1t數(shù)控座式焊接變位機設(shè)計

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Over the past decade, the product has made significant development and access to a wide range of applications in the field of construction machinery industry in China. The application of welding positioner can reduce the time and raise labor productivity, reduce labor intensity of workers, to assure and improve the welding quality,and give full play to the performance of various welding methods. As computer technology continues to become intelligent, and a wide range of applications of automatic control and information technology in manufacturing Industry, welding positioner also towards to become intelligent, multi-functional, and large-scale, integrated, high-precision, high reliability . This article focuses on the composition, structure and working principle of the welding positioner.The design of turning gear and the tilting mechanism is the core.DC motor through the belt driving, worm gear reducer to drive rotary table to meet the required speed.The tilted mechanism through the spur gear reducer to make rotary table to flip, Mainly related to the design of gear and shaft and its verification, etc.Key words: welding posioner; turning gear; retarder;tilting mechanism青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 VII目錄目錄摘要摘要 .Abstract.目錄目錄 .第第 1 章章 緒論緒論 .11.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀.11.2 論文主要研究內(nèi)容.1第第 2 章章 焊接變位機械概述焊接變位機械概述 .22.1 焊接變位機械的分類.22.2 焊接變位機械的組成.42.3 焊接變位機械的工作原理.42.4 焊接變位機國家行業(yè)標準.5第第 3 章章 座式焊接變位機的設(shè)計座式焊接變位機的設(shè)計 .93.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計.93.2 傾斜機構(gòu)的設(shè)計.293.3 底座和箱體的簡單設(shè)計.32結(jié)論結(jié)論 .33參考文獻參考文獻 .34致謝致謝 .35附件附件 1 .36附件附件 2 .59青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書1 第第1 1章章 緒論緒論1.11.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀課題研究的意義及現(xiàn)狀伸臂式、傾翻回轉(zhuǎn)式和雙立柱單回轉(zhuǎn)式等普通焊機變位機械在我國已經(jīng)廣泛應用，國外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應用機械手，從國內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投入情況，全用焊接機器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒有焊接變位機，對于復雜結(jié)件內(nèi)的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調(diào)整至容易焊接的平焊或船焊位置是不可能的。人無法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無法保證。因此，近年來人工焊接變位機得到國內(nèi)工程機械行業(yè)的廣泛共識，都在加大這方面的投入。而本次論文處于對大學四年所學的知識進行的一次綜合性的梳理及應用，對學生的綜合能力進行的一次較為實質(zhì)性的鍛煉。1.21.2 論文主要研究內(nèi)容論文主要研究內(nèi)容本論文主要對焊接變位機械的分類以及應用進行闡述，并從整體上對座式焊接變位機進行設(shè)計。全文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： （1） 焊接變位機械分類 （2） 焊接變位機械的組成 （3） 焊接變位機械的工作原理 （4） 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中減速器、轉(zhuǎn)軸、軸承等的設(shè)計 （5） 傾斜機構(gòu)中齒輪、滑動軸承等的設(shè)計 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書2第第2 2章章 焊接變位機械概述焊接變位機械概述2.12.1 焊接變位機械的分類焊接變位機械的分類 焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊接空間位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械設(shè)備。 焊接變位機械的分類及各類所屬設(shè)備如下：通常焊接變位機械可分為變位機、翻轉(zhuǎn)機、滾輪架、升降機等四大類：一、焊接變位機是通過工作臺的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)運動，使工件所有焊縫處于最理想的位置進行焊接，使焊縫質(zhì)量的提高有了可靠的保證，它是焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉(zhuǎn)體零件的理想設(shè)備，同時也可用來焊接機架、機座、機殼等非長形工件。