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摘要
在設(shè)計(jì)中直縫焊接機(jī)是最為典型且應(yīng)用最廣泛的機(jī)動式焊接機(jī)械裝備，他主要包括電氣控制部分和機(jī)械部分，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹了自動焊機(jī)的機(jī)械部分和自動控制。機(jī)械部分是驅(qū)動焊體的移動部分，包括電動機(jī)，聯(lián)軸器，軸承和減速器等。自動控制部分主要是PLC自動控制。
譯： The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of electronic cotroling and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation ----wheel .degradation ---conveyor and so on . the automatic controlling main is PLC automatic controlling
目錄
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ……………………………………………Ⅰ
摘要 …………………………………………………………Ⅱ
概述 …………………………………………………………1
第一章 機(jī)械傳動裝置總體設(shè)計(jì) ………………………… 2
一、擬訂傳動方案……………………………………… 2
二、絲杠螺母選擇……………………………………… 2
三、電動機(jī)選擇………………………………………… 4
第二章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì) ………………………………… 6
一、齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ………………………………… 6
二、軸的設(shè)計(jì) …………………………………………… 9
三、鍵的選擇與校核 …………………………………… 12
四、軸承的選擇與校核 ………………………………… 13
五、箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇 ………………………………… 14
第三章 焊接專用夾具設(shè)計(jì)（略） ……………………… 15
第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ……………………………… 15
一、直流電動機(jī)調(diào)速原理 ……………………………… 15
二、直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) ……………………… 16
三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設(shè)計(jì) …………………… 16
四、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖 ………………… 22
第五章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ………………………………22
一、電氣控制系統(tǒng)概述 …………………………………… 22
二、可編程控制器的特點(diǎn)…………………………………… 22
三、自動直縫焊接設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………… 23
第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) …………………………………………28
參考文獻(xiàn) ……………………………………………29
概述
自動控制氣體保護(hù)焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護(hù)，所以用它能進(jìn)行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動控制，因而焊縫均勻。該方法自問世以來!就一直受到人們的重視(1969年美國 DEC公司研制出第一臺 PLC用于GM公司生產(chǎn)線上并獲得成功。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80年代!隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展!極大地推動了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域!為工業(yè)自動化提供了有力的工具!加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。在自動控制焊機(jī)中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強(qiáng)c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強(qiáng)e、具有各種接口!與外部設(shè)備連接非常方便f、維修方便等。正因?yàn)槿绱?，用PLC控制的氣體保護(hù)自動焊機(jī)在我國被廣泛的應(yīng)用。
第一章 機(jī)械傳動裝置總體設(shè)計(jì)
一、擬訂傳動方案
根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求及各種傳動機(jī)構(gòu)的性能制定傳動方案如圖(1)
傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（1）
傳動方案分析：該設(shè)備用于管類零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。整個系統(tǒng)傳動不太大，電機(jī)須頻繁啟動，對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實(shí)現(xiàn)較好的無級調(diào)速，選擇直流電動機(jī)，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。
二、絲杠螺母的選擇
1、絲杠螺母傳動的特點(diǎn)及應(yīng)用
（1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力。
（2）可達(dá)到較高的降速傳動比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡化，傳動鏈得以縮短。
（3）能達(dá)到較高的傳動精度，用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)還可用作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達(dá)0.001mm。
（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲。
（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?，此特點(diǎn)特別適
摘要
在設(shè)計(jì)中直縫焊接機(jī)是最為典型且應(yīng)用最廣泛的機(jī)動式焊接機(jī)械裝備，他主要包括電氣控制部分和機(jī)械部分，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹了自動焊機(jī)的機(jī)械部分和自動控制。機(jī)械部分是驅(qū)動焊體的移動部分，包括電動機(jī)，聯(lián)軸器，軸承和減速器等。自動控制部分主要是PLC自動控制。
譯： The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of electronic cotroling and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation ----wheel .degradation ---conveyor and so on . the automatic controlling main is PLC automatic controlling。
.
