畢業(yè)設(shè)計(jì)--棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　二 〇 一 二 年 六 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)，送變電、風(fēng)力機(jī)、大型戶外廣告牌的發(fā)展給鋼管塔生產(chǎn)工藝和設(shè)備帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，而法蘭與柱管的焊接特別是棱管與法蘭的焊接也成為了一個(gè)難點(diǎn)。以往的鋼管塔法蘭焊接通常分兩步完成，第一步是組對(duì)，第二步是焊接，分兩個(gè)工序完成。通常是在法蘭組對(duì)設(shè)備上先將法蘭固定

2、在左右兩個(gè)法蘭卡盤上，然后再將圓管或者棱管放在滾輪架上，通過(guò)調(diào)節(jié)滾輪架將圓管或者棱管插入兩法蘭孔內(nèi)，通過(guò)點(diǎn)焊使法蘭與管固定，然后將焊件整體拆下，送到焊接工位，用法蘭焊接機(jī)，對(duì)法蘭與柱管之間的內(nèi)外縫實(shí)施焊接。焊接時(shí)，在法蘭內(nèi)外各設(shè)一把焊槍，焊槍不動(dòng)，滾輪架上的滾輪帶動(dòng)管件轉(zhuǎn)動(dòng)，焊槍對(duì)內(nèi)外兩焊縫進(jìn)行焊接。這種方法比較適合對(duì)圓管與法蘭進(jìn)行焊接，但對(duì)棱管與法蘭的焊接就很困難，因?yàn)槔夤軣o(wú)法在滾輪架上平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，即使工件可以平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，焊槍與工件距離、

3、焊接速度、焊槍角度也是時(shí)刻發(fā)生變化的，更關(guān)鍵的是對(duì)工件在焊接過(guò)程中形成的熱變形難以控制。所以對(duì)棱管與法蘭無(wú)法進(jìn)行連續(xù)、自動(dòng)焊接，只能手工焊。針對(duì)以上問(wèn)題,設(shè)計(jì)了法蘭與柱管組對(duì)內(nèi)外環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備，該設(shè)備不但能實(shí)現(xiàn)棱管的自動(dòng)化焊接，更重要的是它將以前的組對(duì)焊接中兩個(gè)工序組合到一個(gè)工位上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑，</p><p>　　關(guān)鍵詞：焊接機(jī)；法蘭；棱管；主軸結(jié)構(gòu)；pro/e三維建模仿真；CAXA制圖。</p

4、><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, with the development of electricity, wind machine, large outdoor billboards new challenges come out in steel pipe tower production techn

5、ology and equipment, while the welding of flange and the column pipe especially ribbed pipe and flange has become a difficulty. The welding of steel pipe tower flange is usually done in two steps. Usually the first is se

6、cured around the two flange chuck, then the pipe or tube is placed in the edge of the roller frame, by adjusting the roller fra</p><p>　　Key words: welding machine; flange; ribbed tube; shaftstructure ; 3D

7、modeling and simulation with pro/e; CAXA drawing.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第一章緒論2</b></p><p>　　1.1

8、我國(guó)焊接自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2 我國(guó)自動(dòng)焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.1成套焊接設(shè)備的微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展2</p><p>　　1.2.2焊接設(shè)備的智能控制技術(shù)發(fā)展3</p><p>　　1.2.3焊接計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS 技術(shù)發(fā)展3</p><p>　　

9、1.3自動(dòng)焊機(jī)的類型4</p><p>　　1.3.1 剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備4</p><p>　　1.3.2自適應(yīng)控制自動(dòng)化焊接設(shè)備4</p><p>　　1.3.3智能化自動(dòng)焊接設(shè)備4</p><p>　　1.4自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)5</p><p>　　1.5主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已知技術(shù)數(shù)據(jù)5</p>

10、<p>　　1.6 基本設(shè)計(jì)流程5</p><p>　　第二章 棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算6</p><p>　　2.1傳動(dòng)裝置的整體設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1.1傳動(dòng)方案的確定6</p><p>　　2.2電動(dòng)機(jī)的選擇7</p><p>　　2.2.1確定工件轉(zhuǎn)速7<

11、/p><p>　　2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的類型7</p><p>　　2.2.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速9</p><p>　　2.2.4確定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比9</p><p>　　2.2.5選擇電動(dòng)機(jī)容量9</p><p>　　2.2.6電動(dòng)機(jī)的校核11</p><p>　　2.3變頻器

12、的選擇11</p><p>　　2.4減速機(jī)的選擇11</p><p>　　2.4.1二級(jí)擺線針輪減速機(jī)工作原理11</p><p>　　2.4.2二級(jí)擺線針輪減速機(jī)特點(diǎn)12</p><p>　　2.5聯(lián)軸器的選擇12</p><p>　　2.6傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算13</p><

13、p>　　2.6.1計(jì)算各軸（零件）轉(zhuǎn)速13</p><p>　　2.6.2計(jì)算各軸（零件）輸入功率13</p><p>　　2.6.3計(jì)算各軸（零件）輸入轉(zhuǎn)矩13</p><p>　　2.7齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><p>　　2.7.1高速齒輪設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.7.2回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選

14、擇19</p><p>　　2.8主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算20</p><p>　　2.8.1選擇軸的材料20</p><p>　　2.8.2初步計(jì)算軸的最小直徑20</p><p>　　2.8.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.8.4求軸上載荷22</p><p>　　2.8.5按

15、彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度24</p><p>　　2.8.6軸承壽命的計(jì)算24</p><p>　　2.8.7鍵的校核25</p><p>　　2.9 氣動(dòng)卡盤的選擇26</p><p>　　2.10潤(rùn)滑方式與密封裝置的選擇26</p><p>　　2.10.1齒輪潤(rùn)滑26</p><p

16、>　　2.10.2滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封27</p><p>　　2.10.3其它部件潤(rùn)滑28</p><p>　　第三章 棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)移動(dòng)卡緊裝置設(shè)計(jì)計(jì)算29</p><p>　　3.1傳動(dòng)裝置的方案設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.2電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)的選擇29</p><p>　　3.2.1選擇電動(dòng)

17、機(jī)類型29</p><p>　　3.2.2選擇電動(dòng)機(jī)容量29</p><p>　　3.2.3齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.2.4確定減速器型號(hào)31</p><p>　　3.2.5電動(dòng)機(jī)的校核31</p><p>　　3.3聯(lián)軸器的選擇32</p><p>　　3.4鍵

