隔水管套内焊缝自动焊接机设计【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 本科生毕业设计说明书 题目 内焊缝自动焊接装置设计 f 者姓名 所在专业 所在班级 申请学位 指导教师 职务 答辩时间 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 隔水管套内焊缝自动焊接装置设计 摘要： 快速接头隔水管系列产品，南油合 众特有的为海洋石油配套的专用产品。本设计是针对 *列产品制造中，对卷制成管状板材的内纵焊缝能进行自动焊接的装置，包括机械系统设计和电气设计。此设计采用自动焊接小车形式，能实现焊接位置的自动找正、焊接时的自动行走、自动导向。 关键词： 隔水管 内纵焊缝焊接 焊接小车 of of is A be in is as so 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章 概述 第一节 体保护焊简介 体保护电弧焊是 利用 为保护气体的气体保护电弧焊。简称。 接的设备主要有焊、送丝机构和直流电源。焊接材料主要有焊丝和 体。而焊枪的作用是向电弧供给焊接电源、焊丝和 体。另外，当电流大于 500A 时，焊枪需要水冷，于是还需要有循环系统。 使用 为保护气体有如下二个特点： 1） 体的密度比空气大，所以在平焊时从焊枪喷出的 体对熔池有良好的覆盖作用。 2） 体在电弧的 高温作用下将按下式进行分解： 从该式可见， 体分解时，其产物体积膨胀一半，这将有利于增强保护效果。另一方面该反应时吸热反应， 体 分解时对电弧产生强烈的冷却作用，则引起弧柱收缩和弧根（质覆盖熔滴表面的斑点面积）减小，这时电弧对熔滴产生较大的排斥力。焊丝端头的熔滴由于受到电弧的排斥作用，而使熔滴过渡不规律，具有排斥过渡特点。因此，不但影响电弧稳定性，而且也影响气体保护效果。 时，根据焊丝直径和焊接规范的不同，熔滴过渡形式也不同。所以人们按照焊丝直径把它分为以下三类： 1） 细丝（焊 丝直径小于和等于 1.2 般以小电流、低电弧电压的短路过渡进行焊接。这时焊丝端部的熔滴与熔池以短路接触的形式向熔池过渡。 2） 中丝（焊丝直径为 都采用较大电流和较高电压进行焊接，熔滴过渡呈细滴排斥过渡，甚至，射滴过渡。这是一种自由过渡形式。 3） 粗丝（焊丝直径为 5采用大电流和较低电压进行焊接，这时呈射滴过渡。电弧基本上潜入熔池凹坑内，熔滴以自由过渡 22 21买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 形式过渡。 与手弧焊和埋弧焊相比，有许多优点： 1） 生产效率高和节能省量。由于该法焊接电流密度较大，通常为100 300A/样电弧热量集中，焊丝的溶化效率高 ，母才的熔透深度大，焊接速度高，同时焊后不需要清渣，所以能够显著提高焊接效率和节省电能。 2） 焊接成本低。由于 体和焊丝的价格低廉，对于焊前的生产设备要求不高，焊后清理和校正工时的少，所以成本低。 3） 焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和 体具有较强 的冷却作用，则焊接工件受热面积小。特别是焊接薄板时，变形很小。 4） 对油、锈的敏感性较低。 5） 焊缝中含氢量少，所以提高了焊接低合金高强度钢抗冷裂纹的能力。 6） 短路过渡焊可用与立焊、仰焊和全位置焊接。 7） 电弧可见性郝， 有利于观察，使焊丝对准焊接线。尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。 8） 操作简单，容易掌握。 但是，还存在以下缺点： 1） 与手弧焊相比 ,体保护焊设备较复杂，容易出现故障，要求较高的维护设备的技术能力。 2） 抗风能力差，给室外作业带来一定的困难。 3） 弧光较强，必须注意劳动保护。 4） 与手弧焊和埋弧焊相比，焊缝成型不够美观，焊接飞溅较大。 的缺点可以通过提高技术水平和改进焊接设备加以解决。而其优点却是其他焊接方法所不能比拟的，所以可以认为 体保护焊时一种高效率的、低成本的节能焊接方 法。因此无论是在国外，它的发展都十分迅速。目前已广泛用于汽车制造、机车和车辆制造、造船、航空、航天、工程机械、石油、化工机械、农机和动力机械等部门。主要用于焊接低碳钢、普低钢和低合金高强度钢，还可以焊接耐热钢和不锈钢。可以焊接厚度范围较宽，可以从 50焊接以外，还可以进行堆焊，如堆焊耐磨材料和耐蚀材料等。 