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畢業(yè)設計（論文） 開題報告 題目 焊接滾輪支架設計 學院 機電工程學院 年級 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學號 姓名 指導教師 2008年4 月 16 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 焊接滾輪支架設計 時間 2008 年 3 月 17 日至2008年6月 10 日 本課題的目的意義 （含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 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焊件的機械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產(chǎn)品的設計是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設計的主要任務之一。合理的設計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，而且也改善了勞動條件，同時還可以簡化焊接結構的裝配焊接工藝。 。 設計(論文)的基本條件及設計(論文)依據(jù) 設計原始數(shù)據(jù)及要求如下： 1、工件直徑為φ2～3m；工件最大重量為5噸；工件總長度8m。 2、要求翻譯不少于5000字的外文相關資料，并將原文與譯文同時上交 本課題的主要內(nèi)容、 重點解決的問題 主要研究設計內(nèi)容有： 1、焊接滾輪支架的組成及其工作原理分析； 2、焊接滾輪支架機械結構及傳動方案的確定； 3、焊接滾輪支架設計計算及編寫各種說明材料； 4、繪制所設計機械的設計裝配圖及零件圖； 5、選擇電機。 6 編寫任務書 本課題欲達到的目的 或預期研究的結果 利用畢業(yè)設計對其進行研究與設計，使自己對所學知識得以綜合利用，有助于提高分析問題與解決問題的能力。同時；使自己能夠了解各種滾輪支架的設計、工作原理與應用等 計 劃 進 度 時 間 工 作 內(nèi) 容 備 注 3月17號-6月10號 接收任務書 畢業(yè)設計設計前準備（找資料） 焊接滾輪支架的組成及其工作原理分析 焊接滾輪支架機械結構及傳動方案的確定 焊接滾輪支架設計計算及編寫各種說明材料 繪制所設計機械的設計裝配圖及零件圖 選擇電機 編寫任務說明書 指 導 教 師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 摘 要 近年來，焊接工業(yè)得到了很快的發(fā)展，焊接設備也相繼出現(xiàn)，各種焊接支架也得到了運用，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, 獲得了廣泛的應用,如何設計較好使用的滾輪架仍值得探討。 隨著生產(chǎn)的自動化，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備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結構差別也很大，各自有著不同的用途，有不同的特點。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、電站設備制造等行業(yè)上。使用的焊接滾輪架來自不同的國家。 關鍵詞： 焊接 滾輪架 滾輪軸 3 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)外眾多的焊接設備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結構差別大，各自有不同的用途，各有特點。通過收集技術資料，以及對焊接滾輪架技術服務積累的一些相關知識，對目前國內(nèi)進口主要品牌焊接滾輪架的技術性能、特點等做簡要的對比介紹，使用戶對焊接滾輪架的性能有進一步的了解。從重型焊接滾輪架國內(nèi)目前的占有率來看，由于瑞典公司進入中國市場早，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)品結構有獨特的特點， 使許多大公司使用ESAB 的產(chǎn)品，擁有較高的市場占有率， 但是價格也高。意大利ANSALDO 公司的350T 焊接滾輪架和焊接操作機在中國有兩種， 由于其產(chǎn)品的設計結構，決定了它對工件加工的局限性。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焊件的機械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產(chǎn)品的設計是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設計的主要任務之一。合理的設計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，而且也改善了勞動條件，同時還可以簡化焊接結構的裝配焊接工藝。隨著焊接生產(chǎn)技術的高速發(fā)展,對焊接生產(chǎn)機械化和自動化提出了越來越高的要求,焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為滿足市場需要而設計生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。 焊接設備的自動化在制造業(yè)中的廣泛應用徹底改了變傳統(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備中的一部分，其結構也越來越趨向于自動化方面。 通過對滾輪架進行研究與設計，將所學知識得以綜合利用，有助于提高自己的分析問題與解決問題的能力。同時，了解各種滾輪支架的設計、工作原理與應用等。通過本設計，培養(yǎng)自己的設計思維，從思想上得到轉(zhuǎn)變，同時加強自己動手能力的培養(yǎng)。 