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南昌航空大學科技學院學士學位論文
1.引言
焊接是一種制造技術，它是適應工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎發(fā)展起來的，并且直接服務于機械制造工業(yè)。焊接技術的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相關，一般工業(yè)先進國家，鋼產(chǎn)量的50%左右需采用焊接工藝才能形成產(chǎn)品，在石油化工、礦山冶金、金屬結構、起重運輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電力能源等機械設備制造部門，焊接都有著廣泛的應用。許多設備中的大型結構，幾乎都是焊接結構?，F(xiàn)在，隨著科學技術的進步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，焊接結構正朝著超大型，高容量，高參數(shù)，耐磨，耐低溫，耐動載的方向發(fā)展，這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供質量更高，性能更好的各種焊機，焊接材料和焊接工藝，而且要求提供各種性能優(yōu)異的焊接工裝設備，使焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化和自動化，減少人為因素干擾，達到保證和穩(wěn)定焊接質量，改善焊工勞動條件，提高生產(chǎn)率，促進文明生產(chǎn)的目的。但是，焊接生產(chǎn)是綜合性生產(chǎn)，在焊接制造過程中，除了焊接工序本身外，前后還有很多工序的配合，如備料、輸送、裝配、檢驗、校正等工序。因此，焊接生產(chǎn)的機械化自動化不僅僅局限于焊接工序本身，而且包括了與焊接工序相銜接的上下各工序的機械化，自動化。只有各工序實現(xiàn)了機械化，自動化，才能實現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機械化，自動化。
滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對主、從動滾輪的高度作適當調(diào)整，也可進行錐體、分段不等徑回轉體的裝配與焊接。對于一些非圓長形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍內(nèi)，也可在焊接滾輪架上進行裝焊作業(yè)。焊接滾輪架還可配合手工焊或作為檢測、裝配圓筒體工件的設備。焊接滾輪架的使用能大大提高焊縫質量，減輕勞動強度，提高工作效率。
本畢業(yè)設計根據(jù)任務書的要求，通過構思建立滾輪架三維實體模型，分析模型的優(yōu)越性和適用度選擇此種機構。設計滾輪機架各部零件，分析校核零件，檢查是否有錯，按順序正確組裝，然后投入使用。從而，完成了畢業(yè)設計任務書所規(guī)定的設計內(nèi)容。
限于個人水平，此次設計難免存在不足之處，敬請老師指教。
2.焊接機械設備
2.1焊接機械裝備
焊接機械裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化，自動化，有利于提高裝配—焊接質量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助裝置和設備。這里稱之為輔助裝置和設備是為了與焊機相區(qū)別。焊機是焊接過程中的核心裝備，它包括焊接電源，焊接控制箱，焊接機頭等，有自己的獨立系統(tǒng)，不屬于焊接機械裝備的范疇。而焊接機械裝備相對焊機處于輔助的地位，是配合焊機進行焊接生產(chǎn)的裝置和設備。它包括的范圍較廣，按用途分，主要有焊接工裝夾具、焊接變位機械和焊接輸送機械三個方面，其次還有導電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準備及焊縫清理精整裝置等。他們又是焊接機械裝備的從屬裝置。
從使用范圍來分，焊接機械裝備又分為通用和專用兩大類。
通用焊接機械裝備通用性強、適應性廣，整臺機械能適應產(chǎn)品結構的變化重復使用。它們可以組合在一起使用，也可以組裝在焊接生產(chǎn)線上，成為焊接生產(chǎn)線的一個組成部分。由于這種裝備通用性強，所以機械化、自動化水平不是很高，主要滿足多品種、小批量焊接生產(chǎn)的需要。
專用焊接機械裝備是為了適應單品種、大批量焊接生產(chǎn)的需要專門設計制造的。這種裝備專業(yè)性強、生產(chǎn)率高、控制系統(tǒng)先進，能很好地滿足產(chǎn)品結構、裝焊工藝、生產(chǎn)批量的要求。例如：專用焊接工裝夾具、專用焊接機床就屬于這類裝備。
2.1.1焊接機械設備的分類
焊接機械裝備可分為四大類：1.焊接工裝夾具2.焊接變位機械3.焊接輸送機械4.其他從屬裝置。其中：
（1）焊接工裝夾具（按動力源分類）可分為：手動夾具 氣動夾具 液壓夾具 磁力夾具 電動夾具 真空夾具 混合式夾具。
（2）焊接變位機械可分為：焊工變位機械 焊機變位機械 焊件變位機械。
其中焊件變位機械可分為：焊接變位機 焊接回轉臺 焊接翻轉機 焊接滾輪架
（3）焊件輸送機械可分為：上料裝置 配料裝置 卸料裝置 傳送裝置 各種專用吊具。
（4）其他從屬裝置可分為： 導電裝置 焊劑輸送與回收裝置 焊絲清理及盤絲裝置 埋弧焊焊劑墊等。
2.1.2焊接機械裝備對焊接產(chǎn)生的作用
焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的有利作用有以下幾個方面：
（1）采用焊接工裝夾具，零件由定位器定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置，從而保證裝配精度加快了裝配作業(yè)的進程。此外焊接工裝夾具上大多都采用磁力、液壓、氣動夾具，即使采用手動夾具，也都有擴力機構，因此可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率。
（2）由于焊接在夾具中可強行夾固或預先給予反變形，所以可以控制或消除反變形。
（3）采用焊接工裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，所以可提高焊件互換性能；焊接上的配合孔配合槽可由原來的先焊接后加工改為加工后焊接從而避免了大型焊接焊后加工的困難，有利于縮短焊件生產(chǎn)周期。
（4）采用焊接變位機械，可縮短裝配施焊過程中焊接翻轉變位的時間，減少輔助工時提高焊機利用率和焊接生產(chǎn)力。
