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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923161 學(xué)生姓名： 張琪琪 指導(dǎo)教師： 薛慶紅 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在 畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè) 計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 94 學(xué) 號： 0923161 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計是機(jī)械專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的基本的專業(yè)知識，該翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為某缸 體的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為企業(yè)在用設(shè)備，需運(yùn)用機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計，工程力學(xué)等 相關(guān)的綜合知識。通過設(shè)計，學(xué)生可以對機(jī)械制圖，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動原理， 機(jī)構(gòu)的設(shè)計，機(jī)械零件的加工，標(biāo)準(zhǔn)件的選用等專業(yè)知識得以綜合運(yùn)用，提 高學(xué)生解決問題的綜合能力。課題稍難，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，可以在規(guī)定 時間內(nèi)設(shè)計完成。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理設(shè)計，繪制運(yùn)動原理圖； 2、繪制產(chǎn)品裝配圖； 3、典型非標(biāo)件設(shè)計，對非標(biāo)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、剛度校核； 4、繪制全套非標(biāo)零件圖； 5.編寫設(shè)計說明書（大于 30 頁） ； II 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班 姓名 張琪琪 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 本文闡述了大型缸體翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計只講解了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計主要是 為了使得缸體在生產(chǎn)過程中更容易加工，更容易焊接。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用了軸類轉(zhuǎn)動和 大平面式定位裝置組成。包括整體系統(tǒng)設(shè)計、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計、框架的設(shè)計等。在設(shè)計 中對傳動軸和基本部件的強(qiáng)度進(jìn)行了校荷，來保證其強(qiáng)度要求同時需要進(jìn)行焊接部分的 強(qiáng)度校荷，來最終確定設(shè)計方案。 焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、平穩(wěn)性、翻轉(zhuǎn)的連續(xù)性以及制造成本對提高焊接效率和 保證安全性有很大的影響，研究了可以實(shí)現(xiàn)原地低位的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并對動態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行 分析，結(jié)果表明：翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)時連續(xù)平穩(wěn)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)占地空間小，制造成本低，具 有良好的應(yīng)用前景，在國內(nèi)外焊接生產(chǎn)線上有很高的推廣價值。 關(guān)鍵詞:焊接；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計 IV ABSTRACT This paper expounds the mechanism design of large converter overturning, only on the design of mechanical structure design, the design is to make the boiler is easier to process in the production process, easy welding. The mechanical structure part adopts the structure of modular fixture chain turnover, hydraulic lifting. Including the transmission system design, the turnover mechanism design, hydraulic cylinder design. In the design of the transmission shaft and the basic components of the strength of the school charge, to ensure its strength requirements and the need for welding part of the strength of the school charge, to determine the final design scheme. Weld the structure size, steady, inside out consecution and manufacturing costs of the inside out machine to weld to the exaltation the efficiency and the assurance safeties contain very big influence.Studying can carry out an inside out and inside out organization, and carried on the analysis to the dynamic state stability, the result enunciation:Inside out organization at inside out is continuously steady.The inside out organization covers the space small, the manufacturing cost is low, having the good applied foreground, producing in the domestic and international welding on-line have the very high expansion value. Key words: Converter;Inside out