（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396汽車后橋直焊縫焊接專機設計Design Of Straight Seam Welding Machine On The Axle學 院：專 業(yè) 班 級：學 號：學 生 姓 名：指 導 教 師：年 月（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396I摘 要中國汽車工業(yè)經(jīng)過 60 年的發(fā)展，經(jīng)過數(shù)代人的努力從無到有并逐步走向國際化。2009 年我國汽車產(chǎn)量突破 1379.10 萬輛，超過第二名日本和第三名美國產(chǎn)量之和。（日本為 793 萬輛，美國為 570 萬輛）。中國已經(jīng)成為了全球汽車生產(chǎn)第一大國。作為汽車制造之中最有代表性的 3 大工藝(焊裝、油漆、總裝)之一的焊接工藝也得到了長足發(fā)展，逐步達到國際先進水平。在專業(yè)性強、而且有規(guī)則焊道的零件中使用焊接專機不僅能達到焊接工藝的要求，而且經(jīng)濟。為了滿足國內(nèi)外需求，我國汽車制造業(yè)需要大量自動化裝備來提高生產(chǎn)效率減輕工人工作量。本設計為汽車后橋直焊縫焊接專機設計，設備包括機械結(jié)構設計。焊接汽車后橋的方法是二氧化碳保護焊法，焊接長度為 270mm，焊接速度可達到 300一 500mm/min。本焊接專機的機械部分設計包括有焊接小車、床身、絲杠傳動機構、工件支架、氣缸支架、頂尖等部分。內(nèi)容涉及到氣缸、電動機、減速機、滾珠螺桿等。其中焊接小車是本次設計的重點，小車帶動焊搶作直線運動來完成直焊縫的焊接任務，而小車是由電機通過一系列傳動驅(qū)動的。出于對工藝要求和工作效率等多方面因素的考慮，設計出了雙焊槍運動機構，使之在一次操作可以同時完成兩道直焊縫的焊接任務。關鍵詞:汽車后橋；焊接專機；焊接小車；絲杠傳動（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396IIAbstractAfter 60 years development， China's automobile industry has gone from scratch and gradually to the internationalization. In 2009 China has produced more than 13.791 million vehicles. Production more than the sum of Japan and the United States. China has become the world's largest auto production. As the the most representative three process in car manufacturing industry (welding， painting， assembly).The welding technology has also been rapid development， and gradually reached the international advanced level. In professional， and there are regular weld bead parts used in special welding machine not only can meet the requirements of welding process， but also economy. In order to meet the needs of domestic and international， China's auto manufacturing industry needs a lot of automation equipment to improve production efficiency and reduce the workload of workers.The design of the automobile rear axle straight seam welding machine， including mechanical structure design. Welding vehicle rear axle method is the carbon dioxide welding method， welding speed can reach 0.3 0.5m/min. This welding machine mechanical parts of the design including welding carriage， bed， lead screw transmission mechanism， fixture and other parts. The contents relate to the cylinder， the top， motor， reducer， ball screw， etc.. The welding tractor is the focus of this design， considering the various factors of the technological requirements and the efficiency design double gun movement mechanism， make in one operation can be completed at the same time， two straight seam welding tasks. Motor output speed through the reducer to drive the screw rotation， the screw on the screw nut to drive the car to reach the welding task.Keywords: automobile rear