20t自调式焊接滚轮架设计【含10张CAD图纸+PDF图】
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毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械052 姓名 沈玉强 下发日期 2009-3-12题目20t自调式焊接滚轮架设计专题20t自调式焊接滚轮架设计主要内容及要求主要内容：完成20t自调式焊接滚轮架设计。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，译文字数不少于5千汉字，绘制图纸折合总量不少于5张A1。主要技术参数载重量20103 kg，工件直径9004000 mm，滚轮圆周速度2060 m/h，滚轮直径450mm，滚轮宽度2120 mm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）说明书摘 要 焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。第二类是组合式滚轮架。本文主要对自调式式20T焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。关键词：焊接；工装夹具；滚轮架；校核；合理性 Abstract Welding equipment is a machine which is used in welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mechanization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiative and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mechanical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories : the first category is long axis-wheel frame., the second category is modular roller frame. In this paper, twenty pairs of modular T-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible, adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. And it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors. Key words：weld, frock clamp, turning rolls; check; rationality目 录摘要IAbstractII目录III第1章绪论1第2章焊接机械概述22.1 焊接的应用 22.2 焊接机械装备 22.2.1焊接机械装备的分类 22.2.2焊接机械设备在焊接生产中的作用 32.3焊接工装夹具 42.3.1焊接工装夹具的分类 42.3.2 焊接工装夹具的特点 52.3.3焊接工装夹具的设计要求 62.3.4焊接工装夹具设计方案的确定 72.3.5焊件在夹具中的定位 82.4 焊接变位机械102.4.1 焊接变位机械的分类 102.4.2焊接变位机械应具备的性能 112.5 几类焊接机械设备的具体介绍122.5.1 焊接变位机122.5.2焊接翻转机132.5.3焊接操作机142.5.4焊接滚轮架142.5.5关于滚轮架轴向窜动的问题16第3章方案的选择与确定173.1自调式滚轮架的特点173.2滚轮驱动方案173.3减速装置的选择173.4联轴器的选用203.5滚轮架滚轮的设计213.6轴的设计223.7轴承的选用253.8键的选用25第4章计算和校核 264.1焊接滚轮架的设计计算264.1.1驱动圆周力与摩擦阻力的计算264.1.2 滚轮支反力的计算 284.1.3驱动圆周力与支反力及中心角的确定294.2 轴的校核314.3滚轮处键的校核354.4轴承寿命计算36第5章 结论38参考文献 39致谢41附件142附件262第1章 绪论本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们对所学的各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼： （1）运用机械设计课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，根据此装置的作用，通过现实中的要求完成此装置的设置，使其达到设计的要求。（2）提高结构设计能力。通过设计焊接滚轮架的训练，获得设计某一装置的设计理念，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的装置的能力。（3）学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。第2章 焊接机械概述2.1 焊接的应用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，焊接都有着重要而广泛的应用。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、耐蚀、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。但是，焊接生产是综合性生产，在焊件制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有许多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、矫正等工序。因此，焊接生产的机械化、自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括与焊接工序衔接的上下各工序的机械化、自动化，只有各个工序机械化、自动化了，才能实现焊接生产的综合机械化和自动化。2.2 焊接机械装备2.2.1焊接机械装备的分类焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合有利于实现焊接生产机械化、自动化，有利于提高装配一焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助机械装置和设备。这里称之为辅助机械装置和设备，是为了和焊机相区别。焊机是焊接生产过程中的核心设备，它包括焊接电源、焊接控制箱、焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。而焊接机械装备相对于焊机是处于辅助地位的，是配合焊机进行焊接生产的机械装置和设备。它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械、焊件输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理与桔整装置等。它们又是焊接机械装备的从属装置。焊接机械装备分为(1)焊接工装夹具（按动力源分类）：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：焊工变位机械（焊工升降台），焊机变位机械（焊接操作机，电焊渣立架），焊件变位机械（焊接变位机，焊接回转台，焊接翻滚机，焊接滚轮架），（3）焊接输送机械：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：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，坡口准备及焊缝清理与精整装置，吸尘及通风装置。从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的变化重复使用。它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。这种装备专业性强、生产宰高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。