《离心风机叶轮叶片的点焊装置结构设计》9900字（论文）

离心风机叶轮叶片的点焊装置结构设计TOC\o"1-3"\h\u19339目录 课程总体设计第3章课题总体设计3.1离心式风机的构造和工作原理离心式风机的结构如图所示。其主要部件有机壳、叶轮、轴、进气口和出气口。此外，还有轴承、底座等部件。通风机的轴通过联轴器或滑轮与电机轴连接。当马达转动时，风扇的叶轮也随之转动。当叶轮旋转时，产生离心力将空气甩出叶轮，空气被甩出叶轮并收集在壳体内。由于转动速度慢，叶轮在离心力的作用下，使空气通过排气孔排出。当叶轮内的空气全部排出后，叶轮内外部由于空气密度的不同，导致两侧压强不同。在大气压强的作用，叶轮外部空气通过吸入口被吸入叶轮内部。在空气的推动下，叶轮不断的旋转。1—机壳；2—叶轮；3—轮毂；4—机轴；5—吸气口6—排气口；7—轴承座；8—机座；9—滑轮或联轴器；图3.1离心式通风机的构造及工作原理3.2总体布置原则通过对离心风机叶轮叶片结构的分析研究可知，在对叶轮进行焊接时，并不是焊点越多越好。基于此，在传统的离心风机叶轮机构基础之上，进行一些优化，减少叶轮焊点数量。但对叶轮的改变，可能会增加不必要的成本，而且由于装配位置发生变化，对叶轮的性能产生一定的影响。在离心风机叶轮的制造加工的过程，要严格遵守设计的标准，如总长度、尺寸、高度的等关键尺寸，不能随意的更改。3.3离心风机叶轮叶片自动点焊机总体设计框架在进行离心风机叶轮点焊前，要完成一系列的准备工作，如对割矩和环架行进行相关调整，确保其性能的优越性；在进行点焊前，要通过手动设备的调整，保证焊接工作的顺利进行。如手动完成割矩参数设定和对还架行进行调整，确保焊接精度。在对管道槽进行切割工作时，因为在对槽进行切割时为旋转运动。要对点焊机的割矩参数进行确定、根据速度来判断被切割管道的摆动和径向补偿运动。它的切割速度是由旋转速度决定的，要根据设计的需要进行规范各节火炬摆角切割管道切出槽。3.4焊接坡口工艺分析根据规范的要求，以焊接坡的形式打开根部间隙和钝页高度，是一个局部的局部方案，以此来切下双刀切入线。支撑管霞石材料的高程点曲线也通过线商确定与局部平面相关的角度。1.Z轴传动系统图z轴主要沿着的轴向进给运动图3.2Z轴传动系统图2.Z轴以及AB轴的传动系统图如图3-3所示为轴和轴的运动方式。图3.3Z轴和A轴传动系统图3.AB轴以及径向调整传动系统图如图3-4所示为AB轴和径向调整传动系统图，前后摆动行程。图3.4AB轴和径向调整传动系统图3Z轴方向工作台结构及传动设计3Z轴方向工作台结构及传动设计第4章Z轴方向工作台结构及传动设计按照设计的要求，对离心风机叶轮机构进行分析可知，滚珠丝杠机构主要基于轴作进给运动。因此，滚珠丝杠具有如下优点：与滑动螺旋副相比，驱动扭矩为1/3因为有很多滚球，产生滑动摩擦，运动效率高。与滑动螺旋副相比，驱动扭矩为1/3。同样的动力驱动，滑动螺旋副想要达到滚珠丝杠的运动效果，要提高的动力。高精度保证滚珠丝杠的型号选用，具有槽形小，轴向可调的特点。在滚珠丝杠进行装配的过程中，通过增加适当的预紧力，能够有效的消除装配零件之间的轴向间隙，增加螺钉的刚度，嫌少滚珠丝杠因为受力不均而产生的弹性形变，确保装配精度。微量进给由于滚珠丝杠副具有很多滚珠，在运动过程中属于滚动运行，故初始力矩极小，几乎可以忽略不计。在运动时，不会产生滑动打滑，能够保证实现机构的加工精度，完成设计要求的微量进给。无侧隙，刚性高可以向滚珠丝杠副施加压力，因为可以实现低压轴向，并且可以获得更高的刚度高速进给由于滚珠丝杠的工作的特点，采用滑动摩擦，对机构热变形能力低，工作效率高。