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青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械052 姓名 沈玉強 下發(fā)日期 2009-3-12 題目 20t自調(diào)式焊接滾輪架設計 專題 20t自調(diào)式焊接滾輪架設計 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 主要內(nèi)容：完成20t自調(diào)式焊接滾輪架設計。編寫設計說明書，繪制裝配圖及部分零件圖。 要求：必須以負責的態(tài)度對待自己所做的技術決定、數(shù)據(jù)和計算結果。 在教師指導下，獨立完成設計任務，培養(yǎng)較強的創(chuàng)新意識和學習能力，獲得機械工程師的基本訓練。整個設計在技術上是先進的，在經(jīng)濟上是合理的，在生產(chǎn)上是可行的。計算步驟清晰，計算結果正確；圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標注符合國家標準；使用計算機設計、計算和繪圖；設計說明書要求內(nèi)容完整，文字通順，語言簡練，圖示清晰，重要計算公式和數(shù)據(jù)應注明出處。 設計說明書不少于2萬字，查閱文獻15篇以上，翻譯與課題有關的英文資料，譯文字數(shù)不少于5千漢字，繪制圖紙折合總量不少于5張A1。 主要技術參數(shù) 載重量20×103 kg，工件直徑900～4000 mm，滾輪圓周速度20～60 m/h，滾輪直徑450mm，滾輪寬度2×120 mm 進 度 及 完 成 日 期 3月 23日 ~ 4 月 12日（3周）：課題調(diào)研，理解熟悉設計任務，借閱資料，翻譯英文文獻，制訂設計計劃。 4月 13日 ~4 月26日（2周）： 方案設計，選擇確定機器總體方案及部件方案。 4月 27日 ~ 5 月 31日（5周）： 技術設計，在草圖的基礎上完成裝配圖和零件圖的繪制。 6月 1日 ~ 6 月 14日（2周）：技術文件編制，編寫完成畢業(yè)設計說明書，打印圖紙，上交說明書和圖紙。 6月 15日 ~ 6 月 21日（1周）：教師審閱畢業(yè)設計，學生準備答辯。 教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期 1 Jounal matenals的加工技術881-886 63(1997年) 關于焊接滾輪架軸向竄動的實驗研究 沈峰剛，希德潘，錦雪 焊接研究機構所，西安交通大學.西安.陜西省 710049.p.r.中國 摘要 文章引入焊接滾輪架軸向竄動的基本理論,并同時在焊接滾輪架的實驗模型上進行了試驗研究. 結果表明, 焊接滾輪架軸向竄動的主要原因在于工件的翻轉存在著螺旋夾角. 軸向相對運動產(chǎn)生螺旋運動,彈性滑動與摩擦滑動. 其中有與理論相符的內(nèi)容以及和理論不符合的內(nèi)容,文中了軸向運動滾筒. 他是相對于軸運動的圓筒形工件. 相對軸的運動包括滾輪與工件相互協(xié)調(diào)的彈性滑動和摩擦滑動。 關鍵詞:焊接滾輪架; 圓筒工件; 滾輪; 軸向運動; 螺旋角 1 介紹 在焊接生產(chǎn)中,常會遇到旋轉焊接圓形工件的情況。如焊接鍋爐、石油化工壓力容器等,就必須用到焊接滾輪架. 進行旋轉焊接時，由于制造、裝配公差 ，焊接滾輪和工件的表面平滑與否等因素(理想的旋轉工件表面是平滑的)，使焊接不可能理想化的進行，工件必然會產(chǎn)生軸向竄動 。研究提供了當圓形工件焊接時，軸向竄動的機制. 這項研究成果將有利于研究與設計反竄動焊接滾輪架. 尤其是應用于滾輪架之上, 并確定了制造及滾輪架的裝配公差 ，為通過機械調(diào)節(jié)的方式，避免軸向竄動的方法供理論依據(jù)。調(diào)整模式采用閉環(huán)控制電路,并推選有價值的提案。 2理論分析 2.1焊接滾輪架一般由四個滾輪組成.由主動滾輪驅動,滾筒勻速繞軸旋轉(例1), 其間放圓形焊接工件（如圖1）,其中,s 為滾輪支架距離,L同列兩滾輪距離. Ve是圓形工件滾動的線速度,也被稱為焊接速度 圖1 焊接滾輪架 同行的滾輪的的軸并不平行, 從某個角度看,滾輪架的四輥所在的頂點組成一個簡單的四邊形 但如果四滾輪所在頂點不在同一平面 或因為制造及裝配滾輪的圓柱是不規(guī)則的圓形. 