二、焊接翻轉(zhuǎn)機是將工件繞水平軸翻轉(zhuǎn)，使之處于有利施焊位置的機械，適用于梁、柱、框架、橢圓容器等長形工件的裝配焊接。焊接翻轉(zhuǎn)機種類繁多，常見的有框架式、頭尾架式、鏈式、環(huán)式等。三、滾輪架是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置。主要應用于回轉(zhuǎn)體工件的裝配與焊接，其載重可從幾十千克到千噸以上。按其結(jié)構(gòu)形式可分為三大類：1、自調(diào)式滾輪架青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書32、長軸式焊接滾輪架。3、組合式焊接滾輪架。四、升降機是用來將工人及裝備升降到所需的高度的裝置，主要用于高大焊件的手工焊和自動焊及裝配作業(yè)。其主要結(jié)構(gòu)形式有：1、管結(jié)構(gòu)肘臂式。2、管筒肘臂式。3、板結(jié)構(gòu)肘臂式。4、立柱式。青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書4圖 2-1 伸臂式焊接變位機2.22.2 焊接變位機械的組成焊接變位機械的組成本次設(shè)計的座式焊接變位機由回轉(zhuǎn)機構(gòu)，傾斜機構(gòu)及其機架三大部分組成。其中：回轉(zhuǎn)機構(gòu)由工作臺，回轉(zhuǎn)主軸，二級蝸輪蝸桿減速器，帶輪，電動機，箱體等組成；傾斜機構(gòu)由扇形齒輪，傳遞齒輪，小齒輪，帶制動電動機的擺線針輪減速機等組成。2.32.3 焊接變位機械的工作原理焊接變位機械的工作原理焊接變位機械主要為達到和保持焊接位置的最佳狀態(tài)，本次設(shè)計的座式焊接變位機是通過改變焊件的位置達到相應要求，其具體的實現(xiàn)過程是：回轉(zhuǎn)機構(gòu)由電動機拖動，電動機輸出一定的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過帶輪一次減速后，然后經(jīng)過二級蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后由回轉(zhuǎn)主軸，經(jīng)過工作臺輸出焊件所需要的焊接速度，以期達到所需要的焊縫要求。傾斜機構(gòu)通過整個回轉(zhuǎn)機構(gòu)的傾斜實現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺的傾斜。 座式焊接變位機的結(jié)構(gòu)特點是工作臺連同回轉(zhuǎn)機構(gòu)支承在兩邊的傾斜軸上，工作臺以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過機構(gòu)傳動或液壓缸多在 140 范圍內(nèi)恒速傾斜，此種變位機對生產(chǎn)的適應性較強，承載能力可達 50t，再焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應用最為廣青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書5泛。2.42.4 焊接變位機（焊接變位機（PositionerPositioner）國家行業(yè)標準）國家行業(yè)標準2.4.12.4.1 范圍本標準規(guī)定了焊接變位機的型號、參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗及驗收規(guī)則、包裝及標志等方面的內(nèi)容。本標準適用于各種類型的焊接變位機。2.4.22.4.2 引用標準列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。GB/T 40641983 電氣設(shè)備安全設(shè)計導則2.4.32.4.3 術(shù)語2.4.32.4.3.1 1 最大負荷 Q變位機所允許承載的工件最大重量，kg。2.4.32.4.3.2 2 偏心距 A工作臺面處于鉛垂位置時，最大負荷（工件）的重心距工作臺回轉(zhuǎn)軸線的距離，mm。2.4.32.4.3.3 3 重心距 B工作臺面處于鉛垂位置時，最大負荷（工件）的重心距工作臺面的距離，mm。2.4.32.4.3.4 4 回轉(zhuǎn)速度 n1工作臺繞其回轉(zhuǎn)軸（圖 1 中 z 軸）回轉(zhuǎn)的速度，r/min。2.4.32.4.3.5 5 傾斜速度 n2工作臺繞其傾斜轉(zhuǎn)軸（圖 2-2 中 y 軸）傾斜的速度，（）/min。2.4.32.4.3.6 6 傾斜角度 工作臺可傾斜的角度（見圖 1），（）。2.4.32.4.3.7 7 臺面高度 H工作臺在最低水平位時，其臺面距地面的距離（見圖 1），mm。青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書62.4.42.4.4 型號與參數(shù)2.4.42.4.4.1 1 型號表示方法變位機型號用漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示：HB HB 焊接變位機名稱代號，H 和 B 分別為“焊”字和“變”字的漢語拼音第一個字母 最大負荷 Q 值，kg 變位機工作臺調(diào)高功能代號，用 1 或 2 表示。1 表示工作臺高度固定，2 表示工作臺高度可調(diào)標記示例：HB5002 表示最大負荷為 500kg、工作臺高度可調(diào)的焊接變位機。2.4.4.22.4.4.2 參數(shù)焊接變位機的型號及參數(shù)要求如下： 表 2-1 焊接變位機的型號及參數(shù)型號型號最大負最大負荷荷Q(KG)偏心距偏心距A(MM)重心距重心距B(MM)臺面高臺面高度度H(MM)回轉(zhuǎn)速度回轉(zhuǎn)速度N1(R/MIN)焊接額焊接額定電流定電流A（MA）傾斜角傾斜角度度 ()HB25254063-0.5016.00315135HB25255080-0.258.00500135HB10010063100-0.103.15500135HB25025016040010000.051.60630135HB50050016040010000.051.601000135HB1000100025040012500.051.601000135HB2000200025040012500.031.001250135HB3150315025040016000.031.001250135HB4000400025040016000.031.001250135HB5000500025040016000.0250.801250135HB8000800020040016000.0250.801600135青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書7HB100001000020040020000.0250.801600135HB160001600020050020000.0160.501600120HB200002000020063025000.0160.502000120HB315003150020080025000.0160.502000120HB400004000016080031500.0100.3152000105HB5000050000160100031500.0100.3152000105HB8000080000160100031500.0100.3152000105 圖 2-2 焊接變位機示意圖2.4.52.4.5 技術(shù)要求2.4.5.12.4.5.