（5）采用焊接變位機械可使焊件處于最有利的施焊位置—水平及船型位置上進行焊接，有利于操作，保證焊接質量，而且可加大焊接工藝規(guī)程，充分發(fā)揮焊接方法的效能。
（6）采用焊接變位機械可擴大焊機的焊接范圍。例如，埋弧焊機配合相應的焊接設備后可完成內(nèi)外環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接和空間曲面的堆焊。
（7）采用焊接機械裝備后，可使手工操作變?yōu)闄C械操作。人處于控制機械的地位，減少人為因素對焊接質量的影響，也可降低對焊工操作技術水平的要求。
（8）采用焊接機械裝備后，可使裝配和焊接集中在一個工位上完成。減少工序數(shù)量，節(jié)約車間使用面積。
（9）只有與焊接機械裝配相配合，才能在條件困難、環(huán)境危險、不宜由人工直接操作的場合實現(xiàn)焊接作業(yè)。例如在高溫、深水、劇毒、有放射性的環(huán)境進行焊接作業(yè)。
總之，焊接機械設備對焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的。不但保證了焊接質量，提高了焊接生產(chǎn)率，改善工人工作條件，還使焊接實現(xiàn)了機械化，自動化提高了生產(chǎn)精度。因此，無論在焊接車間或是施工現(xiàn)場，焊接機械裝備已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的機械裝備之一，從而獲得廣泛的應用。
2.2焊接自動化
焊接機器人的應用：進入20世紀如年代以來，隨著我國改革步伐的加快和國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，一些企業(yè)也相應地以“更新裝備，加強技術改造，適應市場需求，生產(chǎn)有競爭力的產(chǎn)品，穩(wěn)定提高企業(yè)效益”作為企業(yè)求生存、發(fā)展的關鍵措施之一。在此背景下，在機械制造業(yè)中使用焊接機器人的數(shù)量也急劇增加。據(jù)1996年的統(tǒng)計，我國使用焊接機器人進行生產(chǎn)的工廠已有70家，包括少量教學科研用焊接機器人在內(nèi)，我國當時擁有的焊接機器人已達5百多臺，其中，弧焊機器人占53%，點焊機器人占46%，其余為其他焊接方法用的機器人。
國內(nèi)當時使用的機器人，主要是從德國、日本、奧地利、意大利、瑞典等國引進的，其中以德國、日本生產(chǎn)的最多，分別占39%和30%。這些引進的焊接機器人，94%以上都是五軸或六軸的關節(jié)式球坐標焊接機器人，它們代表了國際20世紀90年代初、中期的水平。其中，特別是工程機械制造行業(yè)所引進的五條焊接柔性生產(chǎn)線(FMs)，性能尤為先進，幾乎全部配備了接觸尋位、電弧跟蹤系統(tǒng)，有的還具有機器人與焊件變位機械同步協(xié)調(diào)運動的功能。
國內(nèi)使用焊接機器人較多的主要是汽車、摩托車和工程機械三個行業(yè)。其中，在汽車及其零部件制造業(yè)中所擁有的焊接機器人占全部焊接機器人的65%，在摩托車行業(yè)和工程機械行業(yè)分別占15%和16%，分布在電器、自行車、機車、航天航空等行業(yè)的機器人僅占4%。
在我國，有高達98%的點焊機器人使用在汽車及其零部件制造行業(yè)中。這是因為點焊機器人僅適用于薄板非密封結構的焊接，在汽車制造業(yè)中主要用于駕駛室、車箱、車身等薄板沖壓件的組對焊接。
綜上所述可以預料，隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展和市場需求的進一步開拓，焊接機器人及其配套的焊件變位機械，在我國機械制造業(yè)中的應用，也會越來越多，越來越廣泛。
2.3焊接工裝夾具
焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。
在焊接結構生產(chǎn)中，裝配和焊接是兩道重要的生產(chǎn)工序，根據(jù)工藝通常以兩種方式完成這兩道工序，一種是先裝配后焊接；一種是邊裝配邊焊接。我們把用來裝配以進行定位焊的央具稱做裝配夾具；專門用來焊接焊件的夾具稱做焊接夾具；把既用來裝配又用來焊接的夾具稱做裝焊夾具。它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具。
焊接工裝夾具按動力源分為七類：電動夾具、真空夾具、磁力夾具、液壓夾具、氣動夾具、手動夾具。
一個完整的夾具，是由定位器、夾緊機構、夾具體三部分組成的。在裝焊作業(yè)中，多使用在夾具體上裝有多個不同夾緊機構和定位器的復雜夾具(又稱為胎具或專用夾具)。其中，除夾具體是根據(jù)焊件結構形式進行專門設計外，夾緊機構和定位器多是通用的結構形式。
2.3.1焊接工裝夾具的特點
焊接工裝夾具的特點，是由裝配焊接工藝和焊接結構的形式?jīng)Q定的，與機床夾具比較有如下特點：
（1）由于焊件一般由多個簡單零件組焊而成，而這些零件的裝配和定位焊，在焊接工裝夾具上是按順序進行的，因此，它們的定位和夾緊是一個個單獨進行的。而機床夾具是對一個待機械加工的整體毛坯進行一次定位和夾緊。
（2）在焊接過程中，零件會因焊接加熱而伸長或因冷卻而縮短，為了減少或消除焊接變形，要求工裝夾具能對某些零件給予反變形或者作剛性的夾固；為了減少焊接應力，又要允許某些零件在某一方向可以自由伸縮。因此，焊接工裝夾具不是對所有的零件都作剛性的夾固。
機床夾具則不然，除少數(shù)加工長件的夾具，如加工光桿用的頂尖，要考慮工件機械加工時的熱變形對其作游動夾固外，夾具均對工件作剛性夾固。
（3）對機床夾具而言，加工后的工件，尺寸減小，重量減少，更便于從夾具上取下。對焊接工裝夾具而言，裝焊完的結構，尺寸增大，重量增加，形狀變得復雜，增加了從工裝夾具上卸下的難度。
（4）對用于熔焊的夾具，工作時主要承受焊件的重力、焊接應力和央緊力，有的還要承受裝配時的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。而機床夾具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力遠遠小于焊接工裝夾具所承受的各種力。
（5）與機床夾具不同，焊接工裝夾具往往是焊接電源二次回路的一個組成部分，因此絕緣和導電是設計中必須注意的一個問題。例如，在設計電阻焊用的夾具時，如果絕緣處理不當，將引起分流，使接頭強度降低。但對機床夾具而言，除電加工所用夾具外，不存在導電的問題。
焊接結構件的種類繁多，形狀尺寸各異，焊接過程的要求也不盡相同，與之相匹配的焊接工裝為適應焊件的需要在形式，工作原理及技術要求上也有很大的差別。為了適應技術管理工作的需要，便于掌握各類焊接工裝的工作特點和設計基本方法，就必須先對焊接工裝進行分類。
2.3.2焊接工裝夾具的分類
可以按用途與應用范圍對常見焊接機械進行分類。
按用途分類：
