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长轴式焊接滚轮架设计【含3张CAD图纸】,含3张CAD图纸,长轴式,焊接,轮架,设计,CAD,图纸
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外文资料译文1外文资料译文磁化接触滑动时钢的表面改性摘要我们在直流磁场的环境中研究强磁性钢表面的滑动接触的力学性 质的改变。磁场加于钢销，测试时保持不变。实验在室温，不同的负载，滑动速度和磁场强度下进行。实验结果表明，在室温下施加的磁场降低摩擦系数的波动和磨损 率，增加滑动面的显微硬度。磁化的滑动接触界面的薄涂层位错密度增加。我们建立了集聚位错滑动接触的一个简单模型。通过对观察和分析表面可解释结果。光学显微镜观察表明，当施加磁场时滑动面覆盖有薄的黑色颗粒。磁场加速了表面的氧化。关键词：摩擦系数；磨损；磁效应；钢1.绪言磁场可能引起在机械性能和磁钢表面摩擦磨损状况的变化。大量 的 研究 证明 了磁场对材料 摩擦学性能的影响 1-8.。当刀具的许多摩擦学参数被磁化1-4，如磨损机理，滑动接触噪声，滑动表面着 色，表面的显微硬度和振动，它就被改变了。以前实验观测的现象 都没有进行详细的讨论，在某些情况下，矛盾的信息也被报告。一 些报告表明，磁化强度增加磨损率 1 3 ，而其他的则认为磁场降低表面能从而降低磨损率 47 。在本文中， 我们报告 XC48 钢对 XC48 钢的摩擦测试期间获得的实验 结果和机械的表面特性。我们解释和讨论磁场对滑动面的机械性能 变化的影响，如显微硬度。重要的是要理解磁场对滑动接触的力学性能的内在影响和对其他现象的影响如氧化现象中的氧化。外文资料译文2我们讨论这种行为一方面用磁场在钢的位错的作用和对其表面硬度和脆度的影响，另一方面用其对表面氧化的提高。2.实验过程磨擦实验用受到与摩擦面垂直的磁场的针盘在常温下进行。 （图1）图 1 摩 擦 计圆盘的直径是 50mm， 引脚是 5mm。 它们都实验前用超细砂纸 （1200级 ）抛光，然后用酒精清洗。引脚或光盘的磨损量的获得通过用微量 天平测量其在实验之前和之后的重量变化获得。试验持续时间介于 10 分钟和 1 小时。环绕整个引脚的磁场是通过直流线圈缠绕引脚获得的。磁场强度根据电流的强度变化在 0 和14105 . 4Am。 所施加的磁场对滑动表面是 正常的且在每个实验过程中保持恒定。滑动速度和正常负荷分别变化在 0-1.5 和 0-10之间。 接脚和光盘材料为 0.48碳铁素体钢。用光学显微镜分析销表面，盘表面和耐磨耗粒子。3.结果与讨论3.1 磁场对摩擦系数稳定的影响图 2 表示摩擦系数随时间的变化。当没有磁场时，摩擦系数有显著的波动。当施加磁场时(H= 1.8.104 A m-)，波动减弱了。外文资料译文33.2 磁场对磨损的影响我们已在磨损机器销和圆盘上研究和分析的磁性的影响。图 3显示相对于磁性强度磨损率的变化。它显示随着磁场强度 H 的增强的 磨 损 率 降 低 。 磨 损 率 W 的 变 化 可 以 分 为 两 部 分 。 低 于 关 键 值(1103. 2AmHc)的变化非常明显，而高于关键值的变化不明显。正常负荷和滑动速度在磁化的的影响下滑动接触磨损率示于图4 和 5。实验结果表明，磁场的影响随正常负荷和滑动速度的增加而增加。当给定一个正常负荷（图 4）和滑动速度（图 5）磁场在磨损率 的影响与磁场强度并不相成比例。这种影响在低于关键值下很重要，随着 H 值的增加而增加。在关键值上这种影响是恒定的。这个关键值并不明显的依赖于正常负载或滑动速度（图 4 和图 5） 。外文资料译文4图 3磁 场 强 度 对 圆 盘 和 销的 磨 损 的 影 响图 4 正 常 负 载对 销 的 磨 损 率 的 影响图 5磨 擦 速 度对 圆 盘 磨 损 率 的 影响3.3 滑动面的分析光学分析圆盘的摩擦表面 P =6 N，V=1.341ms，T= 30min，在有或无磁场环境下，结果表明，当 H = 0 时，摩擦表面不太氧化。相反，当14105 . 4AmH摩擦表面氧化严重，看起来是黑色的。上面覆盖有许多细磨损颗粒黑色的氧化物。3.4 磁场对表面粗糙度的影响我们所控制的另一个重要参数是每个摩擦磨损测试后的表面粗糙 度 Ra。我们在室温下测量 Ra1024 个点，在干燥条件下，正常的外文资料译文5引脚上的载荷 P 为 8 N， 摩擦速度为 10 米每秒， 摩擦距离 L1200 米， 。试验在具有和不具有的磁场的情况下将进行。结果于表 1 中。我们观察到引脚和光盘摩擦表面在有磁场时比没有时更粗糙。表一在有和无磁场条件下圆盘和销摩擦前后的表面粗糙度3.5 磁场对钢在静态和动态的氧化的影响动态滑动接触的磨损产生的粒子磨料磨损，可以达到较高的闪点 温度，我们无法控制，并且产生塑性变形，使氧化过程中的磁场的 作用是很难推断的。为了阐明这一点，我们在有磁场存在时研究颗粒的氧化在受控的温度条件， 。三个试样的滑撑颗粒被放置在一个热控制腔室（100，150 和 200）在有或无磁场的存在（图 6） 。6 h 后测量试样的质量变化准确给予指示氧化的程度。图 6 试 验 炉010mmm0m是时间 t 的质量，而1m是最初的质量。质量的变化显示在图 7 中， 在表中显示有磁场环境中的质量增长更多比没有磁场：氧化在磁场环境中加速了。外文资料译文6图 7磁 场 环 境中 氧 化 质 量 的 增 加在高温和强磁场的环境中，金属颗粒从银灰色到棕色最终变为黑色。