例如：专用焊接工装夹具、专用焊接机床就用于这类装备2.2.2焊接机械设备在焊接生产中的作用焊接机械装备对焊接生产的有利作用有如下几个方面： 1)采用焊接工装央具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置从而保证了装配精度，加快了装配作业的进程。此外，在焊接工装夹具上大都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。 2)由于焊件在央具中可强行夹固或预先给予反变形，所以能控制或消除焊接变形。 3)采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件的互换性能；焊件上的配合孔、配合槽等机械加工要素可由原来的先焊接后加工改为先加工后焊接，从而避免了大型焊件烬后加工所带来的困难，有利于缩短焊件的生产周期。 4)采用焊接变位机械，可缩短装配和施焊过程中焊件翻转变位的时间，减少了辅助工时，提高了焊机利用率和焊接生产率。 5)采用焊接变位机械可使焊件处于员有利的施焊位置-水平及船形位置上进行焊接。这有利于操作，有利于保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规范，充分发挥焊接方法的效能。 6)采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。例如，埋弧焊机配合相应的焊接装备后，可完成内外环缝、空间曲线焊经的焊接和空间曲面的堆焊。7)采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作，人仅处于控制机械的地位，减少了人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求。8)采用焊接机械装备后、可便装配和焊接集中在一个工位上完成，可减少工序数量节约车间使用面积。9)只有与焊接机械装备相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境中进行焊接作业，都需要与相应的焊接机械装备相配合才能实现。10)欲使焊接工序本身实现机械化和自动化，或者使焊接生产过程实现综合机械化、自动化，都需要焊接机械装备舶配合才能实现。 总之焊接机械装备对焊接生产的有利作用是多方面的。总括而言，就是保证焊接质量，提高焊接生产串，改善工人的作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程四个方面。因此，无论在焊接车间或是在施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从面获得了广泛的应用。2.3焊接工装夹具2.3.1焊接工装夹具的分类焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的夹具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。焊接工装夹具按动力源分为七类：手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，真空夹具，电动夹具，混合式夹具。一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具(又称为胎具或专用夹具)。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。夹紧机构是夹具的主要组成部分，其结构形式很多，且相对复杂，驱动方式也多种多样。在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。这种多动力源夹具称做混合式夹具。在先进工业国家里，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化在工艺设计时进行选用即可。我国焊接工作者，正进行着这方面的研究开发工作，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的夹紧机构出现。2.3.2 焊接工装夹具的特点焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点；1)由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。2)在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。机床夹具则不然，除少数加工细长件的夹具，如加工光杠、丝杠用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，其他夹具均对工件作刚性夹固。3)对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少更便于从夹具上取下。对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。4)对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。面机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。5)与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电和绝缘的问题。6)焊接工装夹具一般比机床夹具大。装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和质量。7)焊接工装夹具主要用来保证焊接结构各连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度，而机床夹具主要用来保证零件的加工精度。8)除精密焊件所用的夹具外，一般焊接工装夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度均低于机床夹具的相应指标。以上八点是焊接工装夹具与机床夹具的主要不同之处，设计焊接工装夹具时，要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具，能满足使用要求。2.3.3焊接工装夹具的设计要求1)焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。2)焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。3)夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。4)为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。 5)夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝村垫等措施。 6)接近焊接部位的夹具应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。 7)夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。 8)注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹县提出的特殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电于束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。 9)用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。 10)在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。 11)工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。 12)尽量选用已通用化、标准他的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。2.3.4焊接工装夹具设计方案的确定确定工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有全盘考虑，才能制定出最佳的设计方案。