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河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 0.5 噸液壓伸臂式焊接變位機(jī)設(shè)計 摘 要 焊接變位機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計是焊接變位機(jī)方案設(shè)計的核心內(nèi)容，而焊接變位 機(jī)運(yùn)動自由度的確定是其前提條件。焊接變位機(jī)的關(guān)鍵是對變位機(jī)進(jìn)行最佳位置 焊接所需要的運(yùn)動自由度的設(shè)計，如平動或轉(zhuǎn)動的設(shè)計。 伸臂式焊接變位機(jī)是將工件回轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，以便使工件上的焊縫置于水平和船 形位置的機(jī)械裝置。伸臂式焊接變位機(jī)是應(yīng)用最廣泛的一種焊接變位機(jī)，載重量 一般不超過 1 噸。伸臂式焊接變位機(jī)的主體部分是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底座。 其設(shè)計的主要內(nèi)容包括：0.5 噸液壓伸臂式焊接變位機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、箱體、 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等的機(jī)械設(shè)計、裝配圖和零件圖設(shè)計。對傾斜和轉(zhuǎn)動方式、傳動方式等 可采用不同的設(shè)計方案。整個機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，操作方便、經(jīng)濟(jì)適用。編寫 相應(yīng)的設(shè)計說明書。 關(guān) 鍵 詞：伸臂式、焊接、變位機(jī)、液壓。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） DESIGN OF 0.5 TONS OF HYDRAULIC OUTRIGGERS WELDING POSITIONER ABSTRACT Abstract is The welding dislodgement machine kinematic scheme design is the core content of the welds dislodgement machine plan design. But the welds dislodgement machine movement degree of freedom is the prerequisite situation. The key of welding dislodgement machine is the design of movement degree in the best position welding,such as plate or rotation design. Stretching arm-the welding dislodgement machine is rotating and turning over the specimens, in order to set the welded joint to the horizontal and the hull shape position mechanism. Stretching arm-welding dislodgement machine is one kind of the most applied widespread welding dislodgement machine, the load-carrying capacity generally does not surpass one ton. the stretching arm-welding dislodgement machine main body part is turning over the organization, rotation organization, foundation. The design of the main contents include: 0.5 tons of hydraulic outriggers welding positioner mechanical structure, cabinet, rotating mechanism such as mechanical design, assembly and part design plans. Tilt and rotation on the way, transmission methods can be a different design. The mechanical system should be simple, reliable, easy, affordable. The preparation of the corresponding design specification. KEY WORD: Cantilever ,Welding ,Positioner, Hydraulic. 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 前 言 ...........................................................................................................1 第 1 章 課題簡介及焊接變位機(jī)發(fā)展史 .....................................................5 1.1 焊接變位機(jī)械的分類 ..................................5 1.2 焊件變位機(jī)械 ........................................5 第 2 章 焊接變位機(jī)的總體方案設(shè)計 .......................................................10 2.1 總體方案的確定 .....................................10 2.2 選擇傳動機(jī)構(gòu)類型 ...................................10 2.3 傳動方案框圖 ......................................11 第 3 章 液壓馬達(dá)、電機(jī)的和傳動裝置動力參數(shù)計算 ...........................12 3.1 液壓馬達(dá)的選用 .....................................12 3.1.1 