毕业设计,毕业论文,12T焊接滚轮架机械设计.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文1.引言焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的50%左右需采用焊接工艺才能形成产品，在石油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着广泛的应用。许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型，高容量，高参数，耐磨，耐低温，耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高，性能更好的各种焊机，焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量，改善焊工劳动条件，提高生产率，促进文明生产的目的。但是，焊接生产是综合性生产，在焊接制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有很多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、校正等工序。因此，焊接生产的机械化自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括了与焊接工序相衔接的上下各工序的机械化，自动化。只有各工序实现了机械化，自动化，才能实现焊接生产的综合机械化，自动化。滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。焊接滚轮架还可配合手工焊或作为检测、装配圆筒体工件的设备。焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高工作效率。本毕业设计根据任务书的要求，通过构思建立滚轮架三维实体模型，分析模型的优越性和适用度选择此种机构。设计滚轮机架各部零件，分析校核零件，检查是否有错，按顺序正确组装，然后投入使用。从而，完成了毕业设计任务书所规定的设计内容。限于个人水平，此次设计难免存在不足之处，敬请老师指教。2.焊接机械设备2.1焊接机械装备焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，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。这里称之为辅助装置和设备是为了与焊机相区别。焊机是焊接过程中的核心装备，它包括焊接电源，焊接控制箱，焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。而焊接机械装备相对焊机处于辅助的地位，是配合焊机进行焊接生产的装置和设备。它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械和焊接输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理精整装置等。他们又是焊接机械装备的从属装置。从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的变化重复使用。它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。 专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。这种装备专业性强、生产率高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。例如：专用焊接工装夹具、专用焊接机床就属于这类装备。2.1.1焊接机械设备的分类 焊接机械装备可分为四大类：1.焊接工装夹具2.焊接变位机械3.焊接输送机械4.其他从属装置。其中： （1）焊接工装夹具（按动力源分类）可分为：手动夹具 气动夹具 液压夹具 磁力夹具 电动夹具 真空夹具 混合式夹具。 （2）焊接变位机械可分为：焊工变位机械 焊机变位机械 焊件变位机械。其中焊件变位机械可分为：焊接变位机 焊接回转台 焊接翻转机 焊接滚轮架 （3）焊件输送机械可分为：上料装置 配料装置 卸料装置 传送装置 各种专用吊具。 （4）其他从属装置可分为： 导电装置 焊剂输送与回收装置 焊丝清理及盘丝装置 埋弧焊焊剂垫等。2.1.2焊接机械装备对焊接产生的作用 焊接机械装备对焊接生产的有利作用有以下几个方面：（1）采用焊接工装夹具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，从而保证装配精度加快了装配作业的进程。此外焊接工装夹具上大多都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。（2）由于焊接在夹具中可强行夹固或预先给予反变形，所以可以控制或消除反变形。（3）采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件互换性能；焊接上的配合孔配合槽可由原来的先焊接后加工改为加工后焊接从而避免了大型焊接焊后加工的困难，有利于缩短焊件生产周期。（4）采用焊接变位机械，可缩短装配施焊过程中焊接翻转变位的时间，减少辅助工时提高焊机利用率和焊接生产力。