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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1.引言
焊接是一種制造技術(shù)，它是適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，并且直接服務(wù)于機(jī)械制造工業(yè)。焊接技術(shù)的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相關(guān)，一般工業(yè)先進(jìn)國(guó)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(jié)構(gòu)、起重運(yùn)輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電力能源等機(jī)械設(shè)備制造部門，焊接都有著廣泛的應(yīng)用。許多設(shè)備中的大型結(jié)構(gòu)，幾乎都是焊接結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，焊接結(jié)構(gòu)正朝著超大型，高容量，高參數(shù)，耐磨，耐低溫，耐動(dòng)載的方向發(fā)展，這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供質(zhì)量更高，性能更好的各種焊機(jī)，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(shè)備，使焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，減少人為因素干擾，達(dá)到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量，改善焊工勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)率，促進(jìn)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(yàn)、校正等工序。因此，焊接生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)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(jī)械化，自動(dòng)化。只有各工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化，自動(dòng)化，才能實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機(jī)械化，自動(dòng)化。
滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對(duì)主、從動(dòng)滾輪的高度作適當(dāng)調(diào)整，也可進(jìn)行錐體、分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接。對(duì)于一些非圓長(zhǎng)形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍?jī)?nèi)，也可在焊接滾輪架上進(jìn)行裝焊作業(yè)。焊接滾輪架還可配合手工焊或作為檢測(cè)、裝配圓筒體工件的設(shè)備。焊接滾輪架的使用能大大提高焊縫質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，通過構(gòu)思建立滾輪架三維實(shí)體模型，分析模型的優(yōu)越性和適用度選擇此種機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)滾輪機(jī)架各部零件，分析校核零件，檢查是否有錯(cuò)，按順序正確組裝，然后投入使用。從而，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。
限于個(gè)人水平，此次設(shè)計(jì)難免存在不足之處，敬請(qǐng)老師指教。
2.焊接機(jī)械設(shè)備
2.1焊接機(jī)械裝備
焊接機(jī)械裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)機(jī)械化，自動(dòng)化，有利于提高裝配—焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進(jìn)行的各種輔助裝置和設(shè)備。這里稱之為輔助裝置和設(shè)備是為了與焊機(jī)相區(qū)別。焊機(jī)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(jī)頭等，有自己的獨(dú)立系統(tǒng)，不屬于焊接機(jī)械裝備的范疇。而焊接機(jī)械裝備相對(duì)焊機(jī)處于輔助的地位，是配合焊機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)的裝置和設(shè)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(jī)械和焊接輸送機(jī)械三個(gè)方面，其次還有導(dǎo)電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準(zhǔn)備及焊縫清理精整裝置等。他們又是焊接機(jī)械裝備的從屬裝置。
從使用范圍來分，焊接機(jī)械裝備又分為通用和專用兩大類。
通用焊接機(jī)械裝備通用性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，整臺(tái)機(jī)械能適應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化重復(fù)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(gè)組成部分。由于這種裝備通用性強(qiáng)，所以機(jī)械化、自動(dòng)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(jī)械裝備是為了適應(yīng)單品種、大批量焊接生產(chǎn)的需要專門設(shè)計(jì)制造的。這種裝備專業(yè)性強(qiáng)、生產(chǎn)率高、控制系統(tǒng)先進(jìn)，能很好地滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、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(jī)床就屬于這類裝備。
2.1.1焊接機(jī)械設(shè)備的分類
焊接機(jī)械裝備可分為四大類：1.焊接工裝夾具2.焊接變位機(jī)械3.焊接輸送機(jī)械4.其他從屬裝置。其中：
（1）焊接工裝夾具（按動(dòng)力源分類）可分為：手動(dòng)夾具 氣動(dòng)夾具 液壓夾具 磁力夾具 電動(dòng)夾具 真空夾具 混合式夾具。
（2）焊接變位機(jī)械可分為：焊工變位機(jī)械 焊機(jī)變位機(jī)械 焊件變位機(jī)械。
其中焊件變位機(jī)械可分為：焊接變位機(jī) 焊接回轉(zhuǎn)臺(tái) 焊接翻轉(zhuǎn)機(jī) 焊接滾輪架
（3）焊件輸送機(jī)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(dǎo)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(jī)械裝備對(duì)焊接產(chǎn)生的作用
焊接機(jī)械裝備對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用有以下幾個(gè)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(cè)量就能得到準(zhǔn)確的裝配位置，從而保證裝配精度加快了裝配作業(yè)的進(jìn)程。此外焊接工裝夾具上大多都采用磁力、液壓、氣動(dòng)夾具，即使采用手動(dòng)夾具，也都有擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，因此可減輕工人的體力勞動(dòng)，提高裝配效率。
（2）由于焊接在夾具中可強(qiáng)行夾固或預(yù)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(jī)械，可縮短裝配施焊過程中焊接翻轉(zhuǎn)變位的時(shí)間，減少輔助工時(shí)提高焊機(jī)利用率和焊接生產(chǎn)力。
（5）采用焊接變位機(jī)械可使焊件處于最有利的施焊位置—水平及船型位置上進(jìn)行焊接，有利于操作，保證焊接質(zhì)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(jī)械可擴(kuò)大焊機(jī)的焊接范圍。例如，埋弧焊機(jī)配合相應(yīng)的焊接設(shè)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(jī)械裝備后，可使手工操作變?yōu)闄C(jī)械操作。人處于控制機(jī)械的地位，減少人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，也可降低對(duì)焊工操作技術(shù)水平的要求。
