毕业设计（论文）-管道自动焊接小车机械系统设计

＝0.93×600MPa＝558MPa＝0.97×550MPa＝533.5Mpa3.2.1、计算各主要数据：1）试算小齿轮分度圆直径d，代入[σ]中较小值==27.8mm2）计算圆周速度==0.5m/s3）计算齿宽b及模数==1.39mmh=2.25=2.25×1.39mm=3.1275mmb/h=27.8/3.1275=11.114)计算载荷系数k已知工作有轻振，所以取K=1.25，根据v=0.5m/s，8级精度由[2]中图10—8查得动载系数K=1.1；由[2]中表10—4用插值法查得8级精度，小齿轮相对轴承对称布置时，K=1.346由[2]中图10—13查得K=1.27直齿轮K=K=1。故载荷系数K=K*K*K*K=1.25×1.1×1×1.346=1.555）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由[2]中式（10—10a）得=mm=29.5mm6）计算模数m=mm=1.4753.2.5由式(10—5)得弯曲强度的设计公式为m≥1）确定计算参数1）由[2]中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=620Mpa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限=520Mpa；2）由[2]中图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.856，=0.8923）计算弯曲疲劳许应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由[2]中式（10-12）[]=[]=379.09Mpa[]=331.31MPa4）计算载荷系数K=K*K*K*K=1.25×1.1×1×1.27=1.755）查取齿型系数由[2]中表10－5查得Y=2.76；Y=2.1966）查取应力校正系数由[2]中表10－5查得Y=1.56；Y=1.7827）计算大、小齿轮的并加以比较==0.0114==0.0118大齿轮的数值大。2、设计计算m≥=1.26mm对比计算结果，可取由弯曲强度算得的模数1.26并就近圆整为标准值m=1.5按接触疲劳强度算得的分度圆直径=29.3mm，算出小齿轮齿数：Z=d/m=29.3/1.5=19.5取Z=20大齿轮齿数Z=1.7×20=34取Z=343.2.61）计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度取=30mm=34mm3.3减速器的结构及传动比由上述计算知，减速器的输出转速为19.lr/min，而电机转速为3000r/min。若选择减速器的传动比为i=100:1，那么减速器的输入转速为1900r/min，所以对电机需进行变频调速控制，使其工作转速在1000r/min-2000r/min之间。减速器的传动比为100:1，又要求其体积较小，可选择美国贝塞德公司生产的行星轮减速器。电机的输出力矩为0.16Nm，那么减速器的输出力矩为:η——减速器传动效率，选90%i——传动比M——电机的输出力矩，M电机=0.16N·m，远远大于4.41N·m。3.4送丝机构的机械传动3.4.1送丝电机的选择这里选择送丝机构安装在焊车上，随焊车一同相对于管口运动，送丝机构的平稳性直接影响焊接电弧的稳定。送丝转压紧转减速番送丝电机捍丝出口岸丝人口图3一2送丝机构示意图焊接的焊丝直径大小的电流和电压，目前常用的实心焊丝直径0.8mm、1.0mm、1.2mm。大丝径，所需的焊接高压，焊接电流比较大，熔滴过渡，熔滴过大，熔深，不易控制。导线直径小，电压低，电流小，时刻路过渡弧，在继续发挥电弧，燃烧电弧，电弧灭绝周期，焊接熔池也位于连续熔化和膨胀，交替循环凝固。因此，熔池内不易流动和长丝的自调节作用，要反复燃烧电弧和电弧，焊接操作容易掌握，对所有位置焊。但如果电线太小，线路能量低，就可能没有局部熔化现象。因此，对焊丝1.0mm直径的选取更为合适。选用φ1.0mm的焊丝，若焊接电流为220-230A时，则送丝速度约为8m/min。