第二节 接设备 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 接设备种类繁多。按使用特点可分为通用设备和专用设备。按自动化程度可分为半自动焊和自动焊设备。 ( ) 接工艺参数及其对焊接设 备的要求 的主要参数有焊接电流、电弧电压和焊接速度。许多情况下仅保证这些参数是不够的，还应该注意到焊枪角度、焊枪指向位置、焊丝干伸长和焊枪的摆动特点（摆动频率、摆动轨迹等）。不过在半自动焊是，焊接设备所能提供的规范只有焊接电流和焊接电压二个工艺参数，其他参数均有操作者根据工艺要 求掌握。而自动焊是却不同，所有的工艺参数都是有设备来给定的。但对于通用自动焊设备来说，主要控制的参数只有焊接电流、电弧电压和焊接速度。其他工艺参数根据不同的工艺要求，依靠调整设备来实现。 工艺参数是由焊接设备提供的 。为满足工艺要求，焊接设备应具有如下功能： 1） 能给定焊接工艺参数，并能在要求的范围内连续调节。 2） 能保证主要焊接工艺参数稳定。也就是当系统受到外界干扰时，能在不影响焊接质量的条件下，迅速恢复到给定工艺参数。 3） 能保证焊接过程按照规定程序动作。 4） 能提供所需的稳定的 体流量。 5） 如果需要时，应该能提供冷却水和遥控装置。 6） 对于短路过渡焊接法还要求具有良好的动特性。 （二） 接设备的组成 接设备根据其自动化程度、机中和外观的不同而具有较大差异，但其基本组成时相似的，由如下七个部分组成 （ 1） 接电源 ; (2) 控制箱 ; (3) 送丝机 ; (4) 焊枪（对于自动焊应固定在焊接小车上） ; （ 5） 遥控盒；（ 6） 体减压表及流量计 ; (7) 冷却水循环装置（用于大电流焊接时冷却焊枪）。 焊接电源一般为直流平外特性或缓降外特性，只有在粗丝 时选用陡降外特性。控制箱中安装着主要的控制装置，其主要功能包括：控制电源的通断，调整焊接电流和电弧电压，控制送丝速度，供给与停送保护气体等。对于自动焊来说，还需要控制小车（或工件）移动速度（焊接速度）。当焊接电流超过 500枪需要水冷。所 以还需设置冷却水循环装置。在半自动的情况下，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 控制箱大都放置在电源箱内。而在自动焊的情况下，控制箱往往独立设置。 送丝机是驱动焊丝向焊枪输送的装置。它处在焊接电源与工件之间，但一般情况下更靠近工件，依减小送丝阻力，提高送丝稳定性。 焊枪是输送焊丝、馈送电流和保护气体的操作器具。所以焊接电缆、控制电缆、送丝软管、气管及冷却水管等都与它相连。 果 需要加热 体的预热器，否则易使减压表冻结。 调整焊接电流和电弧电压的旋钮，一种情况使安装在电源 箱的面板上，另一种情况使安装在单独设置的遥控盒上。自动焊机则安装在小车上。 自动焊时，沿焊缝移动焊枪是靠手工操作。而自动焊却不同，这时沿焊缝移动是靠焊接小车或工件移动（或转动）。只有那些特殊用途的自动焊机（全位置焊、立焊或横焊等）的机头具有较复杂的摆动机构。 第二章 内焊缝自动焊接装置设计 本设计是针对 *列产品制造中，对卷制成管板状板材的内纵焊缝能进行自动焊接的装置。要求能实现焊接位置的自动找正、焊接时的自动行走、自动导向、焊枪位置的自动调 节，行走速度 3M/力为直流电动机，控制方式为随车方式，要求结构使用、重量轻、调节操作方便、技术先进、价格合理。 第一节 机械系统设计 本自动行走小车机械系统设计主要包括送丝机头和行走系统设计。 i. 送丝机头（原理如图）。 它用来把焊丝自动送入焊枪，由送丝驱动系、送丝滚轮及压紧机构、矫直滚轮等组成。送丝电动机经一级圆柱齿轮和一级蜗轮蜗杆组成减速器后驱动一对送丝滚轮。焊丝由送丝滚轮送出，经矫直滚轮矫直后送入电弧区。送丝电动机功率取决于焊丝直径，一般为 40 100W，减速比取决于由 V 形槽 的单主动滚轮驱动方式。本设计选用 75W 的电动机。 7 - 蜗 轮 蜗 杆3 . 4 - 送 丝 滚 轮1 - 电 动 机 2 . 6 - 圆 柱 齿 轮5 - 杠 杆3 4176送丝驱动系统25买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 小车行走机构（原理如图）。它由行走电动机、两级蜗轮蜗杆减速器、行走轮及车架等组成。小车行走轮采用橡胶绝缘轮圈制造。行走电动机功率取决于小车自重，一般 为 40 200W。其传动减速器减速比取决于对焊接速度的要求、行走电动机额定转速及性能行走轮外径，其减速比一般为 800 1000。本设计选用 123W 的直流电动机。 一、小车行走系统的设计过程及数据 1 选电动机 要求小车行走速度： m 1.0 3 . 