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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923161 學(xué)生姓名： 張琪琪 指導(dǎo)教師： 薛慶紅 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在 畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè) 計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 94 學(xué) 號： 0923161 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 一種焊接設(shè)備翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計是機(jī)械專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的基本的專業(yè)知識，該翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為某缸 體的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為企業(yè)在用設(shè)備，需運用機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計，工程力學(xué)等相 關(guān)的綜合知識。通過設(shè)計，學(xué)生可以對機(jī)械制圖，機(jī)械設(shè)備的運動原理，機(jī)構(gòu) 的設(shè)計，機(jī)械零件的加工，標(biāo)準(zhǔn)件的選用等專業(yè)知識得以綜合運用，提高學(xué)生 解決問題的綜合能力。課題稍難，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，可以在規(guī)定時間內(nèi)設(shè) 計完成。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1、機(jī)構(gòu)運動原理設(shè)計，繪制運動原理圖； 2、繪制產(chǎn)品裝配圖； 3、典型非標(biāo)件設(shè)計， 對非標(biāo)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、剛度校核； 4、繪制全套非標(biāo)零件圖； 5.編寫設(shè)計說明書（大于 30 頁）； II 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班 姓名 張琪琪 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 本文闡述了大型缸體翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計只講解了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計主要是 為了使得缸體在生產(chǎn)過程中更容易加工，更容易焊接。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用了軸類轉(zhuǎn)動和 大平面式定位裝置組成。包括整體系統(tǒng)設(shè)計、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計、框架的設(shè)計等。在設(shè)計 中對傳動軸和基本部件的強(qiáng)度進(jìn)行了校荷，來保證其強(qiáng)度要求同時需要進(jìn)行焊接部分的 強(qiáng)度校荷，來最終確定設(shè)計方案。 焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、平穩(wěn)性、翻轉(zhuǎn)的連續(xù)性以及制造成本對提高焊接效率和 保證安全性有很大的影響，研究了可以實現(xiàn)原地低位的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并對動態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行 分析，結(jié)果表明：翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)時連續(xù)平穩(wěn)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)占地空間小，制造成本低，具 有良好的應(yīng)用前景，在國內(nèi)外焊接生產(chǎn)線上有很高的推廣價值。 關(guān)鍵詞:焊接；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計 IV ABSTRACT This paper expounds the mechanism design of large converter overturning, only on the design of mechanical structure design, the design is to make the boiler is easier to process in the production process, easy welding. The mechanical structure part adopts the structure of modular fixture chain turnover, hydraulic lifting. Including the transmission system design, the turnover mechanism design, hydraulic cylinder design. In the design of the transmission shaft and the basic components of the strength of the school charge, to ensure its strength requirements and the need for welding part of the strength of the school charge, to determine the final design scheme. Weld the structure size, steady, inside out consecution and manufacturing costs of the inside out machine to weld to the exaltation the efficiency and the assurance safeties contain very big influence.Studying can carry out an inside out and inside out organization, and carried on the analysis to the dynamic state stability, the result enunciation:Inside out organization at inside out is continuously steady.The inside out organization covers the space small, the manufacturing cost is low, having the good applied foreground, producing in the domestic and international welding on-line have the very high expansion value. Key words: Converter;Inside out organization;architectural design V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 課來題源及研究的目的和意義 .1 1.2 國內(nèi)外設(shè)備目前的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 課題研究方法和手段 .1 1.4 課題應(yīng)達(dá)到的基本要求 .2 1.4.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想 2 1.5 設(shè)計任務(wù)書的基本要求 .2 2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計 .3 2.1 總體設(shè)計方案 .3 2.1.1 設(shè)計目的 3 2.1.2 設(shè)計原理 3 2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概述 5 2.2.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成 .5 2.2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理 .5 2.2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能要求 .5 2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計與比較 5 2.3.