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河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
500公斤數(shù)控座式焊接變位機(jī)
摘 要
座式焊接變位機(jī)是通過(guò)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)或傾斜，使焊縫處于水平或船形位置的裝置，它可以實(shí)現(xiàn)與操作機(jī)或焊機(jī)聯(lián)控，可應(yīng)用于各種軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、筒體等回轉(zhuǎn)體工件的焊接。本次設(shè)計(jì)題目是設(shè)計(jì)一臺(tái)500公斤數(shù)控座式焊接變位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜，而且工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控控制，以便與機(jī)器人配合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件上的各類(lèi)焊縫的自動(dòng)焊接。
本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，直接與無(wú)級(jí)變速器及渦輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)相連接，以帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以控制進(jìn)入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖數(shù)量，就可控制工作臺(tái)轉(zhuǎn)角的大小；控制進(jìn)入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率，就可控制工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；改變步進(jìn)電機(jī)中各繞組的通電順序，便是工作臺(tái)正傳或反轉(zhuǎn)。因此 ，該變位機(jī)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制，并有較高的到位精度。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，從而設(shè)計(jì)、調(diào)整、維修都很方便。
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括:數(shù)控座式焊接變位機(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(jì)、裝配圖和零件圖設(shè)計(jì)，數(shù)控步進(jìn)電機(jī)的選型等。整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。編寫(xiě)相應(yīng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
關(guān) 鍵 詞：焊接、步進(jìn)電機(jī)、變位機(jī)
1
DESIGN OF 500 kg CNC WELDING
DISPLACEMENT MACHINE
ABSTRACT
Seat type welding machine is through the displacement worktable turn or tilt, the weld seam in horizontal or boat form position of the device, which can realize Manipulator or welding machine with but connected controlling, can be applied to various axial, plate, barrel etc of axially symmetrical workpiece welding. This design topic is to design a 500 kilograms NC seat type welding displacements machine, It can realize the fluctuation on turn, tilt, and the rotary and tilt table adopts CNC control, in order to exercise with robot cooperate linkage, realize the of all kinds of workpiece weld automatic welding.
This design adapts the stepping motor driven directly and variator and worm and worm reducer institutions, to drive workbench is connected to rotate. So control into stepping motor pulse quantity, can control the size of workbench corner; Control into stepping motor pulse frequency, it can control the rotation speed worktable; Change stepping motor of the winding electrify sequence, days or reverse is workbench. Therefore, this shift machine can realize position control and have higher in position precision. Stepping driving system USES the open loop control, transmission mechanism is simpler, thus design, adjustment, maintenance is very convenient.
The design of the main content includes NC seat type welding displacements machine base, such as swing mechanism, the tilt institution of mechanical design, assembly and parts graph design, NC stepping motor selection, etc. The mechanical system should be simple, reliable and convenient operation. Write the corresponding design specification.
KEY WORDS：Welding, Stepping motor, Displacements machine
目 錄
前 言 2
第1章 總體方案擬定 8
§1.1 焊接變位機(jī)概述 8
§1.1.1 焊接變位機(jī)定義 8
§1.1.2 焊接變位機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn) 8
§1.1.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 11
§1.2 總體方案的確定 12
第2章 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比的分配 13
§2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 13
§2.1.1 主要技術(shù)參數(shù) 13
§2.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 13
§2.2.1 回轉(zhuǎn)軸總傳動(dòng)比的計(jì)算及其分配 16
第3章 零件設(shè)計(jì)和選用 18
§3.1 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
§3.2 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核 19
§3.2.1 軸上的受力分析及計(jì)算 19
§3.2 回轉(zhuǎn)軸齒輪強(qiáng)度校核 23
§3.3 鍵強(qiáng)度校核 24
§3.4 軸承的選用 24
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
27
前 言
焊接是一種制造技術(shù)，它是適應(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(lái)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)。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(dòng)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)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(dòng)條件、提高生產(chǎn)率、促進(jìn)文明生產(chǎn)的的目的。
在現(xiàn)代加工和制造過(guò)程中，焊接變位機(jī)已悄然成為一種不可缺少的設(shè)備，其作用越來(lái)越突出。特別是近十年來(lái)，這一產(chǎn)品在我國(guó)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。焊接變位機(jī)的種類(lèi)主要有伸臂式焊接變位機(jī) 、座式焊接變位機(jī) 、雙座式焊接變位機(jī)。而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，讓這一技術(shù)又迎來(lái)了新的發(fā)展。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)鍵部件，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)性能。而數(shù)控式焊接變位機(jī)的應(yīng)用就解決了這些后顧之憂(yōu)，數(shù)控式焊接變位機(jī)能提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)和自動(dòng)化，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理。選擇合適的變位機(jī)能將被焊工件的各類(lèi)焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)到最佳位置,從而避免立焊、仰焊,提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。特別是入世的沖擊，機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)越來(lái)越激烈，數(shù)控技術(shù)在焊接中的應(yīng)用是國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的新選擇。因此，近年來(lái)焊接變位機(jī)得到國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣泛共識(shí)，對(duì)這方面的投入都在加大。
一、國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)計(jì)的發(fā)展情況
現(xiàn)在我國(guó)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(lái)的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機(jī)械有限公司、無(wú)錫市利達(dá)焊接機(jī)械有限公司、濟(jì)南優(yōu)科數(shù)控設(shè)備網(wǎng)、威達(dá)自動(dòng)化設(shè)備有限公司等單位生產(chǎn)的變位機(jī)在國(guó)內(nèi)占有較大市場(chǎng)。到2000年，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的變位機(jī)產(chǎn)品約70余種規(guī)格。以下簡(jiǎn)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(gè)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?！?