（5）采用焊接变位机械可使焊件处于最有利的施焊位置水平及船型位置上进行焊接，有利于操作，保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规程，充分发挥焊接方法的效能。（6）采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。例如，埋弧焊机配合相应的焊接设备后可完成内外环缝、空间曲线焊缝的焊接和空间曲面的堆焊。（7）采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作。人处于控制机械的地位，减少人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求。（8）采用焊接机械装备后，可使装配和焊接集中在一个工位上完成。减少工序数量，节约车间使用面积。（9）只有与焊接机械装配相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境进行焊接作业。总之，焊接机械设备对焊接生产的有利作用是多方面的。不但保证了焊接质量，提高了焊接生产率，改善工人工作条件，还使焊接实现了机械化，自动化提高了生产精度。因此，无论在焊接车间或是施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的机械装备之一，从而获得广泛的应用。2.2焊接自动化 焊接机器人的应用：进入20世纪如年代以来，随着我国改革步伐的加快和国民经济的高速发展，一些企业也相应地以“更新装备，加强技术改造，适应市场需求，生产有竞争力的产品，稳定提高企业效益”作为企业求生存、发展的关键措施之一。在此背景下，在机械制造业中使用焊接机器人的数量也急剧增加。据1996年的统计，我国使用焊接机器人进行生产的工厂已有70家，包括少量教学科研用焊接机器人在内，我国当时拥有的焊接机器人已达5百多台，其中，弧焊机器人占53%，点焊机器人占46%，其余为其他焊接方法用的机器人。 国内当时使用的机器人，主要是从德国、日本、奥地利、意大利、瑞典等国引进的，其中以德国、日本生产的最多，分别占39%和30%。这些引进的焊接机器人，94%以上都是五轴或六轴的关节式球坐标焊接机器人，它们代表了国际20世纪90年代初、中期的水平。其中，特别是工程机械制造行业所引进的五条焊接柔性生产线(FMs)，性能尤为先进，几乎全部配备了接触寻位、电弧跟踪系统，有的还具有机器人与焊件变位机械同步协调运动的功能。 国内使用焊接机器人较多的主要是汽车、摩托车和工程机械三个行业。其中，在汽车及其零部件制造业中所拥有的焊接机器人占全部焊接机器人的65%，在摩托车行业和工程机械行业分别占15%和16%，分布在电器、自行车、机车、航天航空等行业的机器人仅占4%。在我国，有高达98%的点焊机器人使用在汽车及其零部件制造行业中。这是因为点焊机器人仅适用于薄板非密封结构的焊接，在汽车制造业中主要用于驾驶室、车箱、车身等薄板冲压件的组对焊接。综上所述可以预料，随着我国经济的进一步发展和市场需求的进一步开拓，焊接机器人及其配套的焊件变位机械，在我国机械制造业中的应用，也会越来越多，越来越广泛。2.3焊接工装夹具 焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。 在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的央具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。 焊接工装夹具按动力源分为七类：电动夹具、真空夹具、磁力夹具、液压夹具、气动夹具、手动夹具。一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具(又称为胎具或专用夹具)。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。2.3.1焊接工装夹具的特点 焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点： （1）由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。 （2）在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。 机床夹具则不然，除少数加工长件的夹具，如加工光杆用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，夹具均对工件作刚性夹固。 （3）对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少，更便于从夹具上取下。对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。 （4）对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和央紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。而机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。 （5）与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电的问题。