1噸座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)【含5張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

1 噸座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)摘 要在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。我們今天面對(duì)著這樣一個(gè)事實(shí)：焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科。而且，隨著相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，不斷有新的知識(shí)融合在焊接之中。目前國(guó)內(nèi)外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)座式焊接變位機(jī)。產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)多，結(jié)構(gòu)差別大，各自適合不同的用途，各有特點(diǎn)。1 噸座式焊接變位機(jī)正是當(dāng)前眾多焊接機(jī)械產(chǎn)品的一種，它通過(guò)一些機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜，使得焊工操作的更加方便快捷，提高工作效率。在本次設(shè)計(jì)中，參照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，首先選擇機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方式，確定機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)矩和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核，保證機(jī)構(gòu)的合理性，使得設(shè)計(jì)出的裝備能在給定年限內(nèi)正常工作；然后對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接設(shè)計(jì)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；最后設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題，畫(huà)出總裝圖，保證了產(chǎn)品的可生產(chǎn)性，便于規(guī)?；a(chǎn)。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是一個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一個(gè)傾斜機(jī)構(gòu)，采用了蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，用來(lái)減小尺寸和實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的自鎖。整個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。關(guān)鍵詞：傾斜機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，焊接，變位機(jī)DESIGN OF ONE TON WELDING POSITIONERABSTRACTIn the rapid development of science and technology, welding successfully completed its own changes. Now, we face this fact: welding had changed from a traditional heat processing skill to set the material, metallurgy and structure, mechanical, electronic in engineering disciplines. Moreover, the processes related to the development of science and technology progress, constantly new knowledge in welding. At present, lots of both national and international menufactories all product seat type welding machine. There are numerous types for different structures with theirown characteristics to fit different use.The one ton the type of welding positioner is a sort of the numerous welding mechanical products. It drives welding work piece slewing and inkling by transmission machine which makes more and more convenience in welding operation and improves productivity. The design choosing machine and its transmission made in reference of data and interrelated datum and ascertained the power of different parts and torsion. This ensures rationality of the machine and makes the design of equipment in the given normal life. Then the connection of machines was designed and the frame chart was draw. At last details were designed and the assemblage chart was draw which ensures the manufacturing.The major content of the design were rotating body and an inclining machine adopted worm-gear to reduce the size and drive to achieve the self-locking. The entire institution is simple, reliable, and easy to operate. KEY WORDS: Tilting mechanism, Rotation mechanism, Welding, Positioner目 錄前 言 .1第 1 章 焊接變位機(jī)的認(rèn)識(shí)與設(shè)計(jì) .6§1.1 關(guān)于焊接變位機(jī)幾個(gè)基本定義的討論 .6§1.1.1 焊接變位機(jī)的定義 6§1.2 焊接變位機(jī)型式及功能設(shè)計(jì) 8§1.3 焊接變位機(jī)的分類和型號(hào)編制辦法 .9第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) .11第 3 章 一噸座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .13§3.1 電動(dòng)機(jī)的選用 .13§3.2 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算 14§3.3 齒輪的選用與校核： 15§3.4 對(duì)第一對(duì)蝸桿蝸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 19§3.5 對(duì)第二對(duì)蝸桿蝸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 .21§3.6 對(duì)工作臺(tái)手搖傾斜機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .24§3.7 焊接變位機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)及選用 25第 4 章 輔助部件的設(shè)計(jì)選用 .26§4.1 手輪、手柄的設(shè)計(jì)選用 26§４.2 導(dǎo)電裝 置 .27結(jié) 論 .28參考文獻(xiàn) .29致 謝 .301前 言焊接變位機(jī)是焊接變位機(jī)械中焊件變位機(jī)械中的一種。