organization;architectural design V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課來題源及研究的目的和意義 ...........................................................................................1 1.2 國內(nèi)外設(shè)備目前的發(fā)展?fàn)顩r ..............................................................................................1 1.3 課題研究方法和手段 ...........................................................................................................1 1.4 課題應(yīng)達(dá)到的基本要求 .......................................................................................................2 1.4.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想 ................................................................................................2 1.5 設(shè)計任務(wù)書的基本要求 .......................................................................................................2 2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計 .............................................................................................................3 2.1 總體設(shè)計方案 .......................................................................................................................3 2.1.1 設(shè)計目的 ........................................................................................................................3 2.1.2 設(shè)計原理 ........................................................................................................................3 2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概述 ................................................................................................................5 2.2.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成 .........................................................................................................5 2.2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理 .....................................................................................................5 2.2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能要求 .....................................................................................................5 2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計與比較 ............................................................................................5 2.3.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計 ................................................................................................5 2.3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的比較選擇 .....................................................................................................8 3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計 .....................................................................................................9 3.1 機(jī)構(gòu)框架設(shè)計 ........................................................................................................................9 3.1.1 框架結(jié)構(gòu)材料 .................................................................................................................9 3.1.2 結(jié)構(gòu)的成形方式 ..........................................................................................................10 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計 .............................................................................................................10 3.2.1 軸徑的確定 ...................................................................................................................12 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..............................................................................................................12 