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座式焊接变位机设计毕业论文
座式焊接变位机设计毕业论文
本科毕业设计（论文）
座式焊接变位机设计DesignofHorizontalWeldingPositioner
学院:
机械工程学院专业班级:
机械设计制造及其自动化机械081学生姓名:
学号:
指导教师:
2012年6月
毕业设计,论文,中文摘要
座式焊接变位机设计
摘要:
焊接变位机已经成为现代机械制造行业的一种不可或缺的设备，在焊接领域可以将它划分为焊接辅助机，其型式和品种规格约有十余个系列、百余个品种，正在逐步形成一个新兴行业。
本设计题目是设计载重1000Kg，可进行全位置焊接的座式焊接变位机械。
主要内容是关于焊接时工作台与工件回转倾斜的控制、电机选择、减速器的选择、各个轴和轴承的确定以及校核等等。
设计的具体过程是根据任务书给定的载荷和焊接速度等参数来确定设备所需要的电动机类型，电动机参数，包括:
电动机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算第一级蜗杆传动轴的相关数据、第二级蜗杆传动轴的相关数据以及选择相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核。
最后使用CAD软件绘制相关的零件图纸、装配图纸。
关键词:
焊接变位机;座式;机械设计
毕业设计,论文,外文摘要
DesignofHorizontalWeldingPositioner
Abstract:
Weldingpositionerhasbecomeindispensablemanufacturingequipment,intheweldingareaitcanbedesignatedasweldingauxiliarymachines.Theproducts
specificationsonthetypeofcase,hasbeenavailable,andnearlyadozenmoreseries,morethanonehundredvarietiesandspecifications,andisforminganewindustry.
Thissubjectisdesignedtoload1000Kg,forallpositionweldingofBlockVariable-bit
machines.Mainlyontheweldingmachineoftherotaryturningthecontrol,motorselection,thechoiceofreducer,wormshaftandbearingallthedeterminationandchecking,andsoon.Thespecificprocessdesignisbasedonthecommitments,which
givesloadandweldingspeedtodeterminethemotortypesandmotorparameters,
whichequipmentneededto,including:
motorspeed,ratedpower,voltageandcurrent,calculatedonthebasisofthisaxisandthecorrespondingpartsofthemodelsize,anditsassociatedstrength,servicelifecanbechecked.FragmentusingCADsoftware,therelevantpartsdiagram,assemblydrawingout.
Keywords:
weldingpositioner;seater;mechanicaldesign
1绪论………………………………………………………………………………12焊接变位机的性能及结构………………………………………………………12.1焊接变位机………………………………………………………………………1
2.2焊接变位机应具备的性能………………………………………………………22.3焊接变位机的功能及结构形式…………………………………………………32.4全功能焊接变位机及主自由度…………………………………………………33焊接变位机方案设计……………………………………………………………43.1焊接变位机整体方案设计………………………………………………………43.2座式焊接变位机的用途及结构形式……………………………………………53.3焊接变位机的驱动系统………………………………………………………53.4设计方案简介……………………………………………………………………54回转机构的设计…………………………………………………………………64.1回转机构传动简图………………………………………………………………64.2原始数据…………………………………………………………………………64.3工作条件…………………………………………………………………………64.4电动机的选择…………………………………………………………………64.4.1倾斜机构电动机的选择………………………………………………………74.4.2回转机构电动机的选择………………………………………………………75回转机构减速器的设计…………………………………………………………75.1总传动比…………………………………………………………………………75.2总传动比的分配…………………………………………………………………85.3传动装置的运动和动力参数的设计……………………………………………85.3.1各轴的转速……………………………………………………………………85.3.2各轴的功率……………………………………………………………………85.3.3各轴的转矩……………………………………………………………………85.3.4各数据汇总……………………………………………………………………86传动零件的设计…………………………………………………………………86.1同步带传动的设计………………………………………………………………96.2第一级蜗杆传动的设计…………………………………………………………116.3第二级蜗杆传动的设计…………………………………………………………126.4第一级蜗杆轴的设计……………………………………………………………13
6.5第二级蜗杆轴的设计……………………………………………………………146.6第二级蜗轮轴的设计……………………………………………………………156.7轴的校核…………………………………………………………………………166.8键的选择…………………………………………………………………………17结论…………………………………………………………………………………19致谢…………………………………………………………………………………20参考文献……………………………………………………………………………21附录………………………………………………………………………………22
1绪论
焊接技术自发明至今已有百余年的历史，工业生产中的一切重要产品，如航空、航天及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接工艺,并且焊接质量的好坏直接影响产品质量的好坏以及整机性能。