但是，在我國(guó)焊接變位機(jī)時(shí)一個(gè)年輕的產(chǎn)品，由于制造業(yè)之間發(fā)展水平的差異，很多企業(yè)的焊接工位還沒(méi)有裝備焊接變位機(jī)；同時(shí)相關(guān)的研究也比較薄弱。在人們眼中仍然認(rèn)為焊接變位機(jī)是一個(gè)無(wú)足輕重的產(chǎn)品。然而在國(guó)際上，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(wú)隙傳動(dòng)私服控制型的；產(chǎn)品的額定負(fù)荷范圍達(dá)到0.1KN~18000KN。我國(guó)對(duì)于焊接變位機(jī)的研究還處于一個(gè)低級(jí)階段。
德國(guó)Severt公司，美國(guó)Aroson公司，我國(guó)天津鼎盛公司工程機(jī)械有限公等，算是比較典型的生產(chǎn)焊接變位機(jī)的企業(yè)。德國(guó)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)。Severt公司：該公司就生產(chǎn)8中類(lèi)型的產(chǎn)品，其中7種是焊接變位機(jī)。每種型式的焊接變位機(jī)，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC程控型和機(jī)器人配套型等4種產(chǎn)品；德國(guó)的CLOOS是國(guó)際生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機(jī)器人和焊接變位機(jī)等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國(guó)，除可見(jiàn)與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口的L型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)外，還生產(chǎn)臥式單座單回轉(zhuǎn)WPV、立式單回傳RR502以及各種多軸焊接機(jī)器人配套的變位機(jī)。美國(guó)Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱(chēng)世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，主要類(lèi)型為傾翻-回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)升降式。雙座雙回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。其承載能力范圍為11Kg~18Kg噸。日本松下機(jī)器人公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備-焊接變位機(jī)有12個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)座、夾具體等做成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列[1,7,8]。
焊接變位機(jī)以其獨(dú)特的性能，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。焊接變位機(jī)在實(shí)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(duì)尺寸和形狀各異的焊件，有一定的適用性。
3) 在傳動(dòng)鏈中，具有一級(jí)反行程自鎖傳動(dòng)，以免動(dòng)力源突然切斷時(shí)，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0.1～2mm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(dòng)。
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(gè)結(jié)構(gòu)有良好的密閉性，以免焊接飛濺物的損傷，對(duì)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(dòng)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(dòng)作。
9) 工作臺(tái)面上刻有安裝基線(xiàn)，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(tái)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(mǎn)足導(dǎo)電、隔磁、絕緣等方面的特殊要求。
2、 典型企業(yè)的具體介紹
德國(guó)Severt公司
該公司主要生產(chǎn)8種類(lèi)型的產(chǎn)品，其中7種是焊接變位機(jī)。每種型式的焊接變位機(jī)，按其功能講，均包括基本型、調(diào)速型、CNC程控型和機(jī)器人配套型等4種產(chǎn)品。
⑴S10型，包括S10.1、2、3、4型等4個(gè)產(chǎn)品系列。即：①L型雙回轉(zhuǎn)式、L型雙回轉(zhuǎn)升降式；② L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式；③2×L型雙回轉(zhuǎn)式、2×L型雙回轉(zhuǎn)升降式；④2×L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻式、2×L型雙回轉(zhuǎn)-傾翻升降式。
⑵S20型，包括S20.1、2型2個(gè)產(chǎn)品系列。即：①單座單回轉(zhuǎn)式、單座單回轉(zhuǎn)升降式；②C型雙回轉(zhuǎn)式。
⑶S30型，包括S30.1、2型2個(gè)產(chǎn)品系列。即：①立式單回轉(zhuǎn)；②立式
單回轉(zhuǎn)雙工位。
⑷S40型，包括S40.1、2、3、4、5、6、7等7個(gè)產(chǎn)品系列。即：①雙
座單回轉(zhuǎn)分體式；②雙座首尾單回轉(zhuǎn)式；③H型雙座雙回轉(zhuǎn)式；④雙座首尾單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式；⑤雙座首尾傾翻尾架移動(dòng)式；⑥雙座3軸單回轉(zhuǎn)式；⑦
單座滾圈單回轉(zhuǎn)式、雙座滾圈單回轉(zhuǎn)尾架移動(dòng)式。
⑸S50型：包括S50.1、2、3、4、5、6、7型，7個(gè)多軸（自由度）產(chǎn)品系列。即：①立式3軸單回轉(zhuǎn)雙工位式；②立式單回轉(zhuǎn)雙工位2×傾翻--回轉(zhuǎn)式（5軸）；③立式單回轉(zhuǎn)多工位2×L型雙回轉(zhuǎn)式（5軸）；④立式單回轉(zhuǎn)雙工位2× L型雙回轉(zhuǎn)傾翻式（7軸）；⑤立式單回轉(zhuǎn)雙工位2×雙座單回轉(zhuǎn)式（3軸）；⑥立式單回轉(zhuǎn)雙工位2×C型雙回轉(zhuǎn)式（5軸）；⑦立式單回轉(zhuǎn)雙工位2×臥式單座單回轉(zhuǎn)（3軸）。
