毕业设计（论文）-水泥罐装车体的自动焊接设备的设计.doc

南京工程学院毕业设计说明书（论文） 目 录前 言. 3第一章 绪论. .41.1 引言.41.2 课题的提出. 41.3 焊接自动化技术的现状与发展. 5第二章 总体方案拟定.62.1 拟定方案.62.2 滚轮架的初步设计. 72.2.1 滚轮架的选择.72.2.2 滚轮架部件选择. 82.3 浮动装置的初步设计.82.4 移动车架的初步设计.92.4.1 确定车架的总体高度. 92.4.2 移动部件设计.92.5 电焊机和送丝机的选择.10第三章 移动车架的设计.123.1 结构尺寸. 123.2 材料选择. 123.3 配重. 123.4 电动机的选取. 133.4.1 小车轮子导轨的设计.133.4.2 计算功率.133.5 减速器的设计. 133.5.1 减速器的连接方式的选择. 143.5.2 蜗轮蜗杆的设计. 14第四章 浮动装置的设计.234.1 总体结构设计. 234.2 升降部分设计. 234.2.1 选择螺纹的类型和材料. 234.2.2 自锁性验算. 234.2.3 螺纹强度校核.244.2.4 丝杠效率计算.244.2.5 电动机的选择.244.3 弹簧的选择. 25第五章 控制部分的设计.275.1 控制系统部分初步分析.275.2 单片机的选用. 285.2.1 概述. 285.2.2 单片机特点. 285.2.3 总体设计框图.295.3 控制系统程序的设计.305.3.1 步进电动机的驱动方案. 305.3.2 主程序.325.3.3 中断程序的设计.335.3.4 键盘接口设计. 345.3.5 显示器接口设计. .36 5.3.6 子程序流程图及程序.39 5.3.7 抗干扰方面的简单介绍. 44第六章 结论. .45参考文献致谢前言焊接作为一门制造技术。自20世纪初发展至今已有90多年的历史了,但在工艺上的应用及其在制造业中的重要性,直到 20 世纪 50 年代才显示出来, 目前在世界工业国家中,自动焊接技术已成为一门不可缺少的制造技术,在制造业中起着十分重要的作用，有着举足轻重的地位。本次设计的课题内容就是针对水泥罐装车体的自动焊接而进行的自动焊接设备的设计。自动化焊接不仅提高了焊接速度、降低了工人的劳动强度、实现了批量生产，且由于自动焊接的焊接速度是均匀的，大大提高了焊接的焊缝质量和焊缝表面的美观度，使零件的使用寿命也得到很大的提高。在此次设计过程中，我参考了大量文献，并对以前所学知识有了更系统的认识，在设计思路上也有了突破点，创新点。在对浮动装置进行设计时，由于以前没有涉及此方面知识，遇到不少困难。通过徐老师的讲解以及自己的努力，最终如期的完成了这次设计。这次设计是我们走向工作岗位前的一次自己动手的机会，在设计中我运用到了以前所学的各种专业知识和基础知识，是对知识的一次总结，通过自己的双手，设计出一个有用的东西，为我今后走向工作岗位打下了坚实的基础。因为是第一次对自动焊接机的相关设备进行设计，修改，再设计，再修改，而且所学的知识有限，积累的经验也不多，所以若在设计中有错误之处在所难免，望各位老师指出，多加以纠正。使自己可以学到更多书本上所没有的知识，对学过的知识又复习了一次，融会贯通。第一章 绪论1.1 引言目前在世界大多数工业国家中,焊接已成为一门不可缺少的制造技术,在制造业中起着非常重要的作用。2003年全国焊接辅机总产量为29 000台，自动、半自动焊机的总量为110 757台。在我国的焊机制造历史上破天荒的第1次产量突破10万台大关，占焊机总产量的23.7%，这真是一个可喜可贺的业绩，是一个大的突破，而且其产量增长速度极快，2002、2003年产量连续增长，增长率都超过了50%。