axle; welding machine; welding car;screw drive（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396III目錄摘 要 ........................................................................................................................IAbstract .........................................................................................................................II第 1 章 緒論 ...............................................................................................................11.1 課題研究的目的和意義 ............................................................................11.2 焊接設備的發(fā)展趨勢及發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................11.2.1 國內(nèi)焊接設備發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................21.2.2 國外焊接設備發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 .......................................................31.3 課題研究內(nèi)容及目標 ................................................................................4第 2 章 汽車后橋直焊縫焊接專機整體設計方案 ...................................................52.1 汽車后橋直焊縫焊接專機工作原理 ........................................................52.2 焊接小車的工作原理及設計 ....................................................................62.2.1 工作原理 ...........................................................................................62.2.2 焊槍卡緊機構的設計 .......................................................................72.2.3 焊槍垂直運動系統(tǒng)的設計 ...............................................................72.2.4 弓形滑板的設計 ...............................................................................82.2.5 小車尺寸結(jié)構的設計 .......................................................................92.2.6 送絲機構支架的設計 .....................................................................102.3 電動機與減速機的確定 ..........................................................................112.4 滾珠螺桿滾珠螺母選擇 ..........................................................................132.5 防塵罩設計 ..............................................................................................132.6 工件支架的設計 ......................................................................................142.7 托盤的設計 ..............................................................................................142.8 頂尖的選取 ..............................................................................................152.9 汽缸及其尾座的設計 ..............................................................................152.10 床身的設計 ............................................................................................16第 3 章 關鍵零件校核 .............................................................................................173.1 滾珠螺桿強度與剛度校核 ......................................................................173.1.1 滾珠螺桿強度校核 .........................................................................173.1.2 滾珠螺桿剛度校核 .........................................................................18（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396IV3.2 聯(lián)軸器的選擇與校核 ...................................................................................193.3 減速器的校核 ...............................................................................................203.4 鍵的選擇與校核 ...........................................................................................203.5 軸承的選擇與校核 .......................................................................................21第 4 章 結(jié)論 .............................................................................................................23參考文獻 .....................................................................................................................24致謝 .............................................................................................................................25（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396V（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396VI（ 全 套 含 CAD 圖 紙 ） 購 買 后 包 含 有 CAD 圖 紙 和 說 明 書 ,咨 詢 Q 197216396VII1第 1 章 緒論1.1 課題研究的目的和意義中國汽車工業(yè)經(jīng)過 60 年的發(fā)展，經(jīng)過數(shù)代人的努力從無到有并逐步走向國際化。2009 年我國汽車產(chǎn)量突破 1379.10 萬輛，超過第二名日本和第三名美國產(chǎn)量之和。（日本為 793 萬輛，美國為 570 萬輛）。中國已經(jīng)成為了全球汽車生產(chǎn)第一大國 [1]。在這飛速發(fā)展的 60 年中，中國汽車生產(chǎn)技術也得到了長足發(fā)展。特別是汽車制造技術中最有代表性的 3 大工藝(焊裝、油漆、總裝)之一的焊接技術。汽車焊接技術也從原先落后的手工焊接經(jīng)過自主開發(fā)、技術引進、整線引進逐步接近國際先進水平達到了自動焊接的水平。在專業(yè)性強、而且有規(guī)則焊道的零件中采用焊接專機不僅能達到焊接工藝的要求，而且經(jīng)濟性強。為了滿足國內(nèi)外需求，我國汽車制造業(yè)需要大量自動化焊接裝備來提高生產(chǎn)效率減輕工人工作量。1.2 焊接設備的發(fā)展趨勢及發(fā)展現(xiàn)狀21 世紀以來，焊接設備技術有了長足的進步。焊接裝備的成套性、自動化程度、制造精度與質(zhì)量有了大幅度提高，應用范圍也逐步擴大。特別是我國在國家制定的拉動內(nèi)需政策下，焊接設備制造行業(yè)得到了大規(guī)模發(fā)展。這使得我國傳統(tǒng)制造業(yè)自動化程度大大提高。實現(xiàn)上，中國龐大的市場需求對焊接裝備提出了越來越高的要求。迫切需要各種高精度、高性能、高度自動化的焊接裝備來中國滿足市場。隨著中國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，對汽車焊接設備提出了新的要求，其主要特點為：(l)規(guī)模越來越大，帶來對汽車裝焊設備的需求量將大幅增加，國內(nèi)現(xiàn)有的汽車焊接裝備和焊接設備行業(yè)規(guī)模遠遠不能滿足；(2)生產(chǎn)綱領高(生產(chǎn)節(jié)拍短) ，要求汽車裝焊設備向高度自動化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的手工操作將逐步被機器人所替代；(3)車身品種多、換代快，要求汽車焊接裝備更新快，并能盡量實現(xiàn)柔性化2生產(chǎn)，機器人焊接、涂膠、搬運等組成柔性生產(chǎn)系統(tǒng)；(4)焊接質(zhì)量高，由于車身鍍層板比例越來越大，則要求焊接設備，向智能化控制焊接過程及參數(shù)方向發(fā)展，提高焊接質(zhì)量；(5)隨著汽車向中高檔發(fā)展，整車 2mm 工程的推廣，要求對車身幾何尺寸控制精度更嚴，隨之而來各汽車制造公司花大量的人力和資金建立“車身幾何尺寸控制系統(tǒng)”，對裝焊設備的設計制造以及調(diào)試驗收，如何控制車身部件的幾何尺寸精度，提出了更高的要求 [2]?？v觀整個汽車工業(yè)的焊接現(xiàn)狀，不難分析出汽車工業(yè)的焊接發(fā)展趨勢為:發(fā)展自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng) [3]。