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計 5 2.3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的比較選擇 .8 3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計 .9 3.1 機(jī)構(gòu)框架設(shè)計 9 3.1.1 框架結(jié)構(gòu)材料 .9 3.1.2 結(jié)構(gòu)的成形方式 10 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計 .10 3.2.1 軸徑的確定 .12 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3.3 踏板、轉(zhuǎn)盤及手輪的設(shè)計 .15 3.4 平衡塊的設(shè)計 16 4 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 .16 4.1 軸承的選擇 17 4.1.1 軸承的基本概念 .17 4.1.2 滾動軸承的主要類型、比較和選擇 .17 4.1.3 軸承型號的確定 .20 VI 4.1.4 軸承的壽命 .22 4.2 其它標(biāo)準(zhǔn)件選用 22 4.2.1 軸承座的選用 .22 4.2.2 軸套的選用 .23 4.2.3 開口銷的選用 .25 4.2.4 壓簧的選用 26 4.2.5 墊片的選用 26 4.2.6 鍵的選用 27 5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的焊接與裝配 .29 5.1 框架的焊接 .29 5.1.1 選擇焊接方法 .29 5.1.2 確定焊接的形狀、尺寸和下料方法 .29 5.1.3 確定焊接接頭、坡口形式和坡口邊緣的加工方法 .30 5.1.4 焊接方案的確定 .30 5.2 零部件的裝配 30 5.2.1 機(jī)器裝配的基本概念 .30 5.2.2 零件在裝配中連接種類 .31 5.2.3 裝配方法 .32 5.2.4 裝配方案的確定 .33 5 結(jié)論 .33 致謝 .34 參考文獻(xiàn) .35 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 課來題源及研究的目的和意義 技術(shù)進(jìn)步的最重要和最有效的發(fā)轉(zhuǎn)方向之一就是實現(xiàn)生產(chǎn)的過程，其中包括焊接過 程的全盤機(jī)械化和自動化。 在焊接過程中，焊接工作本身所占的工作量不會超過總工作量的 25%~30%，剩余的工 作就是裝配及其它的工作，其中包括運輸及其它輔助工作，如工件調(diào)試、修整、檢測等。 在工件制作過程中，我們必須多次繞其水平軸翻轉(zhuǎn)工件，這個翻轉(zhuǎn)工作用翻轉(zhuǎn)臺來實現(xiàn) 是最合理、最有效、最安全的。 運用焊接翻轉(zhuǎn)臺可以大大提高勞動生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期、確保得到高品質(zhì)的產(chǎn)品。 這是因為使用翻轉(zhuǎn)臺可以擴(kuò)大自動焊的應(yīng)用，可以使焊接工作總是在方便的位置下進(jìn)行， 甚至可以提高工作的安全性，因為翻轉(zhuǎn)臺能使最危險的操作—翻轉(zhuǎn)工件實現(xiàn)機(jī)械化。 在缸體的生產(chǎn)過程中，用焊接方法制造更為有利。同時，在焊接生產(chǎn)加工中，當(dāng)缸 體完成組對并進(jìn)行一面的焊接后，需要將其翻轉(zhuǎn)，以便焊接另一面。但由于缸體體積大、 重量重，人工很難翻轉(zhuǎn)，所以需要專用的設(shè)備，尤其是在大批量生產(chǎn)中，就更需要一種 翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)來完成這一操作，以提高生產(chǎn)效率。缸體翻轉(zhuǎn)提升機(jī)就是應(yīng)用在這種場合 下的設(shè)備。 1.2 國內(nèi)外設(shè)備目前的發(fā)展?fàn)顩r 對于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在已有很多的形式。如有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式、推舉 式等。并已在實際生產(chǎn)中用于各種工件的翻轉(zhuǎn)。目前國內(nèi)還未對各種形式的翻轉(zhuǎn)機(jī)制訂 出系列標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的翻轉(zhuǎn)機(jī)，并成系列。 另外，配合焊接機(jī)器人使用的框架式、頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)，國內(nèi)外均有生產(chǎn)。它們都 是點位控制，控制點數(shù)以使用要求而定，但多為 2 點(每隔 180°)、4 點（每隔 90°） 、8 點 （每隔 45°）控制，翻轉(zhuǎn)速度以恒速的 為多，但也有 變速的。翻轉(zhuǎn)機(jī)與機(jī)器人聯(lián)機(jī)按程 序動作，載重量多在 20 ～3000Kg 之間。例如我國汽車、摩托車等制造行業(yè)使用的弧焊 機(jī)器人加工中心，已經(jīng)成功的采用國產(chǎn)頭尾架式的焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)，由于恒定速度的翻轉(zhuǎn)， 點以電磁制動和汽缸錐銷強(qiáng)制定位，所以多采用交流電動機(jī)、普通齒輪副減速，機(jī)械傳 動系統(tǒng)的制作精度比軌跡控制的低 1 到 2 級，造價便宜。 今天，隨著市場需求的增加，人們對制作更加通用的機(jī)械化工具的需求日益增長， 前蘇聯(lián)重型機(jī)械制作工藝研究院科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司設(shè)計制造了帶兩個驅(qū)動支架、翻轉(zhuǎn)與 焊接同步進(jìn)行的雙支架翻轉(zhuǎn)臺，用于焊接非剛性金屬構(gòu)件。杠桿—鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺已經(jīng)開始 上市，這種翻轉(zhuǎn)臺能夠方便的安裝在生產(chǎn)長條形工件的流水線上。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 在現(xiàn)在社會生產(chǎn)中，框架式翻轉(zhuǎn)臺、頭尾架式翻轉(zhuǎn)臺、鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺、環(huán)式翻轉(zhuǎn)臺、 推舉式翻轉(zhuǎn)臺等翻轉(zhuǎn)臺，已經(jīng)較長時間地被用于機(jī)械制造工廠中，他們依然屬于世界先 進(jìn)水平，仍屬新的工藝過程。 1.3 課題研究方法和手段 本課題主要采用機(jī)械設(shè)計、理論力學(xué)和材料力學(xué)相互結(jié)合的研究方法，并結(jié)合實際 工廠中在實際應(yīng)用的產(chǎn)品和相關(guān)資料進(jìn)行整體設(shè)計。具體實施方法如下： （1）廣泛閱讀我國的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的論文和期刊，參考國外的成形翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案 （2）分析研究缸體翻轉(zhuǎn)需要的條件、必要的自由度限制和整體支撐架材料的選擇 （3）系統(tǒng)總體方案設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計（對多種機(jī)構(gòu)進(jìn)行可行性選擇） （4）對設(shè)計的機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行校核 （5）總結(jié) 1.4 課題應(yīng)達(dá)到的基本要求 1.4.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)思想 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中能實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的部分是整個翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計的核心部分，針對現(xiàn)在的加工工 藝和材料的選擇主要考慮翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)、價格、生產(chǎn)率和翻轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。