【JX416】60吨焊接变位机设计【KT+RW+FY】[3A0]
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【JX416】60吨焊接变位机设计【KT+RW+FY】[3A0],jx416,60,焊接,变位,设计,kt,rw,fy,a0
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I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 60 吨焊接变位机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 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，要求设计该焊接变位机。 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 。 、本设计（论文或其他）应达到的要求： 分析并了解焊接变位机的基本结构，熟悉焊接变位机的具体工作 原理； 完成整机的具体方案设计； 完成各个零部件的结构设计，并绘制 相应的三维模型及二维图纸； 将三维模型进行装配，并绘制相应的二维装配图。 四、接受任务学生： 机械 95 班 姓名 朱 斌 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 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： 副教授 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 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 18000 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 大利的 国的 地利的 国的 机械株式会社 。 他们的产品，我国都有引进 ，其中以引进 州石油化工机器厂在 1991年就引进了该公司生产的 30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 100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 (柔性加工系统 (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 40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 翻转工作原理：电磁制动电机 齿轮 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 25，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动焊接的联动接口。 我设计 的焊接变位机也会按照以上要求设计 ，即注重实用性和 安全性； 同时性价比高，成本低。 已具备的条件和尚需解决的问题 已具备的条件： 设计过程中所需要的各种软硬件资源和相关产品实物照片。 尚需解决的问题： 相关文献资料的缺乏，对一些结构 设计部分的具体设计指导，以及三维软件的高级运用技巧。 指导教师意见 指导教师（签名）： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 of a to of as an in of a In is in of of is as a of of in of or of be of of a is in a or is in a of s as or of of be of of of a is a of a of a in a to In a is a is as a of in of In do by to ; or he to or or on“as a In of to a be In is an of a by A of be be of be if is is it be in be is In a s be by of is by a If an in a it be to be of he be to as a of by a s by to of to at is to by or by to a of a to of if of of in an is is of a of no be to s A by be by is of on of a of a of by To do is to a of of is to A a a on of of to of in of in is to to to to is 80/785by a is to of to a of is As in of of of To a 050 of up 0 of 5of is to a n of is on is to on/of to be in of to be by by of is in be as a To in of of a a is in of as a we a of of in to an in a or is by an he of to be by of of to to to of or is as as be by of a of It to be by a a to 00 A A is in a to a is by to is to to be by in he of of to to By to be be of of of to be is of of to by be of of is to to a of in of of to r. in of in 1 C. A . E. E. F. J . C. . H. 27. 