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60吨焊接变位机设计开题报告.doc

60吨焊接变位机设计【7张图纸-3A0】【优秀】

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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

摘要III

ABSTRACTIV

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

　　　采用座式焊接变位机，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，倾斜轴在0°—90°的范围内恒速倾斜。该机为座式焊接变位机，稳定性好，一般不用固定在地上，搬移方便。

2.3 驱动系统方案

2.3.1 工作台回转方案

　　　工作台的回转运动应有较宽的调速范围，从0.027r/min—0.27r/min调速平稳均匀，要有双向回转功能和自锁功能。

第一种方案：电动机驱动，经过减速器减速后通过齿轮传动带动工作台回转，要求无级变速。

第二种方案：在全液压变位机，采用液压马达来驱动及控制工作台回转的速度和角度。

2.3.2 工作台翻转方案

　　工作台的倾斜速度恒定，运动要自如平稳并有多重自锁功能。

第一种方案：电动机经过减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜，该方案目前应用很广。

第二种方案：在全液压变位机中采用液压缸直接推动工作台倾斜，对液压驱动方面的要求较高。

第三种方案：电动机经过减速器减速后通过螺旋副使工作台倾斜，该方案应用很少。

2.4 导电装置方案

焊接变位机作为焊接电源二次回路的组成部分，必须设有导电装置。焊接时，强大的焊接电流通过工件和工作台经导电装置传至工作台倾斜轴，再由位于倾斜轴返回到焊机的负极。导电装置提供了一个顺畅的电流回路，有效地防止了焊接电流直接通过齿轮副和轴承，既保证足够的焊接电流，又使机构免遭电流损坏。

　　　第一种方案：采用外接导电装置，主要是采用电刷式的，它由电刷、电刷盒、刷架组成，结构形式多样，在焊接变位机中应用最广。

　　　第二种方案：采用自身导电。必须采用以下措施：①使用带有石墨成分的润②在轴向力的作用下，各传动副之间、轴承内外圈之间要接触紧密。自身导电然省去了专用的导电装置，但对变位机各传动副的装配间隙要求较严，使用中又需经常检查和调整，比较麻烦，采用不多。3 回转机构设计

3.1 工作台回转机构

　　　工作台带动60吨工件以焊速250mm/min—2500mm/min在0°—180°内回转。其回转系统的如图3.1所示。其传动路线大致为：驱动电机——回转减速机——回转支承——工作台。

　　　工作台固定于回转支承上，回转支承固定在支承梁上。回转支承外围上的大齿轮与减速器输出轴小齿轮啮合，通过与减速器输入轴连接的电机的驱动，形成工作台的回转运动。电机和减速器输出轴直联，利用电机的失电制动器来对回转运动进行制动和自锁。

