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1、儲水筒筒體用滾輪架設計及其焊接工藝設計姓名 : 苗沖學號 : 2010100921專業(yè) : 材料成型 10-2指導老師 : 丁敏2013 年 12 月摘要焊接裝備就是在焊接生產中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產機械 化，自動化，有利于提高裝配焊接質量，促使焊接生產過程加速進行的各種輔 助裝置和設備。焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉的變位機 械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。若對主、從動滾輪的高度作 適當調整，也可進行錐體、分段不等徑回轉體的裝配與焊接。對于一些非圓長 形焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍內，也可在焊接滾輪架上進行裝焊作 業(yè)。為了焊接不同直徑的焊
2、件，焊接滾輪架的滾輪間距應能調節(jié)。焊接滾輪架的使用能大大提高焊縫質量，減輕勞動強度，提高生產效率。 焊接滾輪架按結構形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架。第二類是組合式滾 輪架。本文主要對組合式 25Kg 焊接滾輪架進行設計，并對軸、鍵等主要構件進 行了校核。結果表明各主要部件符合要求。該滾輪架結構簡單，使用方便靈 活，對焊件的適應性很強。設計中充分的考慮了滾輪架的合理性和經濟性等因 素。關鍵詞：焊接，工裝夾具，滾輪架第一部分：焊接滾輪架的設計一、 設計內容 .錯誤！ 未定義書簽。1.1設計內容錯誤！未定義書簽。1.2給定參數(shù) 錯誤！未定義書簽。二、設計方案分析及確定錯誤！未定義書簽。2.1滾輪
3、架類型的確定 錯誤！未定義書簽。2.2傳動方案的確定 錯誤！未定義書簽。三、滾輪形式及尺寸參數(shù)的確定 錯誤！未定義書簽。3.1滾輪形式的確定 錯誤！未定義書簽。3.2滾輪尺寸及中心距的確定 錯誤！未定義書簽。3.3焊接滾輪架傳動部分的設計錯誤！未定義書簽。四、滾輪架受力分析及校核 錯誤！未定義書簽。4.1焊接滾輪軸的設計及校核 錯誤！未定義書簽。4.2蝸桿軸的設計與計算 錯誤！未定義書簽。五、滾輪架零部件的設計與選擇 錯誤！未定義書簽。5.1軸承端蓋的設計 錯誤！未定義書簽。5.2鍵的選擇195.3聯(lián)軸器的選擇205.4機架的設計21第二部分：儲水筒筒體焊接工藝設計六、 任務描述 .錯 誤！
4、未定義書簽。七、 焊接母材304不銹鋼簡介錯誤！未定義書簽。八、TIG焊工藝錯誤！未定義書簽。九、焊接操作 .錯誤！未定義書簽。第三部分：結論第一部分：焊接滾輪架的分析設計一、設計內容1.1設計內容本次課程設計的題目為焊接滾輪架及儲水筒焊接工藝設計。設計內容主要 包括產品的形狀設計和制造工藝。設計應按照所指定的產品類型、產品形狀和工作要求作出合理的產品工藝 分析，制定出相應的制造工藝和焊接工藝，同時對幾種擬訂的設計方案加以比 較，選出最合理的一種，完成設計總圖。主要包括：（1）根據(jù)焊接工藝要求，設計焊接滾輪架；（2）繪制出全套工程圖紙；（3）完成設計計算并編寫說明書。1.2給定設計參數(shù)長度 l
5、=1000mm厚度h=2mm直徑 D=1000mm通過這次設計所采用是304不銹鋼，估計密度為7.92T/m3故可以的到所需要設計的滾輪架的承重為 0.049T 0焊接滾輪的圓周速度：V=6-60m/h中心角：=45 110、設計方案分析及確定2.1滾輪架類型的確定 2.1.1方案一：滾輪架類型：長軸式滾輪架滾輪沿兩平行軸排列，與驅動裝置相聯(lián)的一排為主動滾輪，另一排為從動 滾輪。也有兩排均為主動滾輪的，主要用于細長薄型焊件的組對與焊接，一般 由用戶根據(jù)焊件情況設計定制。如圖 2.1.驅動方案：一臺電動機帶動兩個滾輪，即用一臺發(fā)動機帶動兩排滾輪,圖2.1長軸式滾輪架現(xiàn)兩排均為主動輪的傳動方案2.
