20t自調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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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 錄 摘要…………………………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………………………………II 目錄…………………………………………………………………………………III 第1章緒論…………………………………………………………………………1 第2章焊接機(jī)械概述……………………………………………………………2 2.1 焊接的應(yīng)用 …………………………………………………………………2 2.2 焊接機(jī)械裝備 ………………………………………………………………2 2.2.1焊接機(jī)械裝備的分類 …………………………………………………2 2.2.2焊接機(jī)械設(shè)備在焊接生產(chǎn)中的作用 …………………………………3 2.3焊接工裝夾具 ………………………………………………………………4 2.3.1焊接工裝夾具的分類 …………………………………………………4 2.3.2 焊接工裝夾具的特點(diǎn) …………………………………………………5 2.3.3焊接工裝夾具的設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………6 2.3.4焊接工裝夾具設(shè)計(jì)方案的確定 ………………………………………7 2.3.5焊件在夾具中的定位 …………………………………………………8 2.4 焊接變位機(jī)械………………………………………………………………10 2.4.1 焊接變位機(jī)械的分類 ………………………………………………10 2.4.2焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能 …………………………………………11 2.5 幾類焊接機(jī)械設(shè)備的具體介紹……………………………………………12 2.5.1 焊接變位機(jī)……………………………………………………………12 2.5.2焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)……………………………………………………………13 2.5.3焊接操作機(jī)……………………………………………………………14 2.5.4焊接滾輪架……………………………………………………………14 2.5.5關(guān)于滾輪架軸向竄動(dòng)的問題…………………………………………16 第3章方案的選擇與確定……………………………………………………17 3.1自調(diào)式滾輪架的特點(diǎn)………………………………………………………17 3.2滾輪驅(qū)動(dòng)方案………………………………………………………………17 3.3減速裝置的選擇……………………………………………………………17 3.4聯(lián)軸器的選用………………………………………………………………20 3.5滾輪架滾輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………21 3.6軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………22 3.7軸承的選用…………………………………………………………………25 3.8鍵的選用……………………………………………………………………25 第4章計(jì)算和校核 ……………………………………………………………26 4.1焊接滾輪架的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………26 4.1.1驅(qū)動(dòng)圓周力與摩擦阻力的計(jì)算………………………………………26 4.1.2 滾輪支反力的計(jì)算 …………………………………………………28 4.1.3驅(qū)動(dòng)圓周力與支反力及中心角的確定………………………………29 4.2 軸的校核……………………………………………………………………31 4.3滾輪處鍵的校核……………………………………………………………35 4.4軸承壽命計(jì)算………………………………………………………………36 第5章 結(jié)論………………………………………………………………………38 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………39 致謝…………………………………………………………………………………41 第1章 緒論 本次設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們對(duì)所學(xué)的各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。因此，它在我們的大學(xué)生活中占有重要的地位。另外在做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我得到一次在畢業(yè)工作前的綜合性訓(xùn)練，我在想我能在下面幾方面得到鍛煉： （1）運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，根據(jù)此裝置的作用，通過現(xiàn)實(shí)中的要求完成此裝置的設(shè)置，使其達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 （2）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。通過設(shè)計(jì)焊接滾輪架的訓(xùn)練，獲得設(shè)計(jì)某一裝置的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出高效，省力，經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的裝置的能力。 （3）學(xué)會(huì)使用手冊(cè)以及圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運(yùn)用。 就我個(gè)人而言，我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 第2章 焊接機(jī)械概述 2.1 焊接的應(yīng)用 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，焊接都有著重要而廣泛的應(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、耐蝕、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)，在焊件制造過程中，除了焊接工序本身外，前后還有許多工序的配合，如備料、輸送、裝配、檢驗(yàn)、矯正等工序。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，而且包括與焊接工序銜接的上下各工序的機(jī)械化、自動(dòng)化，只有各個(gè)工序機(jī)械化、自動(dòng)化了，才能實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機(jī)械化和自動(dòng)化。 