400公斤手动台式焊接变位机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 400 公斤手动台式焊接变位机 摘 要 在我国，焊接变位机已成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把他划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，并获得了广泛的应用。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。 400 公斤手动焊接变位机正是当前众多焊接机械产品的一种，它通过一些机械传动机构，用来实现焊接工件的回转、倾斜，使得焊工操作的更加方便快捷，提高工作效率。在本次设计中，参照设计数据和相关资料 ，首先选择机构和传动方式，确定机构各个部分的传动功率、转矩和进行强度计算和校核，保证机构的合理性，使得设计出的装备能在给定年限内正常工作；然后对各个机构进行连接设计，画出结构简图；最后设计细节问题，画出总装图，保证产品的可生产性，便于规模化生产。 本次设计的主要内容是一个倾斜机构，采用了蜗轮蜗杆机构，用来减小尺寸和实现传动机构的自锁。整个机构简单可靠，操作方便。 关键词 ：手动式焊接变位机 ,回转机构 ,倾斜机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F 400 an of in It is of to a of It in of of 400 kg of is a of by to of In to of to re of so be in a of to to to of of is a to is to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目 录 前言 . 5 第 1 章手动焊接变位机总体方案设计 . 8 计方案 的确定 . 8 计要求、技术要求 . 8 转机构的确定 . 8 斜机构的确定 . 9 构预期寿命估算 . 9 第 2 章倾斜机构设计 . 10 案确定 . 10 斜力矩的计算 . 11 大倾斜力矩计算 . 11 算传动功率，确定传动比 . 11 动比分配 . 12 轮蜗杆机构设计 . 12 择蜗杆传动 类型 . 12 择材料 . 12 齿面接触疲劳强度进行设计 . 12 杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 . 14 蜗杆 . 14 蜗轮 . 14 校核齿根圆弯曲疲劳强度 . 14 杆轴结构设计及各部分尺寸 . 15 杆轴结构设计如图 . 15 定蜗杆轴各段轴尺寸 . 16 杆轴受力分析及校核 . 16 杆轴受力分析 . 16 第 3 章回转机构设计 . 21 构简图 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 构预期寿命估算 . 22 构工作条件 . 22 转机构电动机的选择 . 22 转机构减速器的设计 . 23 传动比 . 23 传动比的分配 . 24 动装置的运动和动力参数的设计 . 24 轴的转速 . 24 轴的功率 . 24 轴的转矩 . 25 数据汇总 . 25 第 4 章蜗轮蜗杆机构设计 . 26 一级蜗轮蜗杆机构设计 . 26 择蜗杆传动类型 . 26 择材料 . 26 齿面接触疲劳强度进行设计 . 26 一级 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 . 28 蜗杆 . 28 蜗轮 . 28 校核齿根圆弯曲疲劳强度 . 28 换齿轮的校核 . 29 材 . 29 齿面接触强度设计 . 29 算接触疲劳许用应力 . 30 算圆周速度 v . 30 算载荷系数 . 31 实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 . 31 齿根弯曲强度设计 . 31 算弯曲疲劳应力 . 31 何尺寸计算 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 二级蜗轮蜗杆设计计算 . 33 择蜗杆传动类型 . 33 择材料 . 33 齿面接触疲劳强度进行设计 . 33 二级 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 . 35 蜗杆 . 35 蜗轮 . 35 校核齿根圆弯曲疲劳强度 . 35 第五章机架的设计 . 36 架的总体设计 . 37 结语 . 38 参考文献 . 38 致 谢 . 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 前言 开发焊接变位机的意义和目的 在焊接生产中，经常会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计研制了焊接变位机，它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位机与焊接操作机配合使用，可以实现焊接的机械化、自动，提高了焊接的效率和焊接质量。焊接变位机可以应用于化工、锅 炉、压力容器、电机电器、铁路交通、冶金等工业部门的自动焊接系统。 在现在加工和制造过程中，焊接变位机已悄然成为一种不可缺少的设备，其作用越来越突出 1。特别是近十年来，这一产品在我国工业机械行业有了很大的发展，获得了广泛的应用。各种机械产品和机械设备的结构件大多数都很复杂，尤其是各种机械的主要关键部位，其焊接质量的好坏直接影响整机性能，而选择合适的变位机能提高焊接质量和生产效率，降低工人的劳动强度和生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理。