但目前我国的焊接自动化率还不足30%，特别是对于非圆回转体的焊接，同发达国家相比，差距甚远。目前我国对非圆回转体的焊接基本还是采用手工焊接的方法，自动化焊接难度很大。使制造成本居高不下，解决这一问题，无疑具有重要的科学价值与工程意义。1.2 课题的提出水泥罐装车车体是用于装载水泥、化肥等工业用品的专用工业运输车，其原始的焊接方法是用手工焊接方法完成，效率低、焊接表面质量差，由于焊接的筒体直径大，而且非常的占用空间，使工人在滚筒上面进行焊接操作相当危险，安全没有保障，且在焊接过程中筒体的转动也是人工实现的，由于筒体的体积较大转动也是相当的困难。这就要求我们设计一台车体自动焊接机，既可以保证焊接精度，又可以保障工人的安全。筒体有六条焊缝，其中有两条焊缝是绕着轴旋转的回转圆，另四条是偏心圆，筒形体的回转误差较大（约13毫米），而且其中的两条焊缝与回转中心存在150mm的偏心，并要求焊口的宽度误差为10毫米为+1毫米，焊口高度误差为4毫米为+0.5毫米。原手工焊接完成一条直径2米的焊缝需2.5-3.5小时，要求采用自动焊接机后所用时间小于0.5小时。1.3 焊接自动化技术的现状与发展现在世界大多数发达国家，根据各自的特点，车间里大多是使用的柔性焊接系统（fws）和高水平全自动焊接系统，在劳动力不足，企业员工高支出费用的情况下，使焊接质量，生产效率均保持世界领先地位，显示出良好的经济效益。 但我国，由于劳动力充裕，人员素质较低，以及一些其客观存在方面的原因，就不宜按照发达国家的做法，应当根据我国的特点，在可以接受的成本范围内，在焊接方面走我们自己的路。所谓适当成本焊接，即明显区别于传统的手工电弧焊和先进的焊接机器人及柔性焊接系统（fws），而是采用优质，高效，节能的焊接技术，且焊接设备投资不太大，利用率较高，投资回收期较短。焊接过程中焊丝自动送进或配备自动行走等机构，在焊接质量，生产效率，降低焊材消耗，节约能源等方面均有明显的经济效益。典型的方法有co2气体保护焊和埋弧焊等。我的这次设计就是根据我国的实际情况，而设计的一种低成本的回转体自动焊接设备。第二章 总体方案拟订2.1 拟定方案根据图1可知，筒体上有六条弧形焊缝，其中两条最大的焊缝直径为1.9米2.1米（回转误差约13mm），两条最小焊缝直径为1.7米（与回转中心存在最大150mm的偏心）。罐体壁厚d=4mm，工件总长l总=5米7.5米。根据上述条件，初步设想此自动焊接设备主要由三部分组成：滚轮架，移动车架，浮动装置。要完成环形焊缝的焊接，焊接筒体必须能够转动，这就要有滚轮架的驱动。而完成一条焊缝，焊枪要移动到另一条焊缝，这一步由移动车架完成。而每条焊缝都存在一定的回转误差或偏心，焊枪要能根据焊点的上下移动而移动，浮动装置的设计能实现这运动。它们的安装见图1。图1 总体装配简图 1.工作平台 2.焊接机 3.走轮 4.送丝机 5.升降装置2.2 滚轮架的初步设计据设计要求要完成粉车筒体的自动焊接。在焊接过程中，可以使用这么一种方法，即焊枪围绕焊缝做匀速运动或者使焊缝相对焊枪做匀速运动。从滚筒简图上可看出焊缝是一个接近于圆的回转体，只是与圆有一定的回转误差而已.圆是一个绝对对称的图形，从它圆心到边的距离是绝对相等的。根据这一原理，我们可以使滚筒筒体以圆心为回转中心作匀速旋转，而焊枪只要固定在筒体的上方，作简单的平焊，就可以完成圆形焊缝的焊接工作。要使筒体作旋转，必须安装一个焊接辅助装置驱动筒体做旋转，即设计滚轮架。