在我國(guó)，焊接變位機(jī)也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔機(jī)。近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問(wèn)世的，約有十余個(gè)系列，百余品種規(guī)格，正在形成一個(gè)小行業(yè)。人們希望這一產(chǎn)品能健康、有序、迅速的發(fā)展；企業(yè)能在一個(gè)平等的技術(shù)上競(jìng)爭(zhēng)。在我國(guó)，乃至國(guó)際范圍內(nèi)，有關(guān)焊接變位機(jī)的基本概念、型式與分類、主要技術(shù)參數(shù)等，存在不統(tǒng)一的問(wèn)題，甚至存在某些量綱混淆問(wèn)題，隨著我國(guó)已制定了焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33002-1990）一些問(wèn)題漸漸有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。在人們的眼里，可能認(rèn)為焊接變位機(jī)是一個(gè)無(wú)足輕重的產(chǎn)品。然而，在國(guó)際上，包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)，有百余系列。在技術(shù)上有普通型的；有無(wú)隙傳動(dòng)伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍，達(dá)到 0.1kN～18000 KN?？梢哉f(shuō)，焊接變位機(jī)是一個(gè)品種多，技術(shù)水平不低，小、中、大發(fā)展齊全的產(chǎn)品，焊接變位機(jī)已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的裝備之一，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。1 國(guó)內(nèi)外焊接變位機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介一般說(shuō)來(lái)，生產(chǎn)焊接操作機(jī)、滾輪架、焊接系統(tǒng)及其他焊接設(shè)備的廠家，大都生產(chǎn)焊接變位機(jī)；生產(chǎn)焊接機(jī)器人的廠家，大都生產(chǎn)機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。但是，以焊接變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè)，非常少見(jiàn)。德國(guó) Severt 公司，美國(guó)Aroson 公司，我國(guó)天津鼎盛工程機(jī)械有限公司等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國(guó)的 CLOOS、奧地利 igm、日本松下機(jī)器人公司等，都生產(chǎn)伺服控制與機(jī)器人配套的焊接變位機(jī)。以下僅就變位機(jī)型式、第一主參數(shù)等做些介紹。1） 德國(guó) Severt 公司該公司主要生產(chǎn) 8 種類型的產(chǎn)品，其中 7 種是焊接變位機(jī)。每種型式的焊接變位機(jī)，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC 程控型和機(jī)器人配套型等 4種產(chǎn)品。2⑴ S10 型，包括 S10.1、2、3、4 型等 4 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①L 型雙回轉(zhuǎn)式、L 型雙回轉(zhuǎn)升降式；② L 型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、L 型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式；③2×L 型雙回轉(zhuǎn)式、2×L 型雙回轉(zhuǎn)升降式；④2×L 型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、2×L 型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式。⑵ S20 型，包括 S20.1、2 型 2 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①單座單回轉(zhuǎn)式、單座單回轉(zhuǎn)升降式；②C 型雙回轉(zhuǎn)式。⑶ S30 型，包括 S30.1、2 型 2 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①立式單回轉(zhuǎn)；②立式單回轉(zhuǎn)雙工位。⑷ S40 型，包括 S40.1、2、3、4、5、6、7 等 7 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①雙座單回轉(zhuǎn)分體式；②雙座首尾單回轉(zhuǎn)式；③H 型雙座雙回轉(zhuǎn)式；④雙座首尾單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式；⑤雙座首尾傾翻尾架移動(dòng)式；⑥雙座 3 軸單回轉(zhuǎn)式；⑦單座滾圈單回轉(zhuǎn)式、雙座滾圈單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式。⑸ S50 型：包括 S50.1、2、3、4、5、6、7 型，7 個(gè)多軸（自由度）產(chǎn)品系列。即：①立式 3 軸單回轉(zhuǎn)雙工位式；②立式單回轉(zhuǎn)雙工位 2×傾翻--回轉(zhuǎn)式（5 軸） ；③立式單回轉(zhuǎn)多工位 2×L 型雙回轉(zhuǎn)式（5 軸） ；④立式單回轉(zhuǎn)雙工位2× L 型雙回轉(zhuǎn)傾翻式（ 7 軸） ；⑤立式單回轉(zhuǎn)雙工位 2×雙座單回轉(zhuǎn)式（3 軸） ；⑥立式單回轉(zhuǎn)雙工位 2×C 型雙回轉(zhuǎn)式（5 軸） ；⑦立式單回轉(zhuǎn)雙工位 2×臥式單座單回轉(zhuǎn)（3 軸） 。⑹ S60 型：包括 S60.1、2 型 2 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①傾翻--回轉(zhuǎn)式（0°～90°） ；②傾翻--回轉(zhuǎn)式（±90°） 。⑺ S70 型：包括 S70.1、2、3 型 3 個(gè)產(chǎn)品系列。即：①立式多工位式 4 軸（4 自由度）單回轉(zhuǎn)；②立式多工位 2×傾翻--回轉(zhuǎn)式（6 自由度） ；③立式 4 工位立式 4 軸單回轉(zhuǎn)。以上共 33 個(gè)產(chǎn)品型式，每種型式都包括上述四種功能的產(chǎn)品，相當(dāng)于 132個(gè)產(chǎn)品系列。額定負(fù)荷為 100dN～10kdN。2） 美國(guó) Aroson 公司美國(guó) Aroson 公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，主要類型為傾翻—回轉(zhuǎn)式、傾翻—回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。其承載能力范圍為11 kg～1810 噸。3⑴ 手動(dòng)雙回式。C 系列，型號(hào) C1000、2000、4000。承載能力 25 磅～4000磅。⑵ 小型傾翻-回轉(zhuǎn)式。LD 系列，型號(hào) LD 60N、150N、300N ，承載能力分別為 132 磅、330 磅、660 磅。⑶ 傾翻-回轉(zhuǎn)式，傾翻角度 135°。D、HD 系列，承載能力 314 磅～7 萬(wàn)磅⑷ 傾翻-回轉(zhuǎn)（換銷）定位升降式，傾翻角度 135°。AB 系列（30～ AB1200） ，承載能力 4300 磅～12 萬(wàn)磅。⑸ 傾翻-回轉(zhuǎn)（齒輪齒條）無(wú)級(jí)升降式， GE 系列，傾翻角度 135°，型號(hào)（GE25 ～GE3500，承載能力 2500 磅～35 萬(wàn)磅。