焊接滾輪支架設(shè)計【含CAD圖紙+PDF圖】

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A kind of welding stent has been used。Cylinder part in the ring and outside the welding seam, and modular welding wheel-replace-long axis, welding and other fixed-wheel planes, access to a wide range of applications。How to design better use of the wheel-is still worth exploring. Wheel-welding machine as part of disciplines and with other disciplines are also linked to。With the automation of production, wheel-in production has become more prominent position。The current number of domestic and international welding equipment factory in the production of welding wheel。Specifications models, structural differences, each suitable for different purposes, have different features。Chinas heavy welding wheel-users mainly concentrated in the large-scale petrochemical, power station equipment manufacturing, heavy equipment manufacturing industry。The use of welding wheel-come from different countriesKey words: welding wheel-st Wheel-axis第一章 引言 1.1 研究的背景與目的1.1.1研究的背景目前國內(nèi)外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結(jié)構(gòu)差別大，各自有不同的用途，各有特點。通過收集技術(shù)資料，以及對焊接滾輪架技術(shù)服務(wù)積累的一些相關(guān)知識，對目前國內(nèi)進(jìn)口主要品牌焊接滾輪架的技術(shù)性能、特點等做簡要的對比介紹，使用戶對焊接滾輪架的性能有進(jìn)一步的了解。從重型焊接滾輪架國內(nèi)目前的占有率來看，由于瑞典公司進(jìn)入中國市場早，公司在國際上的知名度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 故障率低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有獨特的特點， 使許多大公司使用ESAB 的產(chǎn)品，擁有較高的市場占有率， 但是價格也高。意大利ANSALDO 公司的350T 焊接滾輪架和焊接操作機在中國有兩種， 由于其產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)，決定了它對工件加工的局限性。芬蘭PEMAMEK 公司的PEMN300TN滾輪架在內(nèi)地有一。1.1.2研究的目的焊接滾輪支架是一種能夠?qū)⒔M合式被焊工件裝配起來并按照要求能夠移動焊件的機械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產(chǎn)品的設(shè)計是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設(shè)計的主要任務(wù)之一。合理的設(shè)計與利用焊接滾輪支架不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且也改善了勞動條件，同時還可以簡化焊接結(jié)構(gòu)的裝配焊接工藝。隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展,對焊接生產(chǎn)機械化和自動化提出了越來越高的要求,焊接機械設(shè)備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為滿足市場需要而設(shè)計生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。焊接設(shè)備的自動化在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用徹底改了變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的自動化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。而焊接滾輪架作為焊接設(shè)備中的一部分，其結(jié)構(gòu)也越來越趨向于自動化方面。通過對滾輪架進(jìn)行研究與設(shè)計，將所學(xué)知識得以綜合利用，有助于提高自己的分析問題與解決問題的能力。同時，了解各種滾輪支架的設(shè)計、工作原理與應(yīng)用等。通過本設(shè)計，培養(yǎng)自己的設(shè)計思維，從思想上得到轉(zhuǎn)變，同時加強自己動手能力的培養(yǎng)。摘 要近年來，焊接工業(yè)得到了很快的發(fā)展，焊接設(shè)備也相繼出現(xiàn)，各種焊接支架也得到了運用，在圓形工件內(nèi)外環(huán)縫的焊接中,組合式焊接滾輪架很受青睞，慢慢的取代長軸式、固定式等焊接滾輪架, 獲得了廣泛的應(yīng)用,如何設(shè)計較好使用的滾輪架仍值得探討。 隨著生產(chǎn)的自動化，滾輪架在生產(chǎn)中的地位也日益突出。目前國外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結(jié)構(gòu)差別也很大，各自有著不同的用途，有不同的特點。國內(nèi)的重型焊接滾輪架用戶則主要集中在大型石油化工、電站設(shè)備制造等行業(yè)上。使用的焊接滾輪架來自不同的國家。關(guān)鍵詞： 焊接 滾輪架 滾輪軸25第1章：引言AbstractIn recent years, the welding industry has been rapidly developing, welding equipment has been developing. A kind of welding stent has been used。Cylinder part in the ring and outside the welding seam, and modular welding wheel-replace-long axis, welding and other fixed-wheel planes, access to a wide range of applications。How to design better use of the wheel-is still worth exploring. Wheel-welding machine as part of disciplines and with other disciplines are also linked to。With the automation of production, wheel-in production has become more prominent position。The current number of domestic and international welding equipment factory in the production of welding wheel。Specifications models, structural differences, each suitable for different purposes, have different features。Chinas heavy welding wheel-users mainly concentrated in the large-scale petrochemical, power station equipment manufacturing, heavy equipment manufacturing industry。The use of welding wheel-come from different countriesKey words: welding wheel-st Wheel-axis第一章 引言 1.1 研究的背景與目的1.1.1研究的背景目前國內(nèi)外眾多的焊接設(shè)備制造廠都在生產(chǎn)焊接滾輪架。產(chǎn)品規(guī)格型號多，結(jié)構(gòu)差別大，各自有不同的用途，各有特點。通過收集技術(shù)資料，以及對焊接滾輪架技術(shù)服務(wù)積累的一些相關(guān)知識，對目前國內(nèi)進(jìn)口主要品牌焊接滾輪架的技術(shù)性能、特點等做簡要的對比介紹，使用戶對焊接滾輪架的性能有進(jìn)一步的了解。從重型焊接滾輪架國內(nèi)目前的占有率來看，由于瑞典公司進(jìn)入中國市場早，公司在國際上的知名度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 故障率低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有獨特的特點， 使許多大公司使用ESAB 的產(chǎn)品，擁有較高的市場占有率， 但是價格也高。意大利ANSALDO 公司的350T 焊接滾輪架和焊接操作機在中國有兩種， 由于其產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)，決定了它對工件加工的局限性。芬蘭PEMAMEK 公司的PEMN300TN滾輪架在內(nèi)地有一。1.1.2研究的目的焊接滾輪支架是一種能夠?qū)⒔M合式被焊工件裝配起來并按照要求能夠移動焊件的機械化裝置，它屬于裝配焊接輔助機械裝備。對該產(chǎn)品的設(shè)計是焊接生產(chǎn)裝備工作的重要內(nèi)容之一，也是焊接生產(chǎn)設(shè)計的主要任務(wù)之一。合理的設(shè)計與利用焊接滾輪支架不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且也改善了勞動條件，同時還可以簡化焊接結(jié)構(gòu)的裝配焊接工藝。隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展,對焊接生產(chǎn)機械化和自動化提出了越來越高的要求,焊接機械設(shè)備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為滿足市場需要而設(shè)計生產(chǎn)的。它是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置,主要用于圓筒形焊件的焊接與裝配。焊接設(shè)備的自動化在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用徹底改了變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的自動化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。而焊接滾輪架作為焊接設(shè)備中的一部分，其結(jié)構(gòu)也越來越趨向于自動化方面。通過對滾輪架進(jìn)行研究與設(shè)計，將所學(xué)知識得以綜合利用，有助于提高自己的分析問題與解決問題的能力。同時，了解各種滾輪支架的設(shè)計、工作原理與應(yīng)用等。通過本設(shè)計，培養(yǎng)自己的設(shè)計思維，從思想上得到轉(zhuǎn)變，同時加強自己動手能力的培養(yǎng)。1.2 研究的意義及發(fā)展趨勢1.2.1焊接滾輪架研究的意義. 為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，國外焊接生產(chǎn)機械化、自動化已達(dá)到很高的程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國家焊接機械化、自動化程度已達(dá)到熔敷金屬量的65%以上。目前, 國際上技術(shù)先進(jìn)的重型焊接滾輪架最大的承載重量達(dá)1600T，自動防竄滾輪架的最大承載重量達(dá)800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為0.5mm。變位機的最大的承載重量達(dá)400T，轉(zhuǎn)矩可達(dá)450KNm?？蚣苁胶附臃D(zhuǎn)機和頭尾架翻轉(zhuǎn)機的最大承載重量達(dá)160T。焊接回轉(zhuǎn)平臺的最大承載重量達(dá)500 T。立柱橫梁操作機和門架式的操作機的最大行程達(dá)12m。龍門架操作機的最大規(guī)格為8m8m。我國已能生產(chǎn)6m6m以上大型立柱橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機，500T重型滾輪架及重型、輕型自動防竄滾輪架，防竄精度為1.5mm，100T大型變位機和大、中型翻轉(zhuǎn)機等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設(shè)備，并大量采用交流電機變頻調(diào)整技術(shù)，PLC控制技術(shù)和伺服驅(qū)動及數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，焊接裝備的自動化程度有了很大的提高，某些操作機還配備了焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應(yīng)用范圍日趨擴大，因此為窄間隙設(shè)備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動焊工藝焊接筒體縱縫，實現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)最大長度7000mm，最大厚度250mm）壓制工藝自動化和焊接工藝高效率化。新型燃?xì)饧訜崞骱碗娂訜嵩O(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，例如，紅外燃?xì)饧訜崞鳎涫揭夯瘹饧訜崞鞯缺葌鹘y(tǒng)的燃?xì)饧訜崞魈岣邿嵝?0%以上，而且更加安全和方便。例如，鋼管的焊接，管壁的縱縫和環(huán)縫均為平焊，在鋼管很長，直徑很大的情況下，直接焊接比較困難，而使用了焊接滾輪架后，所有的縱縫和環(huán)縫實現(xiàn)自動化焊接，有效地減小翻身等吊裝工作。當(dāng)然焊接滾輪架的回轉(zhuǎn)平臺，要求其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便，外形尺寸緊湊，具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，配備專用的活動內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺自動焊接設(shè)備后，具備完成鋼管對圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、安裝加勁環(huán)焊接的工作條件。1.2.2 焊接滾輪架的發(fā)展趨勢.焊接滾輪架有著不同的結(jié)構(gòu)，最開始的一種是兩邊都固定的架，焊件放在上面就可以焊接，這種滾輪架在焊接時要移動焊件。再而生產(chǎn)了一種自調(diào)式滾輪架，這是一種差動滾輪組成的滾輪架，當(dāng)工件直徑發(fā)生變化時滾輪隨擺架自動調(diào)節(jié)滾輪的中心距，使工件得到平衡支撐，這種滾輪架適應(yīng)于直徑為9004000的工件焊接，當(dāng)直徑為最小值900時，每側(cè)只有一個滾輪接觸工件。當(dāng)工件直徑大到一定值時，所有滾輪才能接觸?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種自動化調(diào)節(jié)的滾輪架，滾輪架可以根據(jù)工件而自動轉(zhuǎn)變焊接位置。這種自動化焊接設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，不用人工進(jìn)行操作。第2章：焊接滾輪架的設(shè)計第二章 焊接滾輪架的設(shè)計2.1 焊接滾輪架的選擇2.1.1 焊接滾輪架的主要結(jié)構(gòu)焊接滾輪架是借助主動滾輪架與焊件之間的磨擦力,使焊件旋轉(zhuǎn)的變位機械.焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接,可以對主,從動滾輪的高度作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,也可進(jìn)行錐體,分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接,對于一些非圓長形焊件,將其放在特做的裝置中,也可以在滾輪架上進(jìn)行焊接.焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)形式分為兩類.第一類是長軸式滾輪架,滾輪沿兩平行軸排列,與驅(qū)動裝置相聯(lián)的一排為主動滾輪,另一排為從動滾輪,也有兩排都是主動滾輪的,主要用于細(xì)長薄形的焊件的組對焊接.有的長軸式滾輪架，其滾輪為一長形滾柱,直徑為0.3-0.4m,長度為15m筒體置于其上不容易軸向變形。這種滾輪架適用于薄壁,小直徑,多筒體焊件的組對和環(huán)縫的焊接.長軸式滾輪架多數(shù)是用戶自己的需要而設(shè)計的,市場可供選用的定型產(chǎn)品很少.第二類是組合式滾輪架,它的主動滾輪,從動滾輪都是獨立的,使用時可根據(jù)焊件的重量和大小,長度進(jìn)行任意組合,其組合比例也不光是1與1的組合,因此,這種滾輪架使用方便靈活,對焊件的適應(yīng)性很強,是目前應(yīng)用最廣泛的滾輪架結(jié)構(gòu)形式,國內(nèi)外有關(guān)的生產(chǎn)廠家,均有各自己的系列新產(chǎn)品供應(yīng)市場.本設(shè)計中，工件長度為8m,直徑為2.5m 重量為5t,因此采用組合式非自調(diào)式滾輪架.其主要結(jié)構(gòu)由主動滾輪,從動滾輪,支架三部分組成,如圖(2-1),支架相當(dāng)于機座.輪座在其上對工件起支稱作用,其中主動輪起驅(qū)動作用.這三部分都是獨立的.,人們可以利用其數(shù)量的協(xié)調(diào)變化組合成能驅(qū)動各種不同長度,不同直徑的焊件的焊接。 圖2-1滾輪架圖 1 主動滾輪 2 從動滾輪 3 驅(qū)動裝置本設(shè)計中，滾輪架采用一個電動機拖動,根據(jù)滾輪架的特點和適用范圍,滾輪采用鋼輪,承載能力強. 附表2-1滾輪結(jié)構(gòu)的特點和適用范圍類型特點 適用范圍鋼輪承載能力強,制造簡單用于重型焊件和要熱處理的焊件以及額定載重大于60T的滾輪架 膠輪鋼輪外包橡膠,摩擦力較大,傳動平穩(wěn),但橡膠容易壓壞一般多用于10T以下的焊件和有色金屬容器組合輪鋼輪和橡膠輪組合, 承載能力比橡膠輪高,傳動平穩(wěn).一般用天10-60T的焊件履帶輪大面積履帶面積和焊件接觸,有利于防止薄壁工件和變形,傳動平穩(wěn)但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 用于輕型,薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器 表2-12.1.2 焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)計本滾輪架采用一組主動輪,一組從動輪,因為工件長度的8米,直徑2.5米,因此，滾輪架總共有7組,每一個滾輪的兩端都有支座，主動滾輪是同軸的，中間用連軸器連接。主動輪上的每一個滾輪的長度與寬度相同，而從動輪上的最兩端的兩個滾輪寬度較小，中間的6個滾輪寬度與主動輪相同，從動滾輪的每一個滾輪是獨立的，在工作時，一個焊件置于三個滾輪之上，這樣傳動比較平穩(wěn)。采用一個電動機傳動，電動機傳動裝置大概位于主動輪軸的中間，結(jié)構(gòu)如下圖(2-2)所示： 圖2-2滾輪架結(jié)構(gòu)示意圖1電動機 2.聯(lián)軸器 3齒輪對，4 軸承 5主動滾輪 6 公共軸，7從動滾輪。2.2 滾輪架受力分析及設(shè)計2.2.1 中心角的選擇選擇合適的中心有利于焊件穩(wěn)定而均勻的轉(zhuǎn)動，并可以減少滾輪的支反力，驅(qū)動圓周力和節(jié)能，通常的情況下，中心角要在之間選用。因此，與此中心角相對的焊件直徑不得超越下述范圍：當(dāng)中心角為時，對應(yīng)的許用焊件直徑為 當(dāng)中心角為時，對應(yīng)的許用焊接為mm 本設(shè)計中選用的中心角為，在范圍之內(nèi)，而筒體焊件的直徑為2500mm，符合上述要求。2.2.2滾輪直徑與寬度的確定。滾輪直徑影響工件與滾輪之間的接觸應(yīng)力值，有 (2.1) 式中 -滾輪上的壓力，為滾輪對數(shù). E-彈性模量 ，-工件和滾輪半徑 B-為滾子的寬度； -接觸應(yīng)力，一定應(yīng)小于許用接觸應(yīng)力。. 