机械毕业设计（论文）-纵轴式掘进机截割头对焊机的设计【全套图纸】.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言全套图纸，加153893706随着科学技术水平的发展，焊接水平也在不断的提高。以往的纯人工焊接以渐渐的被焊接设备所代替。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，耐腐蚀，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。焊接变位机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机械装置和设备。纵轴式掘进机截割头对焊机，可以说是焊接变位机的一种形式。它可以根据所需要求来改变工件的位置，从而有利于实施焊接。它的总体设计任务是，根据焊接件的几何尺寸大小、重量、结构形状和工艺要求、作业的条件和工作环境等，科学合理的选择焊接机型，确定性能参数、整机尺寸机各部分的结构形式，并进行整体性的布置，以实现整机的各项性能指标。对焊变位机多数是由回转机构、倾斜机构组成的。每个机构都可单独对焊件作业，而每个机构的变位都取决于方案设计的合理性和协调性。因此，对焊机的总体方案设计对整机性能起着关键性的作用。选择机型和各机构的运动、结构形式、驱动方式、并进行总体的合理的布置是设计的关键。在确定该内容前，应进行充分的调研和市场调查，以客户的或生产要求为基准，在满足设计任务书的内容要求下才能合理的进行是总体方案的设计与规划。1 绪论1.1 设计纵轴式掘进机截割头对焊机的意义、和变位机的关系、基本的要求1.1.1 对焊机（焊接变位机）的定义和设计意义在焊接纵轴式掘进机的截割头过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，而多数情况下都是工人在围绕焊件运动，这不仅降低了劳动生产率而且提高了工人的劳动强度。为了解决这一问题，就有必要设计一台设备来解决上述问题。而纵轴式掘进机截割头对焊机也就是通常所说的焊接变位机，可以满足上诉要求。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。但是，因为焊接变位机在我国的出现时间不长，相关的专门技术人员比较少，在工艺参数，尺寸规格，名称上都没有统一的标准，概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处以合适易焊接的位置的焊接辅助设备，焊接变位机使被焊件任意一个焊缝变位船角焊，平焊合平角焊的理想焊接位置。1.1.2 焊接变位机的类型和基本原理它的类型很多，可以分为焊件变位机械，焊机变位机械和焊工变位机械，按照结构特点又可以分为若干类：图11 变位器的派生形式示意图Figure 1-1 for the change in the form of derivative Sketch1.1.3 焊件变位机械的构件组成焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或者既能翻转又能回转，使工件处于最便于装配和焊接的位置。包括：A翻转机，B回转台，C滚轮架，D变位器。1.1.4 焊机变位机械的类型：按照结构形式分为A平台式B悬臂式C门桥式等。1.1.5 焊件变位机械的类型按照动作可分为平移和升降两种，又以升降者为多。总之，尽管有很多类型，但是它们的基本结构和工作原理都是相通的，由工作平台，回转机构，翻转机构，机座，电子控制装置，焊接导电装置等部分组成。1.1.6 近年来焊接变位机有许多新的发展通过资料得知：上海交通大学焊接研究所研制成功集中新的变位机械：1）上车架总成同步空间定轨迹翻转机 CAT系列履带式挖掘机的上车架总成，工件尺寸庞大，并且需要正反面加工，如用普通翻转机，装夹很不安全，而且占地空间非常庞大。该机设计采用空间定轨迹变位技术，使工件在原地翻转，最大限度地节省了占地空间。箱型变位结构采用双驱动同步控制，有效保证空间变位时运动的平稳性。而翻转过程中工件的重心先被提升，再下降，从而使工件原始的装夹位置较低，并采用由PLC控制的传感器测控同步系统，可对运行误差进行实时控制，使操作的安全性大大增加。与普通翻转机相比，具有操作高度低，安全系数大，占地空间小等特点。同时，采用了普通电机非相关驱动同步控制技术，其制造成本远小于伺服电机驱动系统。2）下车架总成双立柱升降式空间变位机该机用于CAT系列履带式挖掘机下车架总成结构件的焊接。下车架总成呈扁状型箱式结构，焊接要求全空间变位，由于结构庞大，在空间变位时，不仅场地受限制，安全也存在问题。按以上要求研制的变位机。采用全空间变位设计：工作台可作360度连续旋转，同时可作360度空间翻转。保证了焊接位置的最优化变位。不仅方便了焊接生产，也大大提高了安全系数。