特别是入世的冲击，机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形 势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命。因此，近年来焊接变位机得到国内工程机械行业的广泛共识，对着方面的投入都在加大。 焊接变位机目前的发展状况 在我国，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把他划为焊接辅机 1。近十年来，这一产品在我国工程机械行业有了较大的发展，获得了广泛的应用。就型式系列和品种规格而言，已问世的约有十余个系列，百余品种规格，正在形成一个小行业。在国际上，焊接变位机包括各种功能的产品在内，有百余系列。在技术上有普通型的，有无隙传动私服控制型的，产品的 额定负荷范围，达到 18000以说，焊接变位机是一个品种多，技买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 术水平不低，中、小、大发展齐全的产品。下面对焊接变位机在国内外的发展状况作简要介绍： 国内焊接变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业尚未形成。天津鼎盛工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到 2000 年，国内已开发的变位机产品约 70 余品种规格，以下简述这些变位机的基本型式，基本型产品 发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把焊，此外，还有调速型、联控型（ 机控制）和机器人配套型产品。与机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括工位变换变位机（不参与焊接），如立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等：与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如倾翻 座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 国外焊接变位机的的产品简介 一般来说，生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家 ，大多生产与机器人配套的焊接变位机。但是，以焊接变位机为主导产品的企业非常少见。德国 司，美国 司，我国天津鼎盛工程机械有限公司等，算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的地利的 本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍 12,13。 1）德国 司 该公司主要生产 8 种类型的产品，其中 7 种是焊接变位机。每种买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 型式的焊接变位机，按其功能讲，均包括基本型、调速型、 控型和机器人配套型等 4 种 产品。 2）德国 司 德国 司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品，也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。在我国，除可见到与焊接机器人系统配套进口的 L 型双回转式、倾翻 生产卧式单座单回转 式单回转 及各种多轴焊接机器人配套的变位机。 3）美国 司 美国 司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个公司生产的焊接变位机主要类型为倾翻 翻 座双回转式 、双座单回转式和双座单回转升降式，其承载能力范围为 111810 吨。 4）日本松下（ 司 日本松下公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备 焊接变位机有 12 个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等做成了标准模块，集合而成这些产品系列，按轴数和结构型式分类。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 1 章 手动焊接变位机总体方案设计 计方案的确定 图 1接变位机结构示意图 1 计要求、技术要求 表 1设计要求、技术要 求 工作台回转 工作台倾斜 载重量 /转速度 /r/斜速度 /r/作台尺寸/心高度 /心距 /作台倾斜角度 / 电机驱动 手柄 400 900 200 200 0转机构的确定 工作台的回转是为了使工件转动起来，由于工作台回转速度低，额定买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 功率低，故可取电动机经摩擦式无级变速器 第一级蜗轮蜗杆 第二级蜗轮蜗杆变速；因传动比比较大，并要求有自锁功能，故选择蜗轮蜗杆传动。 斜机构的确定 工作台的倾斜是为了使工 件定位。因为此次设计的载重量不是很大，故采用人工手柄带动扇形蜗轮动使工作台倾斜，从而形成 0调速范围，并要求有自锁功能。 构预期寿命估算 机构预期使用寿命为 5 年，由于变位机上面焊件不总是在全自动化条件下焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作时间的 50%计算。