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計參數(shù) .............................12 3.1.2 液壓馬達(dá)的計算 .................................12 3.1.3 液壓馬達(dá)的輸出功率 .............................13 3.1.4 選擇液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 .............................13 3.2 電動機(jī)的選用 .......................................13 3.3 傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比及其分配 .........................14 第 4 章 回轉(zhuǎn)軸與傾斜軸的設(shè)計 .............................................................15 4.1 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計及校核 ................................15 4.1.1.選擇軸的材料 ...................................15 4.1.2.回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計算 ...............................16 4.2 回轉(zhuǎn)軸上的軸承壽命校核 ............................19 4.2 .1 回轉(zhuǎn)軸上軸承的選擇 ............................19 4.2 .2 回轉(zhuǎn)軸上軸承的校核 ............................19 4.3 傾斜軸的設(shè)計及校核 ................................20 4.3.1 選擇軸的材料 ...................................20 4.3.2. 軸的強(qiáng)度計算 ..................................21 第 5 章 傾斜軸上鍵的選擇及校核 .........................................................24 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié) 論 .........................................................................................................25 致 謝 .........................................................................................................27 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 1 前 言 焊接作為一種制造技術(shù)，是適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎(chǔ)發(fā)展起 來的，并且直接服務(wù)于機(jī)械制造工業(yè)。焊接技術(shù)的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相 關(guān)。一般工業(yè)先進(jìn)國家，鋼產(chǎn)量的 50%左右需采用焊接工藝才能形成產(chǎn)品，在石 油化工、礦山冶金、金屬結(jié)構(gòu)、起重運(yùn)輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電 力能源等機(jī)械制造部門，焊接都有重要而廣泛的應(yīng)用。許多設(shè)備中的大型結(jié)構(gòu)， 幾乎都是焊接結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，焊接結(jié) 構(gòu)正朝著超大型、高容量、高參數(shù)、耐磨、耐蝕、耐低溫、耐動載的方向發(fā)展。 這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供各種性能優(yōu)異的焊接工裝設(shè)備，使焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機(jī) 械化和自動化，減少人為因素的干擾，達(dá)到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量、改善焊工勞動 條件、提高生產(chǎn)率、促進(jìn)文明生產(chǎn)的的目的 1,2。 在人類社會步入二十一世紀(jì)的今天，焊接已經(jīng)進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展階段。 當(dāng)今世界的許多最新科研成果、前沿技術(shù)和高新技術(shù)，諸如：計算機(jī)、微電子、 數(shù)字控制、信息處理、工業(yè)機(jī)器人、激光技術(shù)等，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于焊接領(lǐng)域， 這使得焊接的技術(shù)含量得到了空前的提高，并在制造過程中創(chuàng)造了極高的附加值。 焊接已成為最流行的連接技術(shù) 3-4 。 在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到焊接變位機(jī)及選擇合適的焊接位置的情況，針對 這些實際需要，我們設(shè)計研制了焊接變位機(jī)，它可以通過工作臺的回轉(zhuǎn)和傾斜， 使焊縫處于易焊位置。焊接變位機(jī)與焊接操作機(jī)配合使用，可以實現(xiàn)焊接的機(jī)械 化、自動化，提高焊接的效率和焊接質(zhì)量。焊接變位機(jī)可以應(yīng)用于化工、鍋爐、 壓力容器、電機(jī)電器、鐵路交通、冶金等工業(yè)部門的自動焊接系統(tǒng)。 在現(xiàn)代加工和制造過程中，焊接變位機(jī)已悄然成為了一種不可或缺的設(shè)備， 其作用越來越突出。特別是近十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機(jī)械行業(yè)有了大的發(fā) 展，獲得了廣泛地應(yīng)用。各種機(jī)械產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)件大多數(shù)都很復(fù)雜，尤 其是各種機(jī)械的主要關(guān)鍵不為，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)性能。