高可靠性与其他传动机构相比，滚珠丝杠传动系统具有效率高、故障率低、易于维护等特点。故多用于保证一定精度的机械中，作为传动系统。高耐用性钢球(HZC58~63)与精密磨床滚动接触淬火，系统工艺为滚动，磨损相对较少，使用寿命长，精度保持性好。滚珠丝杠副的分类:滚珠丝杠副根据滚珠循环器的结构不同可分为内循环滚珠丝杠和外循环滚珠丝杠；按预紧形式可分为无预紧单螺母、变导程预紧单螺母、钢球预紧单螺母、双螺母垫片预紧、双螺母齿差预紧和双螺母螺纹预紧六种。支承方式一端固定一端自由一端固定一端游动两端固定简图特点该固定方式具有结构简单，稳定性好的特点，常见于一般机构的设计该固定方式由于一段采用游动的方式，故结构比较复杂，装配困难，对与机械结构要求较高。螺杆轴刚度和端部相同，压杆长度高于临界流量，有膨胀空间。这种安装方式对于速度较高、速度较高的公寓一般采用丝杆，通过主力石增加角接触球轴承的数量。速度不高，但比角接触球轴承经济。此固定方式一般适于用精度有一定要求的机构中该固定方式在三种固定方式中，具有最强的刚度。只有轴承没有间隙，螺杆的轴向刚度在一端固定四次。不要说正常情况下不受压的螺钉的屈曲该固定方式适用于对刚度具有一定要求的机构中，且能够达到一定的设计精度。表4-1滚珠丝杆副支承4.1Z轴工作滑台的设计4.1.1脉冲当量即系统分辨率按照设计的要求，；4.1.2选定传动比按照设计的要求；4.1.3初选步进电机按照公式（4-1）：公式(41)式中：—传动比；—电机步距角；—滚珠丝杠导程；—脉冲当量；按照设计要求可知：，，通过《机械设计手册》查询可知：，。将各参数代入公式：按照计算结果，确认步进电机型号为。4.1.4计算丝杠承受的质量通过对滚珠丝杠机构进行分析可知：钢管半径，直径。燕尾槽重量：工作台重量：齿轮管状体重量：4.1.5滚珠丝杠螺母副的选型和校核1最大工作载荷的计按照设计的要求，点焊机的导轨选择矩形滚动直线导轨。计算工作载荷：公式(4—2)式中：—摩擦系数，＝0.005；G—导轨重量2最大动载荷的计算和主要尺寸的初选计算最大动载荷：(4—3)式中：—工作寿命，；—丝杠转速，；—最大进给速度；—丝杠导程；—额定使用寿命，；—运转状态系数，；—丝杠工作载荷；查询《简明焊工手册》的第581页，m表线性进给速度下（4—4)（4—5)则，本次设计采用外循环滚动螺旋副，查询《机械设计手册》可知：，丝杠公称直径，各项参数为：由计算结果可知，，故符合设计要求。3传动效率计算由公式（4-6）计算滚珠丝杠螺母副传动效率：(4—6)式中：—丝杠螺旋升角；—摩擦角，—滚动摩擦系数，。带入公式：4丝杠刚度验算A）丝杠之拉压变形量由公式计算拉压变形量：(4—7)将各参数带入公式：查询《机电一体化设计基础》确定：，。丝杠长度代入公式：B）接触变形量接触变形量计算公式： (4—8)式中：—滚珠直径；—滚珠总数量；—圈的滚珠数，；—滚珠丝杠公称直径；—滚珠丝杠工作载荷；——预紧力；则，则：带入各参数：。C）滚珠丝杠副刚度验算由公式可知：按照上述计算结果，取整5.压杆稳定性验算由公式计算失稳状态临界载荷：(4—9)式中：I——截面惯性矩，；L—丝杠最大工作长度；E—材料弹性模量，；—丝杠支承方式系数。按照设计要求，确定长丝杠支撑方法为，则。则：由公式（4-10）确定滚珠丝杠压杆稳定条件：(4—10)式中：对于一般设计，按照设计的要求可知：。带入式中：由计算结果可知，该设计符合设计要求。6滚珠丝杠螺母副的选择按照设计的要求，选择滚珠丝杠螺母副型号为：4.2导轨的选型及计算1初选导轨型号及估算导轨长度按照设计的要求，选择型号为的导轨。