那么. 工件就會在軸轉動時竄動。滾輪架的滾輪與工件有一個接觸點. 假設P為這個接觸點. 工件的標準平面的定義是一個平滑的平面,平面A為圓柱母線與軸的切入點組成的平面,與工件相切點不在此平面內(nèi), 一平面垂直于平面A切線，過P和所在平面B 就是滾輪的切線過相同點P, 一般說來, θ被定義為滾輪軸和圓柱行工件的軸線的偏斜夾角! 定義螺旋夾角母線N和M'. 如圖2、圖3所示，其射影線取得的突出輥母線橫跨點P 。 B定義為N和M線的投影夾角。如例3其中三個角度關系tanβ = tan2θ * tan 2γ 軸向偏差位移矢量和射影位移矢量它們的關系是: 圖2 滾輪和工件幾何關系 圖3 個角度矢量和位移矢量的關系 2.2軸向相對關系 (1)螺旋運動 因為滾輪軸線與中線不平行, 在Vr和Vc之間就有一個螺旋角β存在,如圖 2. 當輥筒圍繞自己的軸線轉動時,使在切線上產(chǎn)生摩擦力. 因為滾輪和工件各個線速度在不同的方向，由于螺旋效應也就是竄動就會發(fā)生在點p-滾輪和工件的接觸點(圖4). 式中：VC是圓柱的線速. 是工件的軸向分量, 1.2.3.4, 分別代表四個滾輪. (2)彈性滑動 由于存在一種螺旋角,在工件上產(chǎn)生軸向力Faj. 當力量小于最大軸向摩擦力fnj(其中f是摩擦系數(shù),單滾和工件正常的壓力) 工件會下滑超過滾輪軸 [2~3]mm 的下滑速度為： 式中e是金屬滾輪的彈性滑動系數(shù)：e= ool~0.005. (3)摩擦滑動時faj大于最高摩擦力fnj, 工件將在滾輪之上做摩擦滑動. 滑動阻力為fnj3. 工件的摩擦滑動速度的大小和方向可確定 由環(huán)球關系工件和四滾輪摩擦滑動導致滾輪表面的磨損. 這是意料之外的,在焊接進行時,工件發(fā)生漂移。以上三種運動不同時發(fā)生 。工件的軸向漂移速度不是代數(shù)的三個組成部分的速度. 發(fā)生摩擦滑動的軸向速度 2.3工件滾輪的軸向運動 2.3.1與理論相符的部分 在理想的條件下, 工件和四滾輪之間的當螺旋角j都是一樣時,即: 1=2=3=4工件的運動將與理論值相同. 可以將兩個范疇對比分析: (1)由于重力不存在軸向分量. 工件的軸向竄動速度: Va=Vc * tanβ (2)當存在一個有重力Ga因素，軸向竄動速度存在一個軸力. 現(xiàn)在,四滾輪有相同的方向 與重力G等效的軸向竄動速度 是： 2.3.2.與理論不同的關于軸向竄動的內(nèi)容. 工件與四滾輪之間螺旋角j大小和方向不相等.工件和四滾輪的幾何關系也不相同時 ,工件和四滾輪之間的軸向竄動是個不相同的. 工件與滾輪軸向速度應該是同樣的,因為工件被作為一個整視為一個剛體體,. 然而. 有些滾輪和工件的實際上軸向速度是不完全相同的, 所以軸向摩擦力幾乎肯定會出現(xiàn)這種滾輪和工件之間以下兩類分類討論不同與理論的摩擦力的大小 (一)當軸向摩擦力確保每個滾輪和工件均低于最大軸向所需對摩擦力 滾輪和工件將產(chǎn)生彈性滑動單個滾輪和工件可以協(xié)調(diào)它們的彈性滑動 當工件的軸向速度是常量, 如果忽略重力工件與四個滾輪的軸向竄動的總和將為0 四個滾輪并沒有什么差別因此他們大致是相同的 根據(jù)上述兩個方程,工件的軸向竄動為： 凡是0.25∑tant范圍內(nèi).使用滾輪架的情況下,工件只長生產(chǎn)生彈性滑動,這可能是所謂工件 螺旋率螺旋問題 (2)當工件與滾輪的軸向摩擦力大于最大軸向摩擦力, 工件與滾輪的圓柱體之間將發(fā)生摩擦滑動,這滾那. 最大軸向力作用于滾輪軸承 Ffmax=fFNfmax 由于這種摩擦滑動的存在. 單個滾輪與工件之間軸向傳動并不協(xié)調(diào)， 現(xiàn)在，軸向竄動并不完全由滾輪與工件的相對關系所決定. 很難寫一個軸向傳動速度的普遍相容方程,因為這樣的條件 很復雜. 以下是進一步的分析和討論這一問題時,首先,為便于分析問題, 螺旋角定義為 而相對螺旋角度 按由大到小的順序排列β表達為 β1≥β2≥β3≥β4 同樣的,滾輪與圓形工件的正常的相互作用力為n(j). 