100t焊接滾輪架設(shè)計

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1、100t可調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計 100t可調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計 專業(yè)： 班級： 指導老師： 時間： NO.17 摘 要 焊接裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化，自動化，有利于提高裝配焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助裝置和設(shè)備。焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉(zhuǎn)的變位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與

2、焊接。焊接滾輪架按調(diào)節(jié)方式分為兩類：第一類是自調(diào)式式滾輪架。第二類是可調(diào)式滾輪架。本文主要對可調(diào)式100T焊接滾輪架進行設(shè)計，并對軸、鍵等主要構(gòu)件進行了校核。結(jié)果表明各主要部件符合要求。該滾輪架結(jié)構(gòu)簡單，使用方便靈活，對焊件的適應(yīng)性很強。設(shè)計中充分的考慮了滾輪架的合理性和經(jīng)濟性等因素。 　　關(guān)鍵詞：焊接；工裝夾具；滾輪架 目 錄 1 緒論…………………………………………………………………3 2 設(shè)計參數(shù)……………………………………………………………4 3 主要性能能與特點…………………………………………………5 4 產(chǎn)品適用工

3、作環(huán)境及工作條件……………………………………5 5 產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)………………………………………………………6 6 關(guān)于滾輪架軸向竄動的問題………………………………………8 7 其參數(shù)計算過程……………………………………………………10 7.1 驅(qū)動圓周力與摩擦阻力的計算…………………………10 7.2 滾輪支反力的計算…………………………………………13 7.3驅(qū)動圓周力與支反力的分析及中心角的確……………14 8 總結(jié) …………………………………………………………………16 9 參考文獻……………………………………………………………16

4、 1 緒論 隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展 ,對焊接生產(chǎn)的機械化和自動化提出了越來越高的要求 ,焊接機械設(shè)備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為滿足市場需要而設(shè)計生產(chǎn)的。焊接滾輪架是一種焊接輔助設(shè)備，常用于圓筒類工件內(nèi)外環(huán)縫和內(nèi)外縱縫的焊接。包括底座、主動滾輪、從動滾輪、支架、傳動裝置，動力裝置驅(qū)動等組成。傳動裝置驅(qū)動主動滾輪，利用主動滾輪與圓筒類工件之間的摩擦力帶動工件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)變位，可實現(xiàn)工件的內(nèi)外環(huán)縫和內(nèi)外縱縫的水平位置焊接，配套自動焊接設(shè)備可實現(xiàn)自動焊接，能大大提高焊縫質(zhì)量，減輕勞動強度，提高工作效率。焊接滾輪架還可配合手工焊或作為檢測、裝配圓筒體工件的設(shè)備。 焊接滾輪架特點是在焊

5、接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，焊接滾輪架 從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質(zhì)接頭。 2、設(shè)計參數(shù) 按照需要，該滾輪架的技術(shù)參數(shù)如下： 金屬滾輪規(guī)格：Φ540×150 滾輪軸承直徑：86×106mm 可調(diào)中心距：550~3000㎜ 滾輪架最大載重：100t 工件直徑：600~6000mm 三相異步電動機： 額定功率

6、:3.0kw 額定電壓:380v 額定電流:6.82A 額定頻率:50HZ 額定轉(zhuǎn)速:1430r/min 減速箱減速比：2383 ～ 3575 絲杠轉(zhuǎn)速：60 ～ 80 r/min 與絲杠相連電動機規(guī)格： 產(chǎn)品型號：YB2-90S-1.1KW-4 額定功率：1.1Kw? 額定電壓：380v 額定轉(zhuǎn)速：1440 r/min 與絲杠相連減速箱減速比：18 ～ 24 3、主要性能與特點 ①焊接滾輪架是以設(shè)定的速度帶動焊件旋轉(zhuǎn)的焊接變位設(shè)備； ②按照技術(shù)要求，通過調(diào)節(jié)不同的中心距及滾輪的直徑均可有效的解決錐形筒體環(huán)縫的焊接問題； ③設(shè)

7、計專用靠輪有效的減小或避免了軸向竄動問題； ④根據(jù)工件直徑大小不同，移動滾輪組，調(diào)節(jié)滾輪中心距，可用于管道、容器、鍋爐、油罐等圓筒形工件的裝配與焊接； ⑤此滾輪架滾輪旋轉(zhuǎn)采用交流電機驅(qū)動、變頻調(diào)速，具有調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)動平滑性好，低速特性硬等特點。 4、產(chǎn)品適用工作條件及工作環(huán)境 1、工作條件 ①海拔高度不超過1000m ②周圍空氣溫度范圍：0℃ ～ 40℃ ③空氣相對濕度：在日平均溫度不大于25℃時，最濕月份的平均最大相對濕度為90%。 ④電網(wǎng)電壓波動：±10%內(nèi)（當電網(wǎng)頻率為額定值時） ⑤電網(wǎng)頻率波動：≤±1%（當電網(wǎng)電壓為額定值時） 2、工作環(huán)境 設(shè)備應(yīng)安置在無嚴重危