3.3 踏板、轉(zhuǎn)盤及手輪的設(shè)計 .................................................................................................15 3.4 平衡塊的設(shè)計 ......................................................................................................................16 4 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 ...........................................................................................................................16 4.1 軸承的選擇 ..........................................................................................................................17 4.1.1 軸承的基本概念 ...........................................................................................................17 4.1.2 滾動軸承的主要類型、比較和選擇 ...........................................................................17 4.1.3 軸承型號的確定 ...........................................................................................................20 VI 4.1.4 軸承的壽命 ...................................................................................................................22 4.2 其它標(biāo)準(zhǔn)件選用 ..................................................................................................................22 4.2.1 軸承座的選用 ...............................................................................................................22 4.2.2 軸套的選用 ...................................................................................................................23 4.2.3 開口銷的選用 ...............................................................................................................25 4.2.4 壓簧的選用 ..................................................................................................................26 4.2.5 墊片的選用 ..................................................................................................................26 4.2.6 鍵的選用 ......................................................................................................................27 5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的焊接與裝配 ...........................................................................................................29 5.1 框架的焊接 .........................................................................................................................29 5.1.1 選擇焊接方法 ...............................................................................................................29 5.1.2 確定焊接的形狀、尺寸和下料方法 ...........................................................................29 5.1.3 確定焊接接頭、坡口形式和坡口邊緣的加工方法 ...................................................30 5.1.4 焊接方案的確定 ...........................................................................................................30 5.2 零部件的裝配 ......................................................................................................................30 5.2.1 機(jī)器裝配的基本概念 ...................................................................................................30 5.2.2 零件在裝配中連接種類 ...............................................................................................31 5.2.3 裝配方法 .......................................................................................................................32 5.2.4 裝配方案的確定 ...........................................................................................................33 5 結(jié)論 ...........................................................................................................................................33 致謝 ...............................