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1、储水筒筒体用滚轮架设计及其焊接工艺设计姓 名: 苗冲学 号: 2010100921 专 业: 材料成型10-2指导老师: 丁敏2013年 12 月 摘 要 焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。为了焊接不同直径的焊件，焊接滚
2、轮架的滚轮间距应能调节。焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高生产效率。焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。第二类是组合式滚轮架。本文主要对组合式25Kg焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。关键词：焊接，工装夹具，滚轮架目 录第一部分： 焊接滚轮架的设计一、设计内容41.1设计内容41.2 给定参数4二、设计方案分析及确定42.1滚轮架类型的确定42.2 传动方案的确定5三、 滚轮形式及尺寸参数的确定63.1滚轮形式的确
3、定63.2 滚轮尺寸及中心距的确定63.3焊接滚轮架传动部分的设计8四、 滚轮架受力分析及校核94.1焊接滚轮轴的设计及校核104.2蜗杆轴的设计与计算10五、滚轮架零部件的设计与选择115.1轴承端盖的设计115.2键的选择195.3联轴器的选择205.4机架的设计21第二部分：储水筒筒体焊接工艺设计六、任务描述13七、焊接母材304不锈钢简介17八、TIG焊工艺17 九、焊接操作17 第三部分：结论第一部分：焊接滚轮架的分析设计一、 设计内容1.1设计内容本次课程设计的题目为焊接滚轮架及储水筒焊接工艺设计。设计内容主要包括产品的形状设计和制造工艺。设计应按照所指定的产品类型、产品形状和工作
4、要求作出合理的产品工艺分析，制定出相应的制造工艺和焊接工艺，同时对几种拟订的设计方案加以比较，选出最合理的一种，完成设计总图。主要包括：（1）根据焊接工艺要求，设计焊接滚轮架；（2）绘制出全套工程图纸；（3）完成设计计算并编写说明书。 1.2给定设计参数长度l=1000mm厚度h=2mm直径D=1000mm通过这次设计所采用是304不锈钢，估计密度为7.92T/m3故可以的到所需要设计的滚轮架的承重为0.049T。焊接滚轮的圆周速度：V=6-60m/h中心角：二、设计方案分析及确定2.1滚轮架类型的确定2.1.1方案一：滚轮架类型：长轴式滚轮架滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排为主动滚轮
5、，另一排为从动滚轮。也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄型焊件的组对与焊接，一般由用户根据焊件情况设计定制。如图2.1. 图2.1 长轴式滚轮架驱动方案：一台电动机带动两个滚轮，即用一台发动机带动两排滚轮，实现两排均为主动轮的传动方案。2.1.2方案二：滚轮架类型：组合式滚轮架组合式滚轮架,如图2.2,的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。 图2.2 组合式滚轮架驱动方案：一台电动机只驱动一个滚轮架，如图2中的c图即为一台电动机驱动一个滚轮
6、。2.1.3方案的选定：本次设计的采用组合式滚轮架，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不是1与1的组合；同时可以无级调速，焊速调节范围广；因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。2.2传动方案的确定2.2.1滚轮驱动方案的拟定 为使焊接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠，组合便利，采用主动轮单独驱动的设计方案，即每个主动轮单独利用一台电动机和减速机构驱动。不过要注意解决好各主动轮的同步问题，在选用电动机和减速机结构上要尽量选用特性一致且经过实测的使用。针对该设计方案选择一对主动轮单独驱动的滚轮架。2.2.2传动方案的确定整个传动过程实质上是一个减速过程，且总的传动比比较大，可以采
7、用三级减速：一级蜗轮蜗杆减速；二级齿轮减速器减速；三级蜗轮蜗杆减速。三、滚轮架形式及其尺寸参数的确定3.1滚轮形式的确定滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，不同类型滚轮的特点及其适用范围如表2.1所示表2.1 滚轮形式选择类型 特点 使用范围钢轮承载能力强，制造简单一般用于重型焊件和需预热处理的焊件以及额定在和大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳但橡胶易压坏一般用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳一般多用于1060t的焊件履带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂。用于轻型，薄壁大直径的焊件及有色