3）挖斗总成三轴空间焊接变位机 由于挖斗的焊缝较分散，一次装夹焊接时焊缝的高低落差很大，操作不方便，针对该情况，上海交通大学焊接工程研究所设计的变位机工作台具有升降、倾翻、旋转3种运动方式，特别适合具有复杂焊缝的大型工件的全方位变位焊接。 图12 座式变位机简图 图1-3双座式焊接变位机Figure 1-2 type dislodgement machine diagram Figure 1-3 two-seater-welding crew1.2 几种常见的焊接变位机的特点1.2.1 座式通用变位机：座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度。可以将工作翻转到理想的焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。该种变位机已经系列化生产，主要用于一些管，盘的焊接 。具体形式见图1-2。1.为工作台，2.为倾斜轴，3.为扇形齿轮。1.2.2 U型双座式头尾双回转型这种焊接变位机的焊接空间很大，工件可以被旋转到需要的位置，设计先进，已经在很多地方成功使用。具体形式见图1-3。1.为工作台，2.为旋转机构，3.为凹型架，4.为倾斜机构。1.2.3 L型双回转焊接变位机该变位机有两个方面的自由度，两个方向都可以进行360度的任意回转。开徜性好，容易操作，焊接效果不错，很受使用者的欢迎。 随着工程机械制造厂商对结构件的焊接质量、生产效率的要求小断提高，对焊接工作的重要辅助设备变位机的要求同样在提高。结构件采用变位机焊接，对变位机提出的要求是:第一，要求组焊件上的焊道尽量避免遮挡，一次装夹完成全部焊接工作;第一，要求各焊道能达到船焊位置，以保证焊缝质量;第下，要求装卸工件时操作简便、安全可靠;第四，要求焊接时操作高度最低，便于施焊。一般变位机可以满足前几项要求，但要求操作高度最低有一定限制，尤其对那些重量小大，但尺寸较大的结构件，降低焊接操作高度更为困难。L形双回转升降式变位机较好地解决这一难题，即在高位下变位，在低位置上焊接，此运动是由升降装置完成的。现己开发出基本型、加强型等一系列机型。通过配置不同的工装夹具，可以适应多种工程机械结构件的焊接，己成功应用于履带式挖掘机的动臂、上车架、下车架、履带架等一些结构件上。L形双回转升降式焊接变位机由：底座、升降机构、大回转机构、小回转机构、，以及电气控制部分组成。1）底座 底座是由槽钢焊接而成的框架结构，是变位机的基础部分，两条向前仲出的H形支腿起到平衡变位机重心的作用，支腿具有足够的强度和刚度，以保证变位机工作时的稳定性。底座用预理地脚螺栓或膨胀螺栓与地面紧连接在一起。2）升降和L构 升降和L构形成变位机的直线运动自由度，其主体是用槽钢焊接而成的框架结构，有足够的强度和刚度，用以支承大、小回转部分。其传动机构是由电机直联型摆线针轮减速机，通过联轴器驱动丝杠旋转，丝杠带动螺母上下运动，使与之相连的滑座上下移动，滑座固定在直线导轨上，滑座带动与其相连的大、小回转部分上下运动。上下限位由行程开关控制，同时设有机械限位挡块，确保机构安全。3）大回转机构 大回转机构传动链为:制动电机-蜗轮蜗杆减速机-小齿轮-回转支承，可以全回转。回转支承作为动力输出元件与小回转机构箱形梁连接，带动小回转机构实现士3600全回转。大回转机构整体通过导轨座和滑座与升降结构相连。4）小回转机构 小回转机构属于末级传动，与大回转机构的传动结构类似，也可以实现士3600全回转。小回转机构通过箱形梁与大回转机构连接，箱形梁起到承载和连接作用，在箱形梁与大回转机构连接处安装有下相导电滑环为小回转电机供电。回转支承输出端连接工作盘，工件通过夹具安装在工作盘上。5）电气控制部分 电气控制部分装在独自的电控箱中，面板上装有各机构动作按钮和指示灯，为便于现场远距离操作，电控系统配有手控盒，手控盒上装有各动作按钮和急停开关，控制按钮线控并联控制(与电控箱中各按钮并联)。电控系统基本配置包括升降电机、大小回转电机的控制以及安全防护装置。在本设计中没有过多的提到。 总电源开关采用带漏电保护装置的断路器，不仅有效地进行过流短路保护，还对电气设备、器件绝缘使用的降低和操作人员触电进行有效的漏电保护。 操作面板和手控盒上都装有急停开关按钮，当出现可能危及人身或设备安全的紧急情况时，只要按下此按钮，整机电源立即断开，从而保证人员与设备的安全。 工程机械中有很多较大的结构件，采用普通的变位机时，需要中心高较大才能转过去，变位后工件位置过高焊接操作方便;采用本变位机可以旋转到位后将工件高度降下来，操作方便安全。 对于中小型结构复杂的结构件，更显示出其独特的优越性可以变换不同的方位进行手工焊接。其特点是具有更大的开敞空间、多种变换位置、较小的占地面积，是一种性能优越的机型。1.2.4 伸臂式焊接变位机伸臂式焊接变位机如图所示，1为回转工作台，2为伸臂，3为倾斜轴，4为转轴，5为机座。其回转工作台绕回转轴旋转并安装在伸臂的一端，伸臂一般相对于某一转轴成角度回转，而此转轴的位置多是固定的，但有的也可以小于100的范围内上下倾斜。