（1）裝配用工藝裝備。這類工裝的主要任務是按照工藝要求，把待焊工件的零部件按照相互之間的位置準確的固定下來，然后再進行定位點焊，而不直接參與正式的焊接工作。這類工裝稱為裝配定位焊夾具，它包括各位定位器，夾緊器，推拉裝置，組合夾具和裝配臺架。
（2）焊接用工藝裝備。這類工裝專門用來焊接已經(jīng)經(jīng)過點焊固定好的工件。如各類焊接專機，龍門式，懸臂式，平臺式，爬行式等。
（3）裝配焊接工藝裝備。這類工裝既能完成整個焊件的裝配，又能完成焊縫的焊接工作。這類工裝通常是專用焊接機床或自動焊接裝置，或者是裝配焊接的綜合機械化裝置，如一些自動焊接生產(chǎn)線。
實際生產(chǎn)中一個焊件如果要完成焊接工作，單單依靠一個工裝一般是難于完成的，而是需要許多種焊接工裝的配合使用，這樣才能達到焊接過程的機械化和自動化。
按應用范圍分類：
（1）通用焊接工裝。目前國家針對焊接工藝中的需求已經(jīng)指定了很多的標準，如滾輪架行業(yè)的JB/T 9187標準等。所謂通用焊接工裝，既是指已經(jīng)標準化且有較大適用范圍的工裝。這類工裝一般無須調(diào)整或稍加調(diào)整，就能適用與不同工件的裝配或焊接工件。
（2）專用焊接工裝。只適用與某一特定類型的工件的裝配或焊接，一般不能通用。這類焊接工裝一般應按需求來設計，或者在專門廠家協(xié)商定做。
（3）柔性焊接工裝。指可以通過調(diào)整自身的尺寸來適應一定形狀和尺寸變化的焊接工裝。
此外還有按動力裝置分類，按焊接方法分類等，再此就不詳細說明了。
2.3.3對焊接工裝夾具的設計要求
（1）焊接工裝夾具應動作迅速、操作方便，操作位置應處在工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應設在工人最易用力的部位，當夾具處于夾緊狀態(tài)時，應能自鎖。
（2）焊接工裝夾具應有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊道保持適當?shù)木嚯x，或者布置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉位。
（3）夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應力。
（4）為了保證使用安全，應設置必要的安全連鎖保護裝置。
（5）夾緊時不應損壞焊件的表面質量，夾緊薄件和軟質材料的焊件時，應限制夾緊力，或者采取壓頭行程限位、加大壓頭接觸面積、加添銅、鋁襯墊等措施。
（6）接近焊接部位的夾具，應考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對夾緊機構和定位器表面的損傷。
（7）夾具的施力點應位于焊件的支承處或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力與夾緊力、支承反力與重力形成力偶。
（8）注意各種焊接方法在導熱、導電、隔磁、絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。例如，凸焊和閃光焊時，夾具兼作導電體；釬焊時夾具兼作散熱體，因此要求夾具本身具有良好的導電、導熱性能。再如，真空電子束焊所使用的夾具，為了不影響電子束聚焦，在槍頭附近的夾具零件，不能用磁性材料制作，夾具也不能帶有剩磁。
（9）用于大型板焊結構的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結構的形狀精度、尺寸精度影響較大，設計時要留有較大的裕度。
（10）在同一個夾具上，定位器和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。
（11）工裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率。
（12）盡量選用已通用化、標準化的夾緊機構以及標準的零部件來制作焊接工裝夾具。
2.3.4焊件在焊接工裝夾具中的定位方法
前已述及，在裝焊作業(yè)中，焊件按圖樣要求，在夾具中得到確定位置的過程稱為定位。
焊件在夾具中要得到確定的位置，必須遵循物體定位的“六點定則”。但對焊接金屬結構件來說，被裝焊的零件多是些成形的板材和型材，未組焊前剛度小、易變形，所以常以工作平臺的臺面作為焊件固定面。另外、對焊接金屬結構的每個零件，不必都設六個定位支承點來確定其位置，因為各零件之間都有確定的位置關系，可利用先裝好的零件作為后裝配零件某一基面上的定位支承點，這樣，就可以簡化夾具結構，減少定位器的數(shù)量。
為了保證裝配精度，應將焊件幾何形狀比較規(guī)則的邊和面與定位器的定位面接觸，并得到完全的覆蓋。
在夾具體上布置定位器時，應注意不妨礙焊接和裝卸作業(yè)的進行，同時要考慮焊接變形的影響。如果定位器對焊接變形有限制作用、則多做成拆卸式或退讓式的。操作式定位器應設置在便于操作的位置上。
在批量生產(chǎn)中使用的專用夾具，其夾具體是根據(jù)焊件形狀、尺寸、定位及夾緊要求、裝配施焊工藝等專門設計的。夾具體上安裝著定位器以保證零件2相對零件1的垂直度和相對高度。零件定位后，用圓偏心—杠桿夾緊機構夾緊，以保證施焊時零件的相互位置不發(fā)生改變。
對夾具體的要求是：①有足夠的強度和剛度；②便于裝配和焊接作業(yè)的實施；③能將裝焊好的焊件方便地卸下；④滿足必要的導電、導熱、通水、通氣及通風條件；⑤容易清理焊渣、銹皮等臟物；⑥有利于定位器、夾緊機構位置的調(diào)節(jié)與補償；⑦必要時，還應具有反變形的功能。通常作為通用夾具體的裝焊平臺多為鑄造結構，而專用夾具體多為板焊結構。
2.4焊機變位機械
焊機變位機械是改變焊接機頭空間位置進行焊接作業(yè)的機械設備。它主要包括焊接操作機和電渣焊立架。焊接操作機的結構形式很多，使用范圍很廣，常與焊件變位機械相配合，完成各種焊接作業(yè)。若更換作業(yè)機頭，還能進行其他的相應作業(yè)。
2.4.1焊接變位機械的分類
焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊工空間位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械設備。
使用焊接變位機械可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產(chǎn)卒，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。
焊接變位機械的分類及各類所屬設備如下（如圖2-1）：
圖2—1 焊接變位機械的分類
各種焊接變位機械都可單獨使用，但在多數(shù)場合是相互配合使用的，它們不僅用于焊接作業(yè)，也可用于裝配、切割、檢驗、打磨、噴漆等作業(yè)。
2.4.2焊接變位機械應具備的性能