軸向力為 Fj≤fNj 一般 工件的軸向運動由螺旋角的平均值β決定 工件的軸向竄動,由相對螺旋角的定義竄動為不完全的組成部分, 當圓柱體沿著軸向，恒定速度 ，其速度表示分析表明asVa\n是平衡狀態(tài)下的四滾輪軸力. 如果不考慮它的重力. 假設最大相對螺旋角對應工件的最大竄動速度為： 四個軸向力不可能相等 F1-(F2+F3+F4) ≤0 因為四個常力之間沒有太大的區(qū)別, 四軸正常的力和摩擦所造成的竄動無疑高于其他三因素 否則,如果工件與滾輪之間螺旋角為最小相對螺旋β角時. 其速度. Va” = Vc * tanβ(4) 同樣. 四軸向力無法平衡,即: [F(l) + F(2) + F(3) J - F(4) > 0因此,工件只能視為不兼容的軸向竄動的第二代或第三螺旋角,即: If N(I) + N(2) > N(3) + N(4) 在上述意思的何種情況下. 有不完全平衡的軸向運動,有兩個比較大的力滾輪驅動，另外兩個較小的力阻礙滾輪的轉動。即 f(1)+f(2)=f(3)+f(4) 根據(jù)上述分析,因為負荷而產(chǎn)生的不穩(wěn)定的摩擦系數(shù)影響。材料，表面接觸條件不完全的組成了軸向速度. 當工件作不完全的軸向運動時, 軸向速度是由一個協(xié)調(diào)因素va\0和一個非協(xié)調(diào)因素va\ni組成 Va=Va\0+Va\n 軸向竄動的最優(yōu)化調(diào)整是為了使非協(xié)調(diào)因素盡可能協(xié)調(diào)和穩(wěn)定從而減小小軸向竄動. 假設在某一特定滾輪架，軸向竄動的大小和方向是一定的.他對滾輪架將產(chǎn)生固定的影響 。 3. 實驗 3.1.實驗描述 在圖5中試驗表明,.初步的試驗研究了兩個因素:螺旋角和工件的線速度-影響軸向竄動的主要因素. 在實驗過程. 軸向位移SA和軸向竄動速度va測量方法如例 5 。而進行的方法是將軸向位移傳感器安裝到的圓筒的一端.與傳感器相連的X-Y記錄器記錄工件的軸向位移,每5s記錄一次.,平均竄動速度va在每個角度可以計算出數(shù)據(jù). 在試驗階段. 實驗模型是如下:一.調(diào)節(jié)四滾輪 高度在同一用水平線上, 并在四矩形的個頂點.那么滾輪使旋轉工件的相對平衡. 然后. 工件不竄動一段很長的時間. 或定期竄動一個很小的范圍 3.2實驗結果的討論 3.2.1螺旋角的影響 (一)例如圖六所示 。VA的變化檢測條件是: vc=35m/h L=422mm , α=60" va是與tanβ4成正比的.β4 是與(1~6c )相關的.坡度線為3. 06毫米/秒,va不再正比tanβ4時, 當β4大于6c。軸向竄動是隨著β4逐漸減小。由于只有一個驅動滾輪(roller No. 4)的影響, β4 可以改變的,而其他的仍然是零,工件作出了協(xié)調(diào)的運動. 當β4的比例較小,va也小. 圓柱體軸向摩擦力,滾輪最大軸向摩擦力,汽缸產(chǎn)生彈性滑針對滾輪. 軸向運動之間各滾輪和工件協(xié)調(diào)彈性滑動. 因此,va是: 在理論曲線的斜率k'可以按下列公式計算: k=3.06mm/s的實驗曲線. 因此,在考慮到各方面的實驗,兩個斜坡上可被認為是大致相等. 當β4 比較大, 滾輪與工件之間大于最大軸向摩擦力大于最大摩擦力, 工件產(chǎn)生摩擦滑動抵抗?jié)L輪存在滑動摩擦力由于竄動的存在. va不再隨著tanβ4 的增加而增加,而是逐漸減小 (2)以下三個實驗,工件的不協(xié)調(diào)軸向竄動隨之改變。由同一螺旋角度來衡量的一個主動滾輪及兩個，三個主動滾輪 。三曲線之間的SA和V顯示在 研究結果顯示,在圖7. 隨著滾輪數(shù)量的增加,va逐漸增大. Va 3 > Va 2 > Va1 當驅動滾輪的數(shù)量變化時, 度氣缸的非兼容軸運動將會有所改變. 隨著同一螺旋角影響下滾輪數(shù)量的增加. 兼容的分量越來越大,但互不兼容的分量越來越小. 換句話說,工件的軸運動將轉化為兼容的問題. 因此,va越大,軸向竄動越由β角所決定. 四輥有相同的螺旋角. va為: 3.2.2 圓形速率的影響 螺旋角從平衡位置+2"對4號驅動滾輪的影響。, 工件將影響軸向竄動（例如圖 8）所顯示va-VC的曲線,后者表明va是與VC成正比的, 曲線的斜率大約是0.00708。