焊接结构件的种类繁多，形状尺寸各异，焊接过程的要求也不尽相同，与之相匹配的焊接工装为适应焊件的需要在形式，工作原理及技术要求上也有很大的差别。为了适应技术管理工作的需要，便于掌握各类焊接工装的工作特点和设计基本方法，就必须先对焊接工装进行分类。2.3.2焊接工装夹具的分类可以按用途与应用范围对常见焊接机械进行分类。 按用途分类： （1）装配用工艺装备。这类工装的主要任务是按照工艺要求，把待焊工件的零部件按照相互之间的位置准确的固定下来，然后再进行定位点焊，而不直接参与正式的焊接工作。这类工装称为装配定位焊夹具，它包括各位定位器，夹紧器，推拉装置，组合夹具和装配台架。 （2）焊接用工艺装备。这类工装专门用来焊接已经经过点焊固定好的工件。如各类焊接专机，龙门式，悬臂式，平台式，爬行式等。 （3）装配焊接工艺装备。这类工装既能完成整个焊件的装配，又能完成焊缝的焊接工作。这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综合机械化装置，如一些自动焊接生产线。实际生产中一个焊件如果要完成焊接工作，单单依靠一个工装一般是难于完成的，而是需要许多种焊接工装的配合使用，这样才能达到焊接过程的机械化和自动化。 按应用范围分类： （1）通用焊接工装。目前国家针对焊接工艺中的需求已经指定了很多的标准，如滚轮架行业的JB/T 9187标准等。所谓通用焊接工装，既是指已经标准化且有较大适用范围的工装。这类工装一般无须调整或稍加调整，就能适用与不同工件的装配或焊接工件。 （2）专用焊接工装。只适用与某一特定类型的工件的装配或焊接，一般不能通用。这类焊接工装一般应按需求来设计，或者在专门厂家协商定做。 （3）柔性焊接工装。指可以通过调整自身的尺寸来适应一定形状和尺寸变化的焊接工装。 此外还有按动力装置分类，按焊接方法分类等，再此就不详细说明了。2.3.3对焊接工装夹具的设计要求 （1）焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。 （2）焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。 （3）夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。 （4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。 （5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬垫等措施。 （6）接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。 （7）夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。 （8）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电子束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。 （9）用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。（10）在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。（11）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。（12）尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。2.3.4焊件在焊接工装夹具中的定位方法 前已述及，在装焊作业中，焊件按图样要求，在夹具中得到确定位置的过程称为定位。 焊件在夹具中要得到确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定则”。但对焊接金属结构件来说，被装焊的零件多是些成形的板材和型材，未组焊前刚度小、易变形，所以常以工作平台的台面作为焊件固定面。另外、对焊接金属结构的每个零件，不必都设六个定位支承点来确定其位置，因为各零件之间都有确定的位置关系，可利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支承点，这样，就可以简化夹具结构，减少定位器的数量。 为了保证装配精度，应将焊件几何形状比较规则的边和面与定位器的定位面接触，并得到完全的覆盖。在夹具体上布置定位器时，应注意不妨碍焊接和装卸作业的进行，同时要考虑焊接变形的影响。如果定位器对焊接变形有限制作用、则多做成拆卸式或退让式的。操作式定位器应设置在便于操作的位置上。在批量生产中使用的专用夹具，其夹具体是根据焊件形状、尺寸、定位及夹紧要求、装配施焊工艺等专门设计的。夹具体上安装着定位器以保证零件2相对零件1的垂直度和相对高度。零件定位后，用圆偏心杠杆夹紧机构夹紧，以保证施焊时零件的相互位置不发生改变。对夹具体的要求是：有足够的强度和刚度；便于装配和焊接作业的实施；能将装焊好的焊件方便地卸下；满足必要的导电、导热、通水、通气及通风条件；容易清理焊渣、锈皮等脏物；有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿；必要时，还应具有反变形的功能。通常作为通用夹具体的装焊平台多为铸造结构，而专用夹具体多为板焊结构。2.4焊机变位机械 焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备。