具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑： 1)焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。 2)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面、装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。 3)装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。这往往与下述因素有关：（1）在装焊夹具上，焊件的所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。（2）从装配夹具上取下由装配点定好位的部件时，是否会破坏各零件的相互位置。若部件刚性不好，则会发生整体变形，甚至定位焊点发生开裂，使已装配好的零件发生位置变化。（3）装配时不需要使焊件翻转变位，而在焊接时，则需要使焊件翻转变位，这样，若采用装焊夹具方案，是否会使夹具结构复杂化。（4）装配夹具，其定位器和夹紧机构较多，若用于焊接，是否影响焊接机头的焊接可达性；焊接夹具，为了防止焊件变形，虽具有较大的刚度和强度，但用于装配时，能否承受装配时的锤击力。（5）装、焊作业若在同一夹具上完成，能否合理地组织装配工人、焊接工人相互协调作业。（6）车间的作业面积和起重运输设备的负荷能力是否允许装配和焊接作业分别在各自的夹具上进行。 4)焊件酌产量。例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。在中小批量生产中，夹具主要以保证装焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单、适应性广的通用夹具，使夹具的结构方案与焊件的产量相匹配。2.3.5焊件在夹具中的定位(一)物体定位原则-六点定则 在进行装焊作业时，首先应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图样要求得到确定位置的过程称为定位；把焊件在装好作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。 为了使焊件在夹具中得到要求的确定位置，应先研究一下物体在空间的位置 图2-1 物体的定位是怎样被确定下来的。一个物体A如果在空间不与任何其他物体发生联系，那么相对于空间互相垂直的三个坐标轴就有六种活动的可能性，见图1-1a，其中三种是分别沿x、y、z轴的移动，另三种是分别统x、y、z轴的转动。物体的这种活动可能性叫做自由度。因此一个物体有六个自由度，这六个自由度被消除了，则物体在空间的位置就完全被确定了，所以自由度也是决定物体空间位置的独立参数。 如图2-1b所示，如果我们在xOy面上放一块平板B来支承物体A，这时物体A在这个平面上只能沿Ox轴和Oy轴移动和绕Oz轴旋转，而不能沿Oz轴移动和绕Ox轴和Oy轴旋转，否队物体A将脱离平板B。这说明文承扳B消除了物体A的三个自由度。如果我们再在物体A的xOz平面上放置两块挡铁1和2(图2-1c)物体A也就不能沿Oy轴移动和绕Oz轴旋转了，从而又消除了两个自由度。最后，只要在物体A的zOy平面上再设置一块挡铁3，消除物体沿Ox轴移动的自由度，则物体A的空间位置就被完全确定下来(图2-1d)。从几何学中知道，三点可以决定一平而，我们可以用三个定位支承点4、5、6(图2-1e)代替图2-1d中的支承平板B，同时也把挡铁1、2、3当做定位支承点，从而一个定位支承点平均消除了一个自由度。因此，确定物体的空间位置，就需要按图2-1e布置的六个支承点消除物体活动的六个自由度，这就是物体定位的“六点定则”。 由图2-1e可知，三个文承点在xOy平面上二个支承点在xOz平面上一个支承点在zOy平面上。我们把有三个支承点的平面称做安装基面。在这个面上，三个支承点不能在一条直线上，被支承工件的重心必须落在这三个支承点作为顶点所构成的三角形内。这三个定位支承点之间的距离越远，则安装基面越大，焊件的安装稳定性和相关位置精度就越高，因此，应选择焊件轮廓尺寸最大的表面与安装基面接触。有两个定位支承点的平面称做导向基面。这两个支承点的连线应平行于安装基面，而且两点间的距离越远越有利于提高安装精度，因此应选焊件尺寸最长的表面与导向基面接触。有一个定位支承点的平面称做定程基面。显然，安装一个定位支承点就不需要很大的面积与长度，因此，通常是选择焊件较小的表面与定程基面接触。2.4 焊接变位机械2.4.1 焊接变位机械的分类 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。使用焊接变位机械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。焊接变位机械的分类及各类所属设备如下： 图2-2 焊接变位机械的分类各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。2.4.2焊接变位机械应具备的性能。一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是：1)焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。2)对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。3)在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。4)与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，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0.1-2mm之间，最高精度应可达0.01mm。5)回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。6)有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。7)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。8)焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。9)工作台面上应刻有安装基线，井设有安装槽孔，能方便的安装各种定位器件和夹紧机构。10)兼作装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。 11)用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。2.5 几类焊接机械设备的具体介绍 焊件变位机械是在烬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。焊件变位机械按功能不同，分为焊接变位祝、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机四类。在手工焊作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位机械是与焊机变位机械相互配合使用的，用来完成纵缝、横续、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。焊件变位机械也是机械化、自动化装焊生产线上的重要组成部分在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元(Mc)和加工系统(Fk)中，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、空间曲面的带极堆焊等，都需要焊件变位机械的配合，才能完成其作业。2.5.1 焊接变位机焊接变位机是在焊接作业中将焊件回转并倾斜，使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。 焊接变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位。焊接变位机按结构形式可分为三种：（1）伸臂式焊接变位机 其回转工作台绕回转轴旋转并安装在伸臂的一端，伸臂一般相对于某一转轴成角度回转，而此转轴的位置多是固定的，但有的也可在小于的范围内上下倾斜。