目錄
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ………………………………………………Ⅰ
摘要 ……………………………………………………………Ⅱ
概述 …………………………………………………………… 1
第一章 機(jī)械傳動裝置總體設(shè)計(jì)……………………………… 2
一、擬訂傳動方案 ………………………………………… 2
二、絲杠螺母的選擇 ………………………………………2
三、電動機(jī)選擇 ……………………………………………3
第二章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì) …………………………………… 5
一、齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ……………………………………5
二、軸的設(shè)計(jì) ……………………………………………… 8
三、鍵的選擇與校核 ………………………………………11
四、軸承的選擇與校核 ………………………………………12
五、箱體結(jié)構(gòu)尺寸擇 ………………………………………13
第三章 焊接專用夾具設(shè)計(jì) ...........................14
一、焊接專用夾具的工作原理.............................................14
二、焊接專用夾具的作用....................................................14
三、焊接專用夾具的組成....................................................15
四、夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求.........................................15
五、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求.....................................15
六、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的步驟.............................................16
第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（略） ……………………………17
第五章 PLC程序控制設(shè)計(jì)（略） …………………………… 18
第六章 設(shè)計(jì)小結(jié) ………………………………………………19
第七章 參考文獻(xiàn) ………………………………………………20
概述
自動控制氣體保護(hù)焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護(hù)，所以用它能進(jìn)行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動控制，因而焊縫均勻。該方法自問世以來!就一直受到人們的重視(1969年美國 DEC公司研制出第一臺 PLC用于GM公司生產(chǎn)線上并獲得成功。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80年代!隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展!極大地推動了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域!為工業(yè)自動化提供了有力的工具!加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。在自動控制焊機(jī)中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強(qiáng)c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強(qiáng)e、具有各種接口!與外部設(shè)備連接非常方便f、維修方便等。正因?yàn)槿绱?，用PLC控制的氣體保護(hù)自動焊機(jī)在我國被廣泛的應(yīng)用。
第一章 機(jī)械傳動裝置總體設(shè)計(jì)
一、 擬訂傳動方案
根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求及各種傳動機(jī)構(gòu)的性能制定傳動方案如圖1,
圖1 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
傳動方案分析：該設(shè)備用于管類零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。整個系統(tǒng)傳動不太大，電機(jī)須頻繁啟動，對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實(shí)現(xiàn)較好的無級調(diào)速，選擇直流電動機(jī)，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。減速器采用單級圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。
二、 絲杠螺母的選擇
（一）絲杠螺母傳動的特點(diǎn)及應(yīng)用
（1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力。
（2）可達(dá)到較高的降速傳動比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡化，傳動鏈得以縮短。
（3）能達(dá)到較高的傳動精度，用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)還可用作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達(dá)0.001mm。