6、1.2方案二：滾輪架類型：組合式滾輪架組合式滾輪架,如圖2.2,的主動滾輪架，從動滾輪架，混合式滾輪架都是 獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是 1與1的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用最廣 泛的結構形式。從曲痣輪廢&圖2.2組合式滾輪架驅動方案：一臺電動機只驅動一個滾輪架，如圖2中的c圖即為一臺電動機驅動一個滾輪。2.1.3方案的選定：本次設計的采用組合式滾輪架，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意 組合，其組合比例也不是1與1的組合；同時可以無級調速，焊速調節(jié)范圍 廣；因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強。2.2傳動方案的確定2.2
7、.1滾輪驅動方案的擬定為使焊接滾輪架的滾輪間距調節(jié)方便可靠，組合便利，采用主動輪單獨驅 動的設計方案，即每個主動輪單獨利用一臺電動機和減速機構驅動。不過要注 意解決好各主動輪的同步問題，在選用電動機和減速機結構上要盡量選用特性 一致且經過實測的使用。針對該設計方案選擇一對主動輪單獨驅動的滾輪架。2.2.2傳動方案的確定整個傳動過程實質上是一個減速過程，且總的傳動比比較大，可以采用三 級減速：一級蝸輪蝸桿減速；二級齒輪減速器減速；三級蝸輪蝸桿減速。三、滾輪架形式及其尺寸參數(shù)的確定3.1滾輪形式的確定滾輪架的滾輪結構主要有四種類型，不同類型滾輪的特點及其適用范圍如表2.1所示表2.1滾輪形式選擇類
8、特點使用范圍型鋼輪承載能力強，制造簡單一般用于重型焊件和需預熱處理的焊件以及額定在和大于60t的滾輪架膠輪鋼輪外包橡膠，摩擦力大，傳動平穩(wěn)但橡膠易壓壞一般用于10t以下的焊件和有色金屬容器組合輪鋼輪與橡膠輪相結合， 承載能力比橡膠輪高，傳動 平穩(wěn)一般多用于1060t的焊件履帶輪大面積履帶和焊件接 觸，有利于防止薄壁工件的 變形，傳動平穩(wěn)但結構較復 雜。用于輕型，薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器由于這次設計的滾輪承重較小，故選用膠輪即能滿足設計要求。3.2滾輪尺寸及中心距確定321滾輪尺寸的確定根據(jù)設計要求及由滾輪架載重，結合表 3.2來選擇滾輪直徑D=200mm表3.2滾輪直直徑選擇參考表滾輪額
9、定載重量X1筒體工件直直徑徑mmmm0.626102560100160250最小直徑最大直徑200+2001000250+2501600315+3152500400+4003150500+5004000630+6305000800+80063001000+100080001250+1250322滾輪中心距的確定當中心角的:130時支反力和圓周力急劇增大，相反，當:角太小時，滾 輪架上的筒體焊件放置有可能不穩(wěn)定。因此在實際應用中為使焊件在滾輪架上 獲得可靠的穩(wěn)定性，并保證焊件可以平穩(wěn)的轉動，我國制定的焊接滾輪架行業(yè) 標準(ZBJ/T33003-1990)中規(guī)定中心角:應在45度到110度之間。L
10、max - 2Dmax2 Dr sin =( 1000+200)*sin55=983mmD + D45Lmm =2L sin =( 1000+200)*sin22.5 =459mmI 2 丿 2故459m L三983mm,綜合考慮經濟效益、空間占用、方便運輸?shù)纫蛩?3.3焊接滾輪架傳動部分的設計331滾輪架電動機的選擇焊接滾輪架多采用直流電動機驅動，降壓調速。焊接滾輪架的行業(yè)標準(JB/T9187-1999)中規(guī)定了不同噸位的焊接滾輪架 的電動機最小功率，見表4.1.表4.1滾輪架電動機最小功率10.6610256U10060250電胡機量小功車kw0.40.7S11.4222.K2.S5.6