本課題的基 本研究思路是采用夾具將缸體固定在平面上，利用支架兩端的軸的轉(zhuǎn)動帶動大平面的轉(zhuǎn) 動來實現(xiàn)缸體的翻轉(zhuǎn)，在設(shè)計中對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，軸承的選擇來為翻轉(zhuǎn)功能的實現(xiàn) 提動理論基礎(chǔ)。 1.4.2 可解決的主要問題 實現(xiàn)了在焊接缸體的過程中，對于缸體的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)了機(jī)械化，使多次繞其水平軸翻 轉(zhuǎn)工件，不用人工翻轉(zhuǎn)這個翻轉(zhuǎn)工作用翻轉(zhuǎn)臺來實現(xiàn)是最合理、最有效、最安全的。運 用焊接翻轉(zhuǎn)臺可以大大提高勞動生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期、確保高品質(zhì)的產(chǎn)品。使用翻轉(zhuǎn) 臺可以擴(kuò)大自動焊的應(yīng)用，可以使焊接工作總在方便的位置下進(jìn)行，甚至可以提高工作 的安全性，因為翻轉(zhuǎn)臺能使最危險的操作——翻轉(zhuǎn)工件實現(xiàn)機(jī)械化。 1.5 設(shè)計任務(wù)書的基本要求 1、機(jī)構(gòu)運動原理設(shè)計，繪制運動原理圖； 2、繪制產(chǎn)品裝配圖； 3、典型非標(biāo)件設(shè)計，對非標(biāo)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、剛度校核； 4、繪制全套非標(biāo)零件圖： 5、編寫設(shè)計說明書。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計方案 2.1.1 設(shè)計目的 該變位機(jī)構(gòu)是將工件回轉(zhuǎn)、傾斜，以便使所有的焊縫置于水平、船形等最佳的位置 從而進(jìn)行焊接的設(shè)備。選擇合理有用的變位機(jī)構(gòu)能夠有效提高焊接的質(zhì)量和生產(chǎn)效率， 并降低人工的勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)，有助于現(xiàn)場管理。工作臺的翻 轉(zhuǎn)采用手動，因為定位可靠，可以使工件處于最理想、最可靠的焊接最佳位置進(jìn)行焊接。 2.1.2 設(shè)計原理 設(shè)計一個手動H型雙座雙回轉(zhuǎn)式的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過手動控制回轉(zhuǎn)手輪來控制焊裝夾具 的翻轉(zhuǎn)，可以自行的調(diào)節(jié)所需翻轉(zhuǎn)的任意角度，實現(xiàn)焊接時的360度的變位，方便于焊接， 可以達(dá)到定位可靠，焊接方便的最佳功效。 2.1.3 對機(jī)器的要求 設(shè)計機(jī)器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達(dá)到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出 的。不管機(jī)器的類型如何，一般來說，會對機(jī)器提出以下的基本要求。 1、使用功能要求 機(jī)器應(yīng)該具有預(yù)訂的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計 或選用功能全面實現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī)，以及合理地配置必要的 輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。 2、經(jīng)濟(jì)性要求 機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，設(shè)計機(jī)器時就要全面綜合地進(jìn) 行考慮。設(shè)計制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低；使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率， 較少地消耗能源、原材料和輔助材料，以及低的管理和維護(hù)費用等。 提高設(shè)計和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有： 1）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計的參數(shù)最優(yōu)化，達(dá)到盡可能精確的設(shè)計計算結(jié) 果，并保證機(jī)器足夠的可靠性。盡可能多地應(yīng)用 CAD 技術(shù)，加快設(shè)計的進(jìn)度，降低設(shè)計 的成本。 2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零部件。零件結(jié)構(gòu)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化 結(jié)構(gòu)及尺寸。 3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。 4）合理地組織設(shè)計和制造過程。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。 提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有： 1）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期提高機(jī)器的生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗和生產(chǎn) 成本。 3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)（如閉式傳動、表面防護(hù)等）及潤滑等措施，以便于延長機(jī)器的 使用壽命。 4）采用可靠的密封，減小或消除滲漏現(xiàn)象。 3、勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求 1）要使所設(shè)計的機(jī)器符合勞動保護(hù)法規(guī)的要求。設(shè)計時要按照人機(jī)工程學(xué) （ergonomics）的觀點盡可能減少操作手柄的數(shù)量，操作手柄及按鈕等應(yīng)放置在便于操作 的位置，合理地規(guī)定操作時的驅(qū)動力，操作方式要符合人們的心理和習(xí)慣（例如汽車轉(zhuǎn) 向盤向左打則汽車向左拐彎等） 。同時，設(shè)置完善的安全防護(hù)及保安裝置、報警裝置、顯 示裝置等，并根據(jù)工程美學(xué)的原則美化機(jī)器的外形及外部色彩。使操作者有一個安全、 舒適的環(huán)境，不易產(chǎn)生疲勞。這也有助于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。 2）要把環(huán)境保護(hù)提高到一個重要的位置。改善機(jī)器及操作者周圍的環(huán)境條件，如降 低機(jī)器運轉(zhuǎn)時的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏及對廢水、廢氣和廢液進(jìn)行有效 的治理等以滿足環(huán)境保護(hù)法規(guī)對生產(chǎn)環(huán)境提出的要求。 4、壽命與可靠性的要求 任何機(jī)器都要求能在一定的壽命下可靠地工作。隨著機(jī)器的功能愈來愈先進(jìn)，結(jié)構(gòu) 愈來愈復(fù)雜，發(fā)生故障的可能環(huán)節(jié)也愈來愈多。機(jī)器工作的可靠性受到了愈來愈大的挑 戰(zhàn)。在這種情況下，人們對機(jī)器除了習(xí)慣上對工作壽命的要求外，明確地對可靠性也提 出要求是很自然的。機(jī)器可靠性的高低是用可靠度來衡量的。機(jī)器的可靠度 R 是指在規(guī) 定的使用時間（壽命）內(nèi)和預(yù)定環(huán)境條件下機(jī)器能夠正常工作的概率。機(jī)器不能正常工 作，即機(jī)器由于某種故障而不能完成其預(yù)定的功能稱為失效。已有愈來愈多的機(jī)器設(shè)計 和生產(chǎn)部門，特別是那些因機(jī)器失效將造成巨大損失的部門，例如航空、航天部門，都 相繼規(guī)定了在設(shè)計時必須對其產(chǎn)品，包括零部件，進(jìn)行可靠性分析與評估的要求，例如 要求給出產(chǎn)品在工作壽命內(nèi)可以安全工作的定量說明。在設(shè)計時對組成機(jī)器的每個零件 的可靠性提出要求，采用備用系統(tǒng)和在使用中對機(jī)器加強(qiáng)維護(hù)和檢測可以提高機(jī)器的可 靠性。 5、其他專用要求 對不同的機(jī)器，還有一些為該機(jī)器所特有的要求。例如：對機(jī)床有長期保持精度的 要求；對飛機(jī)有質(zhì)量小、飛行阻力小而運載能力大的要求；對流動使用的機(jī)器（如鉆探 機(jī)械）有便于安裝和拆卸的要求；對大型機(jī)器有便于運輸?shù)囊蟮?。