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青岛理工大学 毕 业 设 计（论 文） 题目 1学生姓名： 学生学号： 指导教师： 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 082 班 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 专业 班级 机械 姓名 下发日期 题目 1专题 1主 要 内 容 及 要 求 主要内容： 完成 1t 座式焊接变位机设计。编写设计说明书，绘制装配图及部分零件图。 要求： 必须以负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果。 在教师指导下，独立完成设计任务， 培养较强的创新意识和学习能力，获得机械工程师的基本训练。整个设计在技术上 是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。计算步骤清晰，计算结果正确；图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注符合国家标准；使用计算机设计、计算和绘图； 设计 说明书要求内容完整，文字通顺，语言简练，图示清晰，重要计算公式和数据应注明出处。 设计 说明书不少于 2万字，查阅文献 15篇以上，翻译与课题有关的英文资料 2篇，译文字数不少于 5千汉字， 绘制图纸折合总量不少于 5 张 主要技术参数 载重量 1000大回转力矩 1500大倾斜力矩 15000.6 r/作台倾斜速度 0.5 r/作台倾斜角度 0 120 进 度 及 完 成 日 期 3月 23日 4 月 12日 （ 3周）： 课题调研，理解熟悉设计任务，借阅资料，翻译英文文献，制订设计计划。 4月 13 日 4 月 26 日 （ 2周）： 方案设计，选择确定机器总体方案及部件方案。 4月 27 日 5 月 31日 （ 5周）： 技术 设计，在草图的基础上完成装配图和零件图的绘制。 6月 1日 6 月 14 日 （ 2周）：技术文件编制， 编写完成毕业设计说明书，打印图纸，上交说明书和图纸。 6月 15 日 6 月 21日 （ 1周）：教师 审阅毕业设计，学生准备答辩。 教学院长签字 日 期 教研 室 主任签字 日 期 指导 教师 签字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师 : 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人 : 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 指导教师给定 成绩 (30%) 评阅人 给定 成绩 (30%) 答辩成绩 （ 40%） 总 评 答辩委员会主席 签字 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 V 摘 要 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。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，并获得了广泛的应用。 使用焊接变位机可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。随着计算机技术不断向智能化发展， 自 动控制和信息技术在制造业中的广泛应用，焊接变位机也朝着智能化、多功能化、大型化、集成化、高精度、高可靠度 方向发展。本 文主要论述了 焊接变位机的组成 ， 结构 及工作原理 。其中它的回转机构和倾斜机构是本次设计的核心部分， 直流电动机通过带轮传动， 涡轮蜗杆减速器传动，使回转工作台达到要求回转速度，倾斜机构则通过二级齿轮传动实现工作台翻转， 主要涉及到齿轮传动设计及轴的设计与校核等。 关键词： 焊接变位机械；回转机构；减速器 ；倾斜机构 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 n an to a of in of of of to to of As to a of of in to on of of is to to to to to of its 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 录 摘要 . . 目录 . 第 1 章 绪论 . 1 课题研究的意义及现状 . 1 论文主要研究内容 . 1 第 2 章 焊接变位机械概述 . 2 焊接变位机械的分类 . 2 焊接 变位机械的组成 . 4 焊接 变位机械的工作原理 . 4 焊接变位机国家行业标准 . 5 第 3 章 座式焊接变位机的设计 . 9 回转机构的设计 . 9 倾斜机构的设计 . 29 底座和箱体的简单设计 . 32 结论 .考文献 .谢 .件 1 .件 2 .岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第 1章 绪论 课题研究的意义及现状 伸臂式、倾翻回转式和双立柱单回转式等 普通焊机变位机械在我国已经广泛 应用，国外 大型结构件的焊接一般应用机械手，从国内目前的工艺现状及设备投 入情况，全用焊接机器人代替手工焊接作业条件还不成熟。但是如果没有焊接变 位机，对于复杂结件内的一些立焊缝、仰焊缝等单纯靠人工调整至容易焊接的平 焊或船焊位置是不可能的。人无法按焊接工艺执行，焊接质量也无法保证。因此， 近年来人工焊接变 位机得到国内工程机械行业的广泛共识，都在加大这方面的投 入。 而 本次论文处于对大学四年所学的知识进行的一次综合性的梳理及应用，对 学生的综合能力进行的一次较为实质性的锻炼。 论文主要研究内容 本论文主要对 焊接变位机械的分类以及应用进行阐述，并 从整体上对座式焊接变位机进行设计 。全文的主要内容包括以下几个方面： （ 1） 焊接变位机 械 分 类 （ 2） 焊接变位机 械 的组成 （ 3） 焊接变位机 械 的工作原理 （ 4） 回转机构 中减速器、转轴、轴承等的设计 （ 5） 倾斜机构中齿轮、 滑动轴承等的设计 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 第 2章 焊接变位机械 概述 焊接变位机械 的分类 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊接空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。 焊接变位机械的分类及各类所属设备如下： 通常焊接变位机械可分为变位机、翻转机、滚轮架、升降机等四大类： 一、焊接变位机 是通过工作台的旋转和翻转运动，使工件所有焊缝处于最理想的位置进行焊接，使焊缝质量的提高有了可靠的保证，它是焊接各种轴类、盘类、 筒体等回转体零件的理想设备，同时也可用来焊接机架、机座、机壳等非长形工件。 二、焊接翻转机 是将工件绕水平轴翻转，使之处于有利施焊位置的机械，适用于梁、柱、框架、椭圆容器等长形工件的装配焊接。 焊接翻转机种类繁多，常见的有框架式、头尾架式、链式、环式等。 三、滚轮架 是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力带动圆筒形焊件旋转的机械装置。主要应用于回转体工件的装配与焊接，其载重可从几十千克到千吨以上。按其结构形式可分为三大类： 1、自调式滚轮架 2、长轴式焊接滚轮架。 3、组合式焊接滚轮架。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 四、升降机 是 用来 将工人及装备升降到所需的高度的装置，主要用于高大焊件的手工焊和 自动焊及装配作业。其主要结构形式有： 1、管结构肘臂式。 2、管筒肘臂式。 3、板结构肘臂式。 4、立柱式。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 图 2焊接变位机械的组成 本次设计的座式焊接变位机由回转机构，倾斜机构及其机架三大部分组成。其中：回转机构由工作台，回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮，电动机，箱体等组成；倾斜机构由扇形齿轮，传递齿轮，小齿轮，带制动电动机的摆线针轮减速机等组成。 焊接变位机械的工作原理 焊接变位机械 主要为达到和保持焊接位置的最佳状态，本次设计的座式焊接变位机是通过改变焊件的位置达到相应要求，其具体的实现过程是：回转机构由电动机拖动，电动机输出一定的转速，经过带轮一次减速后，然后经过二级蜗轮蜗杆减速器两次减速，最后由回转主轴，经过工作台输出焊件所需要的焊接速度，以期达到所需要的焊缝要求。倾斜机构通过整个回转机构的倾斜实现回转工作台的倾斜。 座式焊接变位机的结构特点是工作台连同回转机构支承在两边的倾斜 轴上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过机构传动或液压缸多在 140 范围内恒速倾斜，此种变位机对生产的适应性较强，承载能力可达 50t，再焊接结构生产中应用最为广青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 泛。 焊接变位机（ 家行业标准 围 本标准规定了焊接变位机的型号、参数、技术要求、检验及验收规则、包装及标志等方面的内容。 本标准适用于各种类型的焊接变位机。 用 标准列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 4064 1983 电气设备安全设计导则 语 大负荷 Q 变位机所允许承载的工件最大重量， 心距 A 工作台面处于铅垂位置时，最大负荷（工件）的重心距工作台回转轴线的距离， 心距 B 工作台面处于铅垂位置时，最大负荷（工件）的重心距工作台面的距离， 转速度 作台绕其回转轴（图 1 中 z 轴）回转的速度， r/ 斜速度 作台绕其倾斜转轴（图 2 y 轴）倾斜的速度，（ ） / 斜角度 工作台可倾斜的角度（见图 1），（ ）。 