1.0t普通座式焊接變位機工裝設計【含19張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 班 級 學生姓名 學 號 發(fā)題日期： 年03月10日 完成日期：畢業(yè)當年的 月 日 題 目 變位器工裝設計——1.0 t普通座式焊接變位機 1、 設計原始資料 焊接變位機是將工件回轉、傾斜，以便使工件上的焊縫置于水平和船形位置的機械裝置，主要用于機架、機座、機殼等非長形工件的焊接。 座式焊接變位機是應用最廣的一種焊接變位機，載重量一般為1~50噸，本設計主要進行1.0 t的通用型座式焊接變位機的設計，該裝備是以電動機—減速機驅動工作臺回轉并傾斜的焊接變位機械，是為適應相關工件焊接需要而出現(xiàn)的焊接裝備。 2、 設計各部分內(nèi)容及時間分配：（共 14 周） 第一部分 查閱文獻及調(diào)研 （ 1周 ） 第二部分 設計方案制定，并進行相關的計算校核 （ 2 周 ）第三部分 繪制設備結構與零部件圖 （ 8 周 ） 第四部分 論文書寫 （ 2周 ）第五部分 （ 周 ）評閱及答辯 （ 1周 ） 3、計算說明書內(nèi)容 1）文獻綜述 2）方案選擇與確定 3）結構計算與校核 4）計算結果與致謝 5）參考文獻 4、 應交出之圖紙及文件 1）完成A0當量圖紙大于3張， 2）設計說明書1份 3）英文翻譯大于10000字符 4）論文日志 5、 參考文獻 1）各類機械設計手冊 2）王政編，焊接工裝夾具及變位機械圖冊 3）前幾屆畢業(yè)學生的畢業(yè)論文 等等 指導教師： 年 月 日 審 批 人： 年 月 日 編號 畢業(yè)設計（論文） 相關資料 題目： 1.0t普通座式焊接變位機工裝設計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 目 錄 一、畢業(yè)設計（論文）開題報告 二、畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯及原文 三、學生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進度、檢查及落實表” 四、實習鑒定表 畢業(yè)設計（論文） 開題報告 題目： 1.0t普通座式焊接變位機工裝設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2012年11月25日 課題來源 本課題來自無錫華聯(lián)精工機械有限公司的生產(chǎn)實際。目前機械行業(yè)，特別是鍋爐行業(yè)有大量的管和板的焊接，管子和板的接合處為環(huán)縫焊接，為適應自動焊接，管與板要自轉，同時要傾斜45度，滿足船形焊接，要求設計該設備。 科學依據(jù)（包括課題的科學意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應用前景等） 在焊接過程中，我們經(jīng)常會遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，為了解決這一問題，焊接變位機就理所應當?shù)某霈F(xiàn)。它可以通過工作臺的回轉和翻轉，使待焊處置于合適位置，很好的和焊接設備結合使用，實現(xiàn)焊接的自動化，機械化，提高生產(chǎn)效率和焊接質量。概括來講，焊接變位機就是移動工件，使之待焊部位處于合適的位置的焊接輔助設備?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)變焊接的廠家已經(jīng)不少，但都不成規(guī)模。以變位機為主導產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機械有限公司、無錫市陽通機械設備有限公司、長沙海普公司、威達自動化設備有限公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到2010年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約130余種規(guī)格。然而在國際上，包括各種功能的產(chǎn)品在內(nèi)，有百余種系列。在技術上有普通型的，有無隙傳動伺服控制型的；產(chǎn)品的額定負荷范圍達到0.1KN～18000KN。 在先進工業(yè)國家，焊接變位機已標準化、系列化，并由專門廠家生產(chǎn)，技術指標先進，品種規(guī)格齊全，不僅有各種結構形式的通用焊接變位機，也有配合焊接機器人使用的高精度變位機。比較有名的國外公司有：瑞典的ESAB、意大利的ANSALDO、德國的CL00S、奧地利的IGM、美國的LINCOLN和日本的 機械株式會社 。他們的產(chǎn)品，我國都有引進，其中以引進ESAB公司的較多，蘭州石油化工機器廠在1991年就引進了該公司生產(chǎn)的30t焊接變位機；四川東方鍋爐廠為了核電站反應容器的生產(chǎn)，1997年也從該公司引進了100t的焊接變位機，長春焊機廠還從日本引進了生產(chǎn)焊接變位機的技術。配合焊接機器人使用的焊接變位機，在我國幾乎都是作為焊接柔性加工單元(FMC)和柔性加工系統(tǒng)(FMS)的組成部分一并引進的。據(jù)1995年的不完全統(tǒng)計，已引進約200多臺，主要用于汽車、工程機械等有關結構的焊接。 我國引進的焊機器人柔性加工單元中的變位機，也是針對特定產(chǎn)品研制的，因此價格較昂貴，而技術培訓及售后服務卻不理想。在技術方面，我國許多工廠引進的弧焊機器人系統(tǒng)己具有機器人與變位機協(xié)調(diào)運動的功能。這對一些空間曲線或較復雜的焊縫可以始終保持在最佳位置下進行焊接，以提高焊接質量，并能一次起弧就焊完整條焊縫，以提高效率。但是有關技術卻往往為外方廠家所壟斷，我們并不掌握。從提高我國焊接生產(chǎn)機械化與自動化水平的角度出發(fā)，必須加大科研投入，研制高性能的焊接機器人與配套變位設備，力求在自動化焊接領域在國際上占有一席之地。 研究內(nèi)容 本焊接變位機由工作平臺、回轉機構、翻轉機構、機座、控制裝置和焊接導電裝置組成。 ㈠工作臺 它用于工件的停放和固定。在臺面上開溝槽，表面經(jīng)網(wǎng)絡狀處理后增大了摩擦，一方面配合夾具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。 ⑴工作盤為直徑Φ3000的圓盤 ⑵用優(yōu)質鋼板焊接而成，在受力部位作了加強處理；退火處理，消除應力后加工。 ⑶工作盤固定在專業(yè)回轉體上，保證穩(wěn)定地承載和回轉。 ㈡回轉機構 ⑴工作臺固定在大型回轉支承上，保證額定載荷下的承載及回轉平衡；回轉機構用于帶動工件旋轉，便于焊頭對工件進行環(huán)形焊接。 ⑵工作臺底部采用型材焊接成形，在受力部位作加強處理，工作臺焊后進行去應力處理，變形小。 ⑶工作臺固定在回轉支承上，從而保證穩(wěn)定回轉。采用回轉支承承載，固有承載能力大，回轉精度高的特點。 ⑷轉支承采用“單排四點接觸球式回轉支承”（型號為012. 60. 2000 . ）由專業(yè)廠家生產(chǎn)。具有結構合理、剛性好、自重輕、壽命長等優(yōu)點。 ⑸工作臺的回轉由交流電機通過雙級擺線針輪減速器驅動，減速器輸出小齒輪與回轉嚙合，從而驅動工作臺回轉。 ⑹驅動小齒輪采用40Cr材質，并經(jīng)調(diào)質，齒面淬火處理，從而滿足高強度的傳遞使用。 ⑺驅動采用交流變頻無極調(diào)速，范圍廣，以保證在較寬調(diào)速范圍內(nèi)的恒扭矩輸出。 ⑻整個回轉機構安裝在箱型結構的橫梁翻轉框上，橫梁對工件進行支撐承載，并將工件的重量通過橫梁傳遞到兩邊立柱支架上，能承受大的沖擊載荷和扭曲力。