100t焊接滚轮架设计

1、100t可调式焊接滚轮架设计100t可调式焊接滚轮架设计专业：班级：指导老师：时间： NO.17摘 要焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。焊接滚轮架按调节方式分为两类：第一类是自调式式滚轮架。第二类是可调式滚轮架。本文主要对可调式100T焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。设计中充分的考

2、虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。关键词：焊接；工装夹具；滚轮架目 录1 绪论32 设计参数43 主要性能能与特点54 产品适用工作环境及工作条件55 产品主要结构66 关于滚轮架轴向窜动的问题87 其参数计算过程10 7.1 驱动圆周力与摩擦阻力的计算107.2 滚轮支反力的计算137.3驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确148 总结 169 参考文献161 绪论随着焊接生产技术的高速发展 ,对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求 ,焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的。焊接滚轮架是一种焊接辅助设备，常用于圆筒类工件内外环缝和内外纵缝的焊接。

3、包括底座、主动滚轮、从动滚轮、支架、传动装置，动力装置驱动等组成。传动装置驱动主动滚轮，利用主动滚轮与圆筒类工件之间的摩擦力带动工件旋转实现变位，可实现工件的内外环缝和内外纵缝的水平位置焊接，配套自动焊接设备可实现自动焊接，能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高工作效率。焊接滚轮架还可配合手工焊或作为检测、装配圆筒体工件的设备。焊接滚轮架特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，焊接滚轮架 从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而

4、热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。2、设计参数按照需要，该滚轮架的技术参数如下：金属滚轮规格：540150滚轮轴承直径：86106mm可调中心距：5503000滚轮架最大载重：100t工件直径：6006000mm三相异步电动机：额定功率:3.0kw 额定电压:380v额定电流:6.82A 额定频率:50HZ额定转速:1430r/min减速箱减速比：2383 3575丝杠转速：60 80 r/min与丝杠相连电动机规格：产品型号：YB2-90S-1.1KW-4额定功率：1.1Kw 额定电压：380v额定转速：1440 r/min与丝杠相连减速箱减

5、速比：18 243、主要性能与特点焊接滚轮架是以设定的速度带动焊件旋转的焊接变位设备；按照技术要求，通过调节不同的中心距及滚轮的直径均可有效的解决锥形筒体环缝的焊接问题；设计专用靠轮有效的减小或避免了轴向窜动问题；根据工件直径大小不同，移动滚轮组，调节滚轮中心距，可用于管道、容器、锅炉、油罐等圆筒形工件的装配与焊接；此滚轮架滚轮旋转采用交流电机驱动、变频调速，具有调速范围宽，转动平滑性好，低速特性硬等特点。4、产品适用工作条件及工作环境1、工作条件海拔高度不超过1000m周围空气温度范围：0 40空气相对湿度：在日平均温度不大于25时，最湿月份的平均最大相对湿度为90%。电网电压波动：10%内

6、（当电网频率为额定值时）电网频率波动：1%（当电网电压为额定值时）2、工作环境设备应安置在无严重危害或影响滚轮架正常使用的爆炸性或腐蚀性工业气体、水蒸汽、盐雾和化学性沉积物处，并应远离剧烈震动和颠簸的场合。5产品主要结构该系列产品均为组合式滚轮架，其主动滚轮架、从动滚轮架都是独立的，它们之间根据工件重量和长度可任意组合，其组合比例可以是一主一从的组合，也可以是一主两从、一主三从等组合，使用方便灵活，对焊件的适应性强。主动架、从动架俯视图如图所示：主动架结构简图如图17所示： 图17主动架结构简图主动架主要由底座、滚轮、旋转减速机构、控制系统等组成。底座采用型钢焊接而成的框架结构保证了良好的刚性

7、和工作状态中设备的稳定性。滚轮主动架和从动架上各有两只滚轮，100吨以下滚轮均采用钢胶组合轮，将特种橡胶压注在钢轮体上而成，承载能力大，驱动能力强。如图18所示。图18滚轮架工作简图旋转减速机构主动架上的两只滚轮分别由两台电机直联型双级蜗轮蜗杆减速器驱动形成回转驱动力，从动架只有两组被动轮。控制系统采用进口变频器无级调速，调速范围大，精度高，起动扭矩大，驱动能力强，高可靠性，多种自我保护功能，免维修。本滚轮架主动轮采用可调式，从动轮采用固定式已达到其技术要求（主动轮采用固定式，从动轮采用可调式也可满足要求）。6关于滚轮架轴向窜动的问题如果滚轮和焊件都是理想的圆柱体，且各滚轮尺寸一致，并且其转动