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................35 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 課來題源及研究的目的和意義 技術(shù)進(jìn)步的最重要和最有效的發(fā)轉(zhuǎn)方向之一就是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的過程，其中包括焊接過 程的全盤機(jī)械化和自動化。 在焊接過程中，焊接工作本身所占的工作量不會超過總工作量的 25%30%，剩余的工 作就是裝配及其它的工作，其中包括運(yùn)輸及其它輔助工作，如工件調(diào)試、修整、檢測等。 在工件制作過程中，我們必須多次繞其水平軸翻轉(zhuǎn)工件，這個翻轉(zhuǎn)工作用翻轉(zhuǎn)臺來實(shí)現(xiàn) 是最合理、最有效、最安全的。 運(yùn)用焊接翻轉(zhuǎn)臺可以大大提高勞動生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期、確保得到高品質(zhì)的產(chǎn)品。 這是因為使用翻轉(zhuǎn)臺可以擴(kuò)大自動焊的應(yīng)用，可以使焊接工作總是在方便的位置下進(jìn)行， 甚至可以提高工作的安全性，因為翻轉(zhuǎn)臺能使最危險的操作翻轉(zhuǎn)工件實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 在缸體的生產(chǎn)過程中，用焊接方法制造更為有利。同時，在焊接生產(chǎn)加工中，當(dāng)缸 體完成組對并進(jìn)行一面的焊接后，需要將其翻轉(zhuǎn)，以便焊接另一面。但由于缸體體積大、 重量重，人工很難翻轉(zhuǎn)，所以需要專用的設(shè)備，尤其是在大批量生產(chǎn)中，就更需要一種 翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)來完成這一操作，以提高生產(chǎn)效率。缸體翻轉(zhuǎn)提升機(jī)就是應(yīng)用在這種場合 下的設(shè)備。 1.2 國內(nèi)外設(shè)備目前的發(fā)展?fàn)顩r 對于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在已有很多的形式。如有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式、推舉 式等。并已在實(shí)際生產(chǎn)中用于各種工件的翻轉(zhuǎn)。目前國內(nèi)還未對各種形式的翻轉(zhuǎn)機(jī)制訂 出系列標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的翻轉(zhuǎn)機(jī)，并成系列。 另外，配合焊接機(jī)器人使用的框架式、頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)，國內(nèi)外均有生產(chǎn)。它們都 是點(diǎn)位控制，控制點(diǎn)數(shù)以使用要求而定，但多為 2 點(diǎn)(每隔 180)、4 點(diǎn)（每隔 90） 、8 點(diǎn) （每隔 45）控制，翻轉(zhuǎn)速度以恒速的 為多，但也有 變速的。翻轉(zhuǎn)機(jī)與機(jī)器人聯(lián)機(jī)按程 序動作，載重量多在 20 3000Kg 之間。例如我國汽車、摩托車等制造行業(yè)使用的弧焊 機(jī)器人加工中心，已經(jīng)成功的采用國產(chǎn)頭尾架式的焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)，由于恒定速度的翻轉(zhuǎn)， 點(diǎn)以電磁制動和汽缸錐銷強(qiáng)制定位，所以多采用交流電動機(jī)、普通齒輪副減速，機(jī)械傳 動系統(tǒng)的制作精度比軌跡控制的低 1 到 2 級，造價便宜。 今天，隨著市場需求的增加，人們對制作更加通用的機(jī)械化工具的需求日益增長， 前蘇聯(lián)重型機(jī)械制作工藝研究院科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司設(shè)計制造了帶兩個驅(qū)動支架、翻轉(zhuǎn)與 焊接同步進(jìn)行的雙支架翻轉(zhuǎn)臺，用于焊接非剛性金屬構(gòu)件。杠桿鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺已經(jīng)開始 上市，這種翻轉(zhuǎn)臺能夠方便的安裝在生產(chǎn)長條形工件的流水線上。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 在現(xiàn)在社會生產(chǎn)中，框架式翻轉(zhuǎn)臺、頭尾架式翻轉(zhuǎn)臺、鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺、環(huán)式翻轉(zhuǎn)臺、 推舉式翻轉(zhuǎn)臺等翻轉(zhuǎn)臺，已經(jīng)較長時間地被用于機(jī)械制造工廠中，他們依然屬于世界先 進(jìn)水平，仍屬新的工藝過程。 1.3 課題研究方法和手段 本課題主要采用機(jī)械設(shè)計、理論力學(xué)和材料力學(xué)相互結(jié)合的研究方法，并結(jié)合實(shí)際 工廠中在實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品和相關(guān)資料進(jìn)行整體設(shè)計。具體實(shí)施方法如下： （1）廣泛閱讀我國的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的論文和期刊，參考國外的成形翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案 （2）分析研究缸體翻轉(zhuǎn)需要的條件、必要的自由度限制和整體支撐架材料的選擇 （3）系統(tǒng)總體方案設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計（對多種機(jī)構(gòu)進(jìn)行可行性選擇） （4）對設(shè)計的機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行校核 （5）總結(jié) 1.4 課題應(yīng)達(dá)到的基本要求 1.4.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中能實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的部分是整個翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計的核心部分，針對現(xiàn)在的加工工 藝和材料的選擇主要考慮翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)、價格、生產(chǎn)率和翻轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。本課題的基 本研究思路是采用夾具將缸體固定在平面上，利用支架兩端的軸的轉(zhuǎn)動帶動大平面的轉(zhuǎn) 動來實(shí)現(xiàn)缸體的翻轉(zhuǎn)，在設(shè)計中對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，軸承的選擇來為翻轉(zhuǎn)功能的實(shí)現(xiàn) 提動理論基礎(chǔ)。 