，改善劳动条件和产品质量。焊接工艺装备目前的发展有两种 趋势： 1、 由于焊接产品的品种增多，更新换代的速度加快，每种产品均不可能长期 生产而不变化。小批量、多品种已成为产品的发展趋势，因而要求焊接工艺装备也应 具有一定的灵活性、通用性。 2、 将上述的几种焊接操作机械及辅助装置，根据需要适当的组合在一套装置 中；装配和焊接的胎架也常常合并在一起，即在这类胎架上即进行装配工作，有完成 焊接工作，它特别适合于简单的或批量不大的产品生产。为适应专门化的大批量生产， 又常将备料、装配、检验、焊接、矫正等组织组合在一起，组成难以截然分开的自动 流水线。例如螺旋管、H 型钢的大批量生产自动流水线。 1.3.2 焊接操作机械 根据焊接结构的形式及用途，可选用变位机、回转台、翻转机及滚轮架等焊件操作机 械。 （一） 变位机 焊接变位机是一种最常用的支撑并带动工件改变位置的工艺装备。变位机一般可 实现两种基本动作：工作台带动工件绕工作台的旋转轴作正、反 360 旋转；工作 台面的倾斜，有时工作台面的高度还可以升降，得到最佳的焊接高度。 变位机的结构比较简单，工作可靠，占地面积小，而且可以移动。使用变位机可 以焊接筒体法兰及各种形状的框架、壳体、支架等，也可以再变位机上从事切割、堆 毕业设计（论文）说明书 6 焊、喷涂等作业。配以支配架，还可以当作翻转机焊接重量及长度较大的梁、柱、构 架及圆筒节等。大型的变位机承载能力可达 2000t，而最小的只有几公斤。 变位机的工作台一般是用电动机来驱动回转并能调节速度，以便适用不同焊接方 法与焊接参数。近年来，由于液压技术的发展，变位机中已采用液压马达来回转工作 台。小型的变位机可以用人工驱动，不过这时不易得到稳定的回转速度，不利于圆形 焊缝的自动焊。 变位机的承载能力，与工件的重心与工作台台面的高度以及重心相对于工作台旋转轴 心的偏心距有关。 选用变位机时应注意以下几点: (1) 应根据工件的质量、固定在工作台上的工件重心至台面的重心高度、重心偏心距 来选用适当吨位的变位机。 (2) 要在变位机上焊接圆形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的回转 速度；如变位机仅用于工件的变位，工作台的回转速度及倾翻速度应根据工件的几何 尺寸及重量选择，对大型、重型工件速度应慢些。 (3) 工作台的倾翻速度一般是不能调节的，如在倾翻时要进行焊接工作，应对变位机 提出特殊要求。 (4) 工作台应有联接焊接地线的位置，且不受工作台回转的影响。不允许将焊接地线 接在变位机机架上，从而使焊接电流通过轴承的转动零件。 (5) 批量生产定型工件时，可选用具有程序控制性能的变位机。 (6) 变位机只能使工件回转、翻动，要使焊接过程自动化、机械化，还应考虑用相应 的焊接操作机械。 （二）回转台 回转台是一种简化的变位机，它的工作台面处于水平位置或固定于某一倾角，用 于法兰焊接、封头切割等工作。 （三）翻转机 焊接生产中欲将沉重的工件翻转到有利于焊接的位置往往是较困难的，使用通常 的桥式起重机或其他起重机不仅费时，增加了通用的起重设备的负担，而且会因通常 缺乏专用吊具而发生事故。根据工件的结构特征采用专门的翻转机可以提高工作效率， 改善制品的质量。翻转机特别适用与大型、长条形的工件，使他们在水平轴线回转。 根据构造翻转机可分为：头架式、头尾架式、框架式、转环式、链条式及油压千斤顶 毕业设计（论文）说明书 7 式。 (1)头尾架式翻转机 这种翻转机由主动的头架及从动的尾架组成，它们之间的距 离可根据所支撑的工件长度调节。当工作较重时应考虑将头尾架固定在基础上，防止 倾倒。头尾架式翻转机的缺点是工件由两端支承，翻转时头架端要施加扭转力，因而 不适用于刚性小，易挠曲的工件；另外，当设备安装不当，头尾架的两根枢轴不在同 一轴线上时，工件会受到过大的扭转力矩使翻转困难，甚至造成工件扭坏或枢轴因发 生超负荷而扭断。对于短工件可以不考虑两端支撑，可仅将工件固定在头架上进行反 转，而不用尾架。 (2)框架式翻转机 用一根横梁连接在头尾架的枢轴上或工作台上，可构成框架式 翻转机。工作时工件固定在横梁上有横梁带动工件一起翻转。为减小驱动力矩，应使 横梁工件合成的纵向重心线尽可能与枢轴的轴线相重合。 (3)转环式翻转机 这类翻转机使用于长度和重量均较大，截面又多变化的工件翻 转。 (4)液压千斤顶式翻转机 液压千斤顶式翻转机结构简单，载重量大，通常用于将 工件作 的翻转。9045 （四）滚轮架 制品外形为圆形的工件，例如锅炉、管道、桅杆、海洋平台的桩腿、潜水艇耐压 壳，以及各种化工塔器都可以放在滚轮架上翻转，进行纵向焊缝、环向焊缝的装配 焊接工作。