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摘 要
近年來，焊接工業(yè)得到了很快的發(fā)展，焊接設(shè)備也相繼出現(xiàn)，各種焊接支架也得到了運(yùn)用，在圓形工件內(nèi)外環(huán)縫的焊接中,組合式焊接滾輪架很受青睞，慢慢的取代長軸式、固定式等焊接滾輪架, 獲得了廣泛的應(yīng)用,如何設(shè)計(jì)較好使用的滾輪架仍值得探討。
隨著生產(chǎn)的自動(dòng)化，滾輪架在生產(chǎn)中的地位也日益突出。目前國外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)多，結(jié)構(gòu)差別也很大，各自有著不同的用途，有不同的特點(diǎn)。國內(nèi)的重型焊接滾輪架用戶則主要集中在大型石油化工、電站設(shè)備制造等行業(yè)上。使用的焊接滾輪架來自不同的國家。
關(guān)鍵詞： 焊接 滾輪架 滾輪軸
25
第1章：引言
Abstract
In recent years, the welding industry has been rapidly developing, welding equipment has been developing. A kind of welding stent has been used。Cylinder part in the ring and outside the welding seam, and modular welding wheel-replace-long axis, welding and other fixed-wheel planes, access to a wide range of applications。
How to design better use of the wheel-is still worth exploring. Wheel-welding machine as part of disciplines and with other disciplines are also linked to。With the automation of production, wheel-in production has become more prominent position。The current number of domestic and international welding equipment factory in the production of welding wheel。Specifications models, structural differences, each suitable for different purposes, have different features。China's heavy welding wheel-users mainly concentrated in the large-scale petrochemical, power station equipment manufacturing, heavy equipment manufacturing industry。The use of welding wheel-come from different countries
Key words: welding wheel-st Wheel-axis
第一章 引言
1.1 研究的背景與目的
1.1.1研究的背景
目前國內(nèi)外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)多，結(jié)構(gòu)差別大，各自有不同的用途，各有特點(diǎn)。通過收集技術(shù)資料，以及對(duì)焊接滾輪架技術(shù)服務(wù)積累的一些相關(guān)知識(shí)，對(duì)目前國內(nèi)進(jìn)口主要品牌焊接滾輪架的技術(shù)性能、特點(diǎn)等做簡(jiǎn)要的對(duì)比介紹，使用戶對(duì)焊接滾輪架的性能有進(jìn)一步的了解。從重型焊接滾輪架國內(nèi)目前的占有率來看，由于瑞典公司進(jìn)入中國市場(chǎng)早，公司在國際上的知名度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 故障率低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有獨(dú)特的特點(diǎn)， 使許多大公司使用ESAB 的產(chǎn)品，擁有較高的市場(chǎng)占有率， 但是價(jià)格也高。意大利ANSALDO 公司的350T 焊接滾輪架和焊接操作機(jī)在中國有兩種， 由于其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，決定了它對(duì)工件加工的局限性。芬蘭PEMAMEK 公司的PEMN300TN滾輪架在內(nèi)地有一。
1.1.2研究的目的
焊接滾輪支架是一種能夠?qū)⒔M合式被焊工件裝配起來并按照要求能夠移動(dòng)焊件的機(jī)械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機(jī)械裝備。對(duì)該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。合理的設(shè)計(jì)與利用焊接滾輪支架不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且也改善了勞動(dòng)條件，同時(shí)還可以簡(jiǎn)化焊接結(jié)構(gòu)的裝配焊接工藝。隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展,對(duì)焊接生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化提出了越來越高的要求,焊接機(jī)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(chǎng)需要而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動(dòng)滾輪間的摩擦力來帶動(dòng)圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。
焊接設(shè)備的自動(dòng)化在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用徹底改了變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。而焊接滾輪架作為焊接設(shè)備中的一部分，其結(jié)構(gòu)也越來越趨向于自動(dòng)化方面。
通過對(duì)滾輪架進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，將所學(xué)知識(shí)得以綜合利用，有助于提高自己的分析問題與解決問題的能力。同時(shí)，了解各種滾輪支架的設(shè)計(jì)、工作原理與應(yīng)用等。通過本設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)思維，從思想上得到轉(zhuǎn)變，同時(shí)加強(qiáng)自己動(dòng)手能力的培養(yǎng)。
1.2 研究的意義及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1焊接滾輪架研究的意義.