1.4.2 可解決的主要問題 實(shí)現(xiàn)了在焊接缸體的過程中，對于缸體的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，使多次繞其水平軸翻 轉(zhuǎn)工件，不用人工翻轉(zhuǎn)這個翻轉(zhuǎn)工作用翻轉(zhuǎn)臺來實(shí)現(xiàn)是最合理、最有效、最安全的。運(yùn) 用焊接翻轉(zhuǎn)臺可以大大提高勞動生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期、確保高品質(zhì)的產(chǎn)品。使用翻轉(zhuǎn) 臺可以擴(kuò)大自動焊的應(yīng)用，可以使焊接工作總在方便的位置下進(jìn)行，甚至可以提高工作 的安全性，因為翻轉(zhuǎn)臺能使最危險的操作翻轉(zhuǎn)工件實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 1.5 設(shè)計任務(wù)書的基本要求 1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理設(shè)計，繪制運(yùn)動原理圖； 2、繪制產(chǎn)品裝配圖； 3、典型非標(biāo)件設(shè)計，對非標(biāo)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、剛度校核； 4、繪制全套非標(biāo)零件圖： 5、編寫設(shè)計說明書。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計方案 2.1.1 設(shè)計目的 該變位機(jī)構(gòu)是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜，以便使所有的焊縫置于水平、船形等最佳的位置 從而進(jìn)行焊接的設(shè)備。選擇合理有用的變位機(jī)構(gòu)能夠有效提高焊接的質(zhì)量和生產(chǎn)效率， 并降低人工的勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有助于現(xiàn)場管理。工作臺的翻 轉(zhuǎn)采用手動，因為定位可靠，可以使工件處于最理想、最可靠的焊接最佳位置進(jìn)行焊接。 2.1.2 設(shè)計原理 設(shè)計一個手動H型雙座雙回轉(zhuǎn)式的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過手動控制回轉(zhuǎn)手輪來控制焊裝夾具 的翻轉(zhuǎn)，可以自行的調(diào)節(jié)所需翻轉(zhuǎn)的任意角度，實(shí)現(xiàn)焊接時的360度的變位，方便于焊接， 可以達(dá)到定位可靠，焊接方便的最佳功效。 2.1.3 對機(jī)器的要求 設(shè)計機(jī)器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達(dá)到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出 的。不管機(jī)器的類型如何，一般來說，會對機(jī)器提出以下的基本要求。 1、使用功能要求 機(jī)器應(yīng)該具有預(yù)訂的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計 或選用功能全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī)，以及合理地配置必要的 輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 2、經(jīng)濟(jì)性要求 機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，設(shè)計機(jī)器時就要全面綜合地進(jìn) 行考慮。設(shè)計制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低；使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率， 較少地消耗能源、原材料和輔助材料，以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。 提高設(shè)計和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有： 1）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計的參數(shù)最優(yōu)化，達(dá)到盡可能精確的設(shè)計計算結(jié) 果，并保證機(jī)器足夠的可靠性。盡可能多地應(yīng)用 CAD 技術(shù)，加快設(shè)計的進(jìn)度，降低設(shè)計 的成本。 2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零部件。零件結(jié)構(gòu)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化 結(jié)構(gòu)及尺寸。 3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。 4）合理地組織設(shè)計和制造過程。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。 提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有： 1）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期提高機(jī)器的生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗和生產(chǎn) 成本。 3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)（如閉式傳動、表面防護(hù)等）及潤滑等措施，以便于延長機(jī)器的 使用壽命。 4）采用可靠的密封，減小或消除滲漏現(xiàn)象。 3、勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求 1）要使所設(shè)計的機(jī)器符合勞動保護(hù)法規(guī)的要求。設(shè)計時要按照人機(jī)工程學(xué) （ergonomics）的觀點(diǎn)盡可能減少操作手柄的數(shù)量，操作手柄及按鈕等應(yīng)放置在便于操作 的位置，合理地規(guī)定操作時的驅(qū)動力，操作方式要符合人們的心理和習(xí)慣（例如汽車轉(zhuǎn) 向盤向左打則汽車向左拐彎等） 。同時，設(shè)置完善的安全防護(hù)及保安裝置、報警裝置、顯 示裝置等，并根據(jù)工程美學(xué)的原則美化機(jī)器的外形及外部色彩。使操作者有一個安全、 舒適的環(huán)境，不易產(chǎn)生疲勞。這也有助于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。 2）要把環(huán)境保護(hù)提高到一個重要的位置。改善機(jī)器及操作者周圍的環(huán)境條件，如降 低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏及對廢水、廢氣和廢液進(jìn)行有效 的治理等以滿足環(huán)境保護(hù)法規(guī)對生產(chǎn)環(huán)境提出的要求。 4、壽命與可靠性的要求 任何機(jī)器都要求能在一定的壽命下可靠地工作。隨著機(jī)器的功能愈來愈先進(jìn)，結(jié)構(gòu) 愈來愈復(fù)雜，發(fā)生故障的可能環(huán)節(jié)也愈來愈多。機(jī)器工作的可靠性受到了愈來愈大的挑 戰(zhàn)。在這種情況下，人們對機(jī)器除了習(xí)慣上對工作壽命的要求外，明確地對可靠性也提 出要求是很自然的。