所以改进焊接技术，提高焊接质量对现代化工业有着重要的作用，其中提高焊接机械化、自动化水平，实现焊接工艺及装备的现代化是改进焊接质量的一个重要方面。
一般来说，当焊件的质量较大或体积较大时，靠人工改变焊缝位置很不容易，且效率低下，在这样的焊接生产中，就会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这一实际需要，人们就设计制造了焊接变位机。
合适的变位机能将被焊工件的焊缝转动到最佳位置,从而提高焊接质量及生产效率，更避免了立焊、仰焊等情况出现。
变位机可以使工件上的接缝处于理想的船形位置或平焊位置，以方便进行焊接，是提高焊接效率和质量，降低劳动强度的有效工具。
另外,选择合适的变位机能降低工人的劳动强度以及生产成本,加强安全文明生产,有利于现场管理。
到如今，焊接变位机不仅仅是一种焊接辅助设备，它更是与与焊接操作机、焊接滚轮架并称为焊接辅助设备中三大机。
本设计主要是针对载荷1000kg座式焊接变位机机构进行设计计算，了解其工作原理及内部结构，运用所学知识，设计出可实际应用的产品。
焊接是制造业中最重要的工艺技术之一，它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。
而随着如今科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺，以及一种生产尺寸精确的制造成品的生产手段。
同时越来越多的焊接件被设计出来，人们对生产效率的要求也越来越高，传统的手工焊接已不能满足现代高科技产品对于质量和效率方面的要求。
因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展急需解决的问题。
通过焊接变位机工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置，再加上焊接变位与焊接操作机配合使用，实现焊接的机械化、自动化，提高焊接的效率和焊接质量是现代焊接工艺中必不可少的环节，而设计焊接变位机正是在这种情况下产生的。
2焊接变位机的性能及结构
2.1焊接变位机
焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装置。
焊接变位机械可分为三大类:
（1）焊件变位机械:
焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机。
（2）焊机变位机械:
焊接操作机和电渣焊立架。
（3）焊工变位机械:
焊工升降机等。
焊接变位机是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置于有利的焊接位置的焊件变位机械。
它主要用于机架、机座、法兰、封头等非长形工件的翻转变位和焊接。
焊接滚轮架是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊件变位机械。
它主要用于筒形工件的装配与焊接，是锅炉容器生产中的常用工艺装备。
焊接回转台是一种简化的焊接变位机，它将工件绕垂直轴回转或者固定某一角度倾斜回转，主要用于回转体工件的焊接、堆焊与切割。
焊接翻转机是将工件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利的焊接位置的焊件变位机。
它主要适用于梁柱、框架、椭圆容器等的焊接。
焊接操作机的作用是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。
焊接操作机与变位机、滚轮架等配合使用，可完成纵缝、环缝、螺旋缝的焊接，还可以用于自动堆焊、切割、探伤、打磨、喷漆等作业。
2.2焊接变位机应具备的性能
一般来说，通用的焊接变位机械应具备的性能有以下几点:
1焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围，稳定的焊接运行速度，以及良好的结构刚度。
2对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。
3在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。
4与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度（点位控制）和运行轨迹精度（轮廓控制）应控制在0.1~2mm之间，最高精度应可达0.01mm。
5回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。
6有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。
7整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等赃物，应易被清除。
8焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能，以便集中控制和相互协调动作。
9工作台面上应刻有安装基线，并设有安装槽孔，能方便地安装各种定位器和夹紧机构。
10兼做装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。
11用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导
电、隔磁、绝缘等方面的要求。
2.3焊接变位机的功能及结构形式
焊接变位机按结构形式可分为三种:
1.伸臂式焊接变位机，如图2.3.1所示，其回转工作台安装在伸臂的一端并绕回转轴旋转，伸臂一般相对于某一转轴成角度回转，此转轴的位置多是固定的，但也有可在小于100?
的范围内上下倾斜的。
这两种运动都改变了工作台面回转轴的位置，从而使该变位机变位范围更大，作业适应性更好，但这种形式的变位机，整体稳定性较差。
伸臂式的焊接变位机在手工焊中应用较多。
2.座式焊接变位机，如图2.3.2所示，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支撑在机座上，工作台以焊速做回转运动，倾斜轴通过扇形齿轮或液压缸，大都在110?
~140?
的范围内恒速或变速倾斜。
该焊接变位机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于0.5~50t的焊件翻转变位。
是目前产量最大、规格最全、应用最广的结构形式。
常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。
3.双座式焊接变位机，如图2.3.3所示，该机不仅稳定性好，而且如果设计得当，可使焊件安放在工作台上后，随工作台倾斜的综合重心位于或接近倾斜机构的轴线，从而使倾斜驱动力矩大大减小。
因此，重型焊接变位机多采用这种结构。
1
3
4
2
5
1、回转工作台,2、伸臂,3、倾斜轴,4、转轴,5、机座
图2.3.1伸臂式焊接变位机
图2.3.2座式焊接变位机图2.3.3双座式焊接变位机2.4全功能焊接变位机及主自由度
如果一台变位机移动焊件，仅做直线运动，哪怕是三维的，也不可能改变焊
缝的姿态，满足施焊要求。
也就是说，变位运动是回转运动，称此回转运动为变位机的主自由度。
还可以做这样一个假设:
在X、Y、Z直角坐标系下，设有一空间直线焊缝，绕Z轴可在360?