这两种运动都改变了工作台面回转轴的位置，从而使该机变位范围较大。但是这种形式的变位机，整体稳定性较差。该机多为电动机驱动，承载能力在0.5吨以下，适用于小型焊件的翻转变位。图1-4 伸臂式焊接变位机Figure 1-4 Shenbi-welding crew虽然伸臂式焊接变位机可以进行回转和倾斜运动，可变位的范围比较广，但是由于这种设备的结构的工作台是在伸臂上的，而焊件是1.5吨重并具有一定高度的圆锥台的形状，在工作台工作时，焊件不是很稳定，在倾斜时会产生摆动，从而使伸臂轴的疲劳失效加快。所以这种焊机是使用于小型重心比较低的焊件而不适用于截割头的焊件。1.3 焊接变位机的变位在设计变位机的时候，除了主自由度外，还应该考虑辅助的变位自由度，回转、翻转是主自由度，可以添加上升等自由度。对于一些焊接位置简单的焊件，用简单的回转自由度就可以解决，但是对于位置复杂的构件必须有不同的自由度。为了解决这个问题，出现了使用不同的变位机联合使用，增加焊接的自由度。1.4 变位机械中的机械传动机构的选择设计电力驱动的变位机方案时，需要选择从电机到工作台之间的机械传动方式和相应的传动机构。在选择之前必须根据装配和焊接工艺过程的特点明确下列要求：1）对变位机械的功能要求 指变位机械应该能实现什么动作，如平移、升降或者回转等。去国是平移，是直线平移还是曲线平移；去国是回转运动，是连续回转还是间歇翻转等。2）对运动速度的要求 必须明确是快速还是慢速，是恒速还是变速，是级变速还是无级变速。3）对传动平稳性和精度的要求 例如，用于自动焊接的变位机，就要求传动具有较高的精度，这时就可以选择蜗杆传动和齿轮传动。4）对自锁、过载的保护，吸振等能力的要求 一般升降用的或翻转用的以及有倾覆危险的传动，为了安全，传动机构必须有自锁能力。传动方式和其相应的传动机构可能有多个，这时就要从它们之间的传动功率大小、尺寸紧凑程度，传动效率高低和制造成本来综合考虑后择优选定了。1.5 变位机的额定载荷焊接变位机的基本载荷就是焊件的重量。在国际上，第一主参数的量纲没有统一。对这一问题，需要做些讨论。在欧洲，如德国Severt公司、CLOOS公司，瑞典ESAB公司等，用重力单位N表示；美国Aroson公司用英美制质量单位Lbs（磅）表示；日本某些公司用国际质量单位kg表示；我国的焊接变位机行业标准，采用了国际质量单位kg，但鼎盛公司采用了重力单位kN。如此可见，在我国乃至国际上，焊接变位机第一主参数的量纲还没有统一。其次，对这一主参数的称呼也不统一。最大负荷kg、最大负荷N（Max load N）、基本承载能力Lbs（Base load capacity in pounds）、承重能力Lbs（Weight capacity Lbs）、许用载荷kg（许容荷载）、最大有效负荷（Max. payload）等等。 从量纲发展的历史分析，用力和质量两种单位，各有个的道理。但是，无论是从行业管理的角度考虑，还是从科学计算的角度考虑，都应统一。一般认为量纲的确定，在于一个概念，如果衡量焊接变位机的能力，选择负荷单位，即第一主参数用重力表示，那么，他的量纲应该用N、kN。与此相关的回转技术参数力矩，应该用Nm、kNm表示，这样，与国际单位制就统一了。 焊接变位机是涉及人身安全的产品。对用户选择产品负荷等级，应该是明确的。诸如上述的最大负荷（kg、N）或许用载荷（kg、N），都不能说准确的表达了这个量。现在给定一个公式： F =kd m g n （ 1-1）式中 m焊件质量；g为重力加速度；mg为重力；kd为动荷系数；n为安全系数；F为额定承载能力或额定负荷；kd动荷系数；n安全系数。 该系数应在产品设计时确定。在样本或使用说明书中给用户提供选择方法。 1.6 焊接变位机械应具备的性能通用的焊接变位机械应具备的性能是：1）焊接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，焊件因重力作用而发生事故。4）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，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0.12mm之间，最高精度应可达0.01mm。5）回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。6）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。7）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、药皮等物应易被清除。8）焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。9）工作台面上应刻有安装基线，装各种定位工件和夹紧机构。10）兼作装配用的焊件变位机械抗冲击性能。