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動2.4.5.1.12.4.5.1.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動應實現(xiàn)無級調(diào)速，并可逆轉(zhuǎn)。2.4.5.1.22.4.5.1.2 在回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，承受最大載荷時轉(zhuǎn)速波動不超過 5%。2.4.5.22.4.5.2 傾斜驅(qū)動2.4.5.2.12.4.5.2.1 傾斜驅(qū)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 超過青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書825kg 的，應具有動力驅(qū)動功能。2.4.5.2.22.4.5.2.2 應設(shè)有限位裝置，控制傾斜角度，并有角度指示標志。2.4.5.2.32.4.5.2.3 傾斜機構(gòu)要具有自鎖功能，在最大負荷下不滑動，安全可靠。2.4.5.32.4.5.3 其他2.4.5.3.12.4.5.3.1 變位機控制部分應設(shè)有供自動焊用的聯(lián)動接口。2.4.5.3.22.4.5.3.2 變位機應設(shè)有導電裝置，以免焊接電流通過軸承、齒輪等傳動部位。導電裝置的電阻不應超過 1m，其容量應滿足焊接額定電流的要求。2.4.5.3.32.4.5.3.3 電氣設(shè)備應符合 GB/T 4064 的有關(guān)規(guī)定。2.4.5.3.42.4.5.3.4 工作臺的結(jié)構(gòu)應便于裝卡工件或安裝卡具，也可與用戶協(xié)商確定其結(jié)構(gòu)形式。2.4.5.3.52.4.5.3.5 最大負荷與偏心距及重心距之間的關(guān)系，應在變位機使用說明書中說明。2.4.62.4.6 檢驗項目及驗收規(guī)則2.4.6.12.4.6.1 檢測輸出軸（工作臺）轉(zhuǎn)速，結(jié)果應符合表 2-1 和 2.4.5.1 的要求。2.4.6.22.4.6.2 首次生產(chǎn)時，應進行變位機的空轉(zhuǎn)及負荷試驗，結(jié)果應符合表 2-1 及2.4.5.1 和 2.4.5.2 的要求。2.4.6.32.4.6.3 變位機應備有產(chǎn)品合格證書和使用說明書。2.4.72.4.7 標志與包裝2.4.72.4.7.1 1 變位機應涂敷防銹底漆及表層漆。涂層應牢固，其中表層涂漆色彩應協(xié)調(diào)美觀。2.4.72.4.7.2 2 變位機應在標牌上標明名稱、型號、最大負荷、工作電壓、電機功率、出廠日期、制造廠家等。2.4.72.4.7.3 3 變位機的包裝應牢固可靠，符合運輸部門的有關(guān)規(guī)定。青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書9第第 3 章章 座式焊接變位機的設(shè)計座式焊接變位機的設(shè)計3.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計3.1.1 工作臺及其工件總質(zhì)量，回轉(zhuǎn)主軸的危險斷面位于軸承處，所受的Kgm1300彎曲力矩為：青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書10 圖 3-1 回轉(zhuǎn)主軸受力分析示意圖 （3-1） sincossin2cossin2222hGehMw其中：綜和質(zhì)量G 偏心距e臺面高度。h 回轉(zhuǎn)軸傾斜角回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角根據(jù)焊接變位機國家行業(yè)標準 mme250mmh750其中重心距取 600mm其軸承處的扭矩： （3-2）cossineGMn按第三強度理論折算的當量彎矩為： （3-3）22MMMnwxd222sincossincoseheG該式在滿足條件時才出現(xiàn)最大值。其值為:sinhectg （3-4）ehMGxd22max對于指定的變位機：，該數(shù)據(jù)由文獻10表 7-11 查得。33. 0he （3-5）74.711minhectg （3-6）74.1612min1maxhectg因此回轉(zhuǎn)主軸的強度可選在的范圍內(nèi)任意位置進行計算。minmax 主軸材料用 45 號鋼（調(diào)制處理） = =61.1 （3-7）Kn15 . 15 . 12755 . 0Mpa青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書11 d （3-8） mm1 .118101 .6125. 075. 01274010ehG103622322 取 d=120mm，校驗主軸： （3-9） MpaehdGedehG6222322106 .583 . 110 其中 Mpa1 .61 初步確定主軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 圖 3-2 主軸的結(jié)構(gòu)與裝配3.1.2 減速器的設(shè)計減速器的設(shè)計3.1.2.1 二級渦輪蝸桿的設(shè)計二級渦輪蝸桿的設(shè)計3.1.2.1.1 二級渦輪蝸桿尺寸的計算二級渦輪蝸桿尺寸的計算總傳動比：初選電機為滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min 的直流電動機工作臺設(shè)計回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.10.6r/min=2400 （3-10）nnim總6 . 01440平均傳動比：初選帶傳動的傳動比1.4，帶i = （3-11）平均i4 .414 . 12400青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書12取實際蝸桿頭數(shù)：Z =1，1蝸輪齒數(shù)：Z =Z 41.4 （3-12）21平均i則 Z =412查文獻3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88）取 Z =41 =10 = 90 =022m1d2x根據(jù)蝸輪蝸桿工作情況，選取蝸桿特性系數(shù):q=9蝸桿模數(shù)=10，1m2m則蝸桿尺寸：=90 （3-12）1dqmmm=+2=90+20=110 （3-13）1ad1d1ahmm =-2=90-24=66 （3-14）1fd1d1fhmm蝸輪尺寸： 分度圓直徑 = Z =10 41=410 （3-15）2dm2mm 齒頂圓直徑 =d +2=430 （3-16）2ad2mmm 齒根圓直徑 d=-21.2=386 （3-17）2f2dmmm 渦輪齒寬 =0.75=82.5 （3-18）B1admm3.1.2.1.2 蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核蝸輪蝸桿材料選用：蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr.蝸輪蝸桿中心矩=. （3-19）22qZmamm250294110）（青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書13接觸疲勞強度：=ZZ （3-20）HE32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù)。E對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時取 Z =155EMpa21Z 兩材料的接觸系數(shù)，由文獻1表 11-18 查得：Z =2.6K工作載荷系數(shù)，=， KAK K VKK機械使用系數(shù)，AK由文獻1表 10-2 得：=1.15AK：齒面載荷分布系數(shù)，K由文獻1表 10-4 得：K：動載系數(shù)，VK由文獻1表 10-8 得：=1VK：齒間載荷分配系數(shù)系數(shù)，K由文獻1表 10-3 得：=1Ktan （3-21）911qZ得 6.34=12740 （3-22）2TGemN.318525. 0滑動速度： （3-23）smndVVs/02. 034. 6cos100060411 . 09014. 3cos100060cos211查表蝸桿傳動的當量摩擦角 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書146 . 5v （3-24）53. 0)6 . 534. 6tan(91)tan(tanv （3-25）51. 099. 098. 056. 0總其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 （3-26）NiTT3 .15251. 041318521總所以接觸疲勞強度 （3-27）MpaMpaH2681 .19525. 099. 098. 0/31851115. 16 . 21015533其中 蝸桿螺旋面硬度 268Mpa3.1.2.1.3 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強度校核根據(jù)公式： （3-28）FFaFYYmddKT221253. 1其中：Y蝸輪齒形系數(shù)，2Fa可由蝸輪的當量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。2V2可由文獻1圖 11-19 查得 Y=2.42FaY 螺旋角影響系數(shù)，=1-=1-=0.955 （3-29）Y14014034. 6 =() 2.4 0.955=3.59 （3-30）F1041. 009. 099. 098. 0318515. 153. 1410Mpa= =1.37 56=76.72 （3-31）FFNKHMpa其中可由文獻1表 11-8 查得: =56HHMpa青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書15為壽命系數(shù): FNKN 為應力循環(huán)系數(shù)：N=60 j nL =60 1 0.6 21900=788400 （3-32） 2h J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個輪齒的嚙合次數(shù).這里取 j=1;n :蝸輪轉(zhuǎn)速, =0.6;22nmin/rL :工作壽命, hL =365 6 10=21900 （3-33）h h=1.37 （3-34）FNK8710N,蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件。F F3.1.2.1.4 蝸桿的剛度校核蝸桿的剛度校核蝸桿受力后如產(chǎn)生過得變形，就會造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙合。所以需進行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為：= （3-35）y yLEIFFrt212148其中y蝸桿材料許用的最大撓度。 = （3-36）y10001d100090mm09. 0其中 d 為蝸桿分度圓直徑。1E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07Mpa510I 蝸桿危險截面的慣性矩。 （3-37）I6441fd其中 d為蝸桿的齒根圓直徑。1f青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書16 d= 66mm1f=5.958 10 （3-38）I646647L 蝸桿兩端支撐點間的跨距。 L0.9=0.9=369 （3-39）2d410mm 蝸桿所受的圓周力。1tF=3384.4 （3-40）1tF112dT09. 03 .1522N 蝸桿所受的徑向力。1rF=tan20 =5828.5 （3-41）1rF2tF tantan222dT41. 099. 098. 031852N其中為蝸輪齒形角。=200.369 =0.073 （3-42）6466. 014. 31007. 2485 .58284 .33844522y3y=0.0730.09=y蝸桿的剛度滿足使用條件。3.1.2.1.5 選取蝸桿傳動的潤滑方法選取蝸桿傳動的潤滑方法根據(jù)蝸輪蝸桿的相對滑動速度 V =0.02/s，s載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤滑。3.1.2.1.6 二級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置二級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置=+1000(1-)/s （3-43）0tatPd其中周圍空氣的溫度，常溫情況下可取。at蝸桿蝸輪的傳動效率。 0.53箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取=(8.1517.45),w/(m.)，dd青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書17當周圍空氣流動良好時 可取偏大值。這里取 17ddP輸入功率。 =157 41=0.404kw （3-44）PwT 26026 . 0t。=20+=20+53.2=73.2 （3-45）6 . 035. 01753. 01404. 0）（73.280其中 80為其臨界溫度。故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝置。