以每天两班制，全年工作 300 个工作日记则其使用寿命为 1 2 0 0 0%50823 0 05 小时。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第 2 章倾斜机构设计 案确定 倾斜机构是手柄经蜗杆带动扇形 蜗轮带动工作台倾斜。 图 2斜机构简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 斜力矩的计算 2 最大倾斜力矩计算 图 2接变位机倾斜机构的受力状态图 1,2 计算与分析得知，当 与 满足 (2当量弯矩出现最大值 22m a x (22 计算传动功率，确定传动比 蜗轮蜗杆传动， 按公式 (2 2 2 2 2m a x = h 4 0 0 9 . 8 2 0 0 2 0 0 1 1 0 8 7 4 4 e N m m 传动总效率： 1 0 . 4 3 0 . 4 3 传动功率： m a x 1 1 0 8 7 4 4 1 0 . 2 79 5 5 0 9 5 0 0 0 . 4 3 w 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 2 传动比分配 总传动比 62= =621减速蜗轮蜗杆 1 62i 轮蜗杆机构设计 蜗杆转速 n= 30r/传动比 i = 62 ，使用寿命为 12000 小时。 择蜗杆传动类型 根据 10085 1988 的推荐，采用渐开线蜗杆。 择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度很低，故蜗杆用 45 钢；因希望效率高些，耐磨性好些。故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 45轮用铸锡磷青铜 属模铸造。为了节约贵重有色金属，仅齿圈用 青铜铸造，而轮芯用灰铸铁 造 8。 齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式（ 11动中心距 8 3 22 确定作用在蜗轮上的转矩 1T 按 1z =1,传动效率 = L 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 6611120 . 2 7 0 . 4 3 6 29 . 5 5 1 0 = 9 . 5 5 1 0 = 2 2 9 1 4 2 8 0 m m 确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数 1K ;由表 11取使用系数 1;由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 ；则 1 1 1 . 0 5 1 . 0 5 K K 确定弹性影响因素 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 121 6 0 P 确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动 中心距 a 的比值 1 ，从图11可查得 。 确定许用接触应力 H 根据蜗杆材料为铸锡磷青铜 属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45从表 11中查得蜗轮的基本许用应力 a= 2 6 8H 。 应力循环次数 62 306 0 j 6 0 1 1 2 0 0 0 1 . 3 4 1 062hN n L 寿命系数 78 610 1 . 21 . 3 4 1 0 则 1 . 2 2 6 8 3 4 4H A H N H a P M P 计算中心距 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 23 1 6 0 2 . 91 . 0 5 2 2 9 1 4 2 8 1 6 3 . 6344a m m m m 故取中心距 200a 表 11,6中取模数 5m 杆分度圆直径 1 90d 时 1 90 0 200。从图 11可查得接触系数 ,因为 ，因此以上计算结果可用。 杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距 1 5 5 直径系数 18q ； 齿顶圆直径 11 2 1 0 0d h m 齿根圆直径 112 7 8fd n d h 分度圆导程角 3 10 47r ； 蜗杆轴向齿厚 1 7 . 8 5 3 82蜗轮 蜗轮齿数 2 62Z ； 蜗轮分度圆直径 22 5 6 2 3 1 0d m Z 蜗轮喉圆直径 2 2 22 3 1 0 2 5 3 2 0d h 蜗轮齿根圆直径 2 2 22 3 1 0 2 1 . 2 5 2 9 8d h 蜗轮咽喉圆半径 22112 0 0 3 2 0 4 022a d 校核齿根圆弯曲疲劳强度 2 2121 . 5 3F F a Yd d m (2当量齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 223362 6 2 . 2 8 7c o s c o s 3 . 1 8v 根据 2 0x ， 2 ，从图 11可查得齿形系数 2 。 螺旋角系数 3 . 1 81 1 0 . 9 2 0 51 4 0 1 4 0 许用弯曲应力 F F F 从表 11可查得由 造的蜗轮的基本许用弯曲应力 5 6 P 。 寿命系数 69 610 0 . 9 61 . 3 4 1 0 5 6 0 . 9 6 5 4 . 2 P 1 . 5 3 1 . 0 5 2 2 9 1 4 2 8 3 . 