4 - 蜗 轮 蜗 杆1 - 电 动 机5 . 6 - 行 走 轮2 - 联 轴 器512643小车行走驱动系统买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m i n/40 r a 行走轮转速： 所以 mi n/0转 小车最大质量： M=80车最大重量： G=80 84N 故小车单轮受到的摩擦力： F=f*G=784=为 2 个轮驱动，所以 F=2 =F*V=()=轴器，蜗轮 蜗杆 I，蜗轮 蜗杆 率估计分别为 速蜗轮杆： ， y=0.8,i=15 低速蜗轮杆： ， y=0.8,i=15 所以 W= T 车 =F*d/2=m T 低 输入 = T 高输入 = 所以电动机可选 110流伺服电动机。 M=m N=1500r/=123w V=110 I= 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 所以选 缘联轴器，轴孔直径 10（一）、高速级蜗轮蜗杆设计： P 入 =123w 500r/ i=15 蜗杆 45 号钢，蜗杆螺旋面要求淬火，硬度为 45 55轮用铸铁青铜。 属棋铸造，仅齿圈用青铜铸造，轮芯用 灰铸铁 造。 1） 按齿面接触疲劳强度设计 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，再校核齿面弯曲疲劳强度 。 中心距 ） 确定作用在蜗轮上的转矩 ，估计效率 y= 3)确定载荷系数 K 工作载荷较稳定 选取齿向载荷分布系数K=1，由机械设计表 11由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 则K=K*3)确定弹性影响系数 选用的是铸铝铁青铜和钢蜗杆相配。故 322 36226 500 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 4）确定接触系数 假设蜗杆圆直径 传动中心距的比值： d1/a=图 11 5)确定许用接触应力 蜗轮的基本许用应力 50 应力循环次数 寿命系数 7 81 所以 52 5 07 8 1 H （ 6）计算中心距 95 取中心距 a=50 i=15 由表 11 取 m=2,蜗杆分度圆直径 时 d1/a=0= 可用 分度圆导角 =10 度 7 分 29 蜗轮齿数 9； 轮分度圆直径 d2=*29=58 校核齿根弯曲疲劳强度 m P T 2co 4 s 3222 2= 由图 11查得齿数形系数 旋角系数 9 1 5 6 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 从表 11可查得 4 寿命系数 M 所以满足弯曲强度。 （ 4）尺寸 蜗杆： 轴向齿距 直径系数 齿顶圆直径 222 1111 齿根圆直径 111 ff 杆轴向齿厚 蜗轮验算传动比 i=1=29/2=动比误差（ 15./15=390 允许 蜗轮喉圆直径 8+2*2*(轮齿根圆直径 8*(1+轮喉母圆半径 （二）、低速级蜗轮蜗杆设计 09 76 p 69 1 5 6 o a 2 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 y= 10015/15002 n 载荷系数 K=Z= 50 应力循环次数 62 2 0 0 01 0 01606 0 0 寿命系数 所以 M p 7 52 5 计应力算 中心距 所以中心距 a=80 i=15 取 m= 43010 为 M 562262 00 08 67 5 M p 0c o 09 66 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 所以满足强度。 尺寸： 蜗杆 轴向齿距 a f 843010 a 蜗轮： 9 x a 0 f (三 )、驱动系统的结构设计（见图纸略） 二、送丝机头设计数据及过程 （）、减速器齿轮设计 1 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1） 按图 10示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传 动。 