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多功能焊臺設(shè)計 作 者 姓 名 王金超 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師姓名 范維華 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 高級實驗師 27 目 錄 摘 要 ………………………………………………………………4 第一章 前言 ……………………………………………………5 1.1 國內(nèi)外焊臺的發(fā)展 …………………………………………………5 1.1.1國外焊臺的發(fā)展 …………………………………………………9 1.1.2國內(nèi)焊臺的發(fā)展 …………………………………………………11 1.1.3課題研究的目的意義及主要內(nèi)容 …………………………………12 1.1.3.1課題研究的目的意義 ……………………………………………12 1.1.3.2課題研究的主要內(nèi)容 …………………………………………12 第二章 設(shè)計任務(wù)概況……………………………………………13 2.1設(shè)計題目………………………………………………………………13 2.2設(shè)計背景………………………………………………………………13 2.2.1 題目簡述……………………………………………………………13 2.2.2使用狀況……………………………………………………………14 2.2.3生產(chǎn)狀況……………………………………………………………14 2.3設(shè)計參數(shù)………………………………………………………………15 2.4設(shè)計任務(wù)………………………………………………………………17 第三章 總體設(shè)計方案…………………………………………… 3.1多功能焊臺總體設(shè)計及適用范圍……………………………………………………………………………17 3.2多功能焊臺各個機構(gòu)的設(shè)計方案……………………………………17 3.3焊臺的額定負荷計算…………………………………………………19 3.4升降系統(tǒng)的設(shè)計方案…………………………………………………20 3.5 焊臺傳動系統(tǒng)的確定…………………………………………………21 第四章 焊接面的設(shè)計計算………………………………………21 4.1平面焊接的設(shè)計………………………………………………………21 4.1.1平面焊接的特點……………………………………………………22 4.1.2應(yīng)用范圍……………………………………………………………22 4.1.3主要技術(shù)參數(shù)………………………………………………………23 第五章 升降裝置的設(shè)計計算…………………………………………25 5.1軸承的設(shè)計計算及校核………………………………………………25 5.2固定螺栓選擇…………………………………………………………27 第六章 總結(jié)……………………………………………………………28 參考文獻………………………………………………………………31 山東輕工業(yè)學院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 焊臺的種類很多按照升降結(jié)構(gòu)的不同，可分為直流焊機、交流焊機、電氣焊臺、氣割焊臺及搖臂式臺等。多功能焊臺采用電流驅(qū)動，整機由底座、焊臂、升降系統(tǒng)組成。 本文所介紹的多功能焊臺最大焊接直徑是1000mm，它有兩部分組成：升降焊頭機構(gòu)和焊臺底座。升降機構(gòu)的操作控制是由渦輪蝸桿來完成的。這樣的焊接升降臺的設(shè)計通常根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求，粗略估算剪叉尺寸，然后做出渦輪蝸桿的尺寸，從而進行渦輪蝸桿選型。由于升降機構(gòu)需要各個方位都得達到，設(shè)計當中需要活動自如。解決的辦法是通過用軸承和渦輪蝸桿來實現(xiàn)，確立一種方案，并根據(jù)需要，設(shè)計最優(yōu)的長度，及對連接零件、滑動裝置的選型等。在滿足機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對受力較大的機構(gòu)進行強度和剛度的校核，檢驗是否滿足設(shè)計要求。作為控制系統(tǒng)，渦輪蝸桿系統(tǒng)的設(shè)計很重要，這包括尺寸大小設(shè)計，渦輪蝸桿的選取及其他元件的選型等。最終完成多功能焊臺的設(shè)計。本設(shè)計借鑒了相關(guān)的資料，采用了相關(guān)的標準，充分的吸收了前人的寶貴的經(jīng)驗。 關(guān)鍵詞：升降機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、固定機構(gòu)、渦輪蝸桿機構(gòu)、伸縮臂 ABSTRACT Scirssor Lift Conveyor Abstract : There are many types of lift table, according to the structure of the different movements ,which can be divided into scissors-lifts or shrink-lifts ,sleeve-lifts or shrink arm lifts and arm –folding lifts and so on . The atmospherric pressure actuation is used in atmospherric pressure lift table, and the whole machine was made of the main body, the atmospherric system and the control