2.2 焊接機(jī)械裝備 2.2.1焊接機(jī)械裝備的分類 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，有利于提高裝配一焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進(jìn)行的各種輔助機(jī)械裝置和設(shè)備。這里稱之為輔助機(jī)械裝置和設(shè)備，是為了和焊機(jī)相區(qū)別。焊機(jī)是焊接生產(chǎn)過程中的核心設(shè)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)于焊機(jī)是處于輔助地位的，是配合焊機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)的機(jī)械裝置和設(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、焊件輸送機(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)備及焊縫清理與桔整裝置等。它們又是焊接機(jī)械裝備的從屬裝置。 焊接機(jī)械裝備分為(1)焊接工裝夾具（按動(dòng)力源分類）：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：焊工變位機(jī)械（焊工升降臺(tái)），焊機(jī)變位機(jī)械（焊接操作機(jī)，電焊渣立架），焊件變位機(jī)械（焊接變位機(jī)，焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)，焊接翻滾機(jī)，焊接滾輪架），（3）焊接輸送機(jī)械：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：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，坡口準(zhǔn)備及焊縫清理與精整裝置，吸塵及通風(fēng)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)宰高、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)床就用于這類裝備 2.2.2焊接機(jī)械設(shè)備在焊接生產(chǎn)中的作用 焊接機(jī)械裝備對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用有如下幾個(gè)方面： 1)采用焊接工裝央具，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．從而保證了裝配精度，加快了裝配作業(yè)的進(jìn)程。此外，在焊接工裝夾具上大都采用磁力、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)由于焊件在央具中可強(qiáng)行夾固或預(yù)先給予反變形，所以能控制或消除焊接變形。 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，所以可提高焊件的互換性能；焊件上的配合孔、配合槽等機(jī)械加工要素可由原來的先焊接后加工改為先加工后焊接，從而避免了大型焊件燼后加工所帶來的困難，有利于縮短焊件的生產(chǎn)周期。 4)采用焊接變位機(jī)械，可縮短裝配和施焊過程中焊件翻轉(zhuǎn)變位的時(shí)間，減少了輔助工時(shí)，提高了焊機(jī)利用率和焊接生產(chǎn)率。 5)采用焊接變位機(jī)械可使焊件處于員有利的施焊位置--水平及船形位置上進(jìn)行焊接。這有利于操作，有利于保證焊接質(zhì)量，而且可加大焊接工藝規(guī)范，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)的焊接裝備后，可完成內(nèi)外環(huán)縫、空間曲線焊經(jīng)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，人僅處于控制機(jī)械的地位，減少了人為因素對(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、可便裝配和焊接集中在一個(gè)工位上完成，可減少工序數(shù)量．節(jié)約車間使用面積。 9)只有與焊接機(jī)械裝備相配合，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)境中進(jìn)行焊接作業(yè)，都需要與相應(yīng)的焊接機(jī)械裝備相配合才能實(shí)現(xiàn)。 10)欲使焊接工序本身實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，或者使焊接生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化、自動(dòng)化，都需要焊接機(jī)械裝備舶配合才能實(shí)現(xiàn)。 總之．焊接機(jī)械裝備對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的?？偫ǘ?，就是保證焊接質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)串，改善工人的作業(yè)條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接生產(chǎn)過程四個(gè)方面。因此，無論在焊接車間或是在施工現(xiàn)場(chǎng)，焊接機(jī)械裝備已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的裝備之一，從面獲得了廣泛的應(yīng)用。 2.3焊接工裝夾具 2.3.1焊接工裝夾具的分類 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)行定位焊的夾具稱做裝配夾具；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：手動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，磁力夾具，真空夾具，電動(dòng)夾具，混合式夾具。 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。 定位器大多數(shù)是固定式的，也有一些為了便于焊件裝卸，做成伸縮式或轉(zhuǎn)動(dòng)式的，并采用手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等驅(qū)動(dòng)方式。夾緊機(jī)構(gòu)是夾具的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式很多，且相對(duì)復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)方式也多種多樣。在一些大型復(fù)雜的夾具上，夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有多種，而且還使用多種動(dòng)力源，有手動(dòng)加氣動(dòng)的、氣動(dòng)加電磁的等等。