為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國外焊接生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化已達(dá)到很高的程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國家焊接機(jī)械化、自動(dòng)化程度已達(dá)到熔敷金屬量的65%以上。目前, 國際上技術(shù)先進(jìn)的重型焊接滾輪架最大的承載重量達(dá)1600T，自動(dòng)防竄滾輪架的最大承載重量達(dá)800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm。變位機(jī)的最大的承載重量達(dá)400T，轉(zhuǎn)矩可達(dá)450KNm?？蚣苁胶附臃D(zhuǎn)機(jī)和頭尾架翻轉(zhuǎn)機(jī)的最大承載重量達(dá)160T。焊接回轉(zhuǎn)平臺(tái)的最大承載重量達(dá)500 T。立柱橫梁操作機(jī)和門架式的操作機(jī)的最大行程達(dá)12m。龍門架操作機(jī)的最大規(guī)格為8m×8m。我國已能生產(chǎn)6m×6m以上大型立柱—橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機(jī)，500T重型滾輪架及重型、輕型自動(dòng)防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機(jī)和大、中型翻轉(zhuǎn)機(jī)等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設(shè)備，并大量采用交流電機(jī)變頻調(diào)整技術(shù)，PLC控制技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)及數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，焊接裝備的自動(dòng)化程度有了很大的提高，某些操作機(jī)還配備了焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大，因此為窄間隙設(shè)備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機(jī)壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動(dòng)焊工藝焊接筒體縱縫，實(shí)現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)最大長度7000mm，最大厚度250mm）壓制工藝自動(dòng)化和焊接工藝高效率化。新型燃?xì)饧訜崞骱碗娂訜嵩O(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，例如，紅外燃?xì)饧訜崞鳎涫揭夯瘹饧訜崞鞯缺葌鹘y(tǒng)的燃?xì)饧訜崞魈岣邿嵝?0%以上，而且更加安全和方便。例如，鋼管的焊接，管壁的縱縫和環(huán)縫均為平焊，在鋼管很長，直徑很大的情況下，直接焊接比較困難，而使用了焊接滾輪架后，所有的縱縫和環(huán)縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，有效地減小翻身等吊裝工作。當(dāng)然焊接滾輪架的回轉(zhuǎn)平臺(tái)，要求其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便，外形尺寸緊湊，具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，配備專用的活動(dòng)內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺(tái)自動(dòng)焊接設(shè)備后，具備完成鋼管對(duì)圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、安裝加勁環(huán)焊接的工作條件。
1.2.2 焊接滾輪架的發(fā)展趨勢(shì).
焊接滾輪架有著不同的結(jié)構(gòu)，最開始的一種是兩邊都固定的架，焊件放在上面就可以焊接，這種滾輪架在焊接時(shí)要移動(dòng)焊件。再而生產(chǎn)了一種自調(diào)式滾輪架，這是一種差動(dòng)滾輪組成的滾輪架，當(dāng)工件直徑發(fā)生變化時(shí)滾輪隨擺架自動(dòng)調(diào)節(jié)滾輪的中心距，使工件得到平衡支撐，這種滾輪架適應(yīng)于直徑為900~4000的工件焊接，當(dāng)直徑為最小值900時(shí)，每側(cè)只有一個(gè)滾輪接觸工件。當(dāng)工件直徑大到一定值時(shí)，所有滾輪才能接觸?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種自動(dòng)化調(diào)節(jié)的滾輪架，滾輪架可以根據(jù)工件而自動(dòng)轉(zhuǎn)變焊接位置。這種自動(dòng)化焊接設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，不用人工進(jìn)行操作。
第2章：焊接滾輪架的設(shè)計(jì)
第二章 焊接滾輪架的設(shè)計(jì)
2.1 焊接滾輪架的選擇
2.1.1 焊接滾輪架的主要結(jié)構(gòu)
焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪架與焊件之間的磨擦力,使焊件旋轉(zhuǎn)的變位機(jī)械.焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接,可以對(duì)主,從動(dòng)滾輪的高度作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,也可進(jìn)行錐體,分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接,對(duì)于一些非圓長形焊件,將其放在特做的裝置中,也可以在滾輪架上進(jìn)行焊接.
焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)形式分為兩類.
第一類是長軸式滾輪架,滾輪沿兩平行軸排列,與驅(qū)動(dòng)裝置相聯(lián)的一排為主動(dòng)滾輪,另一排為從動(dòng)滾輪,也有兩排都是主動(dòng)滾輪的,主要用于細(xì)長薄形的焊件的組對(duì)焊接.
有的長軸式滾輪架，其滾輪為一長形滾柱,直徑為0.3-0.4m,長度為1—5m筒體置于其上不容易軸向變形。這種滾輪架適用于薄壁,小直徑,多筒體焊件的組對(duì)和環(huán)縫的焊接.長軸式滾輪架多數(shù)是用戶自己的需要而設(shè)計(jì)的,市場(chǎng)可供選用的定型產(chǎn)品很少.
第二類是組合式滾輪架,它的主動(dòng)滾輪,從動(dòng)滾輪都是獨(dú)立的,使用時(shí)可根據(jù)焊件的重量和大小,長度進(jìn)行任意組合,其組合比例也不光是1與1的組合,因此,這種滾輪架使用方便靈活,對(duì)焊件的適應(yīng)性很強(qiáng),是目前應(yīng)用最廣泛的滾輪架結(jié)構(gòu)形式,國內(nèi)外有關(guān)的生產(chǎn)廠家,均有各自己的系列新產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng).
本設(shè)計(jì)中，工件長度為8m,直徑為2.5m 重量為5t,因此采用組合式非自調(diào)式滾輪架.其主要結(jié)構(gòu)由主動(dòng)滾輪,從動(dòng)滾輪,支架三部分組成,如圖(2-1),支架相當(dāng)于機(jī)座.輪座在其上對(duì)工件起支稱作用,其中主動(dòng)輪起驅(qū)動(dòng)作用.這三部分都是獨(dú)立的.,人們可以利用其數(shù)量的協(xié)調(diào)變化組合成能驅(qū)動(dòng)各種不同長度,不同直徑的焊件的焊接
。
圖2-1滾輪架圖
1 主動(dòng)滾輪 2 從動(dòng)滾輪 3 驅(qū)動(dòng)裝置
本設(shè)計(jì)中，滾輪架采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),根據(jù)滾輪架的特點(diǎn)和適用范圍,滾輪采用鋼輪,承載能力強(qiáng).
附表2-1滾輪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和適用范圍
類型
特點(diǎn)
適用范圍
鋼輪
承載能力強(qiáng),制造簡(jiǎn)單
用于重型焊件和要熱處理的焊件以及額定載重大于60T的滾輪架
膠輪
鋼輪外包橡膠,摩擦力較大,傳動(dòng)平穩(wěn),但橡膠容易壓壞
一般多用于10T以下的焊件和有色金屬容器
組合輪
鋼輪和橡膠輪組合, 承載能力比橡膠輪高,傳動(dòng)平穩(wěn).