它主要包括焊接操作机和电渣焊立架。焊接操作机的结构形式很多，使用范围很广，常与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。若更换作业机头，还能进行其他的相应作业。2.4.1焊接变位机械的分类 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产卒，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。焊接变位机械的分类及各类所属设备如下（如图2-1）： 图21 焊接变位机械的分类各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。2.4.2焊接变位机械应具备的性能 一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是： （1）焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。 （2）对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。 （3）在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件应重力作用而发生事故。 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。 焊件变位机械按功能不同，分为焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机四类。在手工焊作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位机械是与焊机变位机械相互配合使用的，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。焊件变位机械也是机械化、自动化装焊生产线上的重要组成都分。焊接机械是改变焊件，焊机或焊工位置来完成机械化，自动化焊接的各种机械装备。使用焊接机械可缩短焊件翻转变位的辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效果。2.5几种焊接设备的具体介绍2.5.1焊接变位机 (一)功能及结构形式焊接变位机，是在焊接作业中将焊件回转并倾斜置于有利施焊位置的焊件变位机械。焊接变位机主要用于机架，机座，机壳等非长形工件的焊接。焊接变位机按结构形式可分为三种：1.伸臂式焊接变位机 适用与轻小焊件的翻转空位，载重量一般不超过1吨。 图22伸臂式焊接变位机2.座式焊接变位机 如图2-3 所示，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支承在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过扇形齿轮或液压缸，多在110140度的范围内恒速或变速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于0.5100吨焊件的翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用最广的结构形式。常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。 图23座式焊接变位机 1回转工作台 2倾斜轴3扇形齿轮 4机座3.双座式焊接变位机 有较高的稳定性，适用于大型和重型工件的翻转变位，载重量一般都在50吨以上。 图24双座式焊接变位机1工作台 2凹形架 3机座 4回转装置 5倾斜机构2.5.2焊接翻转机焊接变位翻转机是一种可以实现大型回转零件在焊接时变位、翻转、旋转位置，以便获得更佳焊接位置的焊接辅助设备，可配用熔化极气体保护焊机(CO2/MAG焊机)。如图2-5、图2-6。产品主要由立柱提升机构、翻转机构、回转机构以及控制器组成。图25轻型焊接翻转台 图26焊接翻转机2.5.3焊接操作机 焊接操作机作为一种焊接辅助机械，被广泛地应用于锅炉、压力容器、管道和金属结构行业。与滚轮架、变为机或翻转机相配，可焊接大直径管道内外纵、环缝。可根据用户工艺要求选配焊接系统，还可选配焊接系统，还可选配焊接跟踪系统、监控系统，焊剂自动输送回收系统或摆动器。焊接操作机是将焊件准确地送到并保持在待焊接位置或以选定的焊速沿规定的轨迹移动焊机的机械装置。 焊接操作机与焊接变位机、焊接滚轮架等焊件变位装置配合使用，可完成多种焊缝的焊接，也可以进行工件表面的自动焊接。 焊接操作机可分为：平台式焊接操作机、伸缩臂式操作机（图2-7）、门式操作机（图2-8）、桥式操作机、台式操作机 图27伸缩臂式操作机 图28固定门式操作机2.5.4焊接滚轮架 焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。调节方式有两种：一种是自调式的；一种是非自调式的。 自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距（如图2-9）。 图29自调式焊接滚轮架 非自调式滚轮架是通过调节支架上的滚轮座来调节滚轮的间距的（如图2-10）。 图210非自调式焊接滚轮架 焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮。长轴式滚轮多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可采用的定型产品很少。 图211长轴式滚轮架第二类是组合式滚轮架（如图2-12），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。 图212组合式滚轮架对于重型滚轮架（如图2-13），多采用车间起重设备挪动滚轮架座进行分段调节。对轻型滚轮架，多采用手动或电动丝杠螺母机构来移动滚轮座进行连续调节。 图213 200吨重型焊接滚轮架2.5.5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此任务：（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。主动轮转速控制我们的目的是要检测出焊件在轴线方向上的窜动位移，从原理上说，可以采取在焊件筒壁侧面检测方式和在焊件端面检测方式。筒壁侧面检测方式可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式由于要去除筒壁的垂直旋转分量，再加上打滑、筒体表面粗糙、污物的影响，因此要制造出可靠的传感器来是不容易的。在焊件端面检测方式是目前贯用的检测方式，这种检测凡是不可避免地受到焊接焊件端面与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响，因此要求对焊件的受测端面进行加工。但对大型焊件来讲，这种加工要求的精度越高，其困难和费用也就越大。能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于2mm，可是焊件的受测端面不平度却大于2mm，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之一。3.方案的选择与确定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。 本次设计采用组合式滚轮架进行设计。3.1组合式滚轮架的特点 （1）主从动滚轮架各自独立，可根据焊件的重量，长度任意组合，使用方便灵活 滚轮架靠滚轮对的自由摆动或靠丝杠的调节作用在规定范围内调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒体焊件放置平稳。 （2）可无级调速，焊速范围大，速度稳定。（3）为了便于调节滚轮架之间的距离，以适应不同长度焊件的装焊要求，有的滚轮架上还安有机动或飞机动行走机构，沿轨道行走，调节相互之间的距离。 焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。这种方式沿用已久，技术很成熟，电动机的机械特性较硬，启动力矩较大，是目前滚轮架使用最广的拖动调速方式。缺点是电动机结构复杂，调速范围较窄，一般恒转矩的调速范围为1：10左右低速时的速度不够稳定，有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖动，变频调速。近几年随着晶体管变频器性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动，变频调速的滚轮架也日趋增多。其优点是调速范围宽，可达1：20，转动平滑性好，低速特性硬。缺点是低速段过载倍数降低较大，变频电源的价格也较高。但随着电动机额定功率的增加，价格上升则相对平缓，所以在重型焊接滚轮架上，采用交流异步电动机拖动和变频调速较为适合。本次设计的焊接滚轮架吨为12吨，采用直流电动机。为是焊接滚轮架的滚轮间距离调节更为方便，机动性更强，组合更加便利，采用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好个滚轮之间的同步问题。由于制造工艺，材料性能等因素的影响，其额定转速实际上并不一致，因此，要把实测数据较为接近的一组电动机做为焊接滚轮架的拖动电动机。另外，对重型焊接滚轮架，还应考虑以测速发电机为核心的速度反馈装置来保证各滚轮转速的同步。焊接滚轮架的金属滚轮多采用铸铁和合金球磨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多在200700mm之间。国外滚轮架品种很多，系列较全，承载量11500t，使用焊件直径18m的标准组合式滚轮架（即两个主动轮座与两个从动轮座的组合）均成系列供应。其滚轮线速度多在690m/h之间无极可调有的还有防止焊件轴向窜动的功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达400t，适用焊件直径可达6m，滚轮线速度多在660m/h之间无级调速。防轴向窜动的滚轮架已有生产，但性能质量尚待提高。我国在1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规定：主动滚轮的圆周速度应在6-60m/h范围内无级可调，速度波动量按不同的焊接工艺要求，要低于5%10%，滚轮转速应稳定、均匀，不允许有爬行现象。按GB150规定制造的筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上进行焊接时，在整个焊接过程中允许工件的轴向窜动量为3mm。传动机构中涡轮副齿轮副等传动零件，应符合国标中的8级精度等级。