這種多動(dòng)力源夾具．稱做混合式夾具。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家里，對(duì)廣泛采用的一些夾緊機(jī)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化．在工藝設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行選用即可。我國(guó)焊接工作者，正進(jìn)行著這方面的研究開發(fā)工作，相信不久也會(huì)有我們自己的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)。 2.3.2 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)加工細(xì)長(zhǎng)件的夾具，如加工光杠、絲杠用的頂尖，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，其他夾具均對(duì)工件作剛性夾固。 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)力和夾緊力，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。面機(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)電和絕緣的問題。 6)焊接工裝夾具一般比機(jī)床夾具大。裝配夾具和裝焊夾具上的夾緊點(diǎn)、定位點(diǎn)比機(jī)床夾具上的多達(dá)幾倍甚至十幾倍，因此，設(shè)計(jì)難度較大，特別是定位點(diǎn)、夾緊點(diǎn)的數(shù)量、選位和兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，都會(huì)影響夾具的功能和質(zhì)量。 7)焊接工裝夾具主要用來保證焊接結(jié)構(gòu)各連接件的相對(duì)位置精度和整體結(jié)構(gòu)的形狀精度，而機(jī)床夾具主要用來保證零件的加工精度。 8)除精密焊件所用的夾具外，一般焊接工裝夾具本身的制造精度，以及對(duì)焊件的定位精度均低于機(jī)床夾具的相應(yīng)指標(biāo)。 以上八點(diǎn)是焊接工裝夾具與機(jī)床夾具的主要不同之處，設(shè)計(jì)焊接工裝夾具時(shí)，要充分考慮這些區(qū)別，使設(shè)計(jì)出來的夾具，能滿足使用要求。 2.3.3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、鋁村墊等措施。 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)夾縣提出的特殊要求。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，真空電于束焊所使用的夾具，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)他的夾緊機(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焊接工裝夾具設(shè)計(jì)方案的確定 確定工裝夾具方案時(shí)，夾具的合理性和經(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，只有全盤考慮，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小；制造精度是選擇定位器結(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，不同的焊接方法對(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)可否在同一夾具上完成，或是需要單獨(dú)設(shè)計(jì)裝配夾具和焊接夾具。這往往與下述因素有關(guān)： （1）在裝焊夾具上，焊件的所有焊縫能否在最有利的施焊位置上焊完。 （2）從裝配夾具上取下由裝配點(diǎn)定好位的部件時(shí)，是否會(huì)破壞各零件的相互位置。若部件剛性不好，則會(huì)發(fā)生整體變形，甚至定位焊點(diǎn)發(fā)生開裂，使已裝配好的零件發(fā)生位置變化。 （3）裝配時(shí)不需要使焊件翻轉(zhuǎn)變位，而在焊接時(shí)，則需要使焊件翻轉(zhuǎn)變位，這樣，若采用裝焊夾具方案，是否會(huì)使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 （4）裝配夾具，其定位器和夾緊機(jī)構(gòu)較多，若用于焊接，是否影響焊接機(jī)頭的焊接可達(dá)性；焊接夾具，為了防止焊件變形，雖具有較大的剛度和強(qiáng)度，但用于裝配時(shí)，能否承受裝配時(shí)的錘擊力。 （5）裝、焊作業(yè)若在同一夾具上完成，能否合理地組織裝配工人、焊接工人相互協(xié)調(diào)作業(yè)。 （6）車間的作業(yè)面積和起重運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)荷能力是否允許裝配和焊 接作業(yè)分別在各自的夾具上進(jìn)行。 4)焊件酌產(chǎn)量。例如，在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)選用專用、高效、省力的夾具結(jié)構(gòu)，像各種有動(dòng)力源的夾具和聯(lián)動(dòng)夾具就屬此類。在中小批量生產(chǎn)中，夾具主要以保證裝焊質(zhì)量為主，效率的高低是較為次要的問題，因此應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性廣的通用夾具，使夾具的結(jié)構(gòu)方案與焊件的產(chǎn)量相匹配。 2.3.5焊件在夾具中的定位 (一)物體定位原則--六點(diǎn)定則 在進(jìn)行裝焊作業(yè)時(shí)，首先應(yīng)使焊件在夾具中得到確定的位置，并在裝配、焊接過程中一直將其保持在原來的位置上。我們把焊件按圖樣要求得到確定位置的過程稱為定位；把焊件在裝好作業(yè)中一直保持在確定位置上的過程稱為夾緊。 為了使焊件在夾具中得到要求的確定位置，應(yīng)先研究一下物體在空間的位置 圖2-1 物體的定位 是怎樣被確定下來的。一個(gè)物體A如果在空間不與任何其他物體發(fā)生聯(lián)系，那么相對(duì)于空間互相垂直的三個(gè)坐標(biāo)軸就有六種活動(dòng)的可能性，見圖1-1a，其中三種是分別沿x、y、z軸的移動(dòng)，另三種是分別統(tǒng)x、y、z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。物體的這種活動(dòng)可能性叫做自由度。因此一個(gè)物體有六個(gè)自由度，這六個(gè)自由度被消除了，則物體在空間的位置就完全被確定了，所以自由度也是決定物體空間位置的獨(dú)立參數(shù)。 如圖2-1b所示，如果我們?cè)趚Oy面上放一塊平板B來支承物體A，這時(shí)物體A在這個(gè)平面上只能沿Ox軸和Oy軸移動(dòng)和繞Oz軸旋轉(zhuǎn)，而不能沿Oz軸移動(dòng)和繞Ox軸和Oy軸旋轉(zhuǎn)，否隊(duì)物體A將脫離平板B。這說明文承扳B消除了物體A的三個(gè)自由度。