⑹ 傾翻- 回轉(zhuǎn)式，傾翻角度 90°，G 系列，G400～G4-MEGA 型，承載能力4000 磅～400 萬(wàn)磅。⑺ 雙座雙回轉(zhuǎn)式，DCG 系列，最大產(chǎn)品承載能力為 500 噸。⑻ 單回轉(zhuǎn)式 HTS 系列，HTS5、 9、12、20、32、40、50、60、90、160、 240，承載能力為 500 磅～24 萬(wàn)磅。⑼ 單回轉(zhuǎn)（齒輪齒條）升降式，HTS- GE 系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承載能力為 500 磅～24 萬(wàn)磅。3） 德國(guó) LCOOS 公司德國(guó) LCOOS 公司是國(guó)際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機(jī)器人、焊機(jī)等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國(guó)，除可見(jiàn)到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口的 L 型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)外，還生產(chǎn)臥式單坐單回轉(zhuǎn) WPV、立式單回轉(zhuǎn) RR502 以及各種多軸焊接機(jī)器人配套的變位機(jī)，如立式多工位 2×臥式單回轉(zhuǎn) R-WPV 2 型（3 軸） 、立式多工位 2×C 型雙回轉(zhuǎn)式 R- WPV2-CD（5 自由度） 、立式多工位 2×傾翻-回轉(zhuǎn) GR-WPK 2（5 軸） 、立式多工位 2×傾翻-回轉(zhuǎn)×單回移動(dòng)轉(zhuǎn)式 GR-WPK 2-CD（9 軸）等。這些產(chǎn)品的主參數(shù)，最大允許承載能力（max. admissible load capacity）用 N 表示。4） 日本松下（Panasonic）公司日本松下公司也是機(jī)器人制造公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備—焊接變位機(jī)有 12 個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)座、夾具體等作成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列。按軸數(shù)和結(jié)構(gòu)型式分類。1 軸變位機(jī) 3 個(gè)系列，即：立式單4回轉(zhuǎn)、臥式單座單回轉(zhuǎn)、雙座單回轉(zhuǎn)式；2 軸變位機(jī)有 5 個(gè)系列，即：C、L、H、準(zhǔn) L 型雙回轉(zhuǎn)式及 2×臥式單座單回轉(zhuǎn)式；3 軸變位機(jī)有 3 個(gè)系列，即：立式多工位 2×立式單回轉(zhuǎn)、臥式多工位 2×雙座單回轉(zhuǎn)式、2×臥式單座單回轉(zhuǎn)式；5軸變位機(jī)有 1 個(gè)系列，立式多工位 2×L 型雙回轉(zhuǎn)式。最大有效負(fù)荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。5） 國(guó)內(nèi)變位機(jī)的產(chǎn)品簡(jiǎn)介現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)焊接變位機(jī)的廠家已經(jīng)不少，大都不成規(guī)模。以變位機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展起來(lái)的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機(jī)械有限公司、無(wú)錫市陽(yáng)通機(jī)械設(shè)備有限公司、長(zhǎng)沙海普公司、威達(dá)自動(dòng)化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國(guó)內(nèi)占有較大市場(chǎng)。到 2000 年，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約 70 余品種規(guī)格。以下簡(jiǎn)述這些變位機(jī)的基本型式。⑴ 全雙回轉(zhuǎn)式。包括 L、H(雙座)、C 型雙回轉(zhuǎn)式 (BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列 )。⑵ 傾翻-回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)（BZ2C-系列） 。⑶ 單回轉(zhuǎn)式焊接變位。包括三種型式：雙座單回轉(zhuǎn)式（BZ-、BZ1--、BZA--、BZA1--系列） 、雙座單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式（BZY-- 、 BZAY-、BZA1Y- 系列） 、單座單回轉(zhuǎn)（立式 BZAL-、 BZL-，臥式 BZW-、BZAW-斜式 BZAX-系列） 。以上基本型產(chǎn)品發(fā)展了 17 個(gè)系列，主要為普通型，用于手把焊。此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（PLC、微機(jī)控制）和機(jī)器人配套型產(chǎn)品。與焊接機(jī)器人配套用的變位機(jī)，開(kāi)發(fā)了十余個(gè)品種。包括：工位變換變位機(jī)（不參與焊接） ，如，立式雙工位、四工位、八工位變位機(jī)，雙座單回轉(zhuǎn)式八工位和傾翻回轉(zhuǎn)式雙工位變位機(jī)等；與機(jī)器人配套焊接變位機(jī)（機(jī)器人外部軸） ，如，傾翻- 回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動(dòng)式等。結(jié)束語(yǔ)⑴ 從行業(yè)管理上考慮，任何一個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，都應(yīng)有完整的類組劃分。在焊接領(lǐng)域，如果把焊接工藝裝備，與焊機(jī)等并列為一大類產(chǎn)品，那么，焊接變位機(jī)可以作為焊接工藝裝備的一個(gè)子類產(chǎn)品。與主機(jī)—“ 焊機(jī)” 相比，輔機(jī)--“變位機(jī)”比主機(jī)大、重、貴。把他劃為焊接工藝裝備的一個(gè)子類，更為確切。⑵ 德國(guó)一個(gè)小公司，生產(chǎn)的焊接變位機(jī)達(dá) 100 余系列。本文給出的型式及功能設(shè)計(jì)，也有幾十個(gè)產(chǎn)品系列，并且在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)，得到了發(fā)展。與其5不相適應(yīng)的是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。1991 實(shí)施的《焊接變位機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所說(shuō)的焊接變位機(jī)，只有傾翻-回轉(zhuǎn)式一個(gè)系列，在 2000 年標(biāo)準(zhǔn)修改中，稍有些改變。⑶ 涉及到焊接變位機(jī)的基本概念，定義、量綱等本文作了闡述。加上其他技術(shù)參數(shù)，不求國(guó)際一致，但求國(guó)內(nèi)統(tǒng)一。使企業(yè)之間，能在同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)展、競(jìng)爭(zhēng)。⑷ 關(guān)于焊接變位機(jī)型號(hào)編制方法，由于企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，很多企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的法定代號(hào)給淡漠了。把企業(yè)名稱代號(hào)冠以產(chǎn)品代號(hào)上，強(qiáng)化了商標(biāo)意識(shí)。盡管如此，本文認(rèn)為，起碼第一主參數(shù)和量綱應(yīng)該得到統(tǒng)一。⑸ 我國(guó)焊接變位機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，近十年來(lái)，工程機(jī)械行業(yè)帶了一個(gè)頭。首先是大型企業(yè)和外資企業(yè)應(yīng)用，外資企業(yè)達(dá)到了不落地焊接。