（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲。
（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?，此特點(diǎn)特別適用于作部件升降傳動，可防止部件因自重而自動降落。
鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，有參考文獻(xiàn)②絲杠螺母的傳動方式及其應(yīng)用見表5.7-1的絲杠螺母傳動簡圖如圖2：
圖2 絲杠螺母傳動
（二）絲杠螺母副的選擇
由參考文獻(xiàn)②表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如
表1：
螺距（mm）
絲杠(mm)
絲杠螺母
螺母(mm)
絲杠斷面積A（）
螺紋升角
絲杠斷面極慣性矩
（）
絲杠斷面慣性矩I
（）
外徑d
內(nèi)徑d1
中徑d2
（mm）
外徑
內(nèi)徑
4
20
15.5
18
20.5
16
1.89
4o2ˊ46"
0.5667
0.3341
表1
（三）絲杠的傳動效率
由參考文獻(xiàn)②查得=0.7
（四）絲杠螺母的校核（略）
三、電動機(jī)選擇
1、確定驅(qū)動負(fù)載所需的外力和轉(zhuǎn)矩
焊槍的移動速度v
由設(shè)計(jì)要求可知焊槍移動速度范圍v=0.5m/min —1.5m/min
絲杠的轉(zhuǎn)速n
絲杠的螺距為4mm，由參考文獻(xiàn)②式
當(dāng)v=0.5m/min時v為
==125r/min
當(dāng)v=1.5m/min時v為
==375r/min
所以絲杠的轉(zhuǎn)動速度范圍為125r/min—375r/min
2、電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇
因本設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，調(diào)速范圍廣，周期性運(yùn)行，切運(yùn)轉(zhuǎn)要平穩(wěn)可靠，為了得到較好的調(diào)速性能，選用Z2系列直流電動機(jī)，利用調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無級調(diào)速。安裝形式選擇臥式。
3、電動機(jī)容量確定
⑴ 本設(shè)備負(fù)載小，屬于慣性旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，固按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動計(jì)算驅(qū)動功率。
⑵ 計(jì)算移動部件摩擦阻力矩
移動部件的摩擦力矩為主要的功率消耗所以其它的摩擦可以忽略不計(jì)，由于移動部件的重力定為500N所以移動部件所受的摩擦力為由參考文獻(xiàn)②表5.7-3知摩擦系數(shù)f=0.1
=500f=5000.1=50N
摩擦阻力矩由參考文獻(xiàn)⑥式5-32得
其中 L—絲杠螺距
i—齒輪減速比為4
—傳動效率定為0.7
==11.4Nm
當(dāng)絲杠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,克服摩擦阻力矩所需的功率
=0.1047n/η=0.1047×11.4×375/0.7=639.5W
由參考文獻(xiàn)⑦表2-4機(jī)械傳動的效率得
閉式圓柱齒輪的機(jī)械傳動效率為=0.97
一對滾動軸承的機(jī)械傳動效率為=0.99
則機(jī)械傳動鏈的總效率為
==0.970.990.99=0.95
驅(qū)動功率
P ===673.2W
為了擴(kuò)大設(shè)備加工范圍,設(shè)備的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩應(yīng)有足夠的
量.另因?yàn)閭鲃颖容^大,調(diào)速范圍寬,固應(yīng)選擇較高的電機(jī),由參考文獻(xiàn)①表13-65，選擇系列化FANUC型直流電動機(jī)5M型.該電動機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表2:
型號
額定電壓
額定 轉(zhuǎn)矩
額定 轉(zhuǎn)速
額定功率
最大轉(zhuǎn)矩
重量
5M
220V
5.9Nm
2000
r/min
800W
54Nm
17Kg
表2
⑶ 計(jì)算傳動比
由參考文獻(xiàn)③知，可選擇電力拖動系統(tǒng)為調(diào)速范圍為中等調(diào)速
D==4
===500r/min
i=／＝500/125=4
當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速為375r/min時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3754=1500r/min
所以要求電動機(jī)的調(diào)速范圍為500r/min—1500r/min所以能滿足要求。
i=×,為了得到較大調(diào)速范圍，用晶閘管直流調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍＝4;機(jī)械減速利用齒輪單級減速器實(shí)現(xiàn)，傳動比＝4.
⑷ 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)（略）
第二章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì)
一 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
一、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1、按圖所方案，選定直齒圓柱齒輪示的傳動傳動。移動部件為一般機(jī)構(gòu)，速度不高，故齒輪選定8級精度。
2、齒輪選用便于制造且價格便宜的材料，由參考文獻(xiàn)表3-2選取小齒輪材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)），HBS1=240,大齒輪材料為45號鋼（常化）HBS2=200.