⑹S60型：包括S60.1、2型2個(gè)產(chǎn)品系列。即：①傾翻--回轉(zhuǎn)式（0°～90°）；②傾翻--回轉(zhuǎn)式（±90°）。
⑺S70型：包括S70.1、2、3型3個(gè)產(chǎn)品系列。即：①立式多工位式4軸（4自由度）單回轉(zhuǎn)；②立式多工位2×傾翻--回轉(zhuǎn)式（6自由度）；③立式4工位立式4軸單回轉(zhuǎn)。
以上共33個(gè)產(chǎn)品型式，每種型式都包括上述四種功能的產(chǎn)品，相當(dāng)于132個(gè)產(chǎn)品系列。額定負(fù)荷為100dN～10kdN。
美國(guó)Aroson公司
美國(guó)Aroson公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備有焊接變位機(jī)、操作機(jī)、滾輪架等，可稱(chēng)世界之最。這個(gè)公司生產(chǎn)的焊接變位機(jī)，主要類(lèi)型為傾翻—回轉(zhuǎn)式、傾翻—回轉(zhuǎn)升降式、雙座雙回轉(zhuǎn)式，雙座單回轉(zhuǎn)式和雙座單回轉(zhuǎn)升降式。其承載能力范圍為11 kg～1810噸。
⑴手動(dòng)雙回式。C 系列，型號(hào)C1000、2000、4000。承載能力25磅～4000磅。
⑵小型傾翻-回轉(zhuǎn)式。LD系列，型號(hào)LD 60N、150N、300N，承載能力分別為132磅、330磅、660磅。
⑶傾翻-回轉(zhuǎn)式，傾翻角度135°。D、HD系列，承載能力314磅～7萬(wàn)
磅。
⑷傾翻-回轉(zhuǎn)（換銷(xiāo)）定位升降式，傾翻角度135°。AB系列（30～ AB1200），承載能力4300磅～12萬(wàn)磅。
?、蓛A翻-回轉(zhuǎn)（齒輪齒條）無(wú)級(jí)升降式，GE系列，傾翻角度135°，型號(hào)（GE25～GE3500，承載能力2500磅～35萬(wàn)磅。
⑹傾翻-回轉(zhuǎn)式，傾翻角度90°，G系列，G400～G4-MEGA型，承載能力4000磅～400萬(wàn)磅。
⑺雙座雙回轉(zhuǎn)式，DCG系列，最大產(chǎn)品承載能力為500噸。
⑻單回轉(zhuǎn)式HTS 系列，HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承載能力為500磅～24萬(wàn)磅。
⑼單回轉(zhuǎn)（齒輪齒條）升降式，HTS- GE系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承載能力為500磅～24萬(wàn)磅。
德國(guó)CLOOS公司
德國(guó)CLOOS公司是國(guó)際上生產(chǎn)焊接設(shè)備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機(jī)器人、焊機(jī)等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機(jī)器人外部軸的焊接變位機(jī)。在我國(guó)，除可見(jiàn)到與焊接機(jī)器人系統(tǒng)配套進(jìn)口的L型雙回轉(zhuǎn)式、傾翻-回轉(zhuǎn)式和單回轉(zhuǎn)式變位機(jī)外，還生產(chǎn)臥式單坐單回轉(zhuǎn)WPV、立式單回轉(zhuǎn)RR502以及各種多軸焊接機(jī)器人配套的變位機(jī)，如立式多工位2×臥式單回轉(zhuǎn)R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2×C型雙回轉(zhuǎn)式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2×傾翻-回轉(zhuǎn)GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2×傾翻-回轉(zhuǎn)×單回移動(dòng)轉(zhuǎn)式GR-WPK 2-CD（9軸）等。這些產(chǎn)品的主參數(shù)，最大允許承載能（max. admissible load capacity）用N表示。
日本松下（Panasonic）公司
日本松下公司也是機(jī)器人制造公司。這個(gè)公司生產(chǎn)的機(jī)器人外部設(shè)備—焊接變位機(jī)有12個(gè)系列。他們把傳動(dòng)裝置、機(jī)座、夾具體等作成了標(biāo)準(zhǔn)模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列。按軸數(shù)和結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)。1軸變位機(jī)3個(gè)系列，即：
立式單回轉(zhuǎn)、臥式單座單回轉(zhuǎn)、雙座單回轉(zhuǎn)式；2軸變位機(jī)有5個(gè)系列，即：C、L、H、準(zhǔn)L型雙回轉(zhuǎn)式及2×臥式單座單回轉(zhuǎn)式；3軸變位機(jī)有3個(gè)系列，即：立式多工位2×立式單回轉(zhuǎn)、臥式多工位2×雙座單回轉(zhuǎn)式、2×臥式單座單回轉(zhuǎn)式；5軸變位機(jī)有1個(gè)系列，立式多工位2×L型雙回轉(zhuǎn)式。最大有效負(fù)荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。
三、任務(wù)來(lái)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(chǎng)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(lái)完成縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線(xiàn)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(dòng)化裝焊生產(chǎn)線(xiàn)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(lái)源于生產(chǎn)，以便用自己大學(xué)幾年所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)位社會(huì)敬獻(xiàn)一份微薄的力量。
四、研究?jī)?nèi)容
設(shè)計(jì)一臺(tái)500公斤數(shù)控座式焊接變位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)焊接工件的回轉(zhuǎn)、傾斜，而且工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控控制，以便與機(jī)器人配合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件上的各類(lèi)焊縫的自動(dòng)焊接。主要包括：