采用箱型機構可以有效承載和抗扭能力。 ㈢翻轉機構 ㈠翻轉機構可使工件產(chǎn)生俯仰運動，改變工件的位置便于焊接； ⑵采用圓弧硬齒面蝸輪蝸桿減速器具有承載能力大，看沖擊能力強的特點，但成本是普通蝸輪蝸桿減速器的2-3倍。 ⑶翻轉工作原理：電磁制動電機-減速器-齒輪-大齒盤-工件，由大直徑和大模數(shù)的雙齒盤才實現(xiàn)工件的翻轉，平穩(wěn)可靠、承載效果好。 ⑷翻轉驅動裝置的小齒輪與傘齒嚙合，驅動機構翻轉； ㈣底座 ⑴機架采用型材焊接而成結構牢固可靠，是整個設備的支撐結構 ⑵為了保證強度，我們將底座聯(lián)接為整體，內(nèi)部行腔根據(jù)受力的情況焊接加強筋； ⑶底座的延伸支架腿長度應該達到超過其最大重心距的要求 ㈤工作機需要電動機輸入功率才能工作 一般原動機與工作機不直接相連，而是通過在兩者之間設置一個中間裝置，稱這個中間裝置為傳動裝置簡稱傳動；在機械中，傳動裝置的功用是根據(jù)工作機的工作提要實現(xiàn)某種減速、增速、變速、或改變運動形式的功能。工程實踐表明，傳動裝置是機械中重要的組成部分，在整機的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上決定整機的技術性能和運轉費用。因此，正確設計傳動裝置對保證整機的技術性能和質量指標都具有相當重要的意義。根據(jù)工作原理的不同，傳動分為兩類：機械傳動和電傳動。 ㈥選擇傳動形式時，應當考慮的主要指標 功率、效率、運動性能、外形尺寸、重量、生產(chǎn)率和成本等?，F(xiàn)分別闡述如下： ⑴功率 每種傳動所傳遞的功率大小與該傳動的工作原理、承載能力 、工作速度、效率 、材料和制造精度等因素有關。一般來說，嚙合傳動傳遞的功率高于摩擦傳動傳遞的功率，但是嚙合傳動中蝸桿傳動則因材料關系也不能傳遞大的功率。 ⑵效率 效率是評定傳動質量指標的一個重要參數(shù)。高的效率意味著節(jié)約動力。傳動效率低，一般不宜傳遞大的功率。通常嚙合傳動的效率高于摩擦傳動，但普通圓柱蝸桿的傳動可能低于摩擦傳動。 ⑶速度 速度是傳動裝置的一個主要運動特性。提高傳動的速度是機械的主要發(fā)展方向之一。影響速度的因素有動載荷和制造精度等。 ⑷傳動比 傳動比是傳動裝置的又一種運動特性。每種傳動因受外形尺寸或承載能力的影響限制，均有各自適用的最大傳動比值。此外，還應考慮傳動比值的準確性問題。對于要求精確傳動比的機械，不用摩擦傳動而采用嚙合傳動。 ⑸外廓尺寸、重量及成本 傳動裝置的外廓尺寸和重量與傳動零件材料的機械性和容許傳遞速度、容許傳遞功率密切相關。在上述條件確定下，單極傳動的外廓尺寸和重量主要取決于傳動形式。一般來說嚙合傳動比摩擦傳動輕巧，但成本高。嚙合傳動中，蝸桿程度和一些內(nèi)嚙合行星傳動的尺寸和重量通常小。 ⑹機構預期壽命 機構預期使用壽命為10年，每天兩班制，全年工作300個工作日記則其使用壽命為10*300*2*8=4800小時。 總之，綜合考慮各種情況，得出一個最優(yōu)設計方案，設計一個符合實際情況的焊接變位機。 擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析 通過對輸煤系統(tǒng)的實地考察，總結得出輸60噸焊接變位機的基本結構，工作方式與原理。然后根據(jù)考察的結果，再查閱相關書籍，確定基本的設計參數(shù)，進行初步的三維建模。交由指導老師檢查，修改。完成后，再對主要載荷部件進行校核。最后出主要零件的零件圖，編寫設計說明書。 可行性分析：《我國焊接輔助設備與器具制造行業(yè)前景分析》我國焊接工藝裝備制造行業(yè)起步較晚，直到二十世紀70年代初才在上海、成都、長春等地陸續(xù)建成一批專門生產(chǎn)焊接工藝設備的制造廠。進入80年代，隨著國內(nèi)焊接工藝裝備需用量的日益增長，各地又相繼成立多家中小型焊接裝備生產(chǎn)廠。近期又新建成或改建具有一定規(guī)模的焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)。迄今，我國已有24加焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)量2000萬元以上的已有10多家。有些企業(yè)發(fā)展速度較快，并已具有較大的規(guī)模，有些焊接設備已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。 研究計劃及預期成果 本焊接變位機由工作平臺、回轉機構、翻轉機構、機座、控制裝置和焊接導電裝置組成。此焊接變位機可解決鍋爐行業(yè)有大量的管和板的焊接，管子和板的焊接問題，主要體現(xiàn)在下面幾個方面： ⑴穩(wěn)定和提高焊接質量，保證其均一性 焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度等對焊接結果起決定行作用。采用焊接變位機焊接時對于每條焊接的焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊接質量受人的因素影響較小，降低了工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩(wěn)定的。而人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是變化的，因此很難做到質量的均一性。 ⑵改善了工人的勞動條件 采用焊接變位機焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗，使工人從大強度的體力勞動中解脫出來。 ⑶提高勞動生產(chǎn)率 焊接變位機沒有疲勞，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速高效焊接技術的應用，使用焊接變位機焊接，效率提高的更加明顯。 今年來我國對于焊接技術有很大的提高，有效提高生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強度。焊接變位機件大量應用于焊接生產(chǎn)中。 特色或創(chuàng)新之處 近年來我國焊接變位機行業(yè)占整個行業(yè)的40%以上，與焊接這個特殊的行業(yè)有關，焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段。 焊接變位機應具有以下技術要求：①回轉驅動實現(xiàn)無極調(diào)速，并可逆轉。②在回轉速度范圍內(nèi)，承受最大載荷時轉速波動不超過5%。③傾斜驅動應平穩(wěn)，在最大負荷下不抖動，整機不得傾覆。最大負荷Q超過25kg的，應具有動力驅動功能。④應設有限位裝置，控制傾斜角度，并有角度指示標志。⑤傾斜機構要具有自鎖功能，在最大負荷下不滑動，安全可靠。⑥變位機控制部分應設有供自動焊接的聯(lián)動接口。 我設計的焊接變位機也會按照以上要求設計，即注重實用性和安全性；同時性價比高，成本低。 已具備的條件和尚需解決的問題 已具備的條件：設計過程中所需要的各種軟硬件資源和相關產(chǎn)品實物照片。 尚需解決的問題：相關文獻資料的缺乏，對一些結構設計部分的具體設計指導，以及三維軟件的高級運用技巧。 指導教師意見 指導教師（簽名）：　 　 年 月 日 教研室（學科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領導簽名： 年 月 日 摘 要 焊接變位機也已成為制造業(yè)的一種不可缺少的設備，在焊接領域把它劃為焊接輔助機。就型式系列和品種規(guī)格而言，已問世的，約有十余個系列，百余個品種規(guī)格，正在形成一個新興行業(yè)。