3、選取小齒輪數(shù)Z1=20,大齒輪數(shù)Z2=iZ1=4×20=80。因齒面硬度小于350HBS的閉式傳動，所以按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由參考文獻(xiàn)⑧式（3-24）得設(shè)計(jì)公式為:
1、確定公式內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)Kt=1.3
（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,按高速軸的最低轉(zhuǎn)速計(jì)算
T1=95.5×105p/n1= =13614.5Nmm=13.6Nm
（3）由表3-9選取齒寬系數(shù) φd=0.8
（4）由表3-7查得彈性影響系數(shù)ZE=189.8
（5）由參考文獻(xiàn)⑧表3-59查得接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=590Mpa;由
表3-59查得接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=470Mpa
（6）由式3-29計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1=60=60×500×1×16×300×15=21.6×108
==21.6×108/4=5.4×108
（7）由圖3—57查的壽命系數(shù)
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概論為1%，安全系數(shù)為S=1，由
式3—30得：=590MPa =470MPa
2.計(jì)算
（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑：
=2.32=38.3mm
（2）計(jì)算圓周速度：
V==1m/s
（3）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù),由圖3—10查得=1.08；因是直齒圓柱齒輪，取=1；同時由3—5查得=1；由圖3—12查得=1.12；=1.25。故載荷系數(shù)為
（4）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由3—27B得
=38.3=37.4mm
（5）計(jì)算模數(shù)：
1.87mm
由參考文獻(xiàn)⑨表7—2取模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，m=2mm
（6）計(jì)算分度圓直徑：
（7）計(jì)算中心矩：a=(d1+d2)/2=(40+160)/2=100mm
（8）計(jì)算齒輪寬度：
b=φd×d1=0.8×40=32mm
圓整，取B2=35mm,B1=40mm
三、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由式（16-4）得校核公式為：
MPa
1、確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值
⑴計(jì)算圓周力
Ft=2T1/d1=2×13614.5/40=680.7N
⑵查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表3-8查得：
YFa1=2.8 YSa1=1.55; YFa2=2.22; YSa2=1.77
⑶計(jì)算載荷系數(shù)：
K=KA×KV×Ka×KFβ=1×1.08×1×1.25=1.35
⑷查取彎曲疲勞強(qiáng)度極限及壽命系數(shù)。由圖3-58查得σFlim1=450Mpa;由圖3-58查得σFlim2=390Mpa;由圖3-56查得KFN1=KFN2=1.
⑸計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=SF=1.4，由式3-28得：
[σ]F1=MPa
[σ]F2=MPa
⑹校核計(jì)算
二 軸的設(shè)計(jì)
一、高速軸的設(shè)計(jì)
1、選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力
由于該減速器傳動功率不大，而且對其重量和尺寸也無特殊要求。故選擇45號鋼，正火處理。由表10-1查得σB=588Mpa;
σδ=294Mpa;σ-1=238Mpa;τ-1=138Mpa;[σ+1b]=196Mpa;
[σob]=93Mpa;[σ-1b]=54Mpa
2、初步估算軸的最小直徑，并選擇聯(lián)軸器
為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。
根據(jù)公式（10-2） d≥
其中由參考文獻(xiàn)⑧表10-2得=35，C=110
d≥11012.4mm
考慮該軸段上有鍵槽，將周徑增大10%，則取d=12.4(1+10%)=13.6圓整為d=14mm
選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻(xiàn)⑦表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為14mm，與軸配合部分的長度為32mm，故該軸最小直徑確定為d1=14mm。
3、擬定軸上零件的裝拆方案如圖（3）
VII VI V IV III II I
圖（3）
（1）確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按
軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=14mm.該軸段長度比聯(lián)軸器孔長度略小。取L1=30mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。
Ⅱ段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.1×14=1.4mm,則d2=d1+2h=14+2×1.4=16.8,圓整取d2=17mm.這樣符合密封氈圈的標(biāo)準(zhǔn)直徑。
Ⅱ段長度的確定：為此應(yīng)選擇軸承型號，由參考文獻(xiàn)⑦，因該軸傳遞的功率不大，選擇結(jié)構(gòu)簡單價格便宜的深溝球軸承6004，查手冊可得軸承內(nèi)徑為20mm，寬度為12mm，同時還應(yīng)選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長度為20mm，考慮以上因素L2=20+20=40mm
Ⅲ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mm
Ⅲ段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm
Ⅳ段直徑的確定：該段為軸承定位軸肩由參考文獻(xiàn)⑦得直徑25mm
Ⅳ段長度的確定：該段長度為5mm
Ⅴ段直徑的確定：軸承的直徑44mm.