这两种运动都改变了工作台而回转轴的位置，从而使该机变位范围大，作业适应性好，但这种形式的变位机，整体稳定性较差。该机多为电动机驱动，承载能力在0.5t以下，适用于小型焊件的翻转变位。也有液压驱动的，承载能力多在10t左右，适用于结构尺寸不大，但自重较大的焊件。伸臂式的焊接变位机在手工焊中应用较多。（2）座式焊接变位机其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，倾斜轴通过扇形齿轮或液压缸，多在的围内恒速或变速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于焊件的翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用员广的结构形式。常与伸缩营式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。（3）双座式焊接变位机 工作台安装在机座上，以所需的焊接速度回转；形架座在两例的机座上，多以桓速或所需的焊接速度绕水平轴线转动。该机不仅稳定性好，而且如果设计得当，可使焊件安放在工作台上后，随形架倾斜的综合重心位于或接近倾斜机构的轴线，从而使倾斜驱动力短大大减小。因此重型焊接变位机多采用这种结构。焊接变位机的基本结构形式虽只有上述三种，但其派生形式很多，有些变位机的工作台还具有升降功能。2.5.2焊接翻转机焊接翻转机是将焊件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。焊接翻转机的种类较多，常见的有框架式、头层架式、链式、环式和推举式等翻转机。头尾架式翻转机，其头架可单独使用，在头部装上工作台及相应夹具后，可用于短小焊件的翻转变位。有的翻转机尾架做成移动式的以适应不同长度焊件的翻转变位，其中对应用在大型构件上的翻转机，工作台做成升降式的。 目前，我国还未对各种形式的焊接翻转机制定出系列标准但已有厂家生产头尾架式的焊接翻转机，并已成系列。 配合机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产，它们都是点位控制的，控制点数以使用要求而定，但多为2点(每隔)、4点(每隔)、8点(每隔)控制。翻转速度以恒速为多。翻转机与机器人联机，按程序动作，载重量多在203000kg之间。我国汽车、摩托车制造行业使用的弧焊机器人加工中心，已成功地使用了国产头尾架式和框架式焊接翻转机。由于是恒速翻转，点位控制，并辅以电磁制动和气缸锥销强制定位，所以多采用交流电动机驱动和普通齿轮副减速，其机械传动系统的制造精度比轨迹控制的低1-2级，使产品造价大大降低。2.5.3焊接操作机 焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备。它主要包括焊接操作机和电渣焊立架。焊接操作机的结构形式很多，使用范围很广，常与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。若更换作业机头，还能进行其他的相应作业。电渣焊立架的结构形式和功能相对单一，主要用于厚壁焊件立缝的焊接。焊接操作机是能将焊接机头(焊枪)准确送到待焊位置，并保持在该位置或以选定焊速沿设定轨迹移动的焊接机头的变位机械。2.5.4焊接滚轮架焊接滚轮架是借助主动滚轮和工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊接变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的转配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当的调整，也可以进行锥体、分段不等径回转体的装配于焊接。对于一些非圆长焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可以在焊接滚轮架上进行装焊作业。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，另一排为从动滚轮架，也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄形焊件的组队与焊接。有的长轴式滚轮架其滚轮为一长形滚柱，直径0.30.4m、长度15m。筒体置于其上不易轴向变形，适用于薄壁、小直径、多筒节焊件的组对喝环缝的焊接。 长轴式滚轮架多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场上可供选用的定型产品很少。第二类是组合式滚轮架，它的主动滚轮架从动滚轮架(图混合式滚轮架(即在一个支架上有一个主动滚轮座和一个从动滚轮座)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，是目前应用员广泛的结构形式。国内外有关生产厂家均有各自的系列产品供应市场。为了焊接不同直径的焊件，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；一种是非自调式的。自调式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的，但调节范围有限。对重型滚轮架，多采用车间起重设备挪动滚轮座进行分段调节。对轻滚轮架型，多采用手动或电动丝杆-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，沿轨道移行，以调节相互之间的距离。焊接滚轮架多采用直流电电动机驱动，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。近年来，随着晶体闸流管变频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，其特点和适用范围见表1-1。表2-1 滚轮架的结构特点和适用范围类型特点适用范围钢轮承载能力强，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荷大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶、摩擦力大、传动平稳但橡胶易压坏一般多用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮和橡胶轮相组合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳。一般多用于10t-60t的焊件腹带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂用于轻型、薄壁大直径的焊件及有色金属容器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200700mm之间。国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载量11500t、适用焊件直径18m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）均为系列供应。其滚轮速度多在690m/h之间无级可调，有的还有防止焊件轴向攒动功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达400t、适用焊件直径可达6m，滚轮线速度多在640m/h之间无级调速。防轴向窜动的焊接滚轮架已有生产，但性能尚待提高。2.5.5关于滚轮架轴向窜动的问题 (1)问题的提出 焊接滚轮架驱动焊件绕其自身轴线旋转时，往往伴有轴向的窜动，从而影响焊接质量和焊接过程的正常进行，严重时会导致焊接过程的中断，甚至发生焊件倾覆等设备人身事故。因此，国内一些工厂常采用在焊件端头硬顶的办法，强行制止焊件的窜动。这种办法，对稳定性要求很高的带极堆焊和窄间隙焊等作业时采用硬性阻挡的办法往往效果不佳。因为焊件重量大，旋转时轴向窜动力也大，强行阻挡，则势必使焊件旋转阻力增大，引起转速不稳定，产生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因挤压而破坏，有时甚至还会发生电动机过载烧坏事故。在此背景下，国外开发了防铀向窜动技术，并于20世纪80年代中期推出了防止焊件轴向窜动的焊接滚轮架，将焊件的窜动量控制在以内，满足了各种焊接方法对施焊位置精度的要求。我国自20世纪80年代末期起也开展了此项技术的研究，并研制出了样机。