如果铁的氧化过程遵循抛物线定律 ET （因为它是有限的扩散通过不断增长的氧化物层） ，每单位面积的氧的质 Am 量：21tKmp其中，t 为实验时间,Kp 是抛物线常数。/expRTQAKppA 是的 Arrhenius 常数，QP 为氧化活化能，R 气体常数，T 为绝对的温度。总表面积 1.0 克质量的钢屑约 285 平方厘米，因此)(285/20cmmgmm利用公式（1）计算值。In（KP）值和（l/ T）之间的关系是线性的在磁场中，如 8 图所示，这支持氧化的过程遵守 Arrhenius 方程。实验中图 8 的线用最小二乘法绘制。RTtmAQp)/ln(ln2外文资料译文7图 8pK和 1/T 的 关 系因此，氧化活化能pQ能从图 7 中的数据计算。pQ的斜率，随磁场 强度的增加而减小。从这项研究中，我们可以得出结论的附加磁场降低氧化动力学激活钢的能量，从而增加了氧化。3.6 滑动面的显微硬度在表 2 中， 我们得出了引脚为钢滑动表面在具有和不具有与施加的磁场的不同的测量显微硬度梯度。应用正常负荷为 8 N，滑动速度0.67ms，环境测试持续时间为 1 小时，在常温下。钢的显微硬度梯度滑动面由下式给出01vvvHHH0vH是时间的显微硬度吨 t= 0（203639NmmHv） ，1vH的硬度经60 分钟滑动。结果表明，显微硬度在磁场中的梯度增加。带磁表面显微硬度的演变研究领域和正常负载恒定滑动速度和持 续时间。很显然，其表面（其厚度不控制）显微硬度增加随磁场强度和施加正常负载滑动。3.7 磁场在滑动接触中对表面显微硬度的影响依赖应力的磁化强度被重点研究，在能量方面也可以被描述与自发磁化方向的应力在一个域中。因为自旋轨道耦合磁性或准磁势力导致磁致伸缩。 而且 场和机外文资料译文8械 应力域的边界发生变动。这位移允许某些领域根据场准确确定自己 的方位和依靠其它来壮大。磁畴的生长抑制域边界有利于材料中的 位错运动。缺陷从块体材料迁移到表面。当磁场被施加到滑动接触靠近槽口的凹凸变形错位集聚将得到加强，从而进一步鼓励代 空缺-1,2。凸变形联系错位集聚靠近槽口将得到加强，从而进一步支持空缺-1,2。在先前的位错模型中，在有或无磁场时我们展示了强度和位错的关系2。其 中0是 初 始 位 错 密 度 , 无 磁 场 和 无 接 触 ;0和H的 滑 动 接 触区域中的位错密度，带有和不带有一个磁场。0v和Hv分别为带有和不带有磁场的位错的速度; t 是滑动时间，r 无穷小的模型区域为半径，位错模型 MujuI-3表明计算铁在室温下用4 . 4/2000001vvAmHH因此0H在磁场中位错的扩散将会增加，从而修改金属硬度导致改变机械金属表面的性质。4.结语本文说明一个直流磁场对铁磁钢表面力学性能对和摩擦行为的影响。一个垂直于滑动接触表面的磁场诱导表面以下现象：（ 1） 钢颗 粒 的氧 化 在静 态和 滑 动状 态 在加 速 ;由 轻微 向 严重 过渡；滑动表面覆盖有细黑色磨损颗粒。（2）在材料中移动的位错增加。这增加了创建边界的滑动面的缺陷密度。集聚的缺陷增加了表面显微硬度。（3）施加磁场时干接点摩擦系数是非常稳定的。滑动接触时，在 磁场环境下，会在接触表面形成一个硬质钝化涂层。这种涂层减少滑动磨损。外文资料译文9参考文献1M.K. MujuandA. Ghosh,Effectof MagneticFieldonWeal;ASME, 75-PT-5, 1976,p. 1.21D.Paulmier,L.PanandH.Zaidi, Proc.FourthInt.CotonTechnologyof Plasticity, Beijing, China, 1993,pp. 146-150,31 iVI.K. Muju, Wear, 58(1980) 49.41K. Kumagai, Wea; 162-164(i993)196.5K. Kumagai, J.TribologyInt.,25(1992) 91.6K. Kumagai, Bull.Jpn.Soc. Precis.Eng.,I9(1985) 43.71D.K. Paland N.CPas, Weal; 53(1973) 195.8L. Pan,Thesis,1995,INPL, Nancy, France.长轴式焊接滚轮架设计摘要在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。目前国内外众多的焊接设备制造厂都在生产焊接滚轮架。产品规格型号多，结构差别大，各自适合不同的用途，各有特点。国内的重型焊接滚轮架用户主要集中在大型石油化工、锅炉制造、电站设备制造、重型设备制造行业。使用的焊接滚轮架来自不同的国家。焊接滚轮架是借助工件与主动滚轮间的摩擦力来带动工件旋转的机械装置,主要用于回转体工件的装配与焊接。 本次设计题目是一台 2 吨长轴式焊接滚轮架。长轴式焊接滚轮架多是用户根据焊件的特点自行设计制造，市场可供选用的产品很少。考虑负载的压强取滚轮架宽度为 1796 毫米,综合考虑受力情况的大小取滚轮架长度为 3445 毫米。其设计的主要内容包括：2 吨长轴式焊接滚轮架的底座，主动滚轮机构、从动滚轮机构机械设计、装配图和零件图设计。并编写相应的设计说明书。对滚轮架、调整方式、传动方式等可采用不同的设计方案。整个机械系统应简单可靠，操作方便、经济适用。