[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)]載重20 t工件進(jìn)行全位置焊接的焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)

摘要焊接變位機(jī)也已成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔助機(jī)。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的，約有十余個系列，百余個品種規(guī)格，正在形成一個新興行業(yè)。但是，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)一的問題。本題目是設(shè)計(jì)能載重20 t工件，進(jìn)行全位置焊接的變位機(jī)械。主要內(nèi)容是關(guān)于焊接時機(jī)械的回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)與校核、電機(jī)選擇、減速器的選擇、各個軸和齒輪軸承的確定以及校核等等。設(shè)計(jì)的具體過程是根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，選擇合適的電機(jī)，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)設(shè)計(jì)時首先選擇合適的傳動比，再分配傳動比，選擇減速器和電機(jī)時要保證產(chǎn)生的力矩大于工件回轉(zhuǎn)的最大阻力距，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)。翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)時選擇減速器和電機(jī)時也要保證產(chǎn)生的力矩大于工件翻轉(zhuǎn)的最大阻力距，對兩級齒輪分配合適傳動比，進(jìn)行齒輪和軸的設(shè)計(jì)。并選擇合適的軸承與聯(lián)軸器。選用的方法主要是機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，使用到的有材料力學(xué)、金屬工藝學(xué)、Autocad、Ansys等。關(guān)鍵詞：焊接變位機(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì) Ansys分析AbstractWelding conjugation plane has become an indispensable manufacturing equipment , which is zoned welding assistant engine in the welding area. Patterns and varieties of specifications on the series, has been developed, some over 10 series, more than 100 varieties of specifications, a newly emerging industries. However, the welding machine conjugation basic concepts, patterns and classification, the main technical parameters, there are not uniform. This topic is designed to load 20t working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical rotation turnover of design and checking, the electrical options, reducer selection, various axis and the gear bearings and determine accuracy, and so on. The design process is based on the given technical parameters, choosing appropriate motor, and designing the rotation and turnover mechanism. In the design of rotation mechanism, first choosing appropriate drive ratio, then distribute the drive ratio, ensure that the generated torque is bigger than the maximum resistance torque when choosing reducer and motor, then design. In the design of turnover mechanism, ensure that the generated torque is bigger than the maximum resistance torque when choosing reducer and motor, distribute appropriate drive ratio for two-stage gears, then design the gears and axis. Choosing proper bearings and couplings. The method chosen mainly is mechanical design knowledge, the use of the material mechanics, metal crafts science, Autocad，Ansys.Keyword: welding positioner, mechanical design, analysis of Ansys第1章 緒論1.1 關(guān)于焊接變位機(jī)的幾個定義和基本的要求1.1.1 焊接變位機(jī)的定義在焊接過程中，我們經(jīng)常會遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，為了解決這一問題，焊接變位機(jī)也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)某霈F(xiàn)了。