18、的校核32</p><p>　　3.5機(jī)床導(dǎo)軌選擇33</p><p>　　3.6潤(rùn)滑方式與密封裝置的選擇33</p><p>　　3.6.1齒輪齒條嚙合潤(rùn)滑33</p><p>　　3.6.2導(dǎo)軌潤(rùn)滑33</p><p>　　第四章 棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)箱體及附件設(shè)計(jì)計(jì)算35</p><p

19、>　　4.1床身的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.2軸承端蓋的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.3整體主軸系統(tǒng)三維建模結(jié)果36</p><p><b>　　結(jié) 論38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>

20、;　　謝 辭40</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，古老的生產(chǎn)方式已不能完全適應(yīng)新形勢(shì)的要求。自動(dòng)焊接機(jī)憑借其高效性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代的機(jī)械發(fā)展應(yīng)用得到廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)焊接機(jī)采用自動(dòng)組隊(duì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)焊接，內(nèi)外焊縫同時(shí)進(jìn)行加工的方式，生產(chǎn)效率比原工藝高幾倍至幾

21、十倍。產(chǎn)品質(zhì)量也更加穩(wěn)定，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)焊接機(jī)要適應(yīng)不同工件的加工，加工參數(shù)不同，就必須增加機(jī)床的柔性系統(tǒng)，還要確保其產(chǎn)品質(zhì)量。鑒于以上情況，我對(duì)管法蘭自動(dòng)焊機(jī)主軸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及機(jī)床床身進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義對(duì)于我國(guó)工業(yè)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，在于補(bǔ)充我國(guó)自動(dòng)焊機(jī)柔性系統(tǒng)落后的不足，為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展獻(xiàn)一份微薄的力量；對(duì)于個(gè)人來(lái)說(shuō)，在于加強(qiáng)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)的理解與認(rèn)識(shí)，熟悉自動(dòng)焊

22、機(jī)的特點(diǎn)和工作原理，對(duì)其主軸進(jìn)行較系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)與計(jì)算，滿足系統(tǒng)所需的要求，鞏固自己大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)成果。而且還可以加強(qiáng)對(duì)PRO/E、CAXA繪圖軟件的掌握，積累設(shè)計(jì)中所需的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高自己自行設(shè)計(jì)的綜合能力。</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 我國(guó)焊接自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　我國(guó)，焊接

23、自動(dòng)化的發(fā)展已有近60年，其科研和生產(chǎn)都具有一定的基礎(chǔ)，在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。近年來(lái)，我國(guó)加大了焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的科研攻關(guān)力度，全面推動(dòng)焊接行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。加快自動(dòng)焊接機(jī)和自動(dòng)焊材的生產(chǎn)，各種自動(dòng)和半自動(dòng)焊機(jī)及專用成套焊接機(jī)產(chǎn)量將穩(wěn)步增長(zhǎng)。為了發(fā)展現(xiàn)代焊接自動(dòng)化技術(shù)，我國(guó)已將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和軟件技術(shù)迅速地引入焊接領(lǐng)域， 圍繞

24、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS 的CAD / CAM、CAAP、CAPM 等技術(shù)列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。在汽車、摩托車、船舶、鍋爐、工程機(jī)械和重型機(jī)械等行業(yè)重點(diǎn)推廣采用焊接機(jī)器人、焊接中心、焊接柔性制造系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造及檢查技術(shù)。</p><p>　　1.2 我國(guó)自動(dòng)焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1成套焊接設(shè)備的微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展</p><p

25、>　　在焊接設(shè)備中發(fā)展應(yīng)用微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)，如數(shù)控焊接電源、智能焊機(jī)、全自動(dòng)專用焊機(jī)和柔性焊接機(jī)器人工作站。微機(jī)控制系統(tǒng)在各種自動(dòng)焊接與切割設(shè)備中的作用不光是控制各項(xiàng)焊接參數(shù)，而且必須能自動(dòng)協(xié)調(diào)成套焊接設(shè)備各組成部分的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，即實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)數(shù)控化、自動(dòng)化與智能化。微機(jī)控制焊接電源已成為自動(dòng)化專用焊機(jī)的主體，智能化焊接設(shè)備的基礎(chǔ)。微機(jī)控制的IGBT 式逆變焊接電源，是實(shí)現(xiàn)智能化控制的較理想設(shè)備，目前我國(guó)正在大力發(fā)展和推

26、廣應(yīng)用。</p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在已大量使用焊接機(jī)器人來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化焊接生產(chǎn)。現(xiàn)代焊接機(jī)器人大多為柔性自動(dòng)化工作站或焊接生產(chǎn)線，是由焊接機(jī)器人、焊接電源、焊接工藝裝備、上下料機(jī)械手等的不同組合，以及離線CAD 仿真編程構(gòu)成的，用微機(jī)對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行控制。柔性機(jī)器人工作站提高了焊接機(jī)器人的利用率，避免了過(guò)去剛性機(jī)器人很難變更焊接產(chǎn)品的缺點(diǎn)，可適用各種批量的生產(chǎn)線，因而是非常受歡迎的一種焊接自動(dòng)化途徑。柔性焊接

27、機(jī)器人工作站隨著其價(jià)格的不斷降低在我國(guó)會(huì)逐步推廣應(yīng)用，代表了成套焊接設(shè)備的微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展方向。</p><p>　　1.2.2焊接設(shè)備的智能控制技術(shù)發(fā)展</p><p>　　焊接設(shè)備如焊接變壓器、硅弧焊整流器、晶閘管式弧焊整流器、脈沖弧焊電源、逆變焊電源等。將微機(jī)控制焊接電源與焊接過(guò)程的傳感技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展了視覺(jué)跟蹤、熔深控制等智能焊接設(shè)備。焊接過(guò)程控制系統(tǒng)的智能化是焊接生產(chǎn)自

28、動(dòng)化的核心問(wèn)題之一。把人工智能技術(shù)引入焊接設(shè)備的控制形成焊接設(shè)備的智能控制系統(tǒng)，這一領(lǐng)域具有代表性的是焊接過(guò)程的模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和焊接專家系統(tǒng)。其顯著特點(diǎn)是控制過(guò)程涉及領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)、經(jīng)驗(yàn)，建立知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的決策，進(jìn)行控制。在高性能波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智能化的焊接設(shè)備，為今后焊接設(shè)備的發(fā)展方向。焊接工程技術(shù)人員需要盡快地熟悉計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，以便適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展；在開(kāi)發(fā)方式方面可采取兩種途徑：一是以企業(yè)自身的技術(shù)力