（8）采用焊接機(jī)械裝備后，可使裝配和焊接集中在一個(gè)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(jī)械裝配相配合，才能在條件困難、環(huán)境危險(xiǎn)、不宜由人工直接操作的場(chǎng)合實(shí)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(jìn)行焊接作業(yè)。
總之，焊接機(jī)械設(shè)備對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的。不但保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)率，改善工人工作條件，還使焊接實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，自動(dòng)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(chǎng)，焊接機(jī)械裝備已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的機(jī)械裝備之一，從而獲得廣泛的應(yīng)用。
2.2焊接自動(dòng)化
焊接機(jī)器人的應(yīng)用：進(jìn)入20世紀(jì)如年代以來，隨著我國(guó)改革步伐的加快和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，一些企業(yè)也相應(yīng)地以“更新裝備，加強(qiáng)技術(shù)改造，適應(yīng)市場(chǎng)需求，生產(chǎn)有競(jìng)爭(zhēng)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(guān)鍵措施之一。在此背景下，在機(jī)械制造業(yè)中使用焊接機(jī)器人的數(shù)量也急劇增加。據(jù)1996年的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)使用焊接機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)的工廠已有70家，包括少量教學(xué)科研用焊接機(jī)器人在內(nèi)，我國(guó)當(dāng)時(shí)擁有的焊接機(jī)器人已達(dá)5百多臺(tái)，其中，弧焊機(jī)器人占53%，點(diǎn)焊機(jī)器人占46%，其余為其他焊接方法用的機(jī)器人。
國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)使用的機(jī)器人，主要是從德國(guó)、日本、奧地利、意大利、瑞典等國(guó)引進(jìn)的，其中以德國(guó)、日本生產(chǎn)的最多，分別占39%和30%。這些引進(jìn)的焊接機(jī)器人，94%以上都是五軸或六軸的關(guān)節(jié)式球坐標(biāo)焊接機(jī)器人，它們代表了國(guó)際20世紀(jì)90年代初、中期的水平。其中，特別是工程機(jī)械制造行業(yè)所引進(jìn)的五條焊接柔性生產(chǎn)線(FMs)，性能尤為先進(jìn)，幾乎全部配備了接觸尋位、電弧跟蹤系統(tǒng)，有的還具有機(jī)器人與焊件變位機(jī)械同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的功能。
國(guó)內(nèi)使用焊接機(jī)器人較多的主要是汽車、摩托車和工程機(jī)械三個(gè)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(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的65%，在摩托車行業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)分別占15%和16%，分布在電器、自行車、機(jī)車、航天航空等行業(yè)的機(jī)器人僅占4%。
在我國(guó)，有高達(dá)98%的點(diǎn)焊機(jī)器人使用在汽車及其零部件制造行業(yè)中。這是因?yàn)辄c(diǎn)焊機(jī)器人僅適用于薄板非密封結(jié)構(gòu)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(duì)焊接。
綜上所述可以預(yù)料，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和市場(chǎng)需求的進(jìn)一步開拓，焊接機(jī)器人及其配套的焊件變位機(jī)械，在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用，也會(huì)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(zhǔn)確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。
在焊接結(jié)構(gòu)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(jìn)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(dòng)力源分為七類：電動(dòng)夾具、真空夾具、磁力夾具、液壓夾具、氣動(dòng)夾具、手動(dòng)夾具。
一個(gè)完整的夾具，是由定位器、夾緊機(jī)構(gòu)、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(gè)不同夾緊機(jī)構(gòu)和定位器的復(fù)雜夾具(又稱為胎具或?qū)Ｓ脢A具)。其中，除夾具體是根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行專門設(shè)計(jì)外，夾緊機(jī)構(gòu)和定位器多是通用的結(jié)構(gòu)形式。
2.3.1焊接工裝夾具的特點(diǎn)
焊接工裝夾具的特點(diǎn)，是由裝配焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)的形式?jīng)Q定的，與機(jī)床夾具比較有如下特點(diǎn)：
（1）由于焊件一般由多個(gè)簡(jiǎn)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(jìn)行的，因此，它們的定位和夾緊是一個(gè)個(gè)單獨(dú)進(jìn)行的。而機(jī)床夾具是對(duì)一個(gè)待機(jī)械加工的整體毛坯進(jìn)行一次定位和夾緊。
（2）在焊接過程中，零件會(huì)因焊接加熱而伸長(zhǎng)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(duì)某些零件給予反變形或者作剛性的夾固；為了減少焊接應(yīng)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(duì)所有的零件都作剛性的夾固。
機(jī)床夾具則不然，除少數(shù)加工長(zhǎng)件的夾具，如加工光桿用的頂尖，要考慮工件機(jī)械加工時(shí)的熱變形對(duì)其作游動(dòng)夾固外，夾具均對(duì)工件作剛性?shī)A固。
（3）對(duì)機(jī)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(duì)焊接工裝夾具而言，裝焊完的結(jié)構(gòu)，尺寸增大，重量增加，形狀變得復(fù)雜，增加了從工裝夾具上卸下的難度。
（4）對(duì)用于熔焊的夾具，工作時(shí)主要承受焊件的重力、焊接應(yīng)力和央緊力，有的還要承受裝配時(shí)的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。而機(jī)床夾具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焊接工裝夾具所承受的各種力。
（5）與機(jī)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(gè)組成部分，因此絕緣和導(dǎo)電是設(shè)計(jì)中必須注意的一個(gè)問題。例如，在設(shè)計(jì)電阻焊用的夾具時(shí)，如果絕緣處理不當(dāng)，將引起分流，使接頭強(qiáng)度降低。但對(duì)機(jī)床夾具而言，除電加工所用夾具外，不存在導(dǎo)電的問題。
焊接結(jié)構(gòu)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(yīng)焊件的需要在形式，工作原理及技術(shù)要求上也有很大的差別。為了適應(yīng)技術(shù)管理工作的需要，便于掌握各類焊接工裝的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)基本方法，就必須先對(duì)焊接工裝進(jìn)行分類。
2.3.2焊接工裝夾具的分類
可以按用途與應(yīng)用范圍對(duì)常見焊接機(jī)械進(jìn)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(wù)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(zhǔn)確的固定下來，然后再進(jìn)行定位點(diǎn)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(tái)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(diǎn)焊固定好的工件。如各類焊接專機(jī)，龍門式，懸臂式，平臺(tái)式，爬行式等。
