摘 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，CAD等。
关键词： 焊接变位机； 机械设计； 焊接辅机
Abstract
Welding positioner is a kind of welding auxiliary equipment, it was known as the three planes in welding auxiliary equipment with welding manipulator, welding roller bed. Welding positioner was designed with the development of welding industry mechanization, and automation. As a welding auxiliary machine, welding positioner was used in pipe′s landscape orientation welding, pipe and flange′s inside and outside central linking welding, pipe welding in all location. Though the gyration and retroflexion of the workbench, the welding positioner can make the welding line to an ideal position, which can improve the quality of the welded joint, reduce welder’s workload. It is ideal equipment especially fit to weld the kinds of workpiece, just like the shaft, tray, canister, and so on.
By understanding the welding positioner′ s development in domestic and overseas, and the positioner used in welding robot is described in the paper. A block 60 ton s of welding positioner is designed.Mainly on the subject of welding ,mechanical rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accuracy ,and so on.
The design process is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including: the rotational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the calculation of axle size and corresponding accessories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen.
The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, CAD.
Key words: welding conjugation mechanical; mechanical design; welding auxiliary machine.
目 录
摘 要 III
ABSTRACT IV
目 录 V
1 绪论 1
1.1 立题依据 1
1.2 焊接辅机的作用和分类 1
1.3 焊接变位机的功能及结构形式 2
2.1 设计的基本参数 4
2.2 变位机的总体方案设计 4
2.3 驱动系统方案 4
2.3.1 工作台回转方案 4
2.3.2 工作台翻转方案 4
2.4 导电装置方案 5
3 回转机构设计 6
3.1 工作台回转机构 6
3.2 回转支承的选择 6
3.2.1回转系统承载的总重量 6
3.2.2 计算回转支承的最大倾覆力矩 7
3.2.3 齿轮1的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） 8
3.3 选择工作台的回转电机 10
3.4 减速器的选择 11
4 工作台倾斜机构设计 12
4.1 倾斜机构 12
4.2 选择倾斜机构的电机 12
4.3 蜗杆减速器 13
4.3.1 蜗杆和蜗轮的设计 14
4.3.2 蜗杆轴和蜗轮轴的初步设计 16
4.4扇形齿轮传动设计 16
4.5 倾斜机构中轴的设计 19
4.5.1 倾斜轴的最小直径 19
4.5.2 翻转小齿轮轴的最小直径 24
4.6 联轴器的选用计算 27
4.6.1 减速器与减速器之间的联轴器 27
4.7 轴承的选用和校核 27
5 安装调试与操作使用 29
5.1 安装 29
5.2 调试与检测 29
5.3 操作与使用 29
6 结论与展望 30
6.1结论 30
6.2不足之处及未来展望 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 立题依据
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。
1.2 焊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1.1
焊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（FMC）和加工系统（FMS）中，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
(c)焊接翻转机 (d)焊接操作机
图1.1 焊接变位机械
1.3 焊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1.2）：
(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)Ｌ型双回转焊接变位机。其工作装置Ｌ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)Ｕ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) Ｃ型双回转焊接变位机。Ｃ型回转形式与Ｌ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：
（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0.1—2mm之间，
最高精度应可达0.01mm。
（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。
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