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1、台式焊接回转台设计与总成摘要:焊接回转台已成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅助机。就型式系列和品种规格而言，已问世的约有十余个系列，百余个品种规格，焊接回转台的制造正在形成一个新兴行业。但是，有关焊接回转台的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题。本题目是设计能进行全位置焊接的变位机械。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机选择、减速器的选择、各个轴和轴承的确定以及校核等等。设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括：电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强
2、度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。最后使用CAD 软件将相关的零件图、总装图绘制出来。选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学、金属工艺学、Autocad等。 关键词：焊接回转台; 无极减速器; 机械设计Desktop welded turret design and assemblyABSTRACT:Welding positioner has become indispensable manufacturing equipment, in the welding area it designated as welding auxiliary machines.
3、 Series and products specifications on the type of case, has been available, and nearly a dozen more series, more than one hundred varieties and specifications, is forming a new industry.This subject is designed for all position welding of Block Variable-bit machines. Mainly on the welding machine o
4、f the rotary turning the control, motor selection, the choice of reducer, worm shaft and bearing all the determination and checking, and so on.The specific process design is based on pre-load and required welding speed to determine the equipment needed to motor types, including: motor speed, rated p
5、ower, voltage and current, calculated on the basis of this axis and the corresponding parts of the model size, and its associated strength, service life can be checked. Fragment using CAD software, the relevant parts diagram, assembly drawing out. KEY WORDS: welding positioner, level reducer, mechan
6、ical design目 录第 1 章 焊接变回转台的性能及结构 51.1 概述 51.2 关于焊接变位机械的几个定义和基本的要求 61.3 几种常见的焊接回转台的特点 101.4 焊接回转台功能及结构形式 101.5 主自由度及全功能焊接回转台 12第 2 章 焊接回转台方案设计 132.1 焊接回转台整体方案设计 132.2 焊接回转台的设计 142.3 电动机选择 152.4 计算回转传动装置的运动和动力参数 172.5 计算倾覆传动装置的运动和动力参数 20第 3 章 回转机构的设计计算 223.1 高速蜗轮蜗杆传动 223.2 齿轮传动 243.3 低速蜗轮蜗杆传动： 27第 4 章
7、 倾覆机构的设计计算 304.1 齿轮传动设计计算 304.2 蜗轮蜗杆传动设计计算 32第 5 章 轴的设计 355.1 高速蜗杆轴 355.2 高速蜗轮轴： 405.3 低速蜗杆轴 455.4 手轮轴 505.5 倾覆蜗杆轴 52第 6 章 滚动轴承的计算 546.1 高速蜗杆轴 546.2 高速蜗轮轴 556.3 低速蜗杆轴 576.4 手轮轴 586.5 倾覆蜗杆轴 59第 7 章 连接的选择和计算 617.1 键的选择 617.2 连轴器的选择 61第 8 章 润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择 62第 9 章 箱体及其附件的结构设计 639.1 箱体的结构设计 639.2 附件的
8、结构设计 63设计总结 65致 谢 66参考资料 67第 1 章 焊接变回转台的性能及结构1.1 概述我国自“七五”以来，有一些厂家开始生产焊接回转台，载重量在 0.5100t 之间，大都是坐式的。典型产品为沈阳电工机械厂生产的 1.525t 坐式焊接回转台，不仅用于焊接一般的焊件，也用于封头内表面的带极堆焊，性能不错。国产焊接回转台，特别是中小型焊接回转台，已能满足一般焊件的施焊要求。但从整体看，无论品种规格还是性能质量，与先进工业国家相比仍存在差距，特别是大吨位焊接回转台，在速度平稳性、回转精度、驱动功率指标、与焊接操作机的联机动作等方面，存在着较大差距。配合焊接机器人使用的焊接回转台，分
