机械毕业设计20FT380L油箱隔板底边纵向点焊自动传动工装答辩稿.ppt
机械毕业设计20FT380L油箱隔板底边纵向点焊自动传动工装答辩稿
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机械毕业设计20FT380L油箱隔板底边纵向点焊自动传动工装答辩稿,毕业设计
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题目： FT380L油箱隔板底边纵向点焊自动传动工装 nts1 绪 论 本设计是根据河南新乡三利机械集团股份有限公司实际的生产要求完成的。该公司主要生产与重型汽车配套的油箱，而 FT380L油箱就是其主要产品之一。为了减轻在汽车行驶过程中油液对油箱的冲击力，油箱中需要加装隔板，并将其用 DN-80点焊机焊接在油箱内以增强油箱的总体刚度。但生产实践证明 ,DN-80型点焊机在 FT380L油箱隔板底边进行焊接中由于自动化程度不高，没有与油箱相配套的支撑和传递机构，而需要人工的协作，不但生产效率低下，而且焊接后的焊点往往达不到相应的要求。出现焊点强度不够或是偏离底板中心位置等问题，造成油箱使用寿命大大缩短，质量难以满足用户的要求，给企业造成比较大的经济损失。 nts 为了提高产品的精度和可靠性，提高生产效率，现对该点焊机进行局部改造，加装与其配套的支撑和自动传递油箱的装置，该装置可自动完成油箱的进给，并能准确地将油箱传送到待焊接位置。该项目的完成，还将极大的节省人力，降低生产成本，给企业带来丰厚的利润。 nts2 工作状态描述 该装置主要用于将油箱纵向传送到点焊机焊头的工作位置，其工作流程如下：纵向焊接油箱隔板时，点焊机焊头位置固定，通过电机带动传动机构将油箱传送到隔板 1第一个焊点位置后停止，点焊机工作，该焊点完成后，伺服电机将油箱传送到第二个焊点位置，点焊机继续工作，如此反复循环。当隔板 1的 13个焊点完成后，电机带动油箱返回至第一个焊点位置，点焊机焊头横向移动至第二个隔板后工作。当第二个隔板的焊点完成后，点焊头升起，越过隔板并移动至第三个隔板的焊点位置。电动机与点焊机交替工作，直至三个隔板的 39个焊点完成后，电动机将油箱传送至起始位置。油箱从夹具上被放下，装上待加工油箱，按下启动按钮，电机工作。油箱焊点位置见下图。 nts隔板点焊位置图 nts3 传动方案拟定 机械传动装置的任务是根据机械的总体布置要求，解决原动机与工作机之间的运动联系及运动速度和运动方向变换，使它们之间的运动参数相匹配。以下对其详细分析。 本装置中的工作机构由油箱及其夹具组成，预计总重量不会很大，故所需要的驱动力矩不会很大。要将电动机输出的回转运动转换为工作机构的往复直线运动，以终端输出形式分，通常可选取螺旋传动和齿轮齿条传动二种结构，下面分别进行分析。 nts3.1 螺旋传动 螺旋机构是由螺杆、螺母及机架组成，如图 2所示。一般情况下，它是将螺杆的旋转运动转换为螺母沿螺杆轴向的移动，也可将螺母的移动转换为螺杆的转动。螺旋传动具有摩擦阻力小，操作轻便灵活，运动平稳，精度高等优点，并且能获得很大减速比和力的增益。但螺杆的制造周期较长，另外长度较长的螺杆本身的自重引起的挠度较大，需要增加螺杆支撑机构等，将使结构变得复杂。 nts 故当工作机构的传动平稳性要求比较高，并且行程较短或者所选用的螺杆直径较大的话，采用螺旋传动就比较合适。 nts3.2 齿轮齿条传动 因为齿轮齿条之间的间隙在装配时比较难以消除，故传动精度没有螺旋传动高。但齿轮齿条传动可以不受长度限制，齿条可以根据长度需要拼接，相对螺杆要增加支撑机构来说，在结构上可简单化。但采用齿轮齿条传动时，需要较大的驱动力矩才能驱动油箱及其夹具，这就要选择传动比较大的减速器，并且对驱动电机的选择也会产生一定的限制。 nts自动传动工装示意图 nts4.1 电动机选择 在本装置中，由于油箱的往复运动有一定的控制要求，并且电动机的启动、停止比较频繁，因此所选电动机应能满足以下特点： （ 1）调速范围比较宽； （ 2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好； （ 3）可靠性高、寿命长； （ 4）能适应频繁启、停的工作要求。 nts 综上所述，直流伺服电动机和交流伺服电动机相比，它具有机械特性较硬、输出功率较大、不自转，起动转矩大等优点。因此在本装置中选用直流伺服电动机。 nts4.2 直流伺服电动机选型 首先将工作机构移动速度确定为 v=35mm/s，假设油箱夹具重 75kg，而已知油箱自重为 32kg，则本装置中工作机构所需要的驱动力为： 上式中：查 机械设计手册 表 1-1-7取 f=0.1。 