11、由前面可知，設計的額定重量小于0.6T，采用兩個單獨驅動的滾輪架，因此選擇功率P=0.8KW轉數(shù)1000r/min，型號為Z2-11的直流電動機。3.3.2傳動比的確定3.3.2.1總傳動比的計算根據(jù)焊接滾輪架行業(yè)標準(JB/T9187-1999)，V=660m/s,故主動滾輪轉 速范圍為1000V/(二 Dr)n =0.159m/s1.59m/s60由于采用的是降壓調速，故選用 n=1.59m/s即可滿足調速要求。由電 動機的轉速計算出總傳動比：i =匹 =1000m/s /1.59m/s=629n3.3.2.2傳動比的分配整個傳動過程，分三級進行減速，傳動比的分配如下：第一級采用蝸輪蝸 桿
12、減速機進行減速，傳動動比為i 1=9；第二級采用齒輪減速機進行減速，傳動 比為i 2=3;第三級采用蝸輪蝸桿減速，傳動比為i 3=25。因為 i 1 *i 2 *i 3 =9*3*25=600 與 628相差不是不是很大，故可以滿足設計 使用的要求。3.4 滾輪架滾輪尺寸的確定由于滾輪架的額定載荷小于 0.6t ，所以選用膠輪結構。滾輪直徑為 200mm滾輪寬為70mm四、滾輪架受力分析計算與設計校核4.1焊接滾輪軸的設計計算及校核4.1.1焊接滾輪軸的設計計算及校核圖3-1焊接滾輪架受力簡圖1 焊件 2 主動滾輪 3 從動滾輪圖3所示為焊件滾輪架及焊件的受力簡圖，圖中2為一列主動滾輪，3為一
13、列從動滾輪。當重量為 G其偏心距e=0的筒體焊件1靜置在主、從動滾輪 座上時，則主、從動滾輪上的支反力相等，即2cos2D + Dr2 (D Dr)2-L2式中一中心角；D焊件直徑;Dr 滾輪直徑;L 主、從動滾輪之間的橫向距離;當 rmxa 即：.=110 時，F(xiàn)f ： mxaFfmax=3000/2/cos55 =2616N當 r . min 即=45 時，F(xiàn)fminFfmm=3000/2/cos22.5 =1624N當焊件的偏向距不為零時，在主動滾輪圓周力F1的作用下，逆時針轉動,則焊件是受力情況如圖2所示。圖中F2是焊件借助摩擦力帶動從動滾輪轉動 時，滾輪作用到焊件上的反力。此時a；s
14、 in f12cos2.asin2bcos竺- sin 冬2 2丿(1)f2a.2cos2+ a sin2a；sin2a ct bcos sin 2F, = Gbsin.cos: -1F2 - Gbsin：cos：、T與主動滾輪軸搭配的軸承圓錐滾子軸承，故f=0.02，滾輪采用橡膠輪，故(1 =2.5。初定滾輪軸徑dr=20mm,貝UDrfd r 2 J=200/(0.02*20+2*2.5)=37取 b=40mm當=110時: 由(1)( 2)( 3)( 4)式得：Ff仁2736NFf2=2615NF1=130NF2=70N當=45時：由(1)( 2)( 3)( 4)式得：Ff1=1698N
15、Ff2=1623NF1=120NF2=60N通過比較上述兩組計算結果，可發(fā)現(xiàn)第組的計算結果較大，故后續(xù)計算 應采用第組的計算結果進行計算。由于同一列上的滾輪數(shù)量為2,即ip = 2，所以載荷作用不均勻系數(shù)Kp =10 則作用在一個主動滾輪上的載荷P AfU Kp =2739Nip作用在一個從動滾輪上的載荷P = F 2f2 F22 Kp =2615N2ipp設主動滾輪軸上兩軸承中點間的距離 L=400mm則在Pi的作用下，主動滾輪軸的彎曲力矩Mw=P1*L/4=400 x 1370/4=137000N mm由于是獨立驅動的主動滾輪，所以每一輪軸所承受的扭矩-Drdr、；2 1KpMn = |F