（3）裝配焊接工藝裝備。這類工裝既能完成整個(gè)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(jī)床或自動(dòng)焊接裝置，或者是裝配焊接的綜合機(jī)械化裝置，如一些自動(dòng)焊接生產(chǎn)線。
實(shí)際生產(chǎn)中一個(gè)焊件如果要完成焊接工作，單單依靠一個(gè)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(dá)到焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化。
按應(yīng)用范圍分類：
（1）通用焊接工裝。目前國(guó)家針對(duì)焊接工藝中的需求已經(jīng)指定了很多的標(biāo)準(zhǔn)，如滾輪架行業(yè)的JB/T 9187標(biāo)準(zhǔn)等。所謂通用焊接工裝，既是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)按需求來設(shè)計(jì)，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(yīng)一定形狀和尺寸變化的焊接工裝。
此外還有按動(dòng)力裝置分類，按焊接方法分類等，再此就不詳細(xì)說明了。
2.3.3對(duì)焊接工裝夾具的設(shè)計(jì)要求
（1）焊接工裝夾具應(yīng)動(dòng)作迅速、操作方便，操作位置應(yīng)處在工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動(dòng)夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人最易用力的部位，當(dāng)夾具處于夾緊狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能自鎖。
（2）焊接工裝夾具應(yīng)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(jī)構(gòu)應(yīng)與焊道保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或者布置在焊件的下方或側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。
（3）夾緊可靠，剛性適當(dāng)。夾緊時(shí)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(dòng)滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應(yīng)力。
（4）為了保證使用安全，應(yīng)設(shè)置必要的安全連鎖保護(hù)裝置。
（5）夾緊時(shí)不應(yīng)損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時(shí)，應(yīng)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(yīng)考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)和定位器表面的損傷。
（7）夾具的施力點(diǎn)應(yīng)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(dǎo)熱、導(dǎo)電、隔磁、絕緣等方面對(duì)夾具提出的特殊要求。例如，凸焊和閃光焊時(shí)，夾具兼作導(dǎo)電體；釬焊時(shí)夾具兼作散熱體，因此要求夾具本身具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)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(jié)構(gòu)的夾具，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是夾具體的剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀精度、尺寸精度影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)要留有較大的裕度。
（10）在同一個(gè)夾具上，定位器和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，并且盡量只選用一種動(dòng)力源。
（11）工裝夾具本身應(yīng)具有較好的制造工藝性和較高的機(jī)械效率。
（12）盡量選用已通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機(jī)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)定則”。但對(duì)焊接金屬結(jié)構(gòu)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(tái)的臺(tái)面作為焊件固定面。另外、對(duì)焊接金屬結(jié)構(gòu)的每個(gè)零件，不必都設(shè)六個(gè)定位支承點(diǎn)來確定其位置，因?yàn)楦髁慵g都有確定的位置關(guān)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(diǎn)，這樣，就可以簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，減少定位器的數(shù)量。
為了保證裝配精度，應(yīng)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(shí)，應(yīng)注意不妨礙焊接和裝卸作業(yè)的進(jìn)行，同時(shí)要考慮焊接變形的影響。如果定位器對(duì)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(yīng)設(shè)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(shè)計(jì)的。夾具體上安裝著定位器以保證零件2相對(duì)零件1的垂直度和相對(duì)高度。零件定位后，用圓偏心—杠桿夾緊機(jī)構(gòu)夾緊，以保證施焊時(shí)零件的相互位置不發(fā)生改變。
對(duì)夾具體的要求是：①有足夠的強(qiáng)度和剛度；②便于裝配和焊接作業(yè)的實(shí)施；③能將裝焊好的焊件方便地卸下；④滿足必要的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、通水、通氣及通風(fēng)條件；⑤容易清理焊渣、銹皮等臟物；⑥有利于定位器、夾緊機(jī)構(gòu)位置的調(diào)節(jié)與補(bǔ)償；⑦必要時(shí)，還應(yīng)具有反變形的功能。通常作為通用夾具體的裝焊平臺(tái)多為鑄造結(jié)構(gòu)，而專用夾具體多為板焊結(jié)構(gòu)。
2.4焊機(jī)變位機(jī)械
焊機(jī)變位機(jī)械是改變焊接機(jī)頭空間位置進(jìn)行焊接作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它主要包括焊接操作機(jī)和電渣焊立架。焊接操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，使用范圍很廣，常與焊件變位機(jī)械相配合，完成各種焊接作業(yè)。若更換作業(yè)機(jī)頭，還能進(jìn)行其他的相應(yīng)作業(yè)。
2.4.1焊接變位機(jī)械的分類
焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工空間位置來完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械設(shè)備。
使用焊接變位機(jī)械可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)卒，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。
焊接變位機(jī)械的分類及各類所屬設(shè)備如下（如圖2-1）：
圖2—1 焊接變位機(jī)械的分類
各種焊接變位機(jī)械都可單獨(dú)使用，但在多數(shù)場(chǎng)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(yàn)、打磨、噴漆等作業(yè)。
2.4.2焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能
一般，通用的焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能是：
（1）焊件變位機(jī)械和焊機(jī)變位機(jī)械要有較寬的調(diào)速范圍焊接運(yùn)行速度，以及良好的結(jié)構(gòu)剛度。
（2）對(duì)尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。
（3）在傳動(dòng)鏈中，應(yīng)具有一級(jí)反行程自鎖傳動(dòng)，以免動(dòng)力源突然切斷時(shí)，焊件應(yīng)重力作用而發(fā)生事故。
焊件變位機(jī)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(jī)械設(shè)備。