Ⅴ段長度的確定: 軸承的寬度為45
Ⅵ段直徑的確定：該段為軸承定位軸肩由參考文獻(xiàn)⑦得直徑25mm
Ⅵ段長度的確定：該段長度為5mm
VII段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mm
VII段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm
軸的總長為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+=30+40+12+5+45+5+12=149mm
經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為137mm
二、低速軸的設(shè)計(jì)
1、選擇軸的材料，并確定許用應(yīng)力
由于傳遞的功率不大，而且對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇45#鋼。正火處理，由表10-1查得σB=588Mpa;σδ=294Mpa;
σ-1=238Mpa;τ-1=138Mpa;[σ+1b]=196Mpa;[σob]=93Mpa;
[σ-1b]=54Mpa
2、初步估算軸的最小直徑
為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。根據(jù)公式 ，根據(jù)公式（10-2） d≥
其中由參考文獻(xiàn)⑧表10-2得=35，C=110
d≥11013.4mm
考慮該軸段上有鍵槽，將軸徑增大10%，則取d=13.4(1+10%)=14.7 mm。 圓整取d=15㎜。選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻(xiàn)⑦表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為16mm，與軸配合部分的長度為42mm，故該軸最小直徑確定為d1=16mm。
3、擬定軸上零件的裝拆方案如圖（4）
VI V IV III II I
圖（4）
⑵確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按聯(lián)軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=16mm.該軸段長度比聯(lián)軸器孔長度略小。取L1=40mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。
Ⅱ段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.1×16=1.6mm,則d2=d1+2h=16+2×1.6=19.2,圓整取d2=20mm.這樣符合密封氈圈的標(biāo)準(zhǔn)直徑。
Ⅱ段長度的確定：為此應(yīng)選擇軸承型號，由參考文獻(xiàn)⑦，因該軸傳遞的功率不大，選擇結(jié)構(gòu)簡單價格便宜的深溝球軸承6005，查手冊可得軸承內(nèi)徑為25mm，寬度為12mm，同時還應(yīng)選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長度為20mm，考慮以上因素L2=20+20=40mm
Ⅲ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm
Ⅲ段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm，擋圈寬度為5mm。Ⅳ段軸要縮進(jìn)2mm，所以該段的長度為19mm。
Ⅳ段直徑的確定：該段為齒輪的安裝軸段，所以該段軸的直徑為30mm。
Ⅳ段長度的確定：該段長度為齒輪寬度為40-2=38mm
Ⅴ段直徑的確定：該段軸為齒輪擋環(huán)，其直徑為38mm.