29、量為主進(jìn)行開(kāi)發(fā)。二是企業(yè)和高等學(xué)?；蚩蒲兴献鬟M(jìn)行開(kāi)發(fā)。專家系統(tǒng)在與企業(yè)的緊密合作下完成，一般都能保證軟件的質(zhì)量和實(shí)用性。把焊接專家系統(tǒng)運(yùn)用人工智能的思想移植到焊接設(shè)備的控制中，作為智能化焊接設(shè)備的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)，這些設(shè)備可以是整機(jī)結(jié)構(gòu)的專用焊機(jī)，也可以是積木式的組合結(jié)構(gòu)，如選用微機(jī)控制的自動(dòng)焊頭、跟蹤器、視覺(jué)控制器、焊接參數(shù)編程器等產(chǎn)品來(lái)靈活組合實(shí)用的智</p><p>　　1.2.3焊接計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS

30、技術(shù)發(fā)展</p><p>　　計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer IntegratedManufacturing System) 是目前正處在發(fā)展階段的高科技領(lǐng)域。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的CIMS 系統(tǒng)是以焊接機(jī)器人為中心，在數(shù)控焊機(jī)及相應(yīng)的工藝裝備等技術(shù)保障的基礎(chǔ)上，集信息流、物資流于一體的集成制造系統(tǒng)。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，CIMS 集下料、裝配、焊接等為一體的機(jī)器人生產(chǎn)中心，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)真正的高精度、全自動(dòng)化的

31、現(xiàn)代化革命，是未來(lái)焊接生產(chǎn)的發(fā)展方向。將焊接機(jī)器人與機(jī)械手、多自由度轉(zhuǎn)胎和變位器等組合，并用微機(jī)對(duì)其進(jìn)行綜合控制，構(gòu)成柔性工作站或生產(chǎn)線，是解決小批量焊接生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)路子。焊接生產(chǎn)柔性化的發(fā)展方向是要發(fā)展能識(shí)別環(huán)境并隨時(shí)精確跟蹤焊縫軌跡及調(diào)整焊接參數(shù)的智能機(jī)器人，并研究其傳感技術(shù)及控制技術(shù)。通常，焊接機(jī)器人焊槍運(yùn)動(dòng)的軌跡是由操作人員將焊槍先沿焊縫行走一次的示教方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件能力的提高，現(xiàn)在通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)CAD 圖形庫(kù)

32、中焊縫空間位置進(jìn)行預(yù)先的離線編程，再把控制焊接參數(shù)的傳感器獲得的數(shù)值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，調(diào)節(jié)焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)和焊槍的空間位置。開(kāi)展焊接CIMS 技術(shù)應(yīng)是分步實(shí)施，逐步取得效益的</p><p>　　1.3自動(dòng)焊機(jī)的類型</p><p>　　1.3.1 剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備</p><p>　　剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備亦可稱為初級(jí)自動(dòng)化焊接設(shè)備，其大多數(shù)是按照開(kāi)環(huán)控制的原理設(shè)計(jì)

33、的。雖然整個(gè)焊接過(guò)程由焊接設(shè)備自動(dòng)完成，但對(duì)焊接過(guò)程中焊接參數(shù)的波動(dòng)不能進(jìn)行閉環(huán)的反饋系統(tǒng)，不能隨機(jī)糾正可能出現(xiàn)的偏差。</p><p>　　1.3.2自適應(yīng)控制自動(dòng)化焊接設(shè)備</p><p>　　自適應(yīng)控制的焊接設(shè)備是一種自動(dòng)化程度較高的焊接設(shè)備，它配用傳感器和電子檢測(cè)線路，對(duì)焊縫軌跡自動(dòng)導(dǎo)向和跟蹤，并對(duì)主要的焊接參數(shù)進(jìn)行實(shí)行閉環(huán)的反饋控制。整個(gè)焊接過(guò)程將按預(yù)先設(shè)定的程序和工藝參數(shù)自動(dòng)完

34、成。</p><p>　　1.3.3智能化自動(dòng)焊接設(shè)備</p><p>　　它利用各種高級(jí)的傳感元件，如視覺(jué)傳感器，觸覺(jué)傳感器，聽(tīng)覺(jué)傳感器和激光掃描器等，并借助計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)具有識(shí)別、判斷、實(shí)時(shí)檢測(cè)，運(yùn)算、自動(dòng)編程、焊接參數(shù)存儲(chǔ)和自動(dòng)生成焊接記錄文件的功能。</p><p>　　1.4自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)</p><p>　　自

35、動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)在整個(gè)機(jī)床中起著至關(guān)重要的作用，直接影響著焊縫質(zhì)量的好壞。自動(dòng)焊機(jī)的主軸系統(tǒng)目前已發(fā)展成熟，主要依靠調(diào)速電機(jī)與大傳動(dòng)比減速器配合實(shí)現(xiàn)焊接低轉(zhuǎn)速大扭矩的特殊要求，通過(guò)變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，以適應(yīng)不同工件焊接速度不同的需求。</p><p>　　目前主軸系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題是工件體積大，主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)緊湊，尤其對(duì)于內(nèi)外環(huán)縫同時(shí)焊接的機(jī)床。主軸結(jié)構(gòu)直接影響著焊接機(jī)械手的位置和精度?；剞D(zhuǎn)支承可以很

36、好地解決這一問(wèn)題，制有外齒的回轉(zhuǎn)支承直接與主軸上的齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，既平穩(wěn)又節(jié)省空間。同樣，卡盤的設(shè)計(jì)制造也是自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)的關(guān)鍵，焊機(jī)卡盤必須具有尺寸大，定位精度高，操作簡(jiǎn)便，夾緊力大的特點(diǎn)。</p><p>　　1.5主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已知技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　工件直徑1.2~2.0m；壁厚8mm；工件最大長(zhǎng)度20m；機(jī)械手重復(fù)定位精度：±0.05mm。</p