1．?dāng)?shù)控座式焊接變位機(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(jì)、裝配圖和零件圖設(shè)計(jì)，數(shù)控步進(jìn)電機(jī)的選型等；
2．設(shè)計(jì)參數(shù)：載重量500kg；最大回轉(zhuǎn)力矩500N·m；最大傾斜力矩500N·m；工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度0～1 r/min；工作臺(tái)傾斜速度0～0.5 r/min；工作臺(tái)傾斜角度0°～90°；工作臺(tái)尺寸Φ700mm。
3．整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。
4．編寫(xiě)相應(yīng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
五、研究意義
焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊工的空間位置來(lái)完成機(jī)械化、自動(dòng)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(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)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(duì)傳統(tǒng)的焊接行業(yè)的一次革命，具有劃時(shí)代的意義[7]。
6、 進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：調(diào)查研究、獲取資料信息，編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第2–3周：繼續(xù)學(xué)習(xí)，進(jìn)行本專(zhuān)業(yè)外文閱讀和翻譯的工作。
第4－5周：進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的論證、分析和比較工作。
第6－7周：設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、裝配圖設(shè)計(jì)。
第8－9周：進(jìn)行機(jī)械裝配圖、零件圖設(shè)計(jì)。
第10－11周：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第12－13周：修改和打印論文、圖紙，準(zhǔn)備進(jìn)行答辯工作。
第1章 總體方案擬定
§1.1 焊接變位機(jī)概述
§1.1.1 焊接變位機(jī)定義
在焊接過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，為了解決這一問(wèn)題，焊接變位機(jī)也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)某霈F(xiàn)了。它可以通過(guò)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，使待焊處置于合適位置，很好的和焊接設(shè)備結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)焊接的自動(dòng)化，機(jī)械化，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。概括來(lái)講，焊接變位機(jī)就是移動(dòng)工件，使之待焊部位處以合適易焊接的位置的焊接輔助設(shè)備。選擇合適的焊接變位機(jī)能提高焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)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(chǎng)管理。特別是入世的沖擊，工程機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)越來(lái)越激烈，國(guó)內(nèi)企業(yè)必須適應(yīng)形勢(shì)，通過(guò)焊接變位機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備投入達(dá)到生產(chǎn)能力的革命[7]。
§1.1.2 焊接變位機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn)
焊接變位機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為三類(lèi)：
1.伸臂式焊接變位機(jī)
圖1-1 伸臂式焊接變位機(jī)
1-回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 2-伸臂 3-傾斜軸 4-轉(zhuǎn)軸 5-機(jī)座
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝在伸臂一端，伸臂一般相對(duì)于某傾斜軸成角度回轉(zhuǎn)，而此傾斜軸的位置多是固定的，但有的也可小于100°的范圍內(nèi)上下傾斜。該機(jī)變位范圍大，作業(yè)適應(yīng)性好，但整體穩(wěn)定性差。其適用范圍為1t以下中小工件的翻轉(zhuǎn)變位。在手工焊中應(yīng)用較多。多為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，承載能力在0.5t以下，適用于小型罕見(jiàn)的翻轉(zhuǎn)變位。也有液壓驅(qū)動(dòng)的，承載能力多，適用于結(jié)構(gòu)尺寸不大，但自重較大的焊件。
2.座式焊接變位機(jī)
圖1-2 座式焊接變位機(jī)
1-回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 2-傾斜軸 3-扇形齒輪 4-機(jī)座
座式焊接變位機(jī)工作臺(tái)有一個(gè)整體翻轉(zhuǎn)的自由度?？梢詫⒐ぷ鞣D(zhuǎn)到理想的焊接位置進(jìn)行焊接。另外工作臺(tái)還有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度。該種變位機(jī)已經(jīng)系列化生產(chǎn)，主要用于一些管，盤(pán)的焊接。工作臺(tái)邊同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支承在兩邊的傾斜軸上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜邊通過(guò)扇形齒輪或液壓油缸，多在140°的范圍內(nèi)恒速傾斜。該機(jī)穩(wěn)定性好，一般不用固定在地地基上，搬移方便。其適用范圍為1至50t工件的翻轉(zhuǎn)變位，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式，常與伸縮臂式焊接操作機(jī)配合使用。座式變位機(jī)座式變位機(jī)通過(guò)工作臺(tái)的回