焊件變位機(jī)械按功能不同，分為焊接變位機(jī)、焊接滾輪架、焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)和焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)四類。
在手工焊作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機(jī)械，但在多數(shù)場(chǎng)合，焊件變位機(jī)械是與焊機(jī)變位機(jī)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(jī)械也是機(jī)械化、自動(dòng)化裝焊生產(chǎn)線上的重要組成都分。焊接機(jī)械是改變焊件，焊機(jī)或焊工位置來完成機(jī)械化，自動(dòng)化焊接的各種機(jī)械裝備。使用焊接機(jī)械可縮短焊件翻轉(zhuǎn)變位的輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效果。
2.5幾種焊接設(shè)備的具體介紹
2.5.1焊接變位機(jī)
(一)功能及結(jié)構(gòu)形式
焊接變位機(jī)，是在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜置于有利施焊位置的焊件變位機(jī)械。焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架，機(jī)座，機(jī)殼等非長(zhǎng)形工件的焊接。
焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三種：
1.伸臂式焊接變位機(jī) 適用與輕小焊件的翻轉(zhuǎn)空位，載重量一般不超過1噸。
圖2—2伸臂式焊接變位機(jī)
2.座式焊接變位機(jī) 如圖2-3 所示，其工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支承在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，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(jī)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(zhuǎn)變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式。常與伸縮臂式焊接操作機(jī)或弧焊機(jī)器人配合使用。
圖2—3座式焊接變位機(jī)
1—回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 2—傾斜軸
3—扇形齒輪 4—機(jī)座
3.雙座式焊接變位機(jī) 有較高的穩(wěn)定性，適用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位，載重量一般都在50噸以上。
圖2—4雙座式焊接變位機(jī)
1—工作臺(tái) 2—凹形架 3—機(jī)座
4—回轉(zhuǎn)裝置 5—傾斜機(jī)構(gòu)
2.5.2焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)
焊接變位翻轉(zhuǎn)機(jī)是一種可以實(shí)現(xiàn)大型回轉(zhuǎn)零件在焊接時(shí)變位、翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)位置，以便獲得更佳焊接位置的焊接輔助設(shè)備，可配用熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)(CO2/MAG焊機(jī))。如圖2-5、圖2-6。產(chǎn)品主要由立柱提升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及控制器組成。
圖2—5輕型焊接翻轉(zhuǎn)臺(tái)
圖2—6焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)
2.5.3焊接操作機(jī)
? 焊接操作機(jī)作為一種焊接輔助機(jī)械，被廣泛地應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、管道和金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)。與滾輪架、變?yōu)闄C(jī)或翻轉(zhuǎn)機(jī)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(dòng)輸送回收系統(tǒng)或擺動(dòng)器。?
焊接操作機(jī)是將焊件準(zhǔn)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(dòng)焊機(jī)的機(jī)械裝置。
焊接操作機(jī)與焊接變位機(jī)、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(jìn)行工件表面的自動(dòng)焊接。
焊接操作機(jī)可分為：平臺(tái)式焊接操作機(jī)、伸縮臂式操作機(jī)（圖2-7）、門式操作機(jī)（圖2-8）、橋式操作機(jī)、臺(tái)式操作機(jī)
圖2—7伸縮臂式操作機(jī)
圖2—8固定門式操作機(jī)
2.5.4焊接滾輪架
焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪與焊件之間的摩接力帶動(dòng)焊接旋轉(zhuǎn)的變位機(jī)械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對(duì)主、從動(dòng)滾輪的高度作適當(dāng)調(diào)整，也可進(jìn)行錐體、分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接。對(duì)于一些非圓長(zhǎng)形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍?jī)?nèi)，也可在焊接滾輪架上進(jìn)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(yīng)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(dòng)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(jié)構(gòu)形式分為兩類：
第一類是長(zhǎng)軸式滾輪架。滾輪沿兩平行軸排列，與驅(qū)動(dòng)裝置相連的一排為主動(dòng)滾輪，另一排為從動(dòng)滾輪。長(zhǎng)軸式滾輪多是用戶根據(jù)焊件特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)制造的，市場(chǎng)可采用的定型產(chǎn)品很少。
圖2—11長(zhǎng)軸式滾輪架
第二類是組合式滾輪架（如圖2-12），它的主動(dòng)滾輪架，從動(dòng)滾輪架，混合式滾輪架都是獨(dú)立的，使用時(shí)可根據(jù)焊件的重量和長(zhǎng)度進(jìn)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(duì)焊件的適應(yīng)性很強(qiáng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。
圖2—12組合式滾輪架
對(duì)于重型滾輪架（如圖2-13），多采用車間起重設(shè)備挪動(dòng)滾輪架座進(jìn)行分段調(diào)節(jié)。對(duì)輕型滾輪架，多采用手動(dòng)或電動(dòng)絲杠—螺母機(jī)構(gòu)來移動(dòng)滾輪座進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。
圖2—13 200噸重型焊接滾輪架
2.5.5關(guān)于滾輪架軸向竄動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件軸線平行時(shí)，放在滾輪架上的焊件是不會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的，這是理想情況。但實(shí)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(yàn)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(shí)仍會(huì)竄動(dòng)。即便是同一個(gè)焊件，此時(shí)調(diào)整后已不再竄動(dòng)，但換個(gè)方向旋轉(zhuǎn)或?qū)⒃摵讣跗鹨苿?dòng)位置后再放到滾輪架上，該焊件又會(huì)竄動(dòng)了，更不用說換另外一個(gè)焊件了。 國(guó)內(nèi)一些工廠采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，這種辦法對(duì)設(shè)備和焊件都有損害，實(shí)屬無奈。國(guó)外制作的防竄滾輪架，雖能滿足要求，可惜價(jià)格較昂貴。
