自调式焊接滚轮架设计.docx

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自调式焊接滚轮架设计

摘要

焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。

焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。

焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。

焊接滚轮架按结构形式分为两类：

第一类是长轴式滚轮架。

第二类是组合式滚轮架。

本文主要对自调式式20T焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。

结果表明各主要部件符合要求。

该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。

设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。

关键词：

焊接；工装夹具；滚轮架；校核；合理性

Abstract

Weldingequipmentisamachinewhichisusedinweldingproductionandweldingprocesses,anditisconducivetoweldingproductionmechanizationandautomation,toimprovingassemblywelding-quality.Thenitcouldpromptetospeeduptheprocessofweldingproductionofthevariousassistivedevicesandequipment.WeldingrollerisusedinitiativeandweldingpiecesofthewheelbetweentheMountrelaydrivenweldingrotatingmechanicaldeformation.Weldingrollerstandsforthemainpiecesoftubeweldingandweldingassembly.Weldingrollerstandingbystructuralformisdividedintotwocategories:

thefirstcategoryislongaxis-wheelframe.,thesecondcategoryismodularrollerframe.Inthispaper,twentypairsofmodularT-weldedwheelforthedesign,aswellasaxial,bondandothermaincomponentofchecking.Theresultsshowedthatthemaincomponentstomeettherequirements.Therollerframestructureissimple,flexible,adaptiveweldedpiecesofastrong,whichisthemostwidelyusedformofthestructure.Anditcouldbefullyconsideredtherollerframereasonableandeconomic,andotherfactors.

Keywords：

weld,frockclamp,turningrolls;check;rationality

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

Abstract……………………………………………………………………………II

目录…………………………………………………………………………………III

第1章绪论…………………………………………………………………………1

第2章焊接机械概述……………………………………………………………2

2.1焊接的应用…………………………………………………………………2

2.2焊接机械装备………………………………………………………………2

2.2.1焊接机械装备的分类…………………………………………………2

2.2.2焊接机械设备在焊接生产中的作用…………………………………3

2.3焊接工装夹具………………………………………………………………4

2.3.1焊接工装夹具的分类…………………………………………………4

2.3.2焊接工装夹具的特点…………………………………………………5

2.3.3焊接工装夹具的设计要求……………………………………………6

2.3.4焊接工装夹具设计方案的确定………………………………………7

2.3.5焊件在夹具中的定位…………………………………………………8

2.4焊接变位机械………………………………………………………………10

2.4.1焊接变位机械的分类………………………………………………10

2.4.2焊接变位机械应具备的性能…………………………………………11

2.5几类焊接机械设备的具体介绍……………………………………………12

2.5.1焊接变位机……………………………………………………………12

2.5.2焊接翻转机……………………………………………………………13

2.5.3焊接操作机……………………………………………………………14

2.5.4焊接滚轮架……………………………………………………………14

2.5.5关于滚轮架轴向窜动的问题…………………………………………16

第3章方案的选择与确定……………………………………………………17

3.1自调式滚轮架的特点………………………………………………………17

3.2滚轮驱动方案………………………………………………………………17

3.3减速装置的选择……………………………………………………………17

3.4联轴器的选用………………………………………………………………20

3.5滚轮架滚轮的设计…………………………………………………………21

3.6轴的设计……………………………………………………………………22

3.7轴承的选用…………………………………………………………………25

3.8键的选用……………………………………………………………………25

第4章计算和校核……………………………………………………………26

4.1焊接滚轮架的设计计算……………………………………………………26

4.1.1驱动圆周力与摩擦阻力的计算………………………………………26

4.1.2滚轮支反力的计算…………………………………………………28

4.1.3驱动圆周力与支反力及中心角的确定………………………………29

4.2轴的校核……………………………………………………………………31

4.3滚轮处键的校核……………………………………………………………35

4.4轴承寿命计算………………………………………………………………36

第5章结论………………………………………………………………………38

参考文献…………………………………………………………………………39

致谢…………………………………………………………………………………41

附件1………………………………………………………………………………42

附件2………………………………………………………………………………62

第1章绪论

本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后进行的。

这是我们对所学的各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。

因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。

另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼：

（1）运用机械设计课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，根据此装置的作用，通过现实中的要求完成此装置的设置，使其达到设计的要求。