system. Maximal load capacity of logistic press described by this paper is 500 kg , it has two parts: this scissors fork and atmospherric pressure system. This operation of the scissors fork is under the control of atmospherric cylinder.Such atmospherric lifts are usually designed in accordance with the requirements of the design parameters, then the atmospherric cylinder thrust force is extracted by the sketchy estimate size.Thus the typle of the atmospherric cylinder can be sure. As the size of atmospherric cylinders and the positions for securing are different, it possibly have the interference in the design. The solution is to establish a programe through the analysis and comparison in the atmospherric cylinder layout.According to the need, we can design the optimal scissors fork, and select the connector of parts, sliding devices and so on. In the foundation of the design,the intensity and the rigidity examination to the large stress organization should bemade to examine whether that satisfy the design requirements. As the control system, atmospherric system's design is very important, including the design of the return route for guarantee presses, atmospherric pump's selection and other part's shaping and so on. In the entire process, the floor fluctuation and the turn over complete by hydraulic cylinder's expansion.Finally,the design of the lift table reserved for motor bicycle is completed.The design draws lessons from the pertinent data, has adopt the pertinent standard,and admit sufficiently the prehominid precious experience. Key words： lift table、 atmospherric system、 scissors fork mechanism、 atmospherric cylinder、 Conveyor 第一章 前言 1.1 國內(nèi)外焊臺的發(fā)展形勢 19世紀80年代，焊接只用于鐵匠鍛造上。工業(yè)化的發(fā)展和兩次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)對現(xiàn)代焊接的快速發(fā)展產(chǎn)生了影響?；竞附臃椒ā娮韬?、氣焊和電弧焊都是在一戰(zhàn)前發(fā)明的。但20世紀早期，氣體焊接切割在制造和修理工作中占主導地位。過些年后，電焊得到了同樣的認可。?? 電阻焊?? 首例電阻焊要追溯到1856年。James Joule（Joule加熱原理發(fā)明者）成功用電阻加熱法對一捆銅絲進行了熔化焊接。?? 1964年，Unimation生產(chǎn)的首批用于電阻點焊的機器人在通用汽車公司使用。?? 氣焊?? 其他許多國家利用這項法國發(fā)明儲存乙炔。但時有報道在傳輸過程中發(fā)生爆炸。瑞典人Gustaf Dahlen改變了滲透物的成分，成功做到了讓乙炔100%安全。?? 電弧焊?? Benardos, Nicolai Slavianoff的同胞進一步完善了這一焊接法。1890年，他用金屬棒代替碳棒作為電極并獲得專利。電極熔化，從而充當熱源和填充金屬。?? 氣體保護電弧焊早在1890年就由C. L. Coffin獲得了專利。但在二戰(zhàn)期間，航空業(yè)需要找到焊接鎂和焊接鋁的方法。1940年，在美國，用隋性氣體保護電弧的實驗開展得如火如荼。通過使用鎢電極，不用熔化電極也可以打出電弧。這樣的話，不管有沒有填充金屬都可以進行焊接。這種方法現(xiàn)在稱為TIG焊接（鎢極惰性氣體保護電弧焊）。?? 過些年以后，用連續(xù)放入金屬絲作為電極的MIG焊接工藝（熔化極惰性氣體保護電弧焊）出現(xiàn)了。起初，保護氣體為隋性氣體氦或氬。?? 釬焊 TW Goldschmidt 1900 Goldschmidt AG 德國?? 手工金屬電弧焊 MMA，SMAW Oscar Kjellberg 1907 伊薩 瑞典?? 電渣焊 ESW N.Benardos R.K.Hopkins 190819401950 Paton 焊接學會 俄羅斯美國烏克蘭?? 等離子焊接 PAW Schonner R.M.Gage 19091953 BASF 德國美國?? 