目前，在股份制企業(yè)的技術(shù)改造中，逐漸向外資企業(yè)看齊，展望未來(lái)，我國(guó)焊接變位機(jī)會(huì)得到健康的發(fā)展 (其中有些內(nèi)容摘自耀華焊接有限公司的耀華焊接的一篇文章) 。2 本課題的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，主要參考焊接變位機(jī)的特點(diǎn)和功能進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，采用的是類比設(shè)計(jì)方法，同時(shí)參考強(qiáng)度和剛性的計(jì)算。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)方案選擇與計(jì)算、回轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)、齒輪的選用與校核、蝸桿蝸輪、傾斜機(jī)構(gòu)等的主要零件的受力分析和強(qiáng)度校核、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析等。6第 1 章 焊接變位機(jī)的認(rèn)識(shí)與設(shè)計(jì)§1.1 關(guān)于焊接變位機(jī)幾個(gè)基本定義的討論§1.1.1 焊接變位機(jī)的定義在我國(guó)，焊接變位機(jī)是一個(gè)年青的產(chǎn)品。由于制造業(yè)之間發(fā)展水平的差異，很多企業(yè)的焊接工位，還沒(méi)有裝備焊接變位機(jī)；同時(shí)，相關(guān)的研究也比較薄弱。迄今為止，沒(méi)有專門著作去研究它的定義和分類。對(duì)它的稱呼也就不可能規(guī)范化了。同一種設(shè)備，不同的企業(yè)和不同的人可能有不同的稱呼。如：轉(zhuǎn)胎、轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)架、變位器、變位機(jī)等。為此，我們需要賦予它一個(gè)定義。我們稱：用來(lái)拖動(dòng)待焊工件，使其待焊焊縫運(yùn)動(dòng)至理想位置進(jìn)行施焊作業(yè)的設(shè)備，稱焊接變位機(jī)。也就是說(shuō)，把工件裝夾在一個(gè)設(shè)備上，進(jìn)行施焊作業(yè)。焊件待焊焊縫的初始位置，可能處于空間任一方位。通過(guò)回轉(zhuǎn)變位運(yùn)動(dòng)后，使任一方位的待焊焊縫，變?yōu)榇呛浮⑵胶富蚱浇呛甘┖缸鳂I(yè)。完成這個(gè)功能的設(shè)備稱焊接變位機(jī)。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質(zhì)量的施焊操作。從而，保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)率和生產(chǎn)過(guò)程的安全性?！?.1.2 主自由度及全功能焊接變位機(jī)可以肯定的講，如果一臺(tái)變位機(jī)拖動(dòng)焊件，僅做直線運(yùn)動(dòng)，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態(tài)，滿足施焊要求。也就是說(shuō)，變位運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為變位機(jī)的主自由度。還可以做這樣一個(gè)假設(shè)：在 X、Y、Z 直角坐標(biāo)系下，設(shè)有一空間直線焊縫，繞 Z 軸可在 360°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，且這個(gè) Z 軸連同這一焊縫又可繞 X（或 Y）軸在≥180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，那么，經(jīng)此變位的焊縫，便可變到船角焊位置進(jìn)行施焊作業(yè)。換言之，一個(gè)焊口由兩個(gè)面的共線 MN 和夾角 α組成，在上述兩個(gè)回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，經(jīng)恰當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個(gè)面與水平面的夾角相等，各為 α/2，即變?yōu)榇呛肝恢?。這個(gè)假設(shè)是說(shuō)，任何復(fù)雜焊件，只要裝在主自由度為一個(gè)全回轉(zhuǎn)和一個(gè)半回轉(zhuǎn)的焊接變位機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)船焊要求。我們稱這種雙回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)為全功能變位機(jī) [7]。§1.1.3 焊接變位機(jī)的變位自由度7涉及到用戶對(duì)設(shè)備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動(dòng)焊的不同用途，選擇和設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)時(shí)，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運(yùn)動(dòng)自由度，如上述美國(guó)、德國(guó)這種產(chǎn)品很多。另外，某些焊件，由于焊縫分布簡(jiǎn)單，用一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求，其余少量非重要焊縫，雖然，不能實(shí)施船角焊，但可以實(shí)施平角焊。這樣，為簡(jiǎn)化設(shè)備造價(jià)，工藝上便考慮采用單自由度或功能退化的焊接變位機(jī)，即單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)。根據(jù)使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動(dòng)式等等。還有一些工位變位機(jī)，為適用于焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機(jī)的某些自由度，與施焊無(wú)關(guān)。還有從工位設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性考慮，兩臺(tái)或多臺(tái)焊接變位機(jī)合并設(shè)計(jì)，這樣就出現(xiàn)了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機(jī)產(chǎn)品?！?.1.4 變位機(jī)的第一主參數(shù) -- 額定負(fù)荷本文把最能描述焊接變位機(jī)工作能力的參數(shù)，稱第一主參數(shù)。焊接變位機(jī)不同于其他加工設(shè)備，它的基本負(fù)荷就是焊件的“重量” 。各國(guó)的焊接變位機(jī)，都是由此給定第一主參數(shù)的。在國(guó)際上，第一主參數(shù)的量綱沒(méi)有統(tǒng)一。對(duì)這一問(wèn)題，需要做些討論。在歐洲，如德國(guó) Severt 公司、CLOOS 公司，瑞典 ESAB 公司等，用重力單位 N 表示；美國(guó) Aroson 公司用英美制質(zhì)量單位 Lbs（磅）表示；日本某些公司用國(guó)際質(zhì)量單位 kg 表示；我國(guó)的焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用了國(guó)際質(zhì)量單位 kg，但鼎盛公司采用了重力單位 KN。如此可見(jiàn)，在我國(guó)乃至國(guó)際上，焊接變位機(jī)第一主參數(shù)的量綱還沒(méi)有統(tǒng)一。其次，對(duì)這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負(fù)荷 kg、最大負(fù)荷N（Max load N） 、基本承載能力 Lbs（Base load capacity in pounds） 、承重能力 Lbs（Weight capacity Lbs） 、許用載荷 kg（許容荷載） 、最大有效負(fù)荷（Max. payload）等等。從量綱發(fā)展的歷史分析，用力和質(zhì)量?jī)煞N單位，各有個(gè)的道理。但是，無(wú)論是從行業(yè)管理的角度考慮，還是從科學(xué)計(jì)算的角度考慮，都應(yīng)統(tǒng)一。筆者認(rèn)為量綱的確定，在于一個(gè)概念，如果衡量焊接變位機(jī)的能力，選擇負(fù)荷單位，即第一主參數(shù)用重力表示，那么，他的量綱應(yīng)該用 N、KN。