但是，有關焊接變位機的基本概念、型式與分類、主要技術參數(shù)等，存在不統(tǒng)一的問題。 本題目是設計能載重1.0t工件，進行全位置焊接的變位機械。主要內(nèi)容是關于焊接時機械的回轉翻轉的控制、電機選擇、減速器的選擇、各個軸和齒輪軸承的確定以及校核等等。 設計的具體過程是根據(jù)預定的載荷和要求的焊接速度從而確定設備所需要的電機類型，包括：電機的轉速、額定功率、電壓電流等，在此基礎上計算軸的尺寸和相應配件的型號，并且對其進行相關的強度、使用壽命等的校核，然后對一些外購件也進行選擇。最后使用CAD軟件將相關的零件圖?？傃b圖繪制出來。 選用的方法主要是機械設計的相關知識，使用到的有材料力學、金屬工藝學、Autocad等。 關鍵詞：焊接變位機；機械設計 Abstract Welding conjugation plane has become an indispensable manufacturing equipment , which is zoned welding assistant engine in the welding area. Patterns and varieties of specifications on the series, has been developed, some over 10 series, more than 100 varieties of specifications, a newly emerging industries. However, the welding machine conjugation basic concepts, patterns and classification, the main technical parameters, there are not uniform. This topic is designed to load 1.0t working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accuracy, and so on. The design process is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including : the rotational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the calculation of axle size and corresponding accessories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen. Finally related to the use of CAD software components map. GAD mapping out. The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, metal crafts science, Autocad. Keyword : welding conjugation machines, mechanical design. 目錄 第1章 緒論 1 1.1關于焊接變位機的幾個定義和基本的要求 1 1.2 幾種常見的焊接變位機的特點 3 1.3焊接變位機的變位 5 1.4變位機械中的機械傳動機構的選擇 5 1.5變位機的額定載荷 6 1.6焊接變位機械應具備的性能 7 1.7國際和國內(nèi)焊接變位機的發(fā)展 8 1.8任務的提出 10 第2章 焊接變位機的總體方案設計 11 2.1焊接變位機的總體設計和適用范圍 11 2.2焊接變位機的自由度 11 2.3設計方案的確定 12 第3章 設計與校核 15 3.1傳動比的假定和確定 15 3.2傳動裝置總效率的確定 16 3.3工作臺阻力矩的計算 17 3.4電動機額定功率的確定 18 3.5電動機轉速的確定 19 3.6電機類型的確定 20 3.7蝸輪蝸桿的設計 21 3.8 齒輪的設計與較核 24 3.9軸的設計 26 3.10軸的強度的校核[5] 28 3.11軸承的選擇和較核 29 3.12機架的設計 33 3.13 導電裝置的設計 34 3.14 減速器箱體 34 3.15其他外購件的選擇 36 結論 38 致謝 39 參考文獻 40 第1章 緒論 1.1 關于焊接變位機的幾個定義和基本的要求 1.1.1 焊接變位機的定義 在焊接過程中，我們經(jīng)常會遇到焊接變位以及選擇合適的焊接位置的情況，為了解決這一問題，焊接變位機也就理所應當?shù)某霈F(xiàn)了。它可以通過工作臺的回轉和翻轉，使待焊處置于合適位置，很好的和焊接設備結合使用，實現(xiàn)焊接的自動化，機械化，提高生產(chǎn)效率和焊接質量。但是，因為焊接變位機在我國的出現(xiàn)時間不長，相關的專門技術人員比較少，在工藝參數(shù)，尺寸規(guī)格，名稱上都沒有統(tǒng)一的標準，概括來講，焊接變位機就是移動工件，使之待焊部位處以合適易焊接的位置的焊接輔助設備，焊接變位機使被焊件任意一個焊縫變位船角焊，平焊合平角焊的理想焊接位置。 1.1.2 焊接變位機的類型和基本原理 它的類型很多，可以分為焊件變位機械，焊機變位機械和焊工變位機械，按照結構特點又可以分為若干類： 圖1—1變位器的派生形式示意圖 1.1.3 焊件變位機械的構件組成 焊件變?yōu)闄C械的主要功能是實現(xiàn)焊件的回轉，翻轉，或者既能翻轉又能回轉，使工件處于最便于裝配和焊接的位置。 包括： A翻轉機， B回轉臺， C滾輪架， D變位器。 1.1.4 焊機變位機械的類型： 按照結構形式分為A平臺式B懸臂式C門橋式 1.1.5 焊件變位機械的類型 按照動作可分為平移和升降兩種，又以升降者為多。 總之，盡管有很多類型，但是它們的基本結構和工作原理都是相通的，由工作平臺，回轉機構，翻轉機構，機座，電子控制裝置，焊接導電裝置等部分組成。 1.1.6 近年來焊接變位機有許多新的發(fā)展 上海交通大學焊接研究所研制成功集中新的變位機械： A 上車架總成同步空間定軌跡翻轉機 CAT系列履帶式挖掘機的上車架總成，工件尺寸龐大，并且需要正反面加工，如用普通翻轉機，裝夾很不安全，而且占地空間非常龐大。該機設計采用空間定軌跡變位技術，使工件在原地翻轉，最大限度地節(jié)省了占地空間。箱型變位結構采用雙驅動同步控制，有效保證空間變位時運動的平穩(wěn)性。而翻轉過程中工件的重心先被提升，再下降，從而使工件原始的裝夾位置較低，并采用由PLC控制的傳感器測控同步系統(tǒng)，可對運行誤差進行實時控制，使操作的安全性大大增加。與普通翻轉機相比，具有操作高度低，安全系數(shù)大，占地空間小等特點。同時，采用了普通電機非相關驅動同步控制技術，其制造成本遠小于伺服電機驅動系統(tǒng)。 B 下車架總成雙立柱升降式空間變位機 該機用于CAT系列履帶式挖掘機下車架總成結構件的焊接。下車架總成呈扁狀型箱式結構，焊接要求全空間變位，由于結構龐大，在空間變位時，不僅場地受限制，安全也存在問題。按以上要求研制的變位機。采用全空間變位設計：工作臺可作360度連續(xù)旋轉，同時可作360度空間翻轉。保證了焊接位置的最優(yōu)化變位。不僅方便了焊接生產(chǎn)，也大大提高了安全系數(shù)。 C 挖斗總成三軸空間焊接變位機 由于挖斗的焊縫較分散，一次裝夾焊接時焊縫的高低落差很大，操作不方便，針對該情況，上海交通大學焊接工程研究所設計的變位機工作臺具有升降、傾翻、旋轉3種運動方式，特別適合具有復雜焊縫的大型工件的全方位變位焊接。 圖1—2 座式變位機簡圖 圖1-3雙座式焊接變位機 1.2 幾種常見的焊接變位機的特點 1.2.1 座式通用變位機： 座式焊接變位機工作臺有一個整體翻轉的自由度。