如果我們?cè)僭谖矬wA的xOz平面上放置兩塊擋鐵1和2(圖2-1c)．物體A也就不能沿Oy軸移動(dòng)和繞Oz軸旋轉(zhuǎn)了，從而又消除了兩個(gè)自由度。最后，只要在物體A的zOy平面上再設(shè)置一塊擋鐵3，消除物體沿Ox軸移動(dòng)的自由度，則物體A的空間位置就被完全確定下來(圖2-1d)。從幾何學(xué)中知道，三點(diǎn)可以決定一平而，我們可以用三個(gè)定位支承點(diǎn)4、5、6(圖2-1e)代替圖2-1d中的支承平板B，同時(shí)也把擋鐵1、2、3當(dāng)做定位支承點(diǎn)，從而一個(gè)定位支承點(diǎn)平均消除了一個(gè)自由度。因此，確定物體的空間位置，就需要按圖2-1e布置的六個(gè)支承點(diǎn)消除物體活動(dòng)的六個(gè)自由度，這就是物體定位的“六點(diǎn)定則”。 由圖2-1e可知，三個(gè)文承點(diǎn)在xOy平面上．二個(gè)支承點(diǎn)在xOz平面上．一個(gè)支承點(diǎn)在zOy平面上。我們把有三個(gè)支承點(diǎn)的平面稱做安裝基面。在這個(gè)面上，三個(gè)支承點(diǎn)不能在一條直線上，被支承工件的重心必須落在這三個(gè)支承點(diǎn)作為頂點(diǎn)所構(gòu)成的三角形內(nèi)。這三個(gè)定位支承點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)，則安裝基面越大，焊件的安裝穩(wěn)定性和相關(guān)位置精度就越高，因此，應(yīng)選擇焊件輪廓尺寸最大的表 面與安裝基面接觸。有兩個(gè)定位支承點(diǎn)的平面稱做導(dǎo)向基面。這兩個(gè)支承點(diǎn)的連線應(yīng)平行于安裝基面，而且兩點(diǎn)間的距離越遠(yuǎn)越有利于提高安裝精度，因此應(yīng)選焊件尺寸最長(zhǎng)的表面與導(dǎo)向基面接觸。有一個(gè)定位支承點(diǎn)的平面稱做定程基面。顯然，安裝一個(gè)定位支承點(diǎn)就不需要很大的面積與長(zhǎng)度，因此，通常是選擇焊件較小的表面與定程基面接觸。 2.4 焊接變位機(jī)械 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)率，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： 圖2-2 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)，焊件因重力作用而發(fā)生事故。 4)與焊接機(jī)器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊件變位機(jī)械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度(點(diǎn)位控制)和運(yùn)行軌跡精度(輪廓控制)應(yīng)控制在0.1-2mm之間，最高精度應(yīng)可達(dá)0.01mm。 5)回程速度要快，但應(yīng)避免產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。 6)有良好的接電、接水、接氣設(shè)施，以及導(dǎo)熱和通風(fēng)性能。 7)整個(gè)結(jié)構(gòu)要有良好的密閉性．以免焊接飛濺物的損傷，對(duì)散落在其上的焊渣、藥皮等臟物．應(yīng)易被清除。 8)焊接變位機(jī)械要有聯(lián)動(dòng)控制接口和相應(yīng)的自保護(hù)功能集中控制和相互協(xié)調(diào)動(dòng)作。 9)工作臺(tái)面上應(yīng)刻有安裝基線，井設(shè)有安裝槽孔，能方便的安裝各種定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)。 10)兼作裝配用的焊件變位機(jī)械，其工作臺(tái)面要有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性能。 11)用于電子束焊、等離子弧焊、激光焊和釬焊的焊件變位機(jī)械，應(yīng)滿足導(dǎo)電、隔磁、絕緣等方面的特殊要求。 2.5 幾類焊接機(jī)械設(shè)備的具體介紹 焊件變位機(jī)械是在燼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，分為焊接變位祝、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 續(xù)、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)線上的重要組成部分在以弧焊機(jī)器人為中心的柔性加工單元(Mc)和加工系統(tǒng)(Fk)中，焊件變位機(jī)械也是組成設(shè)備之一。在復(fù)雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極堆焊等，都需要焊件變位機(jī)械的配合，才能完成其作業(yè)。 2.5.1 焊接變位機(jī) 焊接變位機(jī)是在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊件上的焊縫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、法蘭、封頭等非長(zhǎng)形焊件的翻轉(zhuǎn)變位。 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) 其回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并安裝在伸臂的一端，伸臂一般相對(duì)于某一轉(zhuǎn)軸成角度回轉(zhuǎn)，而此轉(zhuǎn)軸的位置多是固定的，但有的也可在小于的范圍內(nèi)上下傾斜。這兩種運(yùn)動(dòng)都改變了工作臺(tái)而回轉(zhuǎn)軸的位置，從而使該機(jī)變位范圍大，作業(yè)適應(yīng)性好，但這種形式的變位機(jī)，整體穩(wěn)定性較差。該機(jī)多為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，承載能力在0.5t以下，適用于小型焊件的翻轉(zhuǎn)變位。也有液壓驅(qū)動(dòng)的，承載能力多在10t左右，適用于結(jié)構(gòu)尺寸不大，但自重較大的焊件。伸臂式的焊接變位機(jī)在手工焊中應(yīng)用較多。 （2）座式焊接變位機(jī)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，多在的圍內(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，適用于焊件的翻轉(zhuǎn)變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應(yīng)用員廣的結(jié)構(gòu)形式。常與伸縮營(yíng)式焊接操作機(jī)或弧焊機(jī)器人配合使用。 （3）雙座式焊接變位機(jī) 工作臺(tái)安裝在機(jī)座上，以所需的焊接速度回轉(zhuǎn)；形架座在兩例的機(jī)座上，多以桓速或所需的焊接速度繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)不僅穩(wěn)定性好，而且如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可使焊件安放在工作臺(tái)上后，隨形架傾斜的綜合重心位于或接近傾斜機(jī)構(gòu)的軸線，從而使傾斜驅(qū)動(dòng)力短大大減小。