Ⅴ段長度的確定: 齒輪擋環(huán)的寬度為5mm。
Ⅵ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm
Ⅵ段長度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm
軸的總長為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=40+40+19+38+5+12=154mm，經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為142mm。
三 鍵的選擇與校核
一、高速級軸鍵的選擇及校核
1.鍵類型的選擇
高速級軸上只有與聯(lián)軸器相配合的軸段有鍵，其軸徑為14mm,聯(lián)軸器軸孔長度為32mm。由表10-5查得選用圓頭普通平鍵C型，b為5mm，h為5mm，鍵槽t=3.0mm,其長度L=B-(5～10)mm=32-(5～10)=22～27mm。
由表10-5標(biāo)準(zhǔn)系列查得L=25mm,故選鍵的型號為C5×25 GB1096-72。
2.校核其強(qiáng)度
其擠壓強(qiáng)度條件由式10-35得σP=2T/dkl≤[σP]Mpa,式中T=23.4Nm=23400Nmm,d=14mm
l=L-b/2=25-2.5=22.5mm,k=h/2=5/2=2.5mm,[σP]由表10-6查得
[σP]=130Mpa
則校核其強(qiáng)度σP=2T/dkl=2×23400/14×2.5×22.5=59.4Mpa≤130Mpa
故強(qiáng)度足夠
二、低速軸上鍵的選擇及校核
1.鍵類型的選擇
低速軸上高速級大齒輪的寬度為40mm，軸徑為30mm,由表10-5查得選用圓頭普通平鍵A型，b為8mm,h為7mm,其長度L=B-（5～10）=38-(5～10)=28～33mm.由表10-5查得標(biāo)準(zhǔn)系列長度L=28mm,故鍵型號為8×28 BG1096-79
2.校核其強(qiáng)度
其擠壓強(qiáng)度條件由式10-35得σP=2T/dkl≤[σP]Mpa,式中T=90.7Nm=90700Nmm,d=30mm
l=L-b/2=38-4=36mm,k=h/2=7/2=3.5mm,[σP]由表10-6查得
[σP]=130Mpa
則校核其強(qiáng)度σP=2T/dkl=2×90700/30×3.5×36=48Mpa≤130Mpa
故強(qiáng)度足夠
四 軸承的選擇與校核
一、高速軸上滾動軸承的壽命
1、圓周力Ft=1170N，軸向載荷FA=0 N，
徑向載荷FR=Fttgα=1170×tg20°=425.8N
2、確定Cr,Cor查手冊6004型軸承的基本額定動載荷Cr=7.22KN,基本額定靜載荷Cor=4.45KN.
3、計(jì)算FA/Cor值，并確定e值 FA/Cor=0 則e=0
4、計(jì)算當(dāng)量動載荷P
P=XFR+YFA, 因FA/FR=0， 由參考文獻(xiàn)⑧表8-9查得X=1,Y=0,
于是P=XFR+YFA=1×213=213N
5、計(jì)算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)ε/n,由表8-1查得ft=1(常溫)，由表8-8查得fP=1.0～1.2,取fP=1.2,6004型號為深溝球軸承，壽命指數(shù)ε=3
則Lh=h=47022.8h
二、低速軸上滾動軸承的壽命
1、圓周力Ft=1134N， 軸向載荷FA=0N，
徑向載荷FR=Fttgα=1134×tg20°=413N
2、確定Cr,Cor查手冊6005型軸承的基本額定動載荷Cr= 7.75 KN,基本額定靜載荷Cor= 4.95 KN.
3、計(jì)算FA/Cor值，并確定e值 FA/Cor=0 則e=0
4、計(jì)算當(dāng)量動載荷P
P=XFR+YFA,因FA/FR=0，由表8-9查得X=1,Y=0,
于是P=XFR+YFA=1×413=413N
5、計(jì)算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)ε/n,由表8-1查得ft=1(常溫)，由表8-8查得fP=1.0～1.2,取fP=1.2,6208型號為深溝球軸承，壽命指數(shù)ε=3
則Lh=h=63733.6h
五 箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇
箱座壁厚 δ=12mm
箱座壁厚 δ1=12mm
底板 P=2.5δ=2.5×12=30mm
箱座凸緣厚度 b=1.5δ=1.5×12=18mm
箱蓋凸緣厚度 b1=1.5δ1=1.5×12=18mm
箱座底凸緣厚度 b2=2.5δ1=2.5×12=30mm
地腳螺釘數(shù)目 n4=4
地腳螺釘直徑 dt=M16
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1=0.75df=0.75×16=12mm
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2=(0.5～0.6)df=0.5×16=8mm
聯(lián)接螺栓d2的間距 L=180mm
軸承端蓋螺釘直徑 d3=0.5df=12mm
定位銷直徑 d=0.8×8=6.4mm