理論和實(shí)踐都證明：影響焊件做軸向竄動(dòng)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(shí)，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(gè)水平面內(nèi)且相互平行。③滾輪間距相等。實(shí)際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動(dòng)，其焊件本身是在作螺旋運(yùn)動(dòng)，如能采取措施，把焊件的左旋及時(shí)地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮?，直至焊件不再作螺旋運(yùn)動(dòng)為止。 目前，已有三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成此任務(wù)：
（1）頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升降運(yùn)動(dòng)，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時(shí)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(diǎn)是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點(diǎn)是制造成本高，體積大。
（2）偏移式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)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(diǎn)是靈敏度高，但最大的缺點(diǎn)是對(duì)滾輪的磨損太大。
（3）平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)滾輪可以同時(shí)垂直于焊件軸心線做水平移動(dòng)，從而達(dá)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(diǎn)是穩(wěn)定性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不占用額外的安裝空間。
主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速控制
我們的目的是要檢測(cè)出焊件在軸線方向上的竄動(dòng)位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側(cè)面檢測(cè)方式和在焊件端面檢測(cè)方式。筒壁側(cè)面檢測(cè)方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測(cè)方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)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(cè)方式是目前貫用的檢測(cè)方式，這種檢測(cè)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(duì)焊件的受測(cè)端面進(jìn)行加工。但對(duì)大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費(fèi)用也就越大。能否降低對(duì)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(dòng)量不大于±2mm，可是焊件的受測(cè)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(dòng)是衡量防竄滾輪架是否實(shí)用的重要指標(biāo)之一。
3.方案的選擇與確定
確定焊接滾輪架方案時(shí)，其合理性和經(jīng)濟(jì)性是主要考慮的因素。當(dāng)焊件的焊接方法及工藝確定后，所選夾具結(jié)構(gòu)，首先要能保證焊接工藝的實(shí)施。同時(shí)，焊件結(jié)構(gòu)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(zhǔn)和夾緊機(jī)構(gòu)方案的重要依據(jù)。除此之外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的因素，使夾具的制造、使用費(fèi)用最低而取得的經(jīng)濟(jì)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(shí)要對(duì)上述各因素進(jìn)行綜合分析，只有通盤考慮，才能制定出最佳的設(shè)計(jì)方案具體確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)聯(lián)系以下幾個(gè)方面進(jìn)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(gè)坯件的形狀、尺寸和精度。其中，形狀和尺寸是確定夾具設(shè)計(jì)方案、夾緊機(jī)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)形式的主要依據(jù)，并且直接影響其幾何尺寸的大?。恢圃炀仁沁x擇定位器結(jié)構(gòu)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(duì)夾具的要求。例如與裝配工藝有關(guān)的定位基面裝配次序、夾緊方向?qū)A具結(jié)構(gòu)提出的要求。再如，不同的焊接方掃對(duì)夾具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夾具上設(shè)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(dú)設(shè)計(jì)裝固夾具和焊接夾具。
本次設(shè)計(jì)采用組合式滾輪架進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.1組合式滾輪架的特點(diǎn)
（1）主從動(dòng)滾輪架各自獨(dú)立，可根據(jù)焊件的重量，長(zhǎng)度任意組合，使用方便靈活 滾輪架靠滾輪對(duì)的自由擺動(dòng)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(jí)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(yīng)不同長(zhǎng)度焊件的裝焊要求，有的滾輪架上還安有機(jī)動(dòng)或飛機(jī)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，降壓調(diào)速。這種方式沿用已久，技術(shù)很成熟，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，啟動(dòng)力矩較大，是目前滾輪架使用最廣的拖動(dòng)調(diào)速方式。缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)速范圍較窄，一般恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速范圍為1：10左右低速時(shí)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(dòng)機(jī)拖動(dòng)，變頻調(diào)速。
近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價(jià)格的下降，采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速的滾輪架也日趨增多。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：20，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑性好，低速特性硬。缺點(diǎn)是低速段過載倍數(shù)降低較大，變頻電源的價(jià)格也較高。但隨著電動(dòng)機(jī)額定功率的增加，價(jià)格上升則相對(duì)平緩，所以在重型焊接滾輪架上，采用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和變頻調(diào)速較為適合。本次設(shè)計(jì)的焊接滾輪架噸為12噸，采用直流電動(dòng)機(jī)。
為是焊接滾輪架的滾輪間距離調(diào)節(jié)更為方便，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，組合更加便利，采用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的焊接滾輪架日益增多。但是每一主動(dòng)滾輪均由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)解決好個(gè)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(zhuǎn)速實(shí)際上并不一致，因此，要把實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近的一組電動(dòng)機(jī)做為焊接滾輪架的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。另外，對(duì)重型焊接滾輪架，還應(yīng)考慮以測(cè)速發(fā)電機(jī)為核心的速度反饋裝置來保證各滾輪轉(zhuǎn)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)組合式滾輪架（即兩個(gè)主動(dòng)輪座與兩個(gè)從動(dòng)輪座的組合）均成系列供應(yīng)。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(dòng)的功能。
