一种焊接设备翻转机构设计.docx

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一种焊接设备翻转机构设计

编号

无锡太湖学院

毕业设计（论文）

题目：

一种焊接设备翻转机构

信机系机械工程及自动化专业

学号：

学生姓名：

指导教师：

　（职称：

副教授）

（职称：

）

2013年5月25日

无锡太湖学院本科毕业设计（论文）

诚信承诺书

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文）一种焊接设备翻转机构是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

班级：

学号：

作者姓名：

2013年5月25日

无锡太湖学院

　信机　系　机械工程及自动化　专业

毕业设计论文任务书

一、题目及专题：

1、题目　　一种焊接设备翻转机构　　

2、专题　　

二、课题来源及选题依据

机构设计是机械专业学生应掌握的基本的专业知识，该翻转机构为某缸体的翻转机构，为企业在用设备，需运用机械原理，机械设计，工程力学等相关的综合知识。

通过设计，学生可以对机械制图，机械设备的运动原理，机构的设计，机械零件的加工，标准件的选用等专业知识得以综合运用，提高学生解决问题的综合能力。

课题稍难，在指导教师的指导下，可以在规定时间内设计完成。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

1、机构运动原理设计，绘制运动原理图；

2、绘制产品装配图；

3、典型非标件设计，对非标件进行结构及强度、刚度校核；

4、绘制全套非标零件图；

5.编写设计说明书（大于30页）；

四、接受任务学生：

班　　姓名

五、开始及完成日期：

自2012年11月12日至2013年5月25日

六、设计（论文）指导（或顾问）：

指导教师　　　　　　　签名

签名

　　　　　　　签名

教研室主任

　　　　　　〔学科组组长研究所所长〕　　　　　　　签名

　　　　系主任　　　　　　签名

2012年11月12日

摘要

本文阐述了大型缸体翻转提升机构的设计，设计只讲解了机械结构设计,设计主要是为了使得缸体在生产过程中更容易加工，更容易焊接。

机械结构部分采用了轴类转动和大平面式定位装置组成。

包括整体系统设计、翻转机构的设计、框架的设计等。

在设计中对传动轴和基本部件的强度进行了校荷，来保证其强度要求同时需要进行焊接部分的强度校荷，来最终确定设计方案。

焊接翻转机构的结构尺寸、平稳性、翻转的连续性以及制造成本对提高焊接效率和保证安全性有很大的影响，研究了可以实现原地低位的翻转机构，并对动态稳定性进行分析，结果表明：

翻转机构在翻转时连续平稳。

翻转机构占地空间小，制造成本低，具有良好的应用前景，在国内外焊接生产线上有很高的推广价值。

关键词:

焊接；翻转机构；结构设计

ABSTRACT

Thispaperexpoundsthemechanismdesignoflargeconverteroverturning,onlyonthedesignofmechanicalstructuredesign,thedesignistomaketheboileriseasiertoprocessintheproductionprocess,easywelding.Themechanicalstructurepartadoptsthestructureofmodularfixturechainturnover,hydrauliclifting.Includingthetransmissionsystemdesign,theturnovermechanismdesign,hydrauliccylinderdesign.Inthedesignofthetransmissionshaftandthebasiccomponentsofthestrengthoftheschoolcharge,toensureitsstrengthrequirementsandtheneedforweldingpartofthestrengthoftheschoolcharge,todeterminethefinaldesignscheme.

Weldthestructuresize,steady,insideoutconsecutionandmanufacturingcostsoftheinsideoutmachinetoweldtotheexaltationtheefficiencyandtheassurancesafetiescontainverybiginfluence.Studyingcancarryoutaninsideoutandinsideoutorganization,andcarriedontheanalysistothedynamicstatestability,theresultenunciation:

Insideoutorganizationatinsideoutiscontinuouslysteady.Theinsideoutorganizationcoversthespacesmall,themanufacturingcostislow,havingthegoodappliedforeground,producinginthedomesticandinternationalweldingon-linehavetheveryhighexpansionvalue.