一般用天10-60T的焊件
履帶輪
大面積履帶面積和焊件接觸,有利于防止薄壁工件和變形,傳動(dòng)平穩(wěn)但結(jié)構(gòu)復(fù)雜
用于輕型,薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器
表2-1
2.1.2 焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本滾輪架采用一組主動(dòng)輪,一組從動(dòng)輪,因?yàn)楣ぜL度的8米,直徑2.5米,因此，滾輪架總共有7組,每一個(gè)滾輪的兩端都有支座，主動(dòng)滾輪是同軸的，中間用連軸器連接。主動(dòng)輪上的每一個(gè)滾輪的長度與寬度相同，而從動(dòng)輪上的最兩端的兩個(gè)滾輪寬度較小，中間的6個(gè)滾輪寬度與主動(dòng)輪相同，從動(dòng)滾輪的每一個(gè)滾輪是獨(dú)立的，在工作時(shí)，一個(gè)焊件置于三個(gè)滾輪之上，這樣傳動(dòng)比較平穩(wěn)。采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置大概位于主動(dòng)輪軸的中間，結(jié)構(gòu)如下圖(2-2)所示：
圖2-2滾輪架結(jié)構(gòu)示意圖
1．電動(dòng)機(jī) 2.聯(lián)軸器 3齒輪對(duì)，4 軸承 5主動(dòng)滾輪 6 公共軸，7從動(dòng)滾輪。
2.2 滾輪架受力分析及設(shè)計(jì)
2.2.1 中心角的選擇
選擇合適的中心有利于焊件穩(wěn)定而均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以減少滾輪的支反力，驅(qū)動(dòng)圓周力和節(jié)能，通常的情況下，中心角要在~之間選用。因此，與此中心角相對(duì)的焊件直徑不得超越下述范圍：
當(dāng)中心角為時(shí)，對(duì)應(yīng)的許用焊件直徑為
當(dāng)中心角為時(shí)，對(duì)應(yīng)的許用焊接為
mm
本設(shè)計(jì)中選用的中心角為，在~范圍之內(nèi)，而筒體焊件的直徑為2500mm，符合上述要求。
2.2.2滾輪直徑與寬度的確定。
滾輪直徑影響工件與滾輪之間的接觸應(yīng)力值，有
(2.1)
式中 ----------滾輪上的壓力，，為滾輪對(duì)數(shù).
E------彈性模量
，------工件和滾輪半徑
B------為滾子的寬度；
-----接觸應(yīng)力，一定應(yīng)小于許用接觸應(yīng)力。.
此式不能確定兩個(gè)未知量 和，而根據(jù)滾輪的線壓力小于許用應(yīng)力的條件可決定B
(2.2)
式中------45號(hào)鋼的許用線壓力,鋼輪=1471(N/MM)
,B-----作用在滾輪輪上的壓力及滾輪寬。.
代入數(shù)值,可得:
可知:
因?yàn)檩喌脑S用接觸力5.476《=1471(N/MM)小于鋼的許用接觸應(yīng)力，因此，滾輪的寬度為B=750mm
查表得 ，設(shè)滾輪的直徑為240mm,代入上式得：
因?yàn)殇摰脑S用接觸應(yīng)力為，
因此,符合設(shè)計(jì)要求
根據(jù)上面的計(jì)算可知，設(shè)計(jì)的滾輪的直徑為240mm, 滾輪的寬度為750mm。根據(jù)滾輪架結(jié)構(gòu)示意圖，從動(dòng)滾輪的兩端的兩個(gè)滾輪直徑為240mm，滾輪的寬度為350mm。
2.2.3滾輪軸的設(shè)計(jì)。
工件或支承環(huán)直接作用滾輪架的滾輪上，靠工件或支承環(huán)與滾輪的磨擦使其回轉(zhuǎn)。圓形工件下方直接為滾輪架，一邊為驅(qū)動(dòng)滾輪，一邊是從動(dòng)滾輪，假定兩端滾輪直徑相等，軸心高度相同，工件重心與回轉(zhuǎn)中心（圓心）不重合，則存在偏心距，則驅(qū)動(dòng)滾輪主軸上的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)大于：驅(qū)動(dòng)滾輪沿工件滾輪的滾輪磨擦力矩M1，工件的偏心力矩，滾輪軸承的動(dòng)磨擦力矩和慣性力矩等之和。當(dāng)工件均勻回轉(zhuǎn)時(shí)，可作為平衡力系考慮，分別對(duì)驅(qū)動(dòng)滾輪，工件，支承滾輪進(jìn)行受力分析如圖2-3，并寫出平衡方程如下：
(2-.3)
(2-4)
式中-----驅(qū)動(dòng)總阻力矩。
，---------驅(qū)動(dòng)輪與支承輪在筒體上滾輪的磨擦力矩及工件在兩種輪上滾輪磨擦力矩，，
(2-5)
--------滾動(dòng)磨擦系數(shù)。
，------滾輪軸承的滑動(dòng)磨擦力矩，
------軸承的誘導(dǎo)磨擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承，誘導(dǎo)磨擦系數(shù)為0.1
,-----軸承的半徑,本設(shè)計(jì)中
----件的偏心距.