此外，还可以在滚轮架上进行修整、钻孔及探伤等工作。若在滚轮架上支 承转环时，还可以焊接其他不规则的容器（如圆锥形容器）及梁柱型工件。因而滚轮 架是焊接生产中，特别是容器生产中的一种重要工艺装备。 滚轮架的种类繁多，各有特点，按滚轮转动速度分为按翻转速度转动的及焊接速 度转动的；按安装形式分有固定式、移动式和台车式；按支承形式分有滚轮式和滚轴 式；按滚轮外缘结构分有铸铁（钢）及橡胶的；按传动形式分有单轮驱动、长轴多轮 驱动及双轮成对驱动等形式。在滚轮的外缘包橡胶可避免擦伤工件，而且可以增加滚 轮与工件之间的摩擦力使工件在转动过程中不易打滑。滚轮架中滚轮的驱动方式有多 种： 毕业设计（论文）说明书 8 第2章 滚轮架概述 2.1 滚轮架分类 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请 联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！ 该论文已经通过答辩 滚轮架由滚轮和基座组成。 2.1.1轮型式分类 基本滚轮、交换滚轮、差动滚轮、可调中心高滚轮及可偏转轴线滚轮五种见表1。 2.1.2 滚轮架分类 长轴式滚轮架和组合式滚轮架两大类。 2.1.2.1长轴式滚轮架 多个滚轮沿筒体类工件两侧成两行同轴排列，一侧均为主动轮，另一侧为从动轮， 且主动轮与从动轮数相同。用于细长筒体工件的装配和焊接。 2.1.2.2.组合式滚轮架 组合式滚轮架由两个滚轮支承在同一个基座上组成滚轮架，可根据工件的重量和 长度由两架或多架任意组合。按组合滚轮类别可分为基本式滚轮架、交换式滚轮架、 自调式滚轮架、可调中心高滚轮架和可偏转轴线滚轮架五种。 2.1.2.2.1基本滚轮架 由两个基本滚轮组成。 2.1.2.2.2.交换式滚轮架 由交换滚轮和基本滚轮组成，变换交换轮的位置可获得不同的中心距，以适应不 同直径的工件。 2.1.2.2.3自调式滚轮架 由差动滚轮组成的滚轮架。自调式滚轮架可随工件直径不同，滚轮随摆架自动调 整滚轮中心距使工件获得平衡支承。自调式滚轮架通过差动齿轮系统驱动主动滚轮。 毕业设计（论文）说明书 9 2.1.2.2.4可调中心高滚轮架 由可调中心高滚轮和基本滚轮组成，通过调节一个滚轮的中心高使筒体类工件在 旋转时产生一个与工件窜动方向相反的轴向分力来消除工件的轴向窜动。 2.1.2.2.5可偏转轴线滚轮架 由可偏转轴线滚轮和基本滚轮组成，通过调节可偏转轴线滚轮轴线与筒体类工件 母线的夹角获得一个与工件窜动方向相反的轴向分力来消除工件的轴向窜动。 2.2 中心角与驱动力、支反力的关系 工件在滚轮架上的中心角与两滚轮架的横向间距和工件及滚轮的直径有关。 根据工件在滚轮架上的受力分析，若在公式推导中做一些简化，可得到工件的驱 动力矩 ，运动阻力 ，支反力 、 的表达式如下：1T21Q2 (2-1)1cosin(GT1 b (2-2)i2(2 (2-3)1cosin22sinco1(si1 bQ (2-4)csisi(i2G 2.3 滚轮驱动方案及轴向窜动的问题 2.3.1. 滚轮驱动方案 为使焊接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠，组合便利，采用主动轮单独驱动的设 计方案，即每个主动轮单独利用一台电动机和减速机构驱动。不过要注意解决好各主 动轮的同步问题，在选用电动机和减速机结构上要尽量选用特性一致且经过实测的使 用。 因为长轴式滚轮架是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可供选用的定型产 品很少，已不常用，所以本次设计的 4 吨级滚轮架采用组合式设计它的主动滚轮架， 从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组 毕业设计（论文）说明书 10 合，其组合比例也不仅是 1 与 1 的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强， 是目前应用最广泛的结构形式。 2.3.2. 关于滚轮架轴向窜动的问题 如果滚轮和焊件都是理想的圆柱体，且各滚轮尺寸一致，并且其转动轴线都在同 一水平面内并与焊件轴线平行时，放在滚轮架上的焊件是不会产生轴向窜动的，这是 理想情况。但实际上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圆柱体。多 次试验证明将主、从滚轮架在水平和轴向上的位置找好，固定下来，下次再用时仍会 窜动。