1.2.1 國內(nèi)焊接設備發(fā)展現(xiàn)狀我國焊接裝備制技術起步相比國外起步要晚，五六十年代我國重點企業(yè)的焊接裝備大多需要從前蘇聯(lián)引進，只有少部分由工廠自行設計制造。直到 70年代，與蘇聯(lián)斷交后，才加強了對焊接技術的重視，我國陸續(xù)建立一批專門生產(chǎn)焊接設備的制造廠，成套焊接設備制造工廠在上海和成都相繼建立完成?！傲濉币?guī)劃期間，原機械工業(yè)部撥?？畎验L春第二機床廠改建成我國第一家具備批量生產(chǎn)能力，專門制造摩擦焊機和焊接裝備的工廠并改名為長春焊機制造廠。進入 80 年代，隨著國內(nèi)焊接設備需求量的增長，各地相繼建立了許多成套焊接裝備生產(chǎn)廠。直到現(xiàn)在，我國已有 10 多家焊接裝備生產(chǎn)企業(yè)，某些企業(yè)已具有大規(guī)模生產(chǎn)焊接設備的能力。如無錫陽通機械設備有限公司，在2001 年的銷售總額達到了 1.2 億元，創(chuàng)了歷史最高記錄，列同行業(yè)前茅，2002年該企業(yè)預計銷售額能達到 1.8 億。 在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接裝備多為較簡單的焊接操作機如滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機與回轉(zhuǎn)平臺等，成套性比較差，自動化程度也低。焊接操作機與配套設備基本不能聯(lián)動控制，必須由用戶自行改造。進入 80 年代后，由于改革開放我國引進外國先進的成套焊接設備，使國產(chǎn)的焊接裝備無論在自動化程度和成套性，還是制造質(zhì)量和制造精度方面都有大程度的提高。目前已能生產(chǎn)許多大型焊接設備。同時我國采用大量新技術如 PLC 控制技術、交流電機變頻調(diào)速技術、伺服驅(qū)動及數(shù)控系統(tǒng)等，焊接裝備的自動化程度也有了大幅度提高，某些操作機還配備了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)和焊縫自動跟蹤系統(tǒng)。但從整體水平來3說，我國焊接設備與先進國家的同行業(yè)相比尚有很大的差距。如最近瑞典的Esab 公司向我國某用戶供應了一臺 1.25m×10m 的超大型焊接設備和它的配套設施用于焊接潛艇橢圓形的外殼，而我國最多只能生產(chǎn) 8m×8m 的同類型設備。特別是在自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)等方面我國和英國、美國、日本等過還有很大差距。1.2.2 國外焊接設備發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢近 10 年來，在世界工業(yè)發(fā)達的國家，焊接設備以驚人的速度發(fā)展，在美、日、英、德、法、意等工業(yè)發(fā)達國家均有大規(guī)模、開發(fā)能力強的焊接設備生產(chǎn)企業(yè)。2001 年在第十五屆世界焊接與切割博覽會上近百家焊接裝備廠商參展，所展示的自動化焊接設備的精度和制造質(zhì)量已經(jīng)接近了現(xiàn)代金屬切削機床。最值得注意的是，大多數(shù)焊接裝備采用了最先進的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊接機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)和集成制造系統(tǒng) [4]。 國外的焊接設備已向大型化和精密化方向發(fā)展。縱觀當今世界焊接設備的發(fā)展趨勢，可以概括為以下幾點：（1）高精度、高質(zhì)量、高可靠性。如與焊接機器人配套的焊接變位機，最高的重復定位精度為±0.05mm，機器人和焊接操作機行走機構的定位精度為±0.01mm，移動速度的控制精度為±0.1%。（2）數(shù)字化、集成化和智能化控制。焊接過程的數(shù)字化控制比傳統(tǒng)的金屬切削加工要復雜得多，它必須考慮焊件幾何形狀的偏差和接縫裝配間隙誤差以及焊件焊接過程中的熱變形，必須采用各種高級別傳感技術，開發(fā)先進的自適應控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)焊接過程的全自動化。某些形狀復雜和質(zhì)量要求高的焊件，還必須采用智能化的計算機軟件控制。（3）大型化和組體化。如中重型厚壁容器焊接中心、集裝箱外殼整體組裝焊接中心、汽輪機導流隔板柔性制造系統(tǒng)、箱型梁焊接生產(chǎn)線、機車車箱總裝組焊中心等。某些大型焊接中心和生產(chǎn)線占地面積可達整個車間。焊接操作機、配套焊件變位機械、搬運機械和傳輸輥道組合聯(lián)動，形成制造系統(tǒng)或焊接生產(chǎn)線。（4）多功能化。為發(fā)揮大型自動化焊接裝備的效率，通常設計成適用于4多種焊接方法和焊接工藝，如單絲、多絲埋弧焊，單絲雙絲窄間隙焊，MIG/MAG 焊和帶極堆焊等。（5）管控一體化。即通過企業(yè)的局域網(wǎng)，利用 CAD/CAM 等計算機軟件，將生產(chǎn)管理與制造系統(tǒng)實行集成全自動化控制，實現(xiàn)脫機編程，遠程監(jiān)控，診斷和檢修 [5]。1.3 課題研究內(nèi)容及目標設計汽車后橋直焊縫焊接專機，完成如工件（圖 1-1）焊縫的焊接。直焊縫左右各長 270mm 焊接速度為 0.3-0.5m/min。完成汽車后橋焊接專機的零部件的機械設計，即氣缸支架、工件支架、絲杠、防塵罩等零部件的設計，電動機、減速機、頂尖、氣缸、滾珠螺桿等標準件的選取，以及它們的定位設計，以確保焊機能夠正常工作并得到質(zhì)量合格的工件。熟練掌握 CAD 三維繪圖軟件，能夠應用該軟件完成零件及裝配圖。設計完成后，很有可能焊機并不能正常工作，或是焊機雖能正常運行，卻得不到質(zhì)量合格的工件。這些都是對焊機工作原理掌握不熟練和對機械設計相關知識的欠缺造成的。