滚轮式焊接架的设计及校验2.pdf

工艺 设备 材料 滚 轮 式 焊 接 架 的 设 计 及 校 验 王传妹 常熟专用汽车制造厂 江苏常熟 215500 摘 要 介绍了用于半挂车车架焊接的滚轮式焊接架的设计及其稳定性校验 滚轮式焊接架依靠电 动机通过蜗轮减速器传递到主动轮上 主动轮摩擦驱动主动盘 再通过主动盘带动从动盘及车架同时翻转 关键词 焊接 滚轮架 设计 校验 中图分类号 U 463132 TG431 文献标识码 B 文章编号 100420226 2001 0320035203 国内半挂车车架的生产大都采用焊接方法 其 最简单的方法一般采用自由组合 直接施焊 这种工 艺定位精度差 当车架处于水平状态时 车架纵梁与 横梁的焊接多为立焊状态 故而焊缝质量得不到保 证 直接影响车架的强度和使用寿命 有些企业为了 提高焊接质量 在自由组焊的基础上 配以行车等吊 装设备将点焊定位的车架翻转90 后再进行侧面平 焊 这种方法虽然解决了立焊存在的焊接缺陷 但作 业不安全 存在事故隐患 还有采用水平滑移式夹 钳 即将定位胎具上点焊好的车架水平吊到专用夹 具的钳口中 然后将车架的两端夹紧固定 采用一端 机械传动的方法进行360 旋转 实现平焊的目的 这种方法是用车架自身作为传递扭矩的载体 故易 造成车架自身的扭曲变形 影响到车架的使用寿命 1 滚轮式焊接架的结构与特点 滚轮式焊接架主动盘与从动盘之间采取刚性连 接 保证车架在翻转过程中自身不承受扭矩 采取夹 紧车架中部的方法适应不同长度和不同规格车架的 焊接 滚轮式焊接架的回转运动是依靠电动机通过 蜗轮减速器传递到主动轮上 主动轮摩擦驱动主动 盘 再通过主动盘带动从动盘及车架一同作旋转运 动来实现的 见图 1 图1 滚轮式焊接架示意图 11 主动盘 21 从动盘 31 主动胶轮 41 从动胶轮 51 从动铸铁轮 2 电机选择 211 电机转速的选取 根据半挂车车架和滚动架结构的特点 尺寸及 其质量和转动时的安全性要求 滚动架的转速为1 1 5 r m in 图2 滚轮式焊接架动力传递示意图 11 连轴器 21 减速器 31 柔式连轴器 41 主动 胶轮 51 主动盘 61 从动铸铁轮 71 从动盘 由图2可知 电机转速由下式求取 n n2id2 d1 1 1 式中 n 电机转速 r m in n2 滚动架转速 r m in d1 主动轮直径 m d2 滚动架主动盘直径 m i 减速器速比 胶轮与钢轮摩擦传动的滑移率 由于车架宽 215 m 可确定d2 2 8 m 查机 械设计手册得 0103 初选n2 1 115 r m in d1 012 m i 50 代入 1 式得电机转速为720 1 080 r m in 当选取转速为1 000 r m in的6极电 机时 滚轮架转速n2为1139 r m in 212 电机功率的确定 21211 滚轮架翻转过程中的受力分析 滚轮架主 从动盘上受到车架的作用力可视为 53 2001 3 专用汽车 Special Purpose V ehicle 相等的 其翻转过程中的受力可简化为图3的平面 任意力系 a 主动盘受力简图 b 从动盘受力简图 图3 滚轮架翻转受力情况 21212 建立平衡方程式 经分析主 从动盘的受力图即可看出 滚轮架逆 时针旋转时的受力状况要比顺时针旋转时的受力状 况恶劣 因此 只需建立逆时针旋转时主 从动盘的 平衡方程式 主动盘力平衡方程式 FX P0cos45 Fncos N2cos45 N1 F2 cos45 0 2 FY P0sin45 Fnsin N2sin45 N1 F2 sin45 m1 m2 g 2 0 3 M M0 M2 MG T 0 4 从动盘力平衡方程式 FX Fncos N4 F3 cos45 N3 F4 cos45 0 5 FY Fnsin N4 F3 sin45 N3 F4 sin45 m1 m2 g 2 0 6 M T M3 M4 MG 0 7 其中 M0 P0r2 MG m1g 2 ecos Fn m1 2 e 2 m1 2 e 011452 1105 10 2m1e n2 30 1139 30 01145 rad s 若不计从动轮滑动轴承的摩擦阻力 则 M2 F2r2 N2k1 1 r2 r1 M3 F3r2 N3k2 1 r2 r1 M4 F4r2 N4k2 