16、i 可 + f 丁 + 卩 ；Ffi * Fi * =10199 N mm -2i2丿一ip所以主動滾輪所受的當量彎矩Mxd Mw2 Mn2 =137379 N mm該主動滾輪軸采用45鋼制造，查機械設計P354其（T b=590Mpa安全系數(shù)取 nb =2，則c = c b/n b=590/2=295Mpa,則主動滾輪軸的計算直徑=16.7mm因為d 205伸長率 S 5 (%) 40斷面收縮率 書(%) 60硬度：w 187HB0 90HRBW 200HV八、TIG焊工藝TIG焊又稱鎢極氬弧焊，是一種非熔化極惰性氣體保護焊，其工藝過程：在惰性氣體保護下，通過鎢極與薄壁不銹鋼板之間產生電弧產
17、生的熱熔化鋼板 的對接而形成熔池來產生焊縫，屬于自熔化焊接。不銹鋼薄板采用鎢極氬弧焊 比其它焊接方法有非常好的優(yōu)越性能：焊縫質量高；電弧熱量集中，功率密度 大，熱影響區(qū)小；單面焊雙面成型，明弧操作，便于對電弧熔池的觀察；板材 表面及焊縫質量好。因此，采用TIG焊接方法對薄壁不銹鋼板進行焊接適應了現(xiàn)代產品高質量的要求，是焊接生產由手工向自動化發(fā)展的標志。焊接電流焊接電流是鎢極氬弧焊最主要的工藝參數(shù)，電弧熱量正比于焊接電流，要 改變電弧功率主要通過改變焊接電流的大小來實現(xiàn)。焊接時，增加焊接電流可 以增加熔深和熔寬，即可焊的板厚增加。在焊接條件和其它工藝參數(shù)不變的情 況下，一定厚度的薄壁不銹鋼板的焊
18、接電流只能在一定范圍內調節(jié)，超出此范 圍，就會產生焊接缺陷。焊接速度焊接速度與線能量有關，線能量反比于焊接速度，焊接速度決定著對每單 位長度焊縫所提供的能量，同時影響熔深和熔寬，焊接速度的快慢直接影響焊 縫的質量。如果提高焊接速度，線能量將會降低，可避免金屬過熱，減少熱影 響區(qū)，熔深和熔寬也減小。因此在保證焊接質量的前提下，盡量提高焊接速 度。但焊接速度過快會產生保護效果差，焊縫正反面不均勻和未焊透等缺陷。 所以在鎢極氬弧焊的時候，焊接速度比較才能保證焊接質量。電弧電壓和電弧長度電弧的熱量也正比與電弧電壓，根據(jù)鎢極氬弧焊的電弧靜特性，焊接過程 中電弧電壓只與電弧的高度有關，而對焊接電流影響很小
19、。因此，在焊接電流 一定的情況下，改變電弧電壓可以電弧的功率。電弧電壓和弧長存在一個簡單 的線性函數(shù)關系，當弧長增加時，電弧電壓成正比增加，電弧功率增加。但電 弧長度超出一定的范圍后，在弧長增加的同時，弧柱的截面積也增加，熱效率 降低，保護效果變差。焊接時電弧長度對熱影響區(qū)有直接的影響。薄壁不銹鋼 板焊接時，鎢極伸出噴嘴的長度一般在 8-10mm左右，電弧的長度控制在2mm左 右為最佳。4、焊接電極鎢極氬弧時采用的電極材料一般為鈰鎢和釷鎢，焊接時要求電極有發(fā)射電 子能力強、容易引弧、電弧的穩(wěn)定性好，尤其在高溫的時候不易熔化，許用電 流大等性能。目前被廣泛使用的鈰鎢具有電子逸出功比釷鎢電極低10
20、%弧束細長，熱量集中，可提高電流密度 5-8%;使用壽命長，是釷鎢的一倍；引弧容 易、方便、穩(wěn)定優(yōu)點。所以，鈰鎢的使用率更高。在選定電極材料后，要根據(jù) 焊接電流的大小選擇合適直徑的電極，不同直徑的電極有不同電流使用范圍見 表4.1。另外鎢極的形狀對焊接有一定的影響。電極端部的錐角a和端部平臺直徑對電弧的穩(wěn)定和焊縫成形有重要的影響。端部角度如果太小，電流密度將 提高，焊縫容易產生弧坑，所以不同直徑的鎢極a角和平臺要求是不一樣的，具體見表4.2。表4.1直1570150250400500流正接80150250400500750直1015254055流反接2030405580交20601001602