8、害或影響滾輪架正常使用的爆炸性或腐蝕性工業(yè)氣體、水蒸汽、鹽霧和化學性沉積物處，并應(yīng)遠離劇烈震動和顛簸的場合。 5產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu) 該系列產(chǎn)品均為組合式滾輪架，其主動滾輪架、從動滾輪架都是獨立的，它們之間根據(jù)工件重量和長度可任意組合，其組合比例可以是一主一從的組合，也可以是一主兩從、一主三從等組合，使用方便靈活，對焊件的適應(yīng)性強。主動架、從動架俯視圖如圖所示： 主動架結(jié)構(gòu)簡圖如圖17所示： 圖17主動架結(jié)構(gòu)簡圖 主動架主要由底座、滾輪、旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。 ①底座 采用型鋼焊接而成的框架結(jié)構(gòu)保證了良好的剛性和工作狀態(tài)中設(shè)備的穩(wěn)定性。 ②滾

9、輪 主動架和從動架上各有兩只滾輪，100噸以下滾輪均采用鋼膠組合輪，將特種橡膠壓注在鋼輪體上而成，承載能力大，驅(qū)動能力強。如圖18所示。 圖18滾輪架工作簡圖 ③旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu) 主動架上的兩只滾輪分別由兩臺電機直聯(lián)型雙級蝸輪蝸桿減速器驅(qū)動形成回轉(zhuǎn)驅(qū)動力，從動架只有兩組被動輪。 ④控制系統(tǒng) 采用進口變頻器無級調(diào)速，調(diào)速范圍大，精度高，起動扭矩大，驅(qū)動能力強，高可靠性，多種自我保護功能，免維修。 本滾輪架主動輪采用可調(diào)式，從動輪采用固定式已達到其技術(shù)要求（主動輪采用固定式，從動輪采用可調(diào)式也可滿足要求）。 6關(guān)于滾輪架軸向竄動的問題 如果滾輪和焊件都是理想的圓柱體，且各滾輪尺寸

10、一致，并且其轉(zhuǎn)動軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件軸線平行時，放在滾輪架上的焊件是不會產(chǎn)生軸向竄動的，這是理想情況。但實際上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圓柱體。 多次試驗證明將主、從滾輪架在水平和軸向上的位置找好，固定下來，下次再用時仍會竄動。即便是同一個焊件，此時調(diào)整后已不再竄動，但換個方向旋轉(zhuǎn)或?qū)⒃摵讣跗鹨苿游恢煤笤俜诺綕L輪架上，該焊件又會竄動了，更不用說換另外一個焊件了。 國內(nèi)一些工廠采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，這種辦法對設(shè)備和焊件都有損害，實屬無奈。國外制作的防竄滾輪架，雖能滿足要求，可惜價格較昂貴。 理論和實踐都證明：影響焊件做軸向竄動的主

11、要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。因此，在制造和使用焊接滾輪架時，首先要盡量做到：①主、從滾輪架都位于同一中心線上。②各滾輪的軸線都在一個水平面內(nèi)且相互平行。③滾輪間距相等。 實際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動，其焊件本身是在作螺旋運動，如能采取措施，把焊件的左旋及時地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮敝梁讣辉僮髀菪\動為止。[9] 目前，已有三種執(zhí)行機構(gòu)可完成此任務(wù)： （1）頂升式執(zhí)行機構(gòu)　從動滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升降運動，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點是制造成本高，體積大。 （2）偏移式執(zhí)行

12、機構(gòu)　從動滾輪架的兩側(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)點是靈敏度高，但最大的缺點是對滾輪的磨損太大。 （3）平移式執(zhí)行機構(gòu)　從動滾輪架的兩側(cè)滾輪可以同時垂直于焊件軸心線做水平移動，從而達到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是穩(wěn)定性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不占用額外的安裝空間。 主動輪轉(zhuǎn)速控制 我們的目的是要檢測出焊件在軸線方向上的竄動位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側(cè)面檢測方式和在焊件端面檢測方式。筒壁側(cè)面檢測方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)分量，再加上打滑、筒體

