【正文】 爭力 ,頻繁更換產(chǎn)品的品種和批量 ,這就對生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度和柔性化程度提出了很高的要求。它不僅能提高焊接生產(chǎn)率、產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和可靠性、加工柔性和制造精度 ,而且還能改善工人的勞動環(huán)境 ,降低勞動強度 ,提高經(jīng)濟效益 。 焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在機械制造業(yè)中占很大的比重，要實現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)的機械自動化，必須使用大量焊接操作機、焊接變位機等焊接生產(chǎn)機械。 對復(fù)雜工件焊接，由于焊縫在工件各個面上都可能存在，如果 工件較大 且 轉(zhuǎn)位較為復(fù)雜 時 、工人勞動強度較大、生產(chǎn)效率較低。 從功能角度分析，焊接變位機可以分為主要功能部分、輔助功能部分、控制功能部分。目前已有成形的焊接變位機如滾輪架、翻轉(zhuǎn)機等焊接設(shè)備。平焊縫的最佳焊接位置是指待焊點的外法向矢量方向同重力作用方向相反；角焊縫的最佳焊接位置是指待 焊點處工件的夾角平分線外法向方向 同重力作用方向 相反。待焊點是指位于待焊道上，處于焊槍下即將進行焊接的位置，待焊點隨著焊槍與待焊道的相對位置和焊接時間的變化而變 2 化。 課題背景和文獻綜述 課題背景 焊接作為一種制造技術(shù) , 在機械制造工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用 。其中焊件變位機械是在焊接過程中改變焊件空間位置 , 使其有利于手工操作者或機器人作業(yè)的各種機械設(shè)備 。焊件變位機械已成為機械化、自動化焊接生產(chǎn)線上的重要組成部分。但由于焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品形式多樣 , 因此對變位機的需求也必然多種多樣 , 傳統(tǒng)現(xiàn)有的變位機結(jié)構(gòu)簡單、功 能單一 , 顯然不能滿足實際焊接生產(chǎn)的需要 , 設(shè)計多功能、多種類的焊接變位機已勢在必行。 文獻綜述 現(xiàn)代化的工業(yè)生 產(chǎn)，要求生產(chǎn)效率高，勞動強度低， 產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，價格低廉，圖 最佳焊接位置示意圖 3 有競爭力。 在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，焊接時間占全部時間 的 10～ 30%。節(jié)約每一工序時間對縮短生產(chǎn)周期具有 重要作用 。因此，不論焊接產(chǎn)品的質(zhì)量要求和批量的大小，均應(yīng)考慮 采用生產(chǎn)工藝裝備。 一、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝裝備功能為： 減輕下料 、畫線、零部件安裝的工作量。 降 低對裝配、焊接二人技術(shù)水平的要求。 使焊接工作處于最有利位置，提高焊接速度和焊接質(zhì)量。 要求焊接制品具有以下特征： （ ① ） 制品外形集合形狀盡可能規(guī)則、形式簡單，易于備料及實現(xiàn)機械化焊接。 習慣上，將定位、壓夾、推拉等工藝裝備稱為夾具。并往往配合使用，成為專用焊接機床或生產(chǎn)流水線。 主要包括：定位器及定位裝置、推拉裝置、壓夾器及裝配裝置、裝配臺架。它的主 要任務(wù)是防止焊接變形，并使處在各種位置的焊縫盡可能調(diào)到最利于施焊的位置。 ⒊ 裝配焊接組合工藝裝備：在其上能完成整個焊件 的裝配和焊接工作，它兼具上述兩種工裝的性能 ； ⒋ 裝配焊接輔助裝備 主要包括 —— 水壓、氣壓試驗臺，運行試驗臺 ⒌ 檢驗用工藝裝備： ㈡ 按應(yīng)用范圍分 ⒈ 通用夾具：又稱萬能夾 具，這類工裝無需調(diào)整或稍加調(diào)整就能適用不同工件的裝配或焊接工作 ⒉ 專用工裝：只適用于某一工件的裝配或焊接，產(chǎn)品變換后，該工裝即不能再用。 ⒉ 氣動：又叫風動，利用壓縮空氣做動力推動夾緊機構(gòu)，夾緊工件。 ㈣ 按結(jié)構(gòu)形式分類： ⒈ 伸臂式焊接變位機：適用于輕小焊件的翻轉(zhuǎn)變位，載重量一般不超過 1t ( 圖 ) ⒉ 座式焊接變位機：是應(yīng)用最光的一 種焊接變位機，載重量一般為 1 至 50 t ( 圖 1. 2B ) 5 ⒊ 雙座式焊接變位機：有較高的穩(wěn)定性，使用于大型和重型工件的翻轉(zhuǎn)變位，栽重量一般都在 50 t 以上。變位機一般可以實現(xiàn)兩種基本的動作： （ 1） 工作臺帶動工件繞 工作臺的旋轉(zhuǎn)軸作正反 360 度的旋轉(zhuǎn)； （ 2） 工作臺面可以傾斜，有時工作臺的高度還可以升降，得到最佳的焊接高度。 