可以將工作翻轉到理想的焊接位置進行焊接。另外工作臺還有一個旋轉的自由度。該種變位機已經(jīng)系列化生產(chǎn)，主要用于一些管，盤的焊接 。具體形式見圖1-2。 1.2.2 U型雙座式頭尾雙回轉型 這種焊接變位機的焊接空間很大，工件可以被旋轉到需要的位置，設計先進，已經(jīng)在很多地方成功使用。具體形式見圖1-3。 1.2.3 L型雙回轉焊接變位機 該變位機有兩個方面的自由度，兩個方向都可以進行360度的任意回轉。開徜性好，容易操作，焊接效果不錯，很受使用者的歡迎。 隨著工程機械制造廠商對結構件的焊接質量、生產(chǎn)效率的要求小斷提高，對焊接工作的重要輔助設備—變位機的要求同樣在提高。結構件采用變位機焊接，對變位機提出的要求是:第一，要求組焊件上的焊道盡量避免遮擋，一次裝夾完成全部焊接工作;第一，要求各焊道能達到船焊位置，以保證焊縫質量;第下，要求裝卸工件時操作簡便、安全可靠;第四，要求焊接時操作高度最低，便于施焊。一般變位機可以滿足前幾項要求，但要求操作高度最低有一定限制，尤其對那些重量小大，但尺寸較大的結構件，降低焊接操作高度更為困難。L形雙回轉升降式變位機較好地解決這一難題，即在高位下變位，在低位置上焊接，此運動是由升降裝置完成的?，F(xiàn)己開發(fā)出基本型、加強型等一系列機型。通過配置不同的工裝夾具，可以適應多種工程機械結構件的焊接，己成功應用于履帶式挖掘機的動臂、上車架、下車架、履帶架等一些結構件上。 L形雙回轉升降式焊接變位機由：底座、升降機構、大回轉機構、小回轉機構、，以及電氣控制部分組成。 （1）底座 底座是由槽鋼焊接而成的框架結構，是變位機的基礎部分，兩條向前仲出的H形支腿起到平衡變位機重心的作用，支腿具有足夠的強度和剛度，以保證變位機工作時的穩(wěn)定性。底座用預理地腳螺栓或膨脹螺栓與地面緊連接在一起。 （2）升降和L構 升降和L構形成變位機的直線運動自由度，其主體是用槽鋼焊接而成的框架結構，有足夠的強度和剛度，用以支承大、小回轉部分。其傳動機構是由電機直聯(lián)型擺線針輪減速機，通過聯(lián)軸器驅動絲杠旋轉，絲杠帶動螺母上下運動，使與之相連的滑座上下移動，滑座固定在直線導軌上，滑座帶動與其相連的大、小回轉部分上下運動。上下限位由行程開關控制，同時設有機械限位擋塊，確保機構安全。 （3）大回轉機構 大回轉機構傳動鏈為:制動電機--蝸輪蝸桿減速機--小齒輪--回轉支承，可以全回轉。回轉支承作為動力輸出元件與小回轉機構箱形梁連接，帶動小回轉機構實現(xiàn)士3600全回轉。大回轉機構整體通過導軌座和滑座與升降結構相連。 （4）小回轉機構 小回轉機構屬于末級傳動，與大回轉機構的傳動結構類似，也可以實現(xiàn)士3600全回轉。小回轉機構通過箱形梁與大回轉機構連接，箱形梁起到承載和連接作用，在箱形梁與大回轉機構連接處安裝有下相導電滑環(huán)為小回轉電機供電?；剞D支承輸出端連接工作盤，工件通過夾具安裝在工作盤上。 （5）電氣控制部分 電氣控制部分裝在獨自的電控箱中，面板上裝有各機構動作按鈕和指示燈，為便于現(xiàn)場遠距離操作，電控系統(tǒng)配有手控盒，手控盒上裝有各動作按鈕和急停開關，控制按鈕線控并聯(lián)控制(與電控箱中各按鈕并聯(lián))。電控系統(tǒng)基本配置包括升降電機、大小回轉電機的控制以及安全防護裝置。在本設計中沒有過多的提到。 總電源開關采用帶漏電保護裝置的斷路器，不僅有效地進行過流短路保護，還對電氣設備、器件絕緣使用的降低和操作人員觸電進行有效的漏電保護。 操作面板和手控盒上都裝有急停開關按鈕，當出現(xiàn)可能危及人身或設備安全的緊急情況時，只要按下此按鈕，整機電源立即斷開，從而保證人員與設備的安全。 工程機械中有很多較大的結構件，采用普通的變位機時，需要中心高較大才能轉過去，變位后工件位置過高焊接操作方便;采用本變位機可以旋轉到位后將工件高度降下來，操作方便安全。 對于中小型結構復雜的結構件，更顯示出其獨特的優(yōu)越性可以變換不同的方位進行手工焊接。其特點是具有更大的開敞空間、多種變換位置、較小的占地面積，是一種性能優(yōu)越的機型。 1.2.4 C型雙回轉焊接變位機 該種變位機適合焊接裝載機的鏟斗、挖斗等部件。 1.3 焊接變位機的變位 在設計變位機的時候，除了主自由度外，還應該考慮輔助的變位自由度，回轉、翻轉是主自由度，可以添加上升等自由度。 對于一些焊接位置簡單的焊件，用簡單的回轉自由度就可以解決，但是對于位置復雜的構件必須有不同的自由度。 為了解決這個問題，出現(xiàn)了使用不同的變位機聯(lián)合使用，增加焊接的自由度。 1.4 變位機械中的機械傳動機構的選擇 設計電力驅動的變位機方案時，需要選擇從電機到工作臺之間的機械傳動方式和相應的傳動機構。在選擇之前必須根據(jù)裝配和焊接工藝過程的特點明確下列要求： A 對變位機械的功能要求 指變位機械應該能實現(xiàn)什么動作，如平移、升降或者回轉等。去國是平移，是直線平移還是曲線平移；去國是回轉運動，是連續(xù)回轉還是間歇翻轉等。 B 對運動速度的要求 必須明確是快速還是慢速，是恒速還是變速，是級變速還是無級變速。 C 對傳動平穩(wěn)性和精度的要求 例如，用于自動焊接的變位機，就要求傳動具有較高的精度，這時就可以選擇蝸桿傳動和齒輪傳動。 D 對自鎖、過載的保護，吸振等能力的要求 一般升降用的或翻轉用的以及有傾覆危險的傳動，為了安全，傳動機構必須有自鎖能力。傳動方式和其相應的傳動機構可能有多個，這時就要從它們之間的傳動功率大小、尺寸緊湊程度，傳動效率高低和制造成本來綜合考慮后擇優(yōu)選定了。 1.5 變位機的額定載荷 焊接變位機的基本載荷就是焊件的重量。 在國際上，第一主參數(shù)的量綱沒有統(tǒng)一。對這一問題，需要做些討論。在歐洲，如德國Severt公司、CLOOS公司，瑞典ESAB公司等，用重力單位N表示；美國Aroson公司用英美制質量單位Lbs（磅）表示；日本某些公司用國際質量單位kg表示；我國的焊接變位機行業(yè)標準，采用了國際質量單位kg，但鼎盛公司采用了重力單位kN。如此可見，在我國乃至國際上，焊接變位機第一主參數(shù)的量綱還沒有統(tǒng)一。其次，對這一主參數(shù)的稱呼也不統(tǒng)一。最大負荷kg、最大負荷N（Max load N）、基本承載能力Lbs（Base load capacity in pounds）、承重能力Lbs（Weight capacity Lbs）、許用載荷kg（許容荷載）、最大有效負荷（Max. payload）等等。 從量綱發(fā)展的歷史分析，用力和質量兩種單位，各有個的道理。但是，無論是從行業(yè)管理的角度考慮，還是從科學計算的角度考慮，都應統(tǒng)一。一般認為量綱的確定，在于一個概念，如果衡量焊接變位機的能力，選擇負荷單位，即第一主參數(shù)用重力表示，那么，他的量綱應該用N、kN。與此相關的回轉技術參數(shù)力矩，應該用Nm、kNm表示，這樣，與國際單位制就統(tǒng)一了。 焊接變位機是涉及人身安全的產(chǎn)品。對用戶選擇產(chǎn)品負荷等級，應該是明確的。諸如上述的最大負荷（kg、N）或許用載荷（kg、N），都不能說準確的表達了這個量?，F(xiàn)在給定一個公式：F == kd m g n （ 1-1） 式中：m為焊件質量；g為重力加速度，即mg為重力；kd為動荷系數(shù)；n為安全系數(shù)。稱F為額定承載能力或額定負荷。動荷系數(shù)kd、安全系數(shù)n，應在產(chǎn)品設計時確定。在樣本或使用說明書中給用戶提供選擇方法。 1.6 焊接變位機械應具備的性能 通用的焊接變位機械應具備的性能是[1]： （1）焊接變位機械和焊機變位機械要有較寬的調(diào)速范圍焊接運行速度，以及良好的結構剛度。 （2）對尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。 （3）在傳動鏈中，應具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，焊件因重力作用而發(fā)生事故。 （4）與焊接機器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊件變位機械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度(點位控制)和運行軌跡精度(輪廓控制)應控制在0.1—2mm之間，最高精度應可達0.01mm。 （5）回程速度要快，但應避免產(chǎn)生沖擊和振動。 （6）有良好的接電、接水、接氣設施，以及導熱和通風性能。 （7）整個結構要有良好的密閉性．以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等物．應易被清除。 （8）焊接變位機械要有聯(lián)動控制接口和相應的自保護功能集中控制和相互協(xié)調(diào)動作。 （9）工作臺面上應刻有安裝基線，裝各種定位工件和夾緊機構。 （10）兼作裝配用的焊件變位機械抗沖擊性能。并設有安裝槽孔，能方便地按其工作臺面要有較高的強度和抗沖擊性能。 （11）用于電子束焊、等離子弧焊、激光焊和釬焊的焊件變位機械，應滿足導電、隔磁、絕緣等方面的特殊要求。 1.7 國際和國內(nèi)焊接變位機的發(fā)展 1.7.1 美國Aroson公司 美國Aroson公司生產(chǎn)的焊接設備有焊接變位機、操作機、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產(chǎn)的焊接變位機，主要類型為傾翻—回轉式、傾翻—回轉升降式、雙座雙回轉式，雙座單回轉式和雙座單回轉升降式。其承載能力范圍為11 kg～1810噸。 A 手動雙回式。C 系列，型號C1000、2000、4000。承載能力25磅～4000磅。 B 小型傾翻-回轉式。LD系列，型號LD 60N、150N、300N，承載能力分別為132磅、330磅、660磅。 C 傾翻-回轉式，傾翻角度135°。D、HD系列，承載能力314磅～7萬磅 D 傾翻-回轉（換銷）定位升降式，傾翻角度135°。AB系列（30～ AB1200），承載能力4300磅～12萬磅。 E 傾翻-回轉（齒輪齒條）無級升降式，GE系列，傾翻角度135°，型號（GE25～GE3500，承載能力2500磅～35萬磅。 F 傾翻-回轉式，傾翻角度90°，G系列，G400～G4-MEGA型，承載能力4000磅～400萬磅。 G 雙座雙回轉式，DCG系列，最大產(chǎn)品承載能力為500噸。 H 單回轉式HTS 系列，HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承載能力為500磅～24萬磅。 I 單回轉（齒輪齒條）升降式，HTS- GE系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承載能力為500磅～24萬磅。 1.7.2 德國LCOOS公司 德國LCOOS公司是國際上生產(chǎn)焊接設備的大型公司之一。生產(chǎn)焊接機器人、焊機等產(chǎn)品。也生產(chǎn)作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。在我國，除可見到與焊接機器人系統(tǒng)配套進口的L型雙回轉式、傾翻-回轉式和單回轉式變位機外，還生產(chǎn)臥式單座單回轉WPV、立式單回轉RR502以及各種多軸焊接機器人配套的變位機，如立式多工位2×臥式單回轉R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2×C型雙回轉式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2×傾翻-回轉GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2×傾翻-回轉×單回移動轉式GR-WPK 2-CD（9軸）等。這些產(chǎn)品的主參數(shù)，最大允許承載能力（max. admissible load capacity）用N表示。 1.7.3 日本松下（Panasonic）公司 日本松下公司也是機器人制造公司。這個公司生產(chǎn)的機器人外部設備—焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等做成了標準模塊，集合而成這些產(chǎn)品系列。按軸數(shù)和結構型式分類。1軸變位機3個系列，即：立式單回轉、臥式單座單回轉、雙座單回轉式；2軸變位機有5個系列，即：C、L、H、準L型雙回轉式及2×臥式單座單回轉式；3軸變位機有3個系列，即：立式多工位2×立式單回轉、臥式多工位2×雙座單回轉式、2×臥式單座單回轉式；5軸變位機有1個系列，立式多工位2×L型雙回轉式。最大有效負荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。 1.7.4 國內(nèi)變位機的產(chǎn)品簡介 現(xiàn)在我國生產(chǎn)焊接變位機的廠家已經(jīng)不少，大都不成規(guī)模。以變位機為主導產(chǎn)品發(fā)展起來的企業(yè)，尚未形成。天津鼎盛公司工程機械有限公司、無錫市陽通機械設備有限公司、長沙海普公司、威達自動化焊接設備公司等單位生產(chǎn)的變位機在國內(nèi)占有較大市場。到2000年，國內(nèi)已開發(fā)的變位機產(chǎn)品約70余品種規(guī)格。以下簡述這些變位機的基本型式。 A 全雙回轉式。包括L、H(雙座)、C型雙回轉式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列)。 B 傾翻-回轉式焊接變位機（BZ2C-系列）。 C 單回轉式焊接變位。 包括三種型式：雙座單回轉式（BZ-、BZ1--、BZA--、BZA1--系列）、雙座單回轉尾架移動式（BZY--、BZAY-、BZA1Y-系列）、單座單回轉（立式BZAL-、BZL-，臥式BZW-、BZAW-斜式BZAX-系列）。 以上基本型產(chǎn)品發(fā)展了17個系列，主要為普通型，用于手把焊。此外，還有調(diào)速型、聯(lián)控型（PLC、微機控制）和機器人配套型產(chǎn)品。 與焊接機器人配套用的變位機，開發(fā)了十余個品種。包括：工位變換變位機（不參與焊接），如，立式雙工位、四工位、八工位變位機，雙座單回轉式雙工位和傾翻回轉式雙工位變位機等；與機器人配套焊接變位機（機器人外部軸），如，傾翻-回轉伺服傳動式、雙座單回轉伺服傳動式、多軸單回轉伺服傳動式等。 1.8 任務的提出 焊接變位機尚屬新興行業(yè)，很多都屬于廠家自己制定規(guī)格，自主研制，特別是在大噸位焊接變位機的設計方面，有許多發(fā)展的空間，在總結國內(nèi)外關于焊接變位機的設計研制和使用方面的經(jīng)驗和存在的問題的前提下，本論文主要設計一個普通座式焊接變位機。 1.8.1 設計要求： （1）變位機具有兩個主自由度：回轉和翻轉； （2）變位機的最大載重量為1.0t； （3）變位機的動力來源于兩個電動機； （4）本設計的機械傳動部分包含圓柱齒輪傳動，蝸輪蝸桿傳動，v型帶傳動 （5）要求結構簡單，操作方便，還應該節(jié)省材料。 1.8.2 主要的設計內(nèi)容： （1） 方案的優(yōu)化設計； （2） 傳動比和傳動效率的計算； （3） 回轉和翻轉力矩的計算； （4） 傳動部分各部件尺寸的計算和強度的校核； （5） 機架和導電機構的設計； （6） 傳動部件的潤滑條件分析。 