即便是同一个焊件，此时调整后已不再窜动，但换个方向旋转或将该焊件吊起 移动位置后再放到滚轮架上，该焊件又会窜动了，更不用说换另外一个焊件了。国内 一些工厂采用在焊件端头硬顶的办法，这种办法对设备和焊件都有损害，实属无奈。 国外制作的防窜滚轮架，虽能满足要求，可惜价格较昂贵。 理论和实践都证明：影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的 平行度。因此，在制造和使用焊接滚轮架时，首先要尽量做到：主、从滚轮架都位 于同一中心线上。各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。滚轮间距相等。 实际上，焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措 施，把焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。 目前，已有三种执行机构可完成防止工件窜动任务： （1）顶升式执行机构 从动滚轮架的一侧滚轮可以做升降运动，使焊件轴线发生偏移， 同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化。这种调节方式其优点是调节灵敏度较高， 缺点是制造成本高，体积大。 （2）偏移式执行机构 从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移，以此改 变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。这种调节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对 滚轮的磨损太大。 （3）平移式执行机构 从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水平移动， 从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。这种调节方式其优点是稳定 性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。 确定焊接滚轮架方案时，其合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方 法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺 毕业设计（论文）说明书 11 寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹 紧机构方案的重要依据。除此之外，还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费 用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它们之间往往有 联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有通盘考虑， 才能制定出最佳的设计方案具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑： 1)焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其 中形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直 接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确 定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。 2)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面装配次序、夹紧方向对夹 具结构提出的要求。再如，不同的焊接方扫对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求 在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本 身就是电极之一等。 3)装、焊作业能否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装固夹具和焊接夹具。 2.3.3. 