因此．重型焊接變位機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。 焊接變位機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式雖只有上述三種，但其派生形式很多，有些變位機(jī)的工作臺(tái)還具有升降功能。 2.5.2焊接翻轉(zhuǎn)機(jī) 焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)是將焊件繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜，使之處于有利裝焊位置的焊件變位機(jī)械。焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)的種類較多，常見的有框架式、頭層架式、鏈?zhǔn)健h(huán)式和推舉式等翻轉(zhuǎn)機(jī)。頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)，其頭架可單獨(dú)使用，在頭部裝上工作臺(tái)及相應(yīng)夾具后，可用于短小焊件的翻轉(zhuǎn)變位。有的翻轉(zhuǎn)機(jī)尾架做成移動(dòng)式的以適應(yīng)不同長(zhǎng)度焊件的翻轉(zhuǎn)變位，其中對(duì)應(yīng)用在大型構(gòu)件上的翻轉(zhuǎn)機(jī)，工作臺(tái)做成升降式的。 目前，我國(guó)還未對(duì)各種形式的焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)制定出系列標(biāo)準(zhǔn)．但已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)，并已成系列。 配合機(jī)器人使用的框架式、頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)，國(guó)內(nèi)外均有生產(chǎn)，它們都是點(diǎn)位控制的，控制點(diǎn)數(shù)以使用要求而定，但多為2點(diǎn)(每隔)、4點(diǎn)(每隔)、8點(diǎn)(每隔)控制。翻轉(zhuǎn)速度以恒速為多。翻轉(zhuǎn)機(jī)與機(jī)器人聯(lián)機(jī)，按程序動(dòng)作，載重量多在20~3000kg之間。 我國(guó)汽車、摩托車制造行業(yè)使用的弧焊機(jī)器人加工中心，已成功地使用了國(guó)產(chǎn)頭尾架式和框架式焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)。由于是恒速翻轉(zhuǎn)，點(diǎn)位控制，并輔以電磁制動(dòng)和氣缸錐銷強(qiáng)制定位，所以多采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和普通齒輪副減速，其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的制造精度比軌跡控制的低1-2級(jí)，使產(chǎn)品造價(jià)大大降低。 2.5.3焊接操作機(jī) 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)。電渣焊立架的結(jié)構(gòu)形式和功能相對(duì)單一，主要用于厚壁焊件立縫的焊接。 焊接操作機(jī)是能將焊接機(jī)頭(焊槍)準(zhǔn)確送到待焊位置，并保持在該位置或以選定焊速沿設(shè)定軌跡移動(dòng)的焊接機(jī)頭的變位機(jī)械。 2.5.4焊接滾輪架 焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪和工件之間的摩擦力帶動(dòng)筒形工件旋轉(zhuǎn)的焊接變位機(jī)械。 焊接滾輪架主要用于筒形焊件的轉(zhuǎn)配與焊接。若對(duì)主、從動(dòng)滾輪的高度作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也可以進(jìn)行錐體、分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配于焊接。對(duì)于一些非圓長(zhǎng)焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍?jī)?nèi)，也可以在焊接滾輪架上進(jìn)行裝焊作業(yè)。 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)滾輪架，也有兩排均為主動(dòng)滾輪的，主要用于細(xì)長(zhǎng)薄形焊件的組隊(duì)與焊接。有的長(zhǎng)軸式滾輪架其滾輪為一長(zhǎng)形滾柱，直徑0.30.4m、長(zhǎng)度15m。筒體置于其上不易軸向變形，適用于薄壁、小直徑、多筒節(jié)焊件的組對(duì)喝環(huán)縫的焊接。 長(zhǎng)軸式滾輪架多是用戶根據(jù)焊件特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)制造的，市場(chǎng)上可供選用的定型產(chǎn)品很少。 第二類是組合式滾輪架，它的主動(dòng)滾輪架從動(dòng)滾輪架(圖混合式滾輪架(即在一個(gè)支架上有一個(gè)主動(dòng)滾輪座和一個(gè)從動(dòng)滾輪座)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)用員廣泛的結(jié)構(gòu)形式。國(guó)內(nèi)外有關(guān)生產(chǎn)廠家．均有各自的系列產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)。 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；一種是非自調(diào)式的。自調(diào)式可根據(jù)焊件的直徑自動(dòng)調(diào)整滾輪間距；非自調(diào)式的是靠移動(dòng)支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距的，但調(diào)節(jié)范圍有限。 對(duì)重型滾輪架，多采用車間起重設(shè)備挪動(dòng)滾輪座進(jìn)行分段調(diào)節(jié)。對(duì)輕滾輪架型，多采用手動(dòng)或電動(dòng)絲桿--螺母機(jī)構(gòu)來移動(dòng)滾輪座進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。 為了便于調(diào)節(jié)滾輪架之間的距離，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度焊件的裝焊需要，有的滾輪架上還安有機(jī)動(dòng)或非機(jī)動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)，沿軌道移行，以調(diào)節(jié)相互之間的距離。