3.1.2.2 一級蝸輪蝸桿的設(shè)計一級蝸輪蝸桿的設(shè)計3.1.2.2.1 一級渦輪蝸桿尺寸的計算一級渦輪蝸桿尺寸的計算選取實際蝸桿頭數(shù)：Z =1，蝸輪齒數(shù)：1Z =i Z （3-46）21Z =412查文獻3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88）選取=5 =10 x =-0.5mq2則蝸桿尺寸：=50 （3-47）1dqmmm=+2=50+10=60 （3-48）1ad1d1ahmm d=-2=50-12=38 （3-49）1f1d1fhmm蝸輪尺寸：分度圓直徑 =Z =5 41=205 （3-50）2dm2mm 齒頂圓直徑 =+2（1+x）=205+2=210 （3-512ad2dm）（5 . 015mm） 齒根圓直徑 =-2(1.2-x)=205-2=188 （3-52）2fh2dm）（5 . 02 . 15mm青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書18 渦輪齒寬 =0.75=45 (3-53)B1admm校核蝸輪的齒面接觸疲勞強度：蝸輪蝸桿材料選用：蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr.3.1.2.2.2 蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核首先蝸輪蝸桿材料選用：蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1;蝸桿選用 20Cr.蝸輪蝸桿中心矩a=125 （3-54）2221xmdd25 . 05220550mm根據(jù)接觸疲勞強度公式：=Z （3-55）HEZ 32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù)，單位是 Mpa .E對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時取=155 。EZMpa21兩材料的接觸系數(shù)：Z由文獻1表 11-18 查得：Z =2.5工作載荷系數(shù)，K= （3-56）KAK K VKK其中：機械使用系數(shù)，AK由文獻1表 10-2 得：=1.15AK齒面載荷分布系數(shù)K由文獻1表 10-4 得：K動載系數(shù)，VK青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書19由文獻1圖 10-8 得：=1VK齒間載荷分配系數(shù)，K 由文獻1表 10-3 得：=1Ktan （3-57）1011qZ得：5.71= （3-58）2T15799. 098. 03 .152mN 滑動速度：Vs= （3-59）smndV/44. 071. 5cos10006041411 . 05014. 3cos100060cos111查文獻1表 11-18 蝸桿傳動的當量摩擦角 25. 3v （3-60）634. 0)25. 371. 5tan(101)tan(tanv （3-61）615. 099. 098. 0634. 0總其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 （3-62）1TNiT04. 6634. 0411572總所以接觸疲勞強度155 （3-63）HMpa8 .117125. 01571115. 15 . 21033其中蝸桿螺旋面強度 268Mpa:鑄造錫青銅蝸輪的基本許用應力。由文獻1表 11-7 查得：H= 268，HMpa=K=0.86 268=231.4 （3-64）HFNHMpa青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書20其中蝸輪蝸桿工作壽命系數(shù)， FNKN 為應力循環(huán)系數(shù)：N=60 j nL =60 1 0.6 41 21900=32324400 （3-65） 2h J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個輪齒的嚙合次數(shù).這里取 j=1;n :蝸輪轉(zhuǎn)速, n =24.6;22min/rL :工作壽命,h=365 6 10=21900h （3-66）hL =0.86 （3-67）FNK8710N,蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件。F F3.1.2.2.3 蝸輪的齒面彎曲疲勞強度校核蝸輪的齒面彎曲疲勞強度校核根據(jù)公式：= （3-68）FFFaYYmddKT221253. 1其中：Y蝸輪齒形系數(shù)，2Fa可由蝸輪的當量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。2V2可由文獻1圖 11-19 查得 Y=3.02FaY 螺旋角影響系數(shù)，Y =1-=1-=0.959 （3-69）14014071. 5 =() 3.0 0.959=1.55 （3-70）F5205. 005. 015715. 153. 1410Mpa=0.86 56=48.16 （3-71）FFNKHMpa其中可由文獻1表 11-8 查得: =56HHMpa青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書21為壽命系數(shù): FNK,蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件。FF3.1.2.2.4 蝸桿的剛度校核蝸桿的剛度校核蝸桿受力后如產(chǎn)生過得變形，就會造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙合。所以需進行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為：= （3-72）y yLEIFFrt212148其中y蝸桿材料許用的最大撓度。 =0.05 （3-73）y10001d100050mm其中 d 為蝸桿分度圓直徑。1E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07510MpaI 蝸桿危險截面的慣性矩。 （3-74）I6441fd其中 d為蝸桿的齒根圓直徑。1f d=38mm1f =1.02 10 （3-75）I643845L 蝸桿兩端支撐點間的跨距。 L0.9d =0.9=184.5 （3-76）2205mm 蝸桿所受的圓周力。1tF=241.6 （3-78）1tF112dT05. 004. 62N 蝸桿所受的徑向力。1rF青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書22=tan20 =557.5 （3-79）1rF2tF tantan222dT205. 01572N其中 為蝸輪齒形角。=20184.5 =0.00375 （3-80）643814. 31007. 2485 .5576 .2414522y30.003750.05=,蝸桿的剛度滿足使用條件。yy3.1.2.2.5 蝸桿傳動的潤滑方法蝸桿傳動的潤滑方法根據(jù)蝸輪蝸桿的相對滑動速度 V =0.44，ssm/載荷類型為重型載荷，故可采用油池潤滑。3.1.2.2.6 一級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置一級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置=+ （3-81）0tatsPd11000其中周圍空氣的溫度，常溫情況下可取 20。