而選擇合 適的變位機(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，機(jī)械市場競爭已經(jīng)變得越 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 2 來越激烈，國內(nèi)企業(yè)必須適應(yīng)形勢，通過對焊接變位機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備加大投入以達(dá) 到生產(chǎn)能力的革命性成長。因此，近年來焊接變位機(jī)得到國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣 泛共識，對這方面的投入都在加大 2-3。 一、國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述： 在我國，焊接變位機(jī)的地位越來越重要，在焊接領(lǐng)域把它劃為焊接輔機(jī)。近 十年來，這一產(chǎn)品在我國工程機(jī)械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，獲得了廣泛的應(yīng)用。 就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的約有十余個系列，百余品種規(guī)格，正在形 成一個小行業(yè)。在國際上，焊接變位機(jī)包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)，有百余系列。 在技術(shù)上有普通型的，有無隙傳動伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍，達(dá)到 0.1kN18000kN?？梢哉f，焊接變位機(jī)是一個品種多，技術(shù)水平不低，小、中、 大發(fā)展齊全產(chǎn)品。 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?yōu)闄C(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)自動化設(shè)備有限公司等單位生產(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 余種規(guī)格。 以下簡單介紹這些變位機(jī)的基本型式。 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：工位變換機(jī)，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)，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。 一般來說生產(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，我國天津鼎盛公司工程機(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)。他們的產(chǎn)品，我國都有引進(jìn)，其中以 ESAB 公司的 較多，蘭州石油化工機(jī)器廠為了核電站反應(yīng)容器的生產(chǎn)的 30T 焊接變位機(jī)；四川 東方鍋爐廠為了核電站反應(yīng)容器的生產(chǎn)，1997 年也從該公司引進(jìn)了 100T 的焊接 變位機(jī)，長春焊機(jī)廠還從日本引進(jìn)了生產(chǎn)焊接變位機(jī)的技術(shù) 1,4-5。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 3 焊接變位機(jī)以其獨(dú)特的性能，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。焊 接變位機(jī)在實際應(yīng)用中呈現(xiàn)出如下主要特點(diǎn)： 1) 焊件變位機(jī)械和焊機(jī)變位機(jī)械有較寬的調(diào)速范圍,穩(wěn)定的焊接運(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，有一定的適用性。 3) 在傳動鏈中，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)配合使用的焊件機(jī)械，視焊件大小和工藝 方法的不同，其到位精度和運(yùn)行軌跡精度能控制在 0.12mm 之間，最高精度可 達(dá) 0.01mm。 5) 回程速度快，能避免產(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)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、藥皮等應(yīng)易清除。 8) 焊接機(jī)械有聯(lián)動控制接口和相應(yīng)的自保護(hù)功能，以便集中控制和相互協(xié) 調(diào)動作。 9) 工作臺面上刻有安裝基線，并設(shè)有安裝槽孔，能方便地安裝各種定位器 件和夾緊機(jī)構(gòu)。 10) 兼作裝配用的焊件機(jī)械，其工作臺面有較高的強(qiáng)度和搞沖擊性能。 11) 用于電子束焊、等離子焊弧焊、激光焊和釬焊的焊件機(jī)械，能滿足導(dǎo)電、 隔磁、絕緣等方面的特殊要求 1,6。 二、任務(wù)來源 在焊接作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機(jī)械，但在多數(shù)場合，焊件變位機(jī)械 是與焊機(jī)變位機(jī)械相互配合使用的，用來完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫 的焊接以及堆焊作業(yè)。焊件變位機(jī)械也是機(jī)械化、自動化裝焊生產(chǎn)線上的重要組 成部分。在以弧焊機(jī)器人為中心的柔性化加工單元（FMC）和加工系統(tǒng)（FMS） 中，焊件變位機(jī)械也是組成設(shè)備之一。在復(fù)雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高 的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極堆焊等。都需要焊件變位機(jī)械 的配合，才能完成其作業(yè) 1-2,7-8。 故本課題便來源于生產(chǎn)，以便用自己大學(xué)幾年所學(xué)的專業(yè)知識位社會敬獻(xiàn)一 份微薄的力量。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 4 三、研究內(nèi)容 設(shè)計一臺 0.5 噸液壓伸臂式焊接變位機(jī)設(shè)計，可實現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜 （通過液壓實現(xiàn)） ，以便使工件上的所有焊縫通過回轉(zhuǎn)和傾斜后都能處于水平和 船形焊位置，以便于焊工操作進(jìn)行焊接。