焊接滾輪架多采用直流電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，降壓調(diào)速。但用于裝配作業(yè)的滾輪架則采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，恒速運(yùn)行。近年來，隨著晶體閘流管變頻性能的完善以及價(jià)格的下降，采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。變頻調(diào)速的焊接滾輪架也日趨增多。 焊接滾輪架的滾輪結(jié)構(gòu)主要有四種類型，其特點(diǎn)和適用范圍見表1-1。 表2-1 滾輪架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍 類型 特點(diǎn) 適用范圍 鋼輪 承載能力強(qiáng)，制造簡(jiǎn)單 一般用于重型焊件和需要預(yù)熱處理的焊件以及額定載荷大于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 一般多用于10t以下的焊件和有色金屬容器 組合輪 鋼輪和橡膠輪相組合，承載能力比橡膠輪高，傳動(dòng)平穩(wěn)。 一般多用于10t-60t的焊件 腹帶輪 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 金屬滾輪多用鑄鋼和合金球墨鑄鐵制作，其表面熱處理硬度約為50HRC，滾輪直徑多在200700mm之間。國(guó)外焊接滾輪架的品種很多，系列較全，承載量11500t、適用焊件直徑18m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）均為系列供應(yīng)。其滾輪速度多在690m/h之間無級(jí)可調(diào)，有的還有防止焊件軸向攢動(dòng)功能。我國(guó)已有不少廠家生產(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640m/h之間無級(jí)調(diào)速。防軸向竄動(dòng)的焊接滾輪架已有生產(chǎn)，但性能尚待提高。 2.5.5關(guān)于滾輪架軸向竄動(dòng)的問題 (1)問題的提出 焊接滾輪架驅(qū)動(dòng)焊件繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，往往伴有軸向的竄動(dòng)，從而影響焊接質(zhì)量和焊接過程的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接過程的中斷，甚至發(fā)生焊件傾覆等設(shè)備人身事故。因此，國(guó)內(nèi)一些工廠常采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，強(qiáng)行制止焊件的竄動(dòng)。這種辦法，對(duì)穩(wěn)定性要求很高的帶極堆焊和窄間隙焊等作業(yè)時(shí)采用硬性阻擋的辦法往往效果不佳。因?yàn)楹讣亓看螅D(zhuǎn)時(shí)軸向竄動(dòng)力也大，強(qiáng)行阻擋，則勢(shì)必使焊件旋轉(zhuǎn)阻力增大，引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，產(chǎn)生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因擠壓而破壞，有時(shí)甚至還會(huì)發(fā)生電動(dòng)機(jī)過載燒壞事故。在此背景下，國(guó)外開發(fā)了防鈾向竄動(dòng)技術(shù)，并于20世紀(jì)80年代中期推出了防止焊件軸向竄動(dòng)的焊接滾輪架，將焊件的竄動(dòng)量控制在以內(nèi)，滿足了各種焊接方法對(duì)施焊位置精度的要求。 我國(guó)自20世紀(jì)80年代末期起也開展了此項(xiàng)技術(shù)的研究，并研制出了樣機(jī)。20世紀(jì)90年代初期，國(guó)內(nèi)個(gè)別焊接輔機(jī)制造廠已有產(chǎn)品上市，但未形成生產(chǎn)規(guī)模。在防竄精度(行標(biāo)規(guī)定)和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等國(guó)的產(chǎn)品尚存在差距。 （2）焊件發(fā)生軸向竄動(dòng)的原因及影響因素 對(duì)焊接滾輪架而言，當(dāng)滾輪和焊件都是理想的圓柱體．且各滾輪尺寸一致，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線都在同一水平面內(nèi)并平行于焊件軸線時(shí)，則主動(dòng)滾輪驅(qū)動(dòng)焊件作用在焊件上的力，和從動(dòng)滾輪作用到焊件上的反力，均為圓周力。此時(shí)，焊件繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，不會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。但是，當(dāng)這一條件受到破壞，例如滾輪架制造安裝存在誤差、焊件幾何形狀不規(guī)矩等，使前后排滾輪存在高差和滾輪軸線與焊件軸線不平行，從而導(dǎo)致焊件自重以及主動(dòng)滾輪、從動(dòng)滾輪與焊件接觸處存在軸向分力時(shí)，便形成了焊件軸向竄動(dòng)的必要條件。但是各軸向力的方向并不完全一致。 第3章 方案的選擇與確定 3.1自調(diào)式滾輪架的特點(diǎn) 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；非自調(diào)式的是靠移動(dòng)支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距。 若裝焊壁厚劇、而長(zhǎng)度很長(zhǎng)的筒形焊件時(shí)，宜用幾臺(tái)混合式滾輪架的組合。這樣，沿簡(jiǎn)體長(zhǎng)度方向均有主動(dòng)滾輪驅(qū)動(dòng)，使焊件不致打滑和扭曲。若裝焊壁厚較大、剛性較好的簡(jiǎn)形焊件時(shí)，則常采用主動(dòng)滾輪架和從動(dòng)滾輪架的組合，這樣即使是主動(dòng)滾輪架在簡(jiǎn)體一端驅(qū)動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)，但因焊件剛性較好，仍能保持轉(zhuǎn)速均勻，也不致發(fā)生扭曲變形。 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)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)解決好各滾輪轉(zhuǎn)速的同步問題。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，同一型號(hào)規(guī)格的電動(dòng)機(jī)，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)最相近的一組電動(dòng)機(jī)作為滾輪架的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 焊接自調(diào)式滾輪架的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，多采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于20t自調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計(jì)，我們選用調(diào)速式三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)YHT51。