此式不能確定兩個未知量 和，而根據(jù)滾輪的線壓力小于許用應(yīng)力的條件可決定B (2.2)式中-45號鋼的許用線壓力,鋼輪=1471(N/MM) ,B-作用在滾輪輪上的壓力及滾輪寬。. 代入數(shù)值,可得: 可知: 因為輪的許用接觸力5.476=1471(N/MM)小于鋼的許用接觸應(yīng)力，因此，滾輪的寬度為B=750mm 查表得 ，設(shè)滾輪的直徑為240mm,代入上式得： 因為鋼的許用接觸應(yīng)力為， 因此,符合設(shè)計要求根據(jù)上面的計算可知，設(shè)計的滾輪的直徑為240mm, 滾輪的寬度為750mm。根據(jù)滾輪架結(jié)構(gòu)示意圖，從動滾輪的兩端的兩個滾輪直徑為240mm，滾輪的寬度為350mm。2.2.3滾輪軸的設(shè)計。工件或支承環(huán)直接作用滾輪架的滾輪上，靠工件或支承環(huán)與滾輪的磨擦使其回轉(zhuǎn)。圓形工件下方直接為滾輪架，一邊為驅(qū)動滾輪，一邊是從動滾輪，假定兩端滾輪直徑相等，軸心高度相同，工件重心與回轉(zhuǎn)中心（圓心）不重合，則存在偏心距，則驅(qū)動滾輪主軸上的驅(qū)動力矩應(yīng)大于：驅(qū)動滾輪沿工件滾輪的滾輪磨擦力矩M1，工件的偏心力矩，滾輪軸承的動磨擦力矩和慣性力矩等之和。當(dāng)工件均勻回轉(zhuǎn)時，可作為平衡力系考慮，分別對驅(qū)動滾輪，工件，支承滾輪進(jìn)行受力分析如圖2-3，并寫出平衡方程如下： (2-.3) (2-4) 式中-驅(qū)動總阻力矩。 ，-驅(qū)動輪與支承輪在筒體上滾輪的磨擦力矩及工件在兩種輪上滾輪磨擦力矩， (2-5)-滾動磨擦系數(shù)。 ，-滾輪軸承的滑動磨擦力矩， -軸承的誘導(dǎo)磨擦系數(shù)，滾動軸承，誘導(dǎo)磨擦系數(shù)為0.1 ,-軸承的半徑,本設(shè)計中 -件的偏心距. ,滾輪上正壓力,在本設(shè)計中有 圖2-3受力分析圖 ,-依靠摩擦傳遞的使工件和支承滾輪回轉(zhuǎn)的切向力 R r-分別為工件和滾輪的半徑 從式（23）-(2-5) 消去,和 (2-6) 將, , , 及 代入得，則 （2-7）其中f-滾動磨擦系數(shù) 0.03 -軸承誘導(dǎo)系數(shù)為0.1 為滾動軸徑,為偏心距 式中 通常的情況下驅(qū)動和支滾輪有同樣的半徑，本設(shè)計也是這樣的，式（2-7）第一項表示為作用在驅(qū)動滾輪上的滾動摩擦阻力矩，第二項表示滾輪軸承的摩擦力矩，第三項表示為偏心阻力矩。因為工件為圓筒形,所以偏心距為0所以： 其中為滾輪軸的半徑 本設(shè)計中設(shè)為45mm,材料選用45號鋼為了防止工件和驅(qū)動滾輪的打滑,由所產(chǎn)生的工作圓周力必須小于工件與驅(qū)動輪之間最在滑動摩擦力,有: (2-8) :為驅(qū)動力矩.（2-9）s-驅(qū)動力矩 代入數(shù)據(jù)得,F1=146N 1.3*=1.2*146=163N 0.04*4107=164.5所以式中-為滾輪表面與工件之間滑動摩擦系數(shù),如不滿足,就要更換材料軸的尺寸.綜上,所以設(shè)計所用的材料符合設(shè)計要求.兩滾軸中心距的確定. 滾輪架結(jié)構(gòu)如下圖2-4所示 a-半中心角 D-焊件的直徑Dr-滾輪的直徑L-主從動輪之間的橫向距離 機械工業(yè)部設(shè)計院提出，工件橢圓產(chǎn)生了附加偏心距，工件縱通過滾輪時會產(chǎn)生另一個相當(dāng)大附加力矩，而且起很大作用，使橢圓產(chǎn)生的偏心力矩可以不加以考慮，并提出了如下情況下力矩的計算公式，經(jīng)實測誤差較小，其計算如上圖所示，假定一邊支承滾輪，一邊驅(qū)動滾輪外，縱縫和滾輪相遇是錯開的，計算中按三個滾輪與工件接觸，一個與縱縫接觸，于是有： 圖2-4 受力分析 （2.10） (2.11) 以及縱縫通過滾輪的阻力矩 (2.12) 式中-縱縫和滾輪接觸的當(dāng)量摩擦系數(shù),它與焊縫高度有關(guān), (2.13) h-力焊縫冗高,其他符號與前面相同, (2.14) 將數(shù)據(jù)代入得： 因為21702236所以上面的設(shè)計符合要求。2.2.4 電機的選擇 電機功率公式為 （2.15）式中,-主動軸的總驅(qū)動力矩 n-為主動軸的轉(zhuǎn)速(),本設(shè)計中主動滾輪的轉(zhuǎn)速為(6-60n/h),其中最高轉(zhuǎn)速為 -為傳動效率。其中為2個滑動軸承0.99，,對個圓周柱齒輪傳動0.96,聯(lián)軸器為0.99所以傳動總效率為0.99*0.99*0.96*0.96*0.99=0.92 因此電機選擇為0.75KW的電機就可以了。電動機型號為Y90S-42.2.5電動機的拖動與調(diào)速 焊接滾輪架的拖動與高速主要有兩種方式,一種是直流電動機的拖動,采用降壓調(diào)速,另一種是交流電動機的拖動,變頻調(diào)速.前者使用很久,而且技術(shù)很成熟,電動機的機械特性較硬,起動力矩較大,是目前滾輪使用最多的一種,拖動調(diào)速方式,缺點是電支機結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)速范圍較小,平時恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速的范圍是1:10左右低速時的速度不穩(wěn)定,有爬行現(xiàn)象.后者則采用電子表逆變技術(shù)的發(fā)展和大電流晶體管的性能完善.在技術(shù)是也日趨成熟,其主要是調(diào)速范圍較寬,可達(dá)到1:20,轉(zhuǎn)動平好,低速特性硬,缺點是低速過載倍數(shù)降低較大,變頻電源的價格較高,但隨著電動機額定功率的增加,價格上則相對平緩.因此,本設(shè)計采用是交流電動機的拖動,變頻調(diào)速。其拖動機構(gòu)為從電動機出來，接通到聯(lián)軸器上，通過齒輪傳動到驅(qū)動滾輪軸上。第3章：滾輪架中各零件的設(shè)計與選用第三章 滾輪架的各零件的設(shè)計與選用3.1 軸承的選用3.1.1滾動軸承的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動； 2、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便； 3、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮??； 4、精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長； 5、部分軸承具有自動調(diào)心的性能； 6、適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高缺點： 1、噪音大 2、軸承座的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 3、成本較高。3.1.2 滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成，其中內(nèi)圈的作用是與軸相配合，并與軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用，滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命，保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導(dǎo)滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用根據(jù)GB/T276-89，本設(shè)計選用深溝軸承3.1.3軸承的選用當(dāng)軸承的徑向游隙增大時，具有角接觸球軸承的性質(zhì)，可承受兩個方向交變的軸向載荷。密封的深溝球軸承可免維護(hù)，并能使結(jié)構(gòu)簡化。它可以承受徑向和軸向載荷，而且允許轉(zhuǎn)速很高。由于這些特征和其低廉的價格，使它成為應(yīng)用最廣泛的軸承類型。但深溝球軸承的自動調(diào)心能力是有限的與尺寸相同的其它類型軸承相比，這類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，精度高，是用戶選型時首選的軸承類型。本設(shè)計中軸徑為90MM，選用深溝球軸承，其型號為61918D為140MM ，B為24，額定載荷Cr為58.0 ,Cor為49.8 極限轉(zhuǎn)速為，脂3800，油4800，重量/kg 2.17,其它尺寸，d2 111.7, D138.4,1.5,安裝尺寸99mm，131mm,球徑15.081mm ，球數(shù)14軸承座如圖3-1所示： 圖3-1 軸承座3.2 連軸器的選用本設(shè)計中軸徑為90mm，選用凸緣聯(lián)軸器，型號為YLD13公稱扭矩為2500N.m許用轉(zhuǎn)速也符合要求，孔的長度J型為132mm,有沉孔的矩圓柱形軸孔，Y形軸孔，L長度為132mm，沉孔，D220mm D1185mm 公稱尺寸為t125mm，極限偏差為上偏差為-0.022，下偏差為-0.074，螺栓數(shù)為8，直徑為M16，L1為269，轉(zhuǎn)動慣量0.416，重量為35.5 連軸器如圖3-2： 圖3-2 聯(lián)軸器3.3 軸和滾輪的配合本設(shè)計中,軸和滾輪用鍵連接,一根滾輪有四個鍵配合,如圖3-3所示： 圖3-3 軸與滾輪配合 鍵的選擇：根據(jù)軸的要求，選用b=25mm,h=14mm ,L =360mm 的圓形普通平鍵（A）型的標(biāo)記：鍵25*360GB1096-79，1 平鍵的材料為45鋼2 軸槽輪槽對軸及輪軸線的對稱度公差為7級 鍵圖：如圖3-4 圖3-4 鍵軸與鍵配合圖：如圖3-5 圖3-5 軸與鍵配合3.4 齒輪的設(shè)計1.材料：小齒輪選用40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度為280HBS。大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240HBS。2.選小齒輪齒數(shù)z1=80,小齒輪齒數(shù)z2=80*1.25 =100取z2=100按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式 （ 4-1）進(jìn)行計算3確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1).試選載荷系數(shù)(2).由前可知小齒輪轉(zhuǎn)矩(3).查表得齒寬系數(shù)(4).查表得材料的彈性影響系數(shù)(5).按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限大齒輪接觸疲勞強度極限(6).計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)則有(7).查得接觸疲勞壽命系數(shù)為(8).