2. 1985. 2 in 3 E. J. 24. 2. 851986. 4 J. T. 124. 16. 851986. 5 A. . D. . . 1 11. 6 25, 1985. 7 M 87566. 1985. 使用语音识别技术控制的焊接机器人工作单元 摘要：本文论述了使用声音识别技术的焊接机器人工作单元在工作过程中的效果、程序编辑者接近机器人的安全试行运转的必要性焊接过程的控制变量机器人操 作者的动作规范等因素给与考虑。在焊接过程控制和操作动作两个方面，按照反应速度定位精确性焊接稳定性焊接可靠性和安全性把人工声音控制与手工触觉控制和完全自动化控制进行了比较。 绪论 声音识别技术已经成为可能缓解操作者工作负担的一种有潜力的复杂系统。许多应用已经落实 ,或正陆续开发 ,或正在研究之中。这些措施包括数据的输入飞机的控制和以安全为目的的语音识别。 许多应用语音控制技术还建议用于太空站 . 一个主要的应用领域将机器人控制功能用于太空舱内检查、装配、维修、卫星回收、维修卫星 ,是在船上服务的监督能力和 系统运作模式的反馈 . 声音感应器和过程控制的变数将使船员影响他手上的其它工作 ,例如直接控制或推翻的操纵议案。 同样 ,利用工作量控制机载实验这种技术可以缓解许多工作负担。 这份文件描述应用语音识别控制的焊接机器人工作单元。 这是一个复杂的系统 ,涉及多个传感器及控制投入各种机械操作件和变化多样的工艺参数。虽然许多功能是自动化，且为人类监督管理能力所控制 ,但在必要时随时准备超越这些功能。 在当前的 调查中， 在美国航天局的马歇尔空间飞行中心可供商业使用语音识别系统结合了焊接机器人工作单元的技术，这一技术作为试点的评 价和开发先进技术并用于制造航天飞机主发动机。在系统开发中，有些功能尚不具备自动跟踪控制 ,因此需要不断地人力监测和实时调整操作。目前 ,该系统投入方案是通过触觉指令 (即： 推动按钮 . 旋转电位计、或者调整机械装置 )。由于操作过程中 ,主要监测者必须考虑在远离的过程中寻找适当的按钮或把手或靠像打字员一样那种打字时的肌肉记忆。第二种情况，可能由于操作者的的二次反应而增加了错误发生的可能性。 一个语音识别系统可减少操作者的反应时间。操作者按错按钮的可能性了同样的也会减少。并且 ,操作者劳累也会大大减小。 由于在方案运行的 过程中操作者不断监测，可以更快地观察到运行状况改变所带来的影响。 因此 ,如果超过了预期值 ,应该更快纠正 ,，但不能太过度。 这对减少振荡 ,使系统更加稳定的实现了预期的价值。 另一个因素是可以改善操作者的安全 .。在一个安全的紧急情况下，机器人的操作者可以采取紧急停止来停止其运行，这种紧急停止模式一般来说是设置一个大按钮，按惯例是一种经常用的方式。如果操作者无意中发现自己在危险的情况下，这时也许他有必要采取紧急停止这种模式。如果操作者不能够按到的按钮，可他也没有能力采取必要的行动时，这样下去，他可能会受重伤。如果 操作者者能通过发出声音指令来停止机器人的运行那将会大大的改善操作者的安全，即使操作者在不能按到紧急停止按钮无法停止机器的情况下也将很安全。 手工调整有时候需要适应焊丝填充到焊接溶池中的位置。填充到正确合适的位置是焊接质量的关键。既可通过手工调节机制来控制送丝导管也可给自动控制装置发出移动指令来进行调整。使用语音识别系统可以让操作者者不必再把机器人控制效应得指令文件拿在手中，如自动控制装置被使用，可以改善操作的反应速度和运行稳定性。 另一方面，编辑系统程序权限的安全是工业机器人在作业环境中很重要的一个安全。在任何情况下，任何未经授权的人能进入程序编辑模式，并且可以改变机器人的控制程序。 一个语音识别系统，可提供必要的安全，使他们那些久久是获得授权的人的声音，才能被机器人系统识别。 背景 美国航天局正在开发焊接机器人并且焊接自动化设备来代替目前正在用手工焊接的航天飞机的主发动机。使用该机器人的程序，可以通过用手工来难以做到的焊接一致性和重复操作来达到减少焊接缺陷的比例。为此，焊接机可以编成控制额定的焊接通路和所需要的焊接过程参数， (即焊接电流、焊接速度、焊接电压、送丝速度等 )。当焊接条件改变的时候做 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， 关键词 ： 焊接变位机； 机械设计 ； 焊接辅机 is a of it as in of As a in s s in of to an of s It is to of so By s in in is in A 0 s of is on of of so is on of to of on of of of of 目 录 摘 要 . I . 录 . 3 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 题依据 . 错误 !未定义书签。 接辅机的作用和分类 . 错误 !未定义书签。 接变位机的功能及结构形式 . 错误 !未定义书签。 计的基本参数 . 错误 !未定义书签。 位机的总体方案设计 . 错误 !未定义书签。 动系统方案 . 错误 !未定义书签。 作台回转方案 . 错误 !未定义书签。 作台翻转方案 . 错误 !未定义书签。 电装置方案 . 错误 !未定义书签。 3 回转机构设计 . 错误 !未定义书签。 作台回转机构 . 错误 !未定义书签。 