設(shè)計機(jī)器時，在滿 足前述共同的基本要求的前提下，還應(yīng)著重地滿足這些特殊要求，以提高機(jī)器的使用性 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 能。 不言而喻，機(jī)器的各項要求的滿足，是以組成機(jī)器的機(jī)械零件的正確設(shè)計和制造為前提 的。亦即零件設(shè)計的好壞，將對機(jī)器使用性能的優(yōu)劣起著決定性的作用。 2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概述 2.2.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是由整體承重支架、主軸、翻轉(zhuǎn)臺、軸承和手輪裝置等部分的組成的 一個完整的實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。 整體承重支架是作為一個打的支撐，用于實現(xiàn)對整個機(jī)構(gòu)的支撐作用,主軸使翻轉(zhuǎn)臺 能夠繞水平軸轉(zhuǎn)動。翻轉(zhuǎn)臺是作為大的承載平面，用來承載缸體的（在翻轉(zhuǎn)臺上有固定 的缸體的夾具） ，軸承是為了和主軸配合保證轉(zhuǎn)動。手輪裝置是人通過旋轉(zhuǎn)手輪來實現(xiàn)主 軸的轉(zhuǎn)動從而帶動翻轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。 2.2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的功能的實現(xiàn)是通過翻轉(zhuǎn)機(jī)臺的右端的手輪裝置，人通過旋轉(zhuǎn)手 輪來帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動帶動中間的翻轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，而工件是通過夾具 固定在翻轉(zhuǎn)臺上表面的，所以對翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)的實現(xiàn)就能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的翻轉(zhuǎn)，這就是 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)基本翻轉(zhuǎn)功能的工作原理。 2.2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能要求 實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺繞水平軸在 180°內(nèi)任意角度翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對工件的焊接。同時翻轉(zhuǎn)臺需要 具有一定的通用性，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同形式的缸體的翻轉(zhuǎn)，所以需要其具有一定的通用性。 2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計與比較 2.3.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計 根據(jù)對題目“一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計”可知，該機(jī)構(gòu)主要是為了實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)功 能，所做的設(shè)計翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以下是對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)件設(shè)計的詳細(xì)論述。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是將工件沿水平軸轉(zhuǎn)動或傾斜，使之處于有利于加工位置的變位設(shè)置機(jī)構(gòu)。 在工件制作過程中我們必須多次繞水平軸翻轉(zhuǎn)工作，這個翻轉(zhuǎn)用翻轉(zhuǎn)太來實現(xiàn)較為合理、 最有效、最安全。而根據(jù)用途不同可以分為通用型和專用型兩大類。前者用途廣泛，可 以用于不同種類的料件，厚著范圍比較窄，僅適用特定形狀的工件，甚至專門用于某些 尺寸功夫定的工件。有些專用翻轉(zhuǎn)機(jī)臺甚至是為了某幾條機(jī)械化或者自動化生產(chǎn)流水線 專門設(shè)計的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 翻轉(zhuǎn)臺根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類，可分為雙支架翻轉(zhuǎn)臺、單支架翻轉(zhuǎn)臺、鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn) 臺、杠桿式翻轉(zhuǎn)臺、千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺及滾輪式翻轉(zhuǎn)臺等。甚至可以依據(jù)翻轉(zhuǎn)臺保證工件 繞固定軸翻轉(zhuǎn)的程度或者使工件升降或平移的程度進(jìn)行分類。 1、方案一 圖 2.2 翻轉(zhuǎn)臺式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 2.2 為裝有轉(zhuǎn)動架的雙支架翻轉(zhuǎn)臺，它是由前驅(qū)動支架 1 和后從動支架 4 組成， 工件二固定在轉(zhuǎn)動架 3 上。轉(zhuǎn)動架支撐面和地面的距離，可以依據(jù)工件的尺寸進(jìn)行調(diào)整， 因而能減小轉(zhuǎn)動力矩。 負(fù)荷能力不大的翻轉(zhuǎn)臺可以通過手動翻轉(zhuǎn)。 對于小工件，人們通常使用單支架翻轉(zhuǎn)臺，這不僅是操作者易于接近工件，且可以節(jié) 約勞動場地，提高生產(chǎn)場地的利用率。 這種翻轉(zhuǎn)臺常用來焊接大型、平值的框架類構(gòu)件。用普通的雙支架翻轉(zhuǎn)臺來焊接這 類工件。 2、方案二 圖 2.3 滾輪式翻轉(zhuǎn)臺 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 圖 2.3 為滾輪式翻轉(zhuǎn)臺配合兩個滾輪，他們即可以是整體也可以是組合，最初滾輪式 翻轉(zhuǎn)臺基本上是用來焊接框架類和箱體類工件，這些工件通常都緊固在布置于兩個滾輪 之間的托架或者固定架上。上圖為一個滾輪式翻轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。翻轉(zhuǎn)臺由兩個滾輪 1 組成， 滾輪奸設(shè)置了可拆卸的旋轉(zhuǎn)臺架 3，臺架的上部 2 是可以拆下的。滾輪支撐在兩個從動托 輪 7 和兩個驅(qū)動托輪 8 上，在托輪的軸上裝有星形輪 6，星形輪由電動機(jī) 5 通過兩級蝸 桿減速器 4 來驅(qū)動。 與雙支架翻轉(zhuǎn)臺比較，滾輪式翻轉(zhuǎn)臺的有點在于：可以在旋轉(zhuǎn)臺架上裝配和焊接大 型框架類零件；易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長梁架工 件的條件更好。不足之處在于，難于接近位于滾輪之間的工件部位，通用性差。 3、方案三 圖2.4鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺 圖2.4為鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺，它是由幾個支架組成，這些支架的每一根上都裝有驅(qū)動鏈條2和 從動鏈條5和6.在鏈條上套著松垂的鏈條3，鏈條3用于支托需要翻轉(zhuǎn)的工件4.鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺 具有兩個重要的優(yōu)點：即機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺難于 用在自動焊接中，因為工件翻轉(zhuǎn)后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于靜止 不動的位置；同時也很難固定正在運動中的焊接設(shè)備的軸心。 4、方案四 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.5 千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺 圖2.5為千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺，用于將平直的框架式構(gòu)件翻轉(zhuǎn)90°。