关 键 词：焊接，滚轮架，长轴式THE DESIGN OF LONG AXIS TYPE WELDINGROLLER FRAMEABSTRACTNowadays, with the fast development of the science and technology, weldalreadytranslatestoaengineeringtechnicssubjectincludingmaterial,metallurgy, structure, mechanics and electron from a sort of conventional hotwork. Furthermore, with the development and the advancement of the correlatetechnology, more and more new knowledge , enter into weld technology. Atpresent, lots of both national and international manufacturing plant all productwelding roller carrier. There are numerous types for different structures withtheir own characteristics to fit different use. The user of the national heavyweldingrollercarrieraremostlyinthefieldoflargescalechemistry,manufacture of the equipment in electronic generate factory, manufacture ofheavy equipment. The welding roller carrier they use come from differentcountry.The welding roller carrier is a mechanic device to make the workpiece torotate by the friction between the workpiece and the initiative roller. It mostlyused in the assembly and welding of the turning workpiece. This thesis is thedesign of along axis type welding roller carrier for 2 ton. The long axis typewelding roller frame are mostly manufactured by the user themselves becausethere are very few product in the market .The width of the roller carrier is 1796mm considering the pressure of the workpiece. Its length is 3445mm consideringthe condition of the load.This thesis mainly includes the design of long axis type welding roller framebase ,the initiative roller device, the driven roller device,assembly drawings anddetail drawings of the foundation, etc. The design specification is also needed.Itcould use different project to design the foundation, the type of adjustment, thetype of drive. The whole mechanic system should be reliable, simple, convenient河南科技大学毕业设计（论文）to operate and economical.KEY WORDS：Welding,Roller carrier,Long axis type河南科技大学毕业设计（论文）目录前言.1第 1 章 课题简介及焊接滚轮架发展史. 31.1 课题介绍.31.2 国内外的发展现状.13第 2 章 焊接滚轮架的整体方案设计.142.1 滚轮的选用.152.2滚轮架的选用.152.3 焊接滚轮架拖动与调速方式.16第 3 章 电机的选择.16第 4 章 零件的校核.204.1 轴的校核.214.2 轴承与键的校核.22结论.26参考文献 .27致谢.28河南科技大学毕业设计（论文）1前言在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。焊接已成为最流行的连接技术1。焊接滚轮架应用于大型石油化工、电站设备制造、重型设备制造行业。焊接辅助设备，可根据筒体直径大小采用丝杆调节或螺钉分档移动滚轮调节中心距,与操作架、电焊机配套使用，可实现工件内外纵、环缝的焊接。进口变频器无级调速，精度高、范围广。用新材料制成焊接结构， 焊接热效应会引发结构不完整性,即使采用特种焊接技术,仍然还会有三个方面的问题:(1)冶金不均匀性（母材、HAZ、焊缝）(2)几何不完善性（变形、偏离设计容限）(3)力学不连续性（应力集中、缺陷、损伤）焊接科技发展的历程就是不断解决这些难题,寻求最佳方案的历史。 