3.2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12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。3.3减速器的选择蜗杆减速器按蜗杆外形结构分为圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器，锥蜗杆减速器三大类。本次采用圆弧圆柱蜗杆减速器。蜗杆传动是传递交错轴之间的动力常用的交错角=90。它具有单级转动比大工作平稳，振动小，噪音低及可做成自锁形式等特点。 圆弧蜗杆传动除具有普通蜗杆传动的优点外，还有以下特点：齿形优良，蜗杆涡轮齿面为凹凸共轭啮合，当量曲率小，齿面间润滑油膜容易形成，齿面接触应力低具有良好的强度和润滑集合条件。接触线及形状分布合理。蜗杆和涡轮啮合时瞬间接触线相对滑动方向形成的夹角近于直角。减速器选用标准件，其型号的选定是根据传动比和中心距综合考虑选定的。中心距不能超过滚轮安装的高度，即滚轮中心轴离地面的距离，选定中心距为100。 再根据工作条件：工作荷载平稳无冲击，每日工作8小时，每小时启动10次，启动转矩为输出转矩的2.5倍。 根据机械传动装置选用手册： 与滚轮相连的减速器选择型号： CWU 100-30 JB/T7935-95 外形尺寸查看了机械传动装置选用手册表3.1-1，是蜗杆在涡轮之下的圆柱蜗杆减速器。 与电动机相连的减速器选择型号：SCWO 100-25JB/T7935-95 外形尺寸参看机械传动装置选用手册表3.1-11，是蜗杆在涡轮之上的圆柱蜗杆减速器。 减速器第一次使用时当运转150300h后需更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量。对于混入杂质或变质的油需及时更换。一般情况下，对于长期连续工作的减速器，每5001000h必须换油一次。应加入与原来牌号相同的油，不得不同品牌混用。牌号相同而粘度不同的油允许混合使用。工作中，当发现油温温升超过80度或油池温度超过100度及产生不正常噪音时，应停止使用，检查原因。减速器应定期检修如发现胶合或显著磨损，必须采取有效措施予以制止或排除，备件必须按标准制造。3.4联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。根据以上特点：与电动机相连的联轴器采用NZ挠性爪型联轴器,再根据轴径大小查机械设计与制造简明手册选用代号为QZB110.2.00型号NZ2（两个）。 与滚轮相连的联轴器采用凸缘连轴器再根据轴径大小查机械设计与制造简明手册选用YL8型（一个）。 两蜗杆减速器之间采用十字滑块联轴器，根据轴径大小查机械设计与制造简明手册选用JBZQ4384-86 KL型 十字滑块联轴器（两个）。 表31 联轴器选择名称公称扭矩范围轴径范围最大转速范围特点应用条件凸缘连轴器 102000010180140013000结构简单，成本低可传动较大扭距，但不等消除冲击。对所连两轴间的偏移缺乏补偿能力经常用于荷载平稳有轻度冲击的条件下，链接低速和刚性不大的两轴。NZ挠性爪型联轴器256001565380010000外形尺寸小，飞轮力矩小用于小功率，高转速，没用急剧冲击载荷的情况下十字滑块联轴器1202000015150100250结构紧凑，尺寸小，寿命长。但制造比较复杂无较大冲击，转速不高的，存在两轴径向相对位移时采用3.5滚轮架滚轮的设计 滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和使用范围见表3-2。 表32 滚轮形式选择类型 特点 使用范围钢轮承载能力强，制造简单一般用于重型焊件和需预热处理的焊件以及额定在和大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳但橡胶易压坏一般用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳一般多用于1060t的焊件履带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂。用于轻型，薄壁大直径的焊件及有色金属容器由于滚轮架的额定载荷是12t，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。 滚轮的选用：图31 滚轮的设计如图3-1所示，滚轮直径为，宽。滚轮边缘采用橡胶来增大摩擦力。3.6轴的设计图32 轴的设计轴主要是用来支承转动的机械零件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。根据轴所受载荷的不同，可分为心轴、传动轴和转轴三种。只承受弯矩作用的轴称为心轴。心轴可以是转动的，如火车的轮轴。也可以是固定的，如自行车的轮轴。传动轴是只传递转矩的轴。如联接汽车变速箱与后桥的轴。既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。转轴是机器中最常见的轴，如齿轮减速箱中的轴均是转轴。此次设计的轴为转轴，即承受弯矩又传递转矩。轴在工作时常受到变应力的作用，其失效形式多为疲劳断裂。因此轴的材料首先应具有一定的疲劳强度，同时还应满足工艺性和经济性方面的要求。轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢分普通碳素钢和优质碳素钢。