Keywords:

Converter;Insideoutorganization;architecturaldesign

1绪论

1.1课来题源及研究的目的和意义

技术进步的最重要和最有效的发转方向之一就是实现生产的过程，其中包括焊接过程的全盘机械化和自动化。

在焊接过程中，焊接工作本身所占的工作量不会超过总工作量的25%~30%，剩余的工作就是装配及其它的工作，其中包括运输及其它辅助工作，如工件调试、修整、检测等。

在工件制作过程中，我们必须多次绕其水平轴翻转工件，这个翻转工作用翻转台来实现是最合理、最有效、最安全的。

运用焊接翻转台可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、确保得到高品质的产品。

这是因为使用翻转台可以扩大自动焊的应用，可以使焊接工作总是在方便的位置下进行，甚至可以提高工作的安全性，因为翻转台能使最危险的操作—翻转工件实现机械化。

在缸体的生产过程中，用焊接方法制造更为有利。

同时，在焊接生产加工中，当缸体完成组对并进行一面的焊接后，需要将其翻转，以便焊接另一面。

但由于缸体体积大、重量重，人工很难翻转，所以需要专用的设备，尤其是在大批量生产中，就更需要一种翻转提升机构来完成这一操作，以提高生产效率。

缸体翻转提升机就是应用在这种场合下的设备。

1.2国内外设备目前的发展状况

对于翻转机构，现在已有很多的形式。

如有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等。

并已在实际生产中用于各种工件的翻转。

目前国内还未对各种形式的翻转机制订出系列标准，但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机，并成系列。

另外，配合焊接机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产。

它们都是点位控制，控制点数以使用要求而定，但多为2点（每隔180°）、4点（每隔90°）、8点（每隔45°）控制，翻转速度以恒速的为多，但也有变速的。

翻转机与机器人联机按程序动作，载重量多在20～3000Kg之间。

例如我国汽车、摩托车等制造行业使用的弧焊机器人加工中心，已经成功的采用国产头尾架式的焊接翻转机，由于恒定速度的翻转，点以电磁制动和汽缸锥销强制定位，所以多采用交流电动机、普通齿轮副减速，机械传动系统的制作精度比轨迹控制的低1到2级，造价便宜。

今天，随着市场需求的增加，人们对制作更加通用的机械化工具的需求日益增长，前苏联重型机械制作工艺研究院科学生产联合公司设计制造了带两个驱动支架、翻转与焊接同步进行的双支架翻转台，用于焊接非刚性金属构件。

杠杆—链式翻转台已经开始上市，这种翻转台能够方便的安装在生产长条形工件的流水线上。

在现在社会生产中，框架式翻转台、头尾架式翻转台、链式翻转台、环式翻转台、推举式翻转台等翻转台，已经较长时间地被用于机械制造工厂中，他们依然属于世界先进水平，仍属新的工艺过程。

1.3课题研究方法和手段

本课题主要采用机械设计、理论力学和材料力学相互结合的研究方法，并结合实际工厂中在实际应用的产品和相关资料进行整体设计。

具体实施方法如下：

（1）广泛阅读我国的翻转机构的论文和期刊，参考国外的成形翻转机构的设计方案

（2）分析研究缸体翻转需要的条件、必要的自由度限制和整体支撑架材料的选择

（3）系统总体方案设计、机构设计（对多种机构进行可行性选择）

（4）对设计的机构件的强度进行校核

（5）总结

1.4课题应达到的基本要求

1.4.1翻转机构设计指导思想

翻转机构中能实现翻转的部分是整个翻转机构设计的核心部分，针对现在的加工工艺和材料的选择主要考虑翻转机构的生产、价格、生产率和翻转的平稳性。

本课题的基本研究思路是采用夹具将缸体固定在平面上，利用支架两端的轴的转动带动大平面的转动来实现缸体的翻转，在设计中对轴的强度进行校核，轴承的选择来为翻转功能的实现提动理论基础。