Df df d2至外箱壁距離 C1=22mm
Df d2至凸緣邊緣距離 C2=20mm
軸承旁凸臺半徑 R1=C2=20mm
外箱壁至軸承座距離 l1=C1+C2+(8～12)=22+20+10=52mm
齒輪外圓與內(nèi)箱壁距離 △1>1.2δ=1.2×12=14.4mm 取15mm
齒輪輪轂端面與內(nèi)箱壁距離 △2>δ=12mm 取15mm
箱蓋、箱座肋厚 m1≈0.85δ1=0.85×12=10.2mm
m≈0.85δ=0.85×12=10.2mm
軸承端蓋凸緣厚度 t=(1～1.2)d3=1×12=12mm
第三章 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、焊接專用夾具的工作原理
焊接專用夾具的基本功能，是能對工件進(jìn)行裝夾。整個夾具設(shè)計(jì)工作就是圍繞裝夾二字展開的。
二 、焊接專用夾具的作用
機(jī)床夾具在機(jī)械加工中應(yīng)用十分廣泛。主要作用如下：
1、保證被加工表面的位置精度
用夾具裝夾工件，可以準(zhǔn)確確定工件與機(jī)床，刀具之間的相對位置，因而能比較可靠、穩(wěn)定地獲得較高的位置精度。
2、提高勞動生產(chǎn)率
采用夾具后，可以省去對工件的逐個找正和對刀，使輔助時間顯著減少；當(dāng)采用機(jī)械化、自動化程度較高的夾具時，還可進(jìn)一步減少輔助時間，使勞動生產(chǎn)率大大提高。
3、擴(kuò)大焊接工藝范圍
4、降低對工人的技術(shù)要求
5、減輕工個的勞動強(qiáng)度
三、焊接專用夾具的組成
不論是何種焊接專用夾具，它們的工作原理基本上是相同的。為了便于研究，可以把各類 夾具中的元件或機(jī)構(gòu)。按其功能相同的原則歸類，概括出焊接專用夾具的基本組成部分如下：
1、定位元件或裝置
用它確定工件在夾具中的位置。
2、夾緊裝置
用它對工件進(jìn)行夾緊。
3、對刀、導(dǎo)元件或裝置
用它確定刀具相對于夾具有一個正確位置。
4、夾具在焊接專用上定位的元件
用它確定夾具相對焊接專用有一個正確的位置。
5、夾具體
用于連接夾具上的各種元件和裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。
6、其他元件及裝置
有些夾具還沒有分度裝置，自動上、下料裝置等，統(tǒng)歸其他元件及裝置。
上述各組成部分，不是所有夾具都必須具備，但其中的定位元件、夾緊裝置和夾具體，則是構(gòu)成夾具比不可少的基本組成部分。
四 夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求
夾緊裝置的任務(wù)，是保證工件在定位過程中取得的正確位置，不因受切削力、重力或慣性力的作用而發(fā)生變化。
夾緊裝置一般由以下幾部分組成：
1、力源裝置。用以產(chǎn)生夾緊力。通常有液壓、氣動、電動等類裝置。當(dāng)采用手動夾緊機(jī)構(gòu)時，就不需要力源裝置。
2、中間傳力機(jī)構(gòu)。它將力源裝置產(chǎn)生的力傳給夾緊元件。如常用的杠桿、拉桿等機(jī)構(gòu)。由力源直接控制夾緊元件時無中間傳力機(jī)構(gòu)。
3、夾緊元件。它是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，一般于工件的夾壓表面直接接觸。
設(shè)計(jì)夾緊裝置時應(yīng)滿足以下基本要求：
1）保證加工質(zhì)量。夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng)，既保證工件夾緊的可靠性，又使夾緊時不破壞工件的定位或使工件和夾具上的元件產(chǎn)生不允許的變形。
2）保證生產(chǎn)率。要求夾緊動作迅速，與生產(chǎn)綠的要求相適應(yīng)。
3）操作方便、省力、安全。
4）具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
以上要求中的核心問題是如何正確地施加夾緊力。即先要合理確定夾緊力的方向、著力點(diǎn)和大小，然后再選用或設(shè)計(jì)合適的夾緊機(jī)構(gòu)。
五 焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求
對焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求可以概括以下幾個方面。
1、保證工件的加工技術(shù)要求
這是設(shè)計(jì)專用夾具最基本的要求，必須首先保證。保證工件加工技術(shù)的關(guān)鍵在于正確確定定位方案和夾緊方案，正確確定刀具導(dǎo)引以及合理制訂夾具技術(shù)要求。必要時還需要進(jìn)行誤差的分析計(jì)算。
2、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本
應(yīng)盡量采用各種快速高效的結(jié)構(gòu)，如采用多種夾緊，聯(lián)動夾緊裝置等縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率。同時又盡量注意使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具制造成本。