37、><p>　　1.6 基本設(shè)計(jì)流程</p><p>　?。?）了解工程實(shí)際中棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)的工作情況，為主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)做前期準(zhǔn)備，同時(shí)整理相關(guān)的參考資料并且進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索。</p><p>　?。?）根據(jù)任務(wù)書中所給出的原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、圖紙量、工作量要求等，結(jié)合相關(guān)課程設(shè)計(jì)分析過(guò)程進(jìn)行必要的計(jì)算與核算，然后在參考資料中按照計(jì)算的數(shù)值選取、設(shè)計(jì)最合

38、適的零件與產(chǎn)品。</p><p>　?。?）最后進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，繪出結(jié)構(gòu)總裝圖與所需零件圖。</p><p>　　第二章 棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)主軸系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　2.1傳動(dòng)裝置的整體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1傳動(dòng)方案的確定</p><p>　?。?） 采用變頻調(diào)速電

39、機(jī)作為原動(dòng)力，經(jīng)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞至減速機(jī)，主軸上的齒輪帶動(dòng)有外齒的回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)支承與中空氣動(dòng)卡盤連接實(shí)現(xiàn)最終所需的輸出動(dòng)力；</p><p>　?。?) 速度通過(guò)變頻器控制，兩次機(jī)械降速一方面為滿足焊接速度的需求，另一方面可以增大扭矩，而且為了使結(jié)構(gòu)緊湊，方便內(nèi)封的焊接，采用回轉(zhuǎn)支承以及中空的大型卡盤也是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；</p><p>　?。?） 方案簡(jiǎn)圖如下：（見(jiàn)圖2-1）

40、</p><p><b>　　2.2電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　2.2.1確定工件轉(zhuǎn)速</p><p>　　如圖（2—2）所示，工件為八棱體，機(jī)床轉(zhuǎn)速與焊接工藝有關(guān)，應(yīng)由工件尺寸以及焊速?zèng)Q定。</p><p>　　圖2—2為八棱柱管道的橫截面，R為管道中心到兩相鄰邊交點(diǎn)處的長(zhǎng)度，r為管道中心到邊的垂線的長(zhǎng)度

41、?，F(xiàn)設(shè)r=0.6m，管道壁厚8mm,管道長(zhǎng)20m。密度7.85g/cm3，由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出管道的重量G可知管道為一個(gè)環(huán)形 ，外環(huán)形周長(zhǎng)</p><p>　　S=60×tan22.5°×2×8=397.65 （2—1）</p><p>　　查資料可知道，獲取最佳焊縫質(zhì)量的焊速為30~50cm/min，所以可以算出理論最短焊接時(shí)間 =

42、7.95min，最長(zhǎng)焊接時(shí)間=13.27min，故對(duì)應(yīng)最大圓周速度=0.126r/min，最小圓周速度=0.075r/min。</p><p>　　因?yàn)樽詣?dòng)焊機(jī)不是專用機(jī)床，工件大小各異，有一定柔性，已知機(jī)床加工工件直徑為1.2—2米，故放寬轉(zhuǎn)速范圍至=0.04r/min, =0.2r/min。</p><p>　　2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的類型</p><p>　　自

43、動(dòng)焊機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)功率為</p><p>　　KW （2—2）</p><p>　　式中 ──卡盤所需的功率，kW；</p><p>　　──由電動(dòng)機(jī)至卡盤的總效率。</p><p>　　卡盤所需工作效率按式（2—3）計(jì)算</p><p><b>　?。?—3）</

44、b></p><p>　　式中 ──卡盤的阻力矩，N·m；</p><p>　　──卡盤的轉(zhuǎn)速，r/min。</p><p>　　由于機(jī)床工件變化，卡盤所需功率不定，但大工件轉(zhuǎn)速較小工件小5倍，由小工件參數(shù)計(jì)算即可滿足要求。如圖（2-2）當(dāng)r=0.6m時(shí)，密度7.85g/cm3，由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出管道的重量G。</p><p&g

45、t;　　已知管道為一個(gè)環(huán)形 外環(huán)形的面積為8個(gè)小三角形的面積為：</p><p>　　S1= （2—4）</p><p>　　設(shè)內(nèi)環(huán)中心到邊的垂線的長(zhǎng)度為： </p><p><b>　　= </b></p><p>　　內(nèi)環(huán)的面積 S2==

46、 （2—5）</p><p>　　體積V=Sh=[-]2000=396584.6 （2—6）</p><p>　　G=7.85 396584.6 9.8/1000=30509.25636N≈30.51kN （2—7） </p><p>　　由式（2—8）可得到工件受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</p><p>　　=1.54MPa

47、 （2—8） </p><p>　　該類工件屬于閉口薄壁件的扭轉(zhuǎn)，扭矩計(jì)算見(jiàn)式（2—9）</p><p>　　T=2tw （2—9）</p><p><b>　　式中： ——；</b></p><p>　　——截面

48、中線所圍面積，；</p><p><b>　　——工件壁厚，m；</b></p><p>　　經(jīng)計(jì)算T=29149.62N·m， 0.61kW。</p><p>　　根據(jù)三相異步電機(jī)選用要點(diǎn)，例如要求，條件，環(huán)境等，選用Y系列。</p><p>　　2.2.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p&

49、gt;　　已知 =0.04 r/min， =0.2 r/min。 查二級(jí)擺線針輪減速機(jī)傳動(dòng)比=121—841，齒輪傳動(dòng)比初選=3.98。因?yàn)樽冾l器恒轉(zhuǎn)矩降速調(diào)速范圍為1—30，故電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍=i·n=20~20083.08 r/min。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500、3000 r/min，為方便調(diào)速，減少傳動(dòng)比，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速選=750r/min。</p><p>　　2.2.4確

50、定傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比</p><p><b>　?。?）分配傳動(dòng)比</b></p><p>　　為了制造安裝方便，避免在此設(shè)計(jì)減速機(jī)，選取=731，=3.98。</p><p><b>　　（2）確定總傳動(dòng)比</b></p><p>　　=·=2909，對(duì)應(yīng)變頻器調(diào)速后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)

51、速范圍應(yīng)定116~582r/min。這里列出一系列工件對(duì)應(yīng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速表，見(jiàn)表（2—1）。</p><p>　　2.2.5選擇電動(dòng)機(jī)容量</p><p>　　電動(dòng)機(jī)至工件的傳動(dòng)總效率為</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　式中，分別為聯(lián)軸器、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、單列圓錐滾子軸承、回轉(zhuǎn)軸承、