轉(zhuǎn)或傾斜，使焊縫處于水平或船形位置的裝置。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，工作臺(tái)通過(guò)扇形齒輪或液壓油缸驅(qū)動(dòng)傾斜。它可以實(shí)現(xiàn)與操作機(jī)或焊機(jī)
聯(lián)控?？刂葡到y(tǒng)可選裝三種配置：按鍵數(shù)字控制式、開(kāi)關(guān)數(shù)字控制式和開(kāi)關(guān)
繼電器控制式。該產(chǎn)品應(yīng)用于各種軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、筒體等回轉(zhuǎn)體工件的焊接。是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。
座式變位機(jī)根據(jù)載重不同，可分為座式變位機(jī)和小型座式變位機(jī)。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0.5~50t焊件的翻轉(zhuǎn)變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應(yīng)用最廣的結(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。
3.雙座式焊接變位機(jī)
雙座式焊接變位機(jī)是集翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)功能于一身的變位機(jī)械。翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)分別由兩根軸驅(qū)動(dòng)，夾持工件的工作臺(tái)除能繞自身軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)外，還能繞另一根軸做傾斜或翻轉(zhuǎn)，它可以將焊件上各種位置的焊縫調(diào)整到水平的或“船型”的易焊位置施焊，適用于框架型，箱型，盤(pán)型和其他非長(zhǎng)型工件的焊接。工作臺(tái)座在“U”形架上，以所需的焊速回轉(zhuǎn)，“U”形架座在兩側(cè)的機(jī)座上，多以恒速成或所需焊速繞水平軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)不僅整體穩(wěn)定性好，而且如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，工件安放在工作臺(tái)上以后，傾斜運(yùn)動(dòng)的重心將通過(guò)或接近傾斜軸線(xiàn)，而使傾斜驅(qū)動(dòng)力矩大大大減少，因此，重型變位機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。其適用范圍為50t以上重型大尺寸工件的翻轉(zhuǎn)變位，多與大型門(mén)式焊接操作機(jī)或伸縮臂式焊接操作機(jī)配合使用。
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(mén)式焊接操作機(jī)或伸縮臂式焊接操作機(jī)配合使用。
圖1-3 雙座式焊接變位機(jī)
1-工作臺(tái) 2-型架 3-機(jī)座 4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5-傾斜機(jī)構(gòu)
圖1-4 變位器的派生形式示意圖
1—工作臺(tái) 2—軸承 3—機(jī)座 4—推舉液壓缸 5—伸臂
焊接變位機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式雖只有上述三種，但其派生形式很多，有些變位機(jī)的工作臺(tái)還具有升降功能，如圖1-4。
§1.1.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
焊接變位機(jī)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，多采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)級(jí)變速。工作臺(tái)的傾斜方式有兩種，一種是電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后通過(guò)扇形齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)傾斜或通過(guò)螺旋副使工作臺(tái)傾斜;另一種是采用液壓缸直接推動(dòng)工作臺(tái)傾斜。這兩種方式都有應(yīng)用，在小型變位機(jī)以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為多。工作臺(tái)的傾斜速度多是恒定的，但對(duì)應(yīng)用于空間曲線(xiàn)焊接及空間曲面的堆焊的變位機(jī)，則是無(wú)級(jí)調(diào)速的。工作臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，幾乎都采用液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)柱塞式或活塞式液壓缸進(jìn)行。
在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、傾斜系統(tǒng)中，常設(shè)有一級(jí)蝸桿傳動(dòng)，使其具有自鎖功能。有的為了精確到位，還設(shè)有制動(dòng)裝置，在變位機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)工作臺(tái)在創(chuàng)作位置以及焊件重心偏離工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心時(shí)，工作臺(tái)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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)改變時(shí)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(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍，國(guó)產(chǎn)變位調(diào)速比一般為1:33左右。國(guó)外產(chǎn)品一般為1:40, 有的甚至達(dá)1:200。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，速度應(yīng)平穩(wěn)均勻，在最大載荷下的速度波動(dòng)不得超過(guò)5%。另外，工作臺(tái)傾斜時(shí)，特別是向上傾斜時(shí)，運(yùn)動(dòng)應(yīng)自如，即使在最大的載荷下，也不應(yīng)產(chǎn)生抖動(dòng)。
§1.2 總體方案的確定
圖1-5 傳動(dòng)方案總體框圖