2.2.1 滚轮架的选择 滚轮架是重要的焊接辅助设备，在筒体的自动焊接过程中起到非常重要的作用，它是筒体转动的驱动装置。参考焊接工艺手册按支撑轮之间的排列组合和动力方式：滚轮架有整体式和组合式两类。整体式滚轮架,整体式又有两种：一排为主动，另一排为从动，它可设计成可移动的能调节两排滚轮的中心距，以适应一定直径范围工作使用。两排为主动滚动，可减轻因工作重心的回转不重合时偏心距引起的打滑现象，从而提高旋转平稳性。整体式滚轮架使用于产品比较单一，且批量较大的场合，能保证传动精度，但占地面积较大。组合型滚轮架机动性好，故适用范围宽，但传动不够平稳，调整工作量大，适用于多规格的长度不大的圆柱或圆锥体的工作装配和焊接。由于罐体的体形较大，品种较多，但外形相似，有一定的偏心，但偏心不大，同时滚轮外边和采用滚花或镶橡皮套以增大摩擦（此处选用橡皮套），靠摩擦力完全避免打滑。 在这里我们使用整体式滚轮架，它可设计成可移动的能调节两排滚轮的中心距，以适应一定长度范围工件使用。2.2.2 滚轮架部件选择滚轮架的原动力一般为电动机，因为电动机的工作震动小，而且控制简单方便。但电动机的转动一般是比较快的，而焊接过程是一个缓慢的运动过程。若想要改变和减慢一定的速度，这就需要在电动机和滚轮架之间添加上减速机，通过减速机进行速度的调控，同时增加滚轮架的驱动力矩。综合以上各滚轮架的特点。选整体式滚轮架较好。同时选两滚轮的中心距，中心间距的选择要根据筒体的大小来确定。间距不能太大，太大会使筒体与地面接触影响焊接过程中筒体的转动。间距也不能太小，太小筒体转动时就会不稳定。根据实际情况确定最大处直径为两米，初步确定两滚轮的中心距l=1700mm。 1.筒体 2.滚轮 3.底座 图2 滚轮架 2.3 浮动装置的初步设计根据滚筒零件实际情况，可知焊缝的形状只是接近于圆，与圆有一定的回转误差，同时用滚轮架驱动筒体旋转，与转动中心存在很大的偏心，最大偏心为150mm，由于这些回转误差和偏心的存在，如果焊枪固定就不可能保证焊缝与焊枪的间距一定。这就要安装一个能根据焊缝的轨迹而能上下移动的装置，即浮动装置。 由于最大偏心为150mm，那么焊枪至少要能上下移动300mm。为防止滚轮在转动过程中出现跳动，影响焊接质量，可以在连接板上方加两根压缩弹簧，使滚轮紧贴在焊缝轨道上。弹簧对称放置保证受力平衡。弹簧的最大压缩量要不小于300mm。弹簧自然伸长长度据初步估计在500 mm左右。由于弹簧较长，为防止在压缩过程中失稳，在弹簧中间加弹簧导柱，保证弹簧的稳定性。在焊接过程中筒体是在不停的转动的，它与滚轮紧贴就会由于摩擦对浮动装置产生一个与转动方向一致的一个水平力，为保证焊枪的垂直的上下运动，可以设计一个导柱与导套装置，导柱与下连接板固定，而导套与上板连接，保证了焊枪移动的垂直性。为防止焊枪与导套脱离，导套下端面封死。2.4 移动车架的初步设计因为筒体直径约为2米。而本焊枪所采用的是平焊，因此焊枪应该在筒体的最高点运动，这就要使焊枪和浮动装置高于筒体的最高点。所以我就准备设计一个车架，把电焊机、送丝机等焊接设备安装在车架上，同时车架上方要能承载至少一名工作人员，他要能方便的观察到焊接的现场情况，便于控制焊接过程，保证焊接质量如图1所示。2.4.1 确定车架的总体高度筒体系列中最大的直径约为2100mm，筒体安放在滚轮架上。滚轮架有一定的高度，初定高度为2500mm。车架上方为工作平台，工作平台四周要有护栏，根据一般人体高度定护栏高为一米五。工作台的大小初步设计为1500x1840mm2，这样设计的工作平台使工人有一定的活动空间。攀梯的设计与安装，工作人员要到达两米多高的工作平台，必须设计攀梯。