面高度 H 工作台在最低水平位时，其台面距地面的距离（见图 1）， 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 号与参数 号表示方法 变位机型号用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示： 接变位机名称代号， H 和 B 分别为 “ 焊 ” 字和 “ 变 ” 字的汉语拼音第一个字母 最大负荷 变位机工作台调高功能代号，用 1 或 2 表示。 1 表示工作台高度固定， 2 表示工作台高度可调 标记示例： 2 表示最 大负荷为 500作台高度可调的焊接变位机。 数 焊接变位机的型号及参数要求 如下： 表 2接变位机的型号及参数 型号 最大负荷Q(偏心距A(重心距B(台面高度H(回转速度) 焊接额定电流A（ 倾斜角度 () 5 40 63 - 15 135 5 50 80 - 00 135 00 63 100 - 00 135 50 160 400 1000 30 135 00 160 400 1000 000 135 000 250 400 1250 000 135 000 250 400 1250 250 135 150 250 400 1600 250 135 000 250 400 1600 250 135 000 250 400 1600 250 135 000 200 400 1600 600 135 0000 200 400 2000 600 135 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 6000 200 500 2000 600 120 0000 200 630 2500 000 120 1500 200 800 2500 000 120 0000 160 800 3150 000 105 0000 160 1000 3150 000 105 0000 160 1000 3150 000 105 图 2接变位机示意图 术要求 转驱动 转驱动应实现无级调速，并可逆转。 回转速度范围内，承受最大载荷时转速波动不超过 5%。 斜驱动 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 5，应具有动力驱动功能。 设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。 斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。 他 位机控制部分应设有供自动焊用的联动接口。 位机应设有导电装置，以免焊接电流通过轴承、齿轮等传动部位。导电装置的电阻不应超过 1其容量应满足焊接额定电流的要求。 气设备应符合 4064 的有关规定。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 作台的结构应便于装卡工件或安装卡具，也可与用户协商确定其结构形式。 大负荷与偏心距及重心距之间的关系，应在变位机使用说明书中说明。 验项目及验收规则 测 输出轴（工作台）转速，结果应符合表 2要求。 次生产时，应进行变位机的空转及负荷试验，结果应符合表 2 要求。 位机应备有产品合格证书和使用说明书。 志与包装 位机应涂敷防锈底漆及表层漆。涂层应牢固，其中表层涂漆色彩应协调美观。 位机应在标牌上标明名称、型号、最大负荷、工作电压、电机功率、出厂日期、制造厂家等。 位机的包装应牢固可靠，符合运输部 门的有关规定。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 第 3 章 座式焊接变位机的设计 回转机构的设计 作台及其工件总质量 300 ，回转主轴的危险断面位于轴承处，所受的弯曲力矩为： 图 3转主轴受力分析示意图 s i ss i ss i n 2222 hG （ 3 其中： G 综和质量 e 偏心距 h 台面高度 。 回转轴倾斜角 回转轴转角 根据焊接变位机国家行业标准 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 50 50 其中重心距取 600其轴承处的扭矩： c o ss i n 3 按第三强度理论折算的当量弯矩为： 22 222 s i nc o ss i nc o s （ 3 该式在满足 条件时才出现最大值。其值为 : 2m （ 3 对于指定的变位机： 33.0数 据由文献 10表 7得。 （ 3 i a x g （ 3 因此回转主轴的强度可选在 主轴材料用 45 号钢（调制处理） = （ 3 d 7 4 010 622322 （ 3 取 d=120验主轴： M p 222322 （ 3 其中 初步确定主轴的结构尺寸如下图 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 图 3轴的结构与装配 减速器的设计 级涡轮蜗杆的设计 级涡轮蜗杆尺寸的计算 总传动比：初选电机为满载转速 1440r/直流电动机 工作台设计回转转速为 m总=400 （ 3 平均传动比：初选带传动的传动比 平均i= （ 3 取实际蜗杆头数： =1， 蜗轮齿数： （ 3 则 41 查 文献 3表蜗杆涡轮参数的匹配（ 取 41 2m =10 1d = 90 2x =0 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 根据蜗轮蜗杆工作情况，选取蜗杆特性系数 :q=9 蜗杆模数 1m = 2m =10， 则蜗杆尺寸： 1d =90 （ 3 11d +210+20=110 （ 3 11d 06 （ 3 蜗轮尺寸： 分度圆直径 2d = m 10 41=410 （ 3 齿顶圆直径 2ad=2m =430 （ 3 齿根圆直径 2d 86 （ 3 涡轮齿宽 B = （ 3 轮的齿面接触疲劳强度校核 蜗轮蜗杆材料选用： 蜗轮选用铸造锡青铜： 蜗杆选用 20蜗轮蜗杆中心矩 22 = 4110 ）（ . （ 3 接触疲劳强度： H = Z 3 2a （ 3 材料的弹性影响系数。 对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配对时取 1551 Z 两材料的接触系数，由文献 1表 11得： Z=岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 K 工作载荷系数， K = K K ， 机械使用系数， 由 文献 1表 10： K：齿面载荷分布系数 ， 由 文献 1表 10：K 载系数， 由 文献 1表 10： K：齿间载荷分配系数 系数， 由 文献 1表 10：K=1 （ 3 得 2T =12740 （ 3 滑动速度： s / 0 060 0 060co s 211 （ 3 查表蜗杆传动的当量摩擦角 t 91)t t v （ 3 总 （ 3 其中轴承效率 油效率 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 T 18521 总（ 3 所以接触疲劳强度 M p aM p 6 1 8 5 33 （ 3 其中 蜗杆螺旋面硬度 268 蜗轮的齿根弯曲疲劳强度校核 根据公式： T 3 其中： 蜗轮齿形系数， 可由蜗轮的当量齿数 2 决定。 可由 文献 1图 11得 螺旋角影响系数， Y=1-140 =1- （ 3 F =( 8 ) 10 （ 3 F = H =56= （ 3 其中 H 可由文献 1表 11得 : H =56 N 为应力循环系数： N=60 j 0 1 21900=788400 （ 3 J:蜗轮每转一次，每个轮齿的啮合次数 . 这里取 j=1; 蜗轮转速 , 2n =0.6 r ; 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 作寿命 , 65 6 10=21900h （ 3 （ 3 F 14, 取 20 20=28 则算带轮节圆直径 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 11 b = = （ 3 2d = 2 = = （ 3 算带长 2 21 + 180 12 （ 3 要求： 21 0a 212 （ 3 即 10200 = 12 = （ 3 则 + /2+ /180 =122Z b =866= （ 3 实际中心距 c o 20b = （ 3 轮 传动额定功率 0 （ 3 1 1 （ 3 宽 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 = （ 98） 所以 回转机构中标准件的校核 承校核 级涡轮蜗杆传动蜗杆轴轴承校核 选取 7009接触球轴承正装 111图 3承受力图 求的轴承处支反力 1R = 2R = 1 =轴向力 派生轴向力11R =22R =11a2 放松，轴承 2 压紧 轴向力111文）说明书 27 211106= 压紧，轴承 2 放松 轴向力12总11143=当量动载荷 11R +总22 9 6 5 3 则当量动载荷 2 总2R =所以 1 2校核轴承 1 nL= = 0 6 =10 h （ 3 符合要求 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 29 的选择与校核 级涡轮蜗杆传动： 依据轴颈查 文献 1表 6 b h l=22 14 63校核： p=02 = 015723 = p =120150 3 符合条件 级涡轮蜗杆传动 依据轴颈查 文献 1表 6 b h l=32 18 80校核 p=02 = 1 2 03 1 8 523 = p =120150 3 符合条件 倾斜机构的设计 斜轴的设计 斜轴尺寸计算 估计回转工作台及回转机构的总重量 G =2000 9600N 其对倾斜轴的最大倾覆力矩 G 22 =19600 22 =15484 （ 3 预估滑动轴承处轴颈 120 +120/2 400= （ 3 主轴在 =90 =0 时 支反力 1C = =主轴在 = K =90 时 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 30 支反力 21 G 221 = 01 00 22 大值 所以实心轴颈 