中直缝焊接机夹具设计

1、中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 摘要 在设计中直缝焊接机是最为典型且应用最广泛的机动式焊接机械装备，他主要包括电气控制部分和机械部分，本设计重点介绍了自动焊机的机械部分和自动控制。机械部分是驱动焊体的移动部分，包括电动机，联轴器，轴承和减速器等。自动控制部分主要是PLC自动控制。 译：The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of elec tronic cotrol

2、ing and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation -wheel .degradation -conveyor and so on . the automatic controlli

3、ng main is PLC automatic controlling。 . 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 目录 毕业设计任务书 () 摘要 () 概述 (1) 第一章机械传动装置总体设计 (2) 一、拟订传动方案 (2) 二、丝杠螺母的选择 (2) 三、电动机选择 (3) 第二章机械减速器设计 (5) 一、齿轮的设计与计算 (5) 二、轴的设计 (8) 三、键的选择与校核 (11) 四、轴承的选择与校核 (12) 五、箱体构造尺寸择 (13) 第三章焊接专用夹具设计 (14) 一、焊接专用夹具的工作原理 (14) 二、焊接专用夹具的作用 (14) 三、焊接专用夹具的组成 (1

4、5) 四、夹紧装置的组成及设计要求 (15) 五、焊接专用夹具设计的基本要求 (15) 六、焊接专用夹具设计的步骤 (16) 第四章直流调速系统设计略 (17) 第五章 PLC程序控制设计略 (18) 第六章设计小结 (19) 第七章参考文献 (20) 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 概述 自动控制气体保护焊接是一种高效焊接方法，由于它具有气体保护，所以用它能进行高质量焊接，又由于采用了PLC自动控制，因此焊缝均匀。该方法自问世以来!就一直遭到人们的重视(1969年美国 DEC公司研制出第一台 PLC用于GM公司生产线上并获得成功。进入 20 世纪 80年代!随着计算机技术和微电子

5、技术的迅猛发展!极大地推动了PLC的发展。目前PLC已广泛应用于冶金、矿产、机械、轻工等领域!为工业自动化提供了有力的工具!加速了机电一体化的实现。在自动控制焊机中选择PLC作为控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能强c、编程方便d、适用于恶劣的工业环境!抗干扰能力强e、具有各种接口!与外部设备连接非常方便f、维修方便等。正由于如此，用PLC控制的气体保护自动焊机在我国被广泛的应用。 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 第一章机械传动装置总体设计 一、拟订传动方案 根据设备技术要求及各种传动机构的性能制定传动方案如图1, 图1 传动系统设计方案 传动方案分析：该设备用于管类零件的直

6、缝焊接，焊接的速度比拟低，焊接的质量取决与焊接的速度快慢与稳定性。减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮，大齿轮输出轴作为减速器的低速轴，能够使输出轴的转速稳定。整个系统传动不太大，电机须频繁启动，对系统的调速性能要求高，为了实现较好的无级调速，选择直流电动机，利用直流电路调速系统实现无级调速。减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮减速器能够得到一定的传动比，利用二者联合调速能够得到较好的调速性能。 二、丝杠螺母的选择 一丝杠螺母传动的特点及应用 1用较小的扭矩转动丝杠或螺母可使螺母或丝杠获得较大的牵引力。 2可到达较高的降速传动比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。3能到达较高的传动精度，用于进给机构还可

7、用作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小读数值可达0.001mm。 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 4传动平稳，无噪声。 5在一定条件下能自锁，即丝杠螺母不能进行逆传动，此特点十分适用于作部件升降传动，可防止部件因自重而自动降落。 鉴于以上优点，有参考文献丝杠螺母的传动方式及其应用见表 5.7-1的丝杠螺母传动简图如图2： 图2 丝杠螺母传动 二丝杠螺母副的选择 由参考文献表5.7-6初选丝杠螺母副丝杠螺母副的基本参数如 表1： 表1 三丝杠的传动效率 由参考文献查得=0.7 四丝杠螺母的校核略 三、电动机选择 1、确定驱动负载所需的外力和转矩 焊枪的移动速度v 由设计要求

8、可知焊枪移动速度范围v=0.5m/min1.5m/min 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 丝杠的转速n 丝杠的螺距为4mm ，由参考文献式 当v=0.5m/min 时v 为 1000v n S = =10000.5 4?=125r/min 当v=1.5m/min 时v 为 1000v n S = =1000 1.5 4 ?=375r/min 所以丝杠的转动速度范围为125r/min 375r/min 2、电动机类型和构造形式选择 因本设备运转速度低，调速范围广，周期性运行，切运转要平稳可靠，为了得到较好的调速性能，选用Z2系列直流电动机，利用调速电路实现系统的无级调速。安装形式选择

9、卧式。 3、电动机容量确定 本设备负载小，属于惯性旋转机构，固按旋转运动计算驱动功率。 计算移动部件摩擦阻力矩 移动部件的摩擦力矩为主要的功率消耗所以其它的摩擦能够忽略 不计，由于移动部件的重力定为500N 所以移动部件所受的摩擦力为由参考文献表5.7-3知摩擦系数f=0.1 f F =500f=500?0.1=50N 摩擦阻力矩由参考文献式5-32得 2f f F L M i = 其中 L 丝杠螺距 i 齿轮减速比为4 传动效率定为0.7 2f f F L M i = = 504 20.74 ?=11.4Nm 当丝杠作旋转运动时,克制摩擦阻力矩所需的功率 P 丝=0.1047f M n/=0