,滾輪上正壓力,在本設(shè)計(jì)中有
圖2-3受力分析圖
,----依靠摩擦傳遞的使工件和支承滾輪回轉(zhuǎn)的切向力
R r-----------分別為工件和滾輪的半徑
從式（2—3）------------(2---5) 消去,和
(2-6)
將 , , , 及 代入得，則
（2-7）
其中f----滾動(dòng)磨擦系數(shù) 0.03
----軸承誘導(dǎo)系數(shù)為0.1 為滾動(dòng)軸徑,為偏心距
式中 通常的情況下驅(qū)動(dòng)和支滾輪有同樣的半徑，本設(shè)計(jì)也是這樣的，式（2-7）第一項(xiàng)表示為作用在驅(qū)動(dòng)滾輪上的滾動(dòng)摩擦阻力矩，第二項(xiàng)表示滾輪軸承的摩擦力矩，第三項(xiàng)表示為偏心阻力矩。
因?yàn)楣ぜ閳A筒形,所以偏心距為0
所以：
其中為滾輪軸的半徑 本設(shè)計(jì)中設(shè)為45mm,材料選用45號(hào)鋼
為了防止工件和驅(qū)動(dòng)滾輪的打滑,由所產(chǎn)生的工作圓周力必須小于工件與驅(qū)動(dòng)輪之間最在滑動(dòng)摩擦力,有:
(2-8)
:為驅(qū)動(dòng)力矩.
（2-9）
s----驅(qū)動(dòng)力矩
代入數(shù)據(jù)得,F1=146N
1.3*=1.2*146=163N
0.04*4107=164.5
所以
式中---為滾輪表面與工件之間滑動(dòng)摩擦系數(shù),如不滿足,就要更換材料軸的尺寸.
綜上,所以設(shè)計(jì)所用的材料符合設(shè)計(jì)要求.
兩滾軸中心距的確定.
滾輪架結(jié)構(gòu)如下圖2-4所示
a------半中心角
D------焊件的直徑
Dr------滾輪的直徑
L-------主從動(dòng)輪之間的橫向距離
機(jī)械工業(yè)部設(shè)計(jì)院提出，工件橢圓產(chǎn)生了附加偏心距，工件縱通過滾輪時(shí)會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)相當(dāng)大附加力矩，而且起很大作用，使橢圓產(chǎn)生的偏心力矩可以不加以考慮，并提出了如下情況下力矩的計(jì)算公式，經(jīng)實(shí)測(cè)誤差較小，其計(jì)算如上圖所示，假定一邊支承滾輪，一邊驅(qū)動(dòng)滾輪外，縱縫和滾輪相遇是錯(cuò)開的，計(jì)算中按三個(gè)滾輪與工件接觸，一個(gè)與縱縫接觸，于是有：
圖2-4 受力分析
（2.10）
(2.11)
以及縱縫通過滾輪的阻力矩
(2.12)
式中----縱縫和滾輪接觸的當(dāng)量摩擦系數(shù),它與焊縫高度有關(guān)
, (2.13)
h------力焊縫冗高,其他符號(hào)與前面相同,
(2.14)
將數(shù)據(jù)代入得：
因?yàn)?170《2236所以上面的設(shè)計(jì)符合要求。
2.2.4 電機(jī)的選擇
電機(jī)功率公式為
（2.15）
式中,------主動(dòng)軸的總驅(qū)動(dòng)力矩
n--------為主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速(),本設(shè)計(jì)中主動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)速為(6-60n/h),其中最高轉(zhuǎn)速為
--------為傳動(dòng)效率。其中為2個(gè)滑動(dòng)軸承0.99，,對(duì)個(gè)圓周柱齒輪傳動(dòng)0.96,聯(lián)軸器為0.99所以傳動(dòng)總效率為
0.99*0.99*0.96*0.96*0.99=0.92
因此電機(jī)選擇為0.75KW的電機(jī)就可以了。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90S-4
2.2.5電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)與調(diào)速
焊接滾輪架的拖動(dòng)與高速主要有兩種方式,一種是直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng),采用降壓調(diào)速,另一種是交流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng),變頻調(diào)速.前者使用很久,而且技術(shù)很成熟,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬,起動(dòng)力矩較大,是目前滾輪使用最多的一種,拖動(dòng)調(diào)速方式,缺點(diǎn)是電支機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)速范圍較小,平時(shí)恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速的范圍是1:10左右低速時(shí)的速度不穩(wěn)定,有爬行現(xiàn)象.后者則采用電子表逆變技術(shù)的發(fā)展和大電流晶體管的性能完善.在技術(shù)是也日趨成熟,其主要是調(diào)速范圍較寬,可達(dá)到1:20,轉(zhuǎn)動(dòng)平好,低速特性硬,缺點(diǎn)是低速過載倍數(shù)降低較大,變頻電源的價(jià)格較高,但隨著電動(dòng)機(jī)額定功率的增加,價(jià)格上則相對(duì)平緩.因此,本設(shè)計(jì)采用是交流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng),變頻調(diào)速。其拖動(dòng)機(jī)構(gòu)為從電動(dòng)機(jī)出來，接通到聯(lián)軸器上，通過齒輪傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)滾輪軸上。