13、表面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來是不容易的。在焊件端面檢測方式是目前貫用的檢測方式，這種檢測凡是不可避免地受到焊接焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對焊件的受測端面進行加工。但對大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費用也就越大。能否降低對端面加工的要求，就顯得重要起來。比如，工藝要求焊件的軸向竄動量不大于±2mm，可是焊件的受測端面不平度卻大于±2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動是衡量防竄滾輪架是否實用的重要指標之一 7其參數(shù)計算過程 7.1 驅(qū)動圓周力與摩擦阻力的計算 圖1所示為典型滾輪架焊件的受力圖，圖中，2為一列主動滾輪，3為

14、一列從動滾輪。當重量為G、其偏心距e=0的筒體焊件1靜置在主、從動滾輪座上時，則主、從動滾輪上的支反力相等，即 Ff=G2cosα2=GD+Dr2(D+Dr)2-L2 （1-1） 式中 α——中心角； D——焊件直徑； Dr——滾輪直徑； L——主從動滾輪之間的橫向距離。 若焊件偏心距不為零，在主動滾輪圓周力F1的作用下，反時針轉(zhuǎn)動，則焊件的受力情況如圖1所示。圖中F2是焊件借助摩擦力帶動從動滾輪轉(zhuǎn)動時，滾輪作用到焊件上的反力。為了便于分析特通過焊件轉(zhuǎn)動中心O，作兩個大小相等、方向相反、并在同一作用線上的F1力。這樣，其中一個F1力與主動輪上的圓周力F

15、f1構(gòu)成力偶，使焊件轉(zhuǎn)動，另一個F1力沿兩個支反力方向分解成F3、F4兩個分力。顯然，焊件在轉(zhuǎn)動過程中所受的滾輪支反力，在基本支反力Ff的基礎(chǔ)上有分別增加了F3'和F4'（圖中未畫出）。因此，主、從動滾輪分別作用到焊件上的支反力為 Ff1=Ff+F3+F3' Ff2=Ff+F4+F4' （1-2） 由圖1知 F3=-F1tanα F4=F1sinα F3'=F2sinα

16、 F4'=-F2tanα （1-3） 將式（1-1）、（1-3）代入式（1-2）得 Ff1=G2cosα2-F1tanα+F2sinα Ff2=G2cosα2+F1sinα-F2tanα （1-4） 主動滾輪上的圓周力形成的主力矩F1R首先要克服偏心阻力矩Ge，其次還要克服從動輪處的反力矩F2R，故焊件的力矩平衡方程式 F1R=Ge+F2R 即

17、 F1=GeR+F2 （1-5） 式中 R——焊件半徑。 從動滾輪給予焊件的反力實為滾輪的摩擦阻力，即 F2=Ff2fdr+2μDr （1-6） 式中 D r——滾輪軸徑； f——滾輪與滾輪軸的摩擦因數(shù)（滑動軸承f=0.1，圓錐滾子軸承f=0.02）； μ——滾輪與焊件表面之間的滾動摩擦因數(shù)（鋼輪取0.6~0.8mm）。 將式（1-6）代入式（1-5）得 F1=GeR+Ff2f

18、dr+2μDr （1-7） 將式（1-4）、（1-5）、（1-7）聯(lián)立，解出主動輪上的圓周力 F1=Gε+ε+sinα2bsinα+cosα-1 （1-8） 將式（1-8）代入式（1-5），得出從動輪給予焊件的反力 F2=Gε+sinα2bsinα+cosα-1 （1-9） 上兩式中 ε——偏心系數(shù)，且ε=eR； b——

19、與滾輪幾何尺寸和材料有關(guān)的系數(shù)，且 b=Drfdr+2μ 對于均勻的筒形焊件，因e=0，故有 F1= F2=Gsinα2bsinα+cosα-1 （1-10） 7.2 滾輪支反力的計算 架在滾輪座上的筒體轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動圓周力 F1和反力 F2將使支反力Ff1、Ff2發(fā)生變化。實際上，焊件只有按圖1所示位置逆時針轉(zhuǎn)動時，因 F1、 F2力的方向向下，才使Ff1、Ff2的數(shù)值增大，且增大