at蝸桿蝸輪的傳動效率。0.634箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取=(8.1517.45),w/(m.)，dd當周圍空氣流動良好時可取偏大值。這里取17ddP輸入功率。 =6.04 41 41=0.637 （3-82）PwT 26026 . 0kw=20+=20+43=63 （3-83）0t26 . 035. 017634. 01637. 0）（6380其中 80為其臨界溫度。故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝置。3.1.2.2.7 一級渦輪蝸桿傳動渦輪軸的校核一級渦輪蝸桿傳動渦輪軸的校核青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書23圖 3-3 軸的結(jié)構(gòu)與裝配按扭轉(zhuǎn)強度條件計算1T2tF2aF1rF1tF1aF592281R2R(a)2tF1rF592281R2R220.4N.mHM592281R2R1tFM2rF2rF826.4N.m(b)(c)青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書24 132.6N.m482.0N.mVMT 圖 3-4 軸的載荷分析圖其中=3384.4 =5828.5 =1531.71tFN1rFN1aF2tFN =1531.7 （3-84）2tF222dTN = =557.5 （3-85）2rF2tFtanN=956.7 （3-86）2221MMM224824 .826mN.=131.1ca2224WTWMWTM22322901 . 010001573 . 010007 .95614, 取 Z =20 Z =1.4 20=28 則=9.525min12bPmm3.1.2.3 計算帶輪節(jié)圓直徑=60.67 （3-89）11ZPdb20525. 9mm=84.94 （3-90）2d2ZPb28525. 9mm3.1.2.4 計算帶長L =2 acos+ （3-91）p0221dd 18012dd 要求：0.7 （3-92）21dd 0a212dd 即 102mm0a2 .291mm取 a =2000mm=arcsin=3.48 （3-93）add212則 L =2+3.14/2+3.14/180 p998. 020094.8467.6067.6094.8448. 3 =629.3mminv=3.14=14.92 （3-94）122ZZZZb20282866青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書265 .86實際中心距=198.8 （3-95）cos2120ZZPabmm3.1.2.5 帶輪傳動額定功率 （3-96）ZKP 0PKW=1 =1 （3-97）ZKWK14. 10ssbbb=25.4mm b 估計為 25.4mm0ss3.1.2.6 輪寬b=25.4=24.42 （98）sb0s14. 110PKPZd14. 1115. 111 . 1mm所以可取為 25.4.sbmm3.1.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中標準件的校核回轉(zhuǎn)機構(gòu)中標準件的校核3.1.3.1 軸承校核軸承校核3.1.3.1.1 一級渦輪蝸桿傳動蝸桿軸軸承校核一級渦輪蝸桿傳動蝸桿軸軸承校核選取 7009AC 角接觸球軸承正裝=241.6 =557.5 =1531.71tFN1rFN1aFN 1rF1tF1aF圖 3-5 軸承受力圖青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書27求的軸承處支反力 =303.81R2R2225 .55726 .241N軸向力 F=1531.7aeN派生軸向力=0.68=206.61dF1RN =0.68=206.62dF2RN+F1dF1a2dF所以軸承 1 放松，軸承 2 壓緊軸向力=206.61aF1dFN = +F=1738.32aF1dFaeN=0.680.711RFa8 .3036 .206則當量動載荷=206.61rP1RN22RFa7 . 08 .3033 .1738則當量動載荷=0.41+0.85=0.41=1602.282rP2R2aF5 .173885. 08 .303N所以2dFaeF1aF所以軸承 1 壓緊，軸承 2 放松青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書29軸向力= + F=1290.1+2853.3=4143.41aF2dFaeN =2853.32aF2dFN=0.9660.7總11RFa8 .41584 .4143則當量動載荷=0.41+0.85=5185.41rP1R1aFN總22RFa7 . 068. 01 .41963 .2853則當量動載荷=4196.12rP總2RN所以,校核軸承 11rP2rP=3.9 （3-100）nLn60106PC36 . 041601064 .518510002 .433510h符合要求3.1.3.2 鍵的選擇與校核鍵的選擇與校核3.1.3.2.1 一級渦輪蝸桿傳動：依據(jù)軸頸查文獻1表 6-1 取l=2263bh14mm校核： =11.7=120150（3-101）pkldT32102852263145 . 01015723MpapMpa符合條件3.1.3.2.2 二級渦輪蝸桿傳動 依據(jù)軸頸查文獻1表 6-1 取l=3280bh18mm校核=95.3=120150（3-102）pkldT321021282280185 . 010318523MpapMpa符合條件3.2 傾斜機構(gòu)的設(shè)計傾斜機構(gòu)的設(shè)計青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書303.2.1 傾斜軸的設(shè)計傾斜軸的設(shè)計3.2.1.1 傾斜軸尺寸計算傾斜軸尺寸計算估計回轉(zhuǎn)工作臺及回轉(zhuǎn)機構(gòu)的總重量=20009.8=19600GKg N其對傾斜軸的最大傾覆力矩=19600=15484 （3-103）TMG22eh 2225. 075. 0mN 預估滑動軸承處軸頸 120mm 則=1+=1+0.5 120/2 400=1.0225 （3-104）fKRfd2主軸在=90 =0 時支反力=1C3 . 14 . 0196009 . 04 . 025. 03 . 15 . 00225. 1 =45092.3N主軸在= =90 時K支反力K21CC12RG221ehRf =019. 14 . 04 . 021960022eh =33305.9N C 取大值1所以實心軸頸=76.7 （3-105）d 3115lC 36106012. 03 .450925mm取=120mm 符合條件d3.2.1.2 傾斜軸的強度校核傾斜軸的強度校核傾斜軸強度校核=37.1 222212234tFehWLG41960022223201. 0204. 025. 09 . 0312. 01 . 03 . 