因為β4=+2實在太小, 工件相對每一滾輪沒有形成軸向竄動. 因此,相對與軸滾輪和工件之間的運動是完全協(xié)調(diào)的彈性滑動va為 va正比于ve。理論曲線的斜率K*,可以按下列 方程K"=0.25tan4=0.25tan2'=0.00873wherek=0.00708mm/s. 因此,在考慮到各方的實驗,協(xié)調(diào)的兩個斜坡上可被認為是大致相等. 4結論 1. 因為制造及裝配的偏差. 工件的中心線與滾輪軸線不平行. i. E。他們沒有在同一平面,在他們之間 有一種螺旋角β. 存在β是發(fā)生軸向竄動的主要原因. 重力的影響,工件的軸線方向,也是軸向竄動的一個原因. 2. 單個滾輪和工件的相對軸向竄動包括彈性滑動與摩擦滑動,當軸向摩擦滑動沒有出現(xiàn)在工件和單滾之間, 工件和滾輪的軸向竄動被他們的彈性滑動完全抵消, 存在關系： 3.軸向竄動可以分為完全的和不完全的,有很大的竄動力在的軸承之上, 雖然不完全的竄動還沒有被定義，當存在不完全的竄動時，將造成滾輪和工件之間的磨損. 軸向竄動常被定義在一個特定的滾輪架上而言的。它的竄動速度的大小和方向是固有的. 4.合理調(diào)整軸運動,使不兼容的分量盡可能小和 兼容分量盡可能大從而減小軸向竄動. 5.隨著滾輪數(shù)量的增加相同β角下的軸向竄動將增大,但不兼容的部分減少. 隨著兼容部分的增加工件的軸向竄動速度將增加 當軸向滑動摩擦發(fā)生在滾輪和工件之間時. 軸向竄動將被彈性摩擦和滑動摩擦所協(xié)調(diào)，但Vc并不與βj成正比 。關系如下 參考資料： (1) Z Wang. 焊接機械設備教材，甘肅蘭州工業(yè)大學， 張培源(1992)pp85-98 (2)武漢材料技術研究所，南京化工研究所,與華南工學院，水泥生產(chǎn)機械設備, 建筑工業(yè)出版社，中國北京,(1981)pp,184-187 (3) J . Halling(ed.)， 麥克米倫出版社,(1975)pp. 174-200 畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械052 姓名 沈玉強 下發(fā)日期 2009-3-12 題目 20t自調(diào)式焊接滾輪架設計 專題 20t自調(diào)式焊接滾輪架設計 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 主要內(nèi)容：完成20t自調(diào)式焊接滾輪架設計。編寫設計說明書，繪制裝配圖及部分零件圖。 要求：必須以負責的態(tài)度對待自己所做的技術決定、數(shù)據(jù)和計算結果。 在教師指導下，獨立完成設計任務，培養(yǎng)較強的創(chuàng)新意識和學習能力，獲得機械工程師的基本訓練。整個設計在技術上是先進的，在經(jīng)濟上是合理的，在生產(chǎn)上是可行的。計算步驟清晰，計算結果正確；圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標注符合國家標準；使用計算機設計、計算和繪圖；設計說明書要求內(nèi)容完整，文字通順，語言簡練，圖示清晰，重要計算公式和數(shù)據(jù)應注明出處。 設計說明書不少于2萬字，查閱文獻15篇以上，翻譯與課題有關的英文資料，譯文字數(shù)不少于5千漢字，繪制圖紙折合總量不少于5張A1。 主要技術參數(shù) 載重量20×103 kg，工件直徑900～4000 mm，滾輪圓周速度20～60 m/h，滾輪直徑450mm，滾輪寬度2×120 mm 進 度 及 完 成 日 期 3月 23日 ~ 4 月 12日（3周）：課題調(diào)研，理解熟悉設計任務，借閱資料，翻譯英文文獻，制訂設計計劃。 4月 13日 ~4 月26日（2周）： 方案設計，選擇確定機器總體方案及部件方案。 4月 27日 ~ 5 月 31日（5周）： 技術設計，在草圖的基礎上完成裝配圖和零件圖的繪制。 6月 1日 ~ 6 月 14日（2周）：技術文件編制，編寫完成畢業(yè)設計說明書，打印圖紙，上交說明書和圖紙。 6月 15日 ~ 6 月 21日（1周）：教師審閱畢業(yè)設計，學生準備答辯。 