滚轮架滚轮的设计 滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和使用范围 由于滚轮架的额定载荷是 4t，所以选用胶轮结构。橡胶轮缘的滚轮常因结构不合 理，或橡胶质量不佳或挂胶工艺不完善，使用不久就会发生挤裂，脱胶而破坏。为此， 设计滚轮时，常常在橡胶轮缘两侧开出 15 度的倒角，以留出承载后橡胶变形的空间， 避免挤裂。另外，常在橡胶轮辋与金属的结合部，将金属轮面开出多道沟槽，以增加 橡胶与金属的接触面积，强化结合牢度，避免脱胶。至于橡胶成分和挂胶工艺，在美 国是一项专利，国内兰州石油化工机器厂，将国产橡胶轮缘的坦克支重轮用在焊接滚 轮架上，取得了很好的效果，使滚轮寿命延长了许多。 2.3.4. 连轴器的选用： 联轴器的类型很多根据其是否包含弹件元件，可以划分为刚性联轴器和弹性联 轴器两大类。刚性联轴器根据正常工作时是否允许两个半联轴器轴线产生相对位移又 分为固定式刚性联袖器和可移式刚性联袖器。固定式刚性联轴器，要求被联接两轴轴 线严格对中，因为它不能补偿两轴的相对位移。其常用类型有夹壳联轴器和凸缘联轴 器等。可移式刚性联轴器可以通过两半联轴器间的相对运动来补偿被联接两轴的相对 毕业设计（论文）说明书 12 位移。其常用类型有十字滑块联轴器、齿轮联轴器和万向联轴器等。 弹性联轴器包含有弹性元件，不仅具有吸收振动和缓解冲击的能力，而且能够通 过弹性元件助变形来补偿两轴的相对位移。其常用类型有弹性套柱销联轴器、弹 性柱销联轴器和轮胎式联轴器等。 第 3 章 滚轮架的设计与校核 3.1 电动机的选择 G/2 Fn 图 3-1 滚轮受力图 (3-1)NGFn4906cos1/012/cos4 滚轮载荷较大故选择金属轮，摩擦系数 =0.060.08 初定 =0.08 (3-2)FnFn392008.f (3-3)WRP7.64.5输 出 Error! No bookmark name given. 8.0 涡 轮， 初 选连 轴 器，轴 毕业设计（论文）说明书 13 (3-4)WP19.5.089.027643远 (3-5)86.2远 电动机频率 KWP05.2近远 Error! No bookmark name given. 考虑到滚轮可能存在偏心,故选择 Y 系列电动机 112M 型 功率：2.2KW 额定转速：1000 minr 数量：1 台 3.2 从动滚轮的设计 3.2.1 轴的设计计算 工件的重力为 (3-6)NmgG980.10 每个载重轮所承受的重力为 F2451 轴受到的径向力为 (3-7)NCOS4905.601 F A B AB 2l2l 图 3-2 从动轮轴在载荷作用下的变形 毕业设计（论文）说明书 14 最大挠度 (3-8)ldEIFlw05.-3.641026.498933max (3-9)41029dI (3-10)01.6649353 EIFlAmd412.0 初步取滚轮处轴长为 460mm 当取 时01.A 滚轮处轴的直径为 d073. 当 (3-11)llw05.3.max 取 时，lw.max 滚轮处轴直径为 采用 45 钢d160 毕业设计（论文）说明书 15 65 78 1 2 3 4 5 图 3-3 从动轮轴结构与装配 滚轮初定其直径为 D=620MM 滚轮宽为 B=250MM 为了使套筒可靠的压紧滚轮，此轴段应略短于轮毂的宽度，故取 ml2463 滚轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 (3-12)2.1607.0.hd 取 h=12mm 则轴环处的直径为 m84132 轴环宽度 故可取 d=84.5mmmhb8.614. 2）轴承的选择与校核 毕业设计（论文）说明书 16 图 3-4 轴承受力图 D2-3=150mm 选择圆锥滚子轴承 30230 型 d=150mm D=270mm B=45mm 轴承的校核 已知 490000NFn 由于只受径向力 NFnr2450 轴承滚动体接触时产生的派生轴向力 (3-13)YFrd2 查机机械零件设计手册得 e=0.44 Fa/Fre 圆锥滚子轴承 Y=1.4Nrd 87504.1250 因为轴承只受径向载荷 FPr50 轴承的基本额定寿命为 毕业设计（论文）说明书 17 小时 (3-14)108943)245 0(8.761Ln 轴承满足寿命要求，所以选择 30230 圆锥滚子轴承 3.2.2 键的选择与校核 导向平键的主要失效形式是工作面的过度磨损，因此通常按工作面上的压力进行 条件的轻度校核。