2 方案设计

2.1 设计的基本参数

　　　基本承载能力 60吨

　　　工作台直径 3000mm

　　　工件偏心距500 mm

　　　回转角度 0°—180°

　　　翻转角度 0°—90°

　　　焊接速度 250mm/min—2500mm/min

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内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： 60吨焊接变位机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923237 学生姓名：朱斌指导教师：尤丽华（职称：教授）（职称：）2012年11月25日课题来源本课题来自无锡华联精工机械有限公司的生产实际。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，管与板要自转，同时要倾斜45度，满足船形焊接，要求设计该设备。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）在焊接过程中，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，为了解决这一问题，焊接变位机就理所应当的出现。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。概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处于合适的位置的焊接辅助设备。现在我国生产变焊接的厂家已经不少，但都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化设备有限公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到2010年，国内已开发的变位机产品约130余种规格。然而在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余种系列。在技术上有普通型的，有无隙传动伺服控制型的；产品的额定负荷范围达到0.1KN18000KN。在先进工业国家，焊接变位机已标准化、系列化，并由专门厂家生产，技术指标先进，品种规格齐全，不仅有各种结构形式的通用焊接变位机，也有配合焊接机器人使用的高精度变位机。比较有名的国外公司有：瑞典的ESAB、意大利的ANSALDO、德国的CL00S、奥地利的IGM、美国的LINCOLN和日本的机械株式会社。他们的产品，我国都有引进，其中以引进ESAB公司的较多，兰州石油化工机器厂在1991年就引进了该公司生产的30t焊接变位机；四川东方锅炉厂为了核电站反应容器的生产，1997年也从该公司引进了100t的焊接变位机，长春焊机厂还从日本引进了生产焊接变位机的技术。配合焊接机器人使用的焊接变位机，在我国几乎都是作为焊接柔性加工单元(FMC)和柔性加工系统(FMS)的组成部分一并引进的。据1995年的不完全统计，已引进约200多台，主要用于汽车、工程机械等有关结构的焊接。我国引进的焊机器人柔性加工单元中的变位机，也是针对特定产品研制的，因此价格较昂贵，而技术培训及售后服务却不理想。在技术方面，我国许多工厂引进的弧焊机器人系统己具有机器人与变位机协调运动的功能。这对一些空间曲线或较复杂的焊缝可以始终保持在最佳位置下进行焊接，以提高焊接质量，并能一次起弧就焊完整条焊缝，以提高效率。但是有关技术却往往为外方厂家所垄断，我们并不掌握。从提高我国焊接生产机械化与自动化水平的角度出发，必须加大科研投入，研制高性能的焊接机器人与配套变位设备，力求在自动化焊接领域在国际上占有一席之地。研究内容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。工作台它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。工作盘为直径3000的圆盘用优质钢板焊接而成，在受力部位作了加强处理；退火处理，消除应力后加工。工作盘固定在专业回转体上，保证稳定地承载和回转。回转机构工作台固定在大型回转支承上，保证额定载荷下的承载及回转平衡；回转机构用于带动工件旋转，便于焊头对工件进行环形焊接。工作台底部采用型材焊接成形，在受力部位作加强处理，工作台焊后进行去应力处理，变形小。工作台固定在回转支承上，从而保证稳定回转。采用回转支承承载，固有承载能力大，回转精度高的特点。转支承采用“单排四点接触球式回转支承”（型号为012. 60. 2000 . ）由专业厂家生产。具有结构合理、刚性好、自重轻、寿命长等优点。工作台的回转由交流电机通过双级摆线针轮减速器驱动，减速器输出小齿轮与回转啮合，从而驱动工作台回转。驱动小齿轮采用40Cr材质，并经调质，齿面淬火处理，从而满足高强度的传递使用。驱动采用交流变频无极调速，范围广，以保证在较宽调速范围内的恒扭矩输出。整个回转机构安装在箱型结构的横梁翻转框上，横梁对工件进行支撑承载，并将工件的重量通过横梁传递到两边立柱支架上，能承受大的冲击载荷和扭曲力。采用箱型机构可以有效承载和抗扭能力。翻转机构翻转机构可使工件产生俯仰运动，改变工件的位置便于焊接；采用圆弧硬齿面蜗轮蜗杆减速器具有承载能力大，看冲击能力强的特点，但成本是普通蜗轮蜗杆减速器的2-3倍。翻转工作原理：电磁制动电机-减速器-齿轮-大齿盘-工件，由大直径和大模数的双齿盘才实现工件的翻转，平稳可靠、承载效果好。翻转驱动装置的小齿轮与伞齿啮合，驱动机构翻转；底座机架采用型材焊接而成结构牢固可靠，是整个设备的支撑结构为了保证强度，我们将底座联接为整体，内部行腔根据受力的情况焊接加强筋；底座的延伸支架腿长度应该达到超过其最大重心距的要求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。选择传动形式时，应当考虑的主要指标功率、效率、运动性能、外形尺寸、重量、生产率和成本等。现分别阐述如下：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传递的功率，但是啮合传动中蜗杆传动则因材料关系也不能传递大的功率。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。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。传动比传动比是传动装置的又一种运动特性。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准确性问题。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。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，单极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，蜗杆程度和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常小。机构预期寿命机构预期使用寿命为10年，每天两班制，全年工作300个工作日记则其使用寿命为10*300*2*8=4800小时。总之，综合考虑各种情况，得出一个最优设计方案，设计一个符合实际情况的焊接变位机。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过对输煤系统的实地考察，总结得出输60吨焊接变位机的基本结构，工作方式与原理。然后根据考察的结果，再查阅相关书籍，确定基本的设计参数，进行初步的三维建模。交由指导老师检查，修改。完成后，再对主要载荷部件进行校核。最后出主要零件的零件图，编写设计说明书。可行性分析：我国焊接辅助设备与器具制造行业前景分析我国焊接工艺装备制造行业起步较晚，直到二十世纪70年代初才在上海、成都、长春等地陆续建成一批专门生产焊接工艺设备的制造厂。进入80年代，随着国内焊接工艺装备需用量的日益增长，各地又相继成立多家中小型焊接装备生产厂。近期又新建成或改建具有一定规模的焊接装备生产企业。迄今，我国已有24加焊接装备生产企业，年产量2000万元以上的已有10多家。有些企业发展速度较快，并已具有较大的规模，有些焊接设备已实现批量生产。研究计划及预期成果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。此焊接变位机可解决锅炉行业有大量的管和板的焊接，管子和板的焊接问题，主要体现在下面几个方面：稳定和提高焊接质量，保证其均一性焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度等对焊接结果起决定行作用。采用焊接变位机焊接时对于每条焊接的焊缝的焊接参数都是恒定的，焊接质量受人的因素影响较小，降低了工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。改善了工人的劳动条件采用焊接变位机焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。提高劳动生产率焊接变位机没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用焊接变位机焊接，效率提高的更加明显。今年来我国对于焊接技术有很大的提高，有效提高生产效率，减轻了工人的劳动强度。焊接变位机件大量应用于焊接生产中。特色或创新之处近年来我国焊接变位机行业占整个行业的40%以上，与焊接这个特殊的行业有关，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段。焊接变位机应具有以下技术要求：回转驱动实现无极调速，并可逆转。在回转速度范围内，承受最大载荷时转速波动不超过5%。倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷Q超过25kg的，应具有动力驱动功能。应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。变位机控制部分应设有供自

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