工作机构所需要的驱动功率 按传动方案，查齿轮、滚动轴承、滑动螺旋传动的效率分别为 0.98、 0.98、 0.6，则电动机输出功率 3 2 7 5 1 0 0 . 1 1 0 7NF F f N 1 0 . 7 3 5 3 7 0P F V k g m m s W nts 查伺服电动机产品手册，选额定功率为 750W的 8cc751c型直流伺服电动机，该电机参数尺寸如下表： 21 2 3370 6420 . 9 8 0 . 6PWPW 出额定功率 额定转速 输出转矩 外伸轴尺寸 键槽尺寸 0.75kw 3000r/min 2.386Nm 1 9 3 0 mm 64mmnts5.1 减速机构设计 （ 1）按传动方案减速机构为一对斜齿圆柱齿轮，由于工作机构运动速度不高，故选用 7级精度。小齿轮与电动机轴键联接，故小齿轮转速 ，考虑到传动比的减小会使传动装置外廓尺寸紧凑，查 机械设计课程设计指导书 表 1初定传动比为 3.2。 （ 2）材料选择。按 机械设计 表 10-1选小齿轮材料为（调质），硬度为 280HBS；大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为 240HBS。 （ 3）初定齿数比 u=i=3.2。 1 3 0 0 0 m i nnrnts（ 4）查 机械设计手册 图 14-2-23和 14-1-52按 MQ级量要求取值，得齿轮接触疲劳强度极限 轮齿弯曲疲劳强度极限 2l i m 1 750H N m m 2l i m 2 650H N m m 2l i m 1 305F N m m 2l i m 2 230F N m m nts小齿轮 nts5.2 螺旋传动件设计 滚动螺旋传动精度虽然很高，但结构复杂，且价格昂贵，因此本结构拟定采用滑动螺旋传动，单线梯形螺纹，查相关手册，按一般工作要求，将螺杆螺母材料分别选为 45钢（调质），青铜 ZCuAl10Fe3。以下对其尺寸参数进行计算。 螺杆中径计算如下： 21070 . 8 0 . 8 81 . 2 1Fd m mP nts 螺杆结构 nts6 工作机构的设计 按所设定的传动方案，本装置的工作机构主要是由两部分组成，一是支承并确定油箱位置的支架，二是能使油箱支架实现往复运动的导轨。两部分之间通过四个滚轮传递运动和动力。下面对油箱支架及其导轨的主材料和结构进行分析确定。 由于油箱自身的重量（ 32kg）以及油箱夹具自身的重量（ 75kg）作用 ,并且机构的传送速度较慢，因此工作机构在运动、停止过程中对油箱产生的惯性力很小。当工作机构向与点焊机焊头相对应的位置移动的过程中，油箱不会受惯性力作用的影响而产生滑移， nts 造成焊点位置过大的偏差。因此本装置采用在油箱支架上焊接定位支撑板来定位油箱，该支撑板与油箱底部轮廓配合，即可定位油箱，为增大摩擦力也可考虑在支撑板上衬上一层橡皮垫。这也就是说，本装置设计开始所设想的油箱夹具实际上是油箱支架及定位支承板的组合体。定位支承板结构见图 6所示。 10号槽钢的结构尺寸见图 7所示。 nts 在实际的生产中，对于工作机构的位置精度要求比较高的装置大多采用如果希望得到更高的传动精度，可选用直线导轨，因为其价格比较昂贵，并且对其配套设备的要求也比较高，在此不便采用。考虑到设备改造的成本问题，并且油箱隔板底边相对较宽，对焊点的位置精度要求也不是非常严格。因此该工作机构的导轨部分拟定采用槽钢联接而成。该工厂现存储一批 10号槽钢，在此即选做工作机构主材料。为方便材料的选择购置以及设计的方便，工作机构的油箱支架部分也由 10号槽钢联接制成，并焊接上定位支承板，以确保油箱位置的固定。 并在支架上安装滚轮从而实现与导轨的相对运动。 nts 通过实际测量所得到的 FT380L油箱的轮廓尺寸如下：底面长 970mm，宽 650mm，高 330mm，底面和侧面的圆角均为 R80。鉴于油箱的外部结构，可用简单的钢结构支架通过角铁联接并用螺栓固定作为油箱的支架部分。联接角铁的设计按照 10号的结构尺寸通过CAXA电子图板辅助设计完成，其尺寸见零件图，结构外形如图 8所示。联接角铁的联接螺栓初选为，待整体结构确定后再作校核。 nts 联接角铁 nts6.2 尺寸确定 （ 1）支架 根据油箱外轮廓尺寸以及槽钢的尺寸即可确定油箱支架所需要的槽钢长度，即长为 650mm的槽钢两根作为支架的宽度尺寸， 1066mm的槽钢两根作为支架的长度尺寸。 查手册得 10号槽钢截面积为 。 