20世纪90年代初期，国内个别焊接辅机制造厂已有产品上市，但未形成生产规模。在防窜精度(行标规定)和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等国的产品尚存在差距。（2）焊件发生轴向窜动的原因及影响因素对焊接滚轮架而言，当滚轮和焊件都是理想的圆柱体且各滚轮尺寸一致，其转动轴线都在同一水平面内并平行于焊件轴线时，则主动滚轮驱动焊件作用在焊件上的力，和从动滚轮作用到焊件上的反力，均为圆周力。此时，焊件绕自身轴线旋转，不会产生轴向窜动。但是，当这一条件受到破坏，例如滚轮架制造安装存在误差、焊件几何形状不规矩等，使前后排滚轮存在高差和滚轮轴线与焊件轴线不平行，从而导致焊件自重以及主动滚轮、从动滚轮与焊件接触处存在轴向分力时，便形成了焊件轴向窜动的必要条件。但是各轴向力的方向并不完全一致。第3章 方案的选择与确定3.1自调式滚轮架的特点 为了焊接不同直径的焊件，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；一种是非自调式的。自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。若装焊壁厚剧、而长度很长的筒形焊件时，宜用几台混合式滚轮架的组合。这样，沿简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、刚性较好的简形焊件时，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简体一端驱动焊件旋转，但因焊件刚性较好，仍能保持转速均匀，也不致发生扭曲变形。3.2滚轮驱动方案 为使焊接滚轮架的滚轮间距调节更为方便，机动性更强，组合更加便利，采用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是，每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好各滚轮转速的同步问题。由于制造工艺、材料性能等因素的影响，同一型号规格的电动机，其额定转速实际上并不一致，因此要把实测数据最相近的一组电动机作为滚轮架的拖动电动机。焊接自调式滚轮架的驱动运动，多采用三相异步电动机驱动。对于20t自调式焊接滚轮架设计，我们选用调速式三相异步电动机，型号YHT51。另外，在驱动系统的控制回路中，应有行程保护、过载保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。3.3减速装置的选择由工作条件可知滚轮圆周速度是2060m/h，滚轮的直径为450mm，有步骤二可知,我们选择的电动机为换向器式调速异步电动机YHT51转速为4701410r/min,计算如下设滚轮每分钟旋转圈数为n，=0.24r/min =0.71r/min由以上可得，整个传动过程从4701410r/min减速到0.240.71r/min,而其中经过的路径为电动机-涡轮减速器-蜗杆-涡轮（齿轮1）-齿轮2-齿轮3（橡胶轮），由此求的传动比为i=.之后对各级间的传动比进行假设，通过计算我们选择涡轮减速器的传动比为 ，蜗杆z=1，涡轮z=41(齿轮1z=23)，齿轮2 z=23,齿轮3 z=30,传动比为 i=2017计算滚轮的圆周速度 =19.75r/h =59.26r/h从计算可以得出，计算基本符合设计要求。1 减速器的选择涡轮减速器我们选用直廓环面蜗杆减速器，型号为HWB125-40-1（JB/T7936-1999）直廓环面蜗杆减速器适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工、建筑等行业机械设备的减速传动。其工作条件如下：1） 两轴交错角为90度；2） 螺杆转速不超过1500r/min； 3） 螺杆中间平面分度圆滑动速度不超过6m/s；4） 减速器的工作环境温度为040摄氏度，当环境温度低于0摄氏度和高于40摄氏度时，润滑油要相应的加热和冷却；5） 螺杆轴可正，反运转。对减速器的选择进行校核。（1） 按强度，公式如下 -减速器计算功率（Kw）; -工况系数，查表37.1-85； -原动机输出或减速器输入功率（Kw）; -减速器额定输入功率（Kw）又=1.2，=6.1， 所以 所以符合要求（2）按热功率校核，输入功率校核按工作制度来进行，由于滚轮架要经常启动和停止，不需要校核输入热功率。2 涡轮蜗杆的选择螺杆传动用于交错轴间传递运动及动力。通常交错角为90度。它的主要优点为：涡轮齿数为传动比大，工作平稳，噪声低，机构紧凑，可以自锁。主要缺点：效率低，需要贵重的减摩性有色金属。在焊接滚轮架设计中，涡轮蜗杆在第二级减速上，我们已经选择蜗杆的头数，涡轮的齿数为，从机械设计手册第2版表35.5-6（普通圆柱螺杆传动的基本参数及其匹配）中我们选择相应的装置，选择如下，中心距a=160mm，m=6.3,螺杆分度圆直径为，3 齿轮的选择齿轮传动类型的选择原则1）满足使用要求，如传动结构尺寸、重量、功率、速度、传动比、寿命、可靠性的要求，对以上要求应作全面的、深入的分析、满足主要的要求兼顾其他。2）考虑工艺条件，如制造厂的工艺水平、设备条件、生产批量等。3）考虑合理性、先进性和经济性等。这里我们选择渐开线圆柱齿轮， 传动的效率和功率范围大；传动效率高，一对齿轮可达98%99%，精度愈高，效率愈高;对中心距的敏感性小，装配和维修比较简便;可以进行交位切削及各种修形、俢缘，以适用提高传动质量的要求；易于进行精确加工。由传动比计算可知，齿轮的齿数分别为23，23，29，在减速器中，通常取m=(0.0070.02)a,其中a为中心距，对于传递动力的传动模数m应不小于2mm,这里选择模数均取8mm。涡轮蜗杆及齿轮的校核在下一章中进行叙述。有关参数参考文献143.4 联轴器的选用联轴器的类型应根据使用要求和工作条件来确定。具体选择是可以考虑以下几点；（1）机械类型和传动系统的配置情况。（2）所需传递转矩的大小和性质以及对缓冲和减震方面的要求，包括在稳定工况下云装的最大转矩，转矩的时间特性（瞬时的和连续的）。（3）联轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小，对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器。（4）两轴相对位移的大小和方向，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，应选用挠性联轴器。（5）联轴器的可靠性、适用寿命和工作环境，通常由金属元件制成不需要润滑的联轴器比较可靠，需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完整程度的影响，而且可能污染环境。（6）联轴器的制造、安装、维护和成本，在满足适用性能的前提下，用选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。在此焊接滚轮架中，电动机和减速器之间需要一个联轴器连接，由于电动机的速度比较快，冲击比较大，因此我们选择弹性联轴节。这类联轴器都两轴线的位移有一定的补偿作用，又由于我们电动机启动比较频繁，传递的扭矩不是很大，所以我们选择弹性套柱销联轴器，这类联轴器的结构与刚性凸缘联轴器相似，只是用套有橡胶弹性套的柱销代替连接螺栓。柱销中心分布圆直径 其中是联轴器的计算转矩（）。联轴器外径 其中是轴孔直径。从减速器出来和蜗杆连接需要一个联轴器，由于此处刚度较大，且无剧烈冲击。故此我们选用十字滑块联轴器，这类联轴器具有挠性，故可以补偿两轴的相对位移。十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用45钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度；为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。十字滑块联轴器效率。式中 -摩擦系数，一般取为； -为两轴间径向位移量；-为轴径；单位mm 传动轴与两端的蜗杆之间需要两个联轴器，由于此处要求严格对中，且载荷不大较为平稳，所以我们选用套筒联轴器，这类联轴器就是利用一个公用套筒，以键和销的连接方式将两根轴连接在一起同步运动，这类联轴器目前尚无标准，强度计算按键连接或销连接的方法进行。3.5滚轮架滚轮的设计前已述及，焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，适用于不同场合。