計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1，由式有4 計算(1).試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 因為滾輪軸的最小直徑為90mm,所以小齒輪分度圓直徑為200mm(2)計算齒寬b(3)計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) mm齒高 b/h=200/5.625=35.64按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式 (4-2)（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值查圖小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強度極限分別是（2）彎曲疲勞壽命系數(shù)（3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 .計算得（4）計算載荷系數(shù)K（5）查取齒形系數(shù)，查表得（6）查取應(yīng)力校正系數(shù) （7）計算大，小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值比較大設(shè)計計算對比得，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而承載的齒輪要求模數(shù)m取2.5按接觸強度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù) 取z1=80大齒輪齒數(shù) 取z2=1004幾何尺寸計算(1)計算分度圓直徑計算中心距計算齒輪寬度取齒輪寬 5驗算經(jīng)計算合格 第四章 結(jié)論 第四章 結(jié)論焊接滾輪架是焊接生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備,通過各種焊接結(jié)構(gòu)架可以提高生產(chǎn)效率,使生產(chǎn)時間減少.本次畢業(yè)設(shè)計使我學(xué)習(xí)了有關(guān)焊接工藝相關(guān)的知識,對焊接用的各種滾輪架有了較深的理解,懂得了焊接夾具在焊接過程中的力學(xué)分析,開放了自己的設(shè)計思維,懂得了機械設(shè)計的一般設(shè)計步驟和方法,學(xué)會了如何查閱相關(guān)的資料,將自己的理論知識用于實踐中.本次設(shè)計按照國標(biāo)的設(shè)計要求,在已知條件下設(shè)計滾輪架,經(jīng)過各種驗算,設(shè)計結(jié)果基本符合要求.致謝畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)生離校前最重要也是最全面的一次設(shè)計，是高等院校為培養(yǎng)工程技術(shù)人員而進(jìn)行的一次大型綜合訓(xùn)練，通過這次設(shè)計，檢查我們綜合運用機械設(shè)計課程的知識，分析和解決問題的能力，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識。通過設(shè)計實踐，逐漸樹立正確的設(shè)計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，熟悉掌握設(shè)計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力，另外通過這次設(shè)計，進(jìn)行各種設(shè)計計算、繪圖技能以及運用各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。學(xué)會怎樣查找應(yīng)用設(shè)計手冊和有關(guān)資料，進(jìn)行全面的機械基本技能的綜合性大型練習(xí)。 本次畢業(yè)論文，掌握了機械設(shè)計的主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對機械設(shè)計具有了更進(jìn)一步的了解和掌握，了解了設(shè)計過程中的一般步驟，這必將為以后的學(xué)習(xí)和工作起到打下良好的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)1賈安東主編. 焊接結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)設(shè)計，天津：天津大學(xué)出版社 ，19972鄒家祥主編. 機械設(shè)計理論與方法,北京,機械工業(yè)出版社,19883王云鵬主編. 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)(焊接專業(yè))，北京：機械工業(yè)出版社，20014雷世明主編. 焊接方法與設(shè)備,北京:機械工業(yè)出版社，19965鄭思潛主編. 焊接設(shè)備選用手冊(精),北京:機械工業(yè)出版社，19956. 成大先主編. 機械設(shè)計手冊 ，北京:機械工業(yè)出版社，20027. 鄭文偉主編. 機械原理 ,北京: 高等教育出版社，19958. 紀(jì)名剛主編. 機械設(shè)計,北京: 高等教育出版社，19959. 朱冬梅主編. 畫法幾何與機械制圖,北京: 高等教育出版社，200110. 王昆主編. 機械設(shè)計課程設(shè)計,北京:高等教育出版社，200211. 王政主編. 焊接工裝夾具及變位機械,北京:機械工業(yè)出版社，199612陳立周主編. 機械優(yōu)化設(shè)計方法,北京:科學(xué)出版社.199013王政. 焊接工裝夾具及變位機械圖冊，北京：機械工業(yè)出版社，199214關(guān)橋等譯. 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝，機械化與自動化圖冊 ,北京: 機械工業(yè)出版社。199515陳祝年. 焊接設(shè)計簡明手冊，北京: 機械工業(yè)出版社，1997畢業(yè)設(shè)計說明書題 目 焊接滾輪支架設(shè)計 英文并列題目The Design Of Welding Wheel Stent 學(xué)院：機電工程學(xué)院 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 學(xué)生: 指導(dǎo)教師（職稱 ： 完成時間： 年 3 月 16 日至年6 月 10 日目錄摘要 - Abstract- 第一章 引言 - 3 1.1 研究的背景與目的- 3 1.1.1研究的背景- 3 1.1.2研究的目的- 3 1.2 研究的意義及發(fā)展趨勢- 3 1.2.1焊接滾輪架研究的意義 - 4 1.2.2焊接滾輪架的發(fā)展趨勢- 5 第二章焊接滾輪架的設(shè)計- 6 2.1焊接滾輪架的選擇-6 2.1.1焊接滾輪架的主要結(jié)構(gòu)- 6 2.1.2焊接滾輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)計- 7 2.2滾輪架受力分析及設(shè)計- 8 2.2.1中心角的選擇- 9 2.2.2滾輪直徑與寬度的確定- 10 2.2.3滾輪軸的設(shè)計 - 14 2.2.4. 電機的選擇- 15 2.2.5電動機的拖動與調(diào)速- 15第三章滾輪架的各零件的設(shè)計與選用- 16 3.1軸承的選用及校核- 16 3.1.1滾動軸缺承的優(yōu)缺點- -16 3.1.2滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)- 16 3.1.3軸承的選用- 16 3.2聯(lián)軸器的選用- 17 3.3軸與滾輪的配合- 18 3.4節(jié)齒輪的設(shè)計- 22 第四結(jié)論- 23航空工業(yè)焊接的新趨勢麻省理工學(xué)院 帕特里西奧樓門德斯 摘要:焊接在航空業(yè)正經(jīng)歷著令人振奮的發(fā)展。廣泛應(yīng)用計算機和改善設(shè)備和設(shè)計新材料塑造的方式焊接，是實施過程和產(chǎn)品正在設(shè)計的主要要方法。有一種普遍的趨勢，減少鉚釘在在飛機結(jié)構(gòu)組件的使用有一種普遍的趨勢. 擴散焊和激光，電子束焊接是在加入材料情況下使用的。軍用飛機的電子束焊接在加入鈦合金下使用，并且有擴大趨勢.大型商業(yè)飛機的激光束焊接，慢慢取代鉚釘在大部份機身上使用, 航天工業(yè)也顯示:航空業(yè)界承諾一些新的進(jìn)程的發(fā)展.其中包括：攪拌摩擦焊接和變極性等離子弧焊，這已經(jīng)被應(yīng)用火箭的關(guān)鍵部件上, 目前, 鑄件在飛機有日益增加的趨勢,這樣開辟了新的機遇和挑戰(zhàn). 而一些進(jìn)程，包括擴散焊接鋁合金和線性摩擦加入葉片盤。似乎并沒有得到廣泛應(yīng)用. 本文側(cè)重于焊接的基礎(chǔ)，就其影響的焊接航空組件，以及對趨勢的行業(yè)的預(yù)計，因此是一項基本的水平。維修焊接，無損檢測，釬焊是本文章討論的范圍。導(dǎo)言: 焊接的過程，就是人類一個古老的處理金屬的過程.其在歷史上的大多數(shù)的時間,它一直被視為一個粗淺的藝術(shù)或施工技術(shù). 19世紀(jì)推動現(xiàn)代焊接新的發(fā)展而且發(fā)展趨勢比以往任何時候都要快. 不同的焊接工藝可以由不同強度的熱源融合.也揭示了許多重要的趨勢當(dāng)中, 滲透率衡量的比例，深度,寬度（四/瓦特）焊縫截面的急劇增加與熱源強度有關(guān)。這允許較高的焊接速度,使得焊接過程更有效率. 一個更有效率的過程中在焊接過程中需要較少的熱輸入，從而形成一個強大的焊縫 . 較小的熱源,移動速度更快,也意味著停留時間在任何特定的點的時間大大減少. 如果停留時間太短，在過程中，無法手動控制，必須加以自動化, 最低的時間，仍然是可以手動控制的對應(yīng)的電弧焊接（約0.3秒）. 因此，他們只能用自動控制熱源更激烈的的焊接. 焊接工藝在更加集中熱源的地方創(chuàng)建一個較小的熱影響區(qū)（ HAZ組織）和形成較低后焊縫扭曲力. 它可以推斷：所帶來的好處是: 更加集中熱源, 資本設(shè)備的費用大約與強度熱源成正比的.航空業(yè)的特點是：低單位生產(chǎn)，單位成本較高，在營運條件極其嚴(yán)重情況下,焊接就十分重要了, 這些特征對較昂貴的和更集中熱源如等離子弧，激光束和電子束焊接作為焊接進(jìn)程的選擇,是焊接的關(guān)鍵部件的重要選擇焊接過程在航空業(yè)中的使用.摩擦焊接）在這個過程中，通過機械變形加入金屬。既然沒有熔化,就不存在基礎(chǔ)的材料熔化-凝固現(xiàn)象的相關(guān)缺陷. 這個過程中可以加入鋁起落架組件,組成了一個比較簡單的橫截面. 性摩擦（微動）焊接被認(rèn)為是由通用電氣公司和普惠公司發(fā)明的一種替代，為制造和修理高溫合金盤為噴氣發(fā)動機. 