52、二級(jí)擺線針輪減速機(jī)的效率。取=0.99，=0.97，=0.98，=0.98，=0.87。則=0.795，故有。</p><p>　　但方案選擇電機(jī)經(jīng)變頻器調(diào)速，由于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)輸出功率也要下降，為了保證調(diào)速后電機(jī)功率大于負(fù)載，故應(yīng)按式（2—11）計(jì)算電機(jī)功率P，</p><p><b>　?。?—11）</b></p><

53、p>　　式中： ——電機(jī)實(shí)際輸出功率，kW；</p><p>　　——電機(jī)額定功率，kW；</p><p>　　——電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　低速時(shí)功率大，則 </p>&

54、lt;p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M2-8，其主要性能如</p><p>　　表（2—2）所示， </p><p>　　表22 電機(jī)參數(shù)表</p><p>　　至此可以算出工件最大扭矩</p><p>　　等效到電機(jī)軸上 N·m。</p><p>　　2.2.6電動(dòng)機(jī)的校核&l

55、t;/p><p>　　校核啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 =72.95N·m （2—12）</p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) =0.86＜2，所以滿足要求。</p><p><b>　　2.3變頻器的選擇</b></p>&l

56、t;p>　　西門子變頻器的全稱是“西門子交流變頻調(diào)速器”，是由德國(guó)西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，西門子變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。&l

57、t;/p><p>　　根據(jù)電機(jī)額定功率以及電流，選擇型號(hào)為MicroMaster440西門子變頻器。MicroMaster440是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器， 它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合?！?lt;/p><p>　　主要特征：200V-240V ±10%，單相/三相，交流，0.12kW-45kW

58、； 380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；</p><p>　　保護(hù)功能：過(guò)載能力為200%額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間3秒和150%額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60秒；過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)。</p><p><b>　　2.4減速機(jī)的選擇</b></p><p>　　2.4.1二級(jí)擺線針輪減速機(jī)工作原理</p&g

59、t;<p>　　擺線減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。 　　在輸入軸上裝有一個(gè)錯(cuò)位180度的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱軸承，形成H機(jī)構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中心孔即為行星套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒殼上一組環(huán)行排列的針齒銷相嚙哈，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在速比小的減速機(jī)中，針齒銷上帶有針齒套）。當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于擺線輪上齒廊曲線的特點(diǎn)及其受針齒殼上針齒銷

60、限制之故，擺線輪的運(yùn)動(dòng)成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏心套亦轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒差從而得到減速，再借助W輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.4.2二級(jí)擺線針輪減速機(jī)特點(diǎn)</p><p>　　擺線針輪減速器具有減速比大，傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，故障少，壽命長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪音小，拆

61、裝方便，容易維修，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，等特點(diǎn)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選取型號(hào)為BWE2715-43×17——7.5的產(chǎn)品。</p><p><b>　　2.5聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　主軸系統(tǒng)用到兩個(gè)聯(lián)軸器，分別是聯(lián)接電機(jī)與減速機(jī)以及減速機(jī)與軸。</p><p>　

62、　其中電機(jī)與減速機(jī)的聯(lián)接采用安全聯(lián)軸器，在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過(guò)事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。除了具有過(guò)載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動(dòng)機(jī)的帶載起動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動(dòng)的作用。根據(jù)電機(jī)軸的尺寸，選取型號(hào)為AMN2型。</p><p>　　減速機(jī)與主軸聯(lián)接所用聯(lián)軸器應(yīng)保證同軸性

63、，所以選擇鼓式齒形聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器選用規(guī)則，需按式（2—13）計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　《查機(jī)械設(shè)計(jì)》表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.3，則</p><p>　　=10198.27 N·m</p><p>　　按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸

64、器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用GICL8型鼓式齒形聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為14000N·m。半聯(lián)軸器的孔徑d=100mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=212mm。見(jiàn)圖（2-3）。</p><p>　　圖2-3 GICL8聯(lián)軸器</p><p>　　2.6傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2.6.1計(jì)算各軸（零件）轉(zhuǎn)速</p>&l

65、t;p>　　主軸：= 582/731=0.796r/min</p><p>　　卡盤：= /=0.796/3.98=0.20r/min</p><p>　　2.6.2計(jì)算各軸（零件）輸入功率</p><p>　　主軸：= 0.61kW</p><p>　　卡盤：= ×=0.59kW</p><p>　　

66、2.6.3計(jì)算各軸（零件）輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩： =12.59N·m</p><p>　　主軸：= 7844.82 N m</p><p>　　卡盤：= ××=30285.71N·m</p><p>　　各軸的輸出功率和轉(zhuǎn)矩則分別為輸入功率和轉(zhuǎn)矩乘以軸承效率0.98，整理以上數(shù)據(jù)

67、，見(jiàn)表（2—3）。</p><p>　　表 2-3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)表</p><p>　　2.7齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.7.1高速齒輪設(shè)計(jì)</p><p>　　選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)：</p><p>　　選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，自動(dòng)焊機(jī)速度不高，精度適中，選用7級(jí)精度（GB10095-88）。&l

68、t;/p><p>　　材料選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　試選小齒輪齒數(shù)z1＝40，大齒輪齒數(shù)z2＝40×3.98=159.2；按經(jīng)驗(yàn) ，初選螺旋角β＝14°。</p><p>　　按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：

69、</p><p>　　由式（2—14）進(jìn)行計(jì)算，即 （2—14）</p><p>　　1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 </p><p>　?。?） 試選＝1.6 。</p><p>　?。?） 由[1]圖10－30選取區(qū)域系數(shù)＝2.433。 </p><p>　?。?） 由[1]表10－7選取尺寬系數(shù)＝0.24。&

70、lt;/p><p>　?。?） 由[1]圖10－26查得＝0.79，＝0.92，</p><p><b>　　則＝＋＝1.71。</b></p><p>　?。?） 由[1]表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)＝189.8MPa。</p><p>　?。?） 由[1]圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限</

71、p><p>　?。?00MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限＝550MPa。 </p><p>　　（7） 已知按八小時(shí)工作制，兩班制生產(chǎn)，由[1]式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ：</p><p>　　＝60＝60×0.796×1×（2×8×300×15）＝3.44× </p><p&