另外，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制回路中，應(yīng)有行程保護(hù)、過載保護(hù)、斷電保護(hù)及工作臺(tái)傾斜角度指示等功能。 3.3減速裝置的選擇 由工作條件可知滾輪圓周速度是20~60m/h，滾輪的直徑為450mm，有步驟二可知,我們選擇的電動(dòng)機(jī)為換向器式調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)YHT51轉(zhuǎn)速為470~1410r/min,計(jì)算如下 設(shè)滾輪每分鐘旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為n，==0.24r/min ==0.71r/min 由以上可得，整個(gè)傳動(dòng)過程從470~1410r/min減速到0.24~0.71r/min,而其中經(jīng)過的路徑為電動(dòng)機(jī)-渦輪減速器-蝸桿-渦輪（齒輪1）-齒輪2-齒輪3（橡膠輪），由此求的傳動(dòng)比為 i=. 之后對(duì)各級(jí)間的傳動(dòng)比進(jìn)行假設(shè)，通過計(jì)算我們選擇渦輪減速器的傳動(dòng)比為 ，蝸桿z=1，渦輪z=41(齒輪1z=23)，齒輪2 z=23,齒輪3 z=30, 傳動(dòng)比為 i==2017 計(jì)算滾輪的圓周速度 =19.75r/h =59.26r/h 從計(jì)算可以得出，計(jì)算基本符合設(shè)計(jì)要求。 1 減速器的選擇 渦輪減速器我們選用直廓環(huán)面蝸桿減速器，型號(hào)為HWB125-40-1（JB/T7936-1999） 直廓環(huán)面蝸桿減速器適用于冶金、礦山、起重、運(yùn)輸、石油、化工、建筑等行業(yè)機(jī)械設(shè)備的減速傳動(dòng)。其工作條件如下： 1） 兩軸交錯(cuò)角為90度； 2） 螺桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min； 3） 螺桿中間平面分度圓滑動(dòng)速度不超過6m/s； 4） 減速器的工作環(huán)境溫度為0~40攝氏度，當(dāng)環(huán)境溫度低于0攝氏度和高于40攝氏度時(shí)，潤(rùn)滑油要相應(yīng)的加熱和冷卻； 5） 螺桿軸可正，反運(yùn)轉(zhuǎn)。 對(duì)減速器的選擇進(jìn)行校核。 （1） 按強(qiáng)度，公式如下 --減速器計(jì)算功率（Kw）; --工況系數(shù)，查表37.1-85； --原動(dòng)機(jī)輸出或減速器輸入功率（Kw）; --減速器額定輸入功率（Kw） 又=1.2，=6.1， 所以 所以符合要求 （2）按熱功率校核，輸入功率校核按工作制度來進(jìn)行，由于滾輪架要經(jīng)常啟動(dòng)和停止，不需要校核輸入熱功率。 2 渦輪蝸桿的選擇 螺桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。通常交錯(cuò)角為90度。它的主要優(yōu)點(diǎn)為： 渦輪齒數(shù)為傳動(dòng)比大，工作平穩(wěn)，噪聲低，機(jī)構(gòu)緊湊，可以自鎖。主要缺點(diǎn)：效率低，需要貴重的減摩性有色金屬。 在焊接滾輪架設(shè)計(jì)中，渦輪蝸桿在第二級(jí)減速上，我們已經(jīng)選擇蝸桿的頭數(shù)，渦輪的齒數(shù)為，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2版表35.5-6（普通圓柱螺桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及其匹配）中我們選擇相應(yīng)的裝置，選擇如下，中心距a=160mm，m=6.3,螺桿分度圓直徑為， 3 齒輪的選擇 齒輪傳動(dòng)類型的選擇原則 1）滿足使用要求，如傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動(dòng)比、壽命、可靠性的要求，對(duì)以上要求應(yīng)作全面的、深入的分析、滿足主要的要求兼顧其他。 2）考慮工藝條件，如制造廠的工藝水平、設(shè)備條件、生產(chǎn)批量等。 3）考慮合理性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等。 這里我們選擇漸開線圓柱齒輪， 傳動(dòng)的效率和功率范圍大；傳動(dòng)效率高，一對(duì)齒輪可達(dá)98%~99%，精度愈高，效率愈高;對(duì)中心距的敏感性小，裝配和維修比較簡(jiǎn)便;可以進(jìn)行交位切削及各種修形、俢緣，以適用提高傳動(dòng)質(zhì)量的要求；易于進(jìn)行精確加工。 由傳動(dòng)比計(jì)算可知，齒輪的齒數(shù)分別為23，23，29，在減速器中，通常取m=(0.007~0.02)a,其中a為中心距，對(duì)于傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)模數(shù)m應(yīng)不小于2mm,這里選擇模數(shù)均取8mm。 渦輪蝸桿及齒輪的校核在下一章中進(jìn)行敘述。 有關(guān)參數(shù)參考文獻(xiàn)[14] 3.4 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來確定。 具體選擇是可以考慮以下幾點(diǎn)； （1）機(jī)械類型和傳動(dòng)系統(tǒng)的配置情況。 （2）所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖和減震方面的要求，包括在穩(wěn)定工況下云裝的最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的時(shí)間特性（瞬時(shí)的和連續(xù)的）。 （3）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力的大小，對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器。 （4）兩軸相對(duì)位移的大小和方向，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。 （5）聯(lián)軸器的可靠性、適用壽命和工作環(huán)境，通常由金屬元件制成不需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)滑完整程度的影響，而且可能污染環(huán)境。 （6）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本，在滿足適用性能的前提下，用選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低的聯(lián)軸器。 