摘 要 近年來，焊接工業(yè)得到了很快的發(fā)展，焊接設備也相繼出現(xiàn)，各種焊接支架也得到了運用，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, 獲得了廣泛的應用,如何設計較好使用的滾輪架仍值得探討。 隨著生產(chǎn)的自動化，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備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結構差別也很大，各自有著不同的用途，有不同的特點。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、電站設備制造等行業(yè)上。使用的焊接滾輪架來自不同的國家。 關鍵詞： 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)外眾多的焊接設備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結構差別大，各自有不同的用途，各有特點。通過收集技術資料，以及對焊接滾輪架技術服務積累的一些相關知識，對目前國內(nèi)進口主要品牌焊接滾輪架的技術性能、特點等做簡要的對比介紹，使用戶對焊接滾輪架的性能有進一步的了解。從重型焊接滾輪架國內(nèi)目前的占有率來看，由于瑞典公司進入中國市場早，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)品結構有獨特的特點， 使許多大公司使用ESAB 的產(chǎn)品，擁有較高的市場占有率， 但是價格也高。意大利ANSALDO 公司的350T 焊接滾輪架和焊接操作機在中國有兩種， 由于其產(chǎn)品的設計結構，決定了它對工件加工的局限性。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焊件的機械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產(chǎn)品的設計是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設計的主要任務之一。合理的設計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，而且也改善了勞動條件，同時還可以簡化焊接結構的裝配焊接工藝。隨著焊接生產(chǎn)技術的高速發(fā)展,對焊接生產(chǎn)機械化和自動化提出了越來越高的要求,焊接機械設備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設備正是為滿足市場需要而設計生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。 焊接設備的自動化在制造業(yè)中的廣泛應用徹底改了變傳統(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備中的一部分，其結構也越來越趨向于自動化方面。 通過對滾輪架進行研究與設計，將所學知識得以綜合利用，有助于提高自己的分析問題與解決問題的能力。同時，了解各種滾輪支架的設計、工作原理與應用等。通過本設計，培養(yǎng)自己的設計思維，從思想上得到轉(zhuǎn)變，同時加強自己動手能力的培養(yǎng)。 1.2 研究的意義及發(fā)展趨勢 1.2.1焊接滾輪架研究的意義. 為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，國外焊接生產(chǎn)機械化、自動化已達到很高的程度。工業(yè)發(fā)達國家焊接機械化、自動化程度已達到熔敷金屬量的65%以上。目前, 國際上技術先進的重型焊接滾輪架最大的承載重量達1600T，自動防竄滾輪架的最大承載重量達800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm。變位機的最大的承載重量達400T，轉(zhuǎn)矩可達450KNm。框架式焊接翻轉(zhuǎn)機和頭尾架翻轉(zhuǎn)機的最大承載重量達160T。焊接回轉(zhuǎn)平臺的最大承載重量達500 T。立柱橫梁操作機和門架式的操作機的最大行程達12m。龍門架操作機的最大規(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，500T重型滾輪架及重型、輕型自動防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機和大、中型翻轉(zhuǎn)機等。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備，并大量采用交流電機變頻調(diào)整技術，PLC控制技術和伺服驅(qū)動及數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應用，焊接裝備的自動化程度有了很大的提高，某些操作機還配備了焊縫自動跟蹤系統(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焊等工藝的應用范圍日趨擴大，因此為窄間隙設備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動焊工藝焊接筒體縱縫，實現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)最大長度7000mm，最大厚度250mm）壓制工藝自動化和焊接工藝高效率化。新型燃氣加熱器和電加熱設備得到廣泛的應用，例如，紅外燃氣加熱器，引射式液化氣加熱器等比傳統(tǒng)的燃氣加熱器提高熱效率30%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)縫實現(xiàn)自動化焊接，有效地減小翻身等吊裝工作。