并设有安装槽孔，能方便地按其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。11）用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。1.7 国际和国内焊接变位机的发展1.7.1 美国Aroson公司 美国Aroson公司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个公司生产的焊接变位机，主要类型为倾翻回转式、倾翻回转升降式、双座双回转式，双座单回转式和双座单回转升降式。其承载能力范围为11 kg1810吨。 1）手动双回式。C 系列，型号C1000、2000、4000。承载能力25磅4000磅。 2）小型倾翻-回转式。LD系列，型号LD 60N、150N、300N，承载能力分别为132磅、330磅、660磅。 3）倾翻-回转式，倾翻角度135。D、HD系列，承载能力314磅7万磅 4）倾翻-回转（换销）定位升降式，倾翻角度135。AB系列（30 AB1200），承载能力4300磅12万磅。 5） 倾翻-回转（齿轮齿条）无级升降式，GE系列，倾翻角度135，型号（GE25GE3500，承载能力2500磅35万磅。 6）倾翻-回转式，倾翻角度90，G系列，G400G4-MEGA型，承载能力4000磅400万磅。 7）双座双回转式，DCG系列，最大产品承载能力为500吨。 8）单回转式HTS 系列，HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承载能力为500磅24万磅。 9）单回转（齿轮齿条）升降式，HTS- GE系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承载能力为500磅24万磅。 1.7.2 德国LCOOS公司德国LCOOS公司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品。也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。在我国，除可见到与焊接机器人系统配套进口的L型双回转式、倾翻-回转式和单回转式变位机外，还生产卧式单座单回转WPV、立式单回转RR502以及各种多轴焊接机器人配套的变位机，如立式多工位2卧式单回转R-WPV 2型（3轴）、立式多工位2C型双回转式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2倾翻-回转GR-WPK 2（5轴）、立式多工位2倾翻-回转单回移动转式GR-WPK 2-CD（9轴）等。这些产品的主参数，最大允许承载能力（max. admissible load capacity）用N表示。 1.7.3国内变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业，尚未形成。到2000年，国内已开发的变位机产品约70余品种规格。以下简述这些变位机的基本型式。 1）全双回转式。包括L、H(双座)、C型双回转式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列)。 2）倾翻-回转式焊接变位机（BZ2C-系列）。 3）单回转式焊接变位。包括三种型式：双座单回转式（BZ-、BZ1-、BZA-、BZA1-系列）、双座单回转尾架移动式（BZY-、BZAY-、BZA1Y-系列）、单座单回转（立式BZAL-、BZL-，卧式BZW-、BZAW-斜式BZAX-系列）。 以上基本型产品发展了17个系列，主要为普通型，用于手把焊。此外，还有调速型、联控型（PLC、微机控制）和机器人配套型产品。 与焊接机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括：工位变换变位机（不参与焊接），与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如，倾翻-回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 1.8 任务的提出目前，国内焊接掘进机截割头多数是人工围绕工件焊接，劳动强度大，生产率低。为了降低工人的劳动强度，提高劳动生产率，该设备是以焊件的几何尺寸结构和工艺为基准，通过在焊接过程中改变焊件空间的位置，使其有利于焊接作业的一种机械设备。从而方便快捷对焊件进行施焊。该设备主要用于纵轴式部分断面掘进机截割头的环缝锥面焊接。1.8.1 设计要求： 设计要求表Design requirements table要求或希望内 容要求1、几何形体：1） 整体机构紧凑。2） 外形轮廓不易过大。3） 可固定在地面上，工作稳定，不易产生晃动。2、功能：1）工作台可在空间内实现一定范围的变位。