我國(guó)已有不少?gòu)S家生產(chǎn)焊接滾輪架，最大承載量已達(dá)400t，適用焊件直徑可達(dá)6m，滾輪線速度多在6~60m/h之間無級(jí)調(diào)速。防軸向竄動(dòng)的滾輪架已有生產(chǎn)，但性能質(zhì)量尚待提高。
我國(guó)在1990年頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定：主動(dòng)滾輪的圓周速度應(yīng)在6-60m/h范圍內(nèi)無級(jí)可調(diào)，速度波動(dòng)量按不同的焊接工藝要求，要低于±5%～±10%，滾輪轉(zhuǎn)速應(yīng)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(dòng)滾輪架上進(jìn)行焊接時(shí)，在整個(gè)焊接過程中允許工件的軸向竄動(dòng)量為±3mm。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中渦輪副齒輪副等傳動(dòng)零件，應(yīng)符合國(guó)標(biāo)中的8級(jí)精度等級(jí)。
3.2滾輪驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，即每個(gè)主動(dòng)輪單獨(dú)利用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。不過要注意解決好各主動(dòng)輪的同步問題，在選用電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)結(jié)構(gòu)上要盡量選用特性一致且經(jīng)過實(shí)測(cè)的使用。
因?yàn)殚L(zhǎng)軸式滾輪架是用戶根據(jù)焊件特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)制造的，市場(chǎng)可供選用的定型產(chǎn)品很少，已不常用，所以本次設(shè)計(jì)的12噸級(jí)滾輪架采用組合式設(shè)計(jì)它的主動(dòng)滾輪架，從動(dòng)滾輪架，混合式滾輪架都是獨(dú)立的，使用時(shí)可根據(jù)焊件的重量和長(zhǎng)度進(jìn)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(duì)焊件的適應(yīng)性很強(qiáng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。
3.3減速器的選擇
蝸桿減速器按蝸桿外形結(jié)構(gòu)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(dòng)是傳遞交錯(cuò)軸之間的動(dòng)力常用的交錯(cuò)角∑=90°。它具有單級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)比大工作平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低及可做成自鎖形式等特點(diǎn)。
圓弧蝸桿傳動(dòng)除具有普通蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)外，還有以下特點(diǎn)：齒形優(yōu)良，蝸桿渦輪齒面為凹凸共軛嚙合，當(dāng)量曲率小，齒面間潤(rùn)滑油膜容易形成，齒面接觸應(yīng)力低具有良好的強(qiáng)度和潤(rùn)滑集合條件。接觸線及形狀分布合理。蝸桿和渦輪嚙合時(shí)瞬間接觸線相對(duì)滑動(dòng)方向形成的夾角近于直角。
減速器選用標(biāo)準(zhǔn)件，其型號(hào)的選定是根據(jù)傳動(dòng)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(shí)，每小時(shí)啟動(dòng)10次，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為輸出轉(zhuǎn)矩的2.5倍。
根據(jù)《機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè)》：
與滾輪相連的減速器選擇型號(hào)： CWU 100-30－Ⅰ JB/T7935-95 外形尺寸查看了《機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè)》表3.1-1，是蝸桿在渦輪之下的圓柱蝸桿減速器。
與電動(dòng)機(jī)相連的減速器選擇型號(hào)：SCWO 100-25－ⅠJB/T7935-95 外形尺寸參看《機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè)》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(shí)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)150~300h后需更換潤(rùn)滑油，在以后的使用中應(yīng)定期檢查油的質(zhì)量。對(duì)于混入雜質(zhì)或變質(zhì)的油需及時(shí)更換。一般情況下，對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)工作的減速器，每500~1000h必須換油一次。應(yīng)加入與原來牌號(hào)相同的油，不得不同品牌混用。牌號(hào)相同而粘度不同的油允許混合使用。
工作中，當(dāng)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(shí)，應(yīng)停止使用，檢查原因。
減速器應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)是否允許兩個(gè)半聯(lián)軸器軸線產(chǎn)生相對(duì)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(yán)格對(duì)中，因?yàn)樗荒苎a(bǔ)償兩軸的相對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償被聯(lián)接兩軸的相對(duì)位移。其常用類型有十字滑塊聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器和萬(wàn)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(dòng)和緩解沖擊的能力，而且能夠通過彈性元件助變形來補(bǔ)償兩軸的相對(duì)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(diǎn)：
與電動(dòng)機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》選用代號(hào)為Q\ZB110.2.00型號(hào)NZ2（兩個(gè)）。
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(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》選用YL8型（一個(gè)）。
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(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》選用JB\ZQ4384-86 KL型 十字滑塊聯(lián)軸器（兩個(gè)）。
表3—1 聯(lián)軸器選擇
名稱
公稱扭矩范圍
軸徑范圍
最大轉(zhuǎn)速范圍
特點(diǎn)
應(yīng)用條件
凸緣連軸器
10~20000
10~180
1400~13000
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低可傳動(dòng)較大扭距，但不等消除沖擊。對(duì)所連兩軸間的偏移缺乏補(bǔ)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，壽命長(zhǎng)。但制造比較復(fù)雜
無較大沖擊，轉(zhuǎn)速不高的，存在兩軸徑向相對(duì)位移時(shí)采用
3.5滾輪架滾輪的設(shè)計(jì)
滾輪架的滾輪結(jié)構(gòu)主要有四種類型，其特點(diǎn)和使用范圍見表3-2。
表3—2 滾輪形式選擇
類型
特點(diǎn)
使用范圍
鋼輪
承載能力強(qiáng)，制造簡(jiǎn)單
一般用于重型焊件和需預(yù)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(dòng)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(jié)合，承載能力比橡膠輪高，傳動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)但結(jié)構(gòu)較復(fù)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(jié)構(gòu)。橡膠輪緣的滾輪常因結(jié)構(gòu)不合理，或橡膠質(zhì)量不佳或掛膠工藝不完善，使用不久就會(huì)發(fā)生擠裂，脫膠而破壞。為此，設(shè)計(jì)滾輪時(shí)，常常在橡膠輪緣兩側(cè)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(jié)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(qiáng)化結(jié)合牢度，避免脫膠。至于橡膠成分和掛膠工藝，在美國(guó)是一項(xiàng)專利，國(guó)內(nèi)蘭州石油化工機(jī)器廠，將國(guó)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(zhǎng)了許多。