常用的有35，40，45，50号优质碳素钢，其中以45号钢应用最普遍。与合金钢相比，碳素钢价廉，对应力集中的敏感性小。并且经过正火或调质等热处理后，其综合机械性能都会有很大改善相提高。本次设计的轴采用45号碳素钢，并进行调质处理。轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和全部结构尺寸。影响轴结构的因素很多，如轴上载荷的大小、分布及性质，轴上零件的数目、类型、布置及固定方式，轴的加工和装配方法等。所以在设计时，要根据具体的工作情况，综合考虑各种影响因素，经济合理地确定轴的结构。如图3-2所示，这次设计的轴分三段，中间段与滚轮通过键链接在一起。左右段各安装一个滚动轴承。同时左段还与联轴器通过键链接在一起。中间轴段轴径尺寸为与滚轮的间隙配合采用的优先配合，中段轴长，左段轴长，右段轴长。3.7轴承的选用轴承分为滚动轴承，滑动轴承两类。 滑动轴承工作时，轴与轴承之间存在滑动摩擦。其缺点是摩擦损耗较大，使用维护也较复杂。而滑动轴承的优点是： (1)结构简单，制造、装拆方便。 (2)具有良好的耐冲击性和良好的吸振性能。 (3)承载能力大，使用寿命长。 因此滑动轴承在高速、精密机构和低速重载、床、冲压机械和农业机械中如高速精密机、冲压机械和农业机械中应用较多。图33 滚动轴承 滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。其基本结构如图3-3所示，它一般是由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等组成。内圈安装在轴颈上并一起转动，外圈安装在轴承座上。滚动轴承的内、外圈上加工有滚道，当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外因的滚道中滚动。常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等。保持架用于将滚动体彼此分开，以免它们之间相互接触产生摩擦与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、功耗少、启动灵活、互换性好等优点，因而获得了广泛的应用，其缺点是抗冲击能力差，转速过高时易出现噪音等。滚动轴承已标准化，并由专业厂家生产。此次设计的12吨焊接滚轮架，根据轴径95mm选用圆柱滚子轴承 ，型号NUP2319。3.8轴承端盖的设计 首先，根据轴承座孔（外圈）直径由机械设计课程设计表4-6查得轴承端盖螺钉为，螺钉数目为6个。如图3-4，由机械设计课程设计表4-7可知，=-(1015mm) 得 =185 mm=+2.5 =240 mm=1.2 =19.2 mm=+2.5 =280 mm轴承端盖、轴承透盖都是按照此尺寸设计。图3-4 轴承端盖3.9丝杠的设计 所谓丝杠传动就是由丝杠副联接相邻构件而组成的传动机构。在机械传动中，丝杠副是较常用的机构之一。 丝杠传动（或称螺旋传动）可以把旋转运动变成直线运动，也可以把直线运动变成旋转运动。丝杠传动即可以传递能量或动力，也可以用来传递运动或用来调整零件的相互位置。因此，在机床、起重设备、锻压机械、测量仪器、船舶等传动机构中都广泛的应用了丝杠副。最常见的丝杠副为滑动丝杠副和滚珠丝杠副两种 滑动丝杠副有以下特点: （1） 结构简单，制造容易。 由于滑动丝杠副为一般的丝杠、螺母所组成故其结构简单，制造容易。 （2）减速传动比大 由于当丝杠转过一圈时，螺母只移动一个导程，而导程可以做的很小。因此可以做到很大的减速比。 （3）运转平稳 由于丝杠与螺母的啮合是连续的而且同时啮合的圈数较多所以其运转平稳、无噪声。但低速或微调时可能出现爬行。 滑动丝杠副的材料： 由于以上原因，本次设计采用滑动丝杠来调节滚轮之间的中心距以适应不同直径的筒体工件的焊接要求。根据丝杠副工作时的受力特点，丝杠和螺母的材料应具有足够的强度、耐磨性和良好切削加工性能。对于精密传动的丝扛，还要求在热处理后有较好的尺寸稳定件。一般的滑动丝杠选用35、45、50号等中碳钢并经调质处理。此次设计采用经调质处理的45号中碳钢做为丝杠的材料。如图3-5所示，螺栓的螺纹分两段设计，左段螺纹左旋，右段螺纹右旋。这样才可以保证调节滚轮间距的功能。对螺纹的技术要求是：图35 丝杠的设计初车螺纹后，时效处理。一个螺距误差不大于0.025，螺距最大积累误差：当25时，不大于0.035，当100时不大于0.05。3.10键的设计 键的链接采用普通平键联接，这种键应用最广，普通平键按照键的端部形状分为圆头、方头、和单圆头三种。 本次设计采用圆头键，尺寸参考了机械设计基础表2-5。3.11机架的设计 机架零件支撑着机器中的全部零件，保证组成机器的各零件处于正确的工作位置，承受各零件的作用力，并传递到基础上。 每台机器都有各自的特殊功能，因而，为满足这些特殊要求，机架零件具有各自的结构形状。常见的机架结构形状可以分为以下几类机座类，如各种机床的机身；底座类，如由电动机、减速器和卷筒组成的电动绞车的底座；箱体类，如速器的机体。 由于机架零件形状复杂，一般多采用铸件。铸铁因具有铸造性能好、价廉、吸收振动能力强及刚度高等特点，在机架零件中应用最广。受载情况严重的机架零件，可用铸钢。 对于结构简单、生产批量不大的大中型机架，常用由型钢和钢板焊接成的焊接件。它质量小，生产工期短，不同部件可用不同牌号的钢材。焊接的机架零件质量比铸造的可减轻40%左右。为提高强度和刚度在接头处常焊以加强板和加强筋。为减少机械加工