主要包括： 1焊接變位機(jī)的底座、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)等的機(jī)械設(shè)計、裝配圖和零件 圖設(shè)計； 2設(shè)計參數(shù)：載重量 500kg；最大回轉(zhuǎn)力矩 100Nm；工作臺回轉(zhuǎn)速度 01r/min ；工作臺傾斜速度 0.7r/min；工作臺回轉(zhuǎn)角度 360；工作臺傾斜角度 130。 3整個機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，操作方便。 4編寫相應(yīng)的設(shè)計說明書。 四、設(shè)計的依據(jù)與意義 （一） 、設(shè)計的目的及依據(jù) 為了更好地滿足人們對焊件行業(yè)存在的問題進(jìn)行解決，縮短焊接輔助時間， 提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各 種焊接方法的效能的不斷需求，讓其更好地為人類提供更優(yōu)的服務(wù)，為此，我們 設(shè)計了此課題 9。 數(shù)控式焊接變位機(jī)，主要用于筒形工件的環(huán)縫自動焊。工作臺能以穩(wěn)定的焊 接速度回轉(zhuǎn)，以便獲得優(yōu)良的焊縫成形。伸臂旋轉(zhuǎn)時，其空間軌跡為圓錐面，在 改變工件的傾斜位置的同時將伴隨著工件的升高或下降，以滿足獲得最佳施焊位 置的需求。因其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)和應(yīng)用較多，因此，也形成了我們這次設(shè)計的依據(jù)。 （二） 、設(shè)計的意義 焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工的空間位置來完成機(jī)械化、自動化焊 接的各種機(jī)械設(shè)備。焊接變位機(jī)應(yīng)用的意義在于，可以縮短焊接輔助時間，提高 勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊 接方法的效能。焊接變位技術(shù)是針對傳統(tǒng)的焊接行業(yè)的一次革命，具有劃時代的 意義 10。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 5 第 1 章 課題簡介及焊接變位機(jī)發(fā)展史 1.1 焊接變位機(jī)械的分類 焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊式空間位置來完成機(jī)械化、自動化焊接 的各種機(jī)械設(shè)備。 焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工的空間位置來完成機(jī)械化、自動化焊 接的各種機(jī)械設(shè)備。焊接變位機(jī)應(yīng)用的意義在于，可以縮短焊接輔助時間，提高 勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊 接方法的效能。 焊接變位機(jī)械的分類及各類所屬設(shè)備如下圖 1-1 所示： 圖 1-1 焊接變位機(jī)的分類及各類所屬設(shè)備 各種變位機(jī)械都可單獨(dú)使用，但在多數(shù)場合是相互配合使用的，它們不僅用 于焊接作業(yè)，也可用于裝配、切割、校驗、打磨、噴漆等作業(yè)。 1.2 焊件變位機(jī)械 焊件變位機(jī)械是在過程中改變焊件空間位置，使其有利于作業(yè)的各種機(jī)械設(shè) 備。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 6 焊件變位機(jī)械按功能不同，分為變位機(jī)、焊接滾輪架、焊接回轉(zhuǎn)臺和焊接翻 轉(zhuǎn)機(jī)四類。 在手工焊接作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機(jī)械，但在多數(shù)場合，焊件變位 機(jī)械是與焊機(jī)變位機(jī)械相互配合使用的，用來完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線 焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。焊件變位機(jī)械也是機(jī)械化、自動化裝焊生產(chǎn)線上的重 要組成部分。在以弧焊機(jī)器人為中心的柔性化加工單元（FMC）和加工系統(tǒng) （FMS ）中，焊件變位機(jī)械也是組成設(shè)備之一。在復(fù)雜焊件焊接和要求施焊位置 精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極堆焊等。都需要焊件 變位機(jī)械的配合，才能完成其作業(yè)。 一、焊接變位機(jī) （一）功能及結(jié)構(gòu)形式 焊接變位機(jī), 是在焊接作業(yè)中將焊件回轉(zhuǎn)并傾斜，使焊件上的焊縫置于有利 于施焊位置的焊件變位機(jī)械。 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。 焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三種： （1）伸臂式機(jī)，如圖 1-2 所示，其回轉(zhuǎn)工作臺繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并安裝在伸臂的 一端，伸臂一般相對于某一旋轉(zhuǎn)軸成角度回轉(zhuǎn)，而此旋轉(zhuǎn)軸的位置多是固定的， 但有的也可在小于 100 度的范圍內(nèi)上下傾斜。這兩種運(yùn)動都改變了工作臺面回轉(zhuǎn) 軸的位置，從而使該機(jī)范圍大，作業(yè)適應(yīng)性好，但這種形式的變位機(jī)，整體性能 較差。 該機(jī)多為電動機(jī)驅(qū)動，承載能力在 0.5t 以下，適用于小型焊件的翻轉(zhuǎn)。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。 伸臂式的焊接變位機(jī)在手工焊中應(yīng)用較多。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 7 圖 1-2 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 （2）座式焊接變位機(jī) 如圖 1-3 所示，其工作臺連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾斜軸支 承在機(jī)座上，工作臺以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，多在 的范圍 內(nèi)恒速度或變速傾斜。