3、操作方便、省力、安全
操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣。盡可能氣動、液壓和氣液聯(lián)動等機(jī)械化夾緊裝置，以減輕工人的勞動強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)注意在不同加工條件下的安全保護(hù)，以確保工作安全。
4、有良好的結(jié)構(gòu)工藝性
夾具結(jié)構(gòu)的工藝性好，是指該夾具結(jié)構(gòu)能在保證質(zhì)量的前提下以花費(fèi)盡可能少的勞動量和成本完成夾具的制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)試和維修。出學(xué)者由于缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)往往忽視這個問題，必須引起注意。
六、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的步驟
焊接專用夾具設(shè)計(jì)的主要步驟有以下四個方面：
1、研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)
首先應(yīng)仔細(xì)閱讀零件圖和裝配圖，了解零件的作用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料和技術(shù)要求。其次要研究零件的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書，充分了解本工序的工序內(nèi)容和工序要求。最后還應(yīng)收集有關(guān)焊接專用刀具的技術(shù)參數(shù)以及工廠的生產(chǎn)條件等。必要時還應(yīng)了解一下同類零件所用夾具及其使用情況，以作為設(shè)計(jì)時參考。
2、擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。
擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案主要考慮以下問題：根據(jù)零件加工工藝所給定的定位基準(zhǔn)和六點(diǎn)定位原理，確定工件的定位方法并設(shè)計(jì)相應(yīng)的定位裝置；確定刀具的導(dǎo)引方法，并設(shè)計(jì)導(dǎo)引裝置或?qū)Φ堆b置；確定工件的夾緊方法并設(shè)計(jì)夾緊裝置；確定其他元件的結(jié)構(gòu)形式；綜合考慮各種元件和裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)，為使設(shè)計(jì)的夾具先進(jìn)、合理、常需擬訂幾種結(jié)構(gòu)方案，比較以后擇優(yōu)選用，在構(gòu)思夾具方案時，應(yīng)同時繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。以幫助構(gòu)思，檢查方案的合理性和可行性。 如圖5：
圖5
3。繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸和技術(shù)條件（附圖）
第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、 直流電動機(jī)調(diào)速原理
直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流電機(jī)的調(diào)速性能好且啟動轉(zhuǎn)矩較大，所以本焊接設(shè)備采用直流電機(jī)，可以得到較好的調(diào)速性能，且傳動準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠。
直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1及空載損耗轉(zhuǎn)矩T2相平衡。當(dāng)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動勢、電流及電磁轉(zhuǎn)矩會自動進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。電動機(jī)的調(diào)速是指在同一負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)要求。由直流電動機(jī)機(jī)械特性得他勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：
n=(U-IR)/KФ
他勵電動機(jī)的接線圖如圖6：
圖6 他勵電動機(jī)的接線圖
調(diào)速過程：當(dāng)磁通Ф保持不變時，減小電壓U。由于轉(zhuǎn)速不會立即發(fā)生變化，反電動勢E也暫不變化，于是電流I減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則T
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