他們的共同特點是即能繞自身軸線回轉(zhuǎn)，又能繞另一軸線回轉(zhuǎn) 。 圖 的兩根轉(zhuǎn)軸也在一個平面內(nèi)，但相互不垂直， 卡盤在較大的空間中 轉(zhuǎn)動 。 圖 三種不同結(jié)構(gòu)形式的變位機 A B C 圖 變位機的三種運動方案 A B C 6 ⒉變位機的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，占地面積小，而且可以移動。短焊縫多而且位置復(fù)雜的焊件，在變位機上施焊也十分有利。 大型變位機的承載能可達 2021 噸，而最小的只有幾公斤，適用范圍最廣。 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)可使焊縫 處于俯焊或船形焊的位置，工 作臺一般是圓形的，上有溝槽，可以用螺栓及壓板來固定工件。 選用變位機應(yīng)注意以下幾點： （ 1）應(yīng)根據(jù)工件質(zhì)量，固定在工作臺上時重心的高度、重心的偏心距來選擇適當噸位的變位機。 （ 3）工作臺的翻轉(zhuǎn)速 度一般不能調(diào)節(jié)，如傾翻時要進行焊接工作，應(yīng)對變位機提出特殊的要求。 （ 5）批量生產(chǎn)定型工件時，可選用具有程序控制性能的變位機。 隨著現(xiàn)代化科技的不斷 應(yīng)用，焊接變位機目前已經(jīng)發(fā)展到了一個比較高級的階段，焊接變位機已從簡單的手動、發(fā)展 到現(xiàn)在的機電一體化自動設(shè)備以及全液壓的變位機，使變位機的 適用性，精度、穩(wěn)定性和操作的方便靈活有了 很大的提 7 高，從而得到了廣泛的應(yīng)有和，變位機可以配合各種自動焊、半 自動焊和手工電焊，通過其穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，精確的調(diào)速和方便靈活的操作，使工作臺實現(xiàn)各種預(yù)定動作，從而使焊縫處于最佳位置進行焊接，可以大大提高焊縫質(zhì)量，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)率，使許多原本施焊十分困難的焊縫，現(xiàn)在變得輕而易舉。 8 第 2 章 伸臂式焊接變位機的 工作原理及其技術(shù)性能 伸臂式焊接變位機的工作原理 本變位機可以實現(xiàn)兩種預(yù)定動作，即工作臺的回轉(zhuǎn)和工作臺的翻轉(zhuǎn) ，而且要求能夠自鎖，所以在變位機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)中都加了蝸輪 蝸桿機構(gòu)以達自鎖的目的 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作原理 ：電機轉(zhuǎn)動時，通過 皮帶輪傳到二級蝸輪蝸桿減速器，經(jīng)減速后，再經(jīng)過三級蝸輪蝸桿速器 。從而使工作臺翻轉(zhuǎn) ，由于采用了三級蝸輪 蝸 桿減速器， 以實現(xiàn) 機構(gòu) 的 自鎖。再經(jīng)過一對蝸輪蝸桿減速（三級減速），最后輸出軸連接回轉(zhuǎn)平臺 ，回轉(zhuǎn) 臺完成 回轉(zhuǎn)工作 。 焊接變位機的技術(shù)性能 變位機為伸臂式焊接自動變位機，機器的自重為 0. 563 噸，允許工件的重量是 0. 5 噸，載物臺 是 為邊長為 米的正方形載物臺，所以 可以承 載 工件尺寸 Ф300 ～ Ф1500 mm ，重量不超 0. 5噸的工件。 伸臂旋轉(zhuǎn)最大旋轉(zhuǎn)力矩 1100 N?m 伸臂旋轉(zhuǎn)速度 轉(zhuǎn) /分 載重量 500 Kg 9 10．工作臺面最大高度 1297 m m 注： ⒈ 伸臂式焊接變位機的臂旋轉(zhuǎn)時在空間的軌跡為一錐面 ， 因此，在改變工件傾斜位置時，將伴隨有工件的升高或下降。 ⒊ 該焊接變位機在工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)中有測速發(fā)電機和導電裝置，前者可進行速度反饋，使工作臺能以穩(wěn)定的焊速回轉(zhuǎn)，以便獲得優(yōu)良的焊縫成型，后者可防止 焊接電流通過軸承、齒輪等傳動零件時起弧，產(chǎn)生 “ 咬傷 ” 零件的現(xiàn)象。 無論是回轉(zhuǎn)機構(gòu)還是翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，都裝有皮帶傳動和蝸桿傳動，它們除可以減速外，皮帶傳動還有減震和過 載保護的作用，蝸桿傳動有自鎖作用，這對保證變位機運轉(zhuǎn)速度和平穩(wěn)和安全作業(yè)都很有利 。 10 第 3 章伸臂式焊接變位機的設(shè)計 伸臂旋轉(zhuǎn)減速器的設(shè)計。電動機的容量（額定功率）選的合適與 否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量過大則電動機價格高，能力有不能充分利用。 電動機的容量主要根據(jù)運行是發(fā)熱條件決定，額定功率是連續(xù)運轉(zhuǎn)下電動機發(fā)熱不超過許用溫度的最大功率。