與此相關(guān)的回轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)力矩，應(yīng)該用 Nm、KNm 表示，這樣，與國(guó)際單位制就統(tǒng)一了。這是本文推薦的辦法。8焊接變位機(jī)是涉及人身安全的產(chǎn)品。對(duì)用戶選擇產(chǎn)品負(fù)荷等級(jí)，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負(fù)荷（kg、N）或許用載荷（kg、N） ，都不能說(shuō)準(zhǔn)確的表達(dá)了這個(gè)量?，F(xiàn)在給定一個(gè)公式：F = 式中： m 為焊件質(zhì)量；g 為重力加速gnKd度，即 mg 為重力； 為動(dòng)荷系數(shù)；n 為安全系數(shù)。稱 F 為額定承載能力或額定dK負(fù)荷。動(dòng)荷系數(shù) 、安全系數(shù) n，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)確定。在樣本或使用說(shuō)明書(shū)中給用戶提供選擇方法。關(guān)于額定負(fù)荷 F 的參數(shù)系列，以及回轉(zhuǎn)或傾翻力矩兩種參量，不再討論?！?.2 焊接變位機(jī)型式及功能設(shè)計(jì)§1.2 .1 型式設(shè)計(jì)1 自由度設(shè)計(jì)⑴用主自由度設(shè)計(jì)變位機(jī)，可有三種基本型式。① 單回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角為±360o·n；② 雙回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角為一個(gè)為±360o·n，另一個(gè)為±180o～±360o·n；③傾翻-回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角一個(gè)為±360o·n，另一個(gè)為±（0o～（90、135o） ） 。⑵多自由度產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在上述基本型產(chǎn)品上，增加輔助自由度。⑶多自由度組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把兩種或兩種已上基本型產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)而成。§1．2．2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)⑴單回轉(zhuǎn)式，為了適應(yīng)不同工件裝夾需要，還有三種基本型式，立式、臥式和雙座式。雙座還分尾架固定和尾架移動(dòng)兩種型式。還有首尾分體、聯(lián)體式等。⑵雙回轉(zhuǎn)式，為了適應(yīng)不同工件裝夾需要和考慮結(jié)構(gòu)受力合理，也設(shè)計(jì)有三種基本型式，L 型、C 型、H 型（雙座雙回轉(zhuǎn)式） 。⑶傾翻-回轉(zhuǎn)式也有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如一個(gè)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角為±360o·n，另一個(gè)為：① ±45o；② ±（0o～90o） ；③ ±（0o ～135o）等，這三種具有不同的結(jié)構(gòu)型式?！?．2．3 功能設(shè)計(jì)⑴普通型，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為定速傳動(dòng)。⑵調(diào)速型，至少有一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)為變速傳動(dòng)。9⑶聯(lián)控型，除具有調(diào)速功能外，采用 PLC 和微機(jī)控制，使多機(jī)和多自由度聯(lián)動(dòng)工作。⑷機(jī)器人配套型，作為機(jī)器人外部軸使用或參加焊接；或僅做工位變換，不參加焊接?！?.3 焊接變位機(jī)的分類和型號(hào)編制辦法§1.3.1 分類方法從變位機(jī)小行業(yè)發(fā)展考慮，必須有一個(gè)分類辦法。使每一種產(chǎn)品問(wèn)世，都可賦予它一個(gè)法定代號(hào)。這對(duì)一個(gè)變位機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是軟件還是硬件管理，都是至關(guān)重要的。所謂的分類方法，就是根據(jù)上述型式設(shè)計(jì)，按產(chǎn)品的自由度、結(jié)構(gòu)和功能等三種特征，把它們排成一個(gè)型譜。以便于給它們一個(gè)代號(hào)，以茲互相區(qū)別，這就是分類方法。§1.3.2 型號(hào)編制的基本要求分類和型號(hào)編制都是對(duì)同一事件的。分類方法是把一種焊接變位機(jī)放在型譜上，并賦予一個(gè)名稱。型號(hào)編制辦法，則是把已命名的焊接變位機(jī)，用一組具有一定特征的字符串來(lái)表示。這個(gè)字符串代表了產(chǎn)品的自由度、結(jié)構(gòu)和功能特征、產(chǎn)品參數(shù)特征和換代特征等?！?.3.3 產(chǎn)品代號(hào)設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)的代號(hào)，是用一個(gè)字符串來(lái)表示的，如圖 1 所示。第一段為焊接變位機(jī)產(chǎn)品代碼，可用漢語(yǔ)拼音字頭 HB 或 B 表示；第二段為焊接變位機(jī)自由度分類代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 Z、Y 表示，分別代表回轉(zhuǎn)、位移自由度，1、2、3….代表自由度數(shù)，單自由度可以缺??；第三段為焊接變位機(jī)結(jié)構(gòu)特征代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 W、L、Q 和形狀 L、C、H 混合表示；第四段為焊接變位機(jī)功能代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 T、S、K、R 分別表示調(diào)速型、伺服傳動(dòng)型、聯(lián)控型和機(jī)器人配套型，普通型缺省；第五段為焊接變位機(jī)第一主參數(shù)--額定負(fù)荷代碼，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位 kN；第六段為焊接變位機(jī)產(chǎn)品換代代碼，按開(kāi)發(fā)順序，用英文字母A、B、C….表示，第一代產(chǎn)品缺省?！?×× × ×—×× ×10∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∟ 產(chǎn)品換代代碼，按開(kāi)發(fā)順序用英文字母 A、B、C 表示，首代缺省∣ ∣ ∣ ∣ ∟ 額定負(fù)荷代碼，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位 kN∣ ∣ ∣ ∟ 功能特征代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 T、S、K、R 表示，普通型缺省 ∣ ∣ ∟ 結(jié)構(gòu)特征代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 W、L、Q 和形狀 L、C、H 混合表示∣ ∟自由度代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 Z、Y 分別代表回轉(zhuǎn)、位移，阿拉伯?dāng)?shù)字代表自由度數(shù)∟ 焊接變位機(jī)代碼，用漢語(yǔ)拼音字頭 HB 或 B 表示圖 1 焊接變位機(jī)產(chǎn)品代號(hào)說(shuō)明 ]7[§1.3.4 焊接變位機(jī)基本系列與類組劃分變位機(jī)的基本系列與類組劃分，如圖 2 所示 [7]。