機(jī)器可靠性的高低是用可靠度來衡量的。機(jī)器的可靠度 R 是指在規(guī) 定的使用時間（壽命）內(nèi)和預(yù)定環(huán)境條件下機(jī)器能夠正常工作的概率。機(jī)器不能正常工 作，即機(jī)器由于某種故障而不能完成其預(yù)定的功能稱為失效。已有愈來愈多的機(jī)器設(shè)計 和生產(chǎn)部門，特別是那些因機(jī)器失效將造成巨大損失的部門，例如航空、航天部門，都 相繼規(guī)定了在設(shè)計時必須對其產(chǎn)品，包括零部件，進(jìn)行可靠性分析與評估的要求，例如 要求給出產(chǎn)品在工作壽命內(nèi)可以安全工作的定量說明。在設(shè)計時對組成機(jī)器的每個零件 的可靠性提出要求，采用備用系統(tǒng)和在使用中對機(jī)器加強(qiáng)維護(hù)和檢測可以提高機(jī)器的可 靠性。 5、其他專用要求 對不同的機(jī)器，還有一些為該機(jī)器所特有的要求。例如：對機(jī)床有長期保持精度的 要求；對飛機(jī)有質(zhì)量小、飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求；對流動使用的機(jī)器（如鉆探 機(jī)械）有便于安裝和拆卸的要求；對大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮取ＴO(shè)計機(jī)器時，在滿 足前述共同的基本要求的前提下，還應(yīng)著重地滿足這些特殊要求，以提高機(jī)器的使用性 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 能。 不言而喻，機(jī)器的各項要求的滿足，是以組成機(jī)器的機(jī)械零件的正確設(shè)計和制造為前提 的。亦即零件設(shè)計的好壞，將對機(jī)器使用性能的優(yōu)劣起著決定性的作用。 2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概述 2.2.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是由整體承重支架、主軸、翻轉(zhuǎn)臺、軸承和手輪裝置等部分的組成的 一個完整的實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。 整體承重支架是作為一個打的支撐，用于實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)構(gòu)的支撐作用,主軸使翻轉(zhuǎn)臺 能夠繞水平軸轉(zhuǎn)動。翻轉(zhuǎn)臺是作為大的承載平面，用來承載缸體的（在翻轉(zhuǎn)臺上有固定 的缸體的夾具） ，軸承是為了和主軸配合保證轉(zhuǎn)動。手輪裝置是人通過旋轉(zhuǎn)手輪來實(shí)現(xiàn)主 軸的轉(zhuǎn)動從而帶動翻轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。 2.2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的功能的實(shí)現(xiàn)是通過翻轉(zhuǎn)機(jī)臺的右端的手輪裝置，人通過旋轉(zhuǎn)手 輪來帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動帶動中間的翻轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，而工件是通過夾具 固定在翻轉(zhuǎn)臺上表面的，所以對翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)就能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的翻轉(zhuǎn)，這就是 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本翻轉(zhuǎn)功能的工作原理。 2.2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能要求 實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺繞水平軸在 180內(nèi)任意角度翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對工件的焊接。同時翻轉(zhuǎn)臺需要 具有一定的通用性，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同形式的缸體的翻轉(zhuǎn)，所以需要其具有一定的通用性。 2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計與比較 2.3.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計 根據(jù)對題目“一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計”可知，該機(jī)構(gòu)主要是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)功 能，所做的設(shè)計翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以下是對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)件設(shè)計的詳細(xì)論述。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是將工件沿水平軸轉(zhuǎn)動或傾斜，使之處于有利于加工位置的變位設(shè)置機(jī)構(gòu)。 在工件制作過程中我們必須多次繞水平軸翻轉(zhuǎn)工作，這個翻轉(zhuǎn)用翻轉(zhuǎn)太來實(shí)現(xiàn)較為合理、 最有效、最安全。而根據(jù)用途不同可以分為通用型和專用型兩大類。前者用途廣泛，可 以用于不同種類的料件，厚著范圍比較窄，僅適用特定形狀的工件，甚至專門用于某些 尺寸功夫定的工件。有些專用翻轉(zhuǎn)機(jī)臺甚至是為了某幾條機(jī)械化或者自動化生產(chǎn)流水線 專門設(shè)計的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 翻轉(zhuǎn)臺根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類，可分為雙支架翻轉(zhuǎn)臺、單支架翻轉(zhuǎn)臺、鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn) 臺、杠桿式翻轉(zhuǎn)臺、千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺及滾輪式翻轉(zhuǎn)臺等。甚至可以依據(jù)翻轉(zhuǎn)臺保證工件 繞固定軸翻轉(zhuǎn)的程度或者使工件升降或平移的程度進(jìn)行分類。 1、方案一 圖 2.2 翻轉(zhuǎn)臺式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 2.2 為裝有轉(zhuǎn)動架的雙支架翻轉(zhuǎn)臺，它是由前驅(qū)動支架 1 和后從動支架 4 組成， 工件二固定在轉(zhuǎn)動架 3 上。轉(zhuǎn)動架支撐面和地面的距離，可以依據(jù)工件的尺寸進(jìn)行調(diào)整， 因而能減小轉(zhuǎn)動力矩。 負(fù)荷能力不大的翻轉(zhuǎn)臺可以通過手動翻轉(zhuǎn)。 對于小工件，人們通常使用單支架翻轉(zhuǎn)臺，這不僅是操作者易于接近工件，且可以節(jié) 約勞動場地，提高生產(chǎn)場地的利用率。 