攀梯的宽度根据经验设计为500 mm，安装部位不影响工作部件的正常工作。2.4.2 移动部件设计筒体上焊缝有六条，当一条焊缝结束后。要能使焊枪移动到另一条需要焊接的焊缝上去，这就要设计一个移动装置。由于六条焊缝是并行排列的，行走装置的设计可以使用导轨与走轮即图1中3所示。这样可以保证焊枪移动的准确性。滚轮要运动就要有原动件，在此我选择电动机作为原动件。电动机的转速较快，而为保证焊枪与焊缝准确对位，方便工作人员的控制与观察，走轮的速度不能太快，一般为46m/s。那么在电动机与走轮之间就要选择合适的减速器。减速器与走轮间传动部分的初步设计，机械设计中传动的方法有许多种。合动 5000h,x，如齿轮传动，带传动和链传动。它们各有特点，适合于不同的场合。齿轮传动是现代机械中广泛应用的一种传动形式，它主要用来传递空间任意两轴之间的运动和动力，并可改变转动速度和转动方向。特点：传递的功率和圆周速度范围大，传递效率高，能保证恒定的传动比，工作稳定、安全可靠且使用寿命长。但也有不足即制造和安装精度要求高，不宜用于轴间距离较大的传动。带传动和链传动适合轴间距离较远的传动，由图2可知减速器与走轮之间有一定的距离，使用齿轮传动不合适。但是带传动是一种摩擦传动，依靠带和带轮表面的摩擦力传递运动和动力，这种传动效率较低，而且皮带要经常更换。链传动与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动的结构较为紧凑。链传动能在高温及油污恶劣环境中工作。与齿轮传动相比，链传动较易安装，成本较低，在远距离传动时，其结构要比齿轮传动轻便得多。故此处传动选用链传动。在一条焊缝结束后，焊枪从一条焊缝移动到另一条。在移动过程中浮动装置的滚轮必须离开筒体表面，提升一定的距离，而进行焊接时滚轮又要贴紧焊缝轨迹。这就需要设计升降装置如图2中5所示的。这部分的传动，根据经验可以使用螺旋传动，它是利用螺杆和螺母组成螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动和动力。2.5 电焊机，送丝机的选择碳钢的保护焊的气体可选择为co2+ar或co2+o2参考(第二版)，由于co2气体保护焊有如下特点：（1）焊接成本低（2）生产率高（3）抗锈能力强（4）焊接变形（5）操作方便（6）适应范围广（7）焊缝表面质量不高。设计要求对焊缝质量不高，综合以上特点选择co2气体保护焊。根据焊接工艺手册p184表10-3 ，选焊丝的直径为d=1.2mm。参考表10-2焊丝的材料选为h08mnsia。根据p184和p185图10-11知它短路过度时，焊接电流在50230a。颗粒状过度时，焊接电流为50500a。根据p184和p185电弧电压在1624a范围内。co2气体保护焊的焊接速度为1530m/h。焊丝伸出长度为1015mm。根据以上参数，参考p184。同时根据周围电焊机生产型号情况，选用nbc-315型直流co2气体保护焊。按零件要求，焊口宽度为101mm,焊口高度为40.5mm。则焊丝应填充的体积： r2=(r-4)2+(10/2)2r=5.125=2arcsin(5/5.125)=154.64s=r2/360-1/2*10*1.1+2*4=37.93v=2300*3.14*37.93=3.14*1.22lv=2.74x105l=250mm送丝速度为v=250/16=15.6m/min.根据以上数据，选用s86a或s86a-1型送丝机。