3-4 处轴的长度 L=246mm 直径 =160mm 查机械零件设计手册得 b=40mm h=22mm L=100-400 取 L=200mm 采用圆头平键 键的工作长度为 (3-15)mbLl16042 传递的转矩为 (3-16)NdFT.92.5 l=180mm 键与轮毂的接触高度为 (3-17)mhK125.0. 键的校核 (3-18)MPaPp1020.139610 92p 键的校核 由机械零件设计手册查得静连接 45 钢轴的许用挤压应力 110MP，可见连接的挤 压强度不够，考虑到相差较大，因此改用双键相隔 180 度布置。 双键的工作长度 ml240165. MPapp 108.9160241 9 键的选择合适 键的标记为 40 22 200 A 型 3.3 圆柱蜗杆传动的设计 ： 初选减速器键的传动比为 i=40 毕业设计（论文）说明书 18 滚轮的要求转速为 n=0.5r/min 电机转速 n 电=1000r/min 经减速器减速后速度，传至蜗杆的速度 (3-19)min/r25401in减电杆 J 涡轮蜗杆传动比为 (3-20)5.i蜗 杆 因为传动比较大所以选择蜗杆头数 Z1=1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数 m 压力角 ，涡轮蜗杆齿数 Z2，蜗杆的直径 d1 涡轮蜗杆的传动比 r=50，模数 m，压力角 与齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸以模数为主要计算参数。蜗杆和涡轮啮合时， 在中间平面上，蜗杆的轴面模数，压力角应与涡轮的端面模数压力角相等。 (3-21)821Mta 查简明机械零件设计手册，选择 5211 ，m=8 d1=80， X2=-0.5 （1）蜗杆的直径系数 (3-22)1081mdq （2）传动比较大 r=50 选择单头蜗杆 Z1=1 导程角 r r=5.7 (3-23)10tanqzr （3）模数 m 压力角 821mMta ZA 蜗杆的轴向压力角 021ta （4）i=50 Z2=50 Z1=1 （5）蜗杆传动比标准中心距为 (3-24)mmzqda 2408)510(.)(5.0)(5.0221 涡轮蜗杆分度圆直径 毕业设计（论文）说明书 19 mqd8011 蜗杆齿顶圆直径 mm (3-25)968121 amahd 蜗杆分度圆直径 mxmdz 408)5.(04212 蜗杆齿宽 (3-27)mZb12)06.1(2 蜗杆的轴向齿距 mPa8 蜗杆的轴向齿厚 (3-28)421Sa 蜗杆齿高 (3-29)mhfa811 蜗杆齿根圆直径 (3-30)mdff 6020211 顶隙 (3-31)c85.0 蜗杆传动强度计算 涡轮的转矩 mNnPT .89.23710.5.92.95219502 (3-32) 式中 代入上式82.0 啮合齿面上的法向载荷 (3-33)Nrnd TFn 32.14cos2 毕业设计（论文）说明书 20 (3-34)HHa KTZep32 (3-35)211.Ka57098584.0N 因为载荷均匀无冲击所以 1a1.K1.vK a=240mm 式中查机械设计课本表 16.5-11 得 (3-36)25m NZE 查机械设计手册 3pZ124081ad 蜗杆的传动强度满足mHH268)(9.37.153 蜗杆的刚度计算 (3-37)yLEIFrty33248115 P251 蜗杆所受的径向力 NFnr 24503sin90si1 蜗杆所受的圆周力 nt cos7.5si1 蜗杆危险截面的惯性距 (3-38)4 2271.6406mDfI Pa91E 蜗杆两端支撑间的跨距 (3-39)2.36740802dL92).(1.7148)5(y 毕业设计（论文）说明书 21 (3-40)(481232yLEIFrty08.019.dY 刚度也满足要求 结论 本论文全面介绍了焊接滚轮架，从动轮设计，涡轮蜗杆，等几部分的设计计算， 并对轴，轴承，的强度及其使用寿命进行了计算，计算选择了电动机，参照机械设计 手册选择了传动比为 40 的减速器。在对于 100 吨左右的锅炉容器等圆筒形焊接件的焊 接时，通过设计的提升装置能够有效的焊接件的位置，从而能够保证焊缝的质量，并 可以提高工作效率。 毕业设计（论文）说明书 22 参考文献 1 杨友军.数字控制技术与数控机床M.北京：机械工业出版社出版，2003. 2 姜培刚,盖玉先 .机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版社出版，2003. 3杨志强，刘会英.机械原理M.北京：机械工业出版社出版，2003. 4孟少农.机械加工工艺手册M.机械工业出版