（2）提高结构设计能力。

通过设计焊接滚轮架的训练，获得设计某一装置的设计理念，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的装置的能力。

（3）学会使用手册以及图表资料。

掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。

就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。

第2章焊接机械概述

2.1焊接的应用

焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。

焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的50％左右需采用焊接工艺才能形成产品；在石油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着重要而广泛的应用。

许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。

现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动条件、提高生产率、促进文明生产的目的。

但是，焊接生产是综合性生产，在焊件制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有许多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、矫正等工序。

因此，焊接生产的机械化、自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括与焊接工序衔接的上下各工序的机械化、自动化，只有各个工序机械化、自动化了，才能实现焊接生产的综合机械化和自动化。

2.2焊接机械装备

2.2.1焊接机械装备的分类

焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合．有利于实现焊接生产机械化、自动化，有利于提高装配一焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助机械装置和设备。

这里称之为辅助机械装置和设备，是为了和焊机相区别。

焊机是焊接生产过程中的核心设备，它包括焊接电源、焊接控制箱、焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。

而焊接机械装备相对于焊机是处于辅助地位的，是配合焊机进行焊接生产的机械装置和设备。

它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械、焊件输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理与桔整装置等。

它们又是焊接机械装备的从属装置。

焊接机械装备分为

（1）焊接工装夹具（按动力源分类）：

手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，电动夹具，真空夹具，混合式夹具

（2）焊接变位机械：

焊工变位机械（焊工升降台），焊机变位机械（焊接操作机，电焊渣立架），焊件变位机械（焊接变位机，焊接回转台，焊接翻滚机，焊接滚轮架），（3）焊接输送机械：

上料装置，配料装置，卸料装置，传送装置，各种专用吊具（4）其他从属装置：

导电装置，焊剂输送与回收装置，焊丝清理及盘丝装置，埋弧焊焊剂垫，坡口准备及焊缝清理与精整装置，吸尘及通风装置。

从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。

通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的变化重复使用。

它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。

由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。

专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。

这种装备专业性强、生产宰高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。

例如：

专用焊接工装夹具、专用焊接机床就用于这类装备

2.2.2焊接机械设备在焊接生产中的作用

焊接机械装备对焊接生产的有利作用有如下几个方面：

1）采用焊接工装央具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置．从而保证了装配精度，加快了装配作业的进程。

此外，在焊接工装夹具上大都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。

2）由于焊件在央具中可强行夹固或预先给予反变形，所以能控制或消除焊接变形。

3）采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件的互换性能；焊件上的配合孔、配合槽等机械加工要素可由原来的先焊接后加工改为先加工后焊接，从而避免了大型焊件烬后加工所带来的困难，有利于缩短焊件的生产周期。

4）采用焊接变位机械，可缩短装配和施焊过程中焊件翻转变位的时间，减少了辅助工时，提高了焊机利用率和焊接生产率。

5）采用焊接变位机械可使焊件处于员有利的施焊位置--水平及船形位置上进行焊接。

这有利于操作，有利于保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规范，充分发挥焊接方法的效能。

6）采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。

例如，埋弧焊机配合相应的焊接装备后，可完成内外环缝、空间曲线焊经的焊接和空间曲面的堆焊。

7）采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作，人仅处于控制机械的地位，减少了人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求。

8）采用焊接机械装备后、可便装配和焊接集中在一个工位上完成，可减少工序数量．节约车间使用面积。

9）只有与焊接机械装备相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。

例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境中进行焊接作业，都需要与相应的焊接机械装备相配合才能实现。

10）欲使焊接工序本身实现机械化和自动化，或者使焊接生产过程实现综合机械化、自动化，都需要焊接机械装备舶配合才能实现。

总之．焊接机械装备对焊接生产的有利作用是多方面的。

总括而言，就是保证焊接质量，提高焊接生产串，改善工人的作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程四个方面。

因此，无论在焊接车间或是在施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从面获得了广泛的应用。

2.3焊接工装夹具

2.3.1焊接工装夹具的分类

焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。

在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。

我们把用来装配以进行定位焊的夹具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。

它们统称为焊接工装夹具。

焊接工装夹具按动力源分为七类：

手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，真空夹具，电动夹具，混合式夹具。

一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。

在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具（又称为胎具或专用夹具）。

其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。

定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。

夹紧机构是夹具的主要组成部分，其结构形式很多，且相对复杂，驱动方式也多种多样。

在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。

这种多动力源夹具．称做混合式夹具。

在先进工业国家里，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化．在工艺设计时进行选用即可。

我国焊接工作者，正进行着这方面的研究开发工作，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的夹紧机构出现。