第2章 焊接變位機的總體方案設計 2.1 焊接變位機的總體設計和適用范圍 焊接變位機設計是為了滿足焊接生產(chǎn)的功能，分析設計時要從該變位機在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的功能來考慮： 對待焊接部件的裝夾和固定； 1、 在設計參數(shù)許可的范圍內(nèi)對不同外形部件的焊接； 2、 使焊接工件能夠沿著一定的軌跡運動到合適的焊接位置； 3、 對常見的工作環(huán)境能夠適應。 4、 能適應尺寸要求下的不同形狀的工件焊接； 5、 結構簡潔，外形尺寸小，成本低； 6、 多數(shù)采用標準件，方便制造。 本焊接變位機適用與中小工件的手工焊接，自動焊接等。能有效的將工件調(diào)整到合適的焊接位置。特點是操作簡單，安全，成本較低。 表2-1設計的基本數(shù)據(jù) 基本承載能力（噸） 1.0 工作臺直徑（mm） 1000 翻轉角速度(r/min) 0.5r/min 翻轉角度（度） 0~120 工作臺的回轉角度 0~360 工作臺回轉角速度 0.1~0.6r/min 2.2 焊接變位機的自由度 本焊接變位機的主自由度為回轉和翻轉，此外，還有其他一些輔助的自由度，像升降自由度。 另外，還有一些變位機，為了適應焊接工位的要求，添加一些與施焊無關的自由度，并且可以根據(jù)需要而將兩臺或者更多的焊接變位機組合起來，形成多組合自由度的變位機產(chǎn)品。 （1）用主自由度設計變位機，可有三種基本型式。單回轉式，其轉角為±360o·n；雙回轉式，其轉角為一個為±360o·n，另一個為±180o～±360o·n；傾翻-回轉式，其轉角一個為±360o·n，另一個為±（0o～90、135o）。 （2）多自由度產(chǎn)品設計，在上述基本型產(chǎn)品上，增加輔助自由度。 （3）多自由度組合結構設計，把兩種或兩種已上基本型產(chǎn)品組合設計而成。 2.3 設計方案的確定 本焊接變位機由工作平臺、回轉機構、翻轉機構、機座、控制裝置和焊接導電裝置組成。 2.3.1 工作臺 它用于工件的停放和固定。在臺面上開溝槽，表面經(jīng)網(wǎng)絡狀處理后增大了摩擦，一方面配合夾具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。 2.3.2 回轉機構 用于實現(xiàn)工作臺上工件的回轉。其中有很多傳動部分的設計。 傳動機構設計的一般原則： A. 小功率傳動 選擇結構簡單、標準化較高的類型。 B. 大功率傳動 首要考慮因素是傳動的效率，減低功率的損耗。 C. 易出現(xiàn)過載和載荷變化較大的傳動 選擇有過載保護和能起緩沖作用的傳動機構。常見的如帶傳動。 D. 工作環(huán)境較差 選擇封閉的齒輪和鏈傳動。 E. 傳動精度要求較高 選擇蝸桿或者加工精度高的齒輪傳動。 在設計中，一般采用兩個或者兩個以上的傳動機構，如兩級蝸桿傳動。這種情況下要考慮傳動機構的布置，因為這對整個傳動機構的平穩(wěn)和效率都有影響，并且還影響機械的外形和尺寸。 傳動機構布置的原則： 帶傳動 承載能力小，在傳動相同功率時，效率相比齒輪和蝸輪蝸桿要低，但是它的傳動穩(wěn)定性較好，并且緩沖好，故一般將其布置在傳動的高速級。 齒輪傳動 傳動效率高，又分為斜齒輪、圓柱齒輪、圓錐齒輪等，傳動平穩(wěn)性和均勻性逐個升高，故布置時也有低速級到高速級。 鏈傳動 傳動不均勻，布置在低速級，在這次設計中并沒有使用到鏈傳動。 蝸桿傳動 承載能力比齒輪低，一般布置在高速級。 改變運動形式的傳動，如：連桿傳動、凸輪傳動、螺旋傳動等，一般布置在傳動機構的最后一級。 2.3.3 工作機需要電動機輸入功率才能工作 一般原動機與工作機不直接相連，而是通過在兩者之間設置一個中間裝置，稱這個中間裝置為傳動裝置簡稱傳動；在機械中，傳動裝置的功用是根據(jù)工作機的工作提要求實現(xiàn)某種減速、增速、變速、或改變運動形式的功能。工程實踐表明，傳動裝置是機械中重要的組成部分，在整機的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上決定整機的技術性能和運轉費用。因此，正確設計傳動裝置對保證整機的技術性能和質量指標都具有相當重要的意義。根據(jù)工作原理的不同，傳動分為兩類：機械傳動和電傳動。 2.3.4 選擇傳動形式時，應當考慮的主要指標 功率、效率、運動性能、外型尺寸、重量、生產(chǎn)率和成本等?，F(xiàn)分別闡述如下： （1） 功率 每種傳動所傳遞的功率大小與該傳動的工作原理、承載能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有關。一般來說，嚙合傳動傳遞的功率高于摩擦傳動，但是嚙合傳動中的蝸桿傳動則因齒面相對滑動速度較大，導致發(fā)熱大而效率較低而不宜傳遞大的功率，同步齒形帶傳動則因材料關系也不能傳遞大的功率。 （2） 效率 效率是評定傳動質量指標的一個重要參數(shù)。高的效率意味著節(jié)約動力。傳動效率低，一般不宜傳遞大的功率。通常嚙合傳動的效率高于摩擦傳動，但普通圓柱蝸桿的傳動可能低于摩擦傳動。 （3） 速度 速度是傳動裝置的一個主要運動特性。提高傳動的速度是機械的主要發(fā)展方向之一。影響速度的因素有動載荷和制造精度等。在常規(guī)傳動中，除螺旋傳動和鏈傳動外嚙合傳動的容許速度一般高于摩擦傳動。 （4） 傳動比 傳動比是傳動裝置的又一運動特性。每種傳動因受外形尺寸或承載能力的影響限制，均有各自適用的最大傳動比值。此外，還應考慮傳動比值的精確性問題。對于要求精確傳動比的機械，不用摩擦傳動而采用嚙合傳動。 （5） 外廓尺寸、重量及成本 傳動裝置的外廓尺寸和重量與傳動零件材料的機械性能和容許傳遞速度、容許傳遞功率密切相關。在上述條件確定下，單級傳動的外廓尺寸和重量主要取決于傳動形式。一般來說嚙合傳動比摩擦傳動輕巧，但成本高。嚙合傳動中，蝸桿傳動和一些內(nèi)嚙合行星傳動的尺寸和重量通常最小。 2.3.5 設計中傳動方式的確定 采用哪一種傳動形式，應根據(jù)具體情況具體分析，不僅考慮到技術性能指標，同時還要考慮經(jīng)濟成本，對提出的各種方案應在綜合比較它們的技術——經(jīng)濟指標后才可做出決策，在這次設計中，考慮了上述因素，我選擇的傳動形式有下面幾種： （1）回轉機構 在回轉機構中，有三級傳動：V型帶傳動、第一級蝸輪蝸桿傳動、第二級蝸輪蝸桿傳動。 V型帶傳動：將電動機輸出的動力傳遞到變位機的機械部分。 蝸輪蝸桿傳動：電動機的功率經(jīng)過帶傳遞以后，還需要進行轉速的降低，蝸輪蝸桿傳動的特點就是減速比很大，并且傳動過程中，能量損失很小，傳動效率高。 （2）翻轉機構 在翻轉機構中，也有三級傳動，都是圓柱齒輪傳動。 第3章 設計與校核 焊接變位機由工作平臺，回轉機構，傾斜機構，基座，電氣控制機構和焊接導電裝置等組成。 表3-1設備的基本數(shù)據(jù)參數(shù) 基本承載能力（噸） 1.0 工作臺直徑（mm） 1000 翻轉角速度(r/min) 0.5r/min 旋轉角度（度） 0~120 工作臺回轉角速度 0.1~0.6r/min 3.1 傳動比的假定和確定 工作臺回轉機構 預設電動機的轉速為1000r/min，預先設定的工作臺回轉速度為0.1~0.6r/min。 根據(jù)i=電機轉速/工作臺轉速=1000/0.1~0.6=1660~10000 選2000 工作臺翻轉機構 預設電機轉速為1500r/min。工作臺翻轉速度為0.5r/min 根據(jù)i=電機轉速/工作臺轉速=1000/0. 5=3000，選i=3000 3.1.1 回轉機構 采用兩級蝸桿減速器作為第一級減速機構，該減速器的減速比在200~900之間。 