机械毕业设计（论文）-小型台式焊接变位机设计【全套图纸】.doc

河南科技大学毕业设计（论文）小型台式焊接变位机设计摘 要焊接变位机是将焊接工件的焊缝位置转动到平焊位置。便于提高焊接质量，焊接变位机对焊接生产的有利作用是多方面的，能保证焊接质量，提高焊接生产率，改善人工作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程。这也是我们设计焊接变位机的目的。此次设计的主要内容是：设计小型台式焊接变位机,可实现焊接工件的回转、倾斜，以便使工件上的所有焊缝通过回转和倾斜后都能处于水平和船形焊位置，以便于焊工操作进行焊接。 小型台式焊接变位机正是当前众多焊接机械产品的一种，在本次设计中，参照设计数据和相关资料，首先选择机构和传动方式，确定机构各个部分的传动功率、转矩和进行强度计算和校核，保证机构的合理性，使得设计出的装备能在给定年限内正常工作；然后对各个机构进行连接设计，画出结构简图；最后设计细节问题，画出总装图，保证了产品的可生产性，便于规模化生产。 本次设计的主要内容是一个回转机构和一个倾斜机构，整个机构简单可靠，操作方便。关 键 词：焊接变位机，机座，回转机构，倾斜机构，变位原理THE DESIGN OF SMALLWELDING DEFLECTION-MECHANISMABSTRACTWelding displacement mechanism turn the welded joint of the welding work piece to the position of equilibrium to improve the welding quantity .The benefit that welding displacement mechanism provide to the welding is various. Can guarantee the weld quantity, improve welding rate of production and human workplace condition, realize mechanization and automation of the welding production line. This is the purpose that we design the welding displacement mechanism.The main content of this design is: The design of small welding deflection-mechanism, can realize turning and incline to the welding work piece, so as all the welded joint of work piece can on a horizontal position through turning and rotating, then the worker can weld. The small welding deflection-mechanism is a sort of the numerous welding mechanical products. The design choosing machine and its transmission made in reference of data and interrelated datum and ascertained the power of different parts and torsion. This ensures rationality of the machine and makes the design of equipment in the given normal life. Then the connection of machines was designed and the frame chart was draw. At last details were designed and the assemblage chart was draw which ensures the manufacturing. The major content of the design were rotating body and an inclining machine .The entire institution is simple, reliable, and easy to operate.KEY WORDS : Welding displacement mechanism, the base of machine, turning gear organization, tilting mechanism，displacement principle符号说明圆周速度 