2）变位速度可调。3、使用性能：1）工作时稳定可靠。2）噪声小。3) 操作方便简单。4、可靠性：1）夹具夹紧平稳，夹紧力大。2）工作台变为时不易产生震动。3）断电时各机构有自锁功能。4）工作台具有一定的耐热，耐腐蚀，耐高温的能力。5）工作台的倾斜轴可承受一定的弯矩，回转台可承受一定的扭矩。5、维修、使用寿命：1）多数采用标准件，互换性好，更换零件方便。2）拆卸零件容易。3）维修容易，不需要在专业地点维修。4）零件使用寿命较长。6、材料：1）金属材料和非金属材料。2）零件的强度高。3）多数零件加工方便，不需要特殊工艺制造。7、加工：1）多数为本工厂加工，不必外协。2）工艺简单，尽量不需要专用设备。3）采用CAD/CAM制造。1.8.2 主要的设计内容：1） 总体方案的优化设计；2） 传动比和传动效率的计算；3） 倾斜机构部分的计算；4） 传动部分各部件尺寸的计算和强度的校核；5） 机架和导电机构的设计；6） 传动部件的润滑条件分析。2 焊接变位机的总体方案设计2.1 焊接变位机的总体设计和适用范围焊接变位机设计是为了满足焊接生产的功能，分析设计时要从该变位机在整个生产系统中的功能来考虑：对待焊接部件的装夹和固定；1)在设计参数许可的范围内对不同外形部件的焊接；2)使焊接工件能够沿着一定的轨迹运动到合适的焊接位置；3)对常见的工作环境能够适应。4)能适应尺寸要求下的不同形状的工件焊接；5)结构简洁，外形尺寸小，成本低；6)多数采用标准件，方便制造。本焊接变位机适用与中小工件的手工焊接，自动焊接等。能有效的将工件调整到合适的焊接位置。特点是操作简单，安全，成本较低。表2-1设计的基本数据Table 2-1 design of the basic data基本承载能力（吨）1.5工作台直径（mm）1400倾斜速度(r/min)0.2r/min倾斜角度（度）0135工作台的回转角度0360工作台回转角速度0.0341.03r/min2.2 焊接变位机的自由度本焊接变位机的主自由度为回转和翻转，此外，还有其他一些辅助的自由度，像升降自由度。另外，还有一些变位机，为了适应焊接工位的要求，添加一些与施焊无关的自由度，并且可以根据需要而将两台或者更多的焊接变位机组合起来，形成多组合自由度的变位机产品。1）用主自由度设计变位机，可有三种基本型式。单回转式，其转角为360n；双回转式，其转角为一个为360n，另一个为180360n；倾翻-回转式，其转角一个为360n，另一个为（090、135）。2）多自由度产品设计，在上述基本型产品上，增加辅助自由度。3）多自由度组合结构设计，把两种或两种已上基本型产品组合设计而成。2.3 设计方案的确定本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。2.3.1 工作台该焊接变位机用于工件的停放和固定。在台面上开沟槽，表面经网络状处理后增大了摩擦，一方面配合夹具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。2.3.2 回转机构、倾斜机构传动原则用于实现工作台上工件的回转和倾斜。其中有很多传动部分的设计。2.3.2.1传动机构设计的一般原则：1）小功率传动 选择结构简单、标准化较高的类型。2）大功率传动 首要考虑因素是传动的效率，减低功率的损耗。3）易出现过载和载荷变化较大的传动 选择有过载保护和能起缓冲作用的传动机构。常见的如带传动。4）工作环境较差 选择封闭的齿轮和链传动。5）传动精度要求较高 选择蜗杆或者加工精度高的齿轮传动。在设计中，一般采用两个或者两个以上的传动机构，如两级蜗杆传动。这种情况下要考虑传动机构的布置，因为这对整个传动机构的平稳和效率都有影响，并且还影响机械的外形和尺寸。2.3.2.2传动机构布置的原则：1）带传动 承载能力小，在传动相同功率时，效率相比齿轮和蜗轮蜗杆要低，但是它的传动稳定性较好，并且缓冲好，故一般将其布置在传动的高速级。2）齿轮传动 传动效率高，又分为斜齿轮、圆柱齿轮、圆锥齿轮等，传动平稳性和均匀性逐个升高，故布置时也有低速级到高速级。3）链传动 传动不均匀，布置在低速级，在这次设计中并没有使用到链传动。4）蜗杆传动 承载能力比齿轮低，一般布置在高速级。改变运动形式的传动，如：连杆传动、凸轮传动、螺旋传动等，一般布置在传动机构的最后一级。2.3.3 工作机需要电动机输入功率才能工作一般原动机与工作机不直接相连，而是通过在两者之间设置一个中间装置，称这个中间装置为传动装置简称传动；在机械中，传动装置的功用是根据工作机的工作提要求实现某种减速、增速、变速、或改变运动形式的功能。工程实践表明，传动装置是机械中重要的组成部分，在整机的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因此，正确设计传动装置对保证整机的技术性能和质量指标都具有相当重要的意义。根据工作原理的不同，传动分为两类：机械传动和电传动。