为满足现代运载工具更快、更轻、更强（更高、更远、更深）的技术目标，对焊接结构完整性研究和技术开发越来越显得重要。从产品结构服役全寿命周期的安全、可靠出发，从最终用户提出的技术要求，设计师们的构思与选材开始，制造工程中的方法与技术的优化和使用过程中的维修与监测，均应科学地引入断裂力学判据、损伤容限准则，加强焊接力学（裂纹力学、应力变形控制）研究2。焊接滚轮架的应用可以给人类带来许多好处,如：1减少劳动力费用；2提高生产率；3改进产品质量；4增加制造过程的柔性；5减少材料浪费；6降低生产成本；河南科技大学毕业设计（论文）27消除危险和恶劣的劳动岗位。焊接滚轮架机械部分的设计是焊接滚轮架重要部分,其它系统的设计应有各自的要求,但必须与机械系统相匹配,相辅相成,组成一个完整系统。本次设计的是长轴式焊接滚轮架。设计内容主要包括:1.长轴式焊接滚轮架的底座、主动滚轮机构、从动滚轮机构、减速器机构等的机械设计、装配图和零件图设计；2.对滚轮架、调整方式、传动方式等采用不同的设计方案方案；3.整个机械系统应简单可靠，操作方便、经济适用。4.编写相应的设计说明书。河南科技大学毕业设计（论文）3第 1 章 课题简介及焊接滚轮架发展史1.1 课题介绍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，焊接都有这广泛的应用。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。焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称为焊接工装。焊接工装主要用来安装和夹持待焊工件，使焊接时便于施焊，以保证焊缝的质量，并提高生产效率。大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要个制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者定做。焊接工装也在汽车、摩托车、飞机、造船及航天等国民经济的各个领域中发挥着重要的作用。焊接工装在焊接自动化及机械化的过程中也扮演着重要的角色：在装配定位焊件时，如果不使用工装夹具，即使焊接组合件尽由两三个零件组成的，欲保证各零件精确的相对位置，也是不可能的。此外，在焊接过程中，焊接件一般会由于受热不均等原因而发生焊接变形，尤其是复杂的焊接结构，其变形有时会无法消除，这样就会影响以后的装配工作。采用工装夹具，不仅可以保证焊接时工件间的相对正确位置，而且可以防止和减少工件的焊接变形。批量生产的时候，这种优点就更加明显，可以稳定焊接件的质量，减少次品的产生。河南科技大学毕业设计（论文）4焊接结构生产过程一般包括：下料，装配，焊接，清理，检验及焊后热处理等工艺工序。一般来说焊前的下料，开坡口，清理工件表面等准备工作一般都要占据整个焊接时间的大部分，有时候焊接过程占用的时间反而很少。在这种情况下如果使用高效率的焊接工装夹具，那么就可以极大的缩短焊接前装配时间，从而缩短了整个生产周期，提高劳动效率，缩短了单位产品的生产时间而降低了成本。采用工装夹具，工件定位迅速，装夹方便，省力，减轻了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动；焊件的反转可以实现机械化，变位迅速，使焊接条件较差的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置焊缝，劳动条件改善，同时也有利于提高焊缝的质量。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。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还可以按 1.用途 2.应用范围 3.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。河南科技大学毕业设计（论文）53）装配焊接工艺装备。着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作。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。三.常见的焊接机械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，并可充分发昏各种焊接方法的效果。焊接机械可以分为以下三大类。1）焊接变位机焊接变位机是将工件回转，倾斜以便使所有的焊缝置于水品和船形位置的机械装置。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。河南科技大学毕业设计（论文）6图 1-1 伸臂式焊接变位机2，座式焊接变位机，是目前应用最广泛的一种焊接变位机械，载重量一般为 1 至50 吨之间。3，双座式焊接变位机，有较高的稳定性，试用与大型和重型工件的翻转变位，载重量一般都在 50 吨以上。图 1-2 双座式焊接变位机2）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。第二类是组合式滚轮架，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。