8、轴线都在同一水平面内并与焊件轴线平行时，放在滚轮架上的焊件是不会产生轴向窜动的，这是理想情况。但实际上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圆柱体。 多次试验证明将主、从滚轮架在水平和轴向上的位置找好，固定下来，下次再用时仍会窜动。即便是同一个焊件，此时调整后已不再窜动，但换个方向旋转或将该焊件吊起移动位置后再放到滚轮架上，该焊件又会窜动了，更不用说换另外一个焊件了。 国内一些工厂采用在焊件端头硬顶的办法，这种办法对设备和焊件都有损害，实属无奈。国外制作的防窜滚轮架，虽能满足要求，可惜价格较昂贵。 理论和实践都证明：影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的平行度。因此，在制

9、造和使用焊接滚轮架时，首先要尽量做到：主、从滚轮架都位于同一中心线上。各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。滚轮间距相等。实际上，焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措施，把焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。9 目前，已有三种执行机构可完成此任务： （1）顶升式执行机构从动滚轮架的一侧滚轮可以做升降运动，使焊件轴线发生偏移，同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化。这种调节方式其优点是调节灵敏度较高，缺点是制造成本高，体积大。 （2）偏移式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移，以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。这种调

10、节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。 （3）平移式执行机构从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水平移动，从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。这种调节方式其优点是稳定性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。主动轮转速控制我们的目的是要检测出焊件在轴线方向上的窜动位移，从原理上说，可以采取在焊件筒壁侧面检测方式和在焊件端面检测方式。筒壁侧面检测方式可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式由于要去除筒壁的垂直旋转分量，再加上打滑、筒体表面粗糙、污物的影响，因此要制造出可靠的传感器来是不容易的。在焊件端面检测方式是目前贯用的检测方式，这种检测凡是

11、不可避免地受到焊接焊件端面与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响，因此要求对焊件的受测端面进行加工。但对大型焊件来讲，这种加工要求的精度越高，其困难和费用也就越大。能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于2mm，可是焊件的受测端面不平度却大于2mm，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之一7其参数计算过程7.1 驱动圆周力与摩擦阻力的计算图1所示为典型滚轮架焊件的受力图，图中，2为一列主动滚轮，3为一列从动滚轮。当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件1静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即 Ff=G2cos

12、2=GD+Dr2(D+Dr)2-L2 （1-1）式中 中心角； D焊件直径； Dr滚轮直径； L主从动滚轮之间的横向距离。若焊件偏心距不为零，在主动滚轮圆周力F1的作用下，反时针转动，则焊件的受力情况如图1所示。图中F2是焊件借助摩擦力带动从动滚轮转动时，滚轮作用到焊件上的反力。为了便于分析特通过焊件转动中心O，作两个大小相等、方向相反、并在同一作用线上的F1力。这样，其中一个F1力与主动轮上的圆周力Ff1构成力偶，使焊件转动，另一个F1力沿两个支反力方向分解成F3、F4两个分力。显然，焊件在转动过程中所受的滚轮支反力，在基本支反力Ff的基础上有分别增加了F3和F4（图中未画出）。因此，主、从

13、动滚轮分别作用到焊件上的支反力为 Ff1=Ff+F3+F3 Ff2=Ff+F4+F4 （1-2）由图1知 F3=-F1tan F4=F1sin F3=F2sin F4=-F2tan （1-3）将式（1-1）、（1-3）代入式（1-2）得 Ff1=G2cos2-F1tan+F2sin Ff2=G2cos2+F1sin-F2tan （1-4）主动滚轮上的圆周力形成的主力矩F1R首先要克服偏心阻力矩Ge，其次还要克服从动轮处的反力矩F2R，故焊件的力矩平衡方程式 F1R=Ge+F2R即 F1=GeR+F2 （1-5）式中 R焊件半径。从动滚轮给予焊件的反力实为滚轮的摩擦阻力，即 F2=Ff2fdr+