鎢極惰性氣體保護電弧焊 TIG，GMAW C.L.CoffinH.m.Hobart 和.K.Devers 19201941 美國?? 藥芯焊絲 FCAW Stoody 1926 美國?? 螺柱焊 1930 紐約海軍廠 美國?? 熔化極惰性氣體保護電弧焊 MIG H.M.Hobart和P.K.Devers 19301948 航空戰(zhàn)爭紀念學會 美國?? 埋弧焊 SAW Robinoff 1930 國家地下鐵道公司 美國?? 活性氣體保護電弧焊 MAG，GMAW Lyubavskii和Novoshilov 1953 蘇聯(lián)?? 激光切割 Peter Houldcroft 1966 BWRA（TWI） 英國?? 激光焊接 LBW Martin Adams 1970 英國?? 攪拌摩擦焊 FSW Wayne Thomas 1991 TWI 英國?? 焊接工藝的發(fā)展?? 焊接電源?? 19世紀末以前沒有出現(xiàn)電焊的理由之一就是缺乏合適的電源。18世紀末期，意大利人Volta 和Galvani成功發(fā)現(xiàn)了電流。1831年, Michael Faraday創(chuàng)立了變壓器和電機原理，這是對電源的重要發(fā)展。?? 首批焊接實驗的開展是通過不同類型的方法來解決焊接電源的。?? 1801年, Humphrey Davy先生在首批電弧實驗中使用電池作為電源。?? Benardos在碳弧焊實驗中使用一臺22馬力的蒸汽機驅(qū)動直流電機，用150個電池來發(fā)電。單是電池的總重量就達到2400kg。?? Thomson在發(fā)明電阻焊機時使用了變壓器。?? Oscar Kjellberg使用110V直流電壓電源，他讓電流通過一個裝滿鹽水的桶，從而把電流減小到適當?shù)乃健?? 1905年，德國AEG公司生產(chǎn)了焊接發(fā)電機。它由三相異步電動機驅(qū)動，其特性適合焊接，重1000kg, 電流250A。?? 直流電直到20世紀20年代才適合用于電弧焊。焊接變壓器很快變得受歡迎，因為它的價格較便宜，消耗能源相對較少。?? 20世紀50年代末，固體焊接整流器問世。最初使用的是硒整流器，接著很快出現(xiàn)了硅整流器。此后，硅可控整流器的出現(xiàn)實現(xiàn)了電子控制焊接電流。這些整流器現(xiàn)在都普遍使用，尤其是用于大型焊接電源。?? 焊接逆變器的出現(xiàn)是在電源上最引人注目的發(fā)展。伊薩首個逆變器模型造于1970年。但是逆變器在1977年以前沒有普遍用于工業(yè)。1984年，伊薩推出140A“Caddy” 牌逆變器，重量只有8kg。?? 先進的焊接工藝?? 等離子焊接出現(xiàn)時，實驗證明它是更集中、更炙熱的能源，利用它可以提高焊接速度，減少線能量。20世紀60年代出現(xiàn)的激光電子束焊接也與之有相似的好處。質(zhì)量提高，容差減小，超過了以前可能達到的標準。對新材料和不同金屬組合都能進行焊接。電子束狹窄，要求必需使用機械化設(shè)備。?? 從1964年起，機器人就已經(jīng)用于電阻焊。大約10年后出現(xiàn)電弧焊機器人。電動機器人可以設(shè)計得非常精確，達到熔化極惰性氣體保護電弧焊焊接的要求。最初，機器人內(nèi)輸入的焊接數(shù)據(jù)和手工焊使用的焊接數(shù)據(jù)是相同的。?? 人們進行了許多嘗試來提高熔化極惰性氣體保護電弧焊工藝的生產(chǎn)力。加拿大人John Church使用了快速送絲速度和由4種成分組成的保護氣體來做此嘗試。工藝相似，仍然使用同樣的焊接設(shè)備，但卻有可能讓焊接速度提高一倍。?? 在同一熔池內(nèi)使用兩根焊絲的焊接法——雙絲焊或雙芯焊，實驗證明更富有成效。最新高效焊接法是混合焊——這種方法結(jié)合了兩種不同的工藝。激光熔化極惰性氣體保護電弧焊混合焊是最有發(fā)展前景的。這種焊接速度極快，熔深大。?? 機械化焊接打開了投入到新應(yīng)用中去的大門。窄間隙焊既節(jié)省時間，又節(jié)省耗材，減少了熱影響區(qū)焊接的變形。起初使用的是熔化極惰性氣體保護電弧焊工藝，后來也使用埋弧焊和鎢極惰性氣體保護電弧焊。1980年前后，伊薩把重型埋弧焊、窄間隙焊設(shè)備運往了前蘇聯(lián)Volgadonsk。?? 1．1.1國外焊臺的發(fā)展形勢 1940年：第一艘全焊接船Exchequer號在美國的Ingalls 船塢建成下水。 1941年：美國人Meredith 發(fā)明了鎢極惰性氣體保護電弧焊（氦弧焊）。 1941年：二次世界大戰(zhàn)時艦艇、飛機、坦克及各種重武器的制造采用了大量的焊接技術(shù)。 1943年：美國Behl發(fā)明超聲波焊。 1943年：飛機的制造者們首次使用原子氫焊、埋弧焊和熔化極氣體保護焊焊接飛機鋼制螺旋槳的空心葉片。 1944年：英國Carl發(fā)明爆炸焊。 1947年：前蘇聯(lián)Bopoшeвич（沃羅舍維奇）發(fā)明電渣焊。 1949年：第一臺使用弧焊和電阻焊工藝制造的全焊結(jié)構(gòu)的FORD牌汽車下線。 1950年：美國人Muller，Gibson和Anderson三人獲得第一個熔化極氣體保護焊噴射過度的專利。 1950年：德國F.Buhorn發(fā)現(xiàn)等離子電弧。 大約1950年：在前蘇聯(lián)首次把電渣焊用于生產(chǎn)。 1953年：美國Hunt發(fā)明冷壓焊。 1953年：前蘇聯(lián)柳波夫斯基、日本關(guān)口等人發(fā)明CO2氣體保護電弧焊。 1954年：自保護藥芯焊絲在美國Lincoln電氣公司投入生產(chǎn)。 1954年：第一艘采用焊接工藝制造的核潛艇The Nautilus號開始為美國海軍服役。 1954年：貝納德發(fā)明了管狀焊條。 1955年：美國托姆.克拉浮德發(fā)明高頻感應(yīng)焊。 1956年：中國成立了哈爾濱焊接研究所 1956年：前蘇聯(lián)楚迪克夫發(fā)明了摩擦焊技術(shù)。 中國最早的摩擦焊設(shè)備 1957年：法國施吉爾發(fā)明電子束焊。 1957年：前蘇聯(lián)卡扎克夫發(fā)明擴散焊。 