一般，通用的焊接變位機械應具備的性能是：
（1）焊件變位機械和焊機變位機械要有較寬的調(diào)速范圍焊接運行速度，以及良好的結構剛度。
（2）對尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。
（3）在傳動鏈中，應具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，焊件應重力作用而發(fā)生事故。
焊件變位機械是在焊接過程中改變焊件空間位置，使其有利于焊接作業(yè)的各種機械設備。
焊件變位機械按功能不同，分為焊接變位機、焊接滾輪架、焊接回轉臺和焊接翻轉機四類。
在手工焊作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機械，但在多數(shù)場合，焊件變位機械是與焊機變位機械相互配合使用的，用來完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。焊件變位機械也是機械化、自動化裝焊生產(chǎn)線上的重要組成都分。焊接機械是改變焊件，焊機或焊工位置來完成機械化，自動化焊接的各種機械裝備。使用焊接機械可縮短焊件翻轉變位的輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，改善焊接質量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效果。
2.5幾種焊接設備的具體介紹
2.5.1焊接變位機
(一)功能及結構形式
焊接變位機，是在焊接作業(yè)中將焊件回轉并傾斜置于有利施焊位置的焊件變位機械。焊接變位機主要用于機架，機座，機殼等非長形工件的焊接。
焊接變位機按結構形式可分為三種：
1.伸臂式焊接變位機 適用與輕小焊件的翻轉空位，載重量一般不超過1噸。
圖2—2伸臂式焊接變位機
2.座式焊接變位機 如圖2-3 所示，其工作臺連同回轉機構通過傾斜軸支承在機座上，工作臺以焊速回轉，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，多在110～140度的范圍內(nèi)恒速或變速傾斜。該機穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用于0.5～100噸焊件的翻轉變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應用最廣的結構形式。常與伸縮臂式焊接操作機或弧焊機器人配合使用。
圖2—3座式焊接變位機
1—回轉工作臺 2—傾斜軸
3—扇形齒輪 4—機座
3.雙座式焊接變位機 有較高的穩(wěn)定性，適用于大型和重型工件的翻轉變位，載重量一般都在50噸以上。
圖2—4雙座式焊接變位機
1—工作臺 2—凹形架 3—機座
4—回轉裝置 5—傾斜機構
2.5.2焊接翻轉機
焊接變位翻轉機是一種可以實現(xiàn)大型回轉零件在焊接時變位、翻轉、旋轉位置，以便獲得更佳焊接位置的焊接輔助設備，可配用熔化極氣體保護焊機(CO2/MAG焊機)。如圖2-5、圖2-6。產(chǎn)品主要由立柱提升機構、翻轉機構、回轉機構以及控制器組成。
圖2—5輕型焊接翻轉臺
圖2—6焊接翻轉機
2.5.3焊接操作機
? 焊接操作機作為一種焊接輔助機械，被廣泛地應用于鍋爐、壓力容器、管道和金屬結構行業(yè)。與滾輪架、變?yōu)闄C或翻轉機相配，可焊接大直徑管道內(nèi)外縱、環(huán)縫?？筛鶕?jù)用戶工藝要求選配焊接系統(tǒng)，還可選配焊接系統(tǒng)，還可選配焊接跟蹤系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，焊劑自動輸送回收系統(tǒng)或擺動器。?
焊接操作機是將焊件準確地送到并保持在待焊接位置或以選定的焊速沿規(guī)定的軌跡移動焊機的機械裝置。
焊接操作機與焊接變位機、焊接滾輪架等焊件變位裝置配合使用，可完成多種焊縫的焊接，也可以進行工件表面的自動焊接。
焊接操作機可分為：平臺式焊接操作機、伸縮臂式操作機（圖2-7）、門式操作機（圖2-8）、橋式操作機、臺式操作機
圖2—7伸縮臂式操作機
圖2—8固定門式操作機
2.5.4焊接滾輪架
焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉的變位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對主、從動滾輪的高度作適當調(diào)整，也可進行錐體、分段不等徑回轉體的裝配與焊接。對于一些非圓長形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍內(nèi)，也可在焊接滾輪架上進行裝焊作業(yè)。為了焊接不同直徑的焊件，焊接滾輪架的滾輪間距應能調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式有兩種：一種是自調(diào)式的；一種是非自調(diào)式的。
自調(diào)式的可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪的間距（如圖2-9）。
圖2—9自調(diào)式焊接滾輪架
非自調(diào)式滾輪架是通過調(diào)節(jié)支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距的（如圖2-10）。
圖2—10非自調(diào)式焊接滾輪架
焊接滾輪架按結構形式分為兩類：
第一類是長軸式滾輪架。滾輪沿兩平行軸排列，與驅動裝置相連的一排為主動滾輪，另一排為從動滾輪。長軸式滾輪多是用戶根據(jù)焊件特點自行設計制造的，市場可采用的定型產(chǎn)品很少。
圖2—11長軸式滾輪架
第二類是組合式滾輪架（如圖2-12），它的主動滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是1與1的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用最廣泛的結構形式。
圖2—12組合式滾輪架
對于重型滾輪架（如圖2-13），多采用車間起重設備挪動滾輪架座進行分段調(diào)節(jié)。對輕型滾輪架，多采用手動或電動絲杠—螺母機構來移動滾輪座進行連續(xù)調(diào)節(jié)。
圖2—13 200噸重型焊接滾輪架
2.5.5關于滾輪架軸向竄動的問題
如果滾輪和焊件都是理想的圓柱體，且各滾輪尺寸一致，并且其轉動軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件軸線平行時，放在滾輪架上的焊件是不會產(chǎn)生軸向竄動的，這是理想情況。但實際上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圓柱體。