1.4.2可解决的主要问题

实现了在焊接缸体的过程中，对于缸体的翻转实现了机械化，使多次绕其水平轴翻转工件，不用人工翻转这个翻转工作用翻转台来实现是最合理、最有效、最安全的。

运用焊接翻转台可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、确保高品质的产品。

使用翻转台可以扩大自动焊的应用，可以使焊接工作总在方便的位置下进行，甚至可以提高工作的安全性，因为翻转台能使最危险的操作——翻转工件实现机械化。

1.5设计任务书的基本要求

1、机构运动原理设计，绘制运动原理图；

2、绘制产品装配图；

3、典型非标件设计，对非标件进行结构及强度、刚度校核；

4、绘制全套非标零件图：

5、编写设计说明书。

2翻转机构整体方案设计

2.1总体设计方案

2.1.1设计目的

该变位机构是将工件回转、倾斜，以便使所有的焊缝置于水平、船形等最佳的位置从而进行焊接的设备。

选择合理有用的变位机构能够有效提高焊接的质量和生产效率，并降低人工的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有助于现场管理。

工作台的翻转采用手动，因为定位可靠，可以使工件处于最理想、最可靠的焊接最佳位置进行焊接。

2.1.2设计原理

设计一个手动H型双座双回转式的翻转机构，通过手动控制回转手轮来控制焊装夹具的翻转，可以自行的调节所需翻转的任意角度，实现焊接时的360度的变位，方便于焊接，可以达到定位可靠，焊接方便的最佳功效。

2.1.3对机器的要求

设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。

不管机器的类型如何，一般来说，会对机器提出以下的基本要求。

1、使用功能要求

机器应该具有预订的使用功能。

这主要靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用功能全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。

2、经济性要求

机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。

设计制造的经济性表现为机器的成本低；使用经济性表现为高生产率，高效率，较少地消耗能源、原材料和辅助材料，以及低的管理和维护费用等。

提高设计和制造经济性指标的主要途径有：

1）采用先进的现代设计方法，使设计的参数最优化，达到尽可能精确的设计计算结果，并保证机器足够的可靠性。

尽可能多地应用CAD技术，加快设计的进度，降低设计的成本。

2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件。

零件结构尽可能采用标准化结构及尺寸。

3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。

4）合理地组织设计和制造过程。

5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。

提高使用经济性指标的主要途径有：

1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提高机器的生产率和产品的质量。

2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节，以期降低能源消耗和生产成本。

3）适当地采用防护（如闭式传动、表面防护等）及润滑等措施，以便于延长机器的使用寿命。

4）采用可靠的密封，减小或消除渗漏现象。

3、劳动保护和环境保护要求

1）要使所设计的机器符合劳动保护法规的要求。

设计时要按照人机工程学（ergonomics）的观点尽可能减少操作手柄的数量，操作手柄及按钮等应放置在便于操作的位置，合理地规定操作时的驱动力，操作方式要符合人们的心理和习惯（例如汽车转向盘向左打则汽车向左拐弯等）。

同时，设置完善的安全防护及保安装置、报警装置、显示装置等，并根据工程美学的原则美化机器的外形及外部色彩。

使操作者有一个安全、舒适的环境，不易产生疲劳。

这也有助于提高劳动生产率和产品质量。

2）要把环境保护提高到一个重要的位置。

改善机器及操作者周围的环境条件，如降低机器运转时的噪声水平，防止有毒、有害介质的渗漏及对废水、废气和废液进行有效的治理等以满足环境保护法规对生产环境提出的要求。

4、寿命与可靠性的要求

任何机器都要求能在一定的寿命下可靠地工作。

随着机器的功能愈来愈先进，结构愈来愈复杂，发生故障的可能环节也愈来愈多。

机器工作的可靠性受到了愈来愈大的挑战。

在这种情况下，人们对机器除了习惯上对工作寿命的要求外，明确地对可靠性也提出要求是很自然的。

机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的。

机器的可靠度R是指在规定的使用时间（寿命）内和预定环境条件下机器能够正常工作的概率。

机器不能正常工作，即机器由于某种故障而不能完成其预定的功能称为失效。

已有愈来愈多的机器设计和生产部门，特别是那些因机器失效将造成巨大损失的部门，例如航空、航天部门，都相继规定了在设计时必须对其产品，包括零部件，进行可靠性分析与评估的要求，例如要求给出产品在工作寿命内可以安全工作的定量说明。