為了解決這些問題，必須先掌握焊機的工作原理，再進行設計工作，在設計過程中必須大量查閱機械設計手冊，熟悉機械設計的步驟以及在設計中可能遇到的困難，以避免和解決在設計中可能遇到的種種困難。圖1-1 上下殼體焊接示意圖5第 2 章 汽車后橋直焊縫焊接專機整體設計方案2.1 汽車后橋直焊縫焊接專機工作原理汽車后橋直焊縫焊接專機結(jié)構如圖 2-1 所示。其工作原理如下：工作時，工人將工件放在支架上，氣缸推進頂尖把工件卡緊。托盤下的氣缸將托盤托起，使工件保持水平狀態(tài)，焊槍下降，同時托盤也下降，工人調(diào)整使焊槍對準焊縫。完成對準之后，焊接小車通過電機的控制，做直線運動，完成焊接任務，焊接結(jié)束后，通過氣缸的作用，焊槍升起頂尖縮回翻轉(zhuǎn)工件，重復上述過程，完成焊接。1-焊接小車；2-頂尖；3-頂尖座；4-床身；5-后橋工件；6-托盤；7-電機；8-減速機；9-頂尖；10-氣缸尾座；11-氣缸；12-支架圖 2-1 直焊縫焊接專機結(jié)構62.2 焊接小車的工作原理及設計2.2.1 工作原理焊接小車在汽車后橋直焊縫焊接專機中起到了非常重要的作用，如果想要快速完成質(zhì)量好且美觀的直焊縫，小車的合理設計起到了非常重要的作用。焊接小車工作原理如圖 2-2 所示，小車通過滾珠螺桿與減速器相連，這樣減速器起到了減速作用，可以很好地控制滾珠螺桿的轉(zhuǎn)速，同時也就可以控制焊接小車的運動速度做到控制焊接速度，因為電機和減速器相連，可以通過電機的正反轉(zhuǎn)可以控制小車前進后退。螺桿采用了大導程轉(zhuǎn)動滾珠螺桿，因為它效率高，它的驅(qū)動扭矩僅為滑動螺桿的 1/3，因此不僅可以把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，而且可以把直線運動轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動。這樣轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的摩擦力就不至于過大，和螺紋傳動相比較不但可以節(jié)省驅(qū)動了又可以增加焊接專機的使用壽命 [6]。1-氣缸；2-送絲機支架；3-焊接小車；4-滑塊；5-焊槍支架；6-焊槍；7-滑動導軌；8-滑板；9-軸承座；10-微調(diào)旋鈕；11-防塵罩；12-送絲機圖 2-2 焊接小車結(jié)構圖72.2.2 焊槍卡緊機構的設計合適的焊槍卡緊機構能使焊槍能夠靈活地完成焊接工作，通過這個卡緊機構焊槍可以靈活地完成不同角度的焊接任務，不僅能使焊接工作更加輕松方便，而且方便工人操作。根據(jù)這些要求，設計出了焊槍卡緊結(jié)構如圖 2-3 所示，通過該機構上的頂絲可以控制焊槍上下前后左右的位置，讓焊槍達到在指定位置。如圖，當頂絲擰松時可以調(diào)整各個桿的位置 [7]，當頂絲擰緊時焊槍和各個桿就固定在指定位置上。他的具體運動過程如下：擰松或擰緊焊槍旁的螺釘，可以用來裝卸焊槍，通過調(diào)整頂絲 8 可以控制焊槍的垂直高度，從而保證焊接弧長達到較好的焊接質(zhì)量。通過調(diào)整支架 4 上的頂絲使焊槍可以沿導柱 4 方向移動。1-焊槍；2、3-焊槍支架； 4-導柱；5-滑塊；6-固定塊；7、8-頂絲圖 2-3 焊槍卡緊機構82.2.3 焊槍垂直運動系統(tǒng)的設計考慮到小車上滑塊及滑動導軌的設計，和工人師傅的方便及不同焊接情況的需要，焊槍需要做上下運動，這時就需要設計一個與其運動方向、行程相符合的導軌，并且需要設計一個與它相配合的滑塊。根據(jù)這些條件設計出了焊槍垂直運動系統(tǒng) (如圖 2-4 所示) ，并且在固定塊 2 上車有帶螺紋的通孔，滑塊 4上也車有螺孔，并通過螺釘 3 把固定塊 2 與滑塊 4 相連接 [8]。所設計的焊槍卡緊機構可以擰入固定塊的孔中與滑塊的配合，這樣在滑動導軌中滑塊可以帶動焊槍機構做上下運動。通過固定在導軌上的氣缸可以帶動滑塊做上下運動，氣缸的行程決定了滑塊上下運動的行程 。通過翻閱手冊決定使用 MB 系列氣缸考慮到行程、推力、缸徑，選擇了 GBL50-420-Z73 型氣缸。其內(nèi)徑為 50mm，行程為 420mm 并帶有橡膠緩沖和磁性開關 [9]。1-滑動導軌；2-固定塊；3-螺釘；4-滑塊圖 2-4 焊槍垂直運動系統(tǒng)92.2.4 弓形滑板的設計考慮到焊槍與小車的連接問題，設計了工形滑板，如圖 2-5 所示，通過該滑板能把小車與焊槍連接，使焊槍做左右移動，完成對車橋的焊接，該結(jié)構的長度設計應考慮到焊槍左右運動的行程。在滾珠螺桿邊緣還加上了一個微調(diào)旋鈕和軸承，軸承可以使螺桿轉(zhuǎn)動更容易，而通過調(diào)節(jié)微調(diào)旋紐來調(diào)整小車的水平位置，達到焊接要求。為了使軸承能固定在弓形花板上設計了一個與弓形罩一體的軸承座，通過配合把軸承安裝軸承座上。此外由于滾珠螺母內(nèi)部含有滾珠，可以減小螺桿與滾珠螺母之間的摩擦。最終確定該機構的長為 520mm，寬為 120mm，高為 190mm。1-滾珠螺桿；2-滑板；3-滾珠螺母；4-微調(diào)旋鈕；5-軸承圖 2-5 弓形滑板結(jié)構2.2.5 小車尺寸結(jié)構的設計焊接小車作為汽車后橋直焊縫焊接專機和關鍵組成，其尺寸的設計直接影10響到焊接專機的性能和焊縫的質(zhì)量。首先焊縫長為 270mm，小車的行程應該根據(jù)此條件來進行設計，然后根據(jù)行程來確定小車長度。同時也應考到慮焊接專機的床身和固定其上的滾珠螺桿框架的長度長度，小車長度不應過長。其次考慮到小車所承受的重量來決定小車的厚度。更具以上因素左后決定小車長520mm，寬 500mm，厚 20mm。如圖 2-6 又因為焊槍要和小車一起做直線運動，考慮小車的運動方式，通過各種方式的比較，小車下方安裝小輪是最合理的方案。這樣既可以使小車運動方便，靈活，又可以減小阻力，延長使用壽命。但是小車的輪子又不能太高，如果要是設計的太高，整個焊接機構就會變得不穩(wěn)，工作時容易發(fā)生事故。同時考慮車身上的重量，小輪不應過小使小車被壓垮?？紤]上訴各個因素，設計出了直徑為 30mm，寬為 15mm 的輪子。