多次試驗證明將主、從滾輪架在水平和軸向上的位置找好，固定下來，下次再用時仍會竄動。即便是同一個焊件，此時調(diào)整后已不再竄動，但換個方向旋轉或將該焊件吊起移動位置后再放到滾輪架上，該焊件又會竄動了，更不用說換另外一個焊件了。 國內(nèi)一些工廠采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，這種辦法對設備和焊件都有損害，實屬無奈。國外制作的防竄滾輪架，雖能滿足要求，可惜價格較昂貴。
理論和實踐都證明：影響焊件做軸向竄動的主要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。因此，在制造和使用焊接滾輪架時，首先要盡量做到：①主、從滾輪架都位于同一中心線上。②各滾輪的軸線都在一個水平面內(nèi)且相互平行。③滾輪間距相等。實際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動，其焊件本身是在作螺旋運動，如能采取措施，把焊件的左旋及時地改為右旋或將右旋改為左旋，直至焊件不再作螺旋運動為止。 目前，已有三種執(zhí)行機構可完成此任務：
（1）頂升式執(zhí)行機構 從動滾輪架的一側滾輪可以做升降運動，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點是制造成本高，體積大。
（2）偏移式執(zhí)行機構 從動滾輪架的兩側滾輪沿其垂直中心線可做同向偏移，以此改變滾輪與焊件的軸向摩擦分力。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是靈敏度高，但最大的缺點是對滾輪的磨損太大。
（3）平移式執(zhí)行機構 從動滾輪架的兩側滾輪可以同時垂直于焊件軸心線做水平移動，從而達到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是穩(wěn)定性好，制造成本低，結構簡單，不占用額外的安裝空間。
主動輪轉速控制
我們的目的是要檢測出焊件在軸線方向上的竄動位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側面檢測方式和在焊件端面檢測方式。筒壁側面檢測方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測方式由于要去除筒壁的垂直旋轉分量，再加上打滑、筒體表面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來是不容易的。在焊件端面檢測方式是目前貫用的檢測方式，這種檢測凡是不可避免地受到焊接焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對焊件的受測端面進行加工。但對大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費用也就越大。能否降低對端面加工的要求，就顯得重要起來。比如，工藝要求焊件的軸向竄動量不大于±2mm，可是焊件的受測端面不平度卻大于±2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動是衡量防竄滾輪架是否實用的重要指標之一。
3.方案的選擇與確定
確定焊接滾輪架方案時，其合理性和經(jīng)濟性是主要考慮的因素。當焊件的焊接方法及工藝確定后，所選夾具結構，首先要能保證焊接工藝的實施。同時，焊件結構尺寸以及組成焊件坯料的制作工藝和制造精度，則是確定夾具定位方法、定位基準和夾緊機構方案的重要依據(jù)。除此之外，還應考慮經(jīng)濟上的因素，使夾具的制造、使用費用最低而取得的經(jīng)濟效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它們之間往往有聯(lián)系又有制約，所以在確定夾具方案時要對上述各因素進行綜合分析，只有通盤考慮，才能制定出最佳的設計方案具體確定設計方案時，應聯(lián)系以下幾個方面進行考慮：
（1）焊件的整體尺寸和制造精度以及組成焊件的各個坯件的形狀、尺寸和精度。其中，形狀和尺寸是確定夾具設計方案、夾緊機構類型和結構形式的主要依據(jù)，并且直接影響其幾何尺寸的大??；制造精度是選擇定位器結構形式和定位器配置方案以及確定定位器本身制造精度和安裝精度的主要依據(jù)。
（2）裝焊工藝對夾具的要求。例如與裝配工藝有關的定位基面裝配次序、夾緊方向對夾具結構提出的要求。再如，不同的焊接方掃對夾具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夾具上設置焊劑墊；電渣焊要求夾具保證能在垂直位置上施焊；電阻焊要求夾具本身就是電極之一等。
（3）裝、焊作業(yè)能否在同一夾具上完成，或是需要單獨設計裝固夾具和焊接夾具。
本次設計采用組合式滾輪架進行設計。
3.1組合式滾輪架的特點
（1）主從動滾輪架各自獨立，可根據(jù)焊件的重量，長度任意組合，使用方便靈活 滾輪架靠滾輪對的自由擺動或靠絲杠的調(diào)節(jié)作用在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滾輪中心距，適用不同直徑的焊件，圓筒體焊件放置平穩(wěn)。
（2）可無級調(diào)速，焊速范圍大，速度穩(wěn)定。
（3）為了便于調(diào)節(jié)滾輪架之間的距離，以適應不同長度焊件的裝焊要求，有的滾輪架上還安有機動或飛機動行走機構，沿軌道行走，調(diào)節(jié)相互之間的距離。
焊接滾輪架多采用直流電動機驅動，降壓調(diào)速。這種方式沿用已久，技術很成熟，電動機的機械特性較硬，啟動力矩較大，是目前滾輪架使用最廣的拖動調(diào)速方式。缺點是電動機結構復雜，調(diào)速范圍較窄，一般恒轉矩的調(diào)速范圍為1：10左右低速時的速度不夠穩(wěn)定，有爬行現(xiàn)象。也有滾輪架是采用交流異步電動機拖動，變頻調(diào)速。
近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價格的下降，采用交流電動機驅動，變頻調(diào)速的滾輪架也日趨增多。其優(yōu)點是調(diào)速范圍寬，可達1：20，轉動平滑性好，低速特性硬。缺點是低速段過載倍數(shù)降低較大，變頻電源的價格也較高。但隨著電動機額定功率的增加，價格上升則相對平緩，所以在重型焊接滾輪架上，采用交流異步電動機拖動和變頻調(diào)速較為適合。本次設計的焊接滾輪架噸為12噸，采用直流電動機。