2） 用软齿面硬度小于等于 350度 8 级，由表 10用 97） 选用精度等级 8 级 4） 选小齿轮齿数 Z=20 4012 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式（ 10 9a）进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 a 试选载荷系数 .3 b 计算小齿轮传递的转矩 9 5 83 6 0 0/51151 c 由表 10齿宽系数 表 10得材料的弹性影响系数 M e 由图 10齿面硬度中间值 233 查得大小齿轮接触疲劳强度极限M 802 f 由式 10算应力循环次数 911 992 108 8 07 7 N g 由图 10得接触疲劳寿命系数 h 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 由式（ 10 2） 计算 a 试算小齿轮分度圆直径 H 中较小的值。 M p K i M p K i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 b 计算圆周速度 V c 计算齿宽 b d 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mt=1=0=高 h=b/h=e 计算载荷系数： 根据 V=6。 193m/s 8 级精度由图 10动载系数 齿轮假设 100/ 由表 10得 表 10得 0得 K= 实际的载荷系数校正所算得分度圆直径。由式 10 f 计算模数 m=1=0=)按齿根弯曲强度设计 由式（ 10弯曲强度设计为 a 确定公式内各计算数值 I 由图 10得大，小齿轮弯曲疲劳强度极限 M p 4021 图 10得弯曲疲劳寿命系数 算弯曲疲劳许用应力 211 t /1 3 1212 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取弯曲疲劳安全系数 s= 由式（ 10 算载荷系数 得齿形系数 由表 10得 b 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。 M 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度的决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准的 触强度算得的分度圆直径 取 0 M p 4 M p 4 0 5 0 0 4 6 0 2 F YY 1 0 8 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 *30=60 3） 几何尺寸计算 a 计算分度圆直径 1m=30*2m=60*5mm b 计算中心距 a=(d1+2=(5)/2=c 计算齿轮宽度 圆整取 31=284)验算 0 Z=20 m=1.5 0 Z=40 m=1.5 a=(d1+2=45mm 8 3二）、减 速器蜗轮蜗杆设计 1 选择蜗杆传动类型 根据 0085荐采用渐开线蜗杆） 2 选择材料 根据库存材料情况考虑蜗杆传动传递功率不大，速度中等，用蜗杆 45 号钢。蜗杆螺旋面淬火，硬度 45轮用铸锡磷青铜 属模铸造。为了节约贵重金属，仅齿用青铜制造，轮芯用灰铸铁 造。 3 按齿面接触疲劳强度进行设计 d 1 0 0/1 1 8 92221111 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据闭式蜗杆传动设计准则，选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 传动中心距 mm a 确定作用在蜗轮上转矩 1= 估取效率 则 b 确定载荷系数 K 工作载荷稳定，选取齿面载荷分布系数 K=1。由表 11取使用系数 ，转速不高，冲击不大， c 确定弹性影响系数 选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配 60d 确定接触系数 假设蜗杆分度圆直径 距 d1/a=图 11p=2.9 e 确定许用接触应力 68 应力循环次数 72 0 014516060 则 M f 中心距 322 5 628 13 08 77 5 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取中心距 a=40 因 i=12 从表 11 从表（ 照 取 a=50 i= m=1.6 0mm d1/a=20/50= ,用 4） 蜗杆蜗轮主要参数与几何尺寸 a 蜗杆 轴向齿距 m 直径系数 q=顶圆直径 ,1622 1111分度圆导程角 144417 r 蜗杆轴向齿厚 