14、2Dr （1-6）式中 D r滚轮轴径； f滚轮与滚轮轴的摩擦因数（滑动轴承f=0.1，圆锥滚子轴承f=0.02）； 滚轮与焊件表面之间的滚动摩擦因数（钢轮取0.60.8mm）。将式（1-6）代入式（1-5）得 F1=GeR+Ff2fdr+2Dr （1-7）将式（1-4）、（1-5）、（1-7）联立，解出主动轮上的圆周力 F1=G+sin2bsin+cos-1 （1-8）将式（1-8）代入式（1-5），得出从动轮给予焊件的反力 F2=G+sin2bsin+cos-1 （1-9）上两式中 偏心系数，且=eR； b与滚轮几何尺寸和材料有关的系数，且 b=Drfdr+2 对于均匀的筒形焊件，因e=0

15、，故有 F1= F2=Gsin2bsin+cos-1 （1-10） 7.2 滚轮支反力的计算架在滚轮座上的筒体转动时，驱动圆周力 F1和反力 F2将使支反力Ff1、Ff2发生变化。实际上，焊件只有按图1所示位置逆时针转动时，因 F1、 F2力的方向向下，才使Ff1、Ff2的数值增大，且增大的份额往往超过因角增加或者摩擦因数f、增加而增大的份额。如果焊件顺时针转动，则 F1、 F2方向向上，Ff1、Ff2的数值减小。所以，计算滚轮最大支反力时，应以图1所示的焊件重心位置和转向为准进行计算。将式（1-8）和（1-9）代入式（1-4），即得到焊件转动时主、从动滚轮作用到焊件上的支反力。 Ff1=G2

16、cos21-cossin2+sin2bcos2-sin2 （1-11） Ff2=G2cos21+sin2+sin2bcos2-sin2 （1-12）当=0时 Ff1= Ff2=G2cos21+sin2bcos2-sin2 （1-13）7.3 驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定图2是单位焊件重量圆周力 KF(=F1G) 与中心角的关系曲线。两条曲线都是用滚轮直径Dr=410mm、滚轮轴径dr=70mm的标准组合式滚轮架做出的，但曲线1所用为圆锥滚子轴承，轴承的诱导摩擦因数f=0.02，滚轮处的滚动摩擦因数=3mm。圆周力 F1是根据图1按式（1-10）算出的，所以该曲线反映的是e=0时角对应

17、的最大 KF值。分析图2可得出如下结论：1）当G一定时，在=2070范围内，支反力和驱动圆周力的变化较小。对滚动轴承，圆周力 F10.1G；对滑动轴承， F10.02G；支反力 Ff(0.50.6)G。即滚轮轴承无论采用滚动的或是滑动的，都对 Ff值影响不大，但对 F1值影响较大。2）当由70增至130时，主动滚轮的驱动圆周力将增加1倍。对滚动轴承， F10.02G；对滑动轴承， F10.04G；支反力也增加了1倍， Ff1.2G。3）当130时，支反力和驱动圆周力急剧增大，在160165时达到崩溃值，因此角的许用上限应小于130，一般不超过120。4）在同一值情况下，若将滚轮轴上的滚动轴承改

18、为滑动轴承，则驱动圆周力 F1将增加1倍，因此驱动功率也增加1倍，但是支反力变化不大。因此，从降低能耗、节省运行费用的角度出发，应设计或选用滚轮轴承为滚动轴承的焊接滚轮架。另外，中心角的使用上限应不大于120。中心角的使用下限，主要受焊件静载稳定性的制约。如图4所示，当角给定后，偏心距只有满足eD2sin2焊件才不致从滚轮架上掉下而破坏其稳定性。实际应用中，为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性并保证焊件能够平稳地转动，通常中心角应不小于40，甚至在偏心距等于零时，也应采用此值。我国制定的焊接滚轮架行业标准中规定，中心角应在45 110范围内选取，因此，与此对应的许用焊件直径 D=Lsin2-Dr当min=45和max=110时 Dmax=L0.38-Dr Dmin=L0.82-Dr 8、总结对本次100T可调式焊接滚轮架的机械设计总结如下1.本文所论述的是组合式焊接滚轮架的整体以及各部件的设计以及主要部件的校核。其中包括了传动部分，工作装置，辅助装置及机架的设计及轴、键、轴承等的校核2.本焊接滚轮架中心距可调，可适用于直径600mm6000mm的筒形工件焊接。3.本焊接滚轮架额定载荷为100T,主要应用于厚壁轻型筒形工件的焊接，也可用于工件的装配，及焊接检验等工作。4.本焊接