1957年：《焊接》創(chuàng)刊，這是中國第一本焊接專業(yè)雜志。 大約1957年：美國、英國和前蘇聯(lián)都在熔化極氣體保護焊短路過度工藝中使用了CO2作為保護氣體。 1960年：美國Maiman發(fā)現(xiàn)激光，現(xiàn)激光已被廣泛的應(yīng)用在焊接領(lǐng)域。 1.1.2國內(nèi)焊臺的發(fā)展形勢 50年代初，我國首先在哈爾濱工業(yè)大學建立了焊接專業(yè)，隨后清華大學、天津大學、交通大學等院校也相繼設(shè)立了焊接專業(yè)。至70年代后期恢復高考時，我國設(shè)立焊接專業(yè)的高等學校有17所。根據(jù)1988年12月焊接工藝及設(shè)備專業(yè)教學指導委員會的統(tǒng)計，當時我國設(shè)有焊接專業(yè)的學校有30余所，其中包括2所大專及8所中專學校。并對其中26所學校焊接專業(yè)的歷屆畢業(yè)生及在校的學生人數(shù)做了統(tǒng)計，如表1所示。歷屆畢業(yè)生各類學生的比例為(1988年12月統(tǒng)計)：研究生3%、專科生產(chǎn)定9%、本科生88%。在校各類學生比例為：研究生6%、?？粕?1%、本科生83%。 ? ? 隨著教育改革的發(fā)展，在1988年華中工學院召開的教學指導委員會上對焊接專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格曾進行認真的討論，并提出了強化、淡化和介于前二者之間的三種培養(yǎng)方案。允許各院校根據(jù)自己的具體情況，辦出自己的特色。 ? ? 1989年8月國家教委(89)教高司字72號文件發(fā)出通知，印發(fā)了普通高等學校本科基本專業(yè)目錄調(diào)整方案(征求意見稿)。指出我國普通高校專業(yè)設(shè)置，專業(yè)口徑過窄、適應(yīng)性不強、專業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理。要求高等學校要按寬口徑的專業(yè)招生，著重打好共同的學科基礎(chǔ)，以增強專門人才的適應(yīng)性。目標是經(jīng)過幾年的努力，建立起適應(yīng)我國社會主義建設(shè)與改革需要的、符合人才培養(yǎng)規(guī)律的、統(tǒng)一的、科學的普通高等學校本科基本專業(yè)目錄。調(diào)整后的專業(yè)名稱是熱加工工藝及設(shè)備，后改為材料成型與控制工程。： 1.1.3 課題研究的目的意義及主要內(nèi)容 1.1.3.1 課題研究的目的意義 焊臺是一種常用于電子焊接工藝的手動工具，通過給焊料（通常是指錫絲）供熱，使其熔化，從而使兩個工件焊接起來。 多功能焊臺是為了更方便的進行焊接，只用一個焊臺就能焊接不同形狀的焊接件，為了符合現(xiàn)代焊接工業(yè)的發(fā)展，使焊接變的更簡便，易操作。 焊臺可以使焊接件處于理想位置焊接，或平焊進行焊接，提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動強度的有效工具，另外，選擇合適的焊臺能夠降低成本，加強安全，文明生產(chǎn)，也有利于現(xiàn)場管理 1.1.3.2 課題研究的主要內(nèi)容 本課題主要是能夠使多個單一的焊機巧妙的聯(lián)合起來，達到統(tǒng)一，使之能夠多方位的焊接，而且還可以節(jié)省力氣，提高生產(chǎn)效率，所以主要的研究內(nèi)容就是把各個部件的配合，以及對焊件的固定，和對部分零件的設(shè)計放在第一位。 第二章 設(shè)計任務(wù)概括 2.1 設(shè)計題目:多功能焊臺設(shè)計 2.2設(shè)計背景 為了符合現(xiàn)代焊接工業(yè)的發(fā)展，使焊接變的更簡便，易操作。 2.2.1 題目簡述 焊接的穩(wěn)定性和全面性，這是本設(shè)計最基本的要求，在設(shè)計過程中應(yīng)該盡可能使用連接比較靈活的機構(gòu)和可靠的結(jié)構(gòu)。 省時、省力、高效、全面，這是判斷本設(shè)計成功與否的標準之一，只有高效節(jié)能的設(shè)計才符合企業(yè)的利益。 1) 搖臂旋轉(zhuǎn)的定位要精確，可操作性好，可以實現(xiàn)任意高度和任意旋轉(zhuǎn)位 置的精確的定位。 2） 力學性能足以滿足所承受重物的要求，其安全系數(shù)要達到一定標準。系 統(tǒng)運行平穩(wěn)，底座對地的壓強不能太大。 2.2.2 使用狀況 焊臺廣泛應(yīng)用于設(shè)備加工制造和設(shè)備維護之中，在日常生活中隨處可見焊臺的使用，和我們的生活息息相關(guān)。 2.2.3 生產(chǎn)狀況 我國的焊接技術(shù)起步晚、起點低，與國外先進水平還有一定的差距，目前多工能的焊臺在日常的生產(chǎn)中還不是很普及。目前只有個別廠家在生產(chǎn)多功能的焊機，焊臺大致分為兩種： 1、直流點焊機(圖2一1) 直流的電焊機可以說也是一個大功率的整流器，分正負極，交流電輸入時，經(jīng)變壓器變壓后，再由整流器整流，然后輸出具有下降外特性的電源，輸出端在接通和斷開時會產(chǎn)生巨大的電壓變化，兩極在瞬間短路時引燃電弧，利用產(chǎn)生的電弧來熔化電焊條和焊材，冷卻后來達到使它們結(jié)合的目的。焊接變壓器有自身的特點，外特性就是在焊條引燃后電壓急劇下降的特性。 圖2一1直流電焊機 .2. 交流電焊機(圖2一2) 　　電流電壓經(jīng)三相主變壓器降壓，由可控硅元件進行整流，并利用改變可控硅觸發(fā)角相位來控制輸出電流的大小。從整流器直流輸出端的分流器上取出電流信號，作為電流負反饋信號，隨著直流輸出電流增加，負反饋也增加，可控硅導通角減小，輸出電流電壓降低，從而獲得下降的外特性。推力電路是當輸出端電壓低于15V時，使輸出電流增加，特別是短路時，形成外拖的外特性，使焊條不易粘住。引弧電路是每次起弧時，短時間增加給定電壓，使引弧電流較大，易于起弧。 從以上敘述可以知道，電焊起弧的時候電路是處于短路狀態(tài)，電壓急劇下降，電流需要很大；起弧后要穩(wěn)弧，這時候焊條和容池的溶液還是短路過渡狀態(tài)，電壓還是下降，電流還是大；過渡完畢后處于正常焊接狀態(tài)，電壓回升，電流下降。 