b 蜗轮 蜗轮齿数 1 变位系数 算传动比 i=1=51/4=轮分度圆直径 喉圆直径 aa d ff 2 5） 校核齿根弯曲疲劳强度 6） 当量齿数 T 2212co 1144417c o s 51c o s 3322 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据 查得齿形系数从图螺旋角系数 许用弯曲应力 寿命系数 F （三）、 轴的计算 第二级 第一级 对于齿轮 5t=2T/*5= 8 5 4 6 0 44171 069 7 p o 8 3 螺轮 0 0 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 初步确定轴最小直径 按式（ 5步估算最小直径选轴 45#调质处理，由表 15 A。 =112 对于蜗杆处 T=378。 02N* 第二根 （四）、联轴器 计 算转矩 电机额定转矩 A=A*T=选用 轴器 3333m i n t 82211 a 8 822221 0 3m i n 8 5 83 6 0 0 6 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （五）、送丝机头结构设计（见图纸略） 第二节 电气控制系统设计 （）、 体保护电弧焊通常采用直流焊接电源，这种电源可为变压器整流器式原动机发电机式和逆变电源式。焊接电源的额定功率取决于各种用途所需求的电流范围。一般所需求的电流通常 在 50 500A 之间，特种应用要求 1500A。电源的负载持续率在 60 100范围。空载电压在 55 85V 范围。 焊接电源的外特性 气体保护焊的焊接电源按外特性类型可分为三种：平特性、陡降特性和缓降特性。 本装置采用平特性电源。只是因为平特性电源配合等速送丝系统具有许多优点，对于“ L”形外特性，通过改变电压给定信号调节电弧电压。故焊接参数调节方便。使用这种外特性电源，当弧长变化时可引起较大的电流变化，有较强的自身调节作用，同时短路电流较大，引弧比较容易。实际使用的平特性电源其外特性并不都是真正平直的 ，而是带有一定的下斜，其下斜率一般不会大于4V/100A，但仍具有以上优点。 在焊接过程中可以根据工艺需要对电源的输出参数、电弧电压及焊接电流及时进行调节。 电弧电压 电弧电压是指焊丝端头和工件之间的电压降。不是电源电压表指示的电压（电源输出电压）。电弧电压的调节，对于“ L”形外特性是通过调节空载电压来实现。对于陡降特性电源，通过调节控制系统的电压给定来实现。 焊接电源 平特性电源的电流大小主要通过调节送丝速度来实现。对于陡降特性电源则主要通过调节电源外特性来实现。 本自动焊接装置要完成以下功能 ： （ 1） 行走电动机正转时，同时送丝电动机工作，两者转速要相协调，到焊接过程结束时，撞行程开关两电动机均停止工作 ; （ 2） 行走电动机反转时，同时打磨电动机工作，两者转速没有严格的关系，到打磨过程结束时，撞行程开关两电动机均停止工作 ; （ 3） 行走电动机正反转时遇紧急事故的分别反接制动； （ 4） 行走电动机正反转的分别点动控制； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 所以可以用继电器及行程开关等电器元件组成控制电路，实现此装置的有序控制，控制原理电器图具体见图。 第三节 辅助设备（机架）设计 此自动焊接装置，一般要有相应的辅助设备与焊机相配合，辅助设备大致有以下几种类型： （ 1） 焊接夹具 使用焊接夹具的作用在于是工件准确定位并夹紧，一便于焊接。这样可以减少或免除定位焊缝变形。又有时焊接夹具往往与其他辅助设备连用。 （ 2） 工件变位设备 这种设备的主要功能是使工件旋转、倾斜、翻转，以便把待焊的接缝置于最佳的焊接位置，达到提高生产率、改善焊接质量、减轻劳动强度的目的。工件变位设备的形式、结构及尺寸因焊接而异。常用的工件变位设备有滚轮架。翻转机等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第三章 设计总结 本次毕业设计使我第一次有机会面对实际问题 。在这次的毕业设计过程中，我获益良多。它是对我大学四年所学知识的一次大阅兵，对我自己也是一次历练。设计过程中，我进一步巩固了自己的专业知识，提高自己独立思考问题的能力。 以往的毕业设计都是有资料可以参考，能够依葫芦画瓢但这次是参与到工厂一线的实战！不管是资料的收集整理还是实地的参观记录都要亲自动手。它让我明白搞设计一定要有独立解决问题的能力。同时，设计过程中是要与别人