機(jī)器通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)等三部分組成。傳動(dòng)裝置位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可用改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的大小或改變運(yùn)動(dòng)形式，以適應(yīng)工作機(jī)功能要求。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)對(duì)整臺(tái)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?cái)M定傳動(dòng)方案。
方案中，通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)第一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速，第二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速，最終帶動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)滿(mǎn)足機(jī)器的性能和使用。
第2章 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比的分配
§2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
§2.1.1 主要技術(shù)參數(shù)
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)
工作臺(tái)尺寸 700
允許最大荷重 500kg
工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度 0～1r/min
工作臺(tái)傾斜速度 0～0.5r/min
工作臺(tái)最大回轉(zhuǎn)力矩 500N?m
工作臺(tái)最大傾斜力矩 500N?m
工作臺(tái)傾斜角度 0°～90°
§2.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)選用了步進(jìn)電機(jī)。
結(jié)構(gòu)形式，按安裝位置取為臥式封閉型電動(dòng)機(jī)。
1、 外形和安裝形式見(jiàn)表2-1，2-2，圖2-1，2-2。
表2-1電動(dòng)機(jī)規(guī)格及性能
型號(hào)
減速比
步距角
配用絲杠
脈沖當(dāng)量
配用電機(jī)
JBF-4
5:2
0.6
6
0.01
110BC-380C
JBF-5
25:12
0.36
10
0.01
110BC-380C
JBF-6
1:1
0.6
6
0.01
110BYG-5502
JBF-7
5:3
0.45
4
0.005
110BF-003
JBF-8
5:4
0.6
6
0.01
110BC-380C
JBF-12
2:1
0.3
12
0.01
130BC-3100A
表2-2電動(dòng)機(jī)外形和安裝形式
型號(hào)
D
D1
D2
D3
L1
L2
L3
L4
H
電機(jī)型號(hào)
JBF-4
110
20
40
285
215
90
28
185
110BC380C
JBF-5
110
20
40
285
215
90
28
185
110BC380C
JBF-6
130
20
40
335
250
90
28
190
130BC3100
JBF-7
110
20
70
90
253
195
5
28
175
110BF003
JBF-8
110
20
40
285
215
90
28
185
110BC380C
JBF-12
130
20
40
335
250
90
28
190
130BC3100A
圖2-1短出軸電機(jī)安裝尺寸
圖2-2長(zhǎng)出軸電機(jī)安裝尺寸
2、 選擇電動(dòng)機(jī)容量
1、回轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)
a.工作機(jī)所需功率
工作臺(tái)的最大靜轉(zhuǎn)矩T＝500Nm，轉(zhuǎn)速為＝1r/min，故工作機(jī)所需功
率 (2-1)
b.電動(dòng)機(jī)的輸出功率
從電動(dòng)機(jī)到工作軸間的總效率，則
其中、、、分別為聯(lián)軸器，渦輪減速器，齒輪，滾動(dòng)軸承副的傳動(dòng)效率。
電動(dòng)機(jī)的輸出功率，則
(2-2)
c.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
同一類(lèi)型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。如選用轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。故選用。
2、傾斜軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
a.傾斜軸所需功率
已知傾斜軸轉(zhuǎn)速為，最大靜轉(zhuǎn)矩為，則有公式(2-1)得，
b.電動(dòng)機(jī)的輸出功率
從電動(dòng)機(jī)到翻轉(zhuǎn)軸的總效率，則
其中為滑動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率；則有公式(2-2)可得電動(dòng)機(jī)的輸出功率
c.選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為。
§2.2 傳動(dòng)鏈的總傳動(dòng)比及其分配
§2.2.1 回轉(zhuǎn)軸總傳動(dòng)比的計(jì)算及其分配
1.回轉(zhuǎn)軸總傳動(dòng)比的計(jì)算
由電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比
2.合理分配各級(jí)傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比是各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積，即
其中、分別為回轉(zhuǎn)軸減速器傳動(dòng)比和齒輪傳動(dòng)比；因回轉(zhuǎn)軸上的渦輪減速器采用外購(gòu)件，型號(hào)為WHT08-50-I，其外形尺寸如下表，其速比有：8、10、12.5、16、20、25、35、40、50九種，本減速器取，故。
表2-3 WHT型渦輪減速器的型號(hào)及其外形尺寸
型號(hào)
A
B
B1
B2
B3
C
C1
H
H1
H2
H3
h
L
WHT04
41
145
125
35
25
120
105
71
190
77
173
12
118.5
WHT06
65
180
156
40
30
155
126
63
233
105
315
15
144
WHT08
80
240
206
*182
55
34
205
*210