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)用最為廣泛的結(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。 圖 1-3 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 （3）雙座式焊接變位機(jī) 如圖 1-4 所示。工作臺安裝在 “凹”形架上，以所 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 8 需的焊接速度回轉(zhuǎn)；“凹”形架座在兩側(cè)的機(jī)座上，多以恒速度或所需的焊接速 度繞水平軸線轉(zhuǎn)動。該機(jī)不僅穩(wěn)定性好，而且如果設(shè)計得當(dāng)，可使焊件安放在工 作臺上后，隨“凹”形架傾斜的綜合重心位于或接近傾斜機(jī)構(gòu)的軸線，從而使傾 斜驅(qū)動力矩大大地減小。因此，重型焊接變位機(jī)多采用這種結(jié)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)形式雖然只有上述三種，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。 圖 1-4 雙座式焊接變位機(jī) 1-工作臺 2-“凹”形架 3-機(jī)座 4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5-傾斜機(jī)構(gòu) （二）驅(qū)動系統(tǒng) 焊接變位機(jī)工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，多采用直流電動機(jī)驅(qū)動，無級變速。工作臺 的傾斜方式有兩種，一種是電動機(jī)經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜 或通過螺旋副使工作臺傾斜;另一種是采用液壓缸直接推動工作臺傾斜。這兩種方 式都有應(yīng)用，在小型變位機(jī)以電動機(jī)驅(qū)動為多。工作臺的傾斜速度多是恒定的， 但對應(yīng)用于空間曲線焊接及空間曲面的堆焊的變位機(jī)，則是無級調(diào)速的。工作臺 的升降運(yùn)動，幾乎都采用液壓驅(qū)動，通過柱塞式或活塞式液壓缸進(jìn)行。 在電動機(jī)驅(qū)動的工作臺回轉(zhuǎn)、傾斜系統(tǒng)中，常設(shè)有一級蝸桿傳動，使其具有 自鎖功能。有的為了精確到位，還設(shè)有制動裝置，在變位機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)工作臺在 創(chuàng)作位置以及焊件重心偏離工作臺回轉(zhuǎn)中心時，工作臺在轉(zhuǎn)動過程中，重心形成 的力矩在數(shù)值和性質(zhì)上是周期變化的，為了避免因齒側(cè)間隙在存在在力矩性質(zhì)改 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 9 變時產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致焊接缺陷，在用于堆焊或重要焊縫施焊的大型變位上，設(shè)置 了搞齒隙機(jī)構(gòu)或裝置。 工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍，國產(chǎn)變位調(diào)速比一般為 1：33 左 右。國外產(chǎn)品一般為 1：40, 有的甚至達(dá) 1：200。工作臺回轉(zhuǎn)時，速度應(yīng)平穩(wěn)均 勻，在最大載荷下的速度波動不得超過 5%。另外，工作臺傾斜時，特別是向上 傾斜時，運(yùn)動應(yīng)自如，即使在最大的載荷下，也不應(yīng)產(chǎn)生抖動。 本次設(shè)計中，因為采用液壓系統(tǒng)，所以在工作臺的回轉(zhuǎn)、傾斜系統(tǒng)中，均采 用液壓驅(qū)動，其中回轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)提供動力，經(jīng)減速器、齒輪副驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)； 傾斜由三組液壓缸驅(qū)動 1。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 10 第 2 章 焊接變位機(jī)的總體方案設(shè)計 2.1 總體方案的確定 接到一個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計任務(wù)后，首先必須擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體裝 配草圖，才能決定各種設(shè)計參數(shù)和機(jī)構(gòu)，然后再就機(jī)械傳動部分進(jìn)行設(shè)計計算。 機(jī)械傳動部分的總體方案的擬定應(yīng)包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定、電動機(jī)的選擇、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方式的確定。 一個好的傳動方案，除了首先應(yīng)滿足機(jī)器的功能要求外，還應(yīng)當(dāng)工作可靠、 結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、成本低廉及使用維護(hù)方便等。當(dāng)然，要完全 滿足這些要求是困難的。 0.5 噸液壓伸臂式焊接變位機(jī)主要有以下幾部分組成：底座、伸臂（主臂與 副臂） 、液壓系統(tǒng)、電動機(jī)、工作臺、工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、箱體。其中，底座、箱 體、工作臺與伸臂各部件采用焊件；電動機(jī)采用外購件 Y112M-4 型；液壓系統(tǒng) 中液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓閥等均為外購件。所以主要研究工作臺回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)。 工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部包含電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和導(dǎo)電裝置。減速機(jī)構(gòu)中的減速 器采用外購件 WHT80 型。導(dǎo)電裝置可以防止焊接電流通過軸承、齒輪等傳動零 件時起弧，產(chǎn)生“咬傷”零件的現(xiàn)象 11。 