它可以通過工作臺的回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，使待焊處置于合適位置，很好的和焊接設(shè)備結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)焊接的自動化，機(jī)械化，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。概括來講，焊接變位機(jī)就是移動工件，使之待焊部位處以合適易焊接的位置的焊接輔助設(shè)備。選擇合適的焊接變位機(jī)能提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有利于現(xiàn)場管理。特別是入世的沖擊，工程機(jī)械市場競爭將會越來越激烈，國內(nèi)企業(yè)必須適應(yīng)形勢，通過焊接變位機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備投入達(dá)到生產(chǎn)能力的革命。1.1.2 焊接變位機(jī)的類型和特點(diǎn)焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三類：（1） 伸臂式焊接變位機(jī)圖1 伸臂式焊接變位機(jī)1-回轉(zhuǎn)工作臺 2-伸臂 3-傾斜軸 4-轉(zhuǎn)軸 5-機(jī)座該機(jī)多為電動機(jī)驅(qū)動，承載能力在0.5t以下，適用于小型罕見的翻轉(zhuǎn)變位。也有液壓驅(qū)動的，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)圖2 座式焊接變位機(jī)1-回轉(zhuǎn)工作臺 2-傾斜軸 3-扇形齒輪 4-機(jī)座座式焊接變位機(jī)工作臺有一個整體翻轉(zhuǎn)的自由度?？梢詫⒐ぷ鞣D(zhuǎn)到理想的焊接位置進(jìn)行焊接。另外工作臺還有一個旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機(jī)已經(jīng)系列化生產(chǎn)，主要用于一些管，盤的焊接 。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0.550t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。（3） 雙座式焊接變位機(jī)圖3 雙座式焊接變位機(jī)1- 工作臺 2-型架 3-機(jī)座 4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5-傾斜機(jī)構(gòu)雙座式焊接變位機(jī)適用于50t以上大尺寸焊件的翻轉(zhuǎn)變位。在焊接作業(yè)中，常與大型門式焊接操作機(jī)或伸縮臂式焊接操作機(jī)配合使用。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)的工作臺還具有升降功能，如圖4。圖4 變位器的派生形式示意圖1工作臺 2軸承 3機(jī)座 4推舉液壓缸 5伸臂1.1.3 焊件變位機(jī)械類型焊件變?yōu)闄C(jī)械的主要功能是實(shí)現(xiàn)焊件的回轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，或者既能翻轉(zhuǎn)又能回轉(zhuǎn)，使工件處于最便于裝配和焊接的位置。包括：焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)、焊接回轉(zhuǎn)臺、焊接滾輪架、焊接變位器1.1.4 焊接變位機(jī)的應(yīng)用場合 焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼、法蘭、封頭等非長形焊件的翻轉(zhuǎn)變位。1.1.5結(jié)構(gòu)件焊接變位機(jī)的選型根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的焊接變位機(jī)。如：裝載機(jī)后車架、壓路機(jī)機(jī)架可用雙立柱單回轉(zhuǎn)模式，裝載機(jī)的前車架可選型雙回轉(zhuǎn)式，裝載機(jī)鏟斗焊接變位機(jī)可設(shè)計(jì)成型雙回轉(zhuǎn)式，挖掘機(jī)車架、大臂等可用雙座式頭尾雙回轉(zhuǎn)型式，對于一些小總成焊接件可選取目前市場上已系列化生產(chǎn)的座式通用變位機(jī)。根據(jù)手工焊接作業(yè)的情況，所選的焊接變位機(jī)能把被焊工件的任意一條焊縫轉(zhuǎn)到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保證焊接質(zhì)量。選擇開敞性好，容易操作，結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小的焊接變位機(jī)，工人操作高度盡量低，安全可靠。工裝設(shè)計(jì)要考慮工件裝卡簡單方便。工程機(jī)械大型的焊接結(jié)構(gòu)件變位機(jī)的焊接操作高度很高，工人可通過墊高的方式進(jìn)行焊接。焊接登高梯的選取直接影響焊接變位機(jī)的使用，視高度情況可用小型固定式登高梯、三維或兩維機(jī)械電控自動移動式焊接升降臺。 1.2 焊接變位機(jī)的變位在設(shè)計(jì)變位機(jī)的時候，除了主自由度外，還應(yīng)該考慮輔助的變位自由度，回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)是主自由度，可以添加上升等自由度。對于一些焊接位置簡單的焊件，用簡單的回轉(zhuǎn)自由度就可以解決，但是對于位置復(fù)雜的構(gòu)件必須有不同的自由度。為了解決這個問題，出現(xiàn)了使用不同的變位機(jī)聯(lián)合使用，增加焊接的自由度。