在此焊接滾輪架中，電動(dòng)機(jī)和減速器之間需要一個(gè)聯(lián)軸器連接，由于電動(dòng)機(jī)的速度比較快，沖擊比較大，因此我們選擇彈性聯(lián)軸節(jié)。這類聯(lián)軸器都兩軸線的位移有一定的補(bǔ)償作用，又由于我們電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較頻繁，傳遞的扭矩不是很大，所以我們選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與剛性凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有橡膠彈性套的柱銷代替連接螺栓。柱銷中心分布圓直徑 其中是聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（）。聯(lián)軸器外徑 其中是軸孔直徑。 從減速器出來和蝸桿連接需要一個(gè)聯(lián)軸器，由于此處剛度較大，且無劇烈沖擊。故此我們選用十字滑塊聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器具有撓性，故可以補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。十字滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對(duì)位移?！∵@種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬度；為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤(rùn)滑。十字滑塊聯(lián)軸器效率 。 式中 --摩擦系數(shù)，一般取為； --為兩軸間徑向位移量； --為軸徑；單位mm 傳動(dòng)軸與兩端的蝸桿之間需要兩個(gè)聯(lián)軸器，由于此處要求嚴(yán)格對(duì)中，且載荷不大較為平穩(wěn)，所以我們選用套筒聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器就是利用一個(gè)公用套筒，以鍵和銷的連接方式將兩根軸連接在一起同步運(yùn)動(dòng)，這類聯(lián)軸器目前尚無標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度計(jì)算按鍵連接或銷連接的方法進(jìn)行。 3.5滾輪架滾輪的設(shè)計(jì) 前已述及，焊接滾輪架的滾輪結(jié)構(gòu)主要有四種類型，適用于不同場(chǎng)合。其中，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、脫膠而損壞。另外，常在橡膠輪綢與金屬的結(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向積，強(qiáng)化結(jié)合牢度，避免脫膠(圖3-3)。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。 圖3-3滾輪結(jié)構(gòu) 3.6軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。 對(duì)于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們此次設(shè)計(jì)都是根據(jù)零件的安裝、定位等方面的要求，比較合理的確定的軸的形狀和尺寸。 軸的計(jì)算通常都是在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行的校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則則是滿足軸的剛度和強(qiáng)度的要求，必要時(shí)還應(yīng)校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。 我們現(xiàn)在以滾輪軸為例來設(shè)計(jì)軸 圖3-4 滾輪軸的結(jié)構(gòu)圖 1由于我們選用的電動(dòng)機(jī)功率范圍為，依次經(jīng)過渦輪蝸桿減速器（）、十字滑塊聯(lián)軸器（）、蝸桿渦輪齒輪（）、中間齒輪（）、又由于分到4個(gè)滾輪軸上，所以到達(dá)滾輪軸的最大功率為。又滾輪轉(zhuǎn)速。 于是 2求作用在齒輪上的力 齒輪的分度圓直徑為 而 3初步確定軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取，于是得 滾輪軸的最小直徑顯然是安裝齒輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與齒輪孔徑相適應(yīng)，取以標(biāo)準(zhǔn)值，。 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 滾輪軸上零件的具體裝配關(guān)系見上圖 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）安裝齒輪處的軸段的直徑。就得到齒輪輪轂的寬度為，齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度，故取。齒輪右端由軸擋板固定。 2) 段由于裝配需要直徑和長(zhǎng)度選為 3）初步選擇滾動(dòng)軸承，因?yàn)檩S承要承受較大的徑向載荷，故選擇調(diào)心滾子軸承，參照工作要求，并要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取2基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的調(diào)心滾子軸承22316，其基本尺寸為。故，。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩定位。有手冊(cè)上查的22316型軸承的定位軸肩高度，又由于有套筒的存在，因此，取 4）安裝滾輪處的軸段的直徑；滾輪的左右兩端軸承對(duì)稱分布。那么，滾輪和軸承之間采用套筒定位。且 至此已經(jīng)基本確定滾輪軸上的各段直徑和長(zhǎng)度。 。 （3）軸上零件的周向定位 齒輪、滾輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查的平鍵截面，長(zhǎng)度為125mm，同時(shí)為了保證滾輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇滾輪與軸的配合為；同樣，齒輪與軸的連接，選用平鍵。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是有過渡配合來保證的， （4）確定軸上圓角和倒角尺寸 可以查表取右端的倒角為，各軸肩處的圓角半徑為。 滾輪架的其他各軸的設(shè)計(jì)依據(jù)上面的步驟可以得到。 3.7軸承的選用 對(duì)于軸承的選用，我們首先選擇軸承類型考慮的因素主要有：軸承的載荷、軸承的轉(zhuǎn)速、軸承的調(diào)心性能、軸承的安裝和拆卸。 在前面我們已經(jīng)選用滾輪軸上的軸承22316。 在蝸桿蝸輪傳動(dòng)時(shí)，有很大的軸向載荷，所以我們選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選