第三章 移动车架的设计3.1 结构尺寸由于罐体的最大直径d=2300，取立柱到罐体中心的距离l=1300，罐体最高点的高度h=(300+2300+350)/(2*cos45)+2300/2=2387，取工作台距地面的高度h=2500，由于要求1人操作，根据经验选取护拦的高度为1500mm。3.2 材料选择参考机械设计课程设计p129表1.6-4（gb707-65）。根据经验，支撑部分选槽钢100x48x5.3/q235-a，它的理论重量为q=10kg/m。横梁，底座部分选80x43x5/q235-a，它的理论重量为q=8.04kg/m。参考p125表1.6-1。攀梯，护拦选热扎槽钢铁（gb707-72）15，它的理论重量为q=0.617kg/m。参考机械设计课程设计p130表6-5调整架选热扎等边钢（yb166-65）的型号为5，它的理论重量为q=4.465kg/m。四个立柱的总重：m=(2.5-0.55)*4*10=78kg纵向支撑槽钢的总重：m=1.5*4*8.04=48.24kg横向支撑槽钢的总重：m=(2.5-0.55)*0.9*8.04=28.9kg支撑模钢的总重： 四个立柱的总重： 四个立柱的总重：m =(0.4+0.7)*4*4.465=78kg3.3 配重为了使移动车架不至于因为操作台上的一个人而翻砖，同时尽量使左右轮子受力相等或接近相等，需要一个配重块，由于移动车架结构复杂，很难选一个准确的配重块使左右轮子受力完全相等，这里只作估算。由前面知：电焊机的质量m=160kg以右轮为转轴；1500t1=(160+mp+29.2/2)x(300+900)+78.5/2x900-150x940=100318.5+1200mp以左轮为转轴；1500t2=(160+mp+29.9)x300+78/2x600+78x1400+19.6x(1500+320)+23.23x1520+150x(1400+920)=601694.6+300mpt1=t2,mp=557.08kg同时应考虑到浮动装置，互拦，送丝机应取mp=600kg,mz=2t2=1042kg还应加上底座，攀梯，互拦，减速器，电动机，轮子等的质量，估计总质量mz=1500kg3.4 电动机的选取3.4.1 小车轮子导轨的设计参考焊接设计简明手册p119导轨选热轧工字钢作为导轨，表面淬火处理。其中宽度b=37，高度h=91根据经验选取轮子为350x40，材料为含碳量为0.45%的铸钢，表面淬火。这种材料有很好的耐磨性，能承受较大载荷。3.4.2 计算功率小车，电焊机，人，配重等的总重约m=1.5t。设计时按m=2.5t计算g=mg=2.5x9.8=24.5kgf=nkfqi(fd+2i)/d=2.2knp=fv/(60000n)=0.37kwp额=kp=1.3x0.37=0.48kw3.5 减速器的设计根据要求小车的行走速度v=5m/min小车轮子的转速：n=v/3.14d=5.3r/mini 总=910/5.3=1723.5.1减速器的连接方式的选择由于轴的长度较大（l=1500左右），若选用齿轮传动，轴受的径向力较大，轴的刚度很难达到安装精度要求。由于是开式传动，工作环境恶劣，齿轮寿命会较短。带传动需要较大的张紧力，且带传动一般不用于低速传动。由于链传动的传动效率高（一般可以达到0.970.98）结构紧凑，作用在轴上的径向力小，且成本低，安装精度的要求较低，能在恶化的环境下工作，虽传动有一定的冲击，但此处对瞬时传动比要求并不严格。综合以上各种传动的特点，选链传动最好。查机械设计课程设计p4表2-1链传动的传动比i=2-5，最大为i=7，蜗杆传动比i=10-40，最大为i=80，圆柱齿轮的传动比i=3-6，最大为i=10。