在設(shè)計過程中，主要內(nèi)容是確定齒輪副的各項參數(shù)，軸（回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的長軸 和傾斜臂中的短軸）及其軸承的校核及電動機(jī)的選擇。 2.2 選擇傳動機(jī)構(gòu)類型 合理地選擇傳動類型是擬定傳動方案時的重要環(huán)節(jié)，參考機(jī)械設(shè)計課程設(shè) 計 ，得到常用的傳動機(jī)構(gòu)的類型、性能和適用范圍。 選擇傳動類型時，應(yīng)綜合考慮各有關(guān)要求和工作條件，例如工作機(jī)的功能， 對尺寸、重量的限制，制造能力以及經(jīng)濟(jì)性等。選擇類型的基本原則為： 1. 對于傳遞功率不大，在滿足功能條件下，考慮采用齒輪傳動方式，因為其 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小。 2. 傳動比要求較嚴(yán)格、無嚴(yán)格尺寸要求，所以采用齒輪傳動。 3. 考慮到其工作環(huán)境，采用半開式齒輪傳動 12,13。 2.3 傳動方案框圖 圖 2-1 傳動方案回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)框圖 機(jī)器通常由原動機(jī)、傳動裝置和工作機(jī)等三部分組成。傳動裝置位于原動機(jī) 和工作機(jī)之間，用來傳遞運(yùn)動和動力，并可用改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的大小或改變運(yùn)動 形式，以適應(yīng)工作機(jī)功能要求。傳動裝置的設(shè)計對整臺機(jī)器的性能、尺寸、重量 和成本都有很大的影響，因此應(yīng)當(dāng)合理地擬定傳動方案。 方案中，電動機(jī)為液壓泵提供動力，液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)，通過液壓馬達(dá)輸 出轉(zhuǎn)速和扭矩，經(jīng)由減速器減速，最終帶動工作臺回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，來滿足機(jī)器的性 能和使用 3,14。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 12 第 3 章 液壓馬達(dá)、電機(jī)的和傳動裝置動力參數(shù)計算 3.1 液壓馬達(dá)的選用 3.1.1 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計參數(shù) 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計參數(shù)1,2 工作臺尺寸 100mm 允許最大荷重 500kg 工作臺回轉(zhuǎn)速度 01r/min 工作臺傾斜速度 00.7r/min 工作臺最大回轉(zhuǎn)力矩 100Nm 工作臺傾斜角度 130 3.1.2 液壓馬達(dá)的計算 液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速的計算公式為 （3-1）VM TMqQn 式中： 馬達(dá)排量；q 總效率；M 容積效率。V 液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩的計算公式為 （3-2）VMmMMqPqPT22 式中： 馬達(dá)排量；q 總效率；M 容積效率；V 馬達(dá)入口壓力與出口壓力之差。P 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 13 3.1.3 液壓馬達(dá)的輸出功率 工作臺回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要求為 100 ，由此得到馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩。mN 查參考文獻(xiàn)9公式 2-1，得 （3-3）kwTnPW950 =1.5r/minN.24n 式中： 工作機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；T 工作機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。wn 代入公式得 kWPW01.95mN10 此為當(dāng)已知輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時，工作機(jī)主動軸所需功率。 考慮傳動裝置的功率損耗，液壓馬達(dá)輸出功率為 （3-4）kkPwd016.4. 式中， 為電動機(jī)至工作機(jī)主動軸之間的總效率，即 = 12 n （3-5 ） 其中 1、 2、、 n 分別為傳動系統(tǒng)中聯(lián)軸器傳動、各對軸承、各傳動副的 效率乘積 64.021n 3.1.4 選擇液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 同一類型、功率相同的液壓馬達(dá)具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的液壓馬達(dá)， 其尺寸和重量小，價格較低，但會使傳動裝置的總傳動比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。 選用 n=250r/min 。 3.2 電動機(jī)的選用 因為電動機(jī)只為液壓泵提供動力，而泵的流量可以由流量閥控制，所以無嚴(yán) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 14 格要求。 選用 Y112M-4 型電動機(jī)。 3.3 傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比及其分配 此時，齒輪副傳動比 （3-6）5201zi 減速器 WHT80 型的傳動比為 850 的一個系列，選擇傳動比為 50，于是總 傳動比 （3-7）2501i 則工作臺回轉(zhuǎn)速度 （3-8）min/1501rinw 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 15 第 4 章 回轉(zhuǎn)軸與傾斜軸的設(shè)計 4.1 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計及校核 4.1.1.選擇軸的材料 1.該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的 45 鋼，由查參考文獻(xiàn)9表 12-2 知 。 MPaB640 2.初步估算軸徑 由表查參考文獻(xiàn)912-4，按 45 鋼，取 C=110；輸出功率 = 0.016kW；3 輸出軸的轉(zhuǎn)速 =1r/min；n ； （4-1）mpcd28106.33min 軸徑最細(xì)處為 70mm，故滿足要求。