千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)動 架基座，一個液壓千斤頂及四只可調(diào)整半軸組成。半軸的推出靠液壓筒來實現(xiàn)。其上放 置這工件的轉(zhuǎn)動架可以繞這兩個半軸轉(zhuǎn)動，此時另外兩個半軸是收縮進(jìn)去的。千斤頂式 翻轉(zhuǎn)臺是為了特定工件設(shè)計制造的，基本上用于翻轉(zhuǎn)大尺寸的平直框架結(jié)構(gòu)件。 2.3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的比較選擇 綜合前面提出的方案，列出其優(yōu)缺點如下： 方案一，雙支架的翻轉(zhuǎn)臺與其它翻轉(zhuǎn)臺相比較，它具有用途廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、價格 低、消耗驅(qū)動功率不高等優(yōu)點。而消耗驅(qū)動功率不高是因為工件繞著轉(zhuǎn)動的縱軸正好與 工件的重心相重合。這種翻轉(zhuǎn)臺常用來焊接大型、平值的框架類構(gòu)件。用普通的雙支架 翻轉(zhuǎn)臺來焊接這類工件。 方案二，滾輪式翻轉(zhuǎn)臺的優(yōu)點在于：可以在旋轉(zhuǎn)臺架上裝配和焊接大型框架類工件， 易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長條形工件的條件更好。 不足之處在于難于接近位于轉(zhuǎn)輪之間的工件部位，通用型較差。 方案三，即機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)臺難于用在自動 焊接中，因為工件翻轉(zhuǎn)后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于 靜止不動的位 置；同時也很難固定正在運動中的焊接設(shè)備的軸心。 方案四，千斤頂式翻轉(zhuǎn)臺是為了特定工件設(shè)計制造的，基本上用于翻轉(zhuǎn)大尺寸的平 直框架結(jié)構(gòu)件。 經(jīng)過比較，方案一的采用框架式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠很好的滿足缸體的翻轉(zhuǎn)要求并且方案 一的結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約勞動產(chǎn)地可提高場地利用率。在使用過程中能夠很好的實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的 功能，可以大大的提高勞動生產(chǎn)率。故采用方案一框架式翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)缸體 的翻轉(zhuǎn)功能。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計 3.1 機(jī)構(gòu)框架設(shè)計 3.1.1 框架結(jié)構(gòu)材料 考慮到缸體本身重量較重，所以在選擇材料時應(yīng)盡量選擇強(qiáng)度較強(qiáng)，而重量輕一點 的材料來保證翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體的重量特別是翻轉(zhuǎn)臺部分（翻轉(zhuǎn)臺部分是和缸體連接在一起， 在 轉(zhuǎn)動主軸時，翻轉(zhuǎn)臺也是需要轉(zhuǎn)動的）所以，經(jīng)過基本篩選，我選擇 C 型槽鋼來作為翻 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的框架的基本材料。槽鋼的選擇： 表3-1槽鋼規(guī)格 型 號 每米重(kg) 型 號 每米重 (kg) C 80 × 50 × 20 × 2.25 3.886 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.007 C 80 × 50 × 20 × 2.50 4.318 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.478 C 80 × 50 × 20 × 2.75 4.749 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.949 C 80 × 50 × 20 × 3.00 5.181 C 200 × 60 × 20 × 2.5 6.673 C 100 × 50 × 20 ×2.25 4.239 C 200 × 70 × 20 × 2.5 7.065 C 100 × 50 × 20 × 2.50 4.710 C 200 × 80 × 20 × 2.5 7.458 C 100 × 50 × 20 × 2.75 5.181 C 200 × 50 × 20 × 3.0 7.850 C 120 × 50 × 20 × 2.25 5.652 C 200 × 60 × 20 × 3.0 8.007 C 120 × 50 × 20 × 2.50 4.592 C 200 × 70 × 20 × 3.0 8.478 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 續(xù)表3-1 表3-1為C形槽鋼的理論重量表,我們按照整個翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的重量來初選槽鋼的尺寸，我 選擇C200x70x20x3.0 規(guī)格的槽鋼來作為主體框架的焊接板材。C200x70x20x3.0 表示的 意思： 截面高度 H=200mm； 截面寬度 B=70mm； 卷邊寬度 C=20mm； 厚度 t=3mm； 整個槽鋼長度的選擇我們按照缸體額尺寸來選擇，如果一個翻轉(zhuǎn)臺上只加一個工位 的缸體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，那么長度就選得短一點，如果在一個翻轉(zhuǎn)臺上有幾個工位的缸體翻轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)，那么整個翻轉(zhuǎn)臺就需要長的槽鋼來焊接而成。 3.1.2 結(jié)構(gòu)的成形方式 我們選用槽鋼作為支架的主體材料，而將槽鋼組成整個支架，我們選擇用焊接的方 式來實現(xiàn)主體框架的成形，其它部分需要通過螺栓鏈接將不同尺寸的板材連接在一起從 而形成整體的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 C 120 × 50 × 20 × 2.75 5.103 C 200 × 80 × 20 × 3.0 8.949 C 120 × 50 × 20 × 3.00 6.123 C 220 × 50 × 20 × 2.5 9.420 C 140 × 50 × 20 × 2.50 5.495 C 220 × 60 × 20 × 2.5 7.065 C 140 × 60 × 20 × 2.50 5.888 C 220 × 70 × 20 × 2.5 7.458 C 140 × 50 × 20 × 3.00 6.594 C 220 × 80 × 20 × 2.5 7.850 C 140 × 60 × 20 × 3.00 7.065 C 220 × 50 × 20 × 3.0 8.243 C 160 × 50 × 20 × 2.50 5.888 C 220 × 60 × 20 × 3.0 8.478 C 160 × 60 × 20 × 2.50 6.280 C 220 × 70 × 20 × 3.0 8.949 C 160 × 70 × 20 × 2.50 6.673 C 220 × 80 × 20 × 3.0 9.420 C 160 × 50 × 20 × 2.50 7.065 C 240 × 50 × 20 × 2.5 9.891 C 160 × 60 × 20 × 3.00 7.536 C 240 × 60 × 20 × 2.5 7.458 C 160 × 70 × 20 × 3.00 8.007 C 240 × 70 × 20 ×2.5 7.850 C 180 × 50 × 20 × 2.50 6.280 C 240 × 80 × 20 × 2.5 8.635 C 180 × 60 × 20 × 2.50 6.673 C 240 × 50 × 20 × 3.0 8.949 C 180 × 70 × 20 ×2.50 7.065 C 240 × 60 × 20 × 3.0 9.420 C 180 × 80 × 20 ×2.50 7.458 C 240 × 70 × 20 × 3.0 9.891 C 180 × 50 × 20 × 3.00 7.536 C 240 × 80 × 20 × 3.0 10.362 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 3.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計 根據(jù)整個機(jī)構(gòu)的運動類型，對軸進(jìn)行設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面內(nèi) 容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面要求，合理地確定 軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可 靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計 中的重要內(nèi)容。 