根据i总=172，由于此传动对运动的平衡性要求不太严格，同时由于电动机的功率较小，对传动效率要求不高，所以应把降低成本放在首位，其次是减速箱的体积尽量小。综合以上传动方案的特点选择蜗杆传动加链传动的方案，其中蜗杆传动i1=40，链传动i2=4，与要求基本相符合。3.5.2 蜗轮蜗杆的设计蜗杆：45钢，整体调质，表面淬火，硬度：45hrc-50hrc 蜗轮齿圈：根据图9-13初估vs=2.5m/s。根据p200推荐取蜗轮齿圈材料：zcual10fe3金属型铸造，滚铣加载跑合。一按接触疲劳强度设计m2d1=kt2(3.25/hz2)21.选z1、z2 根据表9-2取z1=1，z2=40。2.蜗轮转矩t2（初估n1=0.82）t2=t1n1=9.551060.75/910400.82=2.58105nmm3.载荷系数k 取k=1（表9-5）4.材料系数ze 取ze=156mpa（表9-6）5.许用接触应力查表9-8用线形插入法取，使用期按5年，每年按300天，每天按8小时计算6.7.初选m、d1查表9-1取m=5、d1=50、q=10，此时8.蜗轮速度v29.导程角，所以10.验算滑动速度vs二计算传动效率1.啮合效率n12.传动效率n3.检验值t2=t1n1=9.551060.75/910400.66=2.08105nmm三确定传动的主要尺寸m=5、d1=50、q=10、z1=1、z2=401.中心距a2.蜗杆尺寸分度圆直径d1 齿顶圆直径da1 齿根圆直径df1 导程角 (右旋)轴向齿距pa 轮齿部分长度b1 ，取b1=80mm3.蜗轮尺寸分度圆直径d2 齿顶圆直径da2 齿根圆直径df2 外圆直径de2 蜗轮轮齿的宽度b2 b2，取b2=44mm螺旋角2 2=5.71（右旋）齿宽角 sin，=1280咽喉母圆半径rg2 四热平衡计算1传动效率 =0.652估算散热面积a 3油的工作温度t1 计算中取t0=20 ks=14w/(m2) t1500mm，所以满足要求。10理论中心距aa=628.88mm11作用在轴上的力fq由式12-12，fq=(4239-4592)n12润滑方式根据p=15.875，v=0.138m/s，由图12-14采用人工润滑13链条标记 10a-1x140 gb1243.1-83七蜗杆轴的设计蜗杆：45钢，整体调质，表面淬火，硬度：45hrc-50hrc查表得屈服点s=360mp，抗拉强度b=650 mp -1b=55mp 0b=95mp +1b=200mp计算轴的载荷：蜗杆轴所传递的转距t为：轴的结构设计：各轴段相应直径和长度为：蜗杆处直径 d1=60mm ，长l1=80mm过渡处直径d2=40mm ，长l2=30mm 轴环处直径d3=50mm ，长l3= 10mm轴承处直径d4=40mm ，长l4=20mm轴承盖处直径d5=25mm ，长l5=40mm外伸端直径d6=15mm ，长l6=35mm 图3 蜗杆轴 图4 受力分析和弯矩图轴上各力大小为： 确定跨距： l1=110mm l2=110mm支点的水平反作用力： 支点的垂直反作用力： 水平面弯矩： 垂直面弯矩mr 合成弯矩： 转矩： t=7871nmm按弯矩和转矩的合成应力校核轴的强度由图知，截面c处弯矩最大，校核该截面的强度。截面c的当量弯矩： 式中 w 轴计算截面的抗弯截面系数，mm2。