72、gt;　?。?3.98＝8.64× </p><p>　?。?） 由[1]圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝1.55；＝1.35。 </p><p>　?。?） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 </p><p>　　取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由[1]式（10－12）得 </p><p><b>　?。?30MPa </

73、b></p><p>　　＝742.5MPa </p><p>　?。剑?36.25MPa</p><p><b>　　2） 計(jì)算。 </b></p><p>　?。?） 試算小齒輪分度圓直徑</p><p>　　= 285.77mm </p><p>　　因?yàn)橐c回

74、轉(zhuǎn)支承配合，回轉(zhuǎn)支承孔徑要大，則需放大齒輪分度圓直徑，故取=600mm。</p><p>　　（2） 計(jì)算圓周速度 </p><p><b>　　=0.025m/s</b></p><p>　?。?） 計(jì)算齒寬b及模數(shù) </p><p><b>　　b==144mm </b></p>

75、<p><b>　　=14.55mm </b></p><p>　　h=2.25=32.74mm </p><p>　　b/h=4.398 </p><p>　　（4） 計(jì)算縱向重合度 </p><p><b>　　=0.76 </b></p><p>　?。?）

76、計(jì)算載荷系數(shù)K </p><p>　　已知原動(dòng)機(jī)平穩(wěn)，載荷輕微震動(dòng)，查[1]表（10—2）取=1 .25；</p><p>　　根據(jù)v=0.025m/s,7級(jí)精度，由[1]圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)=1.01；由[1]表10—4查的=1.14;</p><p>　　由[1]表10—13查得=1.1; </p><p>　　由[1]表10—3查得=

77、=1.2。</p><p>　　故載荷系數(shù) =1.729 </p><p>　?。?） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（2—15）得 </p><p>　　=615.71mm （2—15）</p><p><b>　?。?） 計(jì)算模數(shù)</b></p><

78、;p><b>　　= 14.94mm</b></p><p>　　按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：</p><p>　　由[1]式(10—17 </p><p>　　1） 確定計(jì)算參數(shù) 。</p><p>　　（1） 計(jì)算載荷系數(shù) </p><p><b>　　=1.67</b>&

79、lt;/p><p>　?。?） 根據(jù)縱向重合度=0.76，從[1]圖10－28查得螺旋角影響系數(shù)</p><p><b>　?。?.915 </b></p><p>　?。?） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) </p><p><b>　　=43.79 </b></p><p><b>

80、　　=174.05 </b></p><p>　?。?） 查取齒型系數(shù) </p><p>　　由[1]表10－5查得=2.362；=2.13 </p><p>　?。?） 查取應(yīng)力校正系數(shù) </p><p>　　由[1]表10－5查得=1.678；=1.847 </p><p>　?。?） 由[1]圖10—

81、20c查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa，</p><p>　　大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa；</p><p>　?。?） 由[1]圖10—18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.98，=1.21;</p><p>　?。?） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力[] </p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，</p><

82、p>　　350MPa （2—16）</p><p>　　328.43MPa （2—17）</p><p>　?。?） 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。</p><p><b>　　=0.11324</b></p><p><b>　　=0.11979

83、 </b></p><p><b>　　大齒輪數(shù)值大。</b></p><p><b>　　2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 </b></p><p><b>　　=9.75mm。</b></p><p>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)

84、，要滿足量要求，故取=16mm。</p><p>　　=37.34，取=37，則=147.36，取=147。</p><p><b>　　幾何尺寸計(jì)算：</b></p><p>　　． 1） 計(jì)算中心距 </p><p>　　a=m(z1+ z)/2cos=1517.06 mm</p><p>

85、　　圓整后取 a=1517mm。</p><p>　　2） 按圓整后的中心距修正螺旋角 </p><p><b>　　β=arcos </b></p><p>　　3） 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 </p><p><b>　　mm </b></p><p>

86、<b>　　mm </b></p><p>　　4） 計(jì)算齒輪寬度 </p><p>　　=146.42mm。</p><p>　　取140mm，150mm。</p><p><b>　　小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　因齒輪齒頂圓直徑大于400mm，而又小于

87、1000mm，故選用輪輻式為宜。其他有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸參看圖（2—4）。 旋向?yàn)橛倚?lt;/p><p>　　圖 24 齒輪結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.7.2回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選擇</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)支承介紹：</b></p><p>　　回旋支承又叫轉(zhuǎn)盤軸承，回轉(zhuǎn)支承，有些人也稱其為：旋轉(zhuǎn)支承 ?；匦С性诂F(xiàn)實(shí)

88、工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，被人們稱為：“機(jī)器的關(guān)節(jié)”，是兩物體之間需作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又需同時(shí)承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的機(jī)械所必需的重要傳動(dòng)原件。隨著機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，回轉(zhuǎn)支承在船舶設(shè)備、工程機(jī)械、輕工機(jī)械、冶金機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、工業(yè)機(jī)械人、隧道掘進(jìn)機(jī)、旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)燈行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　其中單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、鋼球與圓弧滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾

89、翻力矩?；剞D(zhuǎn)式輸送機(jī)、焊接操作機(jī)、中小型起重機(jī)和挖掘機(jī)等工程機(jī)械均可選用。</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)支承選型：</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)中，回轉(zhuǎn)支承選型主要考慮承載力與尺寸兩個(gè)方面。</p><p>　　由于方案采用對(duì)稱布置回轉(zhuǎn)支承，故所受傾覆力矩，軸向力很小，不予考慮，主要參考尺寸確定型號(hào)，因?yàn)楹附訖C(jī)要進(jìn)行內(nèi)縫焊接，所以回

90、轉(zhuǎn)支承內(nèi)徑應(yīng)比最大工件外徑大，與徐州萬(wàn)達(dá)回轉(zhuǎn)支承廠家聯(lián)系后，所需回轉(zhuǎn)支承無(wú)標(biāo)準(zhǔn)件，但可以設(shè)計(jì)制造，回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)外形如圖2—5所示。</p><p>　　圖25 回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中所示為單列四點(diǎn)接觸球式外斜齒式回轉(zhuǎn)支承，旋向?yàn)樽笮?16mm。圖中尺寸值分別為： 機(jī)床移動(dòng)端采用單列四點(diǎn)接觸球式無(wú)齒式回轉(zhuǎn)支承，為方便與卡盤連接，其尺寸與外齒式一樣即可。變動(dòng)的尺寸為