当量弯矩 应力循环次数 传动效率， 应力修正系数齿轮许用接触应力齿轮许用弯曲应力寿命系数转矩模数载荷系数传递功率圆周率齿数齿形系数目 录前 言1第1章 焊接变位机的认识与设计51.1 关于焊接变位机几个基本定义的讨论51.1.1 焊接变位机的定义51.1.2 主自由度及全功能焊接变位机51.1.3 焊接变位机的变位自由度51.1.4 变位机的第一主参数-额定负荷61.2 焊接变位机型式及功能设计61.2.1 型式设计（自由度设计）61.2.2 结构设计61.2.3 功能设计71.3 焊接变位机的分类和型号编制办法71.3.1 分类方法71.3.2 型号编制的基本要求71.3.3 产品代号设计71.3.4 焊接变位机基本系列与类组划分81.4 毕业设计的目的、内容、步骤及注意问题的概述81.4.1 毕业设计的目的81.4.2 毕业设计的内容81.4.3 毕业设计的步骤91.4.4 毕业设计中应该注意的问题9第2章 总体方案设计10第3章 小型台式焊接变位机设计与计算123.1 回转机构驱动功率计算及电机选择123.1.1 回转机构驱动功率计算123.1.2 电机的选择133.1.3 电机传动动力路线133.2 设计回转减速机构133.2.1 计算总传动比及分配各级传动比143.2.2 计算传动装置的运动的动力参数143.3 同步带传动的设计计算143.4 直齿圆锥齿轮的设计计算163.5 轴的设计计算183.5.1 输入轴的设计与校核183.5.2 回转轴的强度计算及设计校核233.6 滚动轴承的选择及计算263.7 键连接的选择及校核计算283.8 设计倾斜方案293.8.1 方案确定293.8.2 倾斜小轴的强度校核303.9 升降丝杠圆锥滚子轴承的选用与校核31第4章辅助部件的设计选用324.1 手轮、手柄的设计选用324.2 导电装置的确定32结 论33参考文献34致谢3520河南科技大学毕业论文前 言焊接变位机是焊接变位机械中焊件变位机械中的一种。在我国，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，获得了广泛的应用。就型式系列和品种规格而言，已问世的，约有十余个系列，百余品种规格，正在形成一个小行业。人们希望这一产品能健康、有序、迅速的发展；企业能在一个平等的技术上竞争。在我国，乃至国际范围内，有关焊接变位机的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题，甚至存在某些量纲混淆问题，随着我国已制定了焊接变位机行业标准一些问题渐渐有一个统一的认识。在人们的眼里，可能认为焊接变位机是一个无足轻重的产品。然而，在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余系列。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。可以说，焊接变位机是一个品种多，技术水平不低，小、中、大发展齐全的产品，焊接变位机已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从而获得了广泛的应用。1 国内外焊接变位机发展简介一般说来，生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家，大都生产机器人配套的焊接变位机。但是，以焊接变位机为主导产品的企业，非常少见。德国公司，美国公司，我国天津鼎盛工程机械有限公司等，算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的、奥地利、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍。1) 德国公司该公司主要生产种类型的产品，其中种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机，按其功能讲，均包括基本型、调速型、程控型和机器人配套型等种产品。(1)型，包括型等个产品系列。即：型双回转式、型双回转升降式；型双回转-倾翻式、型双回转-倾翻升降式；型双回转式、型双回转升降式；型双回转-倾翻式、型双回转-倾翻升降式。(2)型，包括型个产品系列。即：单座单回转式、单座单回转升降式；型双回转式。(3)型，包括型个产品系列。即：立式单回转；立式单回转双工位。(4)型，包括等个产品系列。即：双座单回转分体式；双座首尾单回转式；型双座双回转式；双座首尾单回转尾架移动式；双座首尾倾翻尾架移动式；双座轴单回转式；单座滚圈单回转式、双座滚圈单回转尾架移动式。(5)型：包括型，个多轴（自由度）产品系列。即：立式轴单回转双工位式；立式单回转双工位倾翻-回转式（轴）；立式单回转多工位型双回转式（轴）；立式单回转双工位型双回转倾翻式（轴）；立式单回转双工位双座单回转式（轴）；立式单回转双工位型双回转式（轴）；立式单回转双工位卧式单座单回转（轴）。