圖2-2交流電焊機 2.3 設(shè)計參數(shù) 針對當前焊接系統(tǒng)發(fā)展的新特點和要求，本項目所要解決的問題是: 在焊接系統(tǒng)中，要保證各個形狀的焊接件和設(shè)備要都可以焊接，只不過可以有尺寸上的限制，還要保證焊接的準確性。: 1).焊接平面(圖2一3)，焊接平面的時候把物件放在平面上，為了保證焊接的質(zhì)量防止炭渣遺留在焊縫處，我們選取“工”字鋼。這樣既減輕了焊臺的重量，又保證了焊接的時候不會因為焊渣而造成焊接的不合格。 圖2一3焊接平面用的“工”字面 2).焊接圓筒面和弧面(圖2一4)，在圓筒面上焊接首先需要把圓筒固定，所以設(shè)計放圓筒的裝置，其最大焊接直徑為1000mm，由于圓筒的大小不一樣所以在下面設(shè)計了兩個可以橫向滑行的導輥，這樣既方便焊接又方便固定，充分保證焊接的質(zhì)量，在導輥的接受范圍之內(nèi)，都可以焊接。在焊接弧面的時候，采用的是采用螺釘壓的方法，在焊接背面用“工”字鋼將焊機延長，兩邊加上壓板，在壓板上有緊定螺釘，當部件放上的時候，通過轉(zhuǎn)動兩邊的手輪來達到壓緊部件的效果，這樣就保證了焊接過程中的穩(wěn)定性，不會發(fā)生部件偏移的情況 。 圖2一4焊接圓筒和弧面裝置 本次設(shè)計充分汲取了各種焊機的優(yōu)點，采簡單搖臂控制技術(shù)，高控制精度。并對各個部分進行及重要零部件進行了優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)備整體性能滿足現(xiàn)代工程作業(yè)的基本要求。 根據(jù)焊臺的使用工況，其驅(qū)動系統(tǒng)必須解決好以下問題:(1)保證動作平穩(wěn)，由于各種材料形狀不同，且機械傳動零件加工、安裝的誤差以及臺面的偏載，都將會對焊接效果產(chǎn)生影響，焊臺的整個系統(tǒng)必須要能克服焊接件的各種形狀帶來的影響，確保機構(gòu)能夠很好的進行焊接;(2)在焊接過程中經(jīng)常會遇到焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)工件。如果手工操作焊槍以實現(xiàn)工件的環(huán)焊縫焊接，有很多的不便，焊縫質(zhì)量差，工人勞動強度也大，本焊機可以很好的克服這一問題。 三、設(shè)計任務(wù) 本焊臺是一種小型焊臺，尤其是適應(yīng)中小焊件的變位，相比大噸位可以節(jié)約能源，提高效率，尤其是大批量生產(chǎn)時本焊臺價格便宜，易于實現(xiàn)廣泛的使用。 第三章 總體設(shè)計方案 3.1多功能焊臺的總體設(shè)計及適用范圍 焊臺設(shè)計的出發(fā)點是滿足系統(tǒng)的功能，從焊臺機械在該生產(chǎn)線中的功能入手分析，它主要包括一下幾個方面的功能： 1)對焊件的停放； 2)能適應(yīng)不同尺寸形狀的焊件焊接 3)能夠?qū)⒋更c沿著一定的運動軌跡移動到最佳的焊接位置 因此根據(jù)焊臺適用要求及市場需求，本焊臺的總體設(shè)計要求如下 1)本焊臺為三個自由度的焊件焊臺 2)其中焊接圓筒的最大直徑1000mm 3)能適應(yīng)不同尺寸和形狀的焊件進行焊接； 4)可以焊接平面、弧面； 5)盡量采用標準件，便于加工制造。 3.2多功能焊臺各個機構(gòu)的設(shè)計方案 在對焊接變位結(jié)構(gòu)機械設(shè)計時，其設(shè)計依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息，在設(shè)計過程中還需要綜合考慮多方面的因素，如工件的焊接方法及其工藝規(guī)范等。 本焊臺由工作平臺、搖臂機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、固定機構(gòu)、升降機構(gòu)、機座等部分組成。 1） 工作平臺 它用于工件的停放。由于焊臺一般情況下需配合夾具工作，完成工件的翻轉(zhuǎn)及焊接。為了保證焊接面沒有碳渣，因此工作平臺采用的是“工”字鋼，這樣可以有效的避免碳渣進入焊縫，同時增大了摩擦，便于工件在變位是位置的固定。 2） 工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu) 工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)，用于實現(xiàn)工作臺面上被焊接件回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)。該部分主要是傳動部分的設(shè)計。包括固定、回轉(zhuǎn)、改變焊接位置。 3） 固定機構(gòu) 固定機構(gòu)主要是實現(xiàn)對工件的固定，可以在焊接的時候更方便焊接，在焊接圓弧的時候，可以通過緊定螺釘對兩個圓弧進行固定，為了防止有的部分壓不到，所以緊定螺釘用彈簧和壓面來進行連接，這樣可以保證每個部分都會被壓到，保證焊接起來平整。 4） 平臺升降機構(gòu) 平臺升降機構(gòu)主要適用于焊頭上下移動，可以實現(xiàn)Z方向上的不同位置的焊接，也可以自鎖，可以停在Z方向上的任何位置，方便實現(xiàn)第三方向上的焊接。 5） 搖臂機構(gòu) 搖臂機構(gòu)可以實現(xiàn)從在X方向上的焊接，搖臂前面安裝升降機構(gòu)，為了使前后重量一樣，后面可以放個和升降機構(gòu)一樣重的鐵塊，中間連接的環(huán)節(jié)用軸承連接，這樣可以焊接在最大移動量任何地方。 6） 機座 用于使焊臺平穩(wěn)，可以使焊臺平穩(wěn)的存放。 3.3焊臺的額定負荷計算 描述焊臺工作能力的參數(shù)，稱為第一主參數(shù)。焊臺不同于其他加工設(shè)備，它的基本負荷就是焊件的“重量”。各國的焊臺，都是由此給定第一主參數(shù)的。 在國際上，第一主參數(shù)的量綱沒有統(tǒng)一。對于這一問題，需要做些討論。