在设计时对组成机器的每个零件的可靠性提出要求，采用备用系统和在使用中对机器加强维护和检测可以提高机器的可靠性。

5、其他专用要求

对不同的机器，还有一些为该机器所特有的要求。

例如：

对机床有长期保持精度的要求；对飞机有质量小、飞行阻力小而运载能力大的要求；对流动使用的机器（如钻探机械）有便于安装和拆卸的要求；对大型机器有便于运输的要求等。

设计机器时，在满足前述共同的基本要求的前提下，还应着重地满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能。

不言而喻，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计和制造为前提的。

亦即零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起着决定性的作用。

2.2翻转机构系统概述

2.2.1翻转机构系统组成

翻转机构主要是由整体承重支架、主轴、翻转台、轴承和手轮装置等部分的组成的一个完整的实现翻转的系统。

整体承重支架是作为一个打的支撑，用于实现对整个机构的支撑作用,主轴使翻转台能够绕水平轴转动。

翻转台是作为大的承载平面，用来承载缸体的（在翻转台上有固定的缸体的夹具），轴承是为了和主轴配合保证转动。

手轮装置是人通过旋转手轮来实现主轴的转动从而带动翻转台的转动。

2.2.2翻转机构的工作原理

翻转机构实现翻转的功能的实现是通过翻转机台的右端的手轮装置，人通过旋转手轮来带动旋转轴转动，通过旋转的转动带动中间的翻转台实现翻转，而工件是通过夹具固定在翻转台上表面的，所以对翻转台的翻转的实现就能够实现对工件的翻转，这就是翻转机构实现基本翻转功能的工作原理。

2.2.3翻转机构的功能要求

实现翻转台绕水平轴在180°内任意角度翻转，实现对工件的焊接。

同时翻转台需要具有一定的通用性，能够实现对不同形式的缸体的翻转，所以需要其具有一定的通用性。

2.3翻转机构总体方案设计与比较

2.3.1翻转机构总体方案设计

根据对题目“一种焊接翻转机构设计”可知，该机构主要是为了实现机构的翻转功能，所做的设计翻转机构，以下是对翻转机构的机构件设计的详细论述。

翻转机构

翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜，使之处于有利于加工位置的变位设置机构。

在工件制作过程中我们必须多次绕水平轴翻转工作，这个翻转用翻转太来实现较为合理、最有效、最安全。

而根据用途不同可以分为通用型和专用型两大类。

前者用途广泛，可以用于不同种类的料件，厚着范围比较窄，仅适用特定形状的工件，甚至专门用于某些尺寸功夫定的工件。

有些专用翻转机台甚至是为了某几条机械化或者自动化生产流水线专门设计的。

翻转台根据其结构形式进行分类，可分为双支架翻转台、单支架翻转台、链式翻转台、杠杆式翻转台、千斤顶式翻转台及滚轮式翻转台等。

甚至可以依据翻转台保证工件绕固定轴翻转的程度或者使工件升降或平移的程度进行分类。

1、方案一

图2.2翻转台式翻转机构

图2.2为装有转动架的双支架翻转台，它是由前驱动支架1和后从动支架4组成，工件二固定在转动架3上。

转动架支撑面和地面的距离，可以依据工件的尺寸进行调整，因而能减小转动力矩。

负荷能力不大的翻转台可以通过手动翻转。

对于小工件，人们通常使用单支架翻转台，这不仅是操作者易于接近工件，且可以节约劳动场地，提高生产场地的利用率。

这种翻转台常用来焊接大型、平值的框架类构件。

用普通的双支架翻转台来焊接这类工件。

2、方案二

图2.3滚轮式翻转台

图2.3为滚轮式翻转台配合两个滚轮，他们即可以是整体也可以是组合，最初滚轮式翻转台基本上是用来焊接框架类和箱体类工件，这些工件通常都紧固在布置于两个滚轮之间的托架或者固定架上。

上图为一个滚轮式翻转台系统。

翻转台由两个滚轮1组成，滚轮奸设置了可拆卸的旋转台架3，台架的上部2是可以拆下的。

滚轮支撑在两个从动托轮7和两个驱动托轮8上，在托轮的轴上装有星形轮6，星形轮由电动机5通过两级蜗杆减速器4来驱动。

与双支架翻转台比较，滚轮式翻转台的有点在于：

可以在旋转台架上装配和焊接大型框架类零件；易于接近工件的端头；由于工件的两端之间布置了托轮，固定长梁架工件的条件更好。

不足之处在于，难于接近位于滚轮之间的工件部位，通用性差。

3、方案三

图2.4链式翻转台

图2.4为链式翻转台，它是由几个支架组成，这些支架的每一根上都装有驱动链条2和从动链条5和6.在链条上套着松垂的链条3，链条3用于支托需要翻转的工件4.链式翻转台具有两个重要的优点：