2.3.4 选择传动形式时，应当考虑的主要指标功率、效率、运动性能、外型尺寸、重量、生产率和成本等。现分别阐述如下：1)功率每种传动所传递的功率大小与该传动的工作原理、承载能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有关。一般来说，啮合传动传递的功率高于摩擦传动，但是啮合传动中的蜗杆传动则因齿面相对滑动速度较大，导致发热大而效率较低而不宜传递大的功率，同步齿形带传动则因材料关系也不能传递大的功率。2)效率效率是评定传动质量指标的一个重要参数。高的效率意味着节约动力。传动效率低，一般不宜传递大的功率。通常啮合传动的效率高于摩擦传动，但普通圆柱蜗杆的传动可能低于摩擦传动。3)速度速度是传动装置的一个主要运动特性。提高传动的速度是机械的主要发展方向之一。影响速度的因素有动载荷和制造精度等。在常规传动中，除螺旋传动和链传动外啮合传动的容许速度一般高于摩擦传动。4)传动比传动比是传动装置的又一运动特性。每种传动因受外形尺寸或承载能力的影响限制，均有各自适用的最大传动比值。此外，还应考虑传动比值的精确性问题。对于要求精确传动比的机械，不用摩擦传动而采用啮合传动。5)外廓尺寸、重量及成本 传动装置的外廓尺寸和重量与传动零件材料的机械性能和容许传递速度、容许传递功率密切相关。在上述条件确定下，单级传动的外廓尺寸和重量主要取决于传动形式。一般来说啮合传动比摩擦传动轻巧，但成本高。啮合传动中，蜗杆传动和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常最小。2.3.5 工作机构传动方式的确定采用哪一种传动形式，应根据具体情况具体分析，不仅考虑到技术性能指标，同时还要考虑经济成本，对提出的各种方案应在综合比较它们的技术经济指标后才可做出决策，在这次设计中，考虑了上述因素，工作机构的传动形式选择如下：2.3.5.1回转机构的选择1）驱动力的选择由题目所知焊接件的最大负荷为1.5吨，通过查表得回转速度在0.0310.r/min内，并且根据要求表内容可知，工作台回转时要有足够的驱动力提供，同时还要求回转平稳。基于以上要求，驱动力选直流电动机，因为直流电动机的最大特点是运行转速可在宽广的范围内任意控制，无级变速，额定转速可在很大的范围内选择。它具有良好的调速特性，调速平滑、方便以及调速范围宽广；其过载能力大，能承载频繁的冲击负载；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行的要求。而交流电动机虽然具有结构简单、价格便宜、维护方便、单机容量大及能实现告诉传动等优点。但是交流电动机调速装置很复杂，某些简单的方案存在功率因数低或效率低的缺点。而焊接变位机的回转机构正是需要调速范围大，回转速度低，运转平稳的特点，因此交流电动机不适合。另外液压马达的结构复杂，液压元件制造精度要求高，使加工制造比较困难，尤其使用于控制的液压阀，为了防止油液的泄露，对零件的加工精度要求非常严格，因此成本是很高的。为防止泄露对工作效率及工作平稳性的影响，对密封要求较为严格，即便如此，漏油也难免。油液的粘度随温度的变化而变化，会直接影响传动机构的工作性能，因此在低温或高温下采用液压传动不仅效率低，也较为困难。所以通过以上几个驱动方案的综合比较，回转机构的驱动力应选直流电动机。2）传动机构的选择连接电机的有带传动、链传动。链传动时瞬时传动比是变化的，不适用于传动比要求为常数的场合；工作时有冲击噪声，而且制造成本高，安装要求精确，需要适当的润滑和张紧措施。而带传动工作时的冲击和噪声是很小的，制造成本也比较低，也不需要润滑，而且还有过载保护的优点。所以选则带传动。减速器部分选择一级蜗轮蜗杆和少齿差行星齿轮的减速。首先，行星齿轮传动具有以下优点：a.体积小、重量轻、机构紧凑、传递功率大、承载能力高。b.用几个完全相同的行星齿轮均匀分布在中心轮的周围来共同分担载荷，因而使每个齿轮所受的载荷较小，相应齿轮模数就可较小。c.合理地应用了内啮合，充分利用内啮合承载能力高和内齿轮的空间软件容积，从而缩小了径向、轴向尺寸，使结构很紧凑而承载能力很高d.传动比大。只要适当的选择行星传动的类型及配齿方案，便可利用少数几个齿轮而得到很大的传动比。此外，行星轮传动由于它的三个基本构件都可以转动，故可实现运动的合成于分解，以及有级和无级变速的传动等复杂的运动e.传动效率高。由于行星齿轮传动采用了对称的分流传动结构，即它具有数个均匀分布的行星齿轮，使作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力相互平衡，有利于提高传动效率。f.运动平稳、抗冲击和震动的能力较强而普通的齿轮减速在焊接较大的焊件时就不具备上述的优点。其次，一级蜗轮蜗杆传动在上述焊接变位机中具有以下优点：1）传动比大，一般动力传动比在10100之间，分度传动比可达500以上，结构紧凑。2）传动平稳，振动、冲击和噪声很小。