在歐洲，如德國Severt公司、CLOOS公司，瑞典ESAB公司等，用重力單位N表示，美國Aroson公司用英美質(zhì)量單位Lbs（磅）表示；日本某些公司用國際質(zhì)量單位kg表示；我國焊臺行業(yè)標準，采用了國際單位kg。如此可見，在我國乃至國際上，焊臺第一主參數(shù)的量綱還沒有統(tǒng)一。其次，對這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。 從量綱的發(fā)展史的歷史分析，用力和質(zhì)量兩種單位，各有個的道理。但是，無論是從行業(yè)的管理角度考慮，還是從科學計算的角度考慮，都應(yīng)統(tǒng)一。量綱的確定，在于一個概念。 焊臺是涉及人身安全的產(chǎn)品。對用戶選擇產(chǎn)品負荷等級，應(yīng)該是明確的。諸如上述的最大負荷（kg、N）或許用載荷（kg、N）都不能準確的表達這個量。見公式（1-1）。 F=kdmgn (1-1) 式中：m——焊件質(zhì)量 g——重力加速度，即mg為重力 kd——動荷系數(shù) n——安全系數(shù) F——額定承載能里或額定負荷 動荷系數(shù)kd、安全系數(shù)n，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計時確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供的選擇方法。 3.4升降系統(tǒng)的設(shè)計方案 選擇升降系統(tǒng)的傳動形式時，應(yīng)當考慮的主要指標是：功率；效率；運動性能；外形尺寸；重量；生產(chǎn)率和成本等。現(xiàn)在分別闡述如下： 1） 功率 每種傳動所能傳遞的功率大小與該傳動的工作原理、承載能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有關(guān)。一般來說，嚙合傳頂傳遞的功率高于摩擦傳動。 2） 效率 效率是評定傳動質(zhì)量指標的一個重要參數(shù)。高的效率意味著節(jié)約動力和節(jié)約運行費用。效率低的傳動一般不用于傳遞大的功率。通常嚙合傳動效率高于摩擦傳動。 3） 速度 速度是傳動裝置的一個主要運動特性。提高傳動的速度是機械的發(fā)展方向之一影響速度的因素有動載荷和制造精度等。在常規(guī)傳動中，除螺旋傳動和鏈傳動外，嚙合傳動的容許速度一般高于摩擦傳動。 4） 傳動比 傳動比是傳動裝置的一個主要運動特性。提高傳動的速度是機械的主要發(fā)展方向之一，影響速度的因素有動載荷和制造精度等。在常規(guī)傳動中，除螺旋傳動和鏈傳動外，嚙合傳動的容許速度一般高于摩擦傳動。 5） 外廓尺寸、重量及成本 傳動裝置的外廓尺寸與傳動零件材料的機械性能、容許傳遞速度、容許傳遞功率等密切有關(guān)。在上述條件確定情況下，單級傳動的外廓尺寸和重量主要取決于傳動型式。一般來說，嚙合傳動比摩擦傳動輕巧，但成本較高。在嚙合傳動中，蝸桿渦輪和一些內(nèi)嚙合行星傳動的尺寸和重量通常較小。 采用何種傳動型式較為相宜，應(yīng)根據(jù)具體情況進行分析，通過以上分析，升降系統(tǒng)的最佳型式采用渦輪蝸桿。 3.5焊臺傳動系統(tǒng)的確定 3.5.1工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 首先考慮到焊接速度的要求，工作臺的回轉(zhuǎn)速度比較小，因此需要的減速比比較大，為了盡量減少傳動部分的體積，同時造價比較低，所以在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的機頭部分采用渦輪蝸桿，中部和尾部采用軸承造成活動的搖臂，采用渦輪蝸桿裝置實現(xiàn)焊接頭的上下移動和自鎖。 第四章 焊接面的設(shè)計計算 4.1．平面焊接的設(shè)計 為了保證焊接的可靠性，平面焊接設(shè)計成平面的形式，但由于考慮到焊接的時候會有焊渣，所以平面上又加上了工字鋼，這樣既減輕了焊臺的重量又可以保證焊接的質(zhì)量。 4.1.1 平面焊接的特點 平面焊采用手工鎢極氬弧焊打底，電焊蓋面的焊接方法，焊接材料采用日本產(chǎn)TGS-9Cb焊絲，電焊條采用英國曼切特生產(chǎn)9MV-N。焊絲需經(jīng)表面除油、銹、水處理。焊條需經(jīng)350-400℃烘干處理，值放于80-100℃保溫內(nèi)隨用隨取。 焊前準備工作要認真仔細，焊工必須認真按照工藝評定要求進行，坡口打磨，對口間隙、鈍邊、固定焊的支撐塊等一系列工作，熱處理工要認真作好預熱、恒溫、保溫、熱處理等項準備工作。 焊前預熱，焊接層間溫度，除以熱電偶進行自動測控外，在現(xiàn)場輔以遠紅外線自動測溫儀進行監(jiān)控，以保證管壁達到真正的溫度要求。 焊接時采用小規(guī)范進行焊接，焊接線能量要嚴格控制。P91鋼焊接時，熔池鐵水粘度大，流動性較差，且焊接規(guī)范又較小，因而，容易出現(xiàn)夾渣，層間未熔等缺陷。這就要求焊接時的操作必須到位。比如水平固定位置焊接，當焊條擺動到坡口邊緣時，電弧停時間要稍長一些，盡量充分熔敷過度，不留夾溝。為避免產(chǎn)生大的缺陷，焊肉厚度要盡量薄，一般是焊條直徑加1毫米為宜，擺動焊接時，因受線能量的限制和焊肉厚度的限制，所以，焊條擺動幅度不宜超過焊條直徑的千倍。而每層焊道必須用鋸條和角磨機清理干凈，不得任意捶擊。 4.1.2 平面焊接的應(yīng)用范圍 金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。 熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。 在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。 為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。 壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時，在軸向壓力作用下連接成為一體。 