1、選擇軸的材料 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱 處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為 HRC40—45。 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的 類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加 工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異， 所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論 何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的 零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 a 擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所 謂裝配方案，就是預(yù)訂出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。 b 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空 轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。軸上零件的軸向 定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。零件的周向定位的目 的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘 以及過盈配合等。 c 各軸段直徑和長度的確定 零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀大體確定。各軸段所需的直徑與軸 上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點，不能決定彎 矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。 但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭轉(zhuǎn)初步 估算軸所需的直徑。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。 確定各軸段長度時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空 間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙 來確定的。 d 提高軸的強(qiáng)度的常用措施 軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置等對軸的強(qiáng)度有很大的影響， 所以應(yīng)在這些方面進(jìn)行充分考慮，以利提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的質(zhì)量， 降低制造成本。 1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷 為了減小軸所受的彎矩，傳動件應(yīng)盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式， 力求縮短支承跨距及懸臂長度等。 2）改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 通過改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)也可以減小軸上的載荷。 3）改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響 軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的 疲勞破壞往往在此處發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力 集中的程度。為此，軸肩處應(yīng)采用較大的過渡圓角半徑 r 來降低應(yīng)力集中。但對定位軸肩， 還必須保證零件得到可靠的定位。 4）改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度 軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會對軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗 糙，疲勞強(qiáng)度也愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。當(dāng)采用對 應(yīng)力集中甚為敏感的高強(qiáng)度材料制作軸時，表面質(zhì)量尤應(yīng)予以注意。 表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理； 碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過碾壓、噴丸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理時，可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)壓 應(yīng)力從而提高軸的抗疲勞能力。 5）軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，并且生產(chǎn)率高， 成本低。一般地說，軸的結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下， 軸的結(jié)構(gòu)形式盡量簡化。 3.2.1 軸徑的確定 根據(jù)對旋轉(zhuǎn)軸的受力分析，在旋轉(zhuǎn)軸的軸徑最小處需要安裝手輪裝置，我們選擇軸 徑為 48cm。軸的材料選擇 45 剛，經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 13 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）擬定軸的裝配方案 圖 3.1 基本裝配圖如圖3.1，手輪處的軸的直徑為48mm，長度與手輪連接處的寬度大致一 樣為30mm，左端的階梯軸直徑為65mm，長度75mm，左端裝有一對調(diào)心軸承和軸套，軸的 直徑為80mm，軸的長度為125mm，軸套的壁厚為5mm，所以調(diào)心軸承左端的軸的直徑為 90mm，最左端的軸與板件，其直徑為120mm。軸的基本尺寸根據(jù)裝配需要和強(qiáng)度要求來選 擇。 （2）軸的零件的周向定位 手輪和剎車是通過平鍵連接的，手輪處平鍵的截面bxh=14mmx9mm，鍵槽用鍵槽銑刀 加工長為60mm，同時剎車裝置處的鍵選擇平鍵bxh=14mmx7mm，同樣的鍵槽需要鍵槽銑刀 加工選擇平鍵為14mmx7mmx25mm。調(diào)心軸承由過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差 為m6。 確定軸上的圓角和倒角尺寸軸端的倒角為1x45°，各軸肩處放入倒角為R2.5mm和R5mm。 軸上的載荷 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的荷載為500KG 圖3.1為軸的結(jié)構(gòu)圖，而做出的計算簡圖如圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖3-2轉(zhuǎn)動軸受力情況示意圖 由 0M?? ， 21=0FlG???； 由 ， 12?； 因為G=500N， =105mm,l=335mm, 所以F1=342N；F2=156N1l ??NTM1675max32???? 轉(zhuǎn)動軸截面是直徑為d=80mm的圓形 ，則抗彎截面系數(shù) 333512081.0. mdW??? 抗扭截面系數(shù) 333 42T 以下進(jìn)行強(qiáng)度校核： （1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度：許用應(yīng)力強(qiáng)度[ ]=60Mpa,1?? 彎曲的強(qiáng)度條件為： 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 15 MPaW Mb 327.0512067???? 滿足強(qiáng)度條件。 (2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度選σ=275MPa，而許用應(yīng)力 PaT68.7102478??? max[]??，滿足強(qiáng)度要求。 （3）精確校荷軸的疲勞強(qiáng)度 軸的材料為45剛 ，調(diào)質(zhì)處理。則 MPaaMPaB 15,275,6401??????? 軸承中心截面右側(cè)上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 查表可得。 ??? 因 ， 經(jīng)插值后可查得 025.8?dr.89dD 31,0???? 通過查附圖可得軸的材料敏感系數(shù)為 85.,2.?q 故有效應(yīng)力為 ??11??????? 26.???q 尺寸系數(shù) 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。;67.0???8.0??? 軸按磨削加工表面質(zhì)量系數(shù)為 92.??? 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則綜合系數(shù)為1?q 8.2??????kK 6.1??? 碳鋼的特性系數(shù) .0,2.~0????取 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 05.,1.~05.??????取 于是計算安全系數(shù) 值，caS .31??maK?? 2.41?aS??? 5.198.2??Sc?? 故可知其安全 截面左側(cè) 抗彎截面系數(shù)W計算得 33372901.0. mdW??? 抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應(yīng)力為 N.132050??? MPaWb8.729? 扭矩 及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為3T T4.5148??? 過盈配合處的 ，查表可得，并取 ，于是得??k???k.0 16.3?53.216.8????k 軸按磨削加工，則表面的質(zhì)量系數(shù)為 9.0??? 故綜合系數(shù)為 25.31??????kK 6.??? 則軸的左側(cè)的安全系數(shù)為 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 67.41???maKS??? 5.21a?? .16.42????SSc?? 故該軸左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的，至此軸的設(shè)計計算結(jié)束。 3.3 踏板、轉(zhuǎn)盤及手輪的設(shè)計 在上面剛提到的那個支架的底面那塊板上再焊接一塊小的支座，是為了裝踏板所需。 該踏板除了與小支座連接外還與連桿上的接頭相連接。該踏板與小支座的連接是用的是 鉸鏈銷的連接方法，該鉸鏈銷由 45 鋼做成，強(qiáng)度是很高的。在使用過程中，還需在鉸鏈 銷的上面裝上一個軸套，是為了防止使用長久后產(chǎn)生磨損，裝了軸套后，使用時只會對 軸套有所磨損而已，一旦磨損時只需要更換軸套就可以再重新使用了，經(jīng)濟(jì)而且又方便。 至于鉸鏈銷上，還應(yīng)該需在其兩端各開一個銷孔，目的是在于鉸鏈銷裝好后的定位。 連桿上應(yīng)還需裝一個彈簧，是用于限位時的復(fù)位。連桿的頂端再焊接一個用來裝限 位塊的東西，因為這只是根據(jù)限位塊的形狀而定的。 軸上裝一個轉(zhuǎn)盤，用鍵以及緊定螺釘來固定，使它與軸之間能很好的裝配起來，使 之不產(chǎn)生移位、松懈等情況。在轉(zhuǎn)盤上還可以根據(jù)實際需要開個卡槽，這個可以根據(jù)使 用時客戶所需，在其所需要的任何一個角度的位子上開有個卡槽就可以了。而限位塊就 是用于卡槽里的，當(dāng)轉(zhuǎn)過所需的一定的角度時，放掉踏板，彈簧就復(fù)位，既可以實現(xiàn)定 位了。 手輪是裝在軸端的，把它做成像一般汽車上所用的方向盤形狀即可。可以通過手輪 來旋轉(zhuǎn)所需的角度。 以上這些東西都是裝在同一個支座上的，此支座即是和支架上的那塊連接板一起用螺栓 進(jìn)行固定的。 3.4 平衡塊的設(shè)計 平衡塊是單獨裝在另外一根左邊的軸上的。先是用一塊板通過鍵固定在軸上，而平 衡塊則是和這塊板通過螺栓而連接在一起的。至于板的多少塊是根據(jù)實際需要增加或減 少的。裝平衡塊的目的是在于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)力的輕重，使得在旋轉(zhuǎn)時可以調(diào)節(jié)到最佳的舒適 度，從而達(dá)到最佳的效果。 這樣，整個機(jī)構(gòu)就此設(shè)計完成了。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 4 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 4.1 軸承的選擇 4.1.1 軸承的基本概念 滾動軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要原件之間的滾動接觸來 支 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 19 撐轉(zhuǎn)動零件的，滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。滾動軸承具有具有摩擦阻力小，功率消耗少，起 動容易等優(yōu)點。 4.1.2 滾動軸承的主要類型、比較和選擇 軸承的選擇應(yīng)該考慮幾個主要因素： （一）軸承的載荷 軸承所受的載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 根據(jù)載荷的大小來選擇軸承類型時，由于滾子軸承中主要原件是線接觸，宜用于承 受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承主要是點接觸，宜用于承受較輕的或者 中等的載荷，故在載荷較小時可以優(yōu)先選用球軸承。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承的類型時，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的 純軸向載荷可以選用推力球軸承；較大的純軸向負(fù)載可以選擇推力滾子軸承。對于純徑 向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或者滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷的 同時，還有不大的軸向負(fù)荷時，可以選用深溝球軸承或者角接觸軸承或者圓錐滾子軸承； 當(dāng)軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸軸承或者圓錐滾子軸承，或者向心軸承 和推力軸承組合雜一起的機(jī)構(gòu)。 （二）軸承的轉(zhuǎn)速 從工作的轉(zhuǎn)速對軸承的確定應(yīng)該確定一下幾點： 1）球軸承和滾子軸承比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在高速時應(yīng)有線選用球軸承。 2）在內(nèi)徑相同的條件下，外徑越小，則滾動體就越小，運轉(zhuǎn)時滾動體加在外圈滾 道傷的離心力也就越小。因而也就適合在更高的轉(zhuǎn)速小工作。故在告訴時，宜選用相同 內(nèi)徑而外徑較小的軸承。若用一個外徑較小的軸承而承載能力達(dá)不到要求時，可再并裝 一個相同 的軸承。外徑較大的軸承適合低俗重載的場合。 3）保持架的材料與結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響較大。實體保持架比沖壓保持架允許高一些 的轉(zhuǎn)速，青銅實體保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。 4)推力軸承的極限速度均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速較高時，若軸向載荷不十分大，可以采用 角接觸軸承承受純軸向力。 5)若工作轉(zhuǎn)速略超過樣本中規(guī)定的極限轉(zhuǎn)速，可以選用較高公差等級的軸承，或者選 用較大游隙的軸承，采用循環(huán)潤滑或者油霧潤滑，加強(qiáng)對循環(huán)油的冷卻等措施來改善軸 承的高速性能。若搞左轉(zhuǎn)速超過極限轉(zhuǎn)速較多，應(yīng)選用特制的高速滾動軸承。 （三）軸承的調(diào)心功能 當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力彎曲或者傾斜時， 會造成軸承內(nèi)外圈軸線發(fā)生傾斜。這時，應(yīng)采用有一定調(diào)心能力的調(diào)心軸承或者帶座外 球面軸承。這類軸承在軸與軸承座孔的軸線有不大的相對偏斜時仍能正常工作。 滾子軸承對軸承的偏斜最為敏感，這類軸承在偏斜狀態(tài)下的承載能力可能低于球軸 承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支撐剛度較低時，或者較大偏轉(zhuǎn)力距作用時，應(yīng)盡量 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 避免使用這類轉(zhuǎn)矩。 (四 )軸承的安裝和拆卸 便于裝卸，也是選擇軸承類型時因考慮的一個因素。在軸承座沒有剖分面而必須沿 軸向安裝和裝卸軸承部件。 此外，軸承類型的選擇應(yīng)該考慮軸承裝置整體設(shè)計要求，主要是解決軸承的安裝、 配置、緊固、調(diào)節(jié)、潤滑、密封等問題. 如果僅按軸承用于承受外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括分為向心軸承、推 力軸承和向心推力軸承三大類。向心軸承主要承受徑向載荷載荷，推力軸承只承受軸向 載荷，向心推力軸承能夠同時承受徑向和軸向載荷。據(jù)此我們進(jìn)行軸承的選擇。 （1）調(diào)心球軸承如圖 調(diào)心球軸承徑向載荷能力比較小，因外圈滾道表面以軸承中點的球面，故能自動調(diào) 心，可承受較大的徑向載荷，同時也能承受一定的軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面 形，故具有調(diào)心性能，當(dāng)軸受力彎曲或傾斜而使內(nèi)圈中心線與外圈中心線相對傾斜不超 過 1°～2.5°時，軸承仍能工作。一般適用于調(diào)心球軸承適用于承受重載荷與沖擊載荷、 精密儀表、低噪音電機(jī)、汽車、摩托車、冶金、軋機(jī)、礦山、石油、造紙、水泥、榨糖 等行業(yè)及一般機(jī)械等。 圖 4.1 調(diào)心球軸承 （2）調(diào)心滾子軸承如圖 調(diào)心滾子軸承的性能和特點和調(diào)心軸承相同，但是具有較大的徑向載荷能力允許內(nèi) 圈對外圈軸線偏斜量≦1.5°~2.5°。同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載 荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾 道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。一般用在造紙機(jī)械、減速裝置、 鐵路車輛車軸、軋鋼機(jī)齒輪箱軸承座、軋鋼機(jī)輥子、破碎機(jī)、振動篩、印刷機(jī)械、木工 機(jī)械、各類產(chǎn)業(yè)用減速機(jī)、立式帶座調(diào)心軸承。 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 21 圖4.2調(diào)心滾子軸承 （3）深溝球軸承如圖 當(dāng)量摩擦系數(shù)最小，在高速轉(zhuǎn)動時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外軸 線偏斜量≦8'~16'，大量生產(chǎn)，價格低。深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受徑 向載荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受徑向載荷時，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大的徑 向游隙時，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 ，深溝球軸承的摩擦系數(shù)很 小，極限轉(zhuǎn)速也很高。一般用在深溝球軸承可用于變速箱、儀器儀表、電機(jī)、家用電器、 內(nèi)燃機(jī)、交通車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、工程機(jī)械、滾軸式輪滑鞋、悠悠球等 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖4.3深溝球軸承 （4）角接觸球軸承如圖 可同時承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。由于一個軸承只能承受 單向的軸向力，因此一般成對使用。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸 承通常取 15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。一般使用在機(jī)床主軸、高頻馬 達(dá)、燃汽輪機(jī)、離心分離機(jī)、小型汽車前輪、差速器小齒輪軸、油泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、空 氣壓縮機(jī)、各類變速器、燃料噴射泵、印刷機(jī)械。 圖 4.4 角接觸球軸承 通過對上述調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承和角接觸球軸承的詳細(xì)敘述， 及各種軸承的性能和特點的比較，還有對整個翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要實現(xiàn)的功能和徑向、軸向的負(fù) 載情況來選擇。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸主要承受徑向載荷，而且在旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時翻轉(zhuǎn)軸心可能會偏離， 綜上所述選擇調(diào)心滾子軸承比較合適。調(diào)心滾子軸承在徑向有很大的負(fù)荷能力，而且調(diào) 心性能較好，能夠彌補(bǔ)同軸度誤差。 4.1.3 軸承型號的確定 根據(jù)軸的工作情況及客戶所指定的購入品廠家要求，這里選用調(diào)心滾子軸承型號為 22316C [GB/T281-1994]。調(diào)心滾子軸承如圖： 一種焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 23 圖4.5滾子調(diào)心軸承 內(nèi)徑 80 外徑 170 寬度 60 基本定額動負(fù)荷 Cr(N):571 基本定額靜負(fù)荷 Cor(N):189 由機(jī)械設(shè)計手冊查得：fp=1.0 (軸承所受載荷平穩(wěn)) 調(diào)心滾子軸承的定義：調(diào)心滾子軸承是在有二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之 間，組裝著鼓形滾子的軸承。 調(diào)心滾子軸承簡介：調(diào)心滾子軸承具有兩列滾子，主要承受徑一載荷，同時也能承 受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但 不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度 誤差。 調(diào)心滾子軸承有兩列對稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內(nèi)圈有兩條與 軸承軸線傾斜一角度的滾道，具有良好的調(diào)心性能，當(dāng)軸受力彎曲或安裝不同心時軸承 仍可正常使用，調(diào)心性隨軸承尺寸系列不同而異，一般所允許的調(diào)心角度為 1~2.5 度 ， 該類型軸承的負(fù)荷能力較大，除能承受徑向負(fù)荷外軸承還能承受雙向作用的軸向負(fù)荷， 具有較好的抗沖擊能力，一般來說調(diào)心滾子軸承所允許的工作轉(zhuǎn)速較低。 調(diào)心滾子軸承按滾子截面形狀分為對稱形球面滾子和非對稱形球面滾子兩種不同結(jié)構(gòu)， 非對稱調(diào)心滾子軸承屬早期產(chǎn)品，目前主要是為主機(jī)維修服務(wù)，新設(shè)計主機(jī)時則很少選 用對稱形調(diào)心滾子軸承，內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過全面改進(jìn)設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化，與早期生產(chǎn)的調(diào)心滾 子軸承相比，能夠承受更大的軸向負(fù)荷，這種軸承的運行溫度較低，故可適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 的要求，根據(jù)內(nèi)圈有無擋邊及所用保持架的不同可分為 C 型與 CA 型兩種,C 型軸承的特 點是內(nèi)圈無擋邊和采用鋼板沖壓保持架,CA 型軸承的特點則為內(nèi)圈兩側(cè)均有擋邊和采用車 制實體保持架為了改善軸承的潤滑, 可向用戶提供外圈帶有環(huán)狀油槽和三個油孔的調(diào)心滾 子軸承,以軸承后置代號/W33 表示,根據(jù)用戶的要求也可供應(yīng)帶內(nèi)圈油孔的調(diào)心滾子軸承, 為了便于客戶裝卸和更換軸承, 還可提供內(nèi)孔帶有錐度的調(diào)心滾子軸承軸承,錐孔錐度為 1:12 以后置代號為 K 表示,為了適應(yīng)特殊用戶的要求也可提供內(nèi)孔錐度為 1:30 的軸承,其 后置代號為 K30 內(nèi)孔帶錐度的軸承可用鎖緊螺母將軸承直接裝在錐形軸頸上,也可借助緊 定套或退卸套將軸承安裝在圓柱形軸頸上。 4.1.4 軸承的壽命 軸承轉(zhuǎn)速為 min30r [1] 計算徑向力： Fr=156N [2] 計算當(dāng)量動載荷 825.0196?orCF 由線形插值法：X=1.0 P=Fr=156N [3] 軸承壽命的計算 6 366 10570101??????????