雖然沒有透露這些進(jìn)程，他們也會演變成商業(yè)應(yīng)用.攪拌摩擦（攪拌摩擦焊）契維語在1991年發(fā)明了這一焊接方法, 這是一個堅實的焊接進(jìn)程，通過機械變形加入金屬, 在這個過程中,圓柱等工具與異型探頭旋轉(zhuǎn)，慢慢地陷入了聯(lián)合線之間的兩塊資產(chǎn)負(fù)債表或板材，這樣就對接在一起，這個過程可以焊接以前報告鋁合金飛機結(jié)構(gòu)在使用. 實力焊縫與弧相比是弧30 或50 . 在一些小熱影響區(qū)的地方，殘余應(yīng)力，微觀結(jié)構(gòu)也得到了改變. 波音公司出了1500萬美元的投資在使用攪拌摩擦焊焊接助推器為三角洲的范圍的國家運載火箭，這是美國的第一生產(chǎn)攪拌摩擦焊的地方. 1998年8月, 在德爾塔II,首次發(fā)射一個使用攪拌摩火箭. 這一進(jìn)程目前正在考慮加入鋁berilium合金，如2005年，為中央智囊團(tuán)的航天飛機，就得到了應(yīng)用。鈦合金也有其他航空用途. 作為攪拌摩擦焊的一種,為了更好地使用，它可以取代等離子弧焊（足）和電子束焊接（電子束焊接）,在一些具體的應(yīng)用中用鋁和用鈦是有分別。 閃光焊為是一種在熔化過程中, 應(yīng)用一對焊接接頭焊接在短期的內(nèi)弧和壓力而作用的。這是能夠產(chǎn)生強大的焊縫的基礎(chǔ)材料. 這個過程可以焊接鋁和表面耐高溫合金使用沒有特別準(zhǔn)備或屏蔽氣體。它可以焊接各種復(fù)雜的截面, 這是用在航空業(yè)加入環(huán)噴氣發(fā)動機,主要是出于耐高溫合金和擠壓鋁構(gòu)件的作用而考慮的。 氣體金屬弧焊這個過程中，其中一個是世界上進(jìn)心最熱門的焊接工藝，因為它的靈活性和低成本是呆以廣泛使用在航空業(yè). 缺點是大尺寸的熱源(處理流程，與如電子束焊接，運作）的焊縫有著不太好的力學(xué)性能. 這個過程是在主要的焊接工藝用于建造該燃料和氧化劑坦克火箭（ 2219為第一階段）, 目前應(yīng)用在自動焊接的葉片愛國者導(dǎo)彈上. 這些葉片由一個框架17-4 pH值超級不銹鋼組成，其中金屬薄板的相同的組成是welded8, 此應(yīng)用程序的好處，從成本降低，而可靠性增強。鎢極氬弧焊（氬弧焊）氬弧焊可以使用比的GMAW更激烈的熱源. 因此，它可以產(chǎn)生較小的焊縫，從而降低的成本。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu),在應(yīng)用這一過程中，不能與其他焊接方法如電子束焊接，激光焊接或等離子弧相焊接相單混用。氬弧焊是一起使用的GMAW與焊接在2014年和2219的鋁合金在燃料和氧化劑坦克在土星v rocket7使用. 梅塞施米特blkow blohm在德國目前使用的GMAW為噴嘴延長鎳，阿麗亞娜發(fā)射vehicles9上也使用過這種焊接. 大部分的焊接主要表現(xiàn)在商用飛機及對管道及油管使用焊接. 這個過程也可以用在換熱器的核心上，噴氣發(fā)動機百葉窗和排氣外殼上，不銹鋼和inconel1無論是在商業(yè)和軍事都得到了使用. 不銹鋼葉片在多倫多也用在堵塞焊縫在愛國者導(dǎo)彈也得到了使用. 允許應(yīng)用到航空焊接結(jié)構(gòu)的組成部分包括弧長控制和救濟的應(yīng)力用散熱器在焊接上, 這項技術(shù)，是由洛克希德馬丁公司在土衛(wèi)六四運載火箭上使用的. 它是一種通過測量電弧電壓來測量所期望的滲透率.這種技術(shù)在中國 北京航空制造技術(shù)研究所也得到了應(yīng)用. 它已用于噴氣發(fā)動機案件中的耐熱合金和火箭燃料箱的鋁合金。在這方面的技術(shù)，散熱器步道背后的焊接電弧就是這樣一種方式，他們的熱領(lǐng)域的互動，大大降低了氬弧焊的過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和扭曲力. 企圖以取代鉚由多倫多的焊接邁出皮膚板尚未成力，但由于嚴(yán)重歪曲了一些問題.等離子弧焊使用constricted弧之間的nonconsumable電極和熔池（轉(zhuǎn)移?。┗蛑g的電極和制約噴嘴（ nontransferred?。? 如果熱強度不夠高，這個過程是不可以運作，類似一個小孔模式，有人認(rèn)為，激光或電子束焊接，雖然與規(guī)模較小但滲透率最高. 這個過程是用于焊接的先進(jìn)的固體火箭發(fā)動機,使用材料是惠普- 9 - 4 - 30鋼. 其中一個最新的變化，就是霍巴特兄弟將這個過程如變極性等離子弧焊焊接（ vppa ）商品化. 這種變化在航空航天工業(yè)焊接較厚路段鋁合金，特別是為外部燃料箱的航天飛機得到了使用.這個過程中熔化的是在小孔模式中進(jìn)行的.不好的一部分，是循環(huán)提供了一個陰極清洗鋁工件，而好的部分，提供了理想的滲透和熔融金屬流. 測試結(jié)果表明，最佳占空比為這個過程中涉及的負(fù)序電流15-20 MS和一個積極的2-5的電流中，一個積極作用是:當(dāng)前的30-80 1高于負(fù)序電流. 集中供熱原因是為了明顯減少角扭曲力.激光焊接這個過程, 優(yōu)勢是電子束焊接技術(shù)可以提供最集中的熱源焊接, 更高的精度,焊縫質(zhì)量和規(guī)模較小的扭曲. 這個過程是用于焊接噴氣發(fā)動機部件,其由耐熱合金制成，如hastelloy，激光加工燃燒在普惠公司噴氣發(fā)動機jt9d ， pw4000 ， pw2037和F - 100 - 22019得到了運用.激光焊接將很快取代鉚在空中客車318飛機中使用. 顯著的優(yōu)點是可以預(yù)期并取得的取代鉚接接頭的不足. 鉚，估計消費占制造業(yè)的40 左右 .電子束焊接如上所述，高強度的電子束產(chǎn)生焊縫與熱影響區(qū)小，這個過程中的優(yōu)勢，電子束對熔融金屬的對接已沒有問題. 不過，它需要在真空中運作. 這一特點在使用這一進(jìn)程中，特別適合焊接鈦合金而不能焊接在一個開放的氣體中的部件. 鈦合金被廣泛用于軍用飛機，因為它重量輕，強度高，性能在高溫下也較好. 應(yīng)用電子束焊接，以焊接鈦部件的軍用飛機一直在不斷擴大. 塔員額和機翼部件在Ti 6Al - 4V和f15戰(zhàn)斗機也得到了廣泛的應(yīng)用. 機翼盒舉行可變幾何的翅膀，在旋風(fēng)式戰(zhàn)斗機，如f14 “雄貓”得到了使用. 在控制系統(tǒng)中,以及在以及在實施電腦自動化中有著顯著的差異. 這項新技術(shù)，使連續(xù)一通焊縫超過曲線和曲面，并通過不同厚度來進(jìn)行. 波音公司的F - 22的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件現(xiàn)在用鈦電子束焊接這種方式來焊接的. F - 22是第一次飛機在60年的特點焊接機進(jìn)行的. 前的前身用了鉚接鋁.將他們焊接在一起. 最近的應(yīng)用的鈦鑄件在F - 22戰(zhàn)斗機的焊接出現(xiàn)了問題，因此延遲開始生產(chǎn)時間至少五個月. 俄羅斯能源火箭應(yīng)用電子束焊接建造該氧氣和油缸. 由于龐大真空，是造成當(dāng)?shù)孛芊馀c鐵電產(chǎn)生影響.擴散焊這是一個固態(tài)焊接,在焊接過程中在焊縫所在處產(chǎn)生應(yīng)用的壓力，在高溫下，該件沒有宏觀變形或相對變化. 航空業(yè)是主要用戶是dfw, 這個過程已證明,超塑成形（ SPF ）則鈦合金特別有用相結(jié)合. 在這種情況下，復(fù)雜的幾何形狀可以得到在短短得到應(yīng)用. 在某些情況下替代鉚接鋁構(gòu)件,從而使成本降價. 傳統(tǒng)的制作由500緊固件構(gòu)成的16個部分,并一起進(jìn)行. 有人建議，以取代設(shè)計，整體加筋所產(chǎn)生的SPF / dfw會得到很好的作用. 應(yīng)用的SPF / dfw可以減少了原來的鉚接的鋁材構(gòu)件，來自76個詳細(xì)的零件和1000緊固件，以鈦金屬版只有14個細(xì)節(jié)和90緊固件與總成本可節(jié)省30 左右. 成功的SPF / dfw鈦刺激了大量的研究與目標(biāo)，完成了類似的過程與鋁焊接過程. dfw鈦和鋁鈦根本區(qū)別是鈦可以解散其氧化物而鋁不可以，因此, 剩余氧化氮在界面形成鋁聯(lián)合,極大地降低了力量的焊接在焊接中的擴散. 這個問題已妨礙了SPF級/ dfw鋁的普遍采用.結(jié)論驅(qū)動的成本和重量的積累，技術(shù)進(jìn)步使得更換鉚釘和緊固件與焊縫得到緊密的結(jié)合. 在商用飛機中,一些鉚接鋁構(gòu)件由SPF級/ dfw鈦的替代品（ SPF級/ dfw鋁仍處于試驗階段）形成了一種趨勢. 在不久的將來，空中客車飛機（ a318和a3xx ）功能將機身出現(xiàn)激光焊接，以在飛機上的形成. 展望進(jìn)一步,邁向未來, 這是有可能將攪拌摩擦焊用于對飛機結(jié)構(gòu)組件的焊接, 它可以可靠地加入合金系列等材料.變極性等離子弧焊焊接（ vppa ） ，原本是設(shè)計為空間應(yīng)用可能深入飛機工業(yè)入中的厚度較厚的鋁。實施計算機控制使用電子束焊接鈦合金的應(yīng)用程序在過去是不可行的，制造業(yè)等焊接第一次為噴氣式戰(zhàn)斗機機身中使用，電子束焊接鈦在未來的軍用飛機的運用將增加，這種預(yù)期是合理的，在飛機使用鑄件正在增加，這必將帶來新的挑戰(zhàn)。 Proceedings of the conference “New Trends for the Manufacturing in the AeronauticIndustry”, Hegan/Inasmet, San Sebastin, Spain, May 24-25, 2000, pp. 21-38.NEW TRENDS IN WELDING IN THE AERONAUTIC INDUSTRY Patricio F. Mendez Massachusetts Institute of Technology 9Cambridge, MA 02139, USA Abstract Welding in the aeronautic industry is experiencing exciting developments. The widespread application of computers and the improved knowledge and design of new materials are shaping the way welding is implemented and process and product are being designed. There is a general trend to reduce the use of rivets in structural components in airplanes. Diffusion welding and laser, and electron beam welding are used to join the materials in these cases. In