21、00290流60120180250320390表4.2鎢極直徑l mm.0101.61.61.42.42.23.23.端部直徑d mm.1250251.50.80.80.11.11.51.端 部角度0a21020025030035045060090保護氣體TIG焊所采用的保護氣體一般為氬氣。氬氣是一種單原子惰性氣體，它即 不與金屬反應，也不熔于金屬中，本身的導熱系數(shù)小，高溫時不分解。但用氬 氣作為保護氣時焊接速度慢，生產效率低。用Ar+H2混合氣體可以提高電弧能量，增加焊接速度。在氬氣中加入氫 氣，可以提高電弧電壓，從而提高電弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度。表4.3是在其它工藝參數(shù)一定的情況
22、下，分別用 Ar和Ar+H2作為保護氣時的焊接 速度比較。表4.3保護氣種類板厚mm焊接電流A焊接速度mm/minAr0.530400Ar1.060300Ar+ H20.530800Ar+ H21.060800可見，采用A葉H2混合氣體可明顯提高焊接速度。用 A葉H2混合氣體焊 接1.6mm以下的不銹鋼板對接接頭，焊接速度比純氬快 50%此外還有防止咬 邊和抑制CO氣孔產生作用。因此，采用 A葉H2混合氣體不僅可以獲得優(yōu)質焊縫 而且還可以保證焊接生產效率，克服了氬弧焊速度慢的缺點，是逐漸被接受的 保護氣體。九、焊接操作在不銹鋼薄板的TIG焊過程中，要獲得高質量的焊縫，除板材、焊接設 備、焊接專
23、機外，操作技術和焊接工藝參數(shù)也很重要。據(jù)多年焊接經驗，焊接 不銹鋼薄板時要注意以下幾點：工件在焊接之前，必須進行除油和除銹處理，保證工件被焊面無彎曲和毛 刺。工件在焊接過程中，會自動收縮變形，所以在工件裝夾的時候，起焊位置 不銹鋼板要對緊，而在結束焊接的位置兩不銹鋼板對接面之間要留一定的間 隙，來留給工件自動收縮。如果不留間隙，則在焊接過程中，會產生焊縫搭接 現(xiàn)象，會造成未焊透的焊接缺陷。表 4是不銹鋼薄板焊接時焊接結束位置留有 間隙大小。表4.4板厚/mm0.51.01.52.02.53.0間隙/mm22110.50.5在焊接過程中，要保持電弧長度不變和電極始終在焊縫的中心位置。電弧 長度的
24、改變會影響電弧的熱功率，使焊縫背面成型不均勻，嚴重的會造成焊穿 或未焊透等缺陷；電極偏離焊縫中心會造成兩板材受熱不均，出現(xiàn)未焊透和焊 穿缺陷。下表是不銹鋼薄板焊接的工藝參數(shù)：表4.5焊接電流/A焊接速度/mm/min電極直徑/mm正面保護氣/Ar+H2勻匕冃面保護氣/Ar托罩氣/Ar電弧高度/mm0.5308001.6123101.5-21.0608002.4123101.5-21.51157002.4123101.5-22.01555002.412311.50-22.51803002.4123101.5-23.02152002.4123101.5-2結論：通過本次焊接滾輪架的機械設計，可以得
25、出以下結論：1. 本文所論述的是組合式焊接滾輪架的整體以及各部件的設計以及主要部 件的校核。其中包括了傳動部分，工作裝置，輔助裝置及機架的設計及軸、 鍵、軸承等的校核2. 本焊接滾輪架可適用于不同長度筒形工件焊接。3. 本焊接滾輪架額定載荷為25千克,主要應用于薄壁輕型筒形工件的焊 接，也可用于工件的裝配，及焊接檢驗等工作。4. 本焊接滾輪架多采用標準件制造，機架多采用標準型鋼制造，工藝簡 單，成本低廉，便于維護和保養(yǎng)，使用壽命長。5. 本焊接滾輪架具有結構簡單，操作簡易，運轉穩(wěn)定，并且可以根據(jù)焊件的特點任意組合等優(yōu)點參考文獻1 陳煥明 . 焊接工裝設計 . 北京：航空工業(yè)出版社， 2006.
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焊接滾輪架說明書