滾輪的選用：
圖3—1 滾輪的設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
圖3—2 軸的設(shè)計(jì)
軸主要是用來支承轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械零件，如齒輪、帶輪等，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。根據(jù)軸所受載荷的不同，可分為心軸、傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)軸三種。
只承受彎矩作用的軸稱為心軸。心軸可以是轉(zhuǎn)動(dòng)的，如火車的輪軸。也可以是固定的，如自行車的輪軸。傳動(dòng)軸是只傳遞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸是機(jī)器中最常見的軸，如齒輪減速箱中的軸均是轉(zhuǎn)軸。此次設(shè)計(jì)的軸為轉(zhuǎn)軸，即承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩。
軸在工作時(shí)常受到變應(yīng)力的作用，其失效形式多為疲勞斷裂。因此軸的材料首先應(yīng)具有一定的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還應(yīng)滿足工藝性和經(jīng)濟(jì)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(zhì)碳素鋼。常用的有35，40，45，50號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中以45號(hào)鋼應(yīng)用最普遍。與合金鋼相比，碳素鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小。并且經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)等熱處理后，其綜合機(jī)械性能都會(huì)有很大改善相提高。本次設(shè)計(jì)的軸采用45號(hào)碳素鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。影響軸結(jié)構(gòu)的因素很多，如軸上載荷的大小、分布及性質(zhì)，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(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體的工作情況，綜合考慮各種影響因素，經(jīng)濟(jì)合理地確定軸的結(jié)構(gòu)。
如圖3-2所示，這次設(shè)計(jì)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(gè)滾動(dòng)軸承。同時(shí)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(zhǎng)，左段軸長(zhǎng)，右段軸長(zhǎng)。
3.7軸承的選用
軸承分為滾動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承兩類。
滑動(dòng)軸承工作時(shí)，軸與軸承之間存在滑動(dòng)摩擦。其缺點(diǎn)是摩擦損耗較大，使用維護(hù)也較復(fù)雜。而滑動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是：
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)。
因此滑動(dòng)軸承在高速、精密機(jī)構(gòu)和低速重載、床、沖壓機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械中如高速精密機(jī)、沖壓機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用較多。
圖3—3 滾動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。其基本結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，它一般是由內(nèi)圈1、外圈2、滾動(dòng)體3和保持架4等組成。內(nèi)圈安裝在軸頸上并一起轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈安裝在軸承座上。滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈上加工有滾道，當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體即在內(nèi)、外因的滾道中滾動(dòng)。常用的滾動(dòng)體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對(duì)稱球面滾子等。保持架用于將滾動(dòng)體彼此分開，以免它們之間相互接觸產(chǎn)生摩擦
與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、功耗少、啟動(dòng)靈活、互換性好等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛的應(yīng)用，其缺點(diǎn)是抗沖擊能力差，轉(zhuǎn)速過高時(shí)易出現(xiàn)噪音等。滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)。此次設(shè)計(jì)的12噸焊接滾輪架，根據(jù)軸徑95mm
選用圓柱滾子軸承 ，型號(hào)NUP2319。
3.8軸承端蓋的設(shè)計(jì)
首先，根據(jù)軸承座孔（外圈）直徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表4-6查得軸承端蓋螺釘為，螺釘數(shù)目為6個(gè)。
如圖3-4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》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(shè)計(jì)。
圖3-4 軸承端蓋
3.9絲杠的設(shè)計(jì)
所謂絲杠傳動(dòng)就是由絲杠副聯(lián)接相鄰構(gòu)件而組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在機(jī)械傳動(dòng)中，絲杠副是較常用的機(jī)構(gòu)之一。
絲杠傳動(dòng)（或稱螺旋傳動(dòng)）可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠傳動(dòng)即可以傳遞能量或動(dòng)力，也可以用來傳遞運(yùn)動(dòng)或用來調(diào)整零件的相互位置。因此，在機(jī)床、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測(cè)量?jī)x器、船舶等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中都廣泛的應(yīng)用了絲杠副。最常見的絲杠副為滑動(dòng)絲杠副和滾珠絲杠副兩種
滑動(dòng)絲杠副有以下特點(diǎn):
（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。
由于滑動(dòng)絲杠副為一般的絲杠、螺母所組成故其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。
（2）減速傳動(dòng)比大
由于當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，螺母只移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，而導(dǎo)程可以做的很小。因此可以做到很大的減速比。
（3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 由于絲杠與螺母的嚙合是連續(xù)的而且同時(shí)嚙合的圈數(shù)較多．所以其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無噪聲。但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行。
滑動(dòng)絲杠副的材料：
由于以上原因，本次設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)絲杠來調(diào)節(jié)滾輪之間的中心距以適應(yīng)不同直徑的筒體工件的焊接要求。