圖3-1 擺線針輪減速器型號示意 選用傳動比為：500 電機外的第一級傳動采用V帶傳動，傳動比為：4 3.1.2 翻轉機構 在翻轉機構設計中，選用擺線針狀減速器作為第一級減速機構，該減速器屬于外購件，各個字母所代表的含義見圖3-1。從圖中得知：BWED130-473-0.75，B-B系列擺線針輪減速W-臥式安裝；D-普通型動力源；130-機型號；473-傳動比；0.75-電機功率。傳動比：473，翻轉機構有三個齒輪傳動，傳動比為i=6 3.2傳動裝置總效率的確定 3.2.1 蝸桿傳動的效率 A 第一級蝸桿的效率。 第一級蝸桿是圓弧面油潤滑，它的傳動效率在0.85~0.95之間，取0.95；并且蝸桿的兩端有一對滾動軸承，潤滑正常，傳動效率取0.97；所以得到，第一級蝸輪傳動的總效率為0.92 B 第二級蝸桿的傳動效率。 第二級蝸桿也是圓弧面油潤滑，傳動效率也取0.95；兩端采用一對潤滑良好的滑動軸承，其傳動效率為0.97；在蝸桿上，還有一個滑動軸承，潤滑正常，傳動效率為0.97；所以，第二級蝸桿傳動的效率為0.89 C 第三級傳動是V帶傳動。 平帶傳動的精度低，但是平穩(wěn)性好 ，并且不會產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，還能起到過載保護作用。從參考文獻[1]得到傳動效率取0.98； 所以，回轉機構總的傳動效率為0.81 3.2.2 翻轉機構的傳動總效率 擺線針狀減速器的傳動效率在0.90~0.97 之間，選0.95[2]； 在減速器外連接的三個圓柱齒輪的傳動效率在0.96~0.99之間，為計算方便，都取0.98； 在連接中還有兩個滑動軸承，傳動效率取0.96； 綜合得到，翻轉機構的總傳動效率為0.86。 3.3 工作臺阻力矩的計算 3.3.1 回轉機構 回轉機構主要由一級帶傳動和兩級蝸輪蝸桿傳動構成，傳動比較大，傳動效率也不低。 圖3-2 回轉機構力矩計算示意 注：e—綜合重心到軸心的距離；fc—滾動摩擦系數(shù)；fc=0.01；f—軸頸處的滾動摩擦系數(shù)，取0.01。 從圖譜中得：l=440mm Da=45mm Db=80mm dc=40mm Q= =Q= Q=G=12000。 由于焊接件是規(guī)則的幾何形狀，并且考慮到安裝偏差等因素，按照極限情況考慮取e =100mm，得到： Q=Q=2727N 根據(jù)轉距計算公式 （3-1） 得到： T’=0.50.01(272745+272780)=1704（N.mm） 根據(jù)公式： T”=fcdcQc 得到： T”=0.014012000=4800（N.mm） （3-2） 所以，總的阻力矩 T=k(T”+T’)=1.2[4800+1704=7805(N.mm) 3.3.2 翻轉機構 圖3-3 翻轉機構力矩計算示意 翻轉機構的力矩由公式 T=G0.01 （3-3） 式中： d —軸徑， d=90mm 從而得到： =12045=5400（N.mm） 3.4 電動機額定功率的確定 3.4.1 電機容量的確定 標準電動機的容量用額定功率表示 ，所選電動機的額定功率應該等于或稍大于工作要求的功率，也就是： P額定=（1~1.3）Pd Pd—機械要求電機輸出的功率 Pd =Pw/電機至工作機械之間的傳動裝置總效率 機械所需的輸入功率Pw由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得： 當直線運動時 Pw= （3-4） 當回轉運動時 Pw= （3-5） 式中： F——工作機的阻力（N） Vw——工作機的線速度（m/s） T——工作機的阻力矩（N.m） ——工作機的效率 nw——工作機的轉速（r/min） 工作機效率選取0.8 3.4.2 回轉機構電機額定功率的確定， 由公式 P額定=（1~1.3）Pd （3-6） Pd =Pw/ （3-7） 得到 P額定=0.45kw 3.4.3 翻轉機構電機額定功率的確定 P額定=（1~1.3）Pd Pd =Pw/ 得到 P額定=0.49KW 3.5 電動機轉速的確定 P額定相同的電動機有不同的轉速。我所選擇的Z2系列直流電動機有以下幾種轉速供選擇：3000r/min~600r/min。電機的轉速高，傳動結構的尺寸也增大，成本高，所以應當綜合考慮選用合適的電機轉速。 具體的轉速由下面的公式確定： （3-8） 式中： n’d——電動機可選轉速范圍（r/min）； ——傳動裝置總傳動比的合理范圍； i’1…i’n——各級傳動比的范圍； n——工作機的轉速。 根據(jù)公式得到： A 回轉機構電機的額定轉速范圍 n’d=I’a n=2000（0.1~0.6）=200~1200 B 翻轉機構電機的額定轉速的范圍 n’d=I’a n=28000.5=1420 由此，確定電機的轉速為 1500r/min。 3.6 電機類型的確定 3.6.1 回轉部分 考慮到理論計算與實際的差距，經(jīng)濟性，可靠性等，選用額定功率為0.6KW的Z2－22電動機，具體參數(shù)見下表： Z2系列小型直流電機為中華人民共和國機械工業(yè)部JB1104-68部頒標準所規(guī)定的標準系列小型直流電機。 Z2系列電機根據(jù)使用要求可制成濕熱地區(qū)使用的具有防潮、防霉、防鹽霧性能的濕熱帶型（TH）直流電機。 型號含義：Z表示“直”流，2表示第二次全國定型設計，橫線后數(shù)字表示機座號與鐵心長短，例如Z2-11前一個1代表1號機座，后一個1代表短鐵心，而Z2-112中11代表11號機座，2代表長鐵心。 3.6.2 翻轉電機 考慮到理論計算與實際的差距，經(jīng)濟性，可靠性等，選用BWDE130-473-2-0.75的擺線針輪減速器所帶的電機符合要求。 3.7 蝸輪蝸桿的設計 3.7.1 蝸桿傳動的特點： A 單級傳動比大，結構緊湊 蝸桿和螺旋一樣，也有單線、雙線和多線之分，螺紋的線數(shù)就是蝸桿的頭數(shù)Z1，通常Z1較?。ǔＨ晤^或雙頭），在動力驅動中，一般單級取傳動比為10~80；當功率很小并且主要用來傳遞運動時，傳動比甚至可達到1000。 表3-2 轉速為1500r/min的Z2直流電機基本參數(shù) 型?號 額定 功率 額定 電壓 額定 電流 削弱磁場時最大轉速 效率 飛輪 力矩 重量 kW V A r/min % kg·m2 kg Z2-21 0.4 110 5.51 2000 66 0.045 50 0.4 220 2.755 2000 66 Z2-22 0.6 110 7.68 2000 71 0.055 55 0.6 220 3.79 2000 72 Z2-31 0.8 110 10 2000 72.5 0.085 67 0.8 220 4.95 2000 73.5 Z2-32 1.1 110 13.33 2000 75 0.105 79 1.1 220 6.58 2000 76 Z2-41 1.5 110 17.8 2000 76.5 0.15 85 1.5 220 8.9 2000 76.5 Z2-42 2.2 110 25.32 2000 79 0.18 100 2.2 220 12.66 2000 79 Z2-51 3 110 34.3 2000 79.5 0.35 144 3 220 17.2 2000 79.5 B 傳動平穩(wěn)，噪音小 和螺旋傳動一樣，由于蝸桿與蝸輪嚙合過程是連續(xù)的，因此其傳動比齒輪平穩(wěn)，噪音小。 C 可以實現(xiàn)自鎖 與螺旋傳動相同，當蝸桿導程角小于其齒面間的當量摩擦角時，將形成自鎖，即只能是蝸桿驅動蝸輪，反過來就不行。 D 傳動效率低 由于蝸桿蝸輪的齒面間存在較大的相對滑動，所以摩擦大，熱損耗大，傳動效率低。通常在0.7~0.8之間。自鎖蝸桿傳動的嚙合效率低于0.5。因而需要良好的潤滑和散熱條件，并且不適合大功率傳動（小于50kw）。 