這種翻轉(zhuǎn)臺常用來焊接大型、平值的框架類構(gòu)件。用普通的雙支架翻轉(zhuǎn)臺來焊接這 類工件。 2、方案二 圖 2.3 滾輪式翻轉(zhuǎn)臺 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 圖 2.3 為滾輪式翻轉(zhuǎn)臺配合兩個滾輪，他們即可以是整體也可以是組合，最初滾輪式 翻轉(zhuǎn)臺基本上是用來焊接框架類和箱體類工件，這些工件通常都緊固在布置于兩個滾輪 之間的托架或者固定架上。上圖為一個滾輪式翻轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。翻轉(zhuǎn)臺由兩個滾輪 1 組成， 滾輪奸設(shè)置了可拆卸的旋轉(zhuǎn)臺架 3，臺架的上部 2 是可以拆下的。滾輪支撐在兩個從動托 輪 7 和兩個驅(qū)動托輪 8 上，在托輪的軸上裝有星形輪 6，星形輪由電動機(jī) 5 通過兩級蝸 桿減速器 4 來驅(qū)動。 與雙支架翻轉(zhuǎn)臺比較，滾輪式翻轉(zhuǎn)臺的有點(diǎn)在于：可以在旋轉(zhuǎn)臺架上裝配和焊接大 型框架類零件；易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長梁架工 件的條件更好。不足之處在于，難于接近位于滾輪之間的工件部位，通用性差。 3、方案三 圖2.4鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺 圖2.4為鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺，它是由幾個支架組成，這些支架的每一根上都裝有驅(qū)動鏈條2和 從動鏈條5和6.在鏈條上套著松垂的鏈條3，鏈條3用于支托需要翻轉(zhuǎn)的工件4.鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺 具有兩個重要的優(yōu)點(diǎn)：即機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺難于 用在自動焊接中，因為工件翻轉(zhuǎn)后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于靜止 不動的位置；同時也很難固定正在運(yùn)動中的焊接設(shè)備的軸心。 4、方案四 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.5 千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺 圖2.5為千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺，用于將平直的框架式構(gòu)件翻轉(zhuǎn)90。千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)動 架基座，一個液壓千斤頂及四只可調(diào)整半軸組成。半軸的推出靠液壓筒來實(shí)現(xiàn)。其上放 置這工件的轉(zhuǎn)動架可以繞這兩個半軸轉(zhuǎn)動，此時另外兩個半軸是收縮進(jìn)去的。千斤頂式 翻轉(zhuǎn)臺是為了特定工件設(shè)計制造的，基本上用于翻轉(zhuǎn)大尺寸的平直框架結(jié)構(gòu)件。 2.3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的比較選擇 綜合前面提出的方案，列出其優(yōu)缺點(diǎn)如下： 方案一，雙支架的翻轉(zhuǎn)臺與其它翻轉(zhuǎn)臺相比較，它具有用途廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、價格 低、消耗驅(qū)動功率不高等優(yōu)點(diǎn)。而消耗驅(qū)動功率不高是因為工件繞著轉(zhuǎn)動的縱軸正好與 工件的重心相重合。這種翻轉(zhuǎn)臺常用來焊接大型、平值的框架類構(gòu)件。用普通的雙支架 翻轉(zhuǎn)臺來焊接這類工件。 方案二，滾輪式翻轉(zhuǎn)臺的優(yōu)點(diǎn)在于：可以在旋轉(zhuǎn)臺架上裝配和焊接大型框架類工件， 易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長條形工件的條件更好。 不足之處在于難于接近位于轉(zhuǎn)輪之間的工件部位，通用型較差。 方案三，即機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺難于用在自動 焊接中，因為工件翻轉(zhuǎn)后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于 靜止不動的位 置；同時也很難固定正在運(yùn)動中的焊接設(shè)備的軸心。 方案四，千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺是為了特定工件設(shè)計制造的，基本上用于翻轉(zhuǎn)大尺寸的平 直框架結(jié)構(gòu)件。 經(jīng)過比較，方案一的采用框架式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠很好的滿足缸體的翻轉(zhuǎn)要求并且方案 一的結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約勞動產(chǎn)地可提高場地利用率。在使用過程中能夠很好的實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的 功能，可以大大的提高勞動生產(chǎn)率。故采用方案一框架式翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)缸體 的翻轉(zhuǎn)功能。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計 3.1 機(jī)構(gòu)框架設(shè)計 3.1.1 框架結(jié)構(gòu)材料 考慮到缸體本身重量較重，所以在選擇材料時應(yīng)盡量選擇強(qiáng)度較強(qiáng)，而重量輕一點(diǎn) 的材料來保證翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體的重量特別是翻轉(zhuǎn)臺部分（翻轉(zhuǎn)臺部分是和缸體連接在一起， 在 轉(zhuǎn)動主軸時，翻轉(zhuǎn)臺也是需要轉(zhuǎn)動的）所以，經(jīng)過基本篩選，我選擇 C 型槽鋼來作為翻 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的框架的基本材料。槽鋼的選擇： 表3-1槽鋼規(guī)格 型 號 每米重(kg) 型 號 每米重 (kg) C 80 50 20 2.25 3.886 C 180 50 20 3.00 8.007 C 80 50 20 2.50 4.318 C 180 50 20 3.00 8.478 C 80 50 20 2.75 4.749 C 180 50 20 3.00 8.949 C 80 50 20 3.00 5.181 C 200 60 20 2.5 6.673 C 100 50 20 2.25 4.239 C 200 70 20 2.5 7.065 C 100 50 20 2.50 4.710 C 200 80 20 2.5 7.458 C 100 50 20 2.75 5.181 C 200 50 20 3.0 7.850 C 120 50 20 2.25 5.652 C 200 60 20 3.0 8.007 C 120 50 20 2.50 4.592 C 200 70 20 3.0 8.478 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 續(xù)表3-1 表3-1為C形槽鋼的理論重量表,我們按照整個翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的重量來初選槽鋼的尺寸，我 選擇C200 x70 x20 x3.0 規(guī)格的槽鋼來作為主體框架的焊接板材。