1.3 變位機(jī)械中的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)電力驅(qū)動的變位機(jī)方案時，需要選擇從電機(jī)到工作臺之間的機(jī)械傳動方式和相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)。在選擇之前必須根據(jù)裝配和焊接工藝過程的特點(diǎn)明確下列要求：A 對變位機(jī)械的功能要求 指變位機(jī)械應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)什么動作，如平移、升降或者回轉(zhuǎn)等。如果是平移，是直線平移還是曲線平移；如果是回轉(zhuǎn)運(yùn)動，是連續(xù)回轉(zhuǎn)還是間歇翻轉(zhuǎn)等。B 對運(yùn)動速度的要求 必須明確是快速還是慢速，是恒速還是變速，是有級變速還是無級變速。C 對傳動平穩(wěn)性和精度的要求 例如，用于自動焊接的變位機(jī)，就要求傳動具有較高的精度，這時就可以選擇蝸桿傳動和齒輪傳動。D 對自鎖、過載的保護(hù)，吸振等能力的要求 一般升降用的或翻轉(zhuǎn)用的以及有傾覆危險(xiǎn)的傳動，為了安全，傳動機(jī)構(gòu)必須有自鎖能力。傳動方式和其相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)可能有多個，這時就要從它們之間的傳動功率大小、尺寸緊湊程度，傳動效率高低和制造成本來綜合考慮后擇優(yōu)選定了。1.4 焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能通用的焊接變位機(jī)械應(yīng)具備的性能是1：（1）焊接變位機(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(yīng)具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，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0.12mm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。（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）整個結(jié)構(gòu)要有良好的密閉性以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等物應(yīng)易被清除。（8）焊接變位機(jī)械要有聯(lián)動控制接口和相應(yīng)的自保護(hù)功能集中控制和相互協(xié)調(diào)動作。（9）工作臺面上應(yīng)刻有安裝基線，裝各種定位工件和夾緊機(jī)構(gòu)。（10）兼作裝配用的焊件變位機(jī)械抗沖擊性能。并設(shè)有安裝槽孔，能方便地按其工作臺面要有較高的強(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。1.5 國內(nèi)外焊接變位機(jī)的發(fā)展本文不是研究國內(nèi)外焊接變位機(jī)發(fā)展情況的專著。從上述研究目的出發(fā)，在此僅做簡介。一般說來，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。德國Severt公司，美國Aroson公司，我國天津鼎盛工程機(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。 22 德國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。 S10型，包括S10.1、2、3、4型等4個產(chǎn)品系列。即：L型雙回轉(zhuǎn)式、L型雙回轉(zhuǎn)升降式； L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式；2L型雙回轉(zhuǎn)式、2L型雙回轉(zhuǎn)升降式；2L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、2L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式。 S20型，包括S20.1、2型2個產(chǎn)品系列。即：單座單回轉(zhuǎn)式、單座單回轉(zhuǎn)升降式；C型雙回轉(zhuǎn)式。 S30型，包括S30.1、2型2個產(chǎn)品系列。即：立式單回轉(zhuǎn)；立式單回轉(zhuǎn)雙工位。 S40型，包括S40.1、2、3、4、5、6、7等7個產(chǎn)品系列。即：雙座單回轉(zhuǎn)分體式；雙座首尾單回轉(zhuǎn)式；H型雙座雙回轉(zhuǎn)式；雙座首尾單回轉(zhuǎn)尾架移動式；雙座首尾傾翻尾架移動式；雙座3軸單回轉(zhuǎn)式；單座滾圈單回轉(zhuǎn)式、雙座滾圈單回轉(zhuǎn)尾架移動式。 S50型：包括S50.1、2、3、4、5、6、7型，7個多軸（自由度）產(chǎn)品系列。即：立式3軸單回轉(zhuǎn)雙工位式；立式單回轉(zhuǎn)雙工位2傾翻-回轉(zhuǎn)式（5軸）；立式單回轉(zhuǎn)多工位2L型雙回轉(zhuǎn)式（5軸）；立式單回轉(zhuǎn)雙工位2 L型雙回轉(zhuǎn)傾翻式（7軸）；立式單回轉(zhuǎn)雙工位2雙座單回轉(zhuǎn)式（3軸）；立式單回轉(zhuǎn)雙工位2C型雙回轉(zhuǎn)式（5軸）；立式單回轉(zhuǎn)雙工位2臥式單座單回轉(zhuǎn)（3軸）。 S60型：包括S60.1、2型2個產(chǎn)品系列。即：傾翻-回轉(zhuǎn)式（090）；傾翻-回轉(zhuǎn)式（90）。 S70型：包括S70.1、2、3型3個產(chǎn)品系列。即：立式多工位式4軸（4自由度）單回轉(zhuǎn)；立式多工位2傾翻-回轉(zhuǎn)式（6自由度）；立式4工位立式4軸單回轉(zhuǎn)。 以上共33個產(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個產(chǎn)品系列。額定負(fù)荷為100dN10kdN。 22 美國Aroson公司 美國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 kg1810噸。 手動雙回式。C 系列，型號C1000、2000、4000。