河南科技大学毕业设计（论文）7图 1-3 组合式滚轮架图 1-4 组合式滚轮架3）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)。下图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。河南科技大学毕业设计（论文）8图 1-5 焊接翻转机4）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。焊接滚轮架等焊件边为装置配合使用，可完成多种焊缝的焊接，也可以进行工件表面的自动焊接。本次设计主要是设计焊接滚轮架的设计。焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊接件之间的摩擦力、带动焊件旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于圆柱型筒体的焊接、打磨、衬胶及装配，有自调式、可调式以及平车式、倾斜式、防窜式、移动式等多种结构形式。可根据用户的需求选择结构，也可为用户设计制造各种特制专用滚轮架。若对主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行卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装卡作业。焊接滚轮架按结构形式可分为二大类：第一类 长轴式的焊接滚轮架：滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排均为主动轮，另一排为从动轮，也有两排均为主动轮的，主要用于细长筒形的装配焊接。如图 1-6河南科技大学毕业设计（论文）9图 1-6滚柱式焊接滚轮架1主动滚柱2驱动装置3从动滚柱有的长轴式滚轮架其滚轮为一长形滚柱，直径 0.20.6m，长度 15m。筒体置于其上不易轴向变形，适用于薄壁、小直径、多筒节焊件的组队和环缝的焊接。长轴式滚轮架多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。第二类是组合式的焊接滚轮架：主动滚轮架与从动滚轮架各自独立，二者可根据工件的重量，长度任意组合。如图 1-2。使用灵活，适应性强，是目前最广泛的一种结构形式。国内外有关生产厂家，均有各自的系列产品供应市场。河南科技大学毕业设计（论文）10图 1-7组合式焊接滚轮架1-主动滚轮座2-从动滚轮座3-支架若装焊壁厚较小而长度较长的筒形焊件时，宜用几台混合式滚轮架是组合，这样，沿筒体长度方向均有主动滚轮驱动，使焊件不致打滑和扭曲。若装焊壁厚较大，刚性较好的筒形焊件时，则常采用主动滚轮架和从动滚轮架的组合，这样即使是主动滚轮架在筒体一端驱动焊件旋转，但年焊件刚性较好，任能保持转速均匀，也不致发生扭曲变形。为了焊接不同的直径的焊件，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；一种的非自调式的。自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。图 1-8自调式焊接滚轮架河南科技大学毕业设计（论文）11图 1-9非自调式焊接滚轮架对于重型滚轮架，多采用车间起重设备挪动滚轮座进行分段调节。对于轻型滚轮架，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。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需要，有的滚轮架上还安有机动或非机动的行走机构，沿轨道移动，以调节相互之间的距离。焊接滚轮家多采用直流电动机驱动，降压调速。但用于装配作业的滚轮架则采用交流电动机驱动，恒速运行。近几年，随着晶体闸流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、变频调速的焊接滚轮架也日趋增多。焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和适用范围如下:钢轮:承载能力强,制造简单,一般用于重型焊件和许预热处理的焊件以及额定重量大于 60 吨的滚轮架及有色金属容器胶轮:摩擦力大、传动平稳但易压坏,一般用于 10 吨以下的焊件组合轮:是钢轮橡胶轮相结合的,承载能力比橡胶轮高、 传动平稳,一般用于 10-60 吨的焊件。履带轮:有大面积履带和焊接件接触，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、薄壁大直径的焊接件及有色金属容器。金属滚轮多用铸钢合金球墨铸铁制作，其表面热处理硬度约为 50HRC，河南科技大学毕业设计（论文）12滚轮直径多在 200700 之间。国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载量 11500 吨，适用焊件直径 18 米的标准组合式滚轮架均系列供应。其滚轮线速度多在 690m/h之间无级调速。有的还有防轴向窜动的功能。我过已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达 400 吨适用焊件直径可达 6m，滚轮线速度多在 660m/h 之间无级调速。防止轴向窜动的焊接滚轮架已经有生产，但性能质量还待提高5。