长度为：预估导轨长度：。由公式：式中：；；带入各参数：2计算滚动导轨副的距离额定寿命由设计可知，滚动导轨副滚动体为球体：(4—11)式中：—滚动导轨副距离；—额定载荷，；——硬度系数，；——温度系数，；——接触系数，；——载荷/速度系数。——每个滑块的工作载荷。对点焊装置进行分析可知，点焊机的工作台的重量直接作用在滑块上，故。带入各参数：由计算结果可知，故该设计的额定寿命符合设计的要求。4.3步进电机的验算1传动系统等效转动惯量计算1.电机转子转动惯量折算通过《电动机实用技术指南》查询表格号可知：2.联轴器转动惯量折算再设计中，联轴器的型号选择为：联轴器，查询《电动机实用技术指南》确定，。3.滚珠丝杠转动惯量折算查询《电动机实用技术指南》确定，。4.工作台质量折算通过公式（4-12）计算：(4—12)式中：；所带入公式：5.传动系统等效转动惯量计算2.验算矩频特性查询《电动机实用技术指南》表确定最大静转矩：。由公式（4-13）确定步进电机转矩与最大静转矩的关系：(4—13)式中：带入参数：空载启动力矩：(4—14)式中：；—最大快进速度，；——摩擦力矩；—附加摩擦力矩。各项力矩值计算：A）加速力矩(4—15)(4—16)式中：；—电机最大角加速度；—电机最大转速；；—初选步进电机步距角；—脉冲当量。B）空载摩擦力矩(4—17)式中：—运动部件总重量；——导轨摩擦系数；——齿轮传动降速比；——传动系数总效率，按照设计的要求：；。带入各参数：C）、附加摩擦力矩(4—18)式中：；;按照设计的要求，。带入各参数：空载启动力矩：由计算结果可知：，故该设计符合设计的要求。3、启动矩频特性校核当步进电机刚刚启动时，步进电机进入起跳，这是步进电机正式启动，加速开始。但是由于设计的需要，起跳很少使用。通过《电动机实用技术指南》查询可知：当步进电机启动时：纵向方向：空载启动力矩，通过查询可知，允许启动频率。通过查询《电动机实用技术指南》可知：当步进电机启动时，电机最高空载启动频率，根据计算的结果，确定，故该设计符合设计的要求。4、运行矩频特性校核由公式（4-19）计算：(4—19)式中：。将各参数带入公式：。由公式（4-20）计算快进力矩：(4—20)式中：，=快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩。带入各参数：。通过查询《电动机实用技术指南》可知：快进力矩＝，按照设计的要求，当快进频率时，设计满足要求；由计算结果可知，电机满足要求。通过以上计算，按照离心风机叶轮叶片的点焊装置结构设计的要求，确定机构主轴电机型号为，按照设计的要求，确定Z轴电机为，AB轴电机为，通过对电机参数进行计算校核，故该电机型号符合设计的要求。4.4调整丝杠的设计丝杠组件通过燕尾槽的导向和丝杠的转动进行上下调节。4.4.1丝杠的螺纹升角的确定按照设计的要求，对机构的丝杠进行设计。为了满足设计的要求，选择丝杠螺纹升角。通过查询《机械设计手册》，可知设计丝杠轴承为双推力轴承。各项参数为：内径,外径,厚度。如图3-5所示为调整丝杠。图3-5调整丝杠4.4.2丝杆稳定性验算通过对点焊装置结构进行分析可知，丝杠选择细长杠，由于长度过长的原因。通过对丝杠进行受力分析可知，丝杠在焊接过程中受到轴向工作载荷的作用。如果轴向工作载荷压力过大，会导致丝杠发生失稳的现象。故，需要对丝杠的稳定性进行校核：由公式（4-21）计算失稳时临界载荷：(4—21)式中；I——截面惯性矩，；L—丝杠最大工作长度；E—材料弹性模量，；—丝杠支承方式系数，。将各参数代入公式：则：滚珠丝杠压杆稳定：(4—22)对于一般设计，按照设计的要求可知：。