其中，橡胶轮缘的滚轮常因结构不合理，或橡胶质量不佳或挂胶工艺不完善，使用不久就会发生挤裂、脱胶而损坏。另外，常在橡胶轮绸与金属的结合部，将金属轮面开出多道沟槽，以增加橡胶与金属的接触向积，强化结合牢度，避免脱胶(图3-3)。至于橡胶成分和挂胶工艺，在美国是一项专利，国内兰州石油化工机器厂，将国产橡胶轮缘的坦克支重轮用在焊接滚轮架上取得了很好的效果，使滚轮寿命延长了许多。图3-3滚轮结构3.6轴的设计轴的设计主要包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。对于轴的结构设计，我们此次设计都是根据零件的安装、定位等方面的要求，比较合理的确定的轴的形状和尺寸。轴的计算通常都是在完成结构设计后进行的校核计算，计算准则则是满足轴的刚度和强度的要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。我们现在以滚轮轴为例来设计轴图3-4 滚轮轴的结构图1由于我们选用的电动机功率范围为，依次经过涡轮蜗杆减速器（）、十字滑块联轴器（）、蜗杆涡轮齿轮（）、中间齿轮（）、又由于分到4个滚轮轴上，所以到达滚轮轴的最大功率为。又滚轮转速。于是2求作用在齿轮上的力齿轮的分度圆直径为 而 3初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。取，于是得 滚轮轴的最小直径显然是安装齿轮处的直径，为了使所选的轴直径与齿轮孔径相适应，取以标准值，。4 轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案滚轮轴上零件的具体装配关系见上图（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）安装齿轮处的轴段的直径。就得到齿轮轮毂的宽度为，齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取。齿轮右端由轴挡板固定。2) 段由于装配需要直径和长度选为3）初步选择滚动轴承，因为轴承要承受较大的径向载荷，故选择调心滚子轴承，参照工作要求，并要求，由轴承产品目录中初步选取2基本游隙组、标准精度级的调心滚子轴承22316，其基本尺寸为。故，。右端滚动轴承采用轴肩定位。有手册上查的22316型轴承的定位轴肩高度，又由于有套筒的存在，因此，取4）安装滚轮处的轴段的直径；滚轮的左右两端轴承对称分布。那么，滚轮和轴承之间采用套筒定位。且至此已经基本确定滚轮轴上的各段直径和长度。 。 （3）轴上零件的周向定位齿轮、滚轮与轴的周向定位均采用平键连接。按查的平键截面，长度为125mm，同时为了保证滚轮与轴配合有良好的对中性，故选择滚轮与轴的配合为；同样，齿轮与轴的连接，选用平键。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的，（4）确定轴上圆角和倒角尺寸可以查表取右端的倒角为，各轴肩处的圆角半径为。滚轮架的其他各轴的设计依据上面的步骤可以得到。3.7轴承的选用对于轴承的选用，我们首先选择轴承类型考虑的因素主要有：轴承的载荷、轴承的转速、轴承的调心性能、轴承的安装和拆卸。在前面我们已经选用滚轮轴上的轴承22316。在蜗杆蜗轮传动时，有很大的轴向载荷，所以我们选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的圆锥滚子轴，支撑传动轴两端的蜗杆的四个轴承我们选用30310，内径50mm，外径110mm，总宽29.25mm；与之相对应的支撑蜗轮的四个轴承我们选用内径65mm，外径140mm，总宽36mm。3.8键的选用 键是一种标准件，是用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递扭矩。键的选用包括类型选择和尺寸选择两个方面。此次设计所选用的键的类型都是根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选用的。键的尺寸选用也是符合标准规格和强度要求来取定的。前面我们在设计滚轮轴时已经选用了两个键。依据同样的要求来选择传动轴与蜗杆连接处套筒所需要的键，此处，所以选择的键的尺寸为。与之相对应的固定蜗轮所需要的键的尺寸为。第4章 计算和校核4.1焊接滚轮架的设计计算4.1.1驱动圆周力与摩擦阻力的计算图4-1所示为典型滚轮架焊件的受力图，图中2为一列主动轮，3为一列从动轮。当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件1静置在主从动轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即 （4-1）式中 -中心角；D-焊件直径；-滚轮直径；L-主从动滚轮之间的横向距离。图4-1 焊接滚轮架的受力图1-焊件 2-主动滚轮 3-从动滚轮若焊件偏心距不为零，在主动滚轮滚轮圆周力的作用下，反时针转动，则焊件的受力情况如图4-1所示。图中是焊件借助摩擦力带动从动滚轮转动时滚轮作用到焊件上的反力。为了便于分析，特通过焊件转动中心O，作两个大小相等、方向相反、并在同一作用线上的力。这样，其中一个力与主动轮上的圆周力构成力偶，使焊件转动，另一个力沿两个支反力分解成、两个分力。显然，焊件在转动过程中所受的滚轮支反力，在基本支反力的基础上有分别增加了和。同理，反力也有类似的作用，2焊件的支反力有分别增加了和（图中未画出）。因此，主、从动滚轮分别作用到焊件上的支反力为 （4-2）由图4-1知 （4-3）将式（4-1）（4-3）带入（4-2）得 （4-4） 主动滚轮上的圆周力形成的主力矩首先要克服偏心力矩，其次还要克服从动轮处的反力矩，故焊件的力矩平衡方程式 即 （4-5）式中 R-焊件半径。从动滚轮给予焊件的反力实为滚轮的摩擦阻力， 即 （4-6）式中 -滚轮轴径； -滚轮与滚轮轴的摩擦因数（滑动轴承，圆锥磙子轴承）； -滚轮与焊件表面之间的滚动摩擦因数（钢板，橡胶轮）。 将式（4-6）带入（4-5）得 （4-7）将式（4-4）（4-5）（4-7）联立，解出主动轮上的圆周力 （4-8）将（4-8）代入（4-5）得出从动轮给予焊件的反力 （4-9）上两式中 -偏心系数，且； -与滚轮几何尺寸和材料有关的系数，且对于均匀的筒形焊件，因，故有 （4-10）4.1.2 滚轮支反力的计算架在滚轮座上的筒体转动时，驱动圆周力和反力将使支反力、发生变化。实际上，焊件只有按图4-1所示位置逆时钟转动时，因、力的方向向下，才使、的数值增大，且增大的份额往往超过因角增大或者摩擦因数、增加面增大的份额。如果焊件顺时针转动，则、方向向上，、的数值减小，所以，计算滚轮最大支反力时，应以图4-1所示的焊件重心位置和转向为准进行计算。将（4-8）和（4-9）代入式（4-4）即得到焊件转动时主、从动滚轮作用到焊件上的支反力 （4-11） （4-12）当时 （4-13）4.1.3 驱动圆周力与支反力及中心角的确定图4-2是单位焊件重量圆周力 ()与中心角的关系曲线。两条曲线都是用滚轮直径Dr410mm、滚轮轴径dr70mm的标准组合式滚轮架作出的，但曲线1所用为圆锥滚子轴承轴承的诱导摩擦因数，滚轮处的滚动摩擦因数；曲线2为滑动轴承。圆周力是根据图3-1按式(3-13)算出的，所以该曲线反映的是时角对应的最大值。图4-2 与的关系曲线1-圆锥磙子轴承 2-滑动轴承图4-3是单位焊件重量支反力 ()与中心角的关系曲线，关系曲线的建立条件与图4-2相同。滚轮作用在焊件上的支反力是根据图4-1按式(4-13)算出的，所以该曲线反映的是时角对应的最大值。 分析图4-2和图4-3可得出如下结论：1） 当一定时，在范围内，支反力和驱动圆周力的变化较小。对滚动轴承，圆周力；对滑动轴承，；支反力。即滚轮轴承无论采用滚动的或是滑动的，都对值影响不大，但对值的影响较大。2） 当由增至时，主动滚轮的驱动圆周力将增加1倍。对滚动轴承，；对滑动轴承；支反力也增加占了l倍，。3） 当时，支反力和驱动圆周力急剧增大，在一时达到崩溃值因此。角的许用上限应小于，一般不超过。4） 在同一值情况下，若将滚轮轴上的滚动轴承改为滑动轴承，则驱动圆周力F1将增加1倍因此驱动功率也增加1倍，但是支反力变化不大。图4-3 与的关系曲线 因此，从降低能耗、节省运行费用的角度出发，应设计或选用滚轮轴承为该动轴承的焊接该轮架。另外，中心角的使用上限应不大于 中心角的使用下限，主要受焊件静载稳定性的制约。当角给定后，偏心距只有满足焊件才不致从滚轮架上掉下而破坏其稳定性。