military airplanes electron beam welding is continually gaining ground in the joining of titanium alloys. In large commercial planes laser beam welds are posed to replace rivets in large parts of the fuselage. Some new processes developed for the space industry also show promise for the aeronautic industry, among them: friction stir welding and variable polarity plasma arc welding, which are already being used for critical applications in rockets. A current trend of increasing the use of castings in newer airplanes opens up new opportunities and challenges. Some processes that do not seem to have gained widespread application include the diffusion welding of aluminum alloys and the linear friction joining of blades for blisks. This paper focuses on the welding fundamentals, on its implications for welding of aeronautical components, and on the trends in the industry that can be expected from progress at a fundamental level. Repairs by welding, NDT, and brazing are left outside the scope of this paper. Introduction Welding is a process almost as old as the processing of metals by humans. For most of its history it has been regarded as an obscure art or a crude construction technique. New discoveries and the availability of electric energy in the nineteenth century pushed the development of modern welding with an ever-accelerating rate (Figure 1). The different welding processes can be ordered by the intensity of the heat source used for fusion (Figure 2). This ordering reveals many important trends among them. The penetration measured as the ratio of depth to width (d/w) of the weld cross section increases dramatically with the intensity of the heat source. This makes the welding process more efficient and allows for higher welding speeds. A more efficient process requires less heat input for the same joint, resulting in a stronger weld, as indicated in Figure 3. A smaller heat source moving at a faster speed also implies a much reduced dwell time at any particular point. If the dwell time is too short, the process cannot be manually controlled and must be automated, as shown in Figure 4. The minimum dwell time that can still be controlled manually corresponds to arc welding (approximately 0.3 seconds). Heat sources more intense than arcs have shorter dwell times; therefore, they can only be used automatically. Welding processes with a more concentrated heat source create a smaller heat affected zone (HAZ) and lower post-weld distortions, as indicated in Figure 5 to Figure 7. The benefits brought by a more concentrated heat source come at a price: the capital cost of the equipment is roughly proportional to the intensity of the heat source as it can be deduced from Figure 8. The nature of welding in the aeronautical industry is characterized by low unit production, high unit cost, extreme reliability, and severe operating conditions1. These characteristics point towards the more expensive and more concentrated heat sources such as plasma arc, laser beam and electron beam welding as the processes of choice for welding of critical components. Welding Processes used in the Aeronautic Industry Friction Welding (FRW) In this process, the joining of the metals is achieved through mechanical deformation. Since there is no melting, defects associated with melting-solidification phenomena are not present and unions as strong as the base material can be made. This process can join components with a relatively simple cross section. It is used for the joining of aluminum landing gear components. Linear friction (fretting) welding was considered by General Electric and Pratt & Whitney as an alternative for the manufacture and repair of high temperature alloy blisks for jet engines2. Although little was disclosed about these processes, they do not seem to have evolved into commercial applications. Friction Stir (FSW) TWI invented this process in 1991. It is a solid-state process that joins metals through mechanical deformation. In this process a cylindrical, shouldered tool with a profiled probe is rotated and slowly plunged into the joint line between two pieces of sheet or plate material, which are butted together, as shown in Figure 9. This process can weld previously reported unweldable aluminum alloys such as the 2xxx and 7xxx series used in aircraft structures. The strength of the weld is 30%50% than with arc welding3. The fatigue life is comparable to that of riveted panels. The improvement derived from the absence of holes is compensated by the presence of a small HAZ, residual stresses, and microstructural modifications in the welding zone4. Boeing made a $15 million investment in the use of FSW to weld the booster core tanks for the Delta range of space launch vehicles, which was the first production FSW in the USA5. The first launch of a FSW tank in Delta II rocket happened in August 19993. This process