1Mpa （3-106） 傾斜軸選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)=60 Mpa青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書313.2.2 齒輪設(shè)計齒輪設(shè)計扇形大齒輪選取 =8 =101mZ傳遞齒輪選取 =8 =67mZ小齒輪選取 =8 =17mZ傾斜機構(gòu)齒輪為開式傳動，按齒根彎曲疲勞強度校核傾斜機構(gòu)的齒輪為開式傳動，校核其齒根彎曲疲勞強度：公式為= （3-107）FbmYYKFSaFat F扇形大齒輪： =38326.7tFdT2808. 0154842N =1.0=1.518KVAKKKK38. 11 . 10 . 1 =2.18FaY =1.79SaY =70bmm =8mmm 則=405.4F61087079. 118. 27 .38326518. 1Mpa=489.2 （3-108） FSKNlim3 . 15302 . 1Mpa 符合要求F F傳遞齒輪： =38326.7tFdT2808. 0154842N =1.0=1.529KVAKKKK39. 11 . 10 . 1 =2.25FaY =1.74SaY =87bmm青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書32 =8mmm 則=329.6F61088774. 125. 27 .38326529. 1Mpa=486.9 FSKNlim25. 153015. 1Mpa 符合要求F F小齒輪：=38326.7tFdT2136. 02 .26062N =1.0=2.244KAK K VKK04. 21 . 10 . 1 =2.97FaY =1.52SaY b=110mm m=8mm 則=441.2F610811052. 197. 27 .38326244. 2Mpa=530.8 FSKNlim3 . 160015. 1Mpa 符合要求F F3.2 底座和箱體的簡單設(shè)計底座和箱體的簡單設(shè)計 底座和箱體等零件工作能力的主要指標是剛度，其次是強度和抗振性能；當同時用作滑道時，滑道部分還應具有足夠的耐磨性。此外，對具體的機械，還應滿足特殊的要求，并力求具有良好的工藝性。底座和箱體的結(jié)構(gòu)尺寸和大小，決定于安裝在它的內(nèi)部或外部的零件和部件的形狀和尺寸及其相互配置，受力與運動情況等。設(shè)計時應使所裝的零件和部件便于裝拆與操作。底座和箱體的一些結(jié)構(gòu)和尺寸，如壁厚，凸緣寬度，肋板厚度等，對機座和箱體的工作能力，材料消耗，質(zhì)量和成本，均有重大的影響。但是由于這些部位的形狀不規(guī)則和應力的分布復雜性，基本上按照經(jīng)驗公式，經(jīng)驗數(shù)據(jù)，或比照現(xiàn)用的類似機件進行設(shè)計，而略去強度和剛度等的分析與校核。青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書33此次論文設(shè)計采用的機座和箱體的設(shè)計采用經(jīng)驗公式和比照的方法進行設(shè)計。 結(jié)論結(jié)論本論文結(jié)合 1t 座式焊接變位機的基本要求和特點，對焊接變位機的設(shè)計進行了闡述以及計算，所做的工作主要有以下幾個方面：（1） 焊接變位機械的分類 （2） 座式焊接變位機的組成 （3） 座式焊接變位機的工作原理 （4） 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中減速器、轉(zhuǎn)軸、軸承等的設(shè)計 （5） 傾斜機構(gòu)中齒輪、滑動軸承等的設(shè)計 （6） 回轉(zhuǎn)機構(gòu)裝配圖的繪制 （7） 座式焊接變位機裝配圖的繪制 （8） 回轉(zhuǎn)機構(gòu)箱體零件的繪制青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書34參考文獻參考文獻1 濮良貴,紀名剛. 機械設(shè)計(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.2 機械設(shè)計手冊(新版 3)M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.3 朱龍根. 簡明機械零件設(shè)計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1997.4 周壽森. 焊接機構(gòu)生產(chǎn)及裝備M.北京:機械工業(yè)出版社,1999.5 中國機械工程學會,焊接學會. 焊接手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1992.6 焦馥杰. 焊接結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)M.上海:上?？茖W技術(shù)文獻出版社,1991.7 曾樂. 焊接工程學M.北京:新時代出版社,1986.8 沈世瑤. 焊接方法及設(shè)備M.北京:機械工業(yè)出版社,1982.9 上海船舶工業(yè)設(shè)計研究院,機械工業(yè)部第五設(shè)計研究院,北京船舶工程第五設(shè)計研究所. 焊接設(shè)備選用手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1984.10 美國焊接學會,韓鴻碩,張桂清. 焊接新技術(shù)M.北京:宇航出版社,1981.11 薛迪目. 焊接概論M.北京:機械工業(yè)出版社,1987.青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書3512 機械設(shè)計手冊(第二版)M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.13 劉鴻文. 材料力學M.北京:高等教育出版社,2006.14 張海根. 機電傳動控制M.北京:高等教育出版社,2001.15 陳于萍,周兆元. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.16 李慶芬,朱世范,陳其廉. 機電工程專業(yè)英語M.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2007.致謝致謝本次論文是在終結(jié)大學四年學習的情況下進行的，力求對大學之所學能夠來一次集中鞏固及其創(chuàng)新利用。它涵蓋面很廣，涉及了機械的所有內(nèi)容，是培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才的一次綜合訓練。經(jīng)過論文的選材，開題，構(gòu)思，設(shè)計等一系列的訓練，相信自己對設(shè)計有了進一步的認識，在計算能力，英文文獻閱讀翻譯，查找相關(guān)信息等多種能力得到了一次深刻的鍛煉，在整個過程中，可以說完成了工程師基本訓練和逐步具有從事科學研究的工作能力，受益匪淺，相信對以后的學習工作會有很大幫助。 本論文是在劉琨明老師及其院里老師的悉心幫助，指導下完成的，在此表示真誠的謝意！