实际应用中，为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性并保证焊件能够平稳地转动，通常中心角应不小于甚至在偏心炬等于零时，也应采用此值。我国制定的焊接滚轮架行业标准(ZBJT33003-1990)中规定，中心角应在范围内选取。 4.2 轴的校核 我们还是以滚轮轴为例来进行轴的校核。1 求轴上的载荷可以根据式4-10、式4-13可以求出滚轮上所受的和（先取中心角）。图4-4 滚轮轴的载荷分析图 其中又由于每个滚轮轴上有两个滚轮，作用在两边的滚轮轴上，所以 首先根据轴的结构图（图3-4）做出轴的计算简图（图4-4）。在确定轴承的支点位置时，可知调心滚子轴承的支点位置在它的几何中心并且没有轴向力。因此可以确定各个零件的支点位置。根据计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图4-4）。2 按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即两个滚轮之间的截面）的强度。根据以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，其。因此，故安全。表4-1 截面D处的载荷载荷水平面H垂直面 V之反力F弯矩M总弯矩 扭矩T3 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面（参照图3-4）截面H、G、F只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面H、G、F均无需校核。比较截面D、E都受扭矩，但截面D的弯曲应力比较大，所以不用校核截面E。截面A、B不受扭矩，只受弯矩也比较小，所以也不用校核。截面C、D中，截面C收的弯曲应力小于截面D的扭矩应力，所以截面C也不用校核，两个滚轮中间的位置的应力最大。但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故此处不用校核。所以只要校核截面D左右两侧即可。截面D左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面D左侧的弯矩M为 截面D左侧的弯矩T为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。可以查到，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及 有可查得轴的材料敏性系数为 故有效应力集中系数为 取尺寸系数；扭转尺寸系数轴的按磨削加工，可以得表面质量系数。轴未进行表面强化处理，即，则得到综合系数为 可以查到碳钢的特性系数 取 取 于是，计算安全系数值，得到 故可知其安全。依据同样的步骤计算截面D右侧，可以得到轴的右边强度也是足够的，也是安全的。 所以所选的轴符合要求，故可有。依据同一样的方法和步骤可以对其余各轴进行校核，都是符合要求的。因此，此次设计所选的轴都符合设计要求。4.3滚轮处键的校核有前面分析可知滚轮处选择，长度为125mm的平键。主要传递扭矩且此处扭矩比较大。为了防止键的工作面被压溃要对其进行进行强度校核。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （4-14）式中 -传递的转矩-键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度mm -键的工作长度，mm，圆头，这里为键的公称长度，mm，b为键的宽度，mm。 -轴的直径，mm。 -键、轴、轮毂三者中的最弱材料的许用挤压应力，。根据式（4-14）代入数据可得又由于键、轴、轮毂三者都选用45钢，载荷性质为轻微冲击所以。可以看出。所以滚轮处键的强度也符合要求。4.3轴承寿命计算轴承寿命是指一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度为时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中的轴承发生点蚀破环，而的轴承不发生点蚀破环前的转数或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命。我们以滚轮轴上的调心滚子轴承22316为例来计算轴承的寿命。 1）求轴承当量动载荷由前面已经已经求出轴承所受的径向力它们所受的轴向力都为零。所以它们的当量动载荷分别为， 2）演算轴承寿命因为，所以按EF处轴承的受力大小演算，调心滚子轴承22316的基本额定动载荷为82000N轴承寿命比较长，基本符合设计要求。依据同样的方法，可以求得其它轴上的轴承寿命也符合要求。第5章 结论 本论文结合焊接滚轮架的基本要求和特点，运用机械原理和机械设计基础知识对焊接滚轮架进行了设计，所做的工作主要有以下几个方面：1 查阅相关资料来初步确定焊接滚轮架的整体基本结构和外形。2根据滚轮的圆周速度范围设计各级减速装置的传动比，选取相应的电动机，减速器，涡轮蜗杆和齿轮。3根据工件的额定重量分析各轴的受力情况来确定轴的形状和尺寸确定零件的安装和定位4对所选主要零件（轴，键，轴承）进行强度校核和使用寿命的计算.通过以上步骤基本完成此次设计的基本要求，收获到很多专业课知识，同时也掌握了CAD画图的能力，锻炼了自己发现问题，思考问题和解决问题的能力，并培养认真严谨的专业精神。由于个人能力有限，设计尚有不足之处恳请老师指出改正，在此不胜感激。 参考文献1贾安东.焊接结构及生产设计M.天津:天津大学出版社,19892王政.焊接工装夹具及变位机械M.北京：机械工业出版社，20013陈焕明.焊接工装设计基础M.北京：航空工业出版社，2004 4中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2版）M.北京：机械工业出版社，2001 5胡家秀.简明机械零件设计使用手册M.北京：机械工业出版社，1999 6祖业发.现代机械制图M.北京：机械工业出版社.2002； 7许杏根等.简明机械设计手册M.北京:机械工业出版社,19998曾乐.焊接工程学M.北京：新时代出版社，19869孙恒，陈作模，葛文杰。机械原理M。北京:高等教育出版社，200610蒲良贵，纪名刚。机械设计M。北京：高等教育出版社，200311陈玉萍，周兆元。互换性与测量技术基础M。北京：机械出版社，200612大连理工大学工程画教研室。机械制图M。北京：高等教育出版社，200413徐灏。机械设计手册第2版M。北京:机械工业出版社，2000.14机械工程手册，电气工程手册 编辑委员会。机械工程手册 补充本（一）M。北京，机械工业出版社，198815中国机械工程学会焊接学会。焊接手册。北京：机械工业出版社。2001. 16 Wang Zheng,Test and analysis of mechanism and influential elements of axial drifting of weldment on turning rolls. CHINA WELDING Vo1,May 200317 Dimarogonas, A.D. ,Machine Design ,John Wiley & Sons,2000致 谢本次毕业设计综合了大学里所学的专业知识，是理论与实际相结合的一次考验。通过这次设计，我的综合运用知识的能力有了很大的提高，尤其是看图、绘图、设计能力，为我今后的工作打下了良好的基础。在此过程中，我进一步加深了对课本知识的理解，进一步了解了零件的工艺以及夹具设计过程，收获颇丰。本次设计是在刘琨明老师的悉心指导和帮助下完成的。我的机械设计知识有限，在设计中常常碰到问题，是刘老师不厌其烦的指导，不断的点拔迷津，提供相关资料，才使其顺利完成。刘老师耐心的讲解，使我如沐春风。不仅如此，刘琨明老师严谨的治学态度和高尚的敬业情操深深打动了我。在此，我向刘老师表示最真诚的感谢。同时，感谢同组同学的支持和帮助，使我更好的完成毕业设计。附件1外文资料翻译1用于球形型罐体的弧焊机械的全自动化研究蒋力培，张甲英，俞建荣摘要：关于球形罐体的多位置多层面焊缝的一种全自动焊接机械已被开发出来，这种机械主要是由一个基于微型记忆的双向焊缝追踪系统和一个焊接用带轨道的拖拉机械组成。这种机械的主要性能特点是：当焊接焊缝的第一层时，他的微机系统能够分析并存储从双向传感器传输的轨迹信息，并且控制焊接头装置识别双向同步焊接路线；当在第一层基础上焊接第二层时，它能从记忆数据库中识别双向焊接轨迹，自动决定焊接层数并不停变动焊接头位置，焊接实验证明，该机械有良好的追踪和焊接性能，并适用于球形罐体的多位置多层面焊接。