因為該專機為直焊縫焊接專機小車要做直線運動，所以這樣一來最好就是在小車運動的面上安裝上軌道，再在輪子上做出與軌道相適應的凹槽，最后在輪子上配以厚度為 3mm 的鋼制輪架，通過該輪架可就以把輪子固定于小車上。圖2-6 小車112.2.6 送絲機構支架的設計若將送絲機構固定在床身上，則由于送絲機構要與焊槍相連接，且焊槍要隨小車做運動，這樣可能由于送絲機構的牽連造成焊槍的運動不便，所以應把送絲機構固定與小車上，這樣一來送絲機構便會和焊槍同步運動，不會發(fā)生上訴的不便。當送絲機構固定在小車上后，就會相應地增加小車的重量，也就會對電動機提出更高的要求。送絲機構與小車的連接方式問題可以通過如圖 2-7所示的機構加以解決因為送絲機構及其支架已經(jīng)設計完成，但還要考慮該機構在小車上的定位問題。因為焊槍已經(jīng)通過工形滑板與小車相連，且固定在了小車的前部，這樣就應該使送絲機構固定于小車的后部，這樣可以使小車穩(wěn)定。于是在其上下底板 1、3 上各開四個車有螺紋的通孔，上板 1 與送絲機構上的定位孔相連，下板 3 與小車通過螺栓固定，兩板之間通過桿 2 與他們的過盈配合而連接起來。這樣將小車與送絲機構連接在一起。1-連接板(與送絲機構連接)；2-支桿；3-連接板(與小車連接)圖 2-7 送絲機構支架結(jié)構122.3 電動機與減速機的確定電動機提供驅(qū)動力驅(qū)動小車上的焊槍做直線運動來完成焊接任務，所以良好的電機和減速器不僅能使小車平穩(wěn)運行還能提高小車壽命。選擇合適的電機和減速機成為了直焊專機設計的關鍵。首先估算出小車的總體質(zhì)量包括因焊槍，汽缸，汽缸導軌，滾珠螺桿，弓形罩，送絲機，防塵罩其送絲機支架。大約可估算出小車上的體積為：51906.02cm3?？紤]到小車上工件材質(zhì)大多為鑄鋼，其密度約為 7.87g/cm3。(2-1)gVmG??所以由式 2-1 得小車所受重量約為 4013.27N。再計算小車在床身上運動時的摩擦力，因為滾珠螺桿的摩擦非常小，可忽略不計，且床身的材質(zhì)一般為鋼材且安裝小輪，經(jīng)查詢手冊取最大的滾動摩擦系數(shù)為 0.08。（2-2）Nf??所以由式可得小車與床身之間的摩擦力為：321.06N 為保證工件的焊接質(zhì)量，焊接速度應在 300 一 500mm/min。即小車的運動速度為 500mm/min。（2-3）fVP?所以由式可以計算出小車運動時的功率為 59.51w。因為功率在傳遞時有損失，假設在電動機傳遞給減速機，減速劑傳遞給小車的過程中，功率傳遞效率均為95%，則可近似算出電動機的功率為 65.94W。因為直流電機具有過載能力強，調(diào)速范圍寬，損耗小，機械性能及調(diào)節(jié)特性的線性好，體積小，質(zhì)量輕等特點。所以通過查閱手冊電動機選取 J 一SZ(ZYT)一 PX 系列微型直流減速電動機 [8]。電機的額定功率為 68w，型號為1370SZ07。電動機的額定轉(zhuǎn)速為 6000r/min。由于希望電機軸的轉(zhuǎn)速不要太快，導致加快電機的磨損速度，所以我們就選取較大導程的滾珠螺桿，取導程為25rnm。如果滾珠螺桿每分鐘轉(zhuǎn) 25 圈，則一分鐘將移動 625mm 的距離，又因為電動機可以進行內(nèi)部調(diào)速，所以這個距離基本上符合焊接速度的要求。由電動機的轉(zhuǎn)速 6000r/min 到滾珠螺桿的轉(zhuǎn)速 25r/min，可以計算出總的減速比為 240。又因為選取電動機的減速比為 4。所以選擇 RV 微型渦輪蝸桿減速器 [9]型號為 RV9060FA 一 SZ，即孔輸入，電機功率為 0.09kw，雙輸出法蘭安裝形式，減速比為 60，型號為 90mm。確定電動機的轉(zhuǎn)矩為 329 。mN?2.4 滾珠螺桿滾珠螺母選擇滾珠螺桿作為主要傳動件，它直接影響了小車運行的平穩(wěn)性。而且電動機的功率有限，所以我們應盡可能減小小車與絲杠相互接觸運動時的摩擦力，以免電動機不能帶動小車運動，這樣我們就選用大導程轉(zhuǎn)造滾珠螺桿，因為螺母內(nèi)有滾珠，所以可以大大減小螺桿與螺母之間由于相互運動所產(chǎn)生的摩擦。2.5 防塵罩設計因為滾珠螺桿為標準結(jié)構，所以應根據(jù)所選的滾珠螺桿來做出合適的框架，使框架固定在小車上，把滾珠螺桿固定在框架上，然后在框架兩端裝上兩個軸承，通過電機旋轉(zhuǎn)滾珠螺桿，帶動焊接小車移動，達到焊接時移動焊槍的目的。通過組件完成了滾珠螺桿與小車相的連接問題(其結(jié)構如圖 2-7 所示)。同時該框架又可以對滾珠螺母起到保護作用，在滾珠螺桿上涂上潤滑油，可以使其運動時減少摩擦力，這個框架罩在滾珠螺母上正好起到了防塵的作用，使絲杠長時間高效地使用。在框架底板兩側(cè)通過螺釘即可以與小車相連。141-軸承；2-塵罩；3-滾珠絲杠；4-軸承圖 2-7 防塵罩結(jié)構2.6 工件支架的設計工件支架顧名思義就是起支撐工件作用的，將工件支架固定在床身上，當對工件進行焊接時，工件支架拖住工件，起到了支撐工件的作用，如圖 2-8 所示。由于在固定工件時考慮到工件旋轉(zhuǎn)，所以在支架上與工件相接觸的部位裝上兩個軸承，可以減小摩擦，使工件轉(zhuǎn)動容易。工件支架的上端和底板是通過支桿 3 配合在一起。1-軸承；2-支架上端；3-支桿；4-支架底板圖 2-8 工件支架結(jié)構152.7 托盤的設計為了保證焊縫平直，故設計了一個水平的托盤，在工作時，工人把未焊的工件放到支架上，然后在工件下面的托盤通過氣缸的作用向上升起，直到與工件相接觸，因為托盤水平，且工件支架兩端有軸承，所以可以很容易地使工件旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)。焊接結(jié)束后，托盤又在氣缸的作用下退到原來的位置。根據(jù)托盤上下運動的距離以及托盤重量的大小，選取了管接式耳座氣缸。設計時要注意托盤的面積大小要大于車橋中間的空洞的面積，而且要在托盤的支桿上車出螺紋，以便與氣缸相配合。2.8 頂尖的選取頂尖作為標準件，其樣式 3-9 如題能夠起到頂緊工件的作用。在本課題中根據(jù)車橋兩端軸套的大小來選取適當頂尖，故選取加工內(nèi)徑為 60mm 的 D436的插入式回轉(zhuǎn)頂尖，莫氏圓錐為 6，最大外徑 64mm[10]。