(6)型：包括型个产品系列。即：倾翻-回转式；倾翻-回转式。(7)型：包括型个产品系列。即：立式多工位式轴（自由度）单回转；立式多工位倾翻-回转式（自由度）；立式工位立式轴单回转。以上共个产品型式，每种型式都包括上述四种功能的产品，相当于个产品系列。额定负荷为。2） 美国公司美国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。其承载能力范围为吨。(1)手动双回式。系列，型号。承载能力磅磅。(2)小型倾翻-回转式。系列，型号，承载能力分别为磅、磅、磅。(3)倾翻-回转式，倾翻角度。系列，承载能力磅万磅(4)倾翻-回转（换销）定位升降式，倾翻角度。系列，承载能力磅万磅。(5)倾翻-回转（齿轮齿条）无级升降式，系列，倾翻角度，型号，承载能力磅万磅。(6)倾翻-回转式，倾翻角度，系列，型，承载能力磅万磅。(7)双座双回转式，系列，最大产品承载能力为吨。(8)单回转式系列，承载能力为磅万磅。(9)单回转（齿轮齿条）升降式，系列，承载能力为磅万磅。3） 德国公司德国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，还生产卧式单坐单回转、立式单回转以及各种多轴焊接机器人配套的变位机，如立式多工位卧式单回转型（轴）、立式多工位型双回转式（自由度）、立式多工位倾翻-回转（轴）、立式多工位倾翻-回转单回移动转式（轴）等。这些产品的主参数，最大允许承载能力用表示。4） 日本松下公司日本松下公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备焊接变位机有个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等作成了标准模块，集合而成这些产品系列。按轴数和结构型式分类。轴变位个系列，即：立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式；轴变位机有个系列，即：型双回转式及卧式单座单回转式；轴变位机有个系列，即：立式多工位立式单回转、卧式多工位双座单回转式、卧式单座单回转式；轴变位机有个系列，立式多工位型双回转式。最大有效负荷 。5） 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。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、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到年，国内已开发的变位机产品约余品种规格。以下简述这些变位机的基本型式。(1)全双回转式。包括、型双回转式。(2)倾翻-回转式焊接变位机。(3)单回转式焊接变位。包括三种型式：双座单回转式、双座单回转尾架移动式、单座单回转。 以上基本型产品发展了个系列，主要为普通型，用于手把焊。此外，还有调速型、联控型（、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），如，立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等；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。结束语(1)从行业管理上考虑，任何一个产品产业，都应有完整的类组划分。在焊接领域，如果把焊接工艺装备，与焊机等并列为一大类产品，那么，焊接变位机可以作为焊接工艺装备的一个子类产品。与主机“焊机”相比，辅机-“变位机”比主机精、重、贵。把他划为焊接工艺装备的一个子类，更为确切。(2)德国一个小公司，生产的焊接变位机达余系列。本文给出的型式及功能设计，也有几十个产品系列，并且在我国工程机械行业，得到了发展。与其不相适应的是我国标准。实施的焊接变位机行业标准，所说的焊接变位机，只有倾翻-回转式一个系列，在年标准修改中，稍有些改变。(3)涉及到焊接变位机的基本概念，定义、量纲等本文作了阐述。加上其他技术参数，不求国际一致，但求国内统一。使企业之间，能在同一技术标准下发展、竞争。(4)关于焊接变位机型号编制方法，由于企业之间的竞争，很多企业对产品的法定代号给淡漠了。把企业名称代号冠以产品代号上，强化了商标意识。尽管如此，本文认为，起码第一主参数和量纲应该得到统一。(5)我国焊接变位机的发展和应用，近十年来，工程机械行业带了一个头。首先是大型企业和外资企业应用，外资企业达到了不落地焊接。目前，在股份制企业的技术改造中，逐渐向外资企业看齐，展望未来，我国焊接变位机会得到健康的发展 (其中有些内容摘自耀华焊接有限公司的耀华焊接的一篇文章) 。2 本课题的设计在本次设计中，主要参考焊接变位机的特点和功能进行综合设计。在设计中，采用的是类比设计方法，同时参考强度和刚性的计算。