當然焊接滾輪架的回轉(zhuǎn)平臺，要求其結構穩(wěn)定，操作方便，外形尺寸緊湊，具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構，配備專用的活動內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺自動焊接設備后，具備完成鋼管對圓、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. 焊接滾輪架有著不同的結構，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要移動焊件。再而生產(chǎn)了一種自調(diào)式滾輪架，這是一種差動滾輪組成的滾輪架，當工件直徑發(fā)生變化時滾輪隨擺架自動調(diào)節(jié)滾輪的中心距，使工件得到平衡支撐，這種滾輪架適應于直徑為900~4000的工件焊接，當直徑為最小值900時，每側只有一個滾輪接觸工件。當工件直徑大到一定值時，所有滾輪才能接觸?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種自動化調(diào)節(jié)的滾輪架，滾輪架可以根據(jù)工件而自動轉(zhuǎn)變焊接位置。這種自動化焊接設備采用PLC進行控制，不用人工進行操作。 第2章：焊接滾輪架的設計 第二章 焊接滾輪架的設計 2.1 焊接滾輪架的選擇 2.1.1 焊接滾輪架的主要結構 焊接滾輪架是借助主動滾輪架與焊件之間的磨擦力,使焊件旋轉(zhuǎn)的變位機械.焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接,可以對主,從動滾輪的高度作適當?shù)恼{(diào)整,也可進行錐體,分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接,對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行焊接. 焊接滾輪架的結構形式分為兩類. 第一類是長軸式滾輪架,滾輪沿兩平行軸排列,與驅(qū)動裝置相聯(lián)的一排為主動滾輪,另一排為從動滾輪,也有兩排都是主動滾輪的,主要用于細長薄形的焊件的組對焊接. 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計的,市場可供選用的定型產(chǎn)品很少. 第二類是組合式滾輪架,它的主動滾輪,從動滾輪都是獨立的,使用時可根據(jù)焊件的重量和大小,長度進行任意組合,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,對焊件的適應性很強,是目前應用最廣泛的滾輪架結構形式,國內(nèi)外有關的生產(chǎn)廠家,均有各自己的系列新產(chǎn)品供應市場. 本設計中，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.其主要結構由主動滾輪,從動滾輪,支架三部分組成,如圖(2-1),支架相當于機座.輪座在其上對工件起支稱作用,其中主動輪起驅(qū)動作用.這三部分都是獨立的.,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 主動滾輪 2 從動滾輪 3 驅(qū)動裝置 本設計中，滾輪架采用一個電動機拖動,根據(jù)滾輪架的特點和適用范圍,滾輪采用鋼輪,承載能力強. 附表2-1滾輪結構的特點和適用范圍 類型 特點 適用范圍 鋼輪 承載能力強,制造簡單 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,傳動平穩(wěn)但結構復雜 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 焊接滾輪架的結構設計 本滾輪架采用一組主動輪,一組從動輪,因為工件長度的8米,直徑2.5米,因此，滾輪架總共有7組,每一個滾輪的兩端都有支座，主動滾輪是同軸的，中間用連軸器連接。主動輪上的每一個滾輪的長度與寬度相同，而從動輪上的最兩端的兩個滾輪寬度較小，中間的6個滾輪寬度與主動輪相同，從動滾輪的每一個滾輪是獨立的，在工作時，一個焊件置于三個滾輪之上，這樣傳動比較平穩(wěn)。采用一個電動機傳動，電動機傳動裝置大概位于主動輪軸的中間，結構如下圖(2-2)所示： 圖2-2滾輪架結構示意圖 1．電動機 2.聯(lián)軸器 3齒輪對，4 軸承 5主動滾輪 6 公共軸，7從動滾輪。 2.2 滾輪架受力分析及設計 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，并可以減少滾輪的支反力，驅(qū)動圓周力和節(jié)能，通常的情況下，中心角要在~之間選用。因此，與此中心角相對的焊件直徑不得超越下述范圍： 當中心角為時，對應的許用焊件直徑為 當中心角為時，對應的許用焊接為 mm 本設計中選用的中心角為，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力值，有 (2.1) 式中 ----------滾輪上的壓力，，為滾輪對數(shù). E------彈性模量 ，------工件和滾輪半徑 B------為滾子的寬度； -----接觸應力，一定應小于許用接觸應力。. 此式不能確定兩個未知量 和，而根據(jù)滾輪的線壓力小于許用應力的條件可決定B (2.2) 式中------45號鋼的許用線壓力,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: 因為輪的許用接觸力5.476《=1471(N/MM)小于鋼的許用接觸應力，因此，滾輪的寬度為B=750mm 查表得 ，設滾輪的直徑為240mm,代入上式得： 因為鋼的許用接觸應力為， 因此,符合設計要求 根據(jù)上面的計算可知，設計的滾輪的直徑為240mm, 滾輪的寬度為750mm。根據(jù)滾輪架結構示意圖，從動滾輪的兩端的兩個滾輪直徑為240mm，滾輪的寬度為350mm。 2.2.3滾輪軸的設計。 