3）机构可具有自锁性。当蜗杆的导程角小于轮齿间当量摩擦角时，机构将发生自锁。其结构适合我设计题目中的焊接变位机。2.3.5.2 倾斜机构的选择1)驱动力的选择根据要求表的要求，倾斜机构工作时应具有较好的稳定性，调速范围较大。所以与回转机构的相似也选择直流电动机。2) 传动机构的选择因为倾斜机构要有一定的稳定性，并可随时制动，所承载的力矩要大。所以在减速系统中，先用两级蜗轮蜗杆进行传动，这样不仅能满足大的传动力矩，而且该机构还具有自锁的功能，再次是一级齿轮带动扇形齿轮减速，这样，有蜗轮蜗杆传递的力矩经直齿圆柱齿轮传递后，效率能损失的最小。最后，与传到工作台相连的扇形齿轮。综上所述，各机构的传动方式选择如下：回转机构：在回转机构中，有三级传动：V型带传动、第一级蜗轮蜗杆传动、第二级少齿差行星齿轮传动。V型带传动：将电动机输出的动力传递到变位机的机械部分倾斜机构：在倾斜机构中，有四级传动：V型带传动、第一级蜗轮蜗杆传动、第二级蜗轮蜗杆传动、齿轮传动。最后确定选用座式变位机较为合理，结构简图如下：1回转工作台 2倾斜轴 3扇形齿轮 4机座。 图2-1 座式变位机简图 Figure 2-1 at variable bit-map2.3.6夹具的确定在焊接设备中，一个完整的夹具是由定位器、加紧机构、夹具体三部分组成的。在焊接作业中，多使用在夹具体上装有多个不同加紧机构和定位器的复杂夹具。2.3.6.1焊接设备夹具的设计要求1）焊接夹具应动作迅速、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容易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。2）焊接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，或布置在焊件的下方或侧面。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）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，或采取压头行程限位、加大压头接触面积、等措施。5）夹具的施力点应位于焊件的支撑处或布置在靠近支撑的地方，要防止支撑反力与夹紧力、支撑反力与重力行程力偶。6）用于大型焊件结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别使夹具体的刚度，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7）在同一个夹具上，定位器和夹具机构的结构形式不易过多，并且尽量选用同一种动力源。8）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。9) 工装夹具本身应具有较好的制造工艺和较高的机械效率。焊接工装夹具设计方案的确定确定工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当工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，他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，才能制定处最佳设计方案。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以依据，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。3）装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。4）焊件的产量。例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。在中小批量生产中，夹具主要以保证装焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单，适应性广的通用夹具，使夹具的结构方案与焊件的产量相匹配。综合以上因素，再考虑到本次设计中的焊件结构和尺寸形状，我选用的是辅助螺纹夹紧装置。即在焊件的低端周围均等分焊接四块钢板，中间打上螺孔，然后在工作台上与四块板对称的开出两道燕尾槽，在燕尾槽的中心放一根长的螺杆，用于工件与工作台的定位，再用四根螺杆与焊件上的四块板连接，用于夹紧。这样定位夹紧后，不论是工件的旋转和倾斜运动，都能满足工件与工作台的良好定位。使工件和工作台夹紧更加可靠。2.4经济技术性方案评价2.4.1寻求对焊机可行性组合方案拟出对焊机机各部分之间搭配关系。如前面所述该设备的各个机构方案 ，有机座的方案、回转机构的方案、倾斜机构的方案、夹具体的选择、导电装置的选择等。