┌ L 型雙回轉(zhuǎn)式（固定式、升降式）┌ 雙回轉(zhuǎn)式 │ H 型雙座雙回轉(zhuǎn)式（固定式、升降式）│ └ C 型雙回轉(zhuǎn)式（固定式、升降式）│ ┌單座—┌立式 BZL-焊接變位機(jī)—│ 單回轉(zhuǎn)式—│ └臥式（固定式、升降式）│ └ 雙座--┌尾架固定（固定式、升降式）│ └尾架移動(dòng)（固定式、升降式）│ ┌- 0～135o（固定式、升降式） └ 傾翻回轉(zhuǎn)式--│- 0～90o（固定式、升降式） └ －45o～＋45o 圖 2 焊接變位機(jī)基本型類組劃分11第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊空間位置來(lái)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)械分為焊件變位機(jī)械、焊機(jī)變位機(jī)械、焊工變位機(jī)械；其中焊件變位機(jī)械分為焊接變位機(jī)、焊接滾輪架、焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)、焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)；本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)（1 噸座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)） 。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。座式焊接變位機(jī)，其工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)傾斜軸支承在機(jī)座上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸多在 110°～140°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 0.5～50t 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 [1]。焊接機(jī)械裝備對(duì)焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的。能保證焊接質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)率，改善人工作業(yè)條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接生產(chǎn)過(guò)程四個(gè)方面。因此，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，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。從使用范圍來(lái)分焊接機(jī)械裝備分為通用和專用兩大類：通用焊接機(jī)械裝備通用性強(qiáng)、適用性廣，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 [1]。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 [1]。對(duì)于變位機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖及總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)如圖 2-1 所示：電動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞給一對(duì)蝸輪，然后再帶動(dòng)第二對(duì)蝸輪傳動(dòng)，第二對(duì)蝸輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使變位機(jī)的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)的傾斜是通過(guò)12工作臺(tái)的手搖傾斜機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手搖傾斜機(jī)構(gòu)通過(guò)手動(dòng)操縱手柄使另一對(duì)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)傳遞給工作臺(tái)以實(shí)現(xiàn)傾斜 [2]。圖 2-1 變位機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖及總體方案設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：1，額定載重量 1 噸2，工作臺(tái)最大回轉(zhuǎn)速度 0.278 轉(zhuǎn)/分3，工作臺(tái)傾斜角度 100 度13第 3 章 一噸座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算§3.1 電動(dòng)機(jī)的選用按工作要求和工作條件，一般對(duì)于小型座式焊接變位機(jī)選擇直流電動(dòng)機(jī)就可以了，Z2 系列電機(jī)為一般工業(yè)用直流電機(jī)，是我國(guó) 60 年代研制開(kāi)發(fā)的中小型直流電動(dòng)機(jī)，具有性能可靠、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，目前仍然廣泛應(yīng)用。其電動(dòng)機(jī)適用于恒功率調(diào)速范圍不大于 1：2，過(guò)載能力不大于 1.5 倍額定轉(zhuǎn)矩的電力拖動(dòng)，Z2 系列電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式，是自通風(fēng)防滴式，能防止水滴、鐵屑或其他物件，從與垂直方向成 45°角以內(nèi)的任何方向掉入電機(jī)內(nèi)部。Z2 系列直流電動(dòng)機(jī):圖 3-1 z2 系列直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)本變位機(jī)設(shè)計(jì)要求和一些技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)，選擇 Z2-41，額定功率1.5KW，額定電壓 220V，額定轉(zhuǎn)速 1000r/m，最高轉(zhuǎn)速 2000r/m。重量85kg. 慣量矩 0.15kg·㎡ ?！?.2 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計(jì)算由我國(guó)制定的焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33002-1990）查的此種焊接變位機(jī)（HB1000）主要技術(shù)參數(shù)：最大負(fù)荷 Q：1000kg,偏心距 A≥250mm，重心距B≥400mm，臺(tái)面高度 H≤1250mm，回轉(zhuǎn)速度 =0.05～1.6r/min，焊接額定電流1n141000A，傾斜角度 ≥135°。?當(dāng) 與 β 滿足 cot = sinβ 時(shí)： hecot = sinβe當(dāng)量彎矩出現(xiàn)最大值：=G =9800 =4622650.755 N﹒mm (3-1)maxM2eh?2504?由式 cot = sinβ 知，當(dāng) sinβ= 時(shí), 有一最小值和最大值：?1??=arccot = arccot(- )minhemax?he其關(guān)系為： =180°- (3-2)ax?in顯然，當(dāng)回轉(zhuǎn)軸傾斜角在 ～ 范圍內(nèi)才會(huì)出現(xiàn)最大當(dāng)量彎矩，在此范minax圍之外，不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)量彎矩的最大值，因而受力狀態(tài)是安全的。回轉(zhuǎn)軸直徑可初步確定如下 [1]：d= = (3-3) 3max][10?M32][ehG?《焊接工裝夾具及變位機(jī)械——性能·設(shè)計(jì)·選用》) 式中：—許用應(yīng)力][考慮到回轉(zhuǎn)軸承受交變載荷和應(yīng)力集中等因素，許用應(yīng)力：= (3-4)][?Kn1??式中：—對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限，根據(jù)材料確定；1?—比例因子，通常取 0.5；?K—應(yīng)力集中系數(shù)，在 1.5～2 之間選取；n—安全系數(shù)，在 1.5～1.8 之間選取。= = ≈104 Mpa (3-4)][?1??6.805?15d≥ = ≈ ≈0.0763m3max][10?M32][ehG?3622104598??