C200 x70 x20 x3.0 表示的 意思： 截面高度 H=200mm； 截面寬度 B=70mm； 卷邊寬度 C=20mm； 厚度 t=3mm； 整個槽鋼長度的選擇我們按照缸體額尺寸來選擇，如果一個翻轉(zhuǎn)臺上只加一個工位 的缸體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，那么長度就選得短一點(diǎn)，如果在一個翻轉(zhuǎn)臺上有幾個工位的缸體翻轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)，那么整個翻轉(zhuǎn)臺就需要長的槽鋼來焊接而成。 3.1.2 結(jié)構(gòu)的成形方式 我們選用槽鋼作為支架的主體材料，而將槽鋼組成整個支架，我們選擇用焊接的方 式來實(shí)現(xiàn)主體框架的成形，其它部分需要通過螺栓鏈接將不同尺寸的板材連接在一起從 而形成整體的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 C 120 50 20 2.75 5.103 C 200 80 20 3.0 8.949 C 120 50 20 3.00 6.123 C 220 50 20 2.5 9.420 C 140 50 20 2.50 5.495 C 220 60 20 2.5 7.065 C 140 60 20 2.50 5.888 C 220 70 20 2.5 7.458 C 140 50 20 3.00 6.594 C 220 80 20 2.5 7.850 C 140 60 20 3.00 7.065 C 220 50 20 3.0 8.243 C 160 50 20 2.50 5.888 C 220 60 20 3.0 8.478 C 160 60 20 2.50 6.280 C 220 70 20 3.0 8.949 C 160 70 20 2.50 6.673 C 220 80 20 3.0 9.420 C 160 50 20 2.50 7.065 C 240 50 20 2.5 9.891 C 160 60 20 3.00 7.536 C 240 60 20 2.5 7.458 C 160 70 20 3.00 8.007 C 240 70 20 2.5 7.850 C 180 50 20 2.50 6.280 C 240 80 20 2.5 8.635 C 180 60 20 2.50 6.673 C 240 50 20 3.0 8.949 C 180 70 20 2.50 7.065 C 240 60 20 3.0 9.420 C 180 80 20 2.50 7.458 C 240 70 20 3.0 9.891 C 180 50 20 3.00 7.536 C 240 80 20 3.0 10.362 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計 根據(jù)整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動類型，對軸進(jìn)行設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面內(nèi) 容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面要求，合理地確定 軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可 靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計 中的重要內(nèi)容。 1、選擇軸的材料 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱 處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 HRC4045。 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的 類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加 工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異， 所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論 何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的 零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 a 擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所 謂裝配方案，就是預(yù)訂出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。 b 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空 轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。軸上零件的軸向 定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。零件的周向定位的目 的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運(yùn)動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘 以及過盈配合等。 c 各軸段直徑和長度的確定 零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀大體確定。各軸段所需的直徑與軸 上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎 矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。 但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭轉(zhuǎn)初步 估算軸所需的直徑。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。 確定各軸段長度時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空 間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙 來確定的。 d 提高軸的強(qiáng)度的常用措施 軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置等對軸的強(qiáng)度有很大的影響， 所以應(yīng)在這些方面進(jìn)行充分考慮，以利提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的質(zhì)量， 降低制造成本。 1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷 為了減小軸所受的彎矩，傳動件應(yīng)盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式， 力求縮短支承跨距及懸臂長度等。 2）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 通過改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。 3