对于实心圆轴，-1b=55mp b fs1 ，轴承1为紧端，轴承2为松端，有fa1= fa+ =2143n fa2= fs2=97n当量动载荷：由表17.10查得7000ac型轴承（=25）的当量载荷系数e=0.68, 所以 再查表17.10得x1=0.41,y1=0.87 x2=1,y2=0则轴承的当量载荷为 轴承寿命：由表17.8，表17.11查得温度系数ft=1,载荷系数fp=1.5由手册查得7208ac轴承的额定动载荷cr=25800n,又=3由式17.7得这对轴承的寿命为lh1=9870h5000h,它的寿命完全符合要求。2由于小车底座处的轴只受径向力，而无轴向力，且无其它的特殊要求，此处选用主要承受轴向力，也能承受部分径向力的深沟球轴承，它的制造成本低，应用也特别广，根据轴径d=45密码，查机械设计课程设计p148表15-6轴承的型号选6309（gb276-89）。经校核，它的寿命能达到要求。第四章 浮动装置的设计4.1 总体结构设计要使焊枪与焊接件保证固定的距离，在设计时可以使用一个滚轮使它紧贴焊缝位置转动，而滚轮与焊枪夹具通过一连接板连接。由于滚轮紧贴焊缝，当焊缝由于偏心或回转误差而上下移动时，焊枪会紧跟着滚轮作上下移动。保证了固定的间距，提高了焊接质量。4.2 升降部分设计设计时采用丝杠进给装置，完成升降传动。丝杠传动设计考虑到浮动装置、焊枪同时包括螺栓的自重估计g=60n，绝不超过100n。设计按100n计算。4.2.1 选择螺纹的类型和材料 普通三角牙型螺纹一般用于紧固件，很少用来传递力和运动，梯形和矩形螺纹，用于一般场合的传递动力和运动，价格较低。滚珠丝杠用于要求传动效率高，磨损小的场合，它的结构复杂、成本较高。本设计中所用的丝杠传动的功率较小，转动的速度也不高。因此一般的传动丝杠即可满足要求，由图1可知焊缝的最大偏心为150mm，丝杠能提升的最大高度要大于300mm，取丝杠的提升高度h=350mm。由gb5796.3-86可取梯形螺纹d=16,p=2,d2=15,d3=13.5 d1=144.2.2 自锁性验算双头螺纹 s=2p=4按螺纹升角验算由表7.2摩擦系数f=0.09 可得,p,故自锁可靠。4.2.3 螺纹强度校核扭矩计算 带入公式 e=100mp 强度符合设计要求。4.2.4 丝杠效率计算螺杆顶部为滚动轴承，其效率按98%计算则 4.2.5 电动机的选择1.计算功率设计提升350mm需时10min。t=10min 2. 电机选择 bf电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行元件，它的特点是定子做成多相的，转子做成多齿的。定子各相控制绕组，由专门电源按一定顺序供给脉冲电压，每加一个脉冲，步进电动机就前进一步，所以其位移量与输出脉冲成正比。该电机可在广阔的范围内调速。能快速起动、反转和制动，并在一相绕组长期通电状态下具有自锁能力。输出转角定位精度无积累误差。电动机的速度在负载能力范围内不因电压、负载和环境条件的波动而变化。因此它符合丝杠传动的要求，且结构简单、可靠性强、寿命长。所以电动机选择bf系列步进电动机。 根据p=158w,扭矩t=135nmm,选45bf003-ii型步进电动机：45：机座代号，bf：反应式步进电动机，3：相数，步距角为1.5度。4.3 弹簧的选择初选弹簧，簧丝直径d=3mm，弹簧指数c=4.7，工作行程=300mm选择弹簧材料为优质碳素弹簧钢丝，ii类弹簧，由表20.3可知弹簧的钢丝抗压强度b=1650mp弹簧中径d：节距t：弹簧曲度系数 k：查表20.4 剪切弹性模量g=80 000mp，许用切应力=0.4x1650mp=660mp公式： ，取f=350n弹簧有效工作圈数n：圈弹簧总长，取弹簧总长h=500mm。弹簧的稳定性：高径比，弹簧在工作时会失稳，要在弹簧中间加导柱。