承載能力25磅4000磅。 小型傾翻-回轉(zhuǎn)式。LD系列，型號LD 60N、150N、300N，承載能力分別為132磅、330磅、660磅。 傾翻-回轉(zhuǎn)式，傾翻角度135。D、HD系列，承載能力314磅7萬磅 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12萬磅。 傾翻-回轉(zhuǎn)（齒輪齒條）無級升降式，GE系列，傾翻角度135，型號（GE25GE3500，承載能力2500磅35萬磅。 傾翻-回轉(zhuǎn)式，傾翻角度90，G系列，G400G4-MEGA型，承載能力4000磅400萬磅。 雙座雙回轉(zhuǎn)式，DCG系列，最大產(chǎn)品承載能力為500噸。 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24萬磅。 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24萬磅。 23 德國LCOOS公司 德國LCOOS公司是國際上生產(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，除可見到與焊接機(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2C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。 24 日本松下（Panasonic）公司 日本松下公司也是機(jī)器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備焊接變位機(jī)有12個系列。他們把傳動裝置、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個系列，即：立式單回轉(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個系列，立式多工位2L型雙回轉(zhuǎn)式。最大有效負(fù)荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。 25 國內(nèi)變位機(jī)的產(chǎn)品簡介 現(xiàn)在我國生產(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)展起來的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機(jī)械有限公司、無錫市陽通機(jī)械設(shè)備有限公司、長沙海普公司、威達(dá)自動化焊接設(shè)備公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國內(nèi)占有較大市場。到2000年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約70余品種規(guī)格。以下簡述這些變位機(jī)的基本型式。 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)。 傾翻-回轉(zhuǎn)式焊接變位機(jī)（BZ2C-系列）。 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)，開發(fā)了十余個品種。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)伺服傳動式、雙座單回轉(zhuǎn)伺服傳動式、多軸單回轉(zhuǎn)伺服傳動式等。1.6 任務(wù)的提出焊接變位機(jī)尚屬新興行業(yè)，很多都屬于廠家自己制定規(guī)格，自主研制，特別是在大噸位焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)方面，有許多發(fā)展的空間，在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)研制和使用方面的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題的前提下，本論文主要設(shè)計(jì)一個普通座式焊接變位機(jī)。1.6.1 設(shè)計(jì)要求：（1）變位機(jī)具有兩個主自由度：即回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)；（2）變位機(jī)的最大載重量為20t；（3）變位機(jī)的動力來源于兩個電動機(jī)：即回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)分別一個；（4）本設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動部分包含圓柱齒輪傳動，扇形齒輪傳動（5）要求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，還應(yīng)該節(jié)省材料（6）工件回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的最大阻力矩39700Nm；工件翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的最大阻力矩197000Nm；1.6.2 主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1） 方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)；（2） 傳動比和傳動效率的計(jì)算；（3） 回轉(zhuǎn)與翻轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)，包括電機(jī)選型、齒輪設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、減速器選擇、軸承的選擇、鍵的選擇；（4） 機(jī)架和導(dǎo)電機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（5） 傳動部件的潤滑條件分析。