圖 2-9 頂尖2.9 汽缸及其尾座的設計頂尖的前后運動同樣需要通過氣缸的運動來完成，根據(jù)頂尖運動距離的大小，確定氣缸的行程，選取型氣缸 [11]。根據(jù)頂尖尾部的大小和氣缸定位孔位置16設計氣缸尾座。考慮到托盤的行程，設計出如圖 2-9 所示的氣缸尾座，通過螺栓將該氣缸尾座固定在床身上即可。圖 2-9 汽缸支架俯視圖2.10 床身的設計通過上述設計好的焊接專機各部分零件，最后就可以設計出床身的大體結(jié)構，具體結(jié)構如圖 2-10 示。床身的設計要求各個零件能夠容易、合理地安放其上，并且床身的大小要適當，太小則零件安裝不合適，太大又浪費材料、占據(jù)空間 [12]。17圖2-10 床身結(jié)構示意圖第 3 章 關鍵零件校核3.1 滾珠螺桿強度與剛度校核滾珠螺桿作為主要傳動件，它直接影響了小車運行的平穩(wěn)性。所以必須對對螺桿的強度和剛度進行校核來確定所選擇的直徑為 32mm 的滾珠螺桿是否達到要求 [13]。3.1.1 滾珠螺桿強度校核強度校核就軸而言，承受扭轉(zhuǎn)和彎曲的聯(lián)合作用，但其中以扭轉(zhuǎn)作用為主，在工程應用中，常按扭矩作用計算軸的強度 [14]，并用增加安全系數(shù)以降低材料的許用應力來彌補由于忽略受彎曲作用所引起的誤差。軸扭轉(zhuǎn)的強度條件：(3-1) k][?式中：——截面上最大剪應力，N/cm 2；max?——軸傳遞的扭矩，N；QT——抗扭截面模數(shù)，cm3；PW——降低后的許用剪應力，N/cm 2。k][?軸上的傳遞扭矩為：（3-2） nPTQ950?式中：P——軸傳遞的功率， Kw；18n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。軸的抗扭截面模數(shù)為：（3-3） 163JPdW???式中：——要校核的危險截面軸徑，mm。Jd將式(3 一 2)、 (3 一 3)代入式 (3 一 l)整理得：(3-4) KJnNd][950163????所以：（3-5） 3][16950KJnNd????當設計軸徑大于等于按上式計算的軸徑時，則軸設計滿足強度要求。選用合金結(jié)構鋼 45 號剛作為軸的材料，其屈服極限為 735MPa，許用剪應由式（3-6）算得 294Mpa，帶入（3-5）得 d 大于 23.78mm。（3-6）5.2][s???3.1.2 滾珠螺桿剛度校核為防止軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運動中引起振動造成軸封加劇磨損而失效，因而軸應有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度 [15][16]。軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為：19（3-7）00][18??????PQJGT式中：——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，（o）/m；0?G0——軸材的剪切彈性模數(shù)，kg/cm 2；Jp——截面的極慣性矩，cm 4。將式（3-2 ），（3-3 ）帶入式（3-7）中得：（3-8）402][.16??nNd??當設計軸徑大于等于按上式計算軸徑時，則軸滿足剛度要求。把本設計的相關數(shù)據(jù)帶入（3-9）可得： mm。 32.14?d因此通過上訴計算可以選擇直徑為 32mm 的滾珠螺桿。3.2 聯(lián)軸器的選擇與校核聯(lián)軸器用來連接絲杠與減速器低速軸使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞轉(zhuǎn)矩，所以選取合適的聯(lián)軸器可以是傳動平穩(wěn) [17][18]。由以上選擇可知：減速器低速軸直徑為15mm 而與之連接的絲杠直徑為 20mm 由式 3-2 得 T=22.92，同時由式 3-9 得Tca 為 52.72 。mN?(3-9)TKAca?查《聯(lián)軸器設計選用手冊》表 5-64，可選用凸緣聯(lián)軸器。主要參數(shù)：許用公稱轉(zhuǎn)矩：500 ；mN?20許用轉(zhuǎn)速：10000r/min；軸孔直徑：Dmax=25，Dmin=16。3.3 減速器的校核因為總傳動比為 240 電機傳動比為 4，所以選擇型號為 RV9060FA 一 SZ的雙輸出法蘭安裝形式減速器，減速比為 60。電機功率為 68w，廠家供應減速器的額定功率為 0.09Kw，小于電機的 68w。所以該減速器滿足要求 [19]。3.4 鍵的選擇與校核鍵的材料為 45 鋼，選用普通平鍵 A 型，由表 3-1 得，Mpa。][p?表 3-1 幾種常用的 E 和 的值?材料名稱 E/GPa ?碳鋼 196-216 0.24-0.28合金鋼 186-206 0.25-0.30低碳鋼 78.5-157 0.23-0.27銅及其合金鋼 72.6-128 0.31-0.42鋁合金 70 0.33對于使用常見的材料與按標準選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接）來說，主要的失效形式：工作面被壓潰 [20][21]。假設載荷在平鍵的工作面上是均勻分布的，則普通平鍵連接的強度校核公式：(3-10) 21式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩 ；——軸的直徑 mm；——平鍵的高度 mm；——平鍵的工作長度 mm。代入數(shù)據(jù)得 Mpa 。所以強度滿足要求，可用。同理可校核其它平鍵，校核結(jié)果為平鍵的強度滿足要求。3.5 軸承的選擇與校核查《現(xiàn)代機械設計手冊》，選用深溝球軸承。其中 D=42mm，d=20mm，極限轉(zhuǎn)速：25r/min [22]，查表 3-2 得到預計使用壽命約為 50000h。軸承壽命 Lh如式 3-11。(3-11)ehPCnL)(601?式中：n——軸承的轉(zhuǎn)速，r/min；——基本額定動載荷系數(shù)；——當量動載荷。