台式焊接变位机设计说明书

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1、台式焊接变位机设计说明书第一章焊接变位机械性能及结构1.1焊接变位机械概述焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工位置来完成机械化、自动化焊 接的各种机械装置O焊接变位机械可分为三大类：(1 )焊件变位机械: 包括焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机。(2)焊 机变位机械：包括焊接操作机和电渣焊立架。(3)焊工变位机械：包 括焊工升降机等。焊接变位机(positioner)是将工件回转、倾斜，使工件上的焊缝置 于有利施焊位置的焊件变位机械。它主要用于机架、机座、法兰、封 头等非长形工件的翻转变位和焊接，也可用于装配、切割、检验等。 焊接滚轮架(turning rolls)是借助主动滚轮与工

2、件之间的摩擦力 带动筒形工件旋转的焊件变位机械。它主要用于筒形工件的装配与焊 接，是锅炉容器生产中的常用工艺装备。焊接回转台(welding turntable)是一种简化的变位机，它将工件 绕垂直轴回转或者固定某一角度倾斜回转，主要用于回转体工件的焊 接、堆焊与切割。焊接翻转机(welding ti Iter)是将工件绕水平轴转动或倾斜，使之 处于有利装焊位置的焊件变位机。它主要适用于梁柱、框架、椭圆容 器等的焊接。焊接操作机(manipulator)的作用是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊机机头。焊接 操作机与变位机、滚轮架等配合使用，可完成纵缝、

3、环缝、螺旋缝的 焊接，还可以用于自动堆焊、切割、探伤、打磨、喷漆等作业。1.2焊接变位机械具有的性能1) 焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围，稳定的焊 接运行速度，以及良好的结构刚度。2) 对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。3) 在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切 断时，焊件因重力作用而发生事故。4) 与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊 件大小和工艺方法的不同，其到位精度(点位控制)和运行轨迹精度(轮廓控制)应控制在0广2mm之间，最高精度应可达0.01mmo5) 回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。6) 有良好的接电、接水、接气设施

4、，以及导热和通风性能。7) 整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物的损伤，对散落 在其上的焊渣、药皮等赃物，应易被清除。8) 焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能，以便集 中控制和相互协调动作。9) 工作台面上应刻有安装基线，并设有安装槽孔，能方便地安装 各种定位器和夹紧机构。10) 兼做装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强度和抗 冲击性能。11) 用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械, 应满足导电、隔磁、绝缘等方面的要求。第二章焊接变位级的方案设计2. 1设计方案1)设计要求，技术要求工作台回转工作台倾斜载重量回转速度工作台倾斜角度允许工件最大尺寸电动机驱

5、动手动10kg15-500r/mi n0-45350mm-350mm2) 回转机构的确定由于工作台回转速度低，额定功率低，故可取手柄传动；因传动比比 较大，由直流电动机经一级皮带和一级锥齿轮传动。3) 倾斜机构的确定工作台的倾斜是为了使工件定位，其倾斜运动一般是电动机经减速器 减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜。因此次设计的载重量不是很大, 故采用人工手柄带动，通过旋转机构在0-45范围调节，以适应工件 在倾斜位置施焊。4）机构预期寿命估算机构预期使用寿命为5年，由于变位机上面焊件不可能总是在全自动 化条件下焊接及安装和取放，即不是连续工作，则按运行时间按工作 时间的50%计算。以每天两班制，全

6、年工作300个工作日记则其使用 寿命为 5x300x2x8x50%= 2000 小时。据焊接工装夹具及变位机械图册初步设计焊接变位机简图，如图1-2所示传动简图图-2台式焊接变位机简图2. 2回转机构设计1）方案确定焊接变位机工作台的回转运动，多采用直流电动机驱动。工作台的回 转运动应具有较宽的调速范围，国产变位机的调速比一般为1 ： 33左 右；国外产品一般为1:40,有的甚至达1:200o工作台回转时，速度 应平稳均匀，在最大载荷下的速度波动不得超过5%。本设计主要针 对10kg焊接变位机机构进行设计，该设计要求焊接变位机的载重量 为10kg,工作台回转速度为15500r/min,I作台倾

7、斜角度045。2）原始数据载重量10kg回转电机功率38w工作台回转速度15500r/mi n3）工作条件每天工作8小时，环境温度30度，一年工作300天使用寿命5年，载荷平稳，环境清洁，有较好的通风条件。4）电机的选择根据此焊接变位机的特点，选用直流电动机SY L-5,额定功率为38W,满载转速为500r/mino5）V带的设计及计算a. 确定计算功率Pc由表9.21,查得Ka=1.2Pc=KaP=1.2X38X1 0_3Kw=0. 0456KWb. 选取普通V带型号根据Pa=0. 0456KW和ni=500r/min,由图9. 13确定为Y型带c. 确定带轮基准直径小带轮的基准直径为出=4

8、2 mm,小带轮的转速m=500r/min大带轮的基准直径d2 = 72 mm,大带轮的转速n2=291.67r/mi n实际传动比i = = 1.71从动轮的转速为 n2= =500 / 1.71 =292. 40 r/mi n误差:所以=-0. 2%所以误差在5%之内，为允许值。d. 验算带速VV=7tdini/60 X 1000= nX 42 X 500/60 X1000 m/s=10. 99m/s带速在5-25m/s范围内。e. 确定带的基准长度Ld和传动中心距a由于此焊接变位机具有升降运动。摇动升降机构手柄，使得升降锥齿 轮副转动，由于大锥齿轮以螺母的方式与升降丝杠想啮合，故带动旋