1 r2 r1 式中 F1 F2 F3 F4 分别为主动胶轮 从动胶轮 及从动铸铁轮与主动盘 从 动盘之间的摩擦阻力 N N1 N2 N3 N4 分别为主动胶轮 从动胶 轮及从动铸铁轮与主动 盘 从动盘之间的正压 力 N M0 主动轮驱动扭矩 N m MG 工件转动时的偏心阻力扭矩 N m M2 从动胶轮与主动盘之间的摩擦扭矩 N m M3 M4 从动铸铁轮与从动盘之间的摩擦 扭矩 N m r1 主动轮和全部从动轮的半径 d1 2 m r2 主动盘和从动盘的半径 d2 2 m T 滚动架转动惯性阻力矩 N m Fn 工件偏置离心力 N 工件偏置离心力Fn与X轴的夹角 k1 主动胶轮与钢主动盘之间的滚动摩擦 力臂 m k2 从动铸铁轮与钢从动盘之间的滚动摩 擦力臂 m P0 主动盘驱动力 N 主动盘 从动盘角速度 rad s e 工件质心最大偏置量 m m1 工件质量 kg m2 滚动架质量 kg g 重力加速度 m s2 21213 确定主动盘所受主动轮的最大驱动力P0max 取 k1 0125 cm k2 0105 cm g 10 m s2 将上述参数代入 2 7 式整理后得 P0 5154 10 2 m1 m2 6196m1ecos 63 王传妹 滚轮式焊接架的设计及校验 1117 10 4m1esin N1 31 44 m1 m2 01194m1ecos 7123 10 3m1esin N2 31 48 m1 m2 6197m1ecos 7131 10 3m1esin 求导可得 当 0 时 P0max 5154 10 2 m1 m2 6196m1e 8 此时 N1 31 44 m1 m2 01194m1e 9 21214 确定允许的最大偏心量e 主动轮驱动主动盘的摩擦传动条件为 N1 K P0max f 10 式中 K 载荷系数 取K 1 5 f 钢与橡胶 摩擦系数 取f 0 5 代入 8 10 式得 e 11583 10 1 m1 m2 m1 P0max 11 157 m1 m2 21215 确定电机功率 半挂车及滚轮架结构可确定m1 2 000 kg m2 1 500 kg 由滚轮架结构可知匀速转动电机功率为 N KN0 11 式中 N0 主动盘需要功率 N0 M0max P0maxr2 12 K 载荷系数 总传动效率 1 2 2 3 4 13 1 4 各传动元素机械效率 将载荷系数K 115 机械传动效率 取弹性联 轴器 1 0199 蜗杆传动 2 01705 滑动轴承 3 0194 摩擦传动 4 01 85 代入式 11 13 得 N 21 23 kW 213 电动机选型 根据滚轮架工况及计算所得的电机功率 转速 再查机械设计手册 即应选用Y系列 ZP44 电动机 其实际功率为3 kW 实际转速为960 r m in 3 操作稳定性校验 311 静止状态下滚轮架的受力分析 滚轮架仅用二只橡胶轮对主动盘实行制动 不 再对从动盘制动 又考虑到焊接作业时 操作员有时 要站在滚轮架上进行焊接操作 因此 应对滚轮架进 行静止稳定性校验 图4是主动盘静止状态下的平 面任意力系图 312 建立平衡方程式 经分析受力图即可以看出工件质量与操作员质 图4 量均偏至同侧x轴上时受力最恶劣 因此 只需对 此时的平衡方程式校验 Fx F1 F2 cos45 N2 N1 cos45 0 14 Fy F1 F2 sin45 N1 N2 sin45 m1 m2 m g 2 0 15 M M1 M2 2 MGmax M 0 16 其中 M1 F1r2 M2 F2r2 M m g r2 MGmax m1g 2 e F1 N1f F2 N2f 求解 14 15 16 式得 m 0 65 m1 m2 21 3 e r2 m1 17 将r2 114m e 0 1583 m1 m2 m1代入 17 式 得 m 0 39 m1 m2 18 由 18 式可知 m1 m2 越大 则m也越大 随 m1 m2 的增加 安全也随之增加 将m1 2 000 kg m2 1 500 kg代入 18 式得 m 1 365 kg 假定6人同时操作 每人及附带工具总重为80 kg 则稳定系数为 m 6 80 218 由此可知 稳定性可靠 焊接工在焊接操作时滚 轮架不会发生自动回转而出现事故 滚轮式焊接架自投入使用以来效果明显 装夹 方便