172
*148
90
*88
278
110
*122
277
*279
20
175
*180
WHT10
100
292
*290
238
*216
68
42
250
*256
196
*176
105
*100
336
135
*142
335
*331
25
210
*215
§2.2.2 翻轉(zhuǎn)軸總傳動(dòng)比的計(jì)算及其分配
1.翻轉(zhuǎn)軸總傳動(dòng)比的計(jì)算
由電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比
2.合理分配各級(jí)傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比是各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積，即
其中分別為翻轉(zhuǎn)軸渦輪減速器和齒輪的傳動(dòng)比；因渦輪減速器采用外購(gòu)件，其型號(hào)為WHT80-50-I，同回轉(zhuǎn)軸減速器，其傳動(dòng)比取為，則
第3章 零件設(shè)計(jì)和選用
§3.1 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中，渦輪減速器采用外購(gòu)件，不需結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，故這里只對(duì)帶動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1. 選擇軸的材料
該軸無(wú)特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，而且通過(guò)查表12-2知，。
2. 初步估算軸的最小直徑：
其中由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-3查得，對(duì)45鋼其取值范圍為126~103，取，則
因存在鍵槽，故鍵槽處為了安全，軸徑應(yīng)加大5%~7%，故
3.確定各軸段直徑
初步選擇軸承型號(hào)為圓錐滾子軸承30212，其內(nèi)經(jīng)為，又定位軸肩一般單邊高度為3~5mm,因此軸的結(jié)構(gòu)如圖3-1。
各段軸徑從左到右分別為：
，各段長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)所在處裝配零件的寬度而定；選用30212軸承；考慮到箱體的鑄造誤差及裝配時(shí)留有必要的間隙，取齒輪端面至箱體間的距離取a=10mm，滾動(dòng)軸承蓋的厚度為10mm。
考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的上端與下端均制成倒角，兩端裝軸承處為磨削加工，為便于加工，工作臺(tái)安裝處的鍵槽布置在同一母線(xiàn)上，并取同一截面尺寸。
圖3-1 軸的整體結(jié)構(gòu)及其各段尺寸
§3.2 回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核
§3.2.1 軸上的受力分析及計(jì)算
圖3-2 回轉(zhuǎn)軸的受力分析
軸上受力分析如上圖，下面就水平和豎直面的受力計(jì)算如下
水平面：
圖3-3 軸在水平面內(nèi)的受力
分別對(duì)兩軸承作用點(diǎn)取矩，得
解得： ，
豎直面：
圖3-4 圖在豎直面內(nèi)的受力
分別對(duì)兩軸承作用點(diǎn)取矩，得
解得： ，
§3.1.2 軸的強(qiáng)度校核
a. 軸所受彎矩的計(jì)算
計(jì)算危險(xiǎn)截面處的彎矩：
H面：
V面：
合成彎矩：
b.軸的強(qiáng)度校核
按彎扭組合強(qiáng)度校核：
式中：－軸所受彎矩，；
?。S所受扭矩，；
?。S的計(jì)算應(yīng)力，；
?。S的抗彎截面系數(shù)，；
?。瓕?duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力；
?。酆舷禂?shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，其值為；當(dāng)扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，其值為；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì) 稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，其值為；此處軸上的變應(yīng)力取為對(duì)稱(chēng)循環(huán)， 即。
圖3-5 軸上所受彎矩和扭矩圖
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-4查得：，其中b、t分別為鍵的寬度和鍵槽深度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-1查得：，；危險(xiǎn)截面處的軸徑為，帶入公式得：
將以上數(shù)據(jù)分別帶入強(qiáng)度校核公式，得：
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-1查得，顯然，故軸滿(mǎn)足安全要求。
§3.2 回轉(zhuǎn)軸齒輪強(qiáng)度校核
a.按齒面彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
公式為：
式中：－計(jì)算彎曲應(yīng)力，；
－載荷系數(shù)，，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表10-2，表 10-3，圖10-8，圖10-13分別查得，， ，故 ；
－其值為；
－許用彎曲應(yīng)力，，為安全系數(shù)，此處為， 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得， ，由圖10-18查得，，
故， 。
、－為齒型系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得， ，，；
故 ，
可見(jiàn)兩齒輪的計(jì)算彎曲應(yīng)力均滿(mǎn)足安全要求。
b.按接處疲勞強(qiáng)度計(jì)算
強(qiáng)度條件為：
式中：－接處計(jì)算應(yīng)力，；
?。瓘椥杂绊懴禂?shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6查得；
－齒數(shù)比，此處為，當(dāng)為內(nèi)嚙合時(shí)取“－”，當(dāng)為外嚙合時(shí)取 “＋”。
?。S用接觸應(yīng)力，公式同，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19查 得 ，，由圖10-21d查得 ，，所以，， ，故 ；
所以，將以上數(shù)據(jù)帶入強(qiáng)度條件得：
可見(jiàn)兩齒輪計(jì)算接觸應(yīng)力均小于許用接觸應(yīng)力，故均滿(mǎn)足安全要求?！?