91、b=157mm，去掉尺寸D。</p><p>　　2.8主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.8.1選擇軸的材料</p><p>　　由于該軸屬于載荷較大，但無(wú)很大沖擊的軸，根據(jù)[1]表15—1選擇材料為40調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　　2.8.2初步計(jì)算軸的最小直徑</p><p>　　當(dāng)軸的支撐距離未定時(shí)，無(wú)法

92、用強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d，見(jiàn)式（2—18）：</p><p><b>　?。?—18）</b></p><p>　　查[1]表15—3得=97，經(jīng)計(jì)算，d90.66mm。</p><p>　　軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，前面已經(jīng)選取聯(lián)軸器GIC

93、L8，其公稱轉(zhuǎn)矩14000N·m，半聯(lián)軸器孔徑=100mm，均滿足要求，故取該軸最小直徑=100mm。</p><p>　　2.8.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　擬定軸上零件的裝配方案：</p><p>　　經(jīng)分析比較，擬定圖（2—6）為軸的結(jié)構(gòu)外形。</p><p><b>　　圖 26 主軸</b>

94、</p><p>　　根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度：</p><p>　　1） 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故Ⅱ—Ⅲ段直徑=117mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=120mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度=212mm。為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ—Ⅱ長(zhǎng)度應(yīng)比略短些，取=210mm。</p>

95、<p>　　2） 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受徑向力和軸向力作用，因此選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)=117mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取2基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承32024，其尺寸為d×D×T=120×180×38mm，故==120mm；=38mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，由[2]查得32024軸承的定位軸肩高度h=4mm，因此，取=128

96、mm，軸環(huán)寬度b≥1.4h，取=15mm。</p><p>　　3） 取安裝齒輪處的軸段Ⅳ—Ⅴ的直徑=135mm，齒輪左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂寬度為150mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取=148mm，齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度h＞0.07d，故取h=10mm，則軸環(huán)處的直徑=155mm，取=15mm。</p><p>　　4）

97、 軸承端蓋的總寬度為25mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間距離=25mm，故取=50mm。</p><p>　　5） 取齒輪距箱體距離a=20mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體一段距離s=8mm。已知滾動(dòng)軸承寬度T=38mm，則。</p><p>　　至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。</p>

98、;<p>　　軸向零件的周向定位：</p><p>　　齒輪半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用鍵連接。按由[1]表6—1查得平鍵A型截面b×h=32×18mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為140mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，選取齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵A型為b×h×l=28×16×180mm，與軸配合為

99、。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位由過(guò)渡配合來(lái)保證，此處選軸的直徑尺寸公差為h6。</p><p>　　2.8.4求軸上載荷</p><p>　　首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖（2—6）做除皺的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖2—7a），在確定軸承位置時(shí)，應(yīng)從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取a值。對(duì)于32024型圓錐滾子軸承，查GB/T297—1994得a=29mm，因此作為簡(jiǎn)支梁的支承跨距=226mm，根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖2

100、—7b）。</p><p>　　圖 27 計(jì)算簡(jiǎn)圖、彎矩圖</p><p>　　求作用在小齒輪上的力：</p><p><b>　　圓周力</b></p><p><b>　　徑向力</b></p><p><b>　　軸向力</b></p>

101、;<p>　　其方向如圖（2—7a）所示。</p><p>　　1）確定支撐點(diǎn)處值 。</p><p><b>　　2）確定危險(xiǎn)截面</b></p><p>　　危險(xiǎn)截面發(fā)生在c處，</p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算，算得軸上載荷如表2—4所示</p><p>　　表 24 軸受力

102、表</p><p>　　2.8.5按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的齒輪才c截面強(qiáng)度，根據(jù)式（2—19）進(jìn)行校核：</p><p><b>　　(2—19)</b></p><p>　　軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，。</p><

103、;p>　　前面已選定軸材料為40調(diào)質(zhì)，由[1]表15—1查得，因此,故安全。</p><p>　　2.8.6軸承壽命的計(jì)算</p><p>　　1）已知軸承預(yù)計(jì)壽命。由所選軸承系列32024可查表知額定動(dòng)載荷C=242kN。</p><p>　　2)求當(dāng)量動(dòng)載荷P。</p><p>　　查[1]表13—6得到 =1.2.</p&g

104、t;<p>　　=15564.51N</p><p>　　3)演算軸承壽命。根據(jù)式（2—20）計(jì)算：</p><p><b>　?。?—20）</b></p><p>　　對(duì)于滾子軸承 ，=78700051.87＞72000，所以該軸承壽命符合要求 。</p><p><b>　　2.8.7鍵的校

105、核</b></p><p><b>　　聯(lián)軸器選用鍵校核：</b></p><p>　　1)已知該鍵b×h×l=28×16×180mm，T=7844.82N·m</p><p>　　2)鍵、軸、聯(lián)軸器材料都是鋼，查[1]表6—2得許用應(yīng)力=100~120MPa，取=110MPa。鍵的

106、工作長(zhǎng)度=180mm，接觸高度k=0.5h=8mm。根據(jù)式（2—21）進(jìn)行校核：</p><p><b>　?。?—21）</b></p><p><b>　　所以合適。</b></p><p><b>　　齒輪用鍵校核：</b></p><p>　　1)已知該鍵b×

107、h×l=32×18×140mm，T=7844.82N·m</p><p>　　2)鍵、軸、聯(lián)軸器材料都是鋼，查[1]表6—2得許用應(yīng)力=100~120MPa，取=110MPa。鍵的工作長(zhǎng)度=118mm，接觸高度k=0.5h=9mm。根據(jù)式（2—20）進(jìn)行校核：</p><p><b>　　所以合適。</b></p>

108、<p>　　2.9氣動(dòng)卡盤的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)內(nèi)外環(huán)縫同時(shí)焊接的工藝，卡盤是關(guān)鍵技術(shù)，由于工件尺寸較大 ，所以卡盤必須是大孔徑或超大孔徑，而且還要保證法蘭裝夾時(shí)的對(duì)中性。根據(jù)工件不同尺寸分析出，卡爪形成范圍至少大于430mm。針對(duì)以上技術(shù)要求，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)尚無(wú)與自動(dòng)焊機(jī)配套的自動(dòng)裝夾大孔徑氣動(dòng)卡盤。與廠家聯(lián)系協(xié)商后，可以進(jìn)行研發(fā)制造。新研制的大孔徑多爪氣動(dòng)卡盤的中心為大直徑通孔，