第2章 焊接變位機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 焊接變位機(jī)的總體設(shè)計(jì)和適用范圍焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)是為了滿足焊接生產(chǎn)的功能，分析設(shè)計(jì)時要從該變位機(jī)在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的功能來考慮：對待焊接部件的裝夾和固定；1、 在設(shè)計(jì)參數(shù)許可的范圍內(nèi)對不同外形部件的焊接；2、 使焊接工件能夠沿著一定的軌跡運(yùn)動到合適的焊接位置；3、 能夠適應(yīng)常見的工作環(huán)境；4、 能適應(yīng)不同尺寸要求下的不同形狀的工件焊接；5、 結(jié)構(gòu)簡潔，外形尺寸小，成本低；6、 多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)件，方便制造。本焊接變位機(jī)適用與中小工件的手工焊接，自動焊接等。能有效的將工件調(diào)整到合適的焊接位置。特點(diǎn)是操作簡單，安全，成本較低。型號HB-20最大承載重（T）20回轉(zhuǎn)角度0-120工作臺翻轉(zhuǎn)速度（rpm）0.2工作臺回轉(zhuǎn)速度（rpm）0.028-0.28最大重心矩（mm）630最大偏心矩（mm）200最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）3600工作臺尺寸（mm）2500調(diào)速方式變頻無級調(diào)速表2-1設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)2.2 焊接變位機(jī)的自由度本焊接變位機(jī)的主自由度為回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)。此外，某些焊接變位機(jī)還有其他一些輔助自由度，如升降自由度。另外，還有一些變位機(jī)，為了適應(yīng)焊接工位的要求，添加一些與施焊無關(guān)的自由度，并且可以根據(jù)需要而將兩臺或者更多的焊接變位機(jī)組合起來，形成多組合自由度的變位機(jī)產(chǎn)品。（1）用主自由度設(shè)計(jì)變位機(jī)，可有三種基本型式。單回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角為360n；雙回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角為一個為360n，另一個為180360n；傾翻-回轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)角一個為360n，另一個為（090、135）。（2）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。（3）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。2.3 設(shè)計(jì)方案的確定本焊接變位機(jī)由工作平臺、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)座、控制裝置和焊接導(dǎo)電裝置組成。2.3.1 工作臺它用于工件的停放和固定。在臺面上開溝槽，表面經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀處理后增大了摩擦，一方面配合夾具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。1) 工作盤為直徑2500厚70 mm的圓盤，面上加工有螺孔和6個T形滿足M30 T形螺母，又加工了環(huán)型槽，便于工件對心；T形槽下面增加墊板（并保證需方提供的T型螺母能順利安裝到T形槽中）。2) 用優(yōu)質(zhì)鋼板焊接而成，在受力部位作了加強(qiáng)處理；退火處理，消除應(yīng)力后加工。3）工作盤固定在專業(yè)回轉(zhuǎn)體上，保證穩(wěn)定地承載和回轉(zhuǎn)；2.3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1）工作臺固定在大型回轉(zhuǎn)支承上，保證額定載荷下的承載及回轉(zhuǎn)平穩(wěn)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動工件旋轉(zhuǎn)，便于焊頭對工件進(jìn)行環(huán)形焊接2）工作臺底部采用型材焊接成形，在受力部位作加強(qiáng)處理，工作臺焊后進(jìn)行去應(yīng)力處理，變形小。3）工作臺固定在回轉(zhuǎn)支承上，從而保證穩(wěn)定回轉(zhuǎn)。采用回轉(zhuǎn)支承承載，具有承載能力大，回轉(zhuǎn)精度高的特點(diǎn)。4）轉(zhuǎn)支承采用“單排球式回轉(zhuǎn)支承”（型號QWC900.25C），由專業(yè)廠家生產(chǎn)。具有結(jié)構(gòu)合理、剛性好、自重輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)支承設(shè)計(jì)有由耐熱橡膠的全密封裝置，潤滑油不至于泄露，外部塵土也不能進(jìn)入回轉(zhuǎn)支承內(nèi)損害回轉(zhuǎn)支承，滿足工作環(huán)境較為惡劣的焊接環(huán)境使用。5）工作臺的回轉(zhuǎn)由交流電機(jī)通過雙級擺線針輪減速器驅(qū)動，減速器輸出小齒輪與回轉(zhuǎn)支承嚙合，從而驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)。6）驅(qū)動小齒輪采用40Cr材質(zhì)，并經(jīng)調(diào)質(zhì)，齒面淬火處理，從而滿足高強(qiáng)度的傳遞使用。7）驅(qū)動采用交流變頻無極調(diào)速，范圍廣，以保證在較寬調(diào)速范圍內(nèi)的恒扭矩輸出。8）整個回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在箱型結(jié)構(gòu)的橫梁翻轉(zhuǎn)框上，橫梁對工件進(jìn)行支撐承載，并將工件的重量通過橫梁傳遞到兩邊立柱支架上，能承受大的沖擊載荷和扭曲力。