經(jīng)過(guò)以上校核可見(jiàn)齒輪強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
§3.3 鍵強(qiáng)度校核
假定載荷在鍵的工作面上是均勻分布的，普通平鍵的強(qiáng)度條件為
其中：－傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，此處為500Nmm;
－鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，為鍵高；
?。ǖ墓ぷ鏖L(zhǎng)度，，圓頭平鍵，平頭平鍵，為 鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，,為鍵寬，單位均為；
?。S的直徑，；
?。I、軸、輪轂中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，，由《機(jī) 械設(shè)計(jì)》表6-2，查得 。
在回轉(zhuǎn)軸上有兩處用到了鍵，分別在齒輪軸處和工作臺(tái)處。
齒輪軸處：，，，，則
工作臺(tái)處：，，，，則
可見(jiàn)兩處鍵均滿(mǎn)足安全要求。
§3.4 軸承的選用
軸承所受載荷的大小、方向與性質(zhì)是選擇軸承類(lèi)型的主要依據(jù)。
1.鑒于承受較大載荷和波動(dòng)，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(shí)，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(dòng)力矩小，效率高。
2.能同時(shí)承受徑向和軸向載荷，因此可使機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)調(diào)整，通常成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。
5.適用于轉(zhuǎn)速不太高，軸的剛性較好的場(chǎng)合。
根據(jù)各軸段的軸徑確定選用軸承的型號(hào)：
Φ60mm段選用軸承30212
對(duì)于普通工作的短軸，（跨距<400mm），滾動(dòng)軸承的軸向固定學(xué)采用較簡(jiǎn)單的兩端固定的方法。由于兩個(gè)支承各限制軸沿一個(gè)方向軸向移動(dòng)，合起來(lái)就限制軸的雙向移動(dòng)[4,10]。
軸承30212內(nèi)圈用軸肩定位，外圈用軸承端蓋夾緊。
由于本設(shè)計(jì)中軸的轉(zhuǎn)速較低，此處對(duì)軸承壽命不在進(jìn)行驗(yàn)算。
總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)主要完成了焊接變位機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)，以及總體方案的確定，合理地選擇傳動(dòng)類(lèi)型，完成了電動(dòng)機(jī)的選擇和總傳動(dòng)比分配，其中電機(jī)的選擇包括選擇電動(dòng)機(jī)容量、選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和取外形以及安裝形式等；完成了回轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，包括回轉(zhuǎn)軸軸徑初步計(jì)算和回轉(zhuǎn)軸的定位及其尺寸的確定；完成了對(duì)部分零件強(qiáng)度校核，包括回轉(zhuǎn)軸、齒輪以及鍵；完成了整個(gè)零件組的裝配設(shè)計(jì)，包括其中的裝配公差分析，裝配方法尺寸和結(jié)構(gòu)分析等；最后根據(jù)任務(wù)要求繪制了設(shè)計(jì)總體圖、
裝配圖和零件圖，并撰寫(xiě)了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)?？傮w而言，基本上完成了這次的設(shè)計(jì)任務(wù)。
本次設(shè)計(jì)是我在校期間的最后一次設(shè)計(jì)，對(duì)我來(lái)說(shuō)是很重要的，我很慶幸能夠參加并完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，增加了我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)拓了視野；同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，我也看到了自己的很多不足之處，在以后的道路上我會(huì)不斷的去完善自己。
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致 謝
經(jīng)歷的三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然任務(wù)很艱巨，但我們從中得到了很好的鍛煉，把以前所學(xué)的東西都貫穿起來(lái)，使知識(shí)得到了鞏固和升華，可以說(shuō)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多以前所欠缺的東西，特別在設(shè)計(jì)制造裝配這塊，改掉了以前那種只求圖好看，不管能不能結(jié)構(gòu)合理的陋習(xí)。
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(tīng)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公斤數(shù)控座式焊接變位機(jī)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一些理論知識(shí)的探討和機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造創(chuàng)新。
總之，通過(guò)設(shè)計(jì)我提高了自己的獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。對(duì)我今后新的工作有了新的體會(huì)，為今后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我非常感謝學(xué)校在我離開(kāi)前給了我這樣一次鍛煉的機(jī)會(huì)，本次設(shè)計(jì)是在韓紅彪老師的指導(dǎo)下完成的，老師淵博的科學(xué)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，活躍的學(xué)術(shù)思想和隨和的生活態(tài)度，使我受益匪淺。在此設(shè)計(jì)完成之際，學(xué)生向韓紅彪老師表示衷心的感謝，他除了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和對(duì)學(xué)生無(wú)微不至的關(guān)懷，嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、細(xì)致、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度也是我們學(xué)習(xí)的榜樣！同時(shí)，也對(duì)周?chē)瑢W(xué)的極大鼓勵(lì)和支持表示感謝！
最后，還要感謝這四年中，指導(dǎo)、教育過(guò)我的各位老師和領(lǐng)導(dǎo)，通過(guò)這四年教育和指導(dǎo)，使我掌握了不少新的知識(shí)，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(jì)的機(jī)會(huì)。使我能進(jìn)一步的學(xué)習(xí)并掌握更多的知識(shí)，同時(shí)也使自己對(duì)這四年的學(xué)習(xí)做了一次檢驗(yàn)。它必將為我以后步入社會(huì)，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！
學(xué)生：崔新力
2013年6月6日