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)動滾輪，一邊是從動滾輪，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)動滾輪主軸上的驅(qū)動力矩應大于：驅(qū)動滾輪沿工件滾輪的滾輪磨擦力矩M1，工件的偏心力矩，滾輪軸承的動磨擦力矩和慣性力矩等之和。當工件均勻回轉(zhuǎn)時，可作為平衡力系考慮，分別對驅(qū)動滾輪，工件，支承滾輪進行受力分析如圖2-3，并寫出平衡方程如下： (2-.3) (2-4) 式中-----驅(qū)動總阻力矩。 ，---------驅(qū)動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) --------滾動磨擦系數(shù)。 ，------滾輪軸承的滑動磨擦力矩， ------軸承的誘導磨擦系數(shù)，滾動軸承，誘導磨擦系數(shù)為0.1 ,-----軸承的半徑,本設計中 ----件的偏心距. ,滾輪上正壓力,在本設計中有 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----滾動磨擦系數(shù) 0.03 ----軸承誘導系數(shù)為0.1 為滾動軸徑,為偏心距 式中 通常的情況下驅(qū)動和支滾輪有同樣的半徑，本設計也是這樣的，式（2-7）第一項表示為作用在驅(qū)動滾輪上的滾動摩擦阻力矩，第二項表示滾輪軸承的摩擦力矩，第三項表示為偏心阻力矩。 因為工件為圓筒形,所以偏心距為0 所以： 其中為滾輪軸的半徑 本設計中設為45mm,材料選用45號鋼 為了防止工件和驅(qū)動滾輪的打滑,由所產(chǎn)生的工作圓周力必須小于工件與驅(qū)動輪之間最在滑動摩擦力,有: (2-8) :為驅(qū)動力矩. （2-9） s----驅(qū)動力矩 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摩擦系數(shù),如不滿足,就要更換材料軸的尺寸. 綜上,所以設計所用的材料符合設計要求. 兩滾軸中心距的確定. 滾輪架結構如下圖2-4所示 a------半中心角 D------焊件的直徑 Dr------滾輪的直徑 L-------主從動輪之間的橫向距離 機械工業(yè)部設計院提出，工件橢圓產(chǎn)生了附加偏心距，工件縱通過滾輪時會產(chǎn)生另一個相當大附加力矩，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算公式，經(jīng)實測誤差較小，其計算如上圖所示，假定一邊支承滾輪，一邊驅(qū)動滾輪外，縱縫和滾輪相遇是錯開的，計算中按三個滾輪與工件接觸，一個與縱縫接觸，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量摩擦系數(shù),它與焊縫高度有關 , (2.13) h------力焊縫冗高,其他符號與前面相同, (2.14) 將數(shù)據(jù)代入得： 因為2170《2236所以上面的設計符合要求。 2.2.4 電機的選擇 電機功率公式為 （2.15） 式中,------主動軸的總驅(qū)動力矩 n--------為主動軸的轉(zhuǎn)速(),本設計中主動滾輪的轉(zhuǎn)速為(6-60n/h),其中最高轉(zhuǎn)速為 --------為傳動效率。其中為2個滑動軸承0.99，,對個圓周柱齒輪傳動0.96,聯(lián)軸器為0.99所以傳動總效率為 0.99*0.99*0.96*0.96*0.99=0.92 因此電機選擇為0.75KW的電機就可以了。電動機型號為Y90S-4 2.2.5電動機的拖動與調(diào)速 焊接滾輪架的拖動與高速主要有兩種方式,一種是直流電動機的拖動,采用降壓調(diào)速,另一種是交流電動機的拖動,變頻調(diào)速.前者使用很久,而且技術很成熟,電動機的機械特性較硬,起動力矩較大,是目前滾輪使用最多的一種,拖動調(diào)速方式,缺點是電支機結構復雜,調(diào)速范圍較小,平時恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速的范圍是1:10左右低速時的速度不穩(wěn)定,有爬行現(xiàn)象.后者則采用電子表逆變技術的發(fā)展和大電流晶體管的性能完善.在技術是也日趨成熟,其主要是調(diào)速范圍較寬,可達到1:20,轉(zhuǎn)動平好,低速特性硬,缺點是低速過載倍數(shù)降低較大,變頻電源的價格較高,但隨著電動機額定功率的增加,價格上則相對平緩.因此,本設計采用是交流電動機的拖動,變頻調(diào)速。其拖動機構為從電動機出來，接通到聯(lián)軸器上，通過齒輪傳動到驅(qū)動滾輪軸上。 第3章：滾輪架中各零件的設計與選用 第三章 滾輪架的各零件的設計與選用 3.1 軸承的選用 3.1.1滾動軸承的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動； 　　 2、尺寸標準化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便； 　　 3、結構緊湊，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： 1、噪音大　　 2、軸承座的結構比較復雜 　 　 3、成本較高。 3.1.2 滾動軸承的基本結構 滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成，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，滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命，保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用 根據(jù)GB/T276-89，本設計選用深溝軸承 3.1.3軸承的選用 當軸承的徑向游隙增大時，具有角接觸球軸承的性質(zhì)，可承受兩個方向交變的軸向載荷。