2 7 0 . 9 5 9 2 2 6 . 3 9 3 1 0 5F 所以弯曲强度是满足的。 杆轴结构设计及各部分尺 寸 杆轴结构设计如图 图 2轮轴结构图 (a) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 定蜗杆轴各段轴尺寸 330 0 . 2 71 1 5 1 1 5 0 . 5 1 3 5 8 . 9 92 m 蜗杆尺寸 22 m=5） 径向尺寸 轴向尺寸 01 01 02 2441202 03 003 04 004 05 05 杆轴受力分析及校核 10 杆轴受力分析 蜗杆轴受力如图 图 2 平面内蜗杆轴受力分析图 (b) 水平面内蜗杆轴受力如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 根 据 蜗 杆 轴 结 构 和 各 个 轴 段 尺 寸 可 得 00 ，故10 。 已知 9101 ，因各个力对 A 点弯矩之和为零得 021 则 8 42 1 6 1 0 01 9 1 012 因 0211 故 0 2 58 8 41 9 1 0211 B 截面处得弯矩 8 8 4 0 01 0 08 8 41 则水平面内蜗 (2)V 平面内蜗杆轴受力分析 水平面内蜗杆轴受力如图 图 2杆轴 H 平面内受力图 (c) 图 2蜗杆轴 H 平面内弯矩图 (d) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 已知 47831 3801 则 a 739 15 02 100147832 11 因各个力对 B 点弯矩之和为零可得 021 即 01207 3 9 1 5 0100 21 F 又因轴受 力应该平衡，得 0211 即 05380 21 F 计算可得 V 142 B 截面处所受弯矩 6 2 9 4 3 9 411 1 0 9 6 8 01 2 09 1 422 则垂直平面内蜗杆轴弯矩图如图 图 2蜗杆轴 V 平面内弯矩图 (f) (3)合成弯矩图 B 截面处 图 2蜗杆轴 V 平面内受力图 (e) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 H 6 3 5 60 76 2 9 43 08 8 4 00 222 121 H 1 4 0 86 9)1 0 9 68 0(8 8 4 00 222 222 则蜗杆轴合成弯矩图如图 因 859501 ,则蜗杆轴所受扭矩图如图 杆轴强度校核 按弯扭合成应力校核轴的强度 根 据机械设计 373P ，可得回转轴强度校核公式 122 (2 式中： 轴的计算应力， 图 2杆弯矩轴合成图 (g) 图 2蜗杆轴弯矩图 (h) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 M 轴所受的弯矩， ； T 轴所受的扭矩， ； W 轴的抗弯截面系数， 3 轴上承受最大弯矩和扭矩的截面是 B 面，因扭转切应力为脉动循环变应力，故取 。 已知 0 则根据机械设计表 15 抗弯截面系数 M P 0722 因此 333 5 3 332 轴的材 料为 45 钢，调质处理，由机械设计表 15得 ，因 1故满足强度要求。 (3)计算轴颈圆周速度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 第三章 回转机构设计 构简图 图 3作台回转机构简图 图 3转机构受力简图 1,2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 构预期寿命估算 机构预期使用寿命为 5 年，由于变位机上面焊 件不总是在全自动化条件下焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作时间的 50%计算。以每天两班制，全年工作 300 个工作日记则其使用寿命为 1 2 0 0 0%50823 0 05 小时。 构工作条件 备要求交流 220V 供电、有足够的光照及通风换气条件、工作场地，环境温度应不超过 40 ，相对湿度 90%以下，海拔不超过 1000m。 转机构电动机的选择 电动机所需的输出功率为： (3其中： 工作机要求的输入功率， 为由电动机至工作机的总效率。 根据要求，工作台回转速度为 大回转力矩为1000公式 550 (3得： 50 m 00 由电动机至工作机的总效率 按照下式计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 43221 其中： 1联轴器 取 =2蜗轮蜗杆传动的效率 =3齿轮 =4摩擦式无级变速器 =以： 43221所以： 机械设计手册选得电动机 表 3机的选择 转机构减速器的设计 传动比 910= = 1 3 0 00 . 7n 总 其中电动机的满载转速， 工作台的回转速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 传动比的分配 摩擦式无级变速器的传动比， 蜗杆传动的传动比，满足 可 从 表 11 查 得 蜗 轮 的 基 本 许 用 应 力 a= 2 6 8H 。 应力循环次数 72 9106 0 j 6 0 1 1 2 0 0 0 1 . 6 1 040hN n L 寿命系数 78 710 0 . 91 . 6 1 0 则 0 . 9 2 6 8 2 4 1 . 2H A H N H a P M P 计算中心距 23 1 6 0 2 . 91 . 0 5 1 5 1 1 2 0 8 3 . 72 4 1 . 2a m m m m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11