9、同步协调动作（机器人与回转台同时动作完成焊件的焊接）和非同步协调动作（机器人施焊时，回转台不动作）两种。前者要求很高的定位精度、轨迹精度及运动平稳性，在机器人的联机控制上也很复杂，需采用计算机控制，主要用于空间复杂曲线和曲面的焊接，我国已有设计制造能力。后者仅要求到定位精度，在与机器人的联机控制上，只在每道焊缝施焊初始与终了时才发生通信联系，现在我国已有成熟产品。在先进工业国家，焊接回转台已标准化、系列化，并由专门厂家生产，技术指标先进，品种规格齐全，不仅有各种结构形式的通用焊接回转台，也有配合焊接机器人使用的高精度回转台。在国外的众多生产厂家中比较著名的有德国 Severt 公司、德国 CL
10、OOS 公司、美国Aroson 公司、日本松下公司。现在我国生产焊接回转台的厂家已经不少，大都不成规模。以焊接滚轮架为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接滚轮架设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。我国焊接回转台的发展和应用，近十年来，工程机械行业带了一个头。首先是大型企业和外资企业应用，外资企业达到了不落地焊接。目前，在股份制企业的技术改造中，逐渐向外资企业看齐，展望未来，我国焊接回转台会得到健康的发展。本课题主要是针对台式焊接回转台机构进行设计计算，了解其工作原理及内部结构，运用所学知识，设计出实际
11、可用的产品。焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的 发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。同时焊接件的设计越来越大，对生产效率的要求也越来越高。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、效率要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。通过焊接回转台工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位与焊接操作机配合使用，实现焊接的机械化、自动化，提高焊接的效率和
12、焊接质量。而设计焊接回转台正是相对于此产生的。1.2 关于焊接变位机械的几个定义和基本的要求1.2.1 焊接变位机械的含义和分类焊接变位机械总的来说就是是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成自动化、机械化焊接的各种机械设备。使用这些焊接变位机械可以提高劳动生产效率，缩短焊接辅助时间，保证和改善焊接质量，减轻工人劳动强度，并可充分发挥各种焊接方法的效能。焊接变位机械的分类及各类所属设备如下：图 1-1 焊接变位机械分类各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。1.2.2 焊接回转台的类型和基本原理它的类型很多，可以
13、分为焊件变位机械，焊机变位机械和焊工变位机械，按照结构特点又可以分为若干类：焊接变位机械焊件变位机械焊机变位机械焊工变位机械焊接变位机焊接滚轮架焊接回转台焊接翻转机焊工升降台焊接操作机电焊渣立架图12 变位器的派生形式示意图1.2.3 焊件变位机械的构件组成焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或者既能翻转又能回转，使工件处于最便于装配和焊接的位置。包括：A 翻转机：能够实现焊件的翻转或倾斜，其运动特点是工件绕水平轴旋转，如图 1-3所示。图 13 焊接翻转机 （左图：大型焊接翻转机作业 右图：中型焊接翻转机）B 回转台：它能使工件绕垂直轴或倾斜轴旋转，主要用于回转体工件上环形缝的焊接
14、、堆焊或切割。其转速一般要求匀速转动。为了传动平稳，减轻主轴受力，常在大型垂直轴式回转平台的下面设支承滚轮；倾斜轴式回转台夹持大型圆柱（锥）体工作时，则在工件外表面设支承滚轮，如图 1-4 所示。图 14 焊接回转台（左图：中型焊接回转台作业 右图：大型焊接回转台）C 滚轮架：用两排滚轮支承回转体状工件并使其绕自身轴线旋转的机械装置。回转体的旋转是由主动滚轮带动，靠它们之间的摩擦力而实现的。除可用于回转体工件的装配和焊接外，还可用于非回转体体工件的焊接和装配，这时工件需在支承环内，由滚轮架带动支撑环而实现旋转，如图 1-5 所示。图 15 焊接滚轮架（左图：大型焊接滚轮架作业 右图：中小型焊接
15、滚轮架）D 变位机：在焊接作业中将焊件回转并倾斜，主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位，如图 1-6 所示。图 16 焊接变位机（左图：双座式焊接变位机作业 右图：小型焊接变位机）1.2.4 焊接变位机械的新发展A 上车架总成同步空间定轨迹翻转机 CAT 系列履带式挖掘机的上车架总成，工件尺寸庞大，并且需要正反面加工，如用普通翻转机，装夹很不安全，而且占地空间非常庞大。该机设计采用空间定轨迹变位技术，使工件在原地翻转，最大限度地节省了占地空间。箱型变位结构采用双驱动同步控制，有效保证空间变位时运动的平稳性。而翻转过程中工件的重心先被提升，再下降，从而使工件原始的装夹位置较
16、低，并采用由 PLC 控制的传感器测控同步系统，可对运行误差进行实时控制，使操作的安全性大大增加。与普通翻转机相比，具有操作高度低，安全系数大，占地空间小等特点。同时，采用了普通电机非相关驱动同步控制技术，其制造成本远小于伺服电机驱动系统。B 下车架总成双立柱升降式空间变位机该机用于 CAT 系列履带式挖掘机下车架总成结构件的焊接。下车架总成呈扁状型箱式结构，焊接要求全空间变位，由于结构庞大，在空间变位时，不仅场地受限制，安全也存在问题。按以上要求研制的变位机。采用全空间变位设计：工作台可作 360 度连续旋转，同时可作 360 度空间翻转。保证了焊接位置的最优化变位。不仅方便了焊接生产，也大大提高了安全系数。C 挖斗总成三轴空间焊接回转台由于挖斗的焊缝较分散，一次装夹焊接时焊缝的高低落差很大，操作不方便，针对该情况，上海交通大学焊接工程研究所设计的变位机工作台具有升降、倾翻、旋转 3 种运动方式，特别适合具有复杂焊缝的大型工件的全方位变位焊接。