送丝轮直径若选为d=焊丝在行进过程中，会受到来自于送丝管、导电嘴、送丝盘的摩擦阻力，一般情况下整个阻力之和约为ΣF=12N，考虑到还有其它不可遇见的因素，那么阻力矩M—阻力矩KK—安全系数，K=2ΣF—阻力和d—送丝轮直径这样可以计算出，送丝轮的转速为84.88r/min，转矩为0.36N·m，从控制的角度出发，同样选择松下50W，额定转速为3000r/mln，额定转矩0.16N·m的电机。3.4.2减速器因为减速器输出端与送丝轮相联，输入端与电机相联，那么若要使电机工作在恒转矩区，通过变频调速技术，电机的转速应达到1000r/min。因此上初定减速器的传动比为i=12.5:l这样传动比的减速机既要满足使用要求又要体积不大，只有自行设计，没有定型产品可选。选择二级齿轮传动，齿轮的模数选o.5mm(满足强度要求)这样设计出的减速器传动比12.5:1。就整个送丝机构而言，要求焊接时避免出现干扰，因此整个系统必须与焊接电源绝缘，这在进行机械结构设计时必须加以重视。3.5焊枪姿态调整机构的机械传动在焊接过程中，需要不断地调整焊接相对于垂直和水平位置的焊缝。同时由于焊缝较宽，焊接时需要频繁的往复摆动，以保证焊缝的宽度。在焊接结束时，焊渣还需要把手电筒的角度，以消除飞溅到引擎盖的焊渣。因此需要设计焊枪姿态调整机构。3.5.1电机的选择由于频繁的往复摆动焊枪摆动的频率直接影响焊缝成型美观，传动机构具有很好的响应速度快，能快速启动和急停，和驱动机构具有自锁性能好，而不能由移位引起的外力的作用。因此，对左右水平摆的驱动电机选择步进电机。步进电机的转矩和惯性的高频，高频，当电源不，它是自由旋转。当电源没有运行时，没有自锁定位功能，而且响应误差不累积到下一个传输中每一个转。在动态特性的要求不高，可以直接开环运行，符合要求的位置精度，特别是对五相步进电机，步进角小，起动性能好，更适合频繁的正反转。在设计时可选用日本Mycom公司生产的步进电机，其静力矩为0.83N·m，转动惯量为0.28kg·cm。由于焊枪的质量较轻，一般约为0.5kg，从后面的传动机构选用的传动丝杆在焊接的控制下，焊缝的调节机构的焊接嘴径向距离，即控制丝杆伸长。焊接过程中，整个焊接过程中的焊量少，不频繁，但也需要调整机构具有良好的快速启动和停止性能。基于这一情况，上下调整电机也选择步进电机，其静力矩为0.42N·m，转动惯量为0.11kg·焊枪在焊接过程中角度不需要调整，只须先预置好即可。不需要驱动力，只从结构上满足要求即可。4.结论管道运输是一种经济、安全的运输方式，用于运输水、原油、天然气、成品油，并已损失了大量、长距离、高安全、低成本，在旧的迅速发展。中国一直“加强石油管道建设，管道运输网络”的发展战略，包括在“五个第十一年”的发展计划。未来10年，中国将建成14个油气输送管道，形成“两纵、横、四枢纽、吴起图书馆”，总长油气运输结构超过万公里。管道施工区跨度、施工沿线的恶劣环境，再加上管道的高压、大直径方向的发展，对管道环焊缝的焊接提出了更高的要求，管道环焊缝焊接成为制约工程质量和施工工期的关键因素。现场焊接环境十分恶劣，焊接工人劳动强度大，技术难度高。因此，工程上迫切需要实现管道自动焊接，以提高生产效率，保证焊接质量，降低劳动强度和施工和自动焊接的成本，可以大大降低技术难度，解决焊机的培训，损失严重。本文设计了一种采用模块化设计，包括焊接小车和运行轨迹的自动管焊机。焊接小车由行走驱动机构和送丝机构组成。轨道由2.5个环组成，固定在焊接管上，通过管道周围的固定支架，便于安装和拆卸，以适应不同管径和不同形状。焊接小车和轨道采用链轮传动和摩擦轮驱动的组合传动形式，大大提高了焊接小车在轨道上的稳定性和精度。用二维设计软件绘制零件图和装配图。本文设计的自动焊接机控制系统是一种单片机控制，方便简单，易于编程控制。导轨式管道焊接机器人具有合理的机械结构设计、制造成本低、安全可靠、经济实用的应用。外圆焊接时，焊接质量稳定可靠。参考文献[1]成大先.机械设计手册（第五版）（第1卷）[M].北京：化学工业出版社，2008.[2]蔡自兴.机器人学基础[M].北京：机械工业出版社，2009.[3]李晓辉，汪苏，刘小辉，朱小波.焊接机器人智能化的发展[J].电焊机,2005.[4]唐新华.焊接机器人的现状及发展趋势㈠[J].电焊机,2006.[5]孟广喆.国内外焊接技术发展情况和对我国今后焊接技术发展的设想.第一届全国焊接会议论文集[J].北京：中国工业出版社，1964.

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