為是焊接滾輪架的滾輪間距離調(diào)節(jié)更為方便，機動性更強，組合更加便利，采用單獨驅動的焊接滾輪架日益增多。但是每一主動滾輪均由一臺電動機驅動時，應解決好個滾輪之間的同步問題。由于制造工藝，材料性能等因素的影響，其額定轉速實際上并不一致，因此，要把實測數(shù)據(jù)較為接近的一組電動機做為焊接滾輪架的拖動電動機。另外，對重型焊接滾輪架，還應考慮以測速發(fā)電機為核心的速度反饋裝置來保證各滾輪轉速的同步。
焊接滾輪架的金屬滾輪多采用鑄鐵和合金球磨鑄鐵制作，其表面熱處理硬度約為50HRC，滾輪直徑多在200~700mm之間。
國外滾輪架品種很多，系列較全，承載量1~1500t，使用焊件直徑1~8m的標準組合式滾輪架（即兩個主動輪座與兩個從動輪座的組合）均成系列供應。其滾輪線速度多在6~90m/h之間無極可調(diào)有的還有防止焊件軸向竄動的功能。
我國已有不少廠家生產(chǎn)焊接滾輪架，最大承載量已達400t，適用焊件直徑可達6m，滾輪線速度多在6~60m/h之間無級調(diào)速。防軸向竄動的滾輪架已有生產(chǎn)，但性能質量尚待提高。
我國在1990年頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標準（ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定：主動滾輪的圓周速度應在6-60m/h范圍內(nèi)無級可調(diào)，速度波動量按不同的焊接工藝要求，要低于±5%～±10%，滾輪轉速應穩(wěn)定、均勻，不允許有爬行現(xiàn)象。按GB150規(guī)定制造的筒體類工件在防軸向竄動滾輪架上進行焊接時，在整個焊接過程中允許工件的軸向竄動量為±3mm。傳動機構中渦輪副齒輪副等傳動零件，應符合國標中的8級精度等級。
3.2滾輪驅動方案
為使焊接滾輪架的滾輪間距調(diào)節(jié)方便可靠，組合便利，采用主動輪單獨驅動的設計方案，即每個主動輪單獨利用一臺電動機和減速機構驅動。不過要注意解決好各主動輪的同步問題，在選用電動機和減速機結構上要盡量選用特性一致且經(jīng)過實測的使用。
因為長軸式滾輪架是用戶根據(jù)焊件特點自行設計制造的，市場可供選用的定型產(chǎn)品很少，已不常用，所以本次設計的12噸級滾輪架采用組合式設計它的主動滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是1與1的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用最廣泛的結構形式。
3.3減速器的選擇
蝸桿減速器按蝸桿外形結構分為圓柱蝸桿減速器，環(huán)面蝸桿減速器，錐蝸桿減速器三大類。
本次采用圓弧圓柱蝸桿減速器。蝸桿傳動是傳遞交錯軸之間的動力常用的交錯角∑=90°。它具有單級轉動比大工作平穩(wěn)，振動小，噪音低及可做成自鎖形式等特點。
圓弧蝸桿傳動除具有普通蝸桿傳動的優(yōu)點外，還有以下特點：齒形優(yōu)良，蝸桿渦輪齒面為凹凸共軛嚙合，當量曲率小，齒面間潤滑油膜容易形成，齒面接觸應力低具有良好的強度和潤滑集合條件。接觸線及形狀分布合理。蝸桿和渦輪嚙合時瞬間接觸線相對滑動方向形成的夾角近于直角。
減速器選用標準件，其型號的選定是根據(jù)傳動比和中心距綜合考慮選定的。中心距不能超過滾輪安裝的高度，即滾輪中心軸離地面的距離，選定中心距為100。
再根據(jù)工作條件：工作荷載平穩(wěn)無沖擊，每日工作8小時，每小時啟動10次，啟動轉矩為輸出轉矩的2.5倍。
根據(jù)《機械傳動裝置選用手冊》：
與滾輪相連的減速器選擇型號： CWU 100-30－Ⅰ JB/T7935-95 外形尺寸查看了《機械傳動裝置選用手冊》表3.1-1，是蝸桿在渦輪之下的圓柱蝸桿減速器。
與電動機相連的減速器選擇型號：SCWO 100-25－ⅠJB/T7935-95 外形尺寸參看《機械傳動裝置選用手冊》表3.1-11，是蝸桿在渦輪之上的圓柱蝸桿減速器。
減速器第一次使用時當運轉150~300h后需更換潤滑油，在以后的使用中應定期檢查油的質量。對于混入雜質或變質的油需及時更換。一般情況下，對于長期連續(xù)工作的減速器，每500~1000h必須換油一次。應加入與原來牌號相同的油，不得不同品牌混用。牌號相同而粘度不同的油允許混合使用。
工作中，當發(fā)現(xiàn)油溫溫升超過80度或油池溫度超過100度及產(chǎn)生不正常噪音時，應停止使用，檢查原因。
減速器應定期檢修如發(fā)現(xiàn)膠合或顯著磨損，必須采取有效措施予以制止或排除，備件必須按標準制造。
3.4聯(lián)軸器的選用
聯(lián)軸器的類型很多．根據(jù)其是否包含彈件元件，可以劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器根據(jù)正常工作時是否允許兩個半聯(lián)軸器軸線產(chǎn)生相對位移又分為固定式剛性聯(lián)袖器和可移式剛性聯(lián)袖器。固定式剛性聯(lián)軸器，要求被聯(lián)接兩軸軸線嚴格對中，因為它不能補償兩軸的相對位移。其常用類型有夾殼聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等?？梢剖絼傂月?lián)軸器可以通過兩半聯(lián)軸器間的相對運動來補償被聯(lián)接兩軸的相對位移。其常用類型有十字滑塊聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器等。
彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，不僅具有吸收振動和緩解沖擊的能力，而且能夠通過彈性元件助變形來補償兩軸的相對位移。其常用類型有——彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器和輪胎式聯(lián)軸器等。
根據(jù)以上特點：
與電動機相連的聯(lián)軸器采用NZ撓性爪型聯(lián)軸器,再根據(jù)軸徑大小查《機械設計與制造簡明手冊》選用代號為Q\ZB110.2.00型號NZ2（兩個）。
與滾輪相連的聯(lián)軸器采用凸緣連軸器再根據(jù)軸徑大小查《機械設計與制造簡明手冊》選用YL8型（一個）。
兩蝸桿減速器之間采用十字滑塊聯(lián)軸器，根據(jù)軸徑大小查《機械設計與制造簡明手冊》選用JB\ZQ4384-86 KL型 十字滑塊聯(lián)軸器（兩個）。
表3—1 聯(lián)軸器選擇
名稱
公稱扭矩范圍
軸徑范圍
最大轉速范圍
特點
應用條件
凸緣連軸器
10~20000
10~180
1400~13000
結構簡單，成本低可傳動較大扭距，但不等消除沖擊。對所連兩軸間的偏移缺乏補償能力
經(jīng)常用于荷載平穩(wěn)有輕度沖擊的條件下，鏈接低速和剛性不大的兩軸。
NZ撓性爪型聯(lián)軸器
25~600
15~65
3800~10000