青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書36附件附件 1外文資料翻譯青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書37外文資料翻譯 1高精度數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)高精度數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)石 圩 ，樊 丁 ，陳 劍 虹摘摘 要要：研制弧焊機器人用數(shù)控焊接變位機對弧焊機器人柔性加工單元( WE MC)的設(shè)計具有重要的意義。作者以基于數(shù)字信號處理器(DSP) 的研華多軸運動控制卡 P C L-8 3 2卡為設(shè)計核心 ， 采用基于模糊規(guī)則的智能雙模協(xié)調(diào)控制器，即采用比例積分微分控制器(PID)和模糊控制器的加權(quán)合成算法，控制過程 中模糊控制器和PID控制器同時輸出控制量，當控制誤差較大時模糊控制器的輸出權(quán)重較大，而當控制誤差較小時PID控制器的輸出權(quán)重較大，有效避免了變結(jié)構(gòu)控制器切換過程中的震蕩，實現(xiàn)了焊接變位機的高精度位置控制。作者對實時控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和實時性要求進行了詳細的理論分析，提出了基于DOS(Disk operation system)系統(tǒng)下的高精度數(shù)控焊接變位機多任務(wù)實時控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)方法。進行了多種工件的焊接試驗， 試驗表明該控制系統(tǒng)工作可靠，效果良好。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 數(shù)控焊接變位機；智能雙模控制器；實時多任務(wù)控制系統(tǒng) ；弧焊機器人 0 0 序言序言青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書38近年來，為了適應快速變化的市場需求，生產(chǎn)商頻繁地更換產(chǎn)品的品種和批量，這就對生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度和柔性化程度提出了很高要求。弧焊機器人柔性加工單元正是一種具有柔性化特點的高度自動化焊接設(shè)備。它不僅能提高焊接生產(chǎn)率、產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和可靠性、加工柔性和制造精度，而且還能改善工人的勞動環(huán)境， 降低勞動強度， 提高經(jīng)濟效益。 目前，我國研制的焊接機器人尚未產(chǎn)業(yè)化，焊接柔性加工單元技術(shù)尚處于探索階段，國內(nèi)生產(chǎn)、應用主要靠全套引進?；『笝C器人在國外已經(jīng)批量化，價格相對較低，而與機器人相配套的數(shù)控變位系統(tǒng) 卻因加工對象而異，多屬單件生產(chǎn)，因此價格往往是機器人本身價格的37倍。作者的研究目的是在進口弧焊機器人的基礎(chǔ)上，再根據(jù)特定產(chǎn)品，自行研制焊接變位機等機器人 的外 圍設(shè) 備及控制系統(tǒng)，可以節(jié)約大量外匯，實現(xiàn)低成本焊接自動化。高精度數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)必須具有合理的體系結(jié)構(gòu)、較強的數(shù)據(jù)運算和處理能力、良好的信息融合控制功能，以及開放的軟硬件接口。 1 1 系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)的硬件組成根據(jù)設(shè)計要求，變位機載重500kg，能在兩旋轉(zhuǎn)軸所確定的空間旋轉(zhuǎn)并可在任意位置定位，且要保持速度均勻，這就要求對電機實行速度和位置控制。作者選用了交流伺服控制系統(tǒng)，并采用工業(yè)控制計 算機作為核心，應用全閉環(huán)控制方案，保證在惡劣條件下系統(tǒng)的控制精度與工作可靠性。圖1為控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書392 2 控制結(jié)構(gòu)及算法控制結(jié)構(gòu)及算法 2.12.1 控制結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu) 按伺服系統(tǒng) 的反饋控制方式來分，可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制三種方式。由于全閉環(huán)結(jié)構(gòu)的位置檢測元件安裝于主軸上，理論上可以消除機械傳動誤差如齒輪間隙等引起的控制誤 差，可以獲得很高的到位精度，因此數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制方案。 2.22.2 智能雙模控制算法智能雙?？刂扑惴?在數(shù)控焊接變位機的位置控制中,由于系統(tǒng)傳動鏈中有的運動副如齒輪等存在間隙或失動量,使得變位機的位移與指令之間出現(xiàn)非線性關(guān)系。同時當變位機工作臺傾斜運動時，由于工件及工作臺的重心高及偏心矩不斷變化，造成電機的輸出轉(zhuǎn)矩不斷改變，而且焊接工件的形狀及重量多變，使得變位機的控制存在嚴重的非線性;再加上交流電機是一個高階次、強耦合、參數(shù)時變的非線性控制對象，尤其是調(diào)速方式更增加了其動態(tài)過程的復雜性。因此，被控的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有很復雜的多重非線性關(guān)系,難以建立起準確的數(shù)學模型。 傳統(tǒng)的比例積分微分控制器(PID)智能化程度不高，其參數(shù)整定后就不再改變，自青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書40適應能力差，對于高度非線性、時變的系統(tǒng)不能滿足控制要求，但PID控制器在小偏差范圍內(nèi)有較高的控制精度。模糊控制是一種模仿人類思維方式的智能控制算法，它不需要被控對象的精確模型，對非線性系統(tǒng)有很好的適應能力，但是由于缺少積分環(huán)節(jié)， 穩(wěn)態(tài)靜差難以消除。結(jié)合二者優(yōu)點，作者采用了加權(quán)合成算法的智能雙模模糊-PID控制器。 控制過程中，采用 FuzzyPID型的變結(jié)構(gòu)控制，或者采用其它類型的多控制器變結(jié)構(gòu)控制時，對確定的系統(tǒng)，適當選取切換點可以解決變結(jié)構(gòu)控制問題，但切換點的選取有時并不準確，而且不同控制器之間的切換，容易導致控制量的突變。常規(guī)的變結(jié)構(gòu)控制是一個非 0即1的精確選擇，但實際上，不同控制器在不同誤差域都是有 定效果的，差別僅在于控制性能的好壞而已，因此絕