各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質(zhì)接頭。 釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法 4.1.3 主要技術(shù)參數(shù) 彎矩圖知，最大彎矩為：Mmax=F2*2000=13000*2000=26KN.M 截面的抗彎系數(shù)公式為: == 用彎曲應(yīng)力為：=60Mpa 因此，應(yīng)滿足彎曲正應(yīng)力強度條件為：= 將以上數(shù)據(jù)帶入公式得： =60mm 與工字鋼中軸直徑為d=80mm， ，所以符合設(shè)計要求。 5）渦輪蝸桿的強度校核 2 按齒面接觸疲勞強度計算 根據(jù)開式蝸桿傳動設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。 傳動中心距： （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按z1=2 故取效率為0.8 則， （2）確定載荷系數(shù)K 因為工作載荷不穩(wěn)定，取載荷不均系數(shù)Kβ=1.3：由機械設(shè)計表11—5選取使用系數(shù)KA=1.15;由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)KV=1.05;則， K=KAKβKV=1.15×1.3×1.05=1.5698 （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 由于鑄錫磷青銅ZCuSn10Pl蝸輪與45鋼蝸桿相配，取ZE=160MPa12 （4）確定接觸系數(shù)ZP 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1a,從圖知Z1=2.9 （5）確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10Pl，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可以從表中查的蝸輪的基本許用應(yīng)力、 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則， （6）計算中心距 考慮制作公益性，將中心距a取為40mm 6.1.3蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和計算尺寸 軸向齒距Pα=πm=3.14×2=6.28mm; 直徑系數(shù)q=11.2 齒頂圓直徑da1=d1+2h1=22.4+2×2=26.4mm 齒根圓直徑df1=d1-2f1=22.4-2×1.2×2=17.6mm 第五章 升降裝置的設(shè)計計算 5.1 軸承的設(shè)計計算及校核 · 開始設(shè)計，還不知道軸上零件的位置及支點位置，無法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成后，才能對軸進行受力分析及強度、剛度等校核計算。因此，一般在進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對軸的直徑進行估算。 設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力τ。對于圓截面的實心軸，其抗扭強度條件為： 式中T為軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm；Wr為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3；P為軸所傳遞的功率，單位為kW；n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；τ，［τ］分別為軸的剪應(yīng)力，單位為MPa；d為軸的估算直徑，單位為mm。 軸的設(shè)計計算公式為 常用材料的［τ］值、C值可查表9.1。［τ］值、C值的大小的材料及受載情況關(guān)。當作用在軸上的彎矩比轉(zhuǎn)矩小，或軸只受轉(zhuǎn)矩時，［τ］值取較大值，C值取較小值，否則相反。 9.1常用材料的［τ］值和C值 軸的材料 Q235A，20 35 45 40Cr，35SiMn ［τ］/MPa 12～20 20～30 30～40 40～52 C 135～160 118～135 107～118 98～107 求出的直徑值，需圓整成標準直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將算得的最小直徑增大3%～5%，如有兩個鍵槽可增大7%～10%。 5.2 固定螺栓的選擇 ????固定螺栓能就是把鑄鐵平臺和基礎(chǔ)設(shè)施連接在一起。目的是為了防止在工作的時候出現(xiàn)位移和傾斜。鑄鐵平板在施工安裝的時候用墊鐵進行找平，之后采用固定螺栓的種類，常見的有固定螺栓也有人稱之為地腳螺栓。 ??????? 那么短地腳螺栓有什么作用呢？其實短地腳螺栓一般都與基礎(chǔ)澆筑在一塊。短地腳螺栓主要是用來固定那些在運作中的具有極其強烈震動與沖擊力的中小型機械設(shè)備。短地腳螺栓的長度一般情況下為100至1000毫米，常用的死地腳螺栓的頭部常常制作為開叉的形式有的也做成帶鉤的形狀，看上去猶如鉤子中間穿一根橫桿子。為了防止旋轉(zhuǎn)或者是被拔出來。 ??????? 地腳螺栓有短地腳螺栓就有長地腳螺栓，長地腳螺栓比較特別，它是一種可以拆卸的地腳螺栓。長地腳螺栓主要的作用是用來固定在施工工作的時候具有極其強烈沖擊與振動的大型重型設(shè)備上。一般的長度在1米到4米左右。長地腳螺栓的形狀可以分為2段都帶有螺紋和螺母的，還有一種形式為錘形的也有叫做T字形的。在使用的時候常常需要配合錨板一起使用，地腳螺栓的錨板主要是用在鋼板焊接上面或者鑄造成形。在錨板的中間常常需要帶有一個矩形的小孔，也有的是圓孔，這個孔是為了穿螺栓所用。 說到螺栓的材料，可能在有特殊用途的時候必須考慮螺栓的硬度、強度等。