范围内回转，且Z轴连同这一焊缝又可绕X（或Y）轴在?
180?
范围内回转，那么，经此种变位的焊缝，便可变位至船角焊位置进行作业。
换言之，一个焊口由两个面的共线MN和夹角α组成，在上述两个
MN与水平面平行，且这两个面与水回转范围内，经恰当的回转，便可使其共线
平面的夹角相等，各为α/2，即变为船角焊位置。
简单来说，任何复杂焊件，只要装在主自由度为一个全回转和一个半回转的焊接变位机上，即可实现船焊要求。
我们称这种双回转式焊接变位机为全功能变位机。
3焊接变位机方案设计
3.1焊接变位机整体方案设计
焊接变位机是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊接的机械装置。
使用焊接变位机可缩短辅助焊接时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。
本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。
工作台用于工件的停放和固定。
在台面上开沟槽，表面经网络状处理后增大了摩擦，一方面配合夹具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。
回转机构用于实现工作台上工件的回转。
其中有很多传动部分的设计。
传动机构设计的一般原则:
1、小功率传动选择结构简单、标准化较高的类型。
2、大功率传动首要考虑因素是传动的效率，减低功率的损耗。
3、易出现过载和载荷变化较大的传动选择有过载保护和能起缓冲作用的传动机构。
常见的如带传动。
4、工作环境较差选择封闭的齿轮和链传动。
5、传动精度要求较高选择蜗杆或者加工精度高的齿轮传动。
在设计中，一般采用两个或者两个以上的传动机构，如两级蜗杆传动。
这种情况下要考虑传动机构的布置，因为这对整个传动机构的平稳和效率都有影响，并且还影响机械的外形和尺寸。
传动机构布置的原则:
带传动:
承载能力小，在传动相同功率时，效率相比齿轮和蜗轮蜗杆要低，但是它的传动稳定性较好，并且缓冲好，故一般将其布置在传动的高速级。
齿轮传动:
传动效率高，又分为斜齿轮、圆柱齿轮、圆锥齿轮等，传动平稳性和均匀性逐个升高，故布置时也有低速级到高速级。
链传动:
传动不均匀，布置在低速级，在这次设计中并没有使用到链传动。
蜗杆传动:
承载能力比齿轮低，一般布置在高速级。
改变运动形式的传动，如:
连杆传动、凸轮传动、螺旋传动等，一般布置在传动机构的最后一级。
3.2座式焊接变位机的用途及结构形式
焊接变位机，是在焊接作业中将焊件回转并倾斜，将焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。
座式焊接变位机是焊接变位机的一种，如图3.2.1，其工作台连同回转机构通过倾斜轴支撑在机座上，工作台以焊速回转，倾斜轴通过扇形齿或液压缸，多在110?
~140?
的范围内恒速或变速倾斜。
该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于0.5~50t焊件的翻转变位。
1
3
2
4
1、回转工作台,2、倾斜轴,3、扇形齿轮,4、基座
图3.2.1座式焊接变位机结构简图
3.3焊接变位机的驱动系统
焊接变位机工作台的回转运动，采用交流电动机驱动。
工作台的倾斜运动有两种驱动方式:
一种是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜或通过螺旋副使工作台倾斜;另一种是采用液压缸直接推动工作台倾斜。
这两种驱动方式都有应用，在小型变位机上以电动机驱动为多，本次设计由于为1000Kg的小型变位机，因此采用第一种倾斜方式，即电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜。
工作台的倾斜速度为恒定。
另外，在驱动系统的控制回路中，有行程保护、过载保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。
3.4设计方案简介
本设计主要针对1000kg焊接变位机进行设计，该设计要求焊接变位机的载重量为1000kg，最大回转力矩为1500N?
m，最大倾斜力矩为1500N?
m，工作台
回转速度为0.1~0.6r/min，工作台倾斜速度为0.5r/min，工作台倾斜角度为0?
~120?
。
设计中，其回转系统由0.37kW直流电动机，通过同步带传动——第一级蜗杆减速——第二级蜗杆减速后，带动工作台回转，该系统总传动比在360~25600之间。
工作台的许用回转力矩为2606N?
m。
V供电、有足够的光照及通风换气条件、工作场地，环境设备要求交流220
温度应不超过40?