同一類型的電動機按照額定功率和轉(zhuǎn)速的不同，具有一系列型號。電動機所需的輸出功率為： KWPP Wd ?? 其中： WP 為工作機要求的輸入功率， KW， ? 為有電動機至工作機的總效率。 11 由公式得 ： 。 2? —— 軸承的效率。 4? —— 第二級蝸輪蝸桿傳動的效率。 確定傳動比： 根據(jù)電動機滿載轉(zhuǎn)速 mn 和工作機轉(zhuǎn)速 Wn 即可確定傳動裝置的總 傳動比 接下來 面臨的問題就是如何合理的分配各級傳動比。分配傳動比主要考慮以下幾點： 各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內(nèi)選取，不應(yīng)超過其允許的最大值。 應(yīng)考慮帶傳動的傳動比大小對總體結(jié)構(gòu) 的影響，如果傳動比過大則大帶輪直徑過大與減速器總體尺寸相比不協(xié)調(diào) ，甚至與機座相干涉。 傳動比分配還要考慮載荷性質(zhì)。 對于兩級蝸桿減速器，為了使結(jié) 構(gòu)緊湊，應(yīng)使 12 2aa ? ，這時可取 iii ?? 21 。 傳動裝置的實際傳動比由于受到各種因素的影響，因而與要求的傳動比常有一定的誤差，一般情況下，所選用的傳動比應(yīng)使工作機的實際轉(zhuǎn)速與要求的轉(zhuǎn)速的相對誤差在 %5? 范圍內(nèi)即可。 則工作機的實際轉(zhuǎn)速 而： 所以此傳動比選擇合適。它們是進行傳動設(shè)計的重要依據(jù)。 （ 2） 選擇 V 帶型號： 對結(jié)構(gòu)尺寸無嚴格要求，可選普通 V 帶。 （ 3） 選擇帶輪直徑 21,DD ： 由工具書查得 Z型 V帶最小直徑 mm50Dmin ? ，應(yīng)使 min1 DD ? ，考慮小帶輪轉(zhuǎn)速不是很高，結(jié)構(gòu)尺寸又沒有特別限制，取 mmD 701 ? 。 （ 4） 確定中心距 a 和帶長 Ld ： 設(shè)計條件中沒有限制中心距，故可初選中心距 0a 。 （ 6） 確定 V 帶根數(shù) z： smsmrmmnDv /5/ m i n/138070100060 11 ???????? ??)(1 0 7 33704)70140()14070(237024)()(222022121039。d ?????mmLaa mmLaa d d , a xm in ??? ???L00d kk)PP( Pz???? 14 查工具書得： 查工具書得： 0P ＝ ， ? )11(10 ib knkP ??, 查工具書得： bk ＝ ?103? ， ik ＝ ，則 0P? ＝ 。 （ 7） 確定初拉力 0F ： 查工具書得： 2d0 qv)1k (zvP500F ???? ? 查工具書得： q＝ , 帶入公式得： （ 8） 作用于軸上的壓力 Q ： 查工具書得： 。 （ 2） 確定許用應(yīng)力： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 722 6 0 0 ?????? hLnN ， 查工具書得 M P a40][,M P a2 2 0][ OFOH ?? ?? ， 則 （ 3） 選擇齒數(shù) 21z,z ： 根據(jù)傳動比 21 ?? nni 參考工具書 1z ＝ 2，則 ?? izz 。 由于 2n 較低，估計 smn /32 ? 取 , ? 由于載荷平穩(wěn)，通過磨合 可以改善偏載程度，所以取 , ?? 所以載荷系數(shù) K＝ ?????KKK VA ， 而 mNT ?? ，查得 Ez ＝ MPa155 ，則 按照接觸強度要求 : 查工具書可選出 m＝ 3mm， 1d ＝ 37mm， 2z1? ， q＝ ， 412?z ，638111 ?????? 。 （ 5） 驗算初 設(shè)參數(shù)： 原估計 smn /32 ? ，選 , ? 合適。 （ 7） 蝸輪蝸桿幾何尺寸的計算 蝸桿齒頂圓直徑： ，mmhdd aa 432 111 ??? 蝸桿齒根圓直徑： mmhdd ff 111 ??? 蝸桿齒寬： mmzmb 21 ??? ； 蝸輪頂 圓直徑： ，mmhdd aa 1292 222 ??? 蝸輪齒根圓直徑： mmhdd ff 1 52 222 ??? 蝸輪齒寬： mmdb in12 ?? ?， 蝸輪 喉 圓半徑： mmdar ag 22 ???， 低速級蝸輪蝸桿設(shè)計： （ 1） 材料選擇：由于是伸臂旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu)較為重要，選蝸桿材料 20Cr, 表面淬火，硬度 45～ 50HRC；選蝸輪材料 ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。 （ 4）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計： 查工具書得： 2H2E212 )][z z(KT9dm ?? 查工具書得：載荷系數(shù) K＝ ?KKK VA 查工具書得： ?AK 。 則 mmmzd 28822