is currently being considered for the joining of aluminumberilium alloys such as 2195 for the central tank of the Space shuttle, and also titanium alloys for other aeronautical uses. As FSW becomes better established, it can replace plasma arc welding (PAW) and electron beam welding (EBW) in some specific applications in aluminum and titanium respectively. Flash Welding (FW) FW is a melting and joining process in which a butt joint is welded by the flashing action of a short arc and by the application of pressure. It is capable of producing welds as strong as the base material. This process can weld aluminum and temperature resistant alloys without especial surface preparation or shielding gas. It can join sections with complicated cross sections, and it is used in the aeronautical industry to join rings for jet engines made out of temperature resistant alloys and extruded aluminum components for the landing gear6. Gas Metal Arc Welding (GMAW) This process, one of the most popular welding processes in the world because its flexibility and low cost is not used extensively in the aeronautic industry. The drawback for its is that the large size of the heat source (compared with processes such as EBW, LW, PAW) causes the welds to have poor mechanical properties. This process was the main welding process used for the construction of the fuel and oxidizer tanks for the Saturn V rocket (2219 aluminum alloy for the first stage)7. One of the current applications of GMAW is in the automatic welding of the vanes of the Patriot missile. These vanes consists of an investment cast frame of 17-4 PH stainless steel over which sheet metal of the same composition is welded8. This application benefits from the low cost of GMAW, while extreme reliability is not as important as in manned airplanes. Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) GTAW can use a more intense heat source than GMAW, therefore it can produce welds with less distortion at a similar cost. For most structural critical applications this process cannot compete with other welding methods such as electron beam welding, laser beam welding or plasma arc welding. GTAW was used together with GMAW to weld the 2014 and 2219 aluminum alloy in the fuel and oxidizer tanks in the Saturn V rocket7. Messerschmitt Blkow Blohm in Germany currently uses GMAW for the nozzle extensions of Inconel 600 in the Ariane launch vehicles9. Most of the welds performed on commercial aircraft are done on ducting and tubing using GTAW10. This process is also used in heat exchanger cores, louvers and exhaust housings for jet engines, both commercial and military in stainless steel and Inconel11. GTA plug welds are also used in the stainless steel vanes of the Patriot missile8. Creative innovations that permit the application of welding to aeronautical structural components include arc-length control (ALC)12 and relief of stress by using a heat sink during welding (LSND)13. This technology, shown schematically in Figure 10, was developed by Lockheed Martin for the Titan IV launch vehicle. It permits one to detect the desired penetration by measuring the arc voltage, as shown in Figure 11. The Low Stress No-Distortion (LSND) technique has been developed at the Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute in China. It has been applied to jet engine cases of heat resistant alloys and rocket fuel tanks of aluminum alloys. In this technique, a heat sink trails behind the welding arc in such a way that their thermal fields interact, significantly reducing the residual stresses and distortions created by the GTAW process. Attempts to replace riveting by GTA welding of stringers to the skin plate have not been sucessful yet due to serious distortion problems14. Plasma Arc Welding (PAW) PAW uses a constricted arc between a nonconsumable electrode and the weld pool (transferred arc) or between the electrode and the constricting nozzle (nontransferred arc). If the heat intensity of the plasma is high enough, this process can operate in a keyhole mode, similar to that of laser or electron beam welding, although with smaller maximum penetration. A schematic of PAW is shown in Figure 12. This process is used for the welding of the Advanced Solid Rocket Motor (ASRM) for the Space Shuttle15. The ASRM is made of HP-9-4-30 steel by Lockheed. One of the latest variations of this process is variable-polarity plasma arc welding (VPPA) commercialized by Hobart Brothers. This variation was developed by the aerospace industry for welding thicker sections of alloy aluminum, specifically for the external fuel tank of the space shuttle16. In this process the melting is in the keyhole mode. The negative part of the cycle provides a cathodic cleaning of the aluminum workpiece, while the positive portion provides the desired penetration and molten metal flow. Tests showed that the best duty