軸的具體尺寸如圖： 圖 4-1 回轉(zhuǎn)軸 從左至右軸長度依次為： 653417036 從左至右軸徑依次為： 70749010090 定位軸肩高度按表取，非定位的高度一般取 12.5mm，為保證強(qiáng)度取 5mm， 所以對于軸徑，從工作臺處向下如圖增減。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 16 4.1.2.回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度計算 1）回轉(zhuǎn)軸上的作用力的大小 軸向力 （4-NdTFta 36101294021 2） 圓周力 （4-dat 540.80211 3） 徑向力 （4-NFtr 132tan360n21 4） 2）求軸承的支反力 圖 4-2 受力簡圖 水平面上支反力 （4-5）1542071tABFN 垂直面上的支反力 7.6140323614072 taAFdF NdtaB 237140323614072 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 17 圖 4-3 水平面上的受力和彎矩圖 圖 4-4 垂直面上的受力和彎矩圖 3）畫彎矩圖（圖 4-5a） 截面 C 的彎矩為 水平面上的彎矩 7.1892017031M 垂直面上的彎矩 316.5.CNm 2701278 合成彎矩 （4-2221119.53.19.4CCM 6） 2222 189.768.5CCNm 4）畫轉(zhuǎn)矩圖（圖 4-4b ） 40TNm 5）畫計算彎矩圖（圖 4-4c ） 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 18 因雙向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)， ，則截面 C 的當(dāng)量彎矩10.6b （4-7）2 211489.VCMTNm2 2245.C 圖 4-5 彎矩圖 6)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 (1)截面 C 當(dāng)量彎矩最大，故截面 C 可能危險截面，已知：215VMNm 查參考文獻(xiàn)9表 12-2，得 =100b1MPa （4-8） 3320670.1.45ccWd =67 < =100Paba 式中： 軸的抗彎截面系數(shù)； 該截面軸徑。d (2). 截面 B 受轉(zhuǎn)矩且直徑最小也可能為危險截面 對于截面 B 41256MTNm 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 19 31152060.bMMPaPaW 計算出的應(yīng)力與許用應(yīng)力相較小，可以滿足強(qiáng)度要求。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 20 4.2 回轉(zhuǎn)軸上的軸承壽命校核 4.2 .1 回轉(zhuǎn)軸上軸承的選擇 軸承所受載荷的大小、方向與性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 1.鑒于承受較大載荷和波動，且徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用，所以選用圓 錐滾子軸承。 2.轉(zhuǎn)速較低、載荷較大且有沖擊時，宜選用滾子軸承。 3.安裝和拆卸方便（內(nèi)外圈可分離） 。 圓錐滾子軸承的特點(diǎn)是： 1.摩擦系數(shù)小，啟動力矩小，效率高。 2.能同時承受徑向和軸向載荷，因此可使機(jī)器結(jié)構(gòu)簡化、緊湊。 3.能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。 4.內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時調(diào)整，通常成對使用，對稱安裝。 5.適用于轉(zhuǎn)速不太高，軸的剛性較好的場合。 根據(jù)軸和箱體的結(jié)構(gòu)，長軸上軸承均選用 7218 圓錐滾子軸承 15。 4.2 .2 回轉(zhuǎn)軸上軸承的校核 1. 求內(nèi)部軸向力 （4-9） NYFFRRvS 14082627.10211 vS 5.32 圖 4-6 回轉(zhuǎn)軸軸承受力簡圖 2.求當(dāng)量動載荷 P （1）求軸承 1 的當(dāng)量動載荷 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 21 軸承 1： （4-NFNaSA 5.4201365.180421 10） 取 ；FA5.401 ；45tan.19.362Rv 查參考文獻(xiàn)9表 15-10，x=1，Y=0 ； 查參考文獻(xiàn)9 表 15-11， fp=1； （4-11）NYFxfpAR 36201)1()( （2）求軸承 2 的當(dāng)量動載荷 軸承 2： SaA 34791083625.802 取 FA2=34793N tan5.9.034792RvA 查參考文獻(xiàn)9 表 15-10，x=0.4，Y=0.4 =1.099；20cot 查參考文獻(xiàn)9 表 15-11， fp=1； NYFxfpAR 571)349.136204.(1)( 3.求軸承的壽命： 圓錐滾子軸承 ；查查參考文獻(xiàn)8表 5-1-54， C=38.5 。30 k 機(jī)器壽命。319825)5271.8(61)(01306 pCnLh 所以軸承滿足要求。 4.3 傾斜軸的設(shè)計及校核 4.3.1 選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的 45 鋼，由查參考文獻(xiàn)9表 12-2 知， 。MPaB640 （1）.初步估算軸徑 由參考文獻(xiàn)9表 12-4，按 45 鋼，取 C=110；輸出功率： kWP329.04 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 22 輸出軸的轉(zhuǎn)速 r/min； （4-12）5.1360482n ；為了保證軸的強(qiáng)度，可以適當(dāng)?shù)剡x擇mpcd..913min 直徑稍微大一點(diǎn)軸徑，取 =30mm 。ind （2）. 確定各段軸徑和長度 軸設(shè)計如下： 圖 4-7 傾斜軸 從左至右軸長度依次為： 1410508528 從左至右軸徑依次為： 70100726760 定位軸肩高度按表取，非定位的高度一般取 12.5mm，為保證強(qiáng)度取 5mm 和 3.5mm，所以對于軸徑，從箱體處向右如圖增減。 4.3.2. 