关键词：全自动焊接机械，球形罐体，记忆追踪，多位置焊接0 前言随着石化工业的发展，球形罐体应用越来越广泛，它们的得很大并且它们的焊接载重量也增长的很快，传统的手动焊接焊接罐体时速度太慢，并有很多严重不足：例如繁重的体力劳动，恶劣的焊接环境和焊接罐体高技术操作工的高花费，因此，最近用于罐体焊接的全自动技术发展很快。本世纪七十年代以来，用于球形罐体的水下弧焊，熔融弧焊和MIG焊接的应用在美国，日本及一些发达国家开始研究，很多种熔融焊接电极，例如Lincoln Company生产的NR203核心金属丝，应用于球形罐体的多位置自动焊接的BUG-O型号的焊接追踪器也发展起来。十年前，关于球形罐体多位置焊接的MIG焊接的研究被引进到我们国家，但是还不能实现把该技术用于实际工程的目标。最近，SINOPEC(中国石化集团)进口了一些BUG-O和其他型号的自动焊接机械用来提升用于球形罐体的焊接技术。这些机械主要由带摆动装置的焊接头，全软及半软的提升架和控制箱组成，中国石化集团的第三和第十建设公司应用这些机械进行了一系列的技术测试和一些球形罐体的焊接。打开了我国关于球形罐体的自动焊接的局面。但是，迄今为止，这些用于球形罐体的所谓的自动焊接机械属于焊接机械，仍需要操作员手动追踪焊缝。例如，焊工需要不停观察焊层并且在整个焊接过程中不断判断焊接枪的位置。为了解决这个问题，研究了一种记忆追踪系统，一种新型的全自动焊接机械由设计师们设计出来。这种机械可用于球形罐体多位置焊缝的全自动焊接。1 用于球形罐体的全自动弧焊机械的组成和性能这篇论文中的自动焊接机械主要是由一个双向焊缝追踪系统和一个提升架组成。追踪系统由一个双向传感器，一个追踪激励器，一个微机控制系统和一个焊枪组成。这个机器靠一个凭磁力沿着焊缝凹槽固定在罐体表面的软轨支承，当焊接第一层焊缝时，例如，最底层的焊缝，机械的微机系统处理从传感器传来的的数据，存储并同步控制激励使焊枪沿着焊缝凹槽运动。当焊接其他层时，微机系统在记忆数据的基础上控制激励。机器的主要技术参数是：适用于自动化焊枪的横向位移和垂直方向的位移的调节范围是和，焊枪的摆动速冻调节范围是；追踪宽度位移和高度位移的精确性达到和。2 双向自动追踪系统2.1 双向追踪传感器传感器是由一个灯，一个光纤束，一个四接口芯片，一个反射镜，一个球形铰链，一个触头等组成。它的工作原理如下：芯片被分出四个接口，例如，四个接口组成部分。由第一个和第三个接口产生的光电动力与一个位置成比例，这个位置是由焊枪和焊缝凹槽垂直面的中心背离产生的，而第二和第四个接口是横向位置。当焊枪指向焊缝凹槽的中心时，传感头使反射镜把光反应到接口的中心。每个接口产生一些光电势并且每一组输出0伏的电压。当焊枪移动至远离焊缝中心时传感头使反射镜倾斜，每个接口产生不同的电势，两组输出不同的电信号表示背离的横向和垂直方向的程度。2.2 双向自动追踪激励这个激励是一种跨滑块装置，可能会调整焊枪横向和垂直方向的位置，因为焊接放在一方焊缝层及轨道的位置不能成正比，准确的来说，每个滑块设置的驱动器是由螺杆的区导向的双区和线性球.螺杆是由步进电机的微机控制的。2.3 微机系统如图1中所示，该系统由一个8031单片机，处理电路的传感信号，驱动电路的一步，汽车，形成电路的距离信号，I/O接口电路，定时器电路，存储器芯片的程序存储器，EEPROM芯片的数据存储器，A/D转换和D/A接收键盘和显示器用于通信和显示一些焊接和主机之间的机器，并显示一些焊接工艺参数2.3.1传感信号的处理电路这设施的主要功能是放大信号输出二维跟踪传感器，因为这样一个事实，即信号是由光电和它们的值只有在微型电压水平.A LM324放大器IC是用于扩增信号的部分，这之间的位置偏差的焊枪和中心横向位移和垂直方向的位移。2.3.2 I/O接口电路I/0接口电路包括这些接口电路：对步进电机驱动器，控制信号和远距离信号接口电路的步进电机驱动器组成的光电效应耦合电路和放大电路。4N33耦合电路是用来隔离微机系统从电源的步进电机驱动器的设定输出端口之间的小的8031 CPU芯片和步进电机驱动器（输出信号由PI.0以PI.2引脚控制一个电机和来自P1.3到P1.5引脚控制另外一个）接口电路的控制标志作为由光电效应耦合器和波整.A环压路机应用于整形电路尽量减少振动效应开关电路3全自动焊接工艺为了实现自动跟踪多层焊;机器需要下列职能： （1）确定的出发点焊接和存储这些信息; （2）焊接第一层时，微量元素的焊缝凹槽的实时和存储焊枪和焊缝中心这些数据的偏差，（3）焊接其他层时，控制在记忆数据追基础上的踪装置。自动焊的机工作程序如图2所示。4 焊接测试4.1 焊接理论焊前，轨道是固定在顶端的一个倾斜率大概是1:50工作台上。对焊缝中心焊接样品。因此，虽然焊枪100毫米，偏差之间的轨道和焊缝中心增加2.2 mm.总的横向偏移偏差之间的偏移（1000mm毫米长）是22.0mm和4.7mm焊接过程是药芯焊丝电弧焊（ FCAW ）二氧化碳气体保护和DSII71药芯焊丝（直径1.2mm）取得Korea焊接来源是中波500循环功率和类型SDY-15S。 焊接样品是用45 碳素钢和60度角槽，厚度为16毫米，其长度是1米，它的位置是在空间上的倾斜角度45度对水平面由上方的倾斜工作台4.2 测试结果测试中焊接了三层，每一层的焊接数据如表1中所列：焊接第一层时，机器实时追踪和焊枪没有摆动，第二和第三层焊接与摆动焊枪，在摆动的中心跟踪中心的焊缝槽的基础上记忆数据，焊接层熔融的两个边缘沟同样宽度的顶层是铝及其表面润滑，摆动速度是4mm/s时，宽度和在沟槽边缘停止列于表15 结论发达国家成功的测试多层焊接球形罐体的自动焊接.试验结果表明，有一个实时跟踪和记忆的行为，核查系统符合设计需要.新机器适合球形罐体的多位置多层面焊接外文资料翻译2第28卷 第7期 焊 接 学 报 Vo1.28 N o.7镍基高温合金小截面方管焊接温度场的数值模拟王俊恒，张广军，高洪明，吴 林摘 要：利用无接触简化模型进行小截面方管并行排列焊温度场的计算，结果与测量结果的对比表明，此模型应用到小截面方管温度场的数值模拟中存在很大误差。从热和力的角度对小截面方管与胎具问的关系进行简单分析，解释了误差产生的原因。并以此为基础，建立了小截面方管并行排列焊的接触模型，采用直接约束法处理焊接过程中小截面方管与胎具的接触传热与受力问题，得到了焊接温度场的变化规律和分布情况。结果表明，在焊缝附近形成了一个“T”字形温度场；焊后冷却一段时间后，出现两端温度低、中间温度高的现象。这种情况与实际的焊接状况较一致。关键词：小截面方管；接触；直接约束法；温度场；应变0 序言某产品由镍基高温合金小截面方管并行排列焊接而成。该焊件具有壁薄、焊缝密集、受热易变形等特点，给焊接生产带来很大困难。常常因为焊接变形，导致工艺参数不好掌握，出现焊穿、焊漏、未焊透等缺陷；焊接时，不仅由于方管向上挠曲，导致钨极与工件短路形成夹钨，还由于横向收缩累积导致间隙过大，焊接工艺参数没有及时调整使焊接过程被迫中断。如何解决实际工程中的这些问题，成为当前十分迫切的需要。焊后接头区域的变形及残余应力分析，是焊接生产比较关心的问题， 数值模拟作为一种手段，对这些方面可提供有效的预测，但这要建立在准确的温度场基础之上。因此，为弄清小截面方管焊接过程中温度场、应力场及变形的规律，给实际焊接生产提供理论性指导，有必要对方管焊接问题进行数值模拟方面的研究。在数值模拟方面，已有很多人对焊接过程的数值模拟进行研究和分析，但研究的多是平板、圆管对接之类的典型结构，而非典型结构，尤其小截面方管并行排列焊结构却鲜有报道。在无接触模型与实际情况不相符合的情况下，针对小截面方管并行密排焊的结构特点及其与胎具的相互关系，建立了小截面方管与胎具的接触有限元简化模型，采用非线性有限元方法，对小电流TIG焊接条件下，方管与胎具间的动态接触与分离进行了模拟，变接触热传导的基础上，对方管的温度场进行了模拟，得到了焊接过程中的温度变化规律和分布情况。1 焊接温度场的初步模拟及试验1.1 截面方管焊接温度场的初步模拟小截面方管的有限元模型和焊接方向如图1所示，模拟时取方管长度l=120mm,引弧点和熄弧点与两端面分别相距10mm。焊接工如表1所示。 由于小电流TIG焊接对熔池的冲击力比较小，所以对于这种焊接方法在初始计算时依据前人的经验采用Gauss热源模型。下面为Gauss热源模型表达式。 式中：q(r)为热流密度；q为加热斑点中心最大热流；K为能量集中系数；r
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