第3章：滾輪架中各零件的設(shè)計(jì)與選用
第三章 滾輪架的各零件的設(shè)計(jì)與選用
3.1 軸承的選用
3.1.1滾動(dòng)軸承的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，機(jī)械效率高，易起動(dòng)；
2、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便；
3、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮??；
4、精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長；
5、部分軸承具有自動(dòng)調(diào)心的性能；
6、適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高
缺點(diǎn)： 1、噪音大
2、軸承座的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜
3、成本較高。
3.1.2 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)
滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成，其中內(nèi)圈的作用是與軸相配合，并與軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用，滾動(dòng)體是借助于保持架均勻的將滾動(dòng)體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命，保持架能使?jié)L動(dòng)體均勻分布，防止?jié)L動(dòng)體脫落，引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用
根據(jù)GB/T276-89，本設(shè)計(jì)選用深溝軸承
3.1.3軸承的選用
當(dāng)軸承的徑向游隙增大時(shí)，具有角接觸球軸承的性質(zhì)，可承受兩個(gè)方向交變的軸向載荷。密封的深溝球軸承可免維護(hù)，并能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。它可以承受徑向和軸向載荷，而且允許轉(zhuǎn)速很高。由于這些特征和其低廉的價(jià)格，使它成為應(yīng)用最廣泛的軸承類型。但深溝球軸承的自動(dòng)調(diào)心能力是有限的與尺寸相同的其它類型軸承相比，這類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，精度高，是用戶選型時(shí)首選的軸承類型。
本設(shè)計(jì)中軸徑為90MM，選用深溝球軸承，其型號(hào)為61918
D為140MM ，B為24，額定載荷Cr為58.0 ,Cor為49.8 極限轉(zhuǎn)速為，脂3800，油4800，重量/kg 2.17,其它尺寸，d2 111.7, D138.4,
1.5,安裝尺寸99mm，131mm,球徑15.081mm ，球數(shù)14軸承座如圖3-1所示：
圖3-1 軸承座
3.2 連軸器的選用
本設(shè)計(jì)中軸徑為90mm，選用凸緣聯(lián)軸器，型號(hào)為YLD13公稱扭矩為2500N.m許用轉(zhuǎn)速也符合要求，孔的長度J型為132mm,有沉孔的矩圓柱形軸孔，Y形軸孔，L長度為132mm，沉孔，D220mm D1185mm 公稱尺寸為t125mm，極限偏差為上偏差為-0.022，下偏差為-0.074，螺栓數(shù)為8，直徑為M16，L1為269，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.416，重量為35.5 連軸器如圖3-2：
圖3-2 聯(lián)軸器
3.3 軸和滾輪的配合
本設(shè)計(jì)中,軸和滾輪用鍵連接,一根滾輪有四個(gè)鍵配合,如圖3-3所示：
圖3-3 軸與滾輪配合
鍵的選擇：根據(jù)軸的要求，選用b=25mm,h=14mm ,L =360mm 的圓形普通平鍵（A）型的標(biāo)記：鍵25*360GB1096-79，
1． 平鍵的材料為45鋼
2． 軸槽輪槽對(duì)軸及輪軸線的對(duì)稱度公差為7級(jí)
鍵圖：如圖3-4
圖3-4 鍵
軸與鍵配合圖：如圖3-5
圖3-5 軸與鍵配合
3.4 齒輪的設(shè)計(jì)
1.材料：小齒輪選用40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度為280HBS。大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240HBS。
2.選小齒輪齒數(shù)z1=80,小齒輪齒數(shù)z2=80*1.25 ==100取z2=100
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式 （ 4-1）
進(jìn)行計(jì)算
3確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