1.2 国内外的发展现状近几十年来，随着科技的日新月异，焊接设备和焊接方法也得到了长足的发展。目前，国外焊接设备的显著特点是高精度、高质量、高可靠度，数字化、智能化控制、大型化、集成化以及多功能化。而国内无论从产量构成还是技术发展方向上看，正在高效、自动化、智能化、节能、环保型的焊接方向上发展。焊接技术的高速发展， 对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求，焊接机械设备的需求量也越来越大，焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的 。随着我国改革开放进程的深化， 随着中外合作生产或引进技术生产的机械产品的日益增多，促进了我国焊接结构用量的迅速增加。尤其是为满足我国石油、化工、交通、能源等工业的迅猛发展，大厚壁、大型化、高容量、耐磨蚀、耐动载的锅炉、石油、化工压力容器的用量更是日益增加，其 接头的焊接质量要求也愈来愈高，并且在实际生产中要求有较高的生产效率 。 在上述压力容器的焊接生产中，自调式焊接滚轮架是必不可少的辅助装备之一，它是借助工件与滚轮之间的摩擦力来带动筒形工件旋转的焊件变位机械。 国内的重型焊接滚轮架实用户集中在大型的石油化工， 电站设备制造，重型设备制造行业，实用的焊接滚轮架来自不同的国家。目前国内进口的主要品牌焊接滚轮架有：如芬兰 PEMALDO 滚轮架， ANSALDO 公司等。他们的滚轮架采用了速度控制系统、机械转动系统、防偏移结构、滚轮中心距调整等。河南科技大学毕业设计（论文）13（1）在速控制系统发面，芬兰 PEMA 300t 滚轮架采用了目前流行的交流方法。变频调速系统，速度控制精度较高；意大利 ANSALDO 公司采用调速系统，有速度反馈；（2）在机械转动系统发面，芬兰 PEMA 300t 滚轮架采用的是动机一速度反馈；行星减速器联型，行星减速器输出轴于滚轮直联结构。ANSALDO 采用直流电动机带同布齿形带，经过安装有带动器的齿轮箱将动力通过齿条传递给滚轮，机械结构简单，有只够动力，同步齿形带具有安全装置的功能，稳定性不好；（3）在防偏移结构方面，PEMA 300t 的防偏移机构由液压驱动滚轮支座在水平摆动。这种结构简单有效，调整范围小。ANSALDO 的防偏移机构采用液压伺服驱动偏心轴带动滚轮在垂直平面摆动。机构简单有效，但适用范围小；（4）在滚轮中心距调整方法方面，PAMA 300t 和 ESAB 均采用节距调整，即在底座上钻有节距的饿孔，不同节距长度可以代不同的滚轮中心距。相比较国外，我国自调式焊接接滚轮架的研制还处在初始阶段，据调查，至今国内尚无正式厂家能够制造出比较成熟的产品，生产中主要是依靠引进国外的设备，如兰州石油化工机械厂、哈尔滨锅炉厂、齐齐哈尔第一重型机械厂等，都从国外引进了防轴向窜动的焊接滚轮架。这样，一方面要花费大量的外 汇，另一方面也远远不能满足国内日益增长的焊接生产需要 。因此我国焊接界的有识之士亦对我国焊接行业如何跨入 21 世纪予以了异常关注。以林尚扬、关桥两位院士为首的中国工程院咨询项目工作组开展了我国制造业焊接生产现状与发展战略研究工作。在过去的三年里，项目工作组进行了艰难的调研，在掌握国内、外大量第一手资料和数据的基础上，系统分析了我国焊接行业的现状和主要挑战，规划了未来的发展战略和对策，提出了内涵丰富、极具战略意义的研究报告4。这项工作得到了焊接行业的高度关注。2004 年 3 月，中国焊接协会、中国焊接学会组织了由我国焊接行业权威专家参加的焊接行业发展战略研讨会。与会专家对两位院士的报告予以了高度评价，同时对今后行业的发展提出了许多极其宝贵的建议。我国在 1990 年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T330031990） 。该标准对滚轮架和滚轮形式进行了分类，并规定主动论的圆周速度应在 660河南科技大学毕业设计（论文）14m/h 范围内无级可调，速度波动转速稳定，均匀，不允许有爬行现象。传动机构中的蜗轮副，齿轮副等传动零件，应符合国标中的 8 级精度要求。滚轮架是位置精度，秒度兆时 中也有明确的规定，同时要求焊接滚轮架必须配备可靠的“焊接电缆旋转接地器” （既导电装置） 。标准中还规定“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3 mm” 。标准中也规定滚轮架额定载重量的数值系列，滚轮直径及许用焊件的最小，最大直径。我国材料生产企业数量在 500 家以上。另外，我国还有上百家企业从事焊接辅机具、配套器具、切割机具和相关的安全防护用我国现有焊接器材的生产企业上千家。其中焊接设备的生产企业数量约为 900 家，焊接品的生产制造。这些企业构成了我国焊接器材供应业的主体 。关于我国焊接行业的现状，从整体上做定量的评估或许有些困难，但从各国焊接材料的产量可在一定程度上反映出我国焊接行业的规模。2002 年的焊接材料数据统计结果表明：我国焊接材料的总产量已经攀升到了 144.9 万吨，与美、日、欧的总和相当。我国作为世界第一焊接大国的地位可见一斑。回顾我国焊接行业 50 多年的发展历程，我们经历了“从无到有，从小到大”的发展过程。从我国焊接行业现有的规模、生产效率和技术水平各方面综合评估，不难得出这样的结论：我国焊接行业正在进入比较成熟的阶段14,15。河南科技大学毕业设计（论文）15第 2 章 焊接滚轮架的整体方案设计目前国内外众多的焊接设备制造厂都在生产焊接滚轮架。产品规格型号多，结构差别大，各自适合不同的用途，各有特点。