则由四根槽钢组成的油箱支架重量 则在本设计初所假设的油箱支架重量是合理的，本设计中的数据可以采用，所确定的零件尺寸足够。 2 3 21 2 . 7 4 1 . 2 7 4 1 0c m m 331 . 2 7 4 1 0 1 . 0 6 6 1 . 6 5 2 7 . 8 1 0 3 4 . 1m k g nts （ 2）导轨 由于油箱隔板两端焊点间距为 420mm，即油箱支架的往返行程为 420mm，则通过计算可得导轨的长度至少应为 式中 10mm为支架两边与导轨联接槽钢的间距。为方便导轨的安装，现将导轨两端也采用槽钢通过角铁联接，那么连接油箱导轨的槽钢长度应为 上式中 10mm为油箱支架与导轨的间距， 48mm为槽钢的宽度。则将联接角铁所占用的导轨长度考虑在内，现取作为导轨的槽钢长度为 1250mm。 1 0 6 5 0 4 2 0 1 0 1 1 3 0 mm 1 0 6 6 + 2 1 0 4 8 = 1 1 8 2 m mnts 6.3 滚轮设计 滚轮是在由槽钢联接而成的导轨内滚动，因此其外形应与槽钢内槽形状相同，形成一定的配合关系，而其尺寸可按照 10槽钢内槽尺寸来确定。查手册得 10号槽钢尺寸为： ， ， 。 并且其内槽壁有 1： 10的斜度，则按尺寸作图可测得其角度约为 ，由此可得知滚轮的外廓为圆锥台形状。且其大端直径为 式中 3mm为滚轮与槽钢上壁的间隙。 1 0 0 4 8h b m m 8 . 5t m m 5 . 3d m m95。1 0 0 2 8 . 5 3 8 0d m m nts 滚轮的动力由与油箱支架螺栓联接的短轴传递，为保证滚轮与支架的相对运动，短轴一端应安装轴承，并且滚轮应制出相应尺寸的内孔与轴承配合。综合考虑滚轮的外径尺寸与轴承所受到的载荷，查手册选型号为 02尺寸系列的 6205深沟球轴承，该轴承的基本尺寸如下 ，为保证滚轮与轴承的配合，其内孔直径应等于轴承外径 25mm， 内孔深度应至少为15mm。考虑到滚轮在导轨内滚动时受力应该尽量均匀，现取滚轮内孔深度为 25mm，并且为了使轴承安装的方便，内孔没有和轴承配合的部分直径应稍大一些，取 56mm。则滚轮的结构形状可确定如图所示。 2 5 5 2 1 5 mmnts滚轮结构 nts6.4 连接杆设计 连接杆的主要作用是将从油箱支架传递过来的动力通过轴承传递给滚轮，使滚轮在导轨槽钢槽内运动。其中连接杆 a段与轴承配合，因此其直径 ， 长度 轴承右端应有轴向定位，在此采用轴肩定位，则查手册取轴肩高度 因为滚轮是在支架槽钢和导轨槽钢之间传递动力的，因此其总长度可由以下计算得出： 上式中： b为槽钢宽度；为支架槽钢和导轨槽钢的间距，取为 10mm； d为槽钢侧壁厚； 为滚轮的轴向厚度； 25ad m m15al m m0 . 0 8 2aA d m m1 . 5 3B A m m122 2 2 2 4 8 1 0 2 5 . 3 1 3 2 3 . 2 7 5gl b b d t b m m gt 2bnts 为支架槽钢与连接杆的间距，根据实际情况各取3.2mm。 连接杆与油箱支架采用螺栓联接，则相联接的一端应制出螺纹孔，为使所选用的螺栓能承受油箱重量，螺栓直径应尽量选的大些，因 c段连接杆直径应尽量大些，现初定 c段直径 ， 查手册选 M20 45六角头铰制孔用螺栓（ A级），则可确定相应螺纹孔的尺寸。考虑到该螺栓受到一定的剪切力，需要对其校核。见 6.5。 则根据以上分析计算，即可确定连接杆的结构如图 10所示。 32cd m m nts连接杆 nts 连接杆结构尺寸确定以后，即可根据滚轮与连接杆以及所选的轴承组合为滚轮组件。组合结构如图 11所示。 nts 最终确定的整体工作机构见图 12所示。 nts6.5 联接螺栓强度校核 按照以上的分析，工作机构所获得的驱动力是由螺母传递给油箱支架，而油箱支架通过与其螺栓联接连接杆带动滚轮进而实现工作机构的往复直线运动。因此连接杆的联接螺栓和油箱支架联接角铁的螺栓都将受到剪切和挤压力的作用，现对其进行剪切和挤压强度校核是很有必要的。 查手册得螺栓的许用剪切应力为 ， 许用挤压强度 ，联接螺栓受力如图 13所示 80 aMP 200j y aMP nts（ 1）剪切强度校核 连接杆联接螺栓有 4个，油箱支架联接螺栓有 2个，已知螺栓受到的拉力为油箱及支架的重力，即 则每根螺栓所承受的剪切力应为，按公式 3 2 3 4 . 1 9 . 8 6 4 7 . 7 8p m g N QAnts 即 （ 2） 挤压强度校核 已知挤压力 P=647.78N，且 上式中
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