根據(jù)絲杠副工作時(shí)的受力特點(diǎn)，絲杠和螺母的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐磨性和良好切削加工性能。對(duì)于精密傳動(dòng)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(dòng)絲杠選用35、45、50號(hào)等中碳鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。此次設(shè)計(jì)采用經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45號(hào)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(shè)計(jì)，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(duì)螺紋的技術(shù)要求是：
圖3—5 絲杠的設(shè)計(jì)
初車螺紋后，時(shí)效處理。一個(gè)螺距誤差不大于0.025，螺距最大積累誤差：當(dāng)<25時(shí)，不大于0.035，當(dāng)<100時(shí)不大于0.05。
3.10鍵的設(shè)計(jì)
鍵的鏈接采用普通平鍵聯(lián)接，這種鍵應(yīng)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(shè)計(jì)采用圓頭鍵，尺寸參考了《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-5。
3.11機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架零件支撐著機(jī)器中的全部零件，保證組成機(jī)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(chǔ)上。
每臺(tái)機(jī)器都有各自的特殊功能，因而，為滿足這些特殊要求，機(jī)架零件具有各自的結(jié)構(gòu)形狀。常見的機(jī)架結(jié)構(gòu)形狀可以分為以下幾類機(jī)座類，如各種機(jī)床的機(jī)身；⑦底座類，如由電動(dòng)機(jī)、減速器和卷筒組成的電動(dòng)絞車的底座；②箱體類，如速器的機(jī)體。
由于機(jī)架零件形狀復(fù)雜，一般多采用鑄件。鑄鐵因具有鑄造性能好、價(jià)廉、吸收振動(dòng)能力強(qiáng)及剛度高等特點(diǎn)，在機(jī)架零件中應(yīng)用最廣。受載情況嚴(yán)重的機(jī)架零件，可用鑄鋼。
對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)批量不大的大中型機(jī)架，常用由型鋼和鋼板焊接成的焊接件。它質(zhì)量小，生產(chǎn)工期短，不同部件可用不同牌號(hào)的鋼材。焊接的機(jī)架零件質(zhì)量比鑄造的可減輕40%左右。為提高強(qiáng)度和剛度在接頭處常焊以加強(qiáng)板和加強(qiáng)筋。為減少機(jī)械加工，應(yīng)在機(jī)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(yīng)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力。
由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)批量不大，所以12噸焊接滾輪架的機(jī)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(jī)架可以在底座機(jī)架之上滑動(dòng)，滾輪機(jī)架兩端與輕軌兩端非固定式結(jié)合，結(jié)合方式見圖。兩部分的機(jī)架由絲杠鏈接完成滾輪之間間距的調(diào)節(jié)。滾輪機(jī)架架在兩根15號(hào)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(hào)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(dòng)機(jī)安裝在兩根T型焊接板上。
圖3—6 機(jī)架結(jié)構(gòu)
3.12表面粗糙度
零件表面經(jīng)機(jī)械加工后，由于機(jī)床、刀具的振動(dòng)，切屑分離時(shí)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(gè)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(shí)，應(yīng)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(yīng)小于非工作表面。
（3）摩擦表面的粗糙度值應(yīng)小于非摩擦表面；滾動(dòng)摩擦表面的粗糙度值應(yīng)小于滑動(dòng)摩擦表面；運(yùn)動(dòng)速度高、單位壓力大的摩擦表面的粗糙度值應(yīng)小于運(yùn)動(dòng)速度低、單位壓力小的摩擦表面。
（4）對(duì)承受變動(dòng)載荷的零件表面，以及最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，例如零件的團(tuán)角、溝槽處，粗糙度值應(yīng)較小。
（5）配合性質(zhì)要求高的結(jié)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(yīng)方小的粗糙度值。
（6）同一公差等級(jí)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(yīng)較小。
（8）表面粗糧度要求應(yīng)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(shí)，粗糙度值應(yīng)較小。
根據(jù)以上原則標(biāo)注了個(gè)零件的表面粗糙度，在機(jī)架上采用了12.5的表面粗糙度。
除此之外，在設(shè)計(jì)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(yùn)行。
4.計(jì)算與校核
4.1焊接滾輪架的設(shè)計(jì)計(jì)算
焊接滾輪架的設(shè)計(jì)計(jì)算包括了驅(qū)動(dòng)圓周力與支反力的分析及中心角的確定等。
4.1.1驅(qū)動(dòng)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(guān)系曲線。兩條曲線都是用滾輪直徑，滾輪軸徑的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系作出的，但曲線1所用為圓錐滾子軸承，軸承的誘導(dǎo)摩擦因數(shù)f=0.02，滾輪處的滾動(dòng)摩擦因數(shù);曲線2所用為滾動(dòng)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(yīng)的是時(shí)角對(duì)應(yīng)的最大值
圖4—1 與的關(guān)系曲線 圖4—2與的關(guān)系曲線
1—圓錐滾子軸承 2—滑動(dòng)軸承
圖4-2是單位焊件重量支反力與中心角的關(guān)系曲線，關(guān)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(shí)角對(duì)應(yīng)的最大值。
分析圖4-1和圖4-2可得出如下結(jié)論：
（1）當(dāng)G一定時(shí)，在＝20°～70°范圍內(nèi)，支反力和驅(qū)動(dòng)圓周力的變化較小。對(duì)滾動(dòng)軸承，圓周力F1約等于0.01G；對(duì)滑動(dòng)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(dòng)的或是滑動(dòng)的，都對(duì)Ff值影響不大，但對(duì)Fl值的影響較大。
（2）當(dāng)由70°增至130時(shí)，主動(dòng)滾輪的驅(qū)動(dòng)圓周力將增加1倍。對(duì)滾動(dòng)軸承，F(xiàn)1≈0.02G，對(duì)滑動(dòng)軸承，≈；支反力也增加了1倍,。
（3）當(dāng)＞130°時(shí)，支反力和驅(qū)動(dòng)圓周力急劇增大，在160°～165°時(shí)達(dá)到崩潰值，因此角的許用上限應(yīng)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(dòng)軸承改為滑動(dòng)軸承，則驅(qū)動(dòng)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(yùn)行費(fèi)用的角度出發(fā)，應(yīng)設(shè)計(jì)或選用滾輪軸承為滾動(dòng)軸承的焊接滾輪架。另外，中心角的使用上限應(yīng)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(dāng)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(shí)際應(yīng)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(zhuǎn)動(dòng)，通常中心角應(yīng)不小于40°，在偏心距等于零時(shí)，也應(yīng)采用此值。
由表4-1可知本次設(shè)計(jì)的12t滾輪架選取滾輪直徑為500mm，