本章就长轴式焊接滚轮架的各个部分的设计选用作探讨。2.1 滚轮的选用本次设计为长轴式焊接滚轮架，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。焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型：1.钢轮 钢轮的承载能力强，制造简单，一般用于重型焊件和需要预热处理的焊件以及额定载重量大于 60 吨的滚轮架。2.胶轮 胶轮是钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳，但是橡胶容易被压坏，一般用于 10 吨以下的焊件和有色金属容器。3.组合轮 这是钢轮与橡胶轮相结合， 承载能力比橡胶轮高， 且传动平稳，一般用于 10-60 吨的焊件。4.履带轮 这种轮有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，缺点是结构较复杂。金属滚轮多用铸钢和合金球墨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，滚轮直径多在 200-700mm 之间。由于此次设计的长轴式焊接滚轮架额定载重为 2 吨， 且要求传动要相对平稳，故选用胶轮。胶轮的直径为 450 毫米，宽度为 120 毫米。河南科技大学毕业设计（论文）16图 2-1 滚轮2.2滚轮架的选用国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载 1-1500t,适合用焊件直径1-8m 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，滚轮线速度多在 6-90m/h 之间无级可调，有的还可以防止焊件轴向窜动的可能1。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，但性能还有待提高。焊接滚轮架的选用及设方案的考虑要点:据 1997 年中国焊接年鉴的统计,我国现有 23 家焊接辅机生产厂制造各种型号的焊接滚轮架,用户需要时,应首先予以选用。选用时，除使焊接滚轮架满足焊接件重量，筒径范围和焊接速度的要求外，还应使滚轮架的驱动力矩大于焊件的偏心阻力矩。但目前国内外生产厂家标示的滚轮架性能参数，均无此项数据，所以为使焊件转速稳定，避免打滑或因偏重而造成的自行下转，对大偏心矩焊件使用的滚轮架，进行驱动力矩和附着力的检验是非常必要的。综合考虑本次设计所有因素，选用滚轮架长度为 3445 毫米，宽度为 1796 毫米。2.3 焊接滚轮架拖动与调速方式焊接滚轮架拖动与调速主要有两种方式：一种是直流电动机拖动，降压调速；一种是交流异步电机拖动，变频调速。前者沿用已久，技术很成熟，电动机的机械特性较硬，起动力矩较大，是目前滚轮架使用最广泛的拖动，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。后者则随着电子逆变技河南科技大学毕业设计（论文）17术的发展和大电流晶体管闸流管性能的完善，在技术上日趋成熟。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。本次设计的额定载重量为 2 吨级，因此可选用技术相对成熟，且调速范围广的直流电动机拖动1。河南科技大学毕业设计（论文）18第 3 章 电机的选择电动机选择包括选择类型、结构型式、容量（功率）和转速，并确定型号。工业上一般用三相交流电源，但根据本次设计要求的调速范围及驱动方式选取直流电机。电动机的结构型式，按安装位置不同，有卧式和立式两类；按防护方式不同有开启式、防护式（防滴式） 、封闭式及防爆式等。可根据安装需要和防护要求选择电动机结构型式。常用结构型式为卧式封闭型电动机。选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三方面因素，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件而定。电动机发热与其工作情况有关。对于载荷不变或变化不大，且在常温下长期连续运转的电动机，只要其所需输出功率不超过其额定功率，工作时就不会发热。估算车轮与轨道的摩擦系数为 0.15，滚轮直径设计为 450 ，宽度为 140 ，圆周速度为 15-70m/h。根据设计要求焊接工件的直径为 310-1950 毫米。滚轮驱动圆周力与摩擦阻力的计算：图下所示为典型滚轮架焊件的受力图，图 3-1 中，2 为一列主动滚轮,3为一列从动滚轮。当重量为 G、其偏心距 e0 的筒体焊件 1 静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，NLDDDDGFfr10394943. 08 . 9200022cos222（3-1）式中中心角D焊接直径rD滚轮直径L主从动滚轮之间的横向距离河南科技大学毕业设计（论文）19图 3-1 滚轮受力图12sin2sincos1FFGb（3-2）且5 .62326002. 04502fdDrb（3-3）b 是与滚轮几何尺寸和材料有关的系数式中Dr滚轮轴径；f滚轮与滚轮轴的摩擦因数；滚轮与焊件表面之间的滚轮摩擦因数。NbGFF2 .1671778. 0628. 05 .62333. 08 . 920001cossin2sin21（3-4）滚轮支反力的计算架在滚轮座上的筒形转动时， 驱动圆周力 F1 和反力 F2 将使支反力1fF和2fF发生变化。