，相对湿度90%以下，海拔不超过1000m。
工作时间为3年，每天按8小时工作制计算。
4回转机构的设计
4.1回转机构传动简图
图4.1.11000kg座式焊接变位机回转机构传动简图4.2原始数据
本设计主要针对1000Kg焊接变位机进行设计，该设计的要求如下:
1、额定载重量:
1000Kg
2、最大回转力矩:
1500Nm
3、最大倾斜力矩:
1500Nm
4、工作台回转速度:
0.1~0.6r/min
5、工作台倾斜速度:
0.5r/min
6、工作台倾斜角度:
0~120?
4.3工作条件
设备要求交流220V供电、有足够的光照及通风换气条件、工作场地，环境温度应不超过40?
，相对湿度90%以下，海拔不超过1000m。
工作时间为3年，每天按8小时工作制计算。
4.4电动机的选择
4.4.1倾斜机构电动机的选择
由公式计算得P=0.079kW，故选择直流电动机Z2-31，额定电压为220V，W
额定转速为1500r/min。
选用带制动电动机的摆线针轮减速机，该减速机为外购件，型号为BWED130-473-0.75。
其中摆线针状减速器的传动效率一般在0.95左右。
在减速器外连接的三个圆柱齿轮的传动效率在0.96~0.99之间，为计算方便，都取0.98，还有两个滑动轴承，传动效率取0.96，故，翻转机构的总传动效率为0.86。
4.4.2回转机构电动机的选择
Pw电动机所需的输出功率为:
P,KWd,
其中:
P为工作机要求的输入功率，kW，η为由电动机至工作机的总效率。
W
根据要求，工作台回转速度为0.1~0.6r/min，最大回转力矩为1500Nm
Tnww,PKWw由公式得:
9550
1500Nm，0.6r/minp,,0.0942KWW9550
由电动机至工作机的总效率按照下式计算:
2,,,，,，,，,1234
其中:
η——带传动的效率。
1
η——轴承的效率。
2
η——第一级蜗轮蜗杆传动的效率。
3
η——第二级蜗轮蜗杆传动的效率。
4
所以:
2,,,,,,，，，1234
2,,0.96，0.98，0.75，0.70
,0.48
所以:
0.0942KWPwP,,,0.20KWd,0.48
查机械设计手册选得电动机Z3-12，其额定功率0.37kW，额定转速1500r/min，满载转速1410r/min。
5回转机构减速器的设计
5.1总传动比
i=n/n=1410/0.6=2350,其中n为电动机的满载转速，n为工作台的回转总mwmw
速度，故选用二级减速器。
5.2总传动比的分配
为使带传动尺寸不致过大，其中i是带传动的传动比，i是蜗杆传动的传动bg比，满足i可取i=1.4，则bgb
i=i/i=2350/1.4=1687.57总gb
又i=i×ii=30~80，g12g
=40。
即所以，取i=42，i12
第一级蜗杆传动比i=42，第二级蜗杆传动比i=40。
125.3传动装置的运动和动力参数的设计
传动装置的运动和动力参数，主要是指各轴的转速、输入功率和输入转矩。
他们是进行传动设计的重要依据。
5.3.1各轴的转速
n=n/i=1410r/min/1.4=1007.14r/min1mb
n=n/i=1007.14r/min/42=23.98r/min211
n=n/i=23.98r/min/40=0.60r/min322
n=n=0.60r/minw3
5.3.2各轴的功率
P=Pη=0.37×0.98kW=0.3626kW1mb
P=Pηη=0.3626×0.70×0.99kW=0.2513kW21gr
P=Pηη=0.2513×0.70×0.99kW=0.1741kW32gr
P=Pη=0.1741×0.99=0.1724kWW3r
其中，η是同步传送带的效率，η是蜗杆传动的效率，η是一对滚动球轴承bgr的传动效率。
5.3.3各轴的转矩
T=9550P/n=9550×0.37/1410N.m=2.51N.m0mm
T=9550P/n=9550×0.3626/1007.14N.m=3.44N.m111
T=9550P/n=9550×0.2513/23.98N.m=100.08N.m222
T=9550P/n=9550×0.1741/0.6N.m=2771.09N.m333
T=9550P/n=9550×0.1724/0.6N.m=2744.03N.mwww
5.3.4各数据汇总
表5.3.4传动机构各轴数据汇总表
参数电动机轴1轴2轴3轴工作台
转速/r/min14101007.1423.980.60.6
功率/kW0.370.36260.25130.17410.1724
转矩/N?
m2.513.44100.082771.092744.03
传动比1.442401
效率0.980.6930.6930.99
6传动零件的设计
6.1同步带传动的设计
确定设计功率P:
d
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