9、转机构沿导向轴和燕尾槽垂直升降。顶针的升降可通过转动顶针机构 省的小手柄，带动与齿条想啮合的齿轮转动，从而使得顶针机构沿导 杆上下升降。所以带的基准长度和传动中心距根据升降高度来更换带 长，从而确定带长。按结构设计要求初定中心距为a二220 mm0. 7 (di+d2) a0 2 (di+d2)故 79. 8 a0 120g计算带的根数Z由 d1=72mm m二500 r/mi n 得Po=O. 36 kw由表 9. 184,图 9. 12查的 Kb二0. 0204x10-3 Ka=O. 97Z=1.03 所以圆整后z取1根h.计算对轴的压力由表 9. 6 查得 q二0.02 kg/m所以带根

10、带的初拉力Fq为Fq =1OOOPC2ZV2.5 x=5. 69 N1. 带的结构设计小带轮基准直径d,二42 mm大带轮基准直径d2=72 mm画出带的结构示意图2. 3回转轴的设计及计算1）轴的设计方案旋转轴主要是在卸去螺钉9,加附件20, 21,22, 23, 24,使得旋转机构 绕此轴（件5）在450范围内进行调节，以适应工件在倾斜位置的 施焊。由于整个旋转机构可以倾斜又可以升降，所以该机可认为是一 台可升降的焊接变位机。2）设计轴的工艺选择在一般情况下，轴的工作能力取决于它的强度，刚度。对于高速轴, 有时还取决于它的振动稳定性。由于各种机械对轴的工作要求不同, 设计时要解决的主要问题

11、也往往有所不同，对一般的轴都要求其有足 够的强度、刚度、合理的结构和良好的工艺性。因此，在轴的设计中 应对轴进行强度计算，以防止断裂；对于有刚度要求的轴还要进行刚 度计算，以防止工作时产生不必要的变形。此外，对于高速轴还要进 行振动稳定性计算，以防止发生共而破坏。3）轴的材料选择轴的材料首先应有足够的强度，对应力集中敏感性低；还必须能满足 刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求；并具有良好的加工性能，且价格低廉， 易于获得。轴的常用材料主要是碳钢和合金钢，其中以经过锻造的45钢为最常 用，其次是球墨铸铁和高强度铁。碳钢有足够的强度，对应力集中的敏感性较低，便于进行各种热处理 及机械加工，价格较低，应用最广

12、。一般机器中的轴，采用30、40、 45及50等优质中碳钢制造，通常要进行调质或正火处理。不重要或 受力较小的轴采用Q235、Q255、Q275等普通碳素钢制造。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的热处理性能，但对应力集 中比较敏感，价格较高，常用于制造强度、耐磨性要求高或有其他特 殊要求的轴，如高速、重载的轴或受力3大而又要求尽量减小尺寸和 重量的轴等。常用的合金钢有20Cr、40Cr、20CrMnTi等。由于合金钢对应力集中较敏感，在结构设计中尽可能低减小集中和降 低表面粗糙度值。否则，疲劳强度降低，失去了采用合金钢的意义。 在此焊接变位机中，对于旋转轴的选择采用45钢。便于进行机械加

13、工制造，应用最为广泛。4）轴的结构设计a. 轴的材料选择以及确定许用应力由已知条件可知，在此焊接变位机中，对于旋转轴的选择采用45钢。 查得强度极限Ob二598 MPa,再查得o-ib=50 MPa.b. 计算轴的最小直径查得0=118107dMC 黑=（107 118）雋=31.3 35.5考虑到轴的最小直径上有键槽的存在，故需要将估算的轴直径加大3%5%,取为32. 6536. 86 mm。由设计手册取标准直径di=35 mm。轴的设计示意图 作图时必须以轴承位中心，并考虑到传动零件的安装和固定。在对于 轴的设计时，即可按此确定轴上主要零件的安装位置。并且考虑到箱 体可能有铸造误差，故使齿

14、轮距离箱体内壁有一定的距离，轴承内侧 与箱体内壁间有一定的距离。d. 确定各段轴的直径如上图所示，轴段直径最小dFW mm,轴段4上安装轴承，可算得d2=14 mm, d3=12 mm, d4=16mm, d5=20mmoe. 确定各轴段的长度为了保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应有一 定的间距，为保证轴承安装在箱体中，具有一定的润滑。各个轴段的 长度计算所得 L1=13 mm, L2=5mm , L3=9 mm, L4=28 mm, L5=132 mm.选定轴的结构细节，圆角，倒角等尺寸如图所示。5）轴的强度校核在进行轴的强度计算时，通常把轴当作置于较链支座上的梁，作用于 轴零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反 力的作用点一般可以近似取在轴承宽度的中点上。由于此轴为实心轴，取W二三.d30.1d3,其计算截面上的强度为O c二沪。代严2_45 MPaW Jb二60 MPaWa32. 4锥齿轮的传动设计1）设计方案锥齿轮有直齿、斜齿和曲线齿之分，其中直齿轮锥齿轮最常用，斜齿 锥齿轮已经逐渐被曲线锥齿轮代替。与圆柱齿轮相比，直齿锥齿轮的 制造精度较低，工作时振动和噪声都较大，适用于低速轻载传动；曲 线齿锥齿轮传动平稳，承载能力强，常用于高速重载传动，但设计上 复杂。因此，在次焊接变位机中主要使用标准直齿锥齿轮。2）