实际上，焊件只有按图 3-1 所示位置逆时针转动时，因力的方向 F1、 F2 向下，才使1fF、2fF的数值增大，且增大的份额往往超过因河南科技大学毕业设计（论文）20角增加或者摩擦因数f增大而增大的份额。 如果焊件顺时针转动， 则2F方向向上，1fF2fF的数值减小。所以，计算滚轮最大支反力时，应以以下公式进行计算:NbGFFff4 .10451333. 0943. 05 .62333. 01 943. 028 . 920002sin2cos2sin1 2cos221（3-5）滚轮轴上的载荷计算:当已知滚轮架上的驱动圆周力和支反力后， 每个滚轮和轴径上的计算载荷为22111fppFFPKi22222fppFFPKi（3-6）式中1P 作用在一个主动轮上的载荷；2P作用在一个从动轮上的载荷；pi同一列上的滚轮座数量pK载荷作用不均匀系数，当3pi时，pK=1.2-1.3；NKiFFPPppf33973 . 142 .1674 .1045122212121（3-7）对独立驱动的主动滚轮，每一轮轴的扭矩mmNiKFFdfDFMppfrrn81.9029912 . 173.10452) 326002. 0(24502 .167)2(221211(3-8)主动滚轮轴所受的当量弯矩22nwxdMMM(3-9)主动滚轮轴的计算直径310xdMd (3-10)焊接滚轮架的电机驱动功率河南科技大学毕业设计（论文）219950nMNn(3-11)式中 N每个主动滚轮电动机的驱动功率（KW） ；Mn主动滚轮轴的传递扭矩；N主动滚轮的转速传动机构的总效率取值为 0.8KWN1 . 08 . 09550825. 09981.902参考同类产品的电机，选用 Z2-32 直流电动机，功率为 1.1 千瓦，转速为 1000 转每分。河南科技大学毕业设计（论文）22第 4 章 零件的校核4.1 轴的校核一.主动滚轮轴的校核1.选择轴的材料该轴无特殊要求，因而选用调质处理的 45 钢，查得MPaB640。2.初步估算轴颈查参考文献得采用 45 钢轴的T为 30Mpa，0A为 120 则56825. 01 . 0120330nPAdmm （4-1）3.轴的强度校核根据上文计算所得的支反力及扭矩得出主动滚轮一侧的主动辊滚轮轴的受力、弯矩图和扭矩图如下mmNFdM52257021004 .10451mmNT81.902994.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截河南科技大学毕业设计（论文）23面 2）的强度。轴为单向旋转，扭转切应力为对称循环变应力，取=1，轴的计算应力MPadtdbtdWTMca292)(3281.90299522570)(232222（4-2)轴的材料为 45 钢，调质处理，查表知MPa601，所以轴的强度满足要求3,9,12,14,15。在长轴式滚轮架中，主动滚轮轴的强度理论上大于从动滚轮轴，为设计制造方便经常将主动滚轮轴和从动滚轮轴的材料及直径设为相同，因此从动滚轮轴的强度一定满足设计要求，此处不再校核。二.行走轮轴的校核1.选择轴的材料该轴无特殊要求，因而选用调质处理的 45 钢，查得MPaB6402.轴的强度校核轴所受的载荷，及弯矩，转矩图如下河南科技大学毕业设计（论文）24NGG490048 . 920004（4-3）NFF245021（4-4）mmNFdM3283001342450（4-5）由于滚轮架不常拖动，且拖动时由外力完成，转矩较小。acaMPWM24.26501 . 03283003（4-6）轴的材料为 45 钢，调质处理，查表知MPa601，所以轴的强度满足要求3,9,12,14,15。4.2 轴承与键的校核轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，根据轴承中摩擦性质的不同可把其分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承。与滑动轴承相比，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， 其具有摩擦阻力小、功率消耗少、启动容摩擦阻力小、功率消耗少、启动容易等优点。因此，在没有特殊要求的场合用滚动轴承。结合工作时受力状况，选用滚动轴承。一.主动滚轮轴轴承的校核初选型号为 30210 的圆锥滚子轴承，相关参数如下50dD=90 B=20 C=17由以上计算知轴承的径向力 Fr=5225.7N，查轴承手册得派生轴向力为NFYFFrra5 .109265.15cot67. 027 .5225cot67. 022(4-7)则轴承的当量动载荷为 PNYFXFPar2 .11005)5 .109265.15cot67. 07 .522567. 0(8 . 1)(8 . 1（4-8）轴承的寿命为hPCnLh10678878)2 .1100572200(825. 06010)(601031066(4-9)河南科技大学毕业设计（论文）25二.行走轮上的轴承校核初选轴承为深沟球轴承 6308，相关参数为d=40 D=90 C=31.2则轴承的载荷为NFfPp441024508 . 11(4-10)轴承的转速可设为 1r/min轴承的寿命为hPCnLh05.113301)4410
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