第五章 控制部分的设计5.1 控制系统部分初步分析 在一条生产线上，控制系统是自动生产的神经中枢，控制系统的控制方式及控制系统功能是衡量焊接生产线自动化程度和性能的标志。实现自动控制的方法有很多，有机械方法、液压气动方法以及电气自动控制系统。滚筒筒体上主要有几条环形焊缝，所以主要设计车体转动部分，车架行走部分和升降部分。其中移动车架的行走的控制是最主要的，它能实现准确定位。根据以上分析我们可以拟订以下两种方案：方案一：用电路控制来实现点动、制动、移动。通过这些控制动作来调整焊枪位置，实现准确定位；方案二：与方案一不同部分为电路控制部分改用单片机来实现，这种方案定位精度高，焊接质量好。综合以上两种方案，结合厂方的要求与我国的实际情况,由于要求较高的焊接精度和焊接质量，虽然电路控制结构简单、操作方便，控制电路设计简单，不须专业人士进行维修。但定位精度不高，不能满足焊缝焊接的精度要求。所以采用第二种方案进行设计。根据我的情况，我设计了如下图的控制系统原理图：5.2 单片机的选用5.2.1 概述从字长来看，单片微处理器的字长取决于并行数据总线的数目。4位字长的单片微处理器一般设计成简单的控制器。8位单片微处理器则设计成既可用于数据处理，也可用于控制。用于数据处理时，可进行双倍精度或三倍精度运算。16位的运算精度适合于大多数的数据处理工作，因此，16位微处理器大多用于复杂的数据处理和控制。由于8位单片微处理器适用范围广，价格也不高，能满足大多数系统的需要，所以被目前多数单片机系统所广泛应用。由于我们所设计的控制系统没有很复杂的数据处理部分，采用8位单片微处理器就足够了。单片机的选择，通常选择可靠性高，集成度高，有开发工具，自己熟悉的微处理芯片。从字长，运算速度，指令系统和中断功能，以及外围接口芯片的配套来看，选用mcs-51单片机作为系统控制核心是比较合适的，完全能够满足系统的性能要求且使用方便，价格适中。5.2.2 单片机特点mcs-51主要包括算术/逻辑部件alu、累加器a(有时也称acc)、只读存储器rom、随机存储器ram、指令寄存器ir,程序计数据pc、定时器/计数据、i/0接口电路、程序状态寄存器psw、寄存器组，此外，还有堆栈寄存器sp，数据指针寄存器dptr等部件。这些部件集成在一块芯片上，通过内部总线连接，构成完整的微型计算机。mcs-51单片机有4个口，共32根i/0线。所有4个端口都是双向口，每个端口都包含一个锁存器，即专用寄存器p0p3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为了方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器(即专用寄存器)都笼统地表示为p0p3. mcs-51在访问外部存储器时，地址由p0, p2口送出，数据则通过p0口传送，这时p0口是分时多路转换的双向总线。无外部存储器的系统中，所有4个瑞口都可以作为准双向口使用。访问程序存储器时，如果程序存储器是外部的，则程序存储器读选择一般是每个机器周期两次有效，如果是访问外部数据存储器，则要跳过两个，因为地址和数据总线正在用于访问数据存储器。应该注意的是，数据存储器总线周期为程序存储器总线周期的2倍，和端口2所发送的地址ale和的相对时序。ale用于将p0的低位地址字锁存。5.2.3 总体设计框图 图5 系统总体设计框图 图5简单介绍了系统总电路的各主要部件以及各部件之间的联系。在整个系统总电路图中，控制器整个系统的核心，升降电机和行走电机控制焊头的升降和焊接小车的行走。当外来信号输入至单片机后，由控制器发出控制信号带动电机完成各种动作。