即机构简单、工作可靠和不需要固定工件。

但是链式翻转台难于用在自动焊接中，因为工件翻转后，仅靠链条支托而没有其它辅助支撑使工件处于静止不动的位置；同时也很难固定正在运动中的焊接设备的轴心。

4、方案四

图2.5千斤顶式翻转台

图2.5为千斤顶式翻转台，用于将平直的框架式构件翻转90°。

千斤顶式翻转台由转动架基座，一个液压千斤顶及四只可调整半轴组成。

半轴的推出靠液压筒来实现。

其上放置这工件的转动架可以绕这两个半轴转动，此时另外两个半轴是收缩进去的。

千斤顶式翻转台是为了特定工件设计制造的，基本上用于翻转大尺寸的平直框架结构件。

2.3.2翻转机构的比较选择

综合前面提出的方案，列出其优缺点如下：

方案一，双支架的翻转台与其它翻转台相比较，它具有用途广泛、结构简单、价格低、消耗驱动功率不高等优点。

而消耗驱动功率不高是因为工件绕着转动的纵轴正好与工件的重心相重合。

这种翻转台常用来焊接大型、平值的框架类构件。

用普通的双支架翻转台来焊接这类工件。

方案二，滚轮式翻转台的优点在于：

可以在旋转台架上装配和焊接大型框架类工件，易于接近工件的端头；由于工件的两端之间布置了托轮，固定长条形工件的条件更好。

不足之处在于难于接近位于转轮之间的工件部位，通用型较差。

方案三，即机构简单、工作可靠和不需要固定工件。

但是链式翻转台难于用在自动焊接中，因为工件翻转后，仅靠链条支托而没有其它辅助支撑使工件处于静止不动的位置；同时也很难固定正在运动中的焊接设备的轴心。

方案四，千斤顶式翻转台是为了特定工件设计制造的，基本上用于翻转大尺寸的平直框架结构件。

经过比较，方案一的采用框架式翻转机构能够很好的满足缸体的翻转要求并且方案一的结构简单，节约劳动产地可提高场地利用率。

在使用过程中能够很好的实现翻转的功能，可以大大的提高劳动生产率。

故采用方案一框架式翻转台的翻转机构来实现缸体的翻转功能。

3翻转机构结构零部件的设计

3.1机构框架设计

3.1.1框架结构材料

考虑到缸体本身重量较重，所以在选择材料时应尽量选择强度较强，而重量轻一点的材料来保证翻转机构整体的重量特别是翻转台部分（翻转台部分是和缸体连接在一起，在

转动主轴时，翻转台也是需要转动的）所以，经过基本筛选，我选择C型槽钢来作为翻转机构的框架的基本材料。

槽钢的选择：

表3-1槽钢规格

型号 

每米重（kg）

型号 

每米重（kg）

C80×50×20×2.25

3.886 

C180×50×20×3.00

8.007

C80×50×20×2.50

4.318 

C180×50×20×3.00

8.478

C80×50×20×2.75

4.749 

C180×50×20×3.00

8.949

C80×50×20×3.00

5.181

C200×60×20×2.5

6.673

C100×50×20×2.25

4.239 

C200×70×20×2.5

7.065

C100×50×20×2.50

4.710 

C200×80×20×2.5

7.458

C100×50×20×2.75

5.181

C200×50×20×3.0

7.850

C120×50×20×2.25

5.652 

C200×60×20×3.0

8.007

C120×50×20×2.50

4.592 

C200×70×20×3.0

8.478

C120×50×20×2.75

5.103 

C200×80×20×3.0

8.949

C120×50×20×3.00

6.123

C220×50×20×2.5

9.420

C140×50×20×2.50

5.495 

 C220×60×20×2.5

7.065

C140×60×20×2.50

5.888 

 C220×70×20×2.5

7.458

C140×50×20×3.00