转支承的选择 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 算回转支承的最大倾覆力矩 . 错误 !未定义书签。 轮 1的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） . 错误 !未定义书签。 择工作台的回转电机 . 错误 !未定义书签。 速器的选择 . 错误 !未定义书签。 4 工作台倾斜机构设计 . 错误 !未定义书签。 斜机构 . 错误 !未定义书签。 择倾斜机构的电机 . 错误 !未定义书签。 杆减速器 . 错误 !未定义书签。 杆和蜗轮的设计 . 错误 !未定义书签。 杆轴和蜗轮轴的初步设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 斜机构中轴的设计 . 错误 !未定义书签。 斜轴的最小直径 . 错误 !未定义书签。 翻转小齿轮轴的最小直径 . 错误 !未定义书签。 轴器的选用计算 . 错误 !未定义书签。 速器与减速器之间的联轴器 . 错误 !未定义书签。 承的选用和校核 . 错误 !未定义书签。 5 安装调试与操作使用 . 错误 !未定义书签。 装 . 错误 !未定义书签。 试与检测 . 错误 !未定义书签。 作与使用 . 错误 !未定义书签。 6 结论与展望 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 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： 副教授 ） （职称： ） 2013年 5月 25日无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 60 吨焊接变位机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923237 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 60 吨焊接变位机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 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，要求设计该焊接变位机。 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 。 、本设计（论文或其他）应达到的要求： 分析并了解焊接变位机的基本结构，熟悉焊接变位机的具体工作 原理； 完成整机的具体 方案设计； 完成各个零部件的结构设计，并绘制相应的三维模型及二维图纸； 将三维模型进行装配，并绘制相应的二维装配图。 四、接受任务学生： 机械 95 班 姓名 朱 斌 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 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， 。 关键词 ： 焊接变位机； 机械设计 ； 焊接辅机 is a of it as in of As a in s s in of to an of s It is to of so By s in in is in A 0 s of is on of of so is on of to of on of of of of V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 题依据 . 1 接辅机的作用和分类 . 1 接变位机的功能及结构形式 . 2 计的基本参数 . 4 位机的总体方案设计 . 4 动系统方案 . 4 作台回转方案 . 4 作台翻转方案 . 4 电装置方案 . 5 3 回转机构设计 . 6 作台回转机构 . 6 转支承的选择 . 6 转系统承载的总重量 . 6 算回转支承的最大倾覆力矩 . 7 轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） . 8 择工作台的回转电机 . 10 速器的选择 . 11 4 工作台倾斜机构设计 . 12 斜机构 . 12 择倾斜机构的电机 . 12 杆减速器 . 13 杆和蜗轮的设计 . 14 杆轴和蜗轮轴的初步设计 . 16 形齿轮传动设计 . 16 斜机构中轴的设计 . 19 斜轴的最小直径 . 19 翻转小齿轮轴的最小直径 . 24 轴器的选用计算 . 27 速器与减速器之间的联轴器 . 27 承的选用和校核 . 27 5 安装调试与操作使用 . 29 装 . 29 试与检测 . 29 作与使用 . 29 6 结论与展望 . 30 论 . 30 足之处及未来展望 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 60 吨焊接变位机设计 1 1 绪论 题依据 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，管和板要自转，同时要倾斜 45，满足船形焊接。 钢结构技术的蓬勃发展 ,推动了工程结构体系的不断进步。在桥梁、电站、高层钢结构建筑、大型造船等行业日益繁荣的今天，要求焊接自动化的增多，焊接辅机也越来越受到重视。 我国目前中小吨位焊接变位机，基本能满足要求。但无论品种规格还是性能质量，与国外相比仍有很大差距，尤其是大吨位焊接变位机在速度平稳性、变位精度、驱动功率指标、与焊接操作机的联机动作等方面，存在较大差距。 接辅机的作用和分类 焊接辅机指所有同焊接相关的周边辅助设备，具体定义是指焊接结构装配和焊接过程中起配合和辅助作用的的工夹具 变位机械、焊剂输送装置等的总称。