cycle for this process involves a negative current of 15-20 ms and a positive one of 2-5 ms, with a positive current 30-80 A higher than the negative current17, 18. The concentrated heat of VPPA causes significantly less angular distortions than GTAW, as shown in Figure 13. Laser Beam Welding (LBW) This process, together with electron beam welding can deliver the most concentrated heat sources for welding, with the advantages of higher accuracy and weld quality and smaller distortions. This process is used for welding and drilling of jet engine components made of heat resistant alloys such as Hastelloy X. Laser-processed combustors are used in the Pratt & Whitney jet engines JT9D, PW4000, PW2037 and F-100-PW-22019 Laser beam welding will soon replace riveting in the joining of stringers to the skin plate in the Airbus 318 and 3XX aircraft20. A schematic comparing a riveted and a welded stringer is shown in Figure 14. Significant savings are expected to be made by replacing riveted joints by LBW. Riveting is estimated to consume 40% of the total manufacturing man-hours of the aircraft structure4. Electron Beam Welding (EBW) As mentioned above, the high intensity of the electron beam generates welds with small HAZ and little distortion as shown in Figure 5 and Figure 6. This process presents the advantage over LBW that it has no problems with beam reflection on the molten metal; however, it needs to operate in a vacuum. This characteristic makes this process especially suitable for the welding of titanium alloys that cannot be welded in an open atmosphere. Titanium alloys are widely used in military aircraft because of its light weight, high strength, and performance at elevated temperatures. The application of EBW to the welding of titanium components for military aircraft has been expanding constantly. Pylon posts and wing components in Ti 6Al-4V for the F15 fighter have been EB welded by McDonnell Douglas since the mid 70s21. The wing boxes that hold the variable geometry wings in the fighters Tornado, and F14 “Tomcat”, are also Ti 6Al-4V EB welded (Figure 15 and Figure 16). Progress in control systems and in the implementation of computers for automation made a significant difference in the EBW of titanium alloys for military aircraft. This new technology enables continuous one-pass welds over curved lines and surfaces, and through varying thicknesses. Critical titanium structural components are being EB welded this way for the Eurofighter (attachment of the wings and fin to the fuselage22) and Boeings F-22 (aft fuselage10). The F-22 is the first airplane in 60 years to feature a welded fuselage. Prior fuselages were made of riveted aluminum. The recent application of titanium castings in the F-22 presented welding problems that delayed the start of production by at least five months23. A remarkable application of EBW is in the construction of the oxygen and fuel tanks of the Russian Energia rocket (Figure 17). Due to the large size of the tanks, the vacuum is created locally, and sealed with ferroelectric liquids24. Diffusion Welding (DFW) It is a solid-state welding process that produces a weld by the application of pressure at elevated temperature with no macroscopic deformation or relative motion of the pieces. The aeronautic industry is the major user of DFW25. This process has proven particularly useful when combined with the superplastic forming (SPF) of titanium alloys. In this case, complicated geometries can be obtained in just one manufacturing step as shown in Figure 18. The quality and low cost of the joint enables in some cases the substitution of riveted aluminum components with SPF/DFW titanium replacements. Figure 19 shows a possible improvement for the door panel of an aircraft fuselage. The conventional fabrication consisted of 16 parts held together by 500 fasteners. It was proposed to replace that design by a 2-sheet assembly, integrally stiffened produced by SPF/DFW. Figure 20 shows an exit hatch for the British Aerospace Bae 125/800. The application of SPF/DFW reduces the original riveted aluminum design from 76 detail parts and 1000 fasteners to a titanium version with only 14 details and 90 fasteners with a total cost savings of 30%. Figure 21 shows a wing access panel for the Airbus A310 and A320 in which switching from riveted aluminum to SPF/DFW titanium achieved a weight saving in excess of 40%. The success of SPF/DFW with titanium stimulated much research with the goal of accomplishing a similar process with aluminum. The fundamental difference between DFW of titanium and aluminum is that titanium can dissolve its oxides, and aluminum cannot. Therefore, the residual oxide at the interface of an aluminum joint dramatically reduces the strength of the diffusion weld. This problem has prevented the SPF/DFW of aluminum from being generally adopted. Conclusions Driven by cost