密封的深溝球軸承可免維護，并能使結構簡化。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格，使它成為應用最廣泛的軸承類型。但深溝球軸承的自動調(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，是用戶選型時首選的軸承類型。 本設計中軸徑為90MM，選用深溝球軸承，其型號為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 本設計中軸徑為90mm，選用凸緣聯(lián)軸器，型號為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 本設計中,軸和滾輪用鍵連接,一根滾輪有四個鍵配合,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）型的標記：鍵25*360GB1096-79， 1． 平鍵的材料為45鋼 2． 軸槽輪槽對軸及輪軸線的對稱度公差為7級 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 齒輪的設計 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 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式 （ 4-1） 進行計算 3確定公式內(nèi)的各計算數(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度極限 大齒輪接觸疲勞強度極限 (6).計算應力循環(huán)次數(shù) 則有 (7).查得接觸疲勞壽命系數(shù)為 (8).計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1，由式有 4 計算 (1).試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 因為滾輪軸的最小直徑為90mm,所以小齒輪分度圓直徑為200mm (2)計算齒寬b (3)計算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) mm 齒高 b/h=200/5.625=35.6 4按齒根彎曲強度設計 彎曲強度的設計公式 (4-2) （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 查圖小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強度極限分別是 （2）彎曲疲勞壽命系數(shù) （3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 .計算 得 （4）計算載荷系數(shù)K （5）查取齒形系數(shù)，查表得 （6）查取應力校正系數(shù) （7）計算大，小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值比較大 設計計算 對比得，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強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幾何尺寸計算 (1)計算分度圓直徑 計算中心距 計算齒輪寬度 取齒輪寬 5驗算 經(jīng)計算合格 第四章 結論 第四章 結論 焊接滾輪架是焊接生產(chǎn)過程中的重要設備,通過各種焊接結構架可以提高生產(chǎn)效率,使生產(chǎn)時間減少.本次畢業(yè)設計使我學習了有關焊接工藝相關的知識,對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分析,開放了自己的設計思維,懂得了機械設計的一般設計步驟和方法,學會了如何查閱相關的資料,將自己的理論知識用于實踐中.本次設計按照國標的設計要求,在已知條件下設計滾輪架,經(jīng)過各種驗算,設計結果基本符合要求. 致謝 畢業(yè)設計是我們學生離校前最重要也是最全面的一次設計，是高等院校為培養(yǎng)工程技術人員而進行的一次大型綜合訓練，通過這次設計，檢查我們綜合運用機械設計課程的知識，分析和解決問題的能力，進一步鞏固、加深和拓寬所學的知識。通過設計實踐，逐漸樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，熟悉掌握設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力，另外通過這次設計，進行各種設計計算、繪圖技能以及運用各種技術標準、規(guī)范。學會怎樣查找應用設計手冊和有關資料，進行全面的機械基本技能的綜合性大型練習。 本次畢業(yè)論文，掌握了機械設計的主要技術關鍵環(huán)節(jié)，對機械設計具有了更進一步的了解和掌握，了解了設計過程中的一般步驟，這必將為以后的學習和工作起到打下良好的基礎。 參考文獻 1．賈安東主編. 焊接結構及生產(chǎn)設計，天津：天津大學出版社 ，1997 2．鄒家祥主編. 機械設計理論與方法,北京,機械工業(yè)出版社,1988 3．王云鵬主編. 焊接結構生產(chǎn)(焊接專業(yè))，北京：機械工業(yè)出版社，2001 4．雷世明主編. 焊接方法與設備,北京:機械工業(yè)出版社，1996 5．鄭思潛主編. 焊接設備選用手冊(精),北京:機械工業(yè)出版社，1995 6. 成大先主編. 機械設計手冊 ，北京:機械工業(yè)出版社，2002 7. 鄭文偉主編. 機械原理 ,北京: 高等教育出版社，1995 8. 紀名剛主編. 機械設計,北京: 高等教育出版社，1995 9. 朱冬梅主編. 畫法幾何與機械制圖,北京: 高等教育出版社，2001 10. 王昆主編. 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