采用箱形結(jié)構(gòu)可以有效承載和抗扭能力。箱形焊接件焊后去應(yīng)力處理后再加工，內(nèi)外根據(jù)受力情況布置有大量加強(qiáng)筋。橫梁與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過螺栓聯(lián)接。2.3.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可使工件產(chǎn)生俯仰運(yùn)動，改變工件的位置便于焊接；2) 采用圓弧硬齒面蝸輪蝸桿減速器具有承載能力大，抗沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但成本是普通蝸輪蝸桿減速器2-3倍。3) 翻轉(zhuǎn)工作原理:電磁制動電機(jī)-減速器-齒輪-大齒盤-工件.由大直徑和大模數(shù)的雙齒盤才實(shí)現(xiàn)工件的翻轉(zhuǎn),平穩(wěn)可靠、承載效果好，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)也將采用高輸出扭矩的減速機(jī)和電機(jī),并考慮設(shè)備可靠安全性,均考慮鎖緊制動,確保設(shè)備的安全可靠使用.4) 翻轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的小齒輪與傘齒嚙合，驅(qū)動機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)；2.3.4.底座1) 機(jī)架采用型材焊接而成結(jié)構(gòu)牢固可靠,是整個設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)2) 為了保證強(qiáng)度，我們將底座聯(lián)結(jié)起來聯(lián)為整體，內(nèi)部行腔根據(jù)受力的情況焊接加強(qiáng)筋；3) 底座的延伸支架腿長度應(yīng)該達(dá)到超過其最大重心距的要求2.3.5 工作機(jī)需要電動機(jī)輸入功率才能工作一般原動機(jī)與工作機(jī)不直接相連，而是通過在兩者之間設(shè)置一個中間裝置，稱這個中間裝置為傳動裝置簡稱傳動；在機(jī)械中，傳動裝置的功用是根據(jù)工作機(jī)的工作提要求實(shí)現(xiàn)某種減速、增速、變速、或改變運(yùn)動形式的功能。工程實(shí)踐表明，傳動裝置是機(jī)械中重要的組成部分，在整機(jī)的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上決定整機(jī)的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。因此，正確設(shè)計(jì)傳動裝置對保證整機(jī)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)都具有相當(dāng)重要的意義。根據(jù)工作原理的不同，傳動分為兩類：機(jī)械傳動和電傳動。2.3.6 選擇傳動形式時，應(yīng)當(dāng)考慮的主要指標(biāo)功率、效率、運(yùn)動性能、外型尺寸、重量、生產(chǎn)率和成本等?，F(xiàn)分別闡述如下：1) 功率每種傳動所傳遞的功率大小與該傳動的工作原理、承載能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有關(guān)。一般來說，嚙合傳動傳遞的功率高于摩擦傳動傳遞的功率，但是嚙合傳動中的蝸桿傳動則因齒面相對滑動速度較大，導(dǎo)致發(fā)熱大而效率較低而不宜傳遞大的功率，同步齒形帶傳動則因材料關(guān)系也不能傳遞大的功率。2) 效率效率是評定傳動質(zhì)量指標(biāo)的一個重要參數(shù)。高的效率意味著節(jié)約動力。傳動效率低，一般不宜傳遞大的功率。通常嚙合傳動的效率高于摩擦傳動，但普通圓柱蝸桿的傳動可能低于摩擦傳動。3) 速度速度是傳動裝置的一個主要運(yùn)動特性。提高傳動的速度是機(jī)械的主要發(fā)展方向之一。影響速度的因素有動載荷和制造精度等。4) 傳動比傳動比是傳動裝置的又一運(yùn)動特性。每種傳動因受外形尺寸或承載能力的影響限制，均有各自適用的最大傳動比值。此外，還應(yīng)考慮傳動比值的精確性問題。對于要求精確傳動比的機(jī)械，不用摩擦傳動而采用嚙合傳動。5) 外廓尺寸、重量及成本傳動裝置的外廓尺寸和重量與傳動零件材料的機(jī)械性能和容許傳遞速度、容許傳遞功率密切相關(guān)。在上述條件確定下，單級傳動的外廓尺寸和重量主要取決于傳動形式。一般來說嚙合傳動比摩擦傳動輕巧，但成本高。嚙合傳動中，蝸桿傳動和一些內(nèi)嚙合行星傳動的尺寸和重量通常最小。6） 機(jī)構(gòu)預(yù)期壽命 機(jī)構(gòu)預(yù)期使用壽命為10年，每天兩班制，全年工作300個工作日記則其使用壽命為10*300*2*8=48000小時。2.3.7 設(shè)計(jì)中傳動方式的確定采用哪一種傳動形式，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析，不僅考慮到技術(shù)性能指標(biāo)，同時還要考慮經(jīng)濟(jì)成本，對提出的各種方案應(yīng)在綜合比較它們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)后才可做出決策，在這次設(shè)計(jì)中，考慮了上述因素，我選擇的傳動形式如下：1) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用雙級擺線針輪減速器和一級直齒圓柱齒輪傳動。2) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，采用兩級圓弧齒硬齒面渦輪蝸桿減速器，與二級直齒圓柱齒輪傳動。第3章 設(shè)計(jì)與校核（本章內(nèi)，除特別說明外，所有數(shù)據(jù)均來自機(jī)械設(shè)計(jì) 西北工業(yè)大學(xué)編）焊接變位機(jī)由工作臺，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，底座，電氣控制機(jī)構(gòu)和焊接導(dǎo)電裝置等組成。