20、的份額往往超過因α角增加或者摩擦因數(shù)f、μ增加而增大的份額。如果焊件順時針轉(zhuǎn)動，則 F1、 F2方向向上，F(xiàn)f1、Ff2的數(shù)值減小。所以，計算滾輪最大支反力時，應(yīng)以圖1所示的焊件重心位置和轉(zhuǎn)向為準進行計算。 將式（1-8）和（1-9）代入式（1-4），即得到焊件轉(zhuǎn)動時主、從動滾輪作用到焊件上的支反力。 Ff1=G2cosα21-εcosαsinα2+ε+sinα2bcosα2-sinα2 （1-11） Ff2=G2cosα21+εsinα2+ε+sinα2bcosα2-s

21、inα2 （1-12） 當ε=0時 Ff1= Ff2=G2cosα21+sinα2bcosα2-sinα2 （1-13） 7.3 驅(qū)動圓周力與支反力的分析及中心角的確定 圖2是單位焊件重量圓周力 KF(=F1G) 與中心角α的關(guān)系曲線。兩條曲線都是用滾輪直徑Dr=410mm、滾輪軸徑dr=70mm的標準組合式滾輪架做出的，但曲線1所用為圓錐滾子軸承，軸承的誘導摩擦因數(shù)f=0.02，滾輪處的滾動摩擦因數(shù)μ=3mm。圓周力 F1是根據(jù)圖1按式（1-10）算出的，所以該曲線反映的是e=0時α角對應(yīng)的最大 KF值。 分析圖2可得出如下結(jié)論： 1）

22、當G一定時，在α=20°~70°范圍內(nèi)，支反力和驅(qū)動圓周力的變化較小。對滾動軸承，圓周力 F1≈0.1G；對滑動軸承， F1≈0.02G；支反力 Ff≈(0.5~0.6)G。即滾輪軸承無論采用滾動的或是滑動的，都對 Ff值影響不大，但對 F1值影響較大。 2）當α由70°增至130°時，主動滾輪的驅(qū)動圓周力將增加1倍。對滾動軸承， F1≈0.02G；對滑動軸承， F1≈0.04G；支反力也增加了1倍， Ff≈1.2G。 3）當α>130°時，支反力和驅(qū)動圓周力急劇增大，α在160°～165°時達到崩潰值，因此α角的許用上限應(yīng)小于130°，一般不超過120°。 4）在同一α值情況下，若將滾

23、輪軸上的滾動軸承改為滑動軸承，則驅(qū)動圓周力 F1將增加1倍，因此驅(qū)動功率也增加1倍，但是支反力變化不大。 因此，從降低能耗、節(jié)省運行費用的角度出發(fā)，應(yīng)設(shè)計或選用滾輪軸承為滾動軸承的焊接滾輪架。另外，中心角的使用上限應(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所示，當α角給定后，偏心距只有滿足 e≤D2sinα2 焊件才不致從滾輪架上掉下而破壞其穩(wěn)定性。 實際應(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，通常中心角α應(yīng)不小于40°，甚至在偏心距等于零時，也應(yīng)采用此值。 我國制定的焊接滾輪架行業(yè)標準中規(guī)定，中心角α應(yīng)在45° ～110°

24、范圍內(nèi)選取，因此，與此對應(yīng)的許用焊件直徑 D=Lsinα2-Dr 當αmin=45°和αmax=110°時 Dmax=L0.38-Dr Dmin=L0.82-Dr 8、總結(jié) 對本次100T可調(diào)式焊接滾輪架的機械設(shè)計總結(jié)如下 1.本文所論述的是組合式焊接滾輪架的整體以及各部件的設(shè)計以及主要部件的校核。其中包括了傳動部分，工作裝置，輔助裝置及機架的設(shè)計及軸、鍵、軸承等的校核 2.本焊接滾輪架中心距可調(diào)，可適用于直徑600mm—6000mm的筒形工件焊接。 3.本焊接滾輪架額定載荷為100T

25、,主要應(yīng)用于厚壁輕型筒形工件的焊接，也可用于工件的裝配，及焊接檢驗等工作。 4.本焊接滾輪架多采用標準件制造，機架多采用標準型鋼制造，工藝簡單，成本低廉，便于維護和保養(yǎng)，使用壽命長。 5.本焊接滾輪架具有結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并且可以根據(jù)焊件的特點任意組合等優(yōu)點。 9.、參考文獻 [1] 陳煥明主編. 焊接工裝設(shè)計.北京：航空工業(yè)出版社，2006 [2] 李慶華主編. 材料力學 （第二版）.成都：西南交通大學出版社，2002 [3] 成大先主編. 機械設(shè)計手冊 （第四版）.北京：化學工業(yè)出版社，2002 [4] 朱孝錄主編. 機械傳動裝置選用手冊 .北京：機械工

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