8、金属容器由于这次设计的滚轮承重较小，故选用胶轮即能满足设计要求。3.2滚轮尺寸及中心距确定3.2.1滚轮尺寸的确定根据设计要求及由滚轮架载重，结合表3.2来选择滚轮直径D=200mm。表3.2 滚轮直直径选择参考表滚轮直径mm额定 载 重 量 X1筒体工件直径mm0.626102560100160250最小直径最大直径200+2001000250+2501600315+3152500400+4003150500+5004000630+6305000800+80063001000+100080001250+12503.2.2滚轮中心距的确定当中心角的130时支反力和圆周力急剧增大，相反，当角太小
9、时，滚轮架上的筒体焊件放置有可能不稳定。因此在实际应用中为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性，并保证焊件可以平稳的转动，我国制定的焊接滚轮架行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规定中心角应在45度到110度之间。=（1000+200）*sin55=983mm =（1000+200）*sin22.5=459mm 故459mmL983mm, 综合考虑经济效益、空间占用、方便运输等因素，最终取定中心距调节范围为460mmL980mm3.3焊接滚轮架传动部分的设计3.3.1滚轮架电动机的选择焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。焊接滚轮架的行业标准（JB/T9187-1999）中规定了不同吨
10、位的焊接滚轮架的电动机最小功率,见表4.1. 表4.1滚轮架电动机最小功率由前面可知，设计的额定重量小于0.6T，采用两个单独驱动的滚轮架，因此选择功率P=0.8KW，转数1000r/min，型号为Z2-11的直流电动机。3.3.2传动比的确定3.3.2.1总传动比的计算根据焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999），V=660m/s，故主动滚轮转速范围为 =0.159m/s1.59m/s 由于采用的是降压调速，故选用n=1.59m/s即可满足调速要求。由电动机的转速计算出总传动比： =1000m/s /1.59m/s=6293.3.2.2传动比的分配整个传动过程，分三级进行减速，传动比
11、的分配如下：第一级采用蜗轮蜗杆减速机进行减速，传动动比为i1=9；第二级采用齿轮减速机进行减速，传动比为i2=3;第三级采用蜗轮蜗杆减速，传动比为i3=25。因为i1 *i2 *i3 =9*3*25=600与628相差不是不是很大，故可以满足设计使用的要求。3.4滚轮架滚轮尺寸的确定由于滚轮架的额定载荷小于0.6t，所以选用胶轮结构。滚轮直径为200mm，滚轮宽为70mm四、滚轮架受力分析计算与设计校核4.1焊接滚轮轴的设计计算及校核4.1.1焊接滚轮轴的设计计算及校核图3-1焊接滚轮架受力简图 1焊件 2主动滚轮 3从动滚轮图3所示为焊件滚轮架及焊件的受力简图，图中2为一列主动滚轮，3为一列
12、从动滚轮。当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件1静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即式中 中心角；D焊件直径； Dr滚轮直径； L主、从动滚轮之间的横向距离；当即时，Ffmax=3000/2/cos55=2616N当即时，Ffmin=3000/2/cos22.5=1624N当焊件的偏向距不为零时，在主动滚轮圆周力F1的作用下，逆时针转动，则焊件是受力情况如图2所示。图中F2是焊件借助摩擦力带动从动滚轮转动时，滚轮作用到焊件上的反力。此时 (1) (2) (3) (4)与主动滚轮轴搭配的轴承圆锥滚子轴承，故f=0.02，滚轮采用橡胶轮，故=2.5。初定滚轮轴径 dr=20m
13、m，则=200/(0.02*20+2*2.5)=37 取b=40mm当时：由（1）（2）（3）（4）式得：Ff1=2736NFf2=2615NF1=130NF2=70N当时：由（1）（2）（3）（4）式得：Ff1=1698NFf2=1623NF1=120NF2=60N通过比较上述两组计算结果，可发现第组的计算结果较大，故后续计算应采用第组的计算结果进行计算。由于同一列上的滚轮数量为2，即，所以载荷作用不均匀系数。则作用在一个主动滚轮上的载荷 =2739N作用在一个从动滚轮上的载荷 =2615N设主动滚轮轴上两轴承中点间的距离L=400mm，则在的作用下，主动滚轮轴的弯曲力矩 Mw=P1*L/4=4001370/4=137000Nmm由于是独立驱动的主动滚轮，所以每一轮轴所承受的扭矩 =10199 Nmm所以主动滚轮所受的当量弯矩=137379 Nmm该主动滚轮轴采用45钢制造，查机械设计P354其b=590Mpa安全系数取，则= b/nb=590/2=295Mpa, 则主动滚轮轴的计算直径