在選擇螺栓的時候是要考慮材料問題的。目前市場上的螺栓標準件材料主要有碳鋼螺栓、不銹鋼螺栓、銅螺栓三種材料。 （一）碳鋼。我們以碳鋼料中碳的含量區(qū)分低碳鋼，中碳鋼和高碳鋼以及合金鋼。1、低碳鋼C%≤0.25%?國內(nèi)通常稱為A3鋼。國外基本稱為1008，1015，1018，1022等。主要用于4.8級螺栓及4級螺母、小螺絲等無硬度要求的產(chǎn)品。（注：鉆尾釘主要用1022材料。）2、中碳鋼0.25%0.45%。目前市場上基本沒使用?4、合金鋼：在普碳鋼中加入合金元素，增加鋼材的一些特殊性能：如35、40鉻鉬、SCM435，10B38。芳生螺絲主要使用SCM435鉻鉬合金鋼，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。（二）不銹鋼。性能等級：45，50，60，70，80主要分奧氏體（18%Cr、8%Ni）耐熱性好，耐腐蝕性好，可焊性好。A1，A2，A4馬氏體、13%Cr耐腐蝕性較差，強度高，耐磨性好。C1，C2，C4鐵素體不銹鋼。18%Cr鐓鍛性較好，耐腐蝕性強于馬氏體。目前市場上進口材料主要是日本產(chǎn)品。按級別主要分SUS302、SUS304、SUS316。（三）銅。常用材料為黃銅…鋅銅合金。市場上主要用H62、H65、H68銅做標準件。 第六章 總結(jié) 首先寫在完成論文過程中的遇到困難以及得到哪些人的幫助，再寫對他們的感謝！最后寫即將畢業(yè)了對母校的戀戀不舍，對同學、老師的美好祝愿！例如： 2009年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3月初，在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是多功能焊臺設(shè)計定下來的時候，我當時便立刻著手資料的收集工作中，當時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導師，在導師細心的指導下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 在搜集資料的過程中，我認真準備了一個筆記本。我在學校圖書館，大工圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細整理分類，及時拿給導師進行溝通。 4月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導師聯(lián)系，并和同學互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學習，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；親手設(shè)計電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實現(xiàn)時那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，讓我對我所學過的知識有所鞏固和提高，技術(shù)有所了解。在整個過程中，我學到了新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學領(lǐng)域有所作為。 腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 在此更要感謝我的導師和專業(yè)老師，是你們的細心指導和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 參考文獻（四號、黑體、加黑、頂格） 1 聶軍主編. 物流技術(shù)與設(shè)備[M]. 北京： 對外經(jīng)濟貿(mào)易大學出版社. 2003 2 濮良貴, 紀名剛主編. 機械設(shè)計[M]. 第七版. 北京：高等教育出版社. 1996 3 周開勤主編. 機械零件手冊[M]. 北京：高等教育出版社. 1994 4 吳宗澤主編. 機械設(shè)計實用手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社. 1999 5 機械工程手冊編委會編. 機械工程手冊[M]. 第二版：傳動設(shè)計卷. 北京：機械工業(yè)出版社. 1997 6 張福潤主編. 機械制造基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中理工大學出版社. 1997 7 王先逵主編. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業(yè)出版. 1995 8 師忠秀，王繼榮主編. 機械原理課程設(shè)計[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社. 2000 9 侯珍秀主編. 機械系統(tǒng)設(shè)計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社. 2001 10 吳宗澤主編. 機械設(shè)計師（上下冊）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.2001 11 [美]伯爾著.機械分析與機械設(shè)計[M].汪一麟等譯.北京：機械工業(yè)出版社.1988 12 PattonW.J.MechanicalPowerTranission.New Jersey:Printice-Hall. 1993 13 章日晉等主編.機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社.1987 14 Rjput R K of Mechanical Engineering.Katson Publ.House.1985 15 [蘇]列舍托夫著.機械零件[M].西安交通大學機械原理與機械零件教研室. 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