如：各类焊接夹具、船舶焊接专机、汽车底板焊接生产线、各类龙 门焊接机、焊接机器人及周边设施等。其中最常见的通用配置有操作机、滚轮架、变位机等焊接变位机械。如图 接变位机械指是在焊接过程中改变焊件、焊机及焊工空间位置来完成机械化，使其有利于减少焊接时间，提高劳动效率，减轻工人劳动强度，提高焊件质量，并能充分发挥各种焊接方法的机械设备。 焊接变位机械可分为焊件变位机械、焊机变位机械和焊工变位机械。焊件变位机械是在焊接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机械设备。其中滚轮架、变位机、翻转机、回转台就是焊接变位机械。 在多数场合下，焊件变位机械和焊机变位 机械相互配合使用，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元（ 加工系统（ ，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置精度较高的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极焊接等，都需要焊接变位机械的配合，才能完成作业。其中焊件变位机械最多也最常用。本论文主要是设计了 60 吨焊接变位机的整体机构和主要零件。 (a)焊接滚轮架 (b)焊接变位机 无锡太湖学院学士学位论文 2 (c)焊接翻转机 (d)焊接操作机 图 焊接变位机械 接变位机的功能及结构形式 焊接变位机是将工件回转、倾斜使焊件上的焊缝置于有利于施焊位置的焊接变位机械。 焊接变位机的几种常见形式 7：（如图 (1)座式焊接变位机。是应用最广泛的一种焊接变位机 ,其稳定性比伸臂式焊接变位机要高 。工作台有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的焊接位置进行焊接 ， 另外工作台还有一个 回 转的自由度 。 其 适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 (2)型双回转焊接变位机 。 其工作装置型，有两个方面的回转自由度，且两个方向都可以 360任意回转。此变位机与其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。 (3)双立柱单回转式变位机。 其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回 转方向运转，另一端随主动端从动。两侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。该种变位机 结构简单 适合装载机的后车架、压路机机架等工程机械长方形结构件的焊接 。这种型式变位机的缺点只能在一个 圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。 (4)型双座式头尾双回转型式 。在单回转变位机 的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加一个旋转自由度 。 这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置 。 有较高的稳定性 ,适用于大型和重型工件的翻转变位 ,能较好地满足焊接质量的要求。 (5) 型双回转焊接变位机 。 型回转形式与型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。 焊接变位机要具备的性能有： 60 吨焊接变位机设计 3 （ 1）焊接变位机械 要有较宽的调速范围，稳定的电流和功率。 （ 2）在动力传动行程中要有自锁传动，以免动力源切断时，焊件因重力作用而发生事故。 （ 3）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊接变位机，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在 2间， 最高精度应可达 （ 4）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。 （ 5）整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物，应易被清除。 （ 6）工作台面上应设有安装槽孔，能方便地 安装各种定位器件和夹紧机构。 (a)座式焊接变位机 (b)型双回转焊接变位机 (c)双立柱单回转式变位机 (d)型双座式头尾双回转型式 图 变位机种类 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 方案设计 计的基本参数 基本承载能力 60 吨 工作台直径 3000件偏心距 500 转角 度 0 180 翻转角度 0 90 焊接速度 250mm/2500mm/位机的总体方案设计 图 变位机的总体图 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。 动系统方案 作台回转方案 工作台的回转运动应有较宽的调速范围，从 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。 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。 60 吨焊接变位机设计 5 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。 