109、以便于內(nèi)縫焊槍及其組件通過(guò)。由于產(chǎn)品尚未研發(fā)出，其簡(jiǎn)易示圖如圖（2—8）所示。</p><p><b>　　圖2-8 卡盤</b></p><p>　　2.10潤(rùn)滑方式與密封裝置的選擇</p><p>　　2.10.1齒輪潤(rùn)滑</p><p>　　該焊接機(jī)齒輪傳動(dòng)為開(kāi)式齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始齒輪傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：</p>

110、;<p>　　1）齒輪直徑大，不能使用全密封式罩殼連續(xù)循環(huán)油潤(rùn)滑方法；</p><p>　　2）齒輪周節(jié)速度大；</p><p><b>　　3）傳動(dòng)載荷重等。</b></p><p>　　齒輪潤(rùn)滑主要處在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，其潤(rùn)滑屬于邊界全損耗潤(rùn)滑類型。大小齒輪嚙合時(shí)，在兩齒面間總有相對(duì)滑動(dòng)，在兩滑動(dòng)摩擦面之間一部份微凸體直接發(fā)生接

111、觸，一部份由潤(rùn)滑油接觸，這種潤(rùn)滑狀態(tài)稱為“邊界潤(rùn)滑”。邊界潤(rùn)滑的有效性由邊界膜的物理性能所決定，包括油膜厚度、剪切強(qiáng)度、內(nèi)聚力、粘附力、熔點(diǎn)等。</p><p>　　這些性能決定了開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑選用潤(rùn)滑油的原則為：</p><p>　　1) 根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定開(kāi)式齒輪傳動(dòng)載荷等級(jí)。</p><p>　　2) 邊界潤(rùn)滑條件下，必需選擇高粘度和粘附性強(qiáng)的潤(rùn)滑油，以確保

112、有一層連續(xù)的油膜保持在齒輪表面上。</p><p>　　3) 應(yīng)選擇添加有極壓抗磨劑的潤(rùn)滑油，以確保在齒傳動(dòng)摩擦的高溫下能生成抗極壓。</p><p>　　根據(jù)以上分析，選擇合成鋰基復(fù)合開(kāi)齒輪潤(rùn)滑油開(kāi)齒樂(lè)（Hi-Gear-20/20），屬極壓開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑專用油。防銹性和抗水性都很好。</p><p>　　2.10.2滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封</p><

113、;p>　　焊接機(jī)中滾動(dòng)軸承采用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。根據(jù)工作條件及選用要求，選錐入度小的潤(rùn)滑脂，最終選用MEP-2極壓鋰基潤(rùn)滑脂。</p><p>　　由于左軸承端蓋與軸之間有空隙，需要進(jìn)行密封。選用氈圈油封密封法，在軸承蓋上開(kāi)出梯形槽，將毛氈按標(biāo)準(zhǔn)制成帶型（尺寸大），放置在放置在梯形槽中以與軸密合接觸。見(jiàn)圖（2—9）。</p><p>　　圖 29 軸承組件</p>&l

114、t;p>　　2.10.3其它部件潤(rùn)滑</p><p>　　其他部件，例如回轉(zhuǎn)支承，減速器的潤(rùn)滑參照產(chǎn)品說(shuō)明說(shuō)，按要求進(jìn)行潤(rùn)滑劑的選擇和使用。</p><p>　　第三章 棱管法蘭自動(dòng)焊機(jī)移動(dòng)卡緊裝置設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1傳動(dòng)裝置的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　移動(dòng)床身座與放置在地面上的導(dǎo)軌配合，導(dǎo)軌上裝有齒條，床身上安裝有

115、電機(jī)與減速器，在減速器輸出軸上安裝齒輪與齒條嚙合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。具體內(nèi)容見(jiàn)裝配圖。</p><p>　　3.2電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)的選擇</p><p>　　3.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型</p><p>　　根據(jù)三相異步電機(jī)選用要點(diǎn)，例如要求，條件，環(huán)境等，選用三項(xiàng)籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，正反轉(zhuǎn)，電壓380V，Y型。</p><p>　　3.2.2選擇

116、電動(dòng)機(jī)容量</p><p>　　自動(dòng)焊機(jī)移動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為</p><p>　　kW （3—1）</p><p>　　式中 ──齒條所需的功率，kW；</p><p>　　──由電動(dòng)機(jī)至齒條的總效率。</p><p>　　齒條所需工作效率按式（3—2）計(jì)算</p>

117、<p><b>　　（3—2）</b></p><p>　　式中 ──床身移動(dòng)所受阻力，N；</p><p>　　──床身移動(dòng)速度，m/s；</p><p>　　移動(dòng)床身空載時(shí)重量主要組成為法蘭，回轉(zhuǎn)支承，卡盤以及床身，經(jīng)估算，總重G=57.90kN。查資料[2]導(dǎo)軌摩擦因數(shù)=0.2。移動(dòng)速度初選適中速度，令=0.2m/s。經(jīng)計(jì)

118、算，</p><p>　　電動(dòng)機(jī)至工件的傳動(dòng)總效率為</p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　式中，分別為聯(lián)軸器、二級(jí)圓柱齒輪減速器、齒輪齒條傳動(dòng)的效率。取=0.99，=0.96，=0.97。則=0.922，故有。</p><p>　　3.2.3齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì)</p><

119、p>　　輸出齒輪工作轉(zhuǎn)速為 （3—4）</p><p>　　式中 ──齒輪分度圓直徑，mm；</p><p><b>　　主要部件初步設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　齒輪的參數(shù)確定：</b></p><p><b>

120、　　設(shè)模數(shù)。</b></p><p>　　d=mz=136mm</p><p><b>　　齒條的參數(shù)確定：</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　=25.12mm</b></p><p><b&g

121、t;　　取z=400</b></p><p>　　按第二章齒輪公式經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后，上面參數(shù)滿足齒根彎曲強(qiáng)度，不滿足疲勞接觸強(qiáng)度，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)齒面磨損較小，故可取。齒條地面到齒根處距離為200mm。</p><p>　　所以，=28.10r/min。</p><p>　　查二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為=i·n=224.8~1124