E 為減摩耐磨，蝸輪齒圈通常采用青銅制造，成本較高。 圖3-4蝸輪蝸桿傳動示意圖 蝸輪蝸桿在設計時，蝸桿模數(shù)、分度圓直徑和md值幾個值是關鍵，關系到其尺寸，傳動精度等，具體標準參考表3-3和表3-4： 3.7.2 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選擇 蝸桿頭數(shù)的選擇和傳動比、效率、制造有關。若要取得較大的傳動比，可以選擇z1=1，但是傳動效率會比較低。當傳動效率比較大的時候，為提高傳動效率可以采用多頭蝸桿，取z1=2或者4。頭數(shù)過多，加工精度不易保證。蝸輪齒數(shù)z2=iz1，為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切，z2應該不小于26；動力蝸桿傳動，一般z2=27~80。若過多，會使結構尺寸過大，蝸桿長度也回增長，導致蝸桿的剛 度下降，影響嚙合精度。 根據(jù)推薦值以及蝸輪蝸桿傳動比的要求，確定： 第一級蝸輪蝸桿 Z＝1 Z=42 q=12； 第二級蝸輪蝸桿 Z=1 Z=40 q=12。 表3-3 蝸桿模數(shù)、分度圓直徑和md值[2] m(mm) 1 1.25 1.6 2 d1(mm) 18 20 22.4 20 28 (18) 22.4 35.5 m2d1(mm) 18 31.5 35 51.2 71.68 72 89.6 112 142 m(mm) 22.5 3.15 4 d1(mm) (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 (31.5 )40 (50) 71 m2d1(mm) 140 175 221.9 281 277.8 352.2 446.5 555.6 504 640 800 1136 m(mm) 5 6.3 8 d1(mm) 40 50 63 90 50 63 80 112 62 80 100 140 m2d1(mm) 1000 1250 1575 2250 1985 2500 3175 4445 4032 5376 6400 8960 m(mm) 10 12.5 16 d1(mm) 71 90 112 160 90 112 140 200 112 140 180 250 m2d1(mm) 7100 9000 11200 16000 14062 17500 21875 31250 28672 35840 46080 64000 表3-4 ZZ的推薦值 傳動比 5 7~13 14~27 28~40 >40 蝸桿頭數(shù) 4 3,4 2,3 1,2 1 蝸輪齒數(shù) 29~31 28~52 28~81 28~80 >40 由于設計要求，蝸輪蝸桿必須有自鎖功能，也就是蝸桿的螺旋升角小于其齒面見的當量摩擦角，蝸桿的螺旋升角λ計算由參考文獻[2]得 第一級蝸桿螺旋升角 Tan （3-9） 式中： Z—蝸桿頭數(shù) q—蝸桿直徑系數(shù) =456’ 第一級蝸輪材料是，屬于錫青銅，它的當量摩擦角>，所以，第一級蝸桿能夠實現(xiàn)自鎖。 同理 第二級 Tan =456’ 第二級蝸輪材料是，屬于錫青銅，它的當量摩擦角>，所以，第二級蝸桿能夠實現(xiàn)自鎖。 3.8 齒輪的設計與較核 3.8.1 工作臺翻轉機構中齒輪的設計 A 材料的選擇 考慮到減小體積，傳動中的小齒輪選用硬齒面圓柱直齒齒輪。從參考資料[5]，在翻轉機構中連接擺線針輪減速器的小齒輪選用40Cr鋼，調(diào)質處理，齒面硬度240~285HBS 傳動齒輪選用ZG45。齒面硬度140~200HBS；扇形大齒輪選用ZG45，齒面硬度140~200HBS。 B確定齒數(shù)，模數(shù) 小齒輪Z=17；傳動齒輪Z=67；轉速不大，功率較小，選擇齒輪的精度為8級；載荷平穩(wěn)，對稱分布，載荷綜合系數(shù)選擇K=1.2；采用硬齒面，故齒寬系數(shù)=0.6 分度圓直徑由下面的公式3-8得： （3-10） 式中： T——齒輪轉距，N.mm； b——輪齒接觸寬度，mm； K——載荷綜合系數(shù)，取K=1.2； ——齒輪的許用接觸應力； u——齒輪的齒數(shù)比； ——齒寬系數(shù) 從參考文獻[2]得 =750N/mm，u=5得到d=136mm 模數(shù)m=8mm 分度圓直徑d=178=136mm d=678=536mm 齒輪寬度b=0.6136=81mm 較核齒輪彎曲強度 由公式： （3-11） 式中： ——復合齒輪系數(shù)； m——模數(shù)； T——齒輪轉矩； b——出論接觸系數(shù)； K——載荷綜合系數(shù)； Z——齒數(shù)； []——齒輪的彎曲許用應力 =4.51，=4.02，=3.95，=580N/mm，=300N/mm，=1。 由[]= 得到： （3-12） []=580N/mm []=300N/mm []=300 N/mm 又因為K=1.2，m=8mm ，b=81mm 得到： 275 N/mm[]=580N/mm =.=290 N/mm[]=300N/mm =.=284 N/mm[]=300 N/mm 所以，設計的齒輪符合使用要求。 3.9 軸的設計 3.9.1 初步估計 根據(jù)所受載荷的不同，軸分為心軸、傳動軸、轉軸三種。 設計直徑是軸上受扭矩處的最小直徑。在軸上會有鍵槽對軸的強度削弱，一個鍵槽，直徑應當增大3%~5%。 3.9.2 軸1（翻轉）的設計 A 材料的選擇，通常用45#鋼正火處理。 B 軸徑的設計 根據(jù)公式 （mm） （3-13） 式中： p——軸傳遞的功率； n——軸的轉速； C——由軸的許用應力確定的系數(shù)（在表3-5中查） d——軸的最小直徑 mm 表3-5 軸的常用材料的C值 軸的材料 Q235 35，Q275 45 40Cr，35SiMn [] 12~20 20~30 30~40 40~52 C 160~135 135~118 118~107 107~98 根據(jù)材料的性質，C取100。得到 d=114.6mm 所以取d=120mm 3.9.3 軸2（回轉）的設計 A 材料的選擇，通常用45#鋼正火處理。 B 軸徑的選擇 根據(jù)公式：（mm） d=14.8mm 取d=20mm 3.9.4 軸3（回轉） 的設計 A 材料的選擇 通常用45#鋼正火處理。 B 軸徑的選擇 根據(jù)公式：（mm） d=100mm 取d=100mm 3.9.5 軸4（回轉）的設計 A 材料的選擇 通常用45#鋼正火處理。 B 軸徑的選擇 根據(jù)公式：（mm） d=72mm 取d=75mm 3.9.6 軸5（回轉）的設計 A 材料的選擇 通常用45#鋼正火處理。 B 軸徑的選擇 根據(jù)公式：（mm） d=70.9mm 取d=70mm 注意：在上面的計算中得到的軸的直徑都是指該軸受扭處的最小直徑，在軸的其它段，直徑應該根據(jù)設計相應的變化，如在有鍵槽的地方直徑增大3%~5%。 3.10 軸的強度的校核[5] 3.10.1 軸1的強度較核 軸在工作臺處于水平位置的時候，只承受工件和工作臺的自重帶來的彎矩，并沒有受到扭矩的作用。如圖3-5所示： 總重量為12000N ，在軸的兩端各承受6000N的力，也就是兩端的支反力R=R=6000N。 A 計算彎矩，由公式得： l=1054mm M（x）=Rx- （ 3-14） 最大彎矩M=ql/8=1138Nmm 圖3-5 主軸的外形和彎矩示意圖 B 計算扭矩 在軸轉過90的時候，軸只受扭矩的作用，假設偏心矩最大為440mm最大扭矩M=5.28N.mm C 計算相當彎矩，由公式得： M==4.86 N.mm （3-15） 又從參考文獻[2]得到軸的彎曲許用應力[]=55N/mm，軸的直徑d=97mm，所以，軸的強度和尺寸已經(jīng)符合設計要求。 3.11 軸承的選擇和較核 軸承主要分