但本节的原理功能解如表2-2从而得出可行性方案：表2-2功能原理表Table 2-2 functional theory Table序号原理基本单元1234A机架座式伸臂式立柱式 B回转减速机构蜗杆涡轮减速行星齿轮减速综合式 C倾斜减速机构蜗杆涡轮减速直齿圆柱齿轮减速斜齿轮减速综合式D夹紧装置液压式机械式电磁式辅助式可行方案：方案一： A1B3C4D4方案二： A1B3C1D2方案三： A1B3C4D1优选方案：A1B3C3D42.4.2绘制评价计算表，进行技术经济评价表2-3为这三个设计方案的评价表。按技术观点并且依据评价标准对方案进行分析对比，给出评价分数，按0-4级确定分数，亦填入表中。经过简单计算，求出各方案的成本、无权重总价GWj、有权重总价GWjggi、总技术价Wtj、总经济价Wwj以及总价Wtj。计算结果都要填入表格2-3中2.4.3 绘制价值强度图和价值断面图根据计算结果，绘制出价值强度图（图2-2）。把有权重总价较高并且在价值图中位于右上角的两个方案（方案1和方案2），作为较好的方案，再借助于价值断面图（图2-3）进行比较。比较的结果表明，方案1是最有前途的，而方案3列为备用方案。表2-3掘进机经济技术评价简表Table 2-2 roadheader economical technical appraisal simple list评价标准重要性系数方案1方案2方案3工作可靠0.4241.6831.2631.26工作效率0.2240.8830.6620.44制造容易0.1540.8030.4520.30维修方便0.1130.3320.2220.22成本较低0.1040.4040.4020.20求和1=19=4.09=15=2.99=11=2.42总技术价=0.95=0.75=0.55制造成本（万元）=85=120=104总经济价=0.94=0.66=0.77图2-2 价值强度图Diagram 2-1 value intensity diagram图2-3价值断面图Diagram 2-2 value sectional drawing3 倾斜机构的设计与校核倾斜机构的计算该倾斜机构由第一级蜗杆蜗轮、第两级蜗杆蜗轮和直齿圆柱齿轮、斜齿轮构成。而下面计算的是第二级蜗杆蜗轮减速机构。该倾斜机构简图如下：图3-1 倾斜机构简图Figure 3-1 tilt agencies sketch3.1电动机的选择计算3.1.1倾斜机构的转速根据已知条件得：V=0.2r/min3.1.2选择电动机的转速按工作要求.选直流电动机。P额定相同的电动机有不同的转速。我所选择的Z2系列直流电动机有以下几种转速供选择：3000r/min600r/min。电机的转速高，传动结构的尺寸也增大，成本高，所以应当综合考虑选用合适的电机转速。具体的转速由下面的公式确定： 式中 nd电动机可选转速范围（r/min）；传动装置总传动比的合理范围；i1in各级传动比的范围；n工作机的转速。根据公式得到：倾斜机构电机的额定转速的范围nd=Ia n=70000.2=1400r/min由此，确定电机的转速为 1500r/min。3.1.3电机类型的确定考虑到理论计算与实际的差距，经济性，可靠性等，选用额定功率为1.54KW的Z241电动机，具体参数见下表：Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机。Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。表3-1 转速为1500r/min的Z2直流电机基本参数Table 3-1 speed for 1500 r / min of the basic parameters Z2 DC motor型号额定功率额定电压额定电流削弱磁场时最大转速效率飞轮力矩重量kWVAr/min%kgm2kgZ2-210.41105.512000660.045500.42202.755200066Z2-220.61107.682000710.055550.62203.79200072Z2-310.811010200072.50.085670.82204.95200073.5Z2-321.111013.332000750.105791.12206.58200076Z2-411.511017.8200076.50.15851.52208.9200076.5Z2-422.211025.322000790.181002.222012.66200079Z2-51311034.3200079.50.35144322017.2200079.53.1.4 工作台阻力矩的计算倾斜机构翻转机构的力矩由公式T=G0.01 （3-3）式中： G工件重力；d 轴径；d=90mm。从而得到：=15045=6750 N.mm3.1.5电动机额定功率的确定1）电机容量的确定标准电动机的容量用额定功率表示 ，所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率，也就是：P额定=（11.3）P