外形尺寸小，飛輪力矩小
用于小功率，高轉速，沒用急劇沖擊載荷的情況下
十字滑塊聯(lián)軸器
120~20000
15~150
100~250
結構緊湊，尺寸小，壽命長。但制造比較復雜
無較大沖擊，轉速不高的，存在兩軸徑向相對位移時采用
3.5滾輪架滾輪的設計
滾輪架的滾輪結構主要有四種類型，其特點和使用范圍見表3-2。
表3—2 滾輪形式選擇
類型
特點
使用范圍
鋼輪
承載能力強，制造簡單
一般用于重型焊件和需預熱處理的焊件以及額定在和大于60t的滾輪架
膠輪
鋼輪外包橡膠，摩擦力大，傳動平穩(wěn)但橡膠易壓壞
一般用于10t以下的焊件和有色金屬容器
組合輪
鋼輪與橡膠輪相結合，承載能力比橡膠輪高，傳動平穩(wěn)
一般多用于10~~60t的焊件
履帶輪
大面積履帶和焊件接觸，有利于防止薄壁工件的變形，傳動平穩(wěn)但結構較復雜。
用于輕型，薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器
由于滾輪架的額定載荷是12t，所以選用膠輪結構。橡膠輪緣的滾輪常因結構不合理，或橡膠質量不佳或掛膠工藝不完善，使用不久就會發(fā)生擠裂，脫膠而破壞。為此，設計滾輪時，常常在橡膠輪緣兩側開出15度的倒角，以留出承載后橡膠變形的空間，避免擠裂。另外，常在橡膠輪輞與金屬的結合部，將金屬輪面開出多道溝槽，以增加橡膠與金屬的接觸面積，強化結合牢度，避免脫膠。至于橡膠成分和掛膠工藝，在美國是一項專利，國內(nèi)蘭州石油化工機器廠，將國產(chǎn)橡膠輪緣的坦克支重輪用在焊接滾輪架上，取得了很好的效果，使?jié)L輪壽命延長了許多。
滾輪的選用：
圖3—1 滾輪的設計
如圖3-1所示，滾輪直徑為，寬。滾輪邊緣采用橡膠來增大摩擦力。
3.6軸的設計
圖3—2 軸的設計
軸主要是用來支承轉動的機械零件，如齒輪、帶輪等，并傳遞運動和動力。根據(jù)軸所受載荷的不同，可分為心軸、傳動軸和轉軸三種。
只承受彎矩作用的軸稱為心軸。心軸可以是轉動的，如火車的輪軸。也可以是固定的，如自行車的輪軸。傳動軸是只傳遞轉矩的軸。如聯(lián)接汽車變速箱與后橋的軸。既承受彎矩又傳遞轉矩的軸稱為轉軸。轉軸是機器中最常見的軸，如齒輪減速箱中的軸均是轉軸。此次設計的軸為轉軸，即承受彎矩又傳遞轉矩。
軸在工作時常受到變應力的作用，其失效形式多為疲勞斷裂。因此軸的材料首先應具有一定的疲勞強度，同時還應滿足工藝性和經(jīng)濟性方面的要求。軸的常用材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼分普通碳素鋼和優(yōu)質碳素鋼。常用的有35，40，45，50號優(yōu)質碳素鋼，其中以45號鋼應用最普遍。與合金鋼相比，碳素鋼價廉，對應力集中的敏感性小。并且經(jīng)過正火或調(diào)質等熱處理后，其綜合機械性能都會有很大改善相提高。本次設計的軸采用45號碳素鋼，并進行調(diào)質處理。
軸的結構設計就是要確定軸的合理外形和全部結構尺寸。影響軸結構的因素很多，如軸上載荷的大小、分布及性質，軸上零件的數(shù)目、類型、布置及固定方式，軸的加工和裝配方法等。所以在設計時，要根據(jù)具體的工作情況，綜合考慮各種影響因素，經(jīng)濟合理地確定軸的結構。
如圖3-2所示，這次設計的軸分三段，中間段與滾輪通過鍵鏈接在一起。左右段各安裝一個滾動軸承。同時左段還與聯(lián)軸器通過鍵鏈接在一起。
中間軸段軸徑尺寸為與滾輪的間隙配合采用的優(yōu)先配合，中段軸長，左段軸長，右段軸長。
3.7軸承的選用
軸承分為滾動軸承，滑動軸承兩類。
滑動軸承工作時，軸與軸承之間存在滑動摩擦。其缺點是摩擦損耗較大，使用維護也較復雜。而滑動軸承的優(yōu)點是：
(1)結構簡單，制造、裝拆方便。
(2)具有良好的耐沖擊性和良好的吸振性能。
(3)承載能力大，使用壽命長。
因此滑動軸承在高速、精密機構和低速重載、床、沖壓機械和農(nóng)業(yè)機械中如高速精密機、沖壓機械和農(nóng)業(yè)機械中應用較多。
圖3—3 滾動軸承
滾動軸承是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉動零件的。其基本結構如圖3-3所示，它一般是由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4等組成。內(nèi)圈安裝在軸頸上并一起轉動，外圈安裝在軸承座上。滾動軸承的內(nèi)、外圈上加工有滾道，當內(nèi)、外圈相對轉動時，滾動體即在內(nèi)、外因的滾道中滾動。常用的滾動體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子等。保持架用于將滾動體彼此分開，以免它們之間相互接觸產(chǎn)生摩擦
與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、功耗少、啟動靈活、互換性好等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應用，其缺點是抗沖擊能力差，轉速過高時易出現(xiàn)噪音等。滾動軸承已標準化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)。此次設計的12噸焊接滾輪架，根據(jù)軸徑95mm
選用圓柱滾子軸承 ，型號NUP2319。
3.8軸承端蓋的設計
首先，根據(jù)軸承座孔（外圈）直徑由《機械設計課程設計》表4-6查得軸承端蓋螺釘為，螺釘數(shù)目為6個。
如圖3-4，由《機械設計課程設計》表4-7可知，
=-(10~15mm) 得 =185 mm
=+2.5 =240 mm
=1.2 =19.2 mm
=+2.5 =280 mm
軸承端蓋、軸承透蓋都是按照此尺寸設計。
圖3-4 軸承端蓋
3.9絲杠的設計
所謂絲杠傳動就是由絲杠副聯(lián)接相鄰構件而組成的傳動機構。在機械傳動中，絲杠副是較常用的機構之一。
絲杠傳動（或稱螺旋傳動）可以把旋轉運動變成直線運動，也可以把直線運動變成旋轉運動。絲杠傳動即可以傳遞能量或動力，也可以用來傳遞運動或用來調(diào)整零件的相互位置。因此，在機床、起重設備、鍛壓機械、測量儀器、船舶等傳動機構中都廣泛的應用了絲杠副。最常見的絲杠副為滑動絲杠副和滾珠絲杠副兩種
滑動絲杠副有以下特點:
（1） 結構簡單，制造容易。
由于滑動絲杠副為一般的絲杠、螺母所組成故其結構簡單，制造容易。
（2）減速傳動比大
由于當絲杠轉過一圈時，螺母只移動一個導程，而導程可以做的很小。因此可以做到很大的減速比。
（3）運轉平穩(wěn) 由于絲杠與螺母的嚙合是連續(xù)的而且同時嚙合的圈數(shù)較多．所以其運轉平穩(wěn)、無噪聲。但低速或微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行。