(1).試選載荷系數(shù)
(2).由前可知小齒輪轉(zhuǎn)矩
(3).查表得齒寬系數(shù)
(4).查表得材料的彈性影響系數(shù)
(5).按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
(6).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
則有
(7).查得接觸疲勞壽命系數(shù)為
(8).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1，由式有
4 計(jì)算
(1).試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
因?yàn)闈L輪軸的最小直徑為90mm,所以小齒輪分度圓直徑為200mm
(2)計(jì)算齒寬b
(3)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù) mm
齒高
b/h=200/5.625=35.6
4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 (4-2)
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
查圖小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限分別是
（2）彎曲疲勞壽命系數(shù)
（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 .計(jì)算
得
（4）計(jì)算載荷系數(shù)K
（5）查取齒形系數(shù)，查表得
（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
（7）計(jì)算大，小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值比較大
設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比得，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而承載的齒輪要求模數(shù)m取2.5
按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取z1=80
大齒輪齒數(shù) 取z2=100
4幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算分度圓直徑
計(jì)算中心距
計(jì)算齒輪寬度
取齒輪寬
5驗(yàn)算
經(jīng)計(jì)算合格
第四章 結(jié)論
第四章 結(jié)論
焊接滾輪架是焊接生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備,通過各種焊接結(jié)構(gòu)架可以提高生產(chǎn)效率,使生產(chǎn)時(shí)間減少.本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)習(xí)了有關(guān)焊接工藝相關(guān)的知識(shí),對(duì)焊接用的各種滾輪架有了較深的理解,懂得了焊接夾具在焊接過程中的力學(xué)分析,開放了自己的設(shè)計(jì)思維,懂得了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟和方法,學(xué)會(huì)了如何查閱相關(guān)的資料,將自己的理論知識(shí)用于實(shí)踐中.本次設(shè)計(jì)按照國標(biāo)的設(shè)計(jì)要求,在已知條件下設(shè)計(jì)滾輪架,經(jīng)過各種驗(yàn)算,設(shè)計(jì)結(jié)果基本符合要求.
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們學(xué)生離校前最重要也是最全面的一次設(shè)計(jì)，是高等院校為培養(yǎng)工程技術(shù)人員而進(jìn)行的一次大型綜合訓(xùn)練，通過這次設(shè)計(jì)，檢查我們綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程的知識(shí)，分析和解決問題的能力，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐漸樹立正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力，另外通過這次設(shè)計(jì)，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖技能以及運(yùn)用各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。學(xué)會(huì)怎樣查找應(yīng)用設(shè)計(jì)手冊(cè)和有關(guān)資料，進(jìn)行全面的機(jī)械基本技能的綜合性大型練習(xí)。
本次畢業(yè)論文，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)具有了更進(jìn)一步的了解和掌握，了解了設(shè)計(jì)過程中的一般步驟，這必將為以后的學(xué)習(xí)和工作起到打下良好的基礎(chǔ)。
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