表3-1設(shè)備的基本數(shù)據(jù)參數(shù)基本承載能力（噸）20工作臺直徑（mm）2500翻轉(zhuǎn)角速度(r/min)0.2r/min旋轉(zhuǎn)角度（度）0120工作臺回轉(zhuǎn)角速度0.0280.28r/min1. 工件回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的最大阻力矩39700Nm2. 工件翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的最大阻力矩197000Nm3.1 回轉(zhuǎn)能力計(jì)算3.1.1 回轉(zhuǎn)電機(jī)選型1）選擇YEJ系列電機(jī)YEJ系列制動電動機(jī)是全封閉自扇冷式鼠籠型具有附加圓盤型直流制動器的三相異步電動機(jī)，它具有制動迅速、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于各種要求快速停止和準(zhǔn)確定位的機(jī)械設(shè)備和傳動裝置中。YEJ系列電磁制動機(jī)三相異步電動機(jī)適用于要求快速停止、準(zhǔn)確定位、往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)、防止滑行和各種機(jī)械中作主軸船東和輔助傳動用，如升機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、建筑機(jī)械、木工機(jī)械、減速機(jī)械、冶金機(jī)械、鍛壓機(jī)械。 2）電機(jī)容量選擇（即額定功率） 回轉(zhuǎn)最大阻力距T=39700N回轉(zhuǎn)所需功率P=T*n/9550,其中n=0.028-0.28r/min,則P=0.1164-1.164kw電動機(jī)輸出功率P=P/h, 其中h= h 1*h2* h3，h為電動機(jī)到工作臺之間傳動的總效率。h1為減速器效率，初設(shè)為0.5；h2為直齒圓柱齒輪傳動效率，h2=0.94；h3為支撐效率， h3=0.8；則 h=0.5*0.94*0.8=0.376。所以P=（0.1164-1.164）/0.376=0.31-3.1kw.考慮到工件回轉(zhuǎn)過程摩擦力的存在，以及各零件制造的誤差的影響，去P=5,5kw。3）電機(jī)額定轉(zhuǎn)速確定n=（i1*i2）*n，其中i1為初選齒輪傳動比，i2為初選減速器傳動比；i1=4.2，i2=1247。則n=4.2*1247*（0.028-0.28）=146.7-1467。故選擇n=1440r/min。4）電機(jī)型號根據(jù)所計(jì)算電機(jī)額定功率與額定轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊減（變）速器電機(jī)與電器，表16-1-51，選擇YEJ132S-4，額定功率為5.5kw，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。3.1.2 回轉(zhuǎn)傳動比確定1)根據(jù)給定工作臺轉(zhuǎn)速n=0.0280.28r/min,則總傳動比i=1440/(0.0280.28)=514351430.初選i= ，n= r/min.2) 分配傳動比選擇減速機(jī)傳動比i= ，齒輪傳動比i= ，此時減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T= Nm。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)書開式齒輪傳動h=0.94，從動輪輸出轉(zhuǎn)矩T= T i h= ，T= >T=39700N，滿足轉(zhuǎn)矩要求。3.1.3 齒輪傳動設(shè)計(jì)1. 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。2） 焊接變位機(jī)回轉(zhuǎn)速度不高，故選用7級精度（GB 10095-88）。3） 材料選擇。小齒輪材料選擇40Cr，調(diào)質(zhì)，齒面淬火處理，硬度 HRC；大齒輪材料45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面淬火，硬度 HRC。4） 初選小齒輪齒數(shù)z= ，大齒輪齒數(shù)z= i z= ，取z= 。2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即d=2.32（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值1） 試選載荷系數(shù)K=1.1。2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。T=9.5510P/n= Nm3） 由表10-7選取齒寬系數(shù)= 。4） 由表10-7查得材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8MPa。5） 由圖10-21e按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞極限= MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限= MPa。6） 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。N=60njL=60 11030016=N=60njL=60 11030016=7） 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)K= ；K= 。8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率1，安全系數(shù)S=1，則【】= K/S= MPa【】= K/S= MPa（2） 計(jì)算1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑d，代入【】中較小的值。d2.32= mm= mm2）計(jì)算圓周速度v。v=p d n/601000= m/s= m/s。3）計(jì)算齒寬b