10、.104711.4375/0.7=639.5W 由参考文献表2-4机械传动的效率得 闭式圆柱齿轮的机械传动效率为1=0.97 一对滚动轴承的机械传动效率为2=0.99 则机械传动链的总效率为 =122=0.97?0.99?0.99=0.95 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 驱动功率 P = P 丝=639.50.95=673.2W 为了扩大设备加工范围,设备的驱动转矩应有足够的 量.另由于传动比拟大,调速范围宽,固应选择较高的电机,由参考文献表13-65，选择系列化FANUC 型直流电动机5M 型.该电动机技术指标如表2: 表2 计算传动比 由参考文献知，可选择电力拖动系统为调速范

11、围为中等调速350D D= max min n n =4 min n = max 4 n =2000 4=500r/min i=n min n 丝500/125=4 当丝杠转速为375r/min 时电机的转速为375?4=1500r/min 所以要求电动机的调速范围为500r/min 1500r/min 所以能知足要求。 i=i 晶i 齿,为了得到较大调速范围，用晶闸管直流调系统实现无级调速，调速范围i 晶4;机械减速利用齿轮单级减速器实现，传动比i 齿4. 计算传动装置的运动和动力参数略 第二章 机械减速器设计 一 齿轮的设计与计算 一、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1、按图所方案，选

12、定直齿圆柱齿轮示的传动传动。移动部件为一般机构，速度不高，故齿轮选定8级精度。 2、齿轮选用便于制造且价格便宜的材料，由参考文献表3-2选取小齿轮材料为45号钢调质，HBS 1=240,大齿轮材料为45号钢常化HBS 2=200. 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 3、选取小齿轮数Z 1=20,大齿轮数Z 2=iZ 1=420=80。因齿面硬度小于350HBS 的闭式传动，所以按齿面接触疲惫强度设计，然后校核齿根弯曲疲惫强度。 二、按齿面接触疲惫强度设计 由参考文献式3-24得设计公式为 :21()E t H Z d mm 1、确定公式内各参数的数值 1试选载荷系数K t =1.3

13、2计算小齿轮传递的转矩,按高速轴的最低转速计算 T 1=95.5105p/n 1=50.7128 95.510500 ? =13614.5Nmm=13.6Nm 3由表3-9选取齿宽系数 d=0.8 4由表3-7查得弹性影响系数Z E =189.85由参考文献表3-59查得接触疲惫强度极限H l i m 1 =590Mp a ;由 表3-59查得接触疲惫强度极限 H l i m 2 =470Mp a 6由式3-29计算应力循环次数 N 1=601h n jL =6050011630015=21.6108 2N =1/N u =21.6108/4=5.4108 7由图357查的寿命系数121HN

14、HN K K = 8计算接触疲惫许用应力。取失效概论为1%，安全系数为S=1，由 式330得：1l i m 11H N H H K =?=590MPa 2lim 22 HN H H K =?=470MPa 2.计算 1计算小齿轮分度圆直径1t d ： 1t d 2计算圆周速度： V= 38.3500 601000 ?=1m/s 3计算载荷系数。根据1/100120/1000.2/V Z m s ?=?=,由图310查得 V K =1.08；因是直齿圆柱齿轮，取a K =1；同时由35查得A K =1；由图312查得H K =1.12；F K =1.25。故载荷系数为 1.0811 1.21 1

15、.21A V a K K K K K =?=?= 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 4按实际的载荷系数校正所计算的分度圆直径，由327B 得 11d d =5计算模数： 11/37.4/20m d Z =1.87mm 由参考文献表72取模数为标准值，m=2mm 6计算分度圆直径： 1120240d Z m =?= 22802160d Z m =?= 7计算中心矩：a=(d 1+d 2)/2=(40+160)/2=100mm 8计算齿轮宽度： b=d d 1=0.840=32mm 圆整，取B 2=35mm,B 1=40mm 三、校核齿根弯曲疲惫强度 由式16-4得校核公式为： t Fa

16、 sa F F KYY Y bm = MPa 1、确定公式内的各参数数值 计算圆周力 F t =2T 1/d 1=213614.5/40=680.7N 查取应力校正系数。由表3-8查得： Y F a 1=2.8 Y S a 1=1.55; Y F a2=2.22; Y S a 2=1.77 计算载荷系数： K=K A K V K a K F =11.0811.25=1.35 查取弯曲疲惫强度极限及寿命系数。由图3-58查得F l im 1 =450Mp a ; 由图3-58查得F l i m 2 =390Mp a ;由图3-56查得KF N 1=KF N 2=1. 计算弯曲疲惫许用应力，取弯曲

17、疲惫安全系数S=S F =1.4，由式3-28 得： F 1=1lim11450 321.431.4FN F K S ?=MPa F 2=2lim21390 278.571.4 FN F K S ?=MPa 校核计算 11 1.35680.7 2.8 1.58 50.81402F F MP ?= =? 中直缝焊接机夹具设计 中直缝焊接机夹具设计 2221 2 11 2.22 1.77 50.81462.8 1.55 Fa sa F F F Fa sa Y Y MPa Y Y ?=?=? 二 轴的设计 一、高速轴的设计 1、选择轴的材料并确定许用应力 由于该减速器传动功率不大，而且对其重量和尺寸也无特殊要求。故选择45号钢，正火处理。由表10-1查得B =588Mpa; =294Mpa; -1 =238Mpa; -1 =138Mpa; +1 b=196Mpa; o b =93Mpa;-1 b=54Mpa 2、初步估算轴的最小直径，并选择联轴器 为保证输出轴上零件装拆方便，安装联轴器轴的直径d 1为轴的最小直径。 根据公式10-2