设计内容主要是焊接变位机的设计方案选择与计算、回转轴设计、齿轮的选用与校核、旋转机构、倾斜机构、顶针机构等的主要零件、机构的受力分析和强度校核、经济技术分析等。第1章 焊接变位机的认识与设计1.1 关于焊接变位机几个基本定义的讨论1.1.1 焊接变位机的定义 在我国，焊接变位机是一个年青的产品。由于制造业之间发展水平的差异，很多企业的焊接工位，还没有装备焊接变位机；同时，相关的研究也比较薄弱。迄今为止，没有专门著作去研究它的定义和分类。对它的称呼也就不可能规范化了。同一种设备，不同的企业和不同的人可能有不同的称呼。如：转胎、转台、翻转架、变位器、变位机等。为此，我们需要赋予它一个定义。我们称：用来拖动待焊工件，使其待焊焊缝运动至理想位置进行施焊作业的设备，称焊接变位机。也就是说，把工件装夹在一个设备上，进行施焊作业。焊件待焊焊缝的初始位置，可能处于空间任一方位。通过回转变位运动后，使任一方位的待焊焊缝，变为船角焊、平焊或平角焊施焊作业。完成这个功能的设备称焊接变位机。它改变了可能需要立焊、仰焊等难以保证焊接质量的施焊操作。从而，保证了焊接质量，提高了焊接生产率和生产过程的安全性。1.1.2 主自由度及全功能焊接变位机 可以肯定的讲，如果一台变位机拖动焊件，仅做直线运动，哪怕是三维的，也不可能改变焊缝的姿态，满足施焊要求。也就是说，变位运动是回转运动，称此回转运动为变位机的主自由度。还可以做这样一个假设：在直角坐标系下，设有一空间直线焊缝，绕轴可在范围内回转，且这个轴连同这一焊缝又可绕（或）轴在范围内回转，那么，经此变位的焊缝，便可变到船角焊位置进行施焊作业。换言之，一个焊口由两个面的共线和夹角组成，在上述两个回转范围内，经恰当的回转，便可使其共线与水平面平行，且这两个面与水平面的夹角相等，各为，即变为船角焊位置。这个假设是说，任何复杂焊件，只要装在主自由度为一个全回转和一个半回转的焊接变位机上，即可实现船焊要求。我们称这种双回转式焊接变位机为全功能变位机7。1.1.3 焊接变位机的变位自由度涉及到用户对设备装备的理念，以及考虑用于手把焊和自动焊的不同用途，选择和设计焊接变位机时，除主变位自由度外，还要考虑增加辅助变位自由度。如大件焊接，可增加升降运动自由度，如上述美国、德国这种产品很多。另外，某些焊件，由于焊缝分布简单，用一个回转自由度就可以解决焊件中大部分和重要焊缝的船焊要求，其余少量非重要焊缝，虽然，不能实施船角焊，但可以实施平角焊。这样，为简化设备造价，工艺上便考虑采用单自由度或功能退化的焊接变位机，即单回转式变位机。根据使用要求，同样也可以增加辅助自由度。例如，升降式和尾架移动式等等。还有一些工位变位机，为适用于焊接工位的工艺要求，这种焊接变位机的某些自由度，与施焊无关。还有从工位设计和稳定性考虑，两台或多台焊接变位机合并设计，这样就出现了多种工位变换和组合式多自由度焊接变位机产品。1.1.4 变位机的第一主参数-额定负荷本文把最能描述焊接变位机工作能力的参数，称第一主参数。焊接变位机不同于其他加工设备，它的基本负荷就是焊件的“重量”。各国的焊接变位机，都是由此给定第一主参数的。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，如德国公司、公司，瑞典公司等，用重力单位表示；美国公司用英美制质量单位（磅）表示；日本某些公司用国际质量单位表示；我国的焊接变位机行业标准，采用了国际质量单位，但鼎盛公司采用了重力单位。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、最大负荷、基本承载能力、承重能力、许用载荷（许容荷载）、最大有效负荷等等。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。笔者认为量纲的确定，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。与此相关的回转技术参数力矩，应该用表示，这样，与国际单位制就统一了。这是本文推荐的办法。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或许用载荷，都不能说准确的表达了这个量。现在给定一个公式：式中：为焊件质量；为重力加速度，即为重力；为动荷系数；为安全系数。称为额定承载能力或额定负荷。动荷系数、安全系数，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。关于额定负荷的参数系列，以及回转或倾翻力矩两种参量，不再讨论1.2 焊接变位机型式及功能设计1.2.1 型式设计（自由度设计）(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； 双回转式，其转角为一个为，另一个为；倾翻-回转式，其转角一个为，另一个为。(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。