軸的強(qiáng)度計算 （1）先作出軸的受力簡圖如下圖 4-8 由前面已知 NFff 5.24181 ；06 轉(zhuǎn)矩：T= mnp.971.395 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 23 齒輪圓周力 NdTFt 3610124902 齒輪徑向力 tr tan36an N54 （2）求軸承的支反力 水平面的受力計算 0854cos854cos60 5.924sin.92in.1.5.9 8isi20327 045i3113FF FFFfa frrrfa frrr f 解得 ； ； ;,.71NrNr3.297Nr17603 彎矩圖 4-8b 垂直面的受力分析 019274064193ttt tttt FF 解得 , 15667.8N,.1Nt Nt7.523tF 彎矩圖 4-8c （3）合成彎矩圖 4-8d 合成彎矩最大 ；mM18.20 （4）當(dāng)量彎矩：圖 4-8e NT35)(22 （5）按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度 查表 12-2，得 Pab60149.25.2313bWM 因此滿足要求。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 24 圖 4-8 傾斜軸強(qiáng)度校核 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 25 第 5 章 傾斜軸上鍵的選擇及校核 1).鍵的選擇 鍵的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選定。鍵的尺寸（鍵 寬 b 和鍵高 h ）按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定；鍵的長度可根據(jù)搖臂寬度確定，搖 臂寬度取 90mm，鍵長應(yīng)小于搖臂寬度。鍵的長度還須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列 15。 2).鍵連接的強(qiáng)度校核 查參考文獻(xiàn)9表 110-1， ；MPap120 則傾斜軸上鍵的選擇及校核為： 軸上有兩鍵一鍵型號 A1470， 長度 60 ； 寬度 20 ； 高度 9 。 （5-pp PadlkTl 04.57022 1） 因此滿足要求。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 26 結(jié) 論 我這次設(shè)計的主要內(nèi)容包括：0.5 噸液壓伸臂式焊接變位機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、箱 體、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等的機(jī)械設(shè)計、裝配圖和零件圖設(shè)計。對傾斜和轉(zhuǎn)動方式、傳動方 式等可采用不同的設(shè)計方案。整個機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，操作方便、經(jīng)濟(jì)適用。 編寫相應(yīng)的設(shè)計說明書。 總結(jié)出此次焊接變位機(jī)的結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計和總結(jié)構(gòu)的設(shè)計：液壓馬達(dá)的選擇； 電動機(jī)的選擇；回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計及校核；傾斜軸的設(shè)計及校核，軸承的選取及校核。 軸的設(shè)計時先根據(jù)經(jīng)驗試選一個軸徑，然后對其進(jìn)行校核，確定其是否滿足裁量 的強(qiáng)度剛度要求和設(shè)計任務(wù)書的要求，不滿足要求，再選擇更大的軸徑校核，直 到選擇到合適的軸徑為止；軸徑的大小要考慮到軸承的選擇。 本次設(shè)計采用液壓泵驅(qū)動，液壓泵則由電動機(jī)提供動力。液壓泵帶動的液壓 馬達(dá)與減速機(jī)構(gòu)相連接，以帶動齒輪轉(zhuǎn)動，完成工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。減速器為外 購件，采用 WHT80 型。液壓泵通過 3 個三位電磁換向閥驅(qū)動 5 個液壓缸，完成主 臂、副臂與工作臺的傾斜運(yùn)動。采用液壓缸控制傾斜，有效防止動力源突然切斷 時，焊件因重力作用而發(fā)生事故。 而在焊接變位機(jī)的總體設(shè)計方案時，就要考慮到各零部件之間的配合，不能 夠孤立的考慮問題，而且要盡量做到焊接變位機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,實用性，方便性，進(jìn) 行總體設(shè)計，而繪制總體裝配圖時，要以表示清楚零部件之間的配合為主。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 27 參考文獻(xiàn) 1 王政.焊接工裝夾具及變位機(jī)械（性能設(shè)計選用）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2000 年 2 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各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文的寫作過程中， 我的導(dǎo)師韓老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又 一遍地指出設(shè)計中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。 由于條件的限制，此課題是在借助于前人的理論成果，認(rèn)真聽取導(dǎo)師的教誨， 廣泛搜集有關(guān)論文和文獻(xiàn)，并熟悉已有 500 公斤液壓伸臂式焊接變位機(jī)的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行一些理論知識的探討和機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造創(chuàng)新。 還要感謝這四年中，指導(dǎo)、教育過我的各位老師和領(lǐng)導(dǎo)，通過這四年教育和 指導(dǎo)，使我掌握了不少新的知識，以及明白了許多做人道理。最后，還提供了這 次畢業(yè)設(shè)計的機(jī)會。使我能進(jìn)一步的學(xué)習(xí)并掌握更多的知識，同時也使自己對這 四年的學(xué)習(xí)做了一次檢驗。它必將為我以后步入社會，踏上工作崗位打下了良好 的基礎(chǔ)，在此再次表示衷心的感謝！ 感謝河南科技大學(xué)對我的教育和培養(yǎng)！ 最后，感謝參與設(shè)計評審的各位老師在百忙之中抽出寶貴時間對我的設(shè)計進(jìn) 行評閱審議！ 由于水平有限，設(shè)計中缺點(diǎn)錯誤在所難免，我誠懇地希望各位老師和讀者批 評指正。