齿轮和管状体重量：F=250kg。由计算结果可知，丝杠不会出现失稳的现象，故该设计符合设计的要求。4.5齿轮齿数的确定与较核4.5.1所需的电机最大转速和最小转速按照设计的要求，确定电机的最短相贯线。通过分析可知，在对离心风机叶轮叶片在进行焊接的过程中，由于最小与最大钢管垂直，为了符合设计的要求，确定点焊速度为，每分钟割炬绕工件转。按照设计的要求，确定大小齿轮分度圆直径之比为，最终确定电机的最大转速为，最小转速为符合设计的要求。4.5.2齿轮的校核通过查询《机械设计手册》确定齿轮的各项参数：大齿轮分度直径；小齿轮直径。齿轮模数，大齿轮齿数；小齿轮齿数。两齿轮中心距。在对齿轮进行设计时，要求齿根弯曲的疲劳强度和齿面接触的疲劳强度符合设计的要求。按照下列公式进行校核：1-计算(4-23)通过《机械设计手册》查询可知：，，，。，，根据上述计算的结果可知，，故符合齿面接触强度要求。2齿根抗弯强度较核(4-24)式中：通过查询《机械设计手册》确定各参数：；；；;=27；。根据上述计算的结果可知，，故符合齿根抗弯强度要求。通过对齿根弯曲的疲劳强度和齿面接触的疲劳强度进行校核可知，该设计符合设计的要求。焊头设计5.1焊头设计通过对电机离心风机叶轮叶片的点焊装置结构设计进行分析，确定机械动力源。通过对传统的电机驱动、液压驱动和气动驱动对比可知，采用电机驱动方式能够有效的提高驱动的效率。电机驱动由于结构简单，不仅具有体积小，便于安装的特点，还具有驱动力强，能够极大的提升驱动的效率，提升系统的稳定性和通用性。此外，由于电动机能够通过计算及的数据输入，实现高精度控制。液压驱动和气动驱动与电机驱动相比，体积大，不便于维护和修理。而且由于液压和气动的动源装置比较大的原因，不符合移动式点焊机设备系统，故在本次设计中，对于机械装置的驱动方式采用电动螺旋传动。如图6-1所示为焊头的缓冲装置：图6-1焊头的缓冲装置5.2自动点焊设计通过分析可知，焊接机械手是通过丝杠控制其做上下运动。在该设计中，对于机械手的控制为焊接速度空着和位置控制，两者基于单片机控制、其中，焊接速度控制由单片机脉冲控制完成，位置控制由传感器进行控制。其中单片机的系数显示可由上位机页面进行显示。平面运动控制系统由单片机、驱动器和步进电机三部分组成。对于单片机结构化流程图如下：硬件系统主要组成的五个部分分别是；中央处理单元、反馈单元、焊接单元、按键控制单元、LCD显示单元。如下面焊头的缓冲装置所示。图6-2硬件系统焊头的缓冲装置

结论本次毕业设计在巩固以前知识的同时，也开阔了自己的眼界。通过查阅中英文资料，使自己对电焊装置的历史和前沿发展都有了一定深度的认识。本次毕业设计基本完成了设计工艺的要求，完成了简单的设计，实现了电焊装置的基本焊接功能。本文主要做了以下工作:完成了点焊装置的机构原理设计。进行了机械结构及零部件的设计。本文首先综述了目前点焊装置的国内外发展现状和应用状况，针对脉冲点焊装置在制定常中的工作情况,具体介绍了脉冲点焊装置机械结构设计的主要环节。其次进行调研，确立了点焊装置机械结构设计的总体方案。确立了齿轮同步带结构的传动方式，对个主要功能部件进行独立设计，简化设计的复杂性。随着科学技术的不断发展和社会的进步，今后，点焊装置还要不断的发展，以此来适应不断发展的社会和人们不断提高的需求。因此，对点焊装置的要求也会越来越高，国外点焊装置的发展还有许多我们可以借鉴的地方，在国内自身还可以有大幅度的发展空间。

参考文献张寅.运载火箭5米级贮箱专用点焊装置研制[D].黑龙江省:哈尔滨工业大学,2019-01-01.任逸群.镀锌钢板激光