图3-3 输入轴的尺寸图 此处已删除图3-13 轴承内部轴向力受力分析4. 当量载荷：由于，由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为：5. 轴承寿命校核 所选轴承是满足使用要求的。3.7 键连接的选择及校核计算键的类型可根据连接的结构特点、使用要求和工作条件选定。键的尺寸（键宽和键高）按轴的直径由标准中选定；键的长度可根据轮毂长度确定，轮毂长度一般可取，键长等于或略小于轮长度，导键按轮毂长度及其滑动距离而定。键的长度还须符合标准规定的长度系列。输入轴：1.择键联接的类型和尺寸一般级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用薄型平键.根据 查表取： 2校核键联接的强度 工作长度 键与轮毂键槽的接触高度 得： 合适取键标记为： 键：回转轴：1.择键联接的类型和尺寸轴段上的直径为，则可取圆头普通薄型平键，公称尺寸 键长 2校核键联接的强度 工作长度 键与轮毂键槽的接触高度 得： 合适取键标记为： 键： 小型台式焊接变位机机械机构各机构旋转力矩、扭矩、转矩和弯矩都较小，在加工方便的允许条件下，一般选用较小的零件组合该焊接辅机，一般在强度等方面要求都能满足设计要求。3.8 设计倾斜方案3.8.1 方案确定图 3-14 工作台倾斜机构图工作台的角度倾斜手动实现,其工作原理：卸去螺钉，加滚花螺栓、锁紧螺母、小轴、支脚、锁紧螺钉（图 3-14），可使旋转机构绕小轴在范围内进行调节，以适应工件在倾斜位置的施焊。3.8.2 倾斜小轴的强度校核图 3-15 倾斜轴受力图危险位置定为旋转机构倾斜时，倾斜小轴危险截面受到的剪切应力和挤压应力。回转机构总体积：回转机构总重量： -密度为支撑总重量：受力分析：解得：，已知号钢的许用剪应力为，许用挤压应力为剪切应力：挤压应力：由于倾斜轴较短，且受力不大，所以其弯矩忽略不计。3.9 升降丝杠圆锥滚子轴承的选用与校核选择圆锥滚子轴承升降丝杠圆锥滚子轴承强度校核：旋转机构总重量，材料为；台板的尺寸 ，材料为；套筒尺寸 ，材料为钢；短丝杠尺寸，材料为钢；燕尾槽尺寸为，材料为钢。作用于轴承上的总作用力： -密度为-密度为 -钢密度为轴向力：满足强度要求。由于非连续工作，所以寿命计算可忽略不计。第4章辅助部件的设计选用4.1 手轮、手柄的设计选用1.操纵手轮、手柄的操纵力在机床行程范围内应均匀，不应大于表1中的数值。表4-1 操纵手轮、手柄操纵力主机质量，t22551010经常用手轮、手柄操纵力 (N)406080120不经常用手轮、手柄操纵力(N)60100120160用于夹紧、锁紧、顶紧以及增加阻尼等特殊要求的手轮、手柄的操纵力按设计要求。极少使用的调整或维修用手轮、手柄的操纵力按设计要求。变型机床的手轮、手柄的操纵力按基型要求。注：1，每班使用次数大于25次的手轮、手柄为经常用手轮、手柄。 2，经常使用的手轮手柄，在工作过程中不影响运动的一般不做拆卸要求；而影响机构运转的、不经常使用的要拆卸。2. 操纵手轮、手柄的安装高度（从地面或操作台、踏脚板到手轮、手柄的中间位置的距离）应符合表2的规定。操纵手轮、手柄的位置高于2m的机床，应设置操作台、踏脚板等。表4-2 操纵手轮、手柄的安装高度使用情况操纵手轮、手柄距地面的高度，m经常使用0.51.7不经常使用0.301.85仅调整时使用24.2 导电装置的确定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。目前，在焊接变位机上主要采用电刷式的导电装置，它由点刷、电刷盒、刷架等组成，结构形式多样，导电装置的电阻不应超过；电刷数量应根据焊接额定电流来确定，其总过流能力应是焊接额定电流的倍1。结 论毕业设计是对在校期间所学的理论知识的全面综合运用,在明确了设计任务后，通过从资料中了解有关设备和查阅相关文献,然后通过调查研究,结合实际设计出符合要求的设备.设计小型台式焊接变位机,可实现焊接工件的回转、倾斜，以便使工件上的所有焊缝通过回转和倾斜后都能处于水平和船形焊位置，以便于焊工操作进行焊接。机械机构设计主要包括：小型台式焊接变位机的总体机构设计、变位机底座、滑台设计、回转机构、顶针机构、倾斜机构等的机械设计、装配图和零件图设计。传动方案的设计包括：电动机输出功率经一对锥齿轮传递到旋转轴，从而通过旋转机构上的弹簧夹头和顶针机构夹紧工件施焊；工作台的水平移动是靠手柄旋转导向轴驱动工作台移动；工作台的垂直移动是靠手柄转动，经一对锥齿轮沿导向机构驱动滑台移动；顶针机构是通过转动其上的小手柄，带动与齿条相啮合的齿轮转动，从而使顶针机构沿导杆上下升降；工作台的倾斜是通过工作台的手动倾斜机构来实现的。由于设计时间太短，再加上对焊接变位机实物不曾了解，设计的内容只涉及了焊接变位机的机械部件的设计，这使我感到在整体不是很完善。以后我们应该在焊接装备的控制系统方面加强设计能力，发挥机械设计制造自动化专业的优势所在。另外还要加强实