≈76mm 取 d=80mm?！?.3 齒輪的選用與校核： 在變位機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖中，直流電動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)往下傳遞輸出力。下面將對(duì)這對(duì)齒輪進(jìn)行計(jì)算和選用 [4,5,6]：1 選擇齒輪材料及精度等級(jí)：小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220~250HBS，大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為170~210HBS，因?yàn)槭瞧胀ê附幼兾粰C(jī)選 8 級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra 3.2~6.3um。?2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)因兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪：1） 轉(zhuǎn)矩 1T因齒輪傳遞效率：η=0.97則傳遞功率為：P=1.5 kw×0.97=1.455 kw=9.55× ≈1.39× Nmm (3-5)1T60?min/r1kw45. 4102） 載荷系數(shù) K，查表 10.11[6]，取 K=1.1 （本查表取自陳立德主編的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以下類同）3） 齒數(shù) Z1 和齒寬系數(shù) ，按照變位機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案所指定，小齒輪的齒d?數(shù) Z1 取 20，大齒輪的齒數(shù) Z2 取 50。傳動(dòng)比為 i=50/20=2.5。因單級(jí)齒輪傳動(dòng)為不對(duì)稱布置，查表 =0.6。d4） 許用接觸應(yīng)力[ ]Hó由圖 10.24[6]查得： =560Mpa, =530 MpaHlim1ólim216由表 10.10[6]查得： =1 HS=60nj =60×1000×1×(10×52×40) ≈1.25× (3-6)1NhL 910= /i=5×2810查圖 10.27[6]得： =1， =1.04。1NZ2由式 10.13[6]可得：= = Mpa=560 Mpa (3-7)1][H?HS1lim?560?= = Mpa =551.2 Mpa2][HNZ2li 34.∴ ≥76.43 =76.43 ≈31.23mm (3-8)1d321][)(duKT???324560.1)1.(9.??根據(jù)設(shè)計(jì)要求 取 80mm。m= / =80/20=41z3 主要尺寸：=m =4×20=80mm =m =4×50=200mm1d2dz= =0.6×80=48mm = +5=53mm，2b?1b2?。?=55mm1a= ×4×( + )= ×4×(25+50)=140mm (3-9)1z24 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核由式 10.24[6]得出 ，如 ≤[ ]則校核合格F?F確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)：1） 齒形系數(shù) Y由表 10.13[6]查得：=2.81 =2.351F2F2） 應(yīng)力修正系數(shù) s由表 10.14[6]查得：=1.56 =1.711sY2s173） 許用彎曲應(yīng)力[ ]F?查圖 10.25[6]得：=210 Mpa =190 Mpa1limF?2lim由表 10.10[6]查得： =1.3FS由圖 10.26[6]查得： = =11NY2由式 10.14[6]可得:= = Mpa≈161.5 Mpa (3-10)1][F?FS1lim?3.20?= = Mpa≈146.2Mpa2][NY2li.9故：= = ≈5.24Mpa =161.5 1F?12SFYzbmKT56.18204839.24??1][F?Mpa (3-11)= =5.24 Mpa≈4.8 Mpa =146.2Mpa2F12SFY56.18732][F齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。5 驗(yàn)算齒輪的圓周速度 vV= = m/s≈4.19m/s (3-12)106?nd?10684.3?由表 10.22[6]可知，選 8 級(jí)精度是合適的6 幾何尺寸計(jì)算及繪制齒輪零件工作圖1) 幾何尺寸計(jì)算表 3-1 尺寸數(shù)據(jù)分度圓直徑 mzdmzd 2054;802421 ?????齒輪齒頂高 mmha18齒輪齒根高 mm542.15.21 ???mhff齒高 = mm9頂隙 .0.c齒頂圓直徑 = +2 =80+2×4=88mm ad1ad1ah= + 2 =200+2×4=208mm2齒根圓直徑 =80－2×5=70mmf 11ff??=200－2×5=190mm22ffhd齒距 p= m=3.14×4≈12.6mm?2) 繪制齒輪零件圖圖 3-2 齒輪零件圖§3.4 對(duì)第一對(duì)蝸桿蝸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算1 選擇材料蝸桿：采用 45 鋼表面淬火，硬度＞45HRC蝸輪：采用抗膠合性能好的鑄錫青銅 ZCuSn10P1,沙模鑄造。2 主參數(shù)電動(dòng)機(jī)輸入功率為 1.5 kw，則蝸桿輸入功率：19=1.5×0.97=1.455 kw，dp蝸桿轉(zhuǎn)速 =1000/2.5≈400r/min 1n蝸輪轉(zhuǎn)速 =1000/（2.5×72）=5.56 r/min2由設(shè)計(jì)所知:=1 =i× =72×1=721z21z3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1） 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T= i =9.55× i 2T1η610npη=9.55× × ×72×0.76mi/45.rkw≈1.8× N﹒mm (3-13)102） 確定載荷系數(shù) k由表 5-5[3]查得：k=13） 確定許用接觸應(yīng)力 Hp?查表 6-5[3]得基本許用接觸應(yīng)力：=200 Mpa'Hp?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=60 j =60×1×5.56×150000 ≈5×2nhL710則壽命系數(shù)：= = ≈0.82 (3-14)NZ871075?故許用應(yīng)力：= =0.82×200 Mpa=164 MpaHp?N'p4） 由于銅蝸輪與鋼蝸桿相配，得：=160 MpaEZ5） 確定模數(shù)及蝸桿直徑由所設(shè)計(jì)知：=5 =40 =1 =360 =72sm1dz2d2z206） 確定中心距 aa=( + )/2=(360+44)/2=202mm1d27） 蝸桿分度園柱導(dǎo)程角 λ= 8345??4，熱平衡計(jì)算1） 滑動(dòng)速度= = ≈0.93m/s (3-15)svrndcos106??83245cos106.3???2） 當(dāng)量摩擦角 v?查表 6-10[3]得 = 52??3） 總效率:=0.95 =0.95 ≈0.56 (3-16)η)tan(vr??)532845tan(?????4） 箱體散熱面積估算A=9× =9× ≈1.94 (3-17)510?8.510?8.122m25） 工作油溫取 =20℃ =15w/( ﹒℃)0tsa2按式 6-23[3]，達(dá)到熱平衡時(shí)的工作油溫為：= + = ℃+20℃≈42℃﹤70～90℃(3-18)1tAa)η(ps1?0t94.15)60(??符合要求。５ 幾何尺寸計(jì)算及繪制蝸桿零件簡(jiǎn)略圖1) 幾何尺寸計(jì)算表 3-2 尺寸數(shù)據(jù)分度圓直徑 d mzdmq360725;408521 ?????齒頂高 mm2ha齒根高 mm6.1.1ff21齒頂圓直徑 = +2 =40+2×5=50mm ad1ad1ah= + 2 =360+2×5=370mm2齒根圓直徑 =40－2×5=30mmf 11ff??=360－2×5=350mm22ffhd頂隙 c mc5.0.?2) 繪制零件簡(jiǎn)略圖圖 3-3 蝸桿蝸輪零件簡(jiǎn)略圖§3.5 對(duì)第二對(duì)蝸桿蝸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算1 選擇材料蝸桿：采用 45 鋼表面淬火，硬度＞45HRC蝸輪：采用抗膠合性能好的鑄錫青銅 ZCuSn10P1,沙模鑄造。