表 3-2 推薦軸承與其計算壽命 ?hL機器類型 預計壽命不經(jīng)常使用的儀器設備，如閘門開閉裝置等300-3000短期或間斷使用的機械，中斷使用不至于引起嚴重后果，如手動機械等3000-8000間斷使用的機械，中斷使用后果嚴重， 8000-1200022如發(fā)動機輔助設備、流水作業(yè)線自動傳動裝置、升降機、車間吊床、不常使用的車床等每日 8h 工作機械(利用率不高)的設備 12000-20000其中 P=fpFr，并且查表 3-3，得 fp=1.8 代入式子 11 得所以選擇軸承滿足要求。表 3-3 載荷系數(shù) fp載荷性質(zhì) fp 舉例無沖擊或輕微沖擊 1.0-1.2 電動機、汽輪機、通風機、水泵等中等沖擊或中等慣性沖擊1.2-1.8 車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等強大沖擊 1.8-3.0 破碎機、軋鋼機、鉆探機、震動篩等23第 4 章 結(jié)論通過本次對汽車后橋直焊縫焊接專機的設計，使我了解到自動化焊接設備在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的重要性，所以在設計時要同時考慮專機機械部分的合理性和經(jīng)濟性。在完成畢業(yè)設計過程中做了以下工作：（1）分析了汽車后橋直焊縫焊機專機的結(jié)構特點，完成了其整體結(jié)構設計，繪制了總裝配圖；（2）完成了焊接小車結(jié)構和防塵罩結(jié)構設計，繪制了焊接小車與防塵罩的部件圖；（3）對絲杠、聯(lián)軸器進行了強度校核，使其滿足使用要求，保證整個焊接專機安全可靠。24參考文獻[1] 余躍. 中國汽車出口壁壘難破[J]. 中國經(jīng)營報， 2011，2057：4.[2] I.L.Rozenfel’d and K.A.Zhifalova， Accelerated Methods of Corrosion Testing of Metals[inRussian]， Metallurgiya， Moscow(1966).[3] 盧抗美，王小寶.國外汽車工業(yè)焊接技術與設備的現(xiàn)狀及當代的發(fā)展趨勢 .電焊機.1995(2):1一5[4] 王彬. 我國焊接自動化技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J] ；電焊機； 2001，06:1.[5] 陳裕川. 大型自動化焊接設備的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J] ；電焊機2002，10:2.[6] A.M.Sukhotin(sditor)， Corrosion and Protection of Chemical Apparatus. A Handbook[i Russian]， Vol.1， Khimiya， Moscow-Leningrad(1969).[7] 李學雷主編.機械設計基礎.北京:科學出版社，2004.30一53.[8] 機械零件設計手冊.北京:冶金l:業(yè)出版社，1976.[9] 趙祥.機械設計基礎.北京:科學出版社，2004.80一85.[10] NakajnuraT.CurrentStatusofRobotieWeldinginJapan.ConfereneeProeeedingsAutomationand obotisationinWeldingandAlliedProeessesSePt，1985:13一15.[11] ArthurJ.C.IntroduetiontoRobotieS.MaemillanPablishingCompany，1985:21 一22.[12] 龍偉民.汽車制造中的鋁釬焊技術.汽車工藝與材料， 2002，(5):2-5.[13] 陸明志.汽車后橋焊接工藝及應用.焊接.2004(7):39-40.[14] 李偉吾.N 微型車后橋焊接工藝分析 .裝備制造技術.2005(4):51-53.[15] M.I.Popov， A.F.Guida， V.A.Krasavchikov， et al.”Experience in facing the operati ng parts of worm machines for dehydration of synthetic rubbers，Khim. Neft.Ma shinostr.NO. 7，1997，35-36[16] 王喜亮．汽車后橋焊接生產(chǎn)工藝[J]. 電焊機，2010， 36（6）：63-66[17] 樊宇峰．重車后橋焊接生產(chǎn)線設計[J]. 電焊機，2011 ，40（05）：110-115[18] 李偉并.微型汽車后橋焊接工藝.焊接.2005(12):71-72.[19] 陸明志．汽車后橋焊接工藝及應用[J]. 焊接，2007， 03（04）：39-40.25[20] 機械零件設計手冊.北京:冶金 l:業(yè)出版社，1976.[21] Guiding Technical Materials 26-01-21-68. Methods of Corrosion resring of metallic m aterials. Basic reuirements. Ecaluation of the results， Itroduced 15/08/68. 致謝隨著對焊接專機的基本知識的學習，廣泛應用的了解，發(fā)現(xiàn)了一些問題，并確定合理的設計方案，對其機械結(jié)構進行了優(yōu)化設計。整個汽車后橋環(huán)焊縫焊接專機的設計側(cè)重于卡盤的設計和工件的定位，在選擇設計重要零部件時，也特別注意了工件的加工精度和強度校核。通過對卡盤和工件支架的設計來改進加工時容易出現(xiàn)的定位不精純。首先感謝的是我的導師王赫瑩老師，畢業(yè)設計的順利完成離不開老師的細心的指導和幫助，提出的很多建議和修改意見是我受益匪淺，在此，對王老師致以由衷的感謝。同時在撰寫論文的過程中，我參考的許多的資料，感謝它們的作者給予的幫助。最后感謝沈陽工業(yè)大學四年來對我的大力栽，在這里也向這些老師和我的母校致以深深的感謝。