滑動絲杠副的材料：
由于以上原因，本次設計采用滑動絲杠來調(diào)節(jié)滾輪之間的中心距以適應不同直徑的筒體工件的焊接要求。
根據(jù)絲杠副工作時的受力特點，絲杠和螺母的材料應具有足夠的強度、耐磨性和良好切削加工性能。對于精密傳動的絲扛，還要求在熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定件。一般的滑動絲杠選用35、45、50號等中碳鋼并經(jīng)調(diào)質處理。此次設計采用經(jīng)調(diào)質處理的45號中碳鋼做為絲杠的材料。
如圖3-5所示，螺栓的螺紋分兩段設計，左段螺紋左旋，右段螺紋右旋。這樣才可以保證調(diào)節(jié)滾輪間距的功能。對螺紋的技術要求是：
圖3—5 絲杠的設計
初車螺紋后，時效處理。一個螺距誤差不大于0.025，螺距最大積累誤差：當<25時，不大于0.035，當<100時不大于0.05。
3.10鍵的設計
鍵的鏈接采用普通平鍵聯(lián)接，這種鍵應用最廣，普通平鍵按照鍵的端部形狀分為
圓頭、方頭、和單圓頭三種。
本次設計采用圓頭鍵，尺寸參考了《機械設計基礎》表2-5。
3.11機架的設計
機架零件支撐著機器中的全部零件，保證組成機器的各零件處于正確的工作位置，承受各零件的作用力，并傳遞到基礎上。
每臺機器都有各自的特殊功能，因而，為滿足這些特殊要求，機架零件具有各自的結構形狀。常見的機架結構形狀可以分為以下幾類機座類，如各種機床的機身；⑦底座類，如由電動機、減速器和卷筒組成的電動絞車的底座；②箱體類，如速器的機體。
由于機架零件形狀復雜，一般多采用鑄件。鑄鐵因具有鑄造性能好、價廉、吸收振動能力強及剛度高等特點，在機架零件中應用最廣。受載情況嚴重的機架零件，可用鑄鋼。
對于結構簡單、生產(chǎn)批量不大的大中型機架，常用由型鋼和鋼板焊接成的焊接件。它質量小，生產(chǎn)工期短，不同部件可用不同牌號的鋼材。焊接的機架零件質量比鑄造的可減輕40%左右。為提高強度和剛度在接頭處常焊以加強板和加強筋。為減少機械加工，應在機架上安裝各部件的支承面處焊有鋼板，以便區(qū)分加工面。焊后應熱處理消除內(nèi)應力。
由于結構簡單，生產(chǎn)批量不大，所以12噸焊接滾輪架的機架部分采用輕軌和鋼板焊接而成。
如圖3-6所示，支撐滾輪的機架可以在底座機架之上滑動，滾輪機架兩端與輕軌兩端非固定式結合，結合方式見圖。兩部分的機架由絲杠鏈接完成滾輪之間間距的調(diào)節(jié)。滾輪機架架在兩根15號輕軌之上，這兩根輕軌是由與其垂直的鋼板相連的，鏈接方式采用焊接。左邊蝸桿減速器也是架在兩根15號輕軌之上，這兩部分是由一塊鋼板經(jīng)過焊接相連的。右邊的蝸桿減速器直接安放在鋼板之上。電動機安裝在兩根T型焊接板上。
圖3—6 機架結構
3.12表面粗糙度
零件表面經(jīng)機械加工后，由于機床、刀具的振動，切屑分離時產(chǎn)生的塑性變形以及刀痕等原因，零件的表面不可能是一個理想的光滑表面，經(jīng)放大后可看出表面仍然是高低不平，這種加工表面具有較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性，稱為表面粗糙度。
在規(guī)定表面粗糙度參數(shù)的允許值時，應考慮如下原則：
（1）在滿足零件功能和外觀要求的前提下，盡量取大的粗糙度參數(shù)值。
（2）同一零件上，工作表面的粗糙度值應小于非工作表面。
（3）摩擦表面的粗糙度值應小于非摩擦表面；滾動摩擦表面的粗糙度值應小于滑動摩擦表面；運動速度高、單位壓力大的摩擦表面的粗糙度值應小于運動速度低、單位壓力小的摩擦表面。
（4）對承受變動載荷的零件表面，以及最容易產(chǎn)生應力集中的部位，例如零件的團角、溝槽處，粗糙度值應較小。
（5）配合性質要求高的結合面、密封面以及要求聯(lián)接可靠、受重載的過盈配合表面和配合間隙小的間隙配合都應方小的粗糙度值。
（6）同一公差等級的零件，小尺寸比大尺寸、軸比孔的粗糙度值要求小。
（7）要求耐腐蝕的零件表面，粗糙度值應較小。
（8）表面粗糧度要求應與尺寸及形狀公差相協(xié)調(diào)，一般來說，尺寸及形狀公差要求較高時，粗糙度值應較小。
根據(jù)以上原則標注了個零件的表面粗糙度，在機架上采用了12.5的表面粗糙度。
除此之外，在設計過程中還要處理好公差配合的問題，加工出來的焊接滾輪架才能正常平穩(wěn)的運行。
4.計算與校核
4.1焊接滾輪架的設計計算
焊接滾輪架的設計計算包括了驅動圓周力與支反力的分析及中心角的確定等。
4.1.1驅動圓周力與支反力的分析及中心角的確定
圖4-1是單位焊接重量圓周力與中心角的關系曲線。兩條曲線都是用滾輪直徑，滾輪軸徑的標準組合式滾輪架按單位焊接重量圓周力、支反力與中心角的關系作出的，但曲線1所用為圓錐滾子軸承，軸承的誘導摩擦因數(shù)f=0.02，滾輪處的滾動摩擦因數(shù);曲線2所用為滾動軸承，，。圓周力F1是根據(jù)圖4-1按式（4-4）算出的，所以該曲線反應的是時角對應的最大值
圖4—1 與的關系曲線 圖4—2與的關系曲線
1—圓錐滾子軸承 2—滑動軸承
圖4-2是單位焊件重量支反力與中心角的關系曲線，關系曲線的建立條件與圖4-1相同。滾輪作用在焊件上的支反力是根據(jù)圖4-1按式(4-7)算出的，所以該曲線反映的是時角對應的最大值。
分析圖4-1和圖4-2可得出如下結論：
（1）當G一定時，在＝20°～70°范圍內(nèi)，支反力和驅動圓周力的變化較小。對滾動軸承，圓周力F1約等于0.01G；對滑動軸承，F(xiàn)1約等于0.02G；支反力 (0．5～0．6)G。即滾輪軸承無論采用滾動的或是滑動的，都對Ff值影響不大，但對Fl值的影響較大。
（2）當由70°增至130時，主動滾輪的驅動圓周力將增加1倍。對滾動軸承，F(xiàn)1≈0.02G，對滑動軸承，≈；支反力也增加了1倍,。
（3）當＞130°時，支反力和驅動圓周力急劇增大，在160°～165°時達到崩潰值，因此角的許用上限應小于130°，一般不超過120°。
（4）在同一值的情況下，若將滾輪軸上的滾動軸承改為滑動軸承，則驅動圓周力將增加一倍，但支反力變化不大。
因此，從降低能耗、節(jié)省運行費用的角度出發(fā)，應設計或選用滾輪軸承為滾動軸承的焊接滾輪架。另外，中心角的使用上限應不大于120°。
中心角的使用下限，主要受焊件靜載穩(wěn)定性的制約。如圖4-4所示，當角給定后，偏心距只有滿足
圖4—3 防焊件從滾輪架上傾覆的分析用途
(4-1)
式中： ———— 偏心距
————工件直徑
———— 中心角
焊件才不致從滾輪架上掉下而破壞其穩(wěn)定性。
實際應用中，為使焊件在滾輪架上獲得可靠的穩(wěn)定性并保證焊件能夠平穩(wěn)地轉動，通常中心角應不小于40°，在偏心距等于零時，也應采用此值。
由表4-1可知本次設計的12t滾輪架選取滾輪直徑為500mm，