d 3 115 = = （ 3 取 d =120合条件 斜轴的强度校核 倾斜轴强度校核 2222122 34 =419600 = （ 3 倾斜轴选用 45 号钢调质 =60轮设计 扇形大齿轮选取 m =8 Z =101 传递齿轮选取 m =8 Z =67 小齿轮选取 m =8 Z =17 倾斜机构齿轮为开式传动，按齿根弯曲疲劳强度校核 倾 斜机构的齿轮为开式传动，校核其齿根弯曲疲劳强度： 公式为 F = F （ 3 扇形大齿轮： tF=K =K K= =岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 b =70m =8则 F = = F = = = （ 3 F F 符合要求 传递齿轮： tF=K =K K= =b =87m =8则 F = = F = = = F F 符合要求 小齿轮： tF=K = K K= =b=110m=8青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 32 则 F = = F = = = F F 符合要求 底座和箱体的简单设计 底座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；当同时用作滑道时，滑道部分还应具有足够的耐磨性。此外，对具体的机械，还应满足特殊的要求，并力求具有良好的工艺性。 底座和箱 体的结构尺寸和大小，决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置，受力与运动情况等。设计时应使所装的零件和部件便于装拆与操作。 底座和箱体的一些结构和尺寸，如壁厚，凸缘宽度，肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力，材料消耗，质量和成本，均有重大的影响。但是由于这些部位的形状不规则和应力的分布复杂性，基本上按照经验公式，经验数据，或比照现用的类似机件进行设计，而略去强度和刚度等的分析与校核。 此次论文设计采用的机座和箱体的设计采用经验公式和比照的方法进行设计。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 33 结论 本论文结合 1t 座式 焊接变位机 的基本要求和特点，对 焊接变位机的设计进行了阐述以及计算 ，所做的工作主要有以下几个方面： （ 1） 焊接变位机械 的 分 类 （ 2） 座式 焊接变位机 的 组成 （ 3） 座式 焊接变位机 的工作 原理 （ 4） 回转机构 中减速器、转轴、轴承等的设计 （ 5） 倾斜机构中齿轮、 滑动轴承等的设计 （ 6） 回转机构 装配图的绘制 （ 7） 座式焊接变位机装配图的绘制 （ 8） 回转机构箱体零件的绘制 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 34 参考 文献 1 濮良贵 ,纪名刚 . 机械设计 (第八版 )M高等教育出版社 ,2006. 2 机械设计手册 (新版 3)M机械工业出版社 ,2004. 3 朱龙根 . 简明机械零件设计手册 M机械工业出版社 ,1997. 4 周寿森 . 焊接机构生产及装备 M机械工业出版社 ,1999. 5 中国机械工程学会 ,焊接学会 . 焊接手册 M机械工业出版社 ,1992. 6 焦馥杰 . 焊接结构分析基础 M上海科学技术文献出版社 ,1991. 7 曾乐 . 焊 接工程学 M新时代出版社 ,1986. 8 沈世瑶 . 焊接方法及设备 M机械工业出版社 ,1982. 9 上海船舶工业设计研究院 ,机械工业部第五设计研究院 ,北京船舶工程第五设计研究所 . 焊接设备选用手册 M机械工业出版社 ,1984. 10 美国焊接学会 ,韩鸿硕 ,张桂清 . 焊接新技术 M宇航出版社 ,1981. 11 薛迪目 . 焊接概论 M机械工业出版社 ,1987. 12 机械设计手册 (第二版 )M机械工业出版社 ,2004. 13 刘鸿文 . 材料力学 M高等教育出版社 ,2006. 14 张海根 . 机电传动控制 M高等教育出版社 ,2001. 15 陈于萍 ,周兆元 . 互换性与测量技术基础 M机械工业出版社 ,2007. 16 李庆芬 ,朱世范 ,陈其廉 . 机电工程专业英语 M哈 尔滨工程大学出版社 ,2007. 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 35 致谢 本次论文是在终结大学四年学习的情况下进行的，力求对大学之所学能够来一次集中巩固及其创新利用。 它涵盖面很广，涉及了机械的所有内容，是培养高级工程技术人才的一次综合训练。 经过论文的选材，开题，构思，设计等一系列的训练，相信自己对设计有了进一步的认识，在计算能力，英文文献阅读翻译，查找相关信息等多种能力得到了一次深刻的锻炼， 在整个过程中，可以说完成了工程师基本训练和逐步具有从事科学研究的工作能力， 受益匪浅，相信对以后的学习工作会有很大帮助。 本论文是在刘琨明老师及其院里老师的悉心帮助，指导下 完成的， 在此表示真诚的谢意！ 青岛理工大学本科毕业设计（论文）