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：使用带有石墨成分的润在轴向力的作用下，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。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 回转机构设计 作台回转机构 工作台带动 60 吨工件以焊速 250mm/2500mm/ 0 180内回转。其回转系统的如图 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。 图 回转机构传动简图 转支承的选择 在回转系统中，工作台是固定在回转支承上，通过回转支承将工作台与支承梁连接，这样不仅提高了工作台的回转精度，也提高了工作台的刚性。 参照相关样品的选型计算，我选择单排四点接触球式回转支承， 84 标准中的单排四点接触球式回转支承，回转中心大，支承面积大。是由两个座圈组 成，结构紧凑、重量轻，钢球与圆弧轨道四点接触，能同时承受轴向力、径向力、颠覆力矩。外圈为齿轮，外圈与工作台用螺栓固联，内圈与钢梁联接。动力从齿轮副传入，带动工作台旋转。我选取的回转支承型号为 012. 60. 2000。 查机械设计手册 453 表 7 2 112，其主要的参数如下 4： 回转中心直径为 2000 滚子直径为 60高 h 承 =144 参考重量为 M=1100齿轮模数 m=18 齿数 Z=123 外齿轮 264.4 外齿轮 b=120 回转系统承载的总重量 60 吨焊接变位机设计 7 图 偏心距和重心距示意图 h 件 工件的高度 假设工件为圆柱形，材料为钢，则密度为 103 kg/径为 3000 V = 60 103 / 103= m3 h 件 = ( = 1088 mm h 台 工作台高度 假设工作台高度为 80mm h 综合重心高 h =（ h 件 h 台 h 承） /2（ 1088 100 144） /2 666mm m 台 工作台的重量 工作台材料为 A，密度为 103 kg/采用肋板增加强度减少重量）。 m 台 = 103 103 综合重量 G =（ 103 60 103 103） 103 N 算回转支承的最大倾覆力矩 已知条件 : G=105N 工 件重量（ 60t） 500 允许最大偏心距 =0 180 回转轴转角 =0 90 回转倾斜角 变位机的回转支承受力状态如图 示，在焊件和夹具的综合重量作用下， 回转支承的倾覆力矩 由绕 X 轴和 Y 轴的弯矩 成， 无锡太湖学院学士学位论文 8 1h+G2 e (2 e ( 考虑到 向图 回转支承倾覆力矩图 则 A 点截面所受的弯矩为： （ 1/2 ( = G（ h 2 21/2 由式 ( (知，弯矩 的二元函数，其值是变化的。现需要求出最大值，以便校核。令： N= h 2 2 (对上式进行求偏导并令其为零 ,求出 N 的最大值，即可求出弯矩 N = h 2 e2 2he 0 N =0 因为上式是关于三角函数的代数式，由于它的周期性，所以上式结果为多个解。结合已知条件，解如下： ( =90 =0 ， 180 ) 最大值出现在 =90 时， 代入求 ： M G h = 105 Nm 轮 1 的参数（即与回转支承啮合的小齿轮） 该齿轮是和回转支承上的外齿轮啮合，其模数是确定的。这里只校核其强度。 经过减速器减速后，回转支承之间的传动比： 778 450=0 吨焊接变位机设计 9 表 3轮的参数 计算项目 计算内容 计算结果 确定主要尺寸 齿数 23 0 传动比 i=123 20=分度圆直径 d1=m 8 20=360mm 60mm d2=m 8 123=2214mm 214宽 130 小齿轮的校核 小齿轮用 20 碳淬火，硬度 5662 表 3齿轮的校核 计算项目 计算内容 计算结果 转矩 106 P/n=106 106 N1=106 N触疲劳极限 查 e） 200周速度 v= (60 1000) = 360 0/1000=s 精度等级 由 9 级精度 使用系数 由 A=载系数 由图 V=间载荷分配系数 由表 求 2 106 /360 =105N t /b=105/130 =2377N/ 100N/ = +1/ =(1/20+1/123)= =(4 )/3 =(4 3=1/ =1/向载荷分布系数 由 A+B 1+6.7(b/ (b/ +C 10-3 b= 1+ 130/360） 2 （ 130/360） 2+10120=荷系数 K= V =性系数 由 E= 节点区域系数 由图 H=锡太湖学院学士学位论文 10 续表 3触最小安全系数 由表 力循环次数 由表 计 106 S 翻转小齿轮轴的最小直径 忽略联轴器的效率，最小直径取为和蜗轮轴直径的最小值一致。 d=220 齿轮的分度圆直径 60 80000 h 静载荷计算 当量静载荷 X 1337750 20r =105N 安全系数 正常使用滚子轴承。查表 0 =1 算额定静载荷 0r =05=05 60 吨焊接变位机设计 29 5 安装调试与操作使用 装 该焊接变位机的工作台连同回转机构一起通过一倾斜轴支承在机座上，倾斜轴通过翻转机构带动而在一定角度范围内翻转，故其稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便。但应注意须将该机放置于平坦坚实的地面上，且机器放置于地面的不水平度不得大于5 试与检测 （ 1）整机外观检测：外观油漆无严重剥落，机体无变形。 （ 2）特性检测： a、 空载运行检测： 回转系统运转灵活，无异声
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