2.3.2焊接工装夹具的特点

焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点；

1）由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。

而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。

2）在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。

因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。

机床夹具则不然，除少数加工细长件的夹具，如加工光杠、丝杠用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，其他夹具均对工件作刚性夹固。

3）对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少．更便于从夹具上取下。

对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。

4）对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。

面机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。

5）与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。

例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。

但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电和绝缘的问题。

6）焊接工装夹具一般比机床夹具大。

装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和质量。

7）焊接工装夹具主要用来保证焊接结构各连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度，而机床夹具主要用来保证零件的加工精度。

8）除精密焊件所用的夹具外，一般焊接工装夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度均低于机床夹具的相应指标。

以上八点是焊接工装夹具与机床夹具的主要不同之处，设计焊接工装夹具时，要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具，能满足使用要求。

2.3.3焊接工装夹具的设计要求

1）焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。

特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。

2）焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。

所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。

夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。

3）夹紧可靠，刚性适当。

夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。

4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。

5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝村垫等措施。

6）接近焊接部位的夹具．应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。

7）夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。

8）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹县提出的特殊要求。

例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。

再如，真空电于束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。

9）用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。

10）在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。

11）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。

12）尽量选用已通用化、标准他的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。

2.3.4焊接工装夹具设计方案的确定

确定工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。

当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。

同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。

除此之外．还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。

由于上述各因素都不是孤立存在的．它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因

素进行综合分析，只有全盘考虑，才能制定出最佳的设计方案。

具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑：

1）焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。

其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。

2）装焊工艺对夹具的要求。

例如与装配工艺有关的定位基面、装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。

再如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。

3）装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装配夹具和焊接夹具。

这往往与下述因素有关：

（1）在装焊夹具上，焊件的所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。

（2）从装配夹具上取下由装配点定好位的部件时，是否会破坏各零件的相互位置。

若部件刚性不好，则会发生整体变形，甚至定位焊点发生开裂，使已装配好的零件发生位置变化。

（3）装配时不需要使焊件翻转变位，而在焊接时，则需要使焊件翻转变位，这样，若采用装焊夹具方案，是否会使夹具结构复杂化。

（4）装配夹具，其定位器和夹紧机构较多，若用于焊接，是否影响焊接机头的焊接可达性；焊接夹具，为了防止焊件变形，虽具有较大的刚度和强度，但用于装配时，能否承受装配时的锤击力。

（5）装、焊作业若在同一夹具上完成，能否合理地组织装配工人、焊接工人相互协调作业。

（6）车间的作业面积和起重运输设备的负荷能力是否允许装配和焊

接作业分别在各自的夹具上进行。

4）焊件酌产量。

例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。

在中小批量生产中，夹具主要以保证装焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单、适应性广的通用夹具，使夹具的结构方案与焊件的产量相匹配。

2.3.5焊件在夹具中的定位

（一）物体定位原则--六点定则

在进行装焊作业时，首先应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直将其保持在原来的位置上。

我们把焊件按图样要求得到确定位置的过程称为定位；把焊件在装好作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。

为了使焊件在夹具中得到要求的确定位置，应先研究一下物体在空间的位置

图2-1物体的定位

是怎样被确定下来的。

一个物体A如果在空间不与任何其他物体发生联系，那么相对于空间互相垂直的三个坐标轴就有六种活动的可能性，见图1-1a，其中三种是分别沿x、y、z轴的移动，另三种是分别统x、y、z轴的转动。

物体的这种活动可能性叫做自由度。

因此一个物体有六个自由度，这六个自由度被消除了，则物体在空间的位置就完全被确定了，所以自由度也是决定物体空间位置的独立参数。

如图2-1b所示，如果我们在xOy面上放一块平板B来支承物体A，这时物体A在这个平面上只能沿Ox轴和Oy轴移动和绕Oz轴旋转，而不能沿Oz轴移动和绕Ox轴和Oy轴旋转，否队物体A将脱离平板B。

这说明文承扳B消除了物体A的三个自由度。

如果我们再