2 主參數(shù)電動(dòng)機(jī)輸入功率為 1.5 千瓦，則蝸桿輸入功率=1.5×0.97×0.72=1.05kw，dp蝸桿轉(zhuǎn)速 =1000/(2.5×72)≈5.56r/min 1n蝸輪轉(zhuǎn)速 =1000/（2.5×72×40）=0.14r/min2由設(shè)計(jì)所知：=1 =i× =40×1=401z21z3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1） 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T22= iη=9.55× iη2T1610np=9.55× × ×40×0.726mi/5.rkw≈5.19× N﹒mm (3-13)102） 確定載荷系數(shù) k由表 5-5[3]查得：k=13） 確定許用接觸應(yīng)力 Hp?查表 6-5[3]得基本許用接觸應(yīng)力：=200 Mpa'Hp?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=60 j =60×1×0.14×1500000 ≈1.26×2nhL710則壽命系數(shù)：= = ≈0.79 (3-14)NZ87107106.?故許用應(yīng)力：= =0.79×200 Mpa=158.7 MpaHp?N'p4） 由于銅蝸輪與鋼蝸桿相配，得：=160 MpaEZ5） 確定模數(shù)及蝸桿直徑由所設(shè)計(jì)知：=8 =80 =1 =320 =40sm1dz2d2z6） 確定中心距 aa=( + )/2=(320+80)/2=200mm127） 蝸桿分度園柱導(dǎo)程角 λ= 045??4，熱平衡計(jì)算1） 滑動(dòng)速度23= = ≈0.023m/s (3-15)svrndcos106??0415cos106.3???2） 當(dāng)量摩擦角 v?查表 6-10[3]得：=v05??3） 總效率η=0.95 =0.95 ≈0.45 (3-16))tan(vr??)05415tan(?????4） 箱體散熱面積估算A=9× =9× ≈1.906 (3-17)510?8.510?8.122m25） 工作油溫取 =20℃ =15w/( ﹒℃)0tsa2按式 6-23[3]，達(dá)到熱平衡時(shí)的工作油溫為：= + = ℃+20℃≈40.2℃1tAps)(1??0t906.15)4(??﹤70～90 (3-18)符合要求。５．幾何尺寸計(jì)算及繪制蝸桿零件簡(jiǎn)略圖1) 幾何尺寸計(jì)算表 3-3 尺寸數(shù)據(jù)分度圓直徑 d mzdmq32048;80121 ?????24齒頂高 mm821?mha齒根高 mm6.9.1.?ff齒頂圓直徑 = +2 =80+2×8=96mm ad1a= + 2 =320+2×8=336mm2h齒根圓直徑 =80－2×8=64mmf 11ffd??=320－2×8=304mm22ff頂隙 c mc6.8.0.?2) 繪制零件簡(jiǎn)略圖圖 3-4 蝸桿蝸輪零件簡(jiǎn)略圖§3.6 對(duì)工作臺(tái)手搖傾斜機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算工作臺(tái)手搖傾斜機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪與上面所計(jì)算的第二對(duì)蝸桿蝸輪主要參數(shù)是相同的：表 3-4 尺寸數(shù)據(jù)分度圓直徑 d mzdmq32048;80121 ?????25齒頂高 mm821?mha齒根高 mm6.9.1.?ff齒頂圓直徑 = +2 =80+2×8=96mm ad1ada= + 2 =320+2×8=336mm2h齒根圓直徑 =80－2×8=64mmf 11ff??=320－2×8=304mm22ffd§3.7 焊接變位機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)及選用我國(guó)已制定了焊接變位機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33002-1990） ，規(guī)定了變位機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)承受最大載荷時(shí)的速度波動(dòng)不超過(guò) 5%；傾斜驅(qū)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，在最大負(fù)荷下不得傾覆；當(dāng)最大載荷超過(guò) 25kg 時(shí)，其傾斜應(yīng)采用機(jī)動(dòng)并能自鎖；導(dǎo)電裝置的容量應(yīng)滿足額定電流要求等。標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了焊接變位機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。選用焊接變位機(jī)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) [1]：1) 焊件的重量、焊件相對(duì)工作臺(tái)面的重心高、焊件重心相對(duì)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的偏心距應(yīng)在變位機(jī)載重圖或承載表的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，并有一定的裕量。2) 若變位機(jī)用來(lái)焊接環(huán)焊縫時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊件坡口的回轉(zhuǎn)半徑和焊接速度，換算出工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度，該速度應(yīng)在變位機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。另外，還要注意工作臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性是否滿足施焊工藝的要求。3) 若焊件外廓尺寸很大，則要考慮工作臺(tái)傾斜時(shí)，其傾斜角度是否滿足焊件在最佳施焊位置的要求；是否會(huì)發(fā)生焊件觸及地面的情況，如有可能發(fā)生，除改選工作臺(tái)離地間距更大的變位機(jī)外，也可采用增加基礎(chǔ)高度或設(shè)置地坑的辦法來(lái)解決。4) 變位機(jī)上若需要安裝氣動(dòng)、電磁夾具以及水冷設(shè)施時(shí)，應(yīng)相應(yīng)向商家提出接氣、接電和接水裝置的要求。5) 變位機(jī)的許用焊接電流，應(yīng)大于焊件施焊工藝所要求的最大焊接電流。26第 4 章 輔助部件的設(shè)計(jì)選用§4.1 手輪、手柄的設(shè)計(jì)選用1） 操縱手輪、手柄的操縱力在機(jī)床行程范圍內(nèi)應(yīng)均勻，不應(yīng)大于表 1 中的數(shù)值。表 4-1 操縱手輪、手柄操縱力2） 操縱手輪、手柄的安裝高度（從地面或操作臺(tái)、踏腳板到手輪、手柄的中間位置的距離）應(yīng)符合表 2 的規(guī)定。操縱手輪、手柄的位置高于 2m 的機(jī)床，應(yīng)設(shè)置操作臺(tái)、踏腳板等。表 4-2 操縱手輪、手柄的安裝高度使用情況 操縱手輪、手柄距地面的高度，m經(jīng)常使用 0.5~1.7不經(jīng)常使用 0.30~1.85僅調(diào)整時(shí)使用 ≤2主機(jī)質(zhì)量，t ≤2 ＞2～5 ＞5～10 ＞10經(jīng)常用手輪、手柄操縱力 (N) 40 60 80 120不經(jīng)常用手輪、手柄操縱力(N) 60 100 120 160用于夾緊、鎖緊、頂緊以及增加阻尼等特殊要求的手輪、手柄的操縱力按設(shè)計(jì)要求。極少使用的調(diào)整或維修用手輪、手柄的操縱力按設(shè)計(jì)要求。變型機(jī)床的手輪、手柄的操縱力按基型要求。注：每班使用次數(shù)大于 25 次的手輪、手柄為經(jīng)常用手輪、手柄。27§４.2 導(dǎo)電裝置焊接變位機(jī)作為焊接電源二次回路的組成部分，必須設(shè)有導(dǎo)電裝置。目前，在焊接變位機(jī)上主要采用電刷式的導(dǎo)電裝置，它由點(diǎn)刷、電刷盒、刷架等組成，結(jié)構(gòu)形式多樣，導(dǎo)電裝置的電阻不應(yīng)超過(guò) 1mΩ；電刷數(shù)量應(yīng)根據(jù)焊接額定電流來(lái)確定，其總過(guò)流能力應(yīng)是焊接額定電流的 1.2～1.5 倍 [1]。