教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期 指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日 答 辯 委 員 會 評 語 評 定 成 績 指導教師給定 成績(30%) 評閱人給定 成績(30%) 答辯成績 （40%） 總 評 答辯委員會主席 簽字 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 摘 要 焊接裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化，自動化，有利于提高裝配焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助裝置和設備。焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊接旋轉的變位機械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。焊接滾輪架按結構形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架。第二類是組合式滾輪架。本文主要對自調(diào)式式20T焊接滾輪架進行設計，并對軸、鍵等主要構件進行了校核。結果表明各主要部件符合要求。該滾輪架結構簡單，使用方便靈活，對焊件的適應性很強。設計中充分的考慮了滾輪架的合理性和經(jīng)濟性等因素。 關鍵詞：焊接；工裝夾具；滾輪架；校核；合理性 Abstract Welding equipment is a machine which is used in welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mechanization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiative and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mechanical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories : the first category is long axis-wheel frame., the second category is modular roller frame. In this paper, twenty pairs of modular T-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible, adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. And it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors. Key words：weld, frock clamp, turning rolls; check; rationality 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………………………………II 目錄…………………………………………………………………………………III 第1章緒論…………………………………………………………………………1 第2章焊接機械概述……………………………………………………………2 2.1 焊接的應用 …………………………………………………………………2 2.2 焊接機械裝備 ………………………………………………………………2 2.2.1焊接機械裝備的分類 …………………………………………………2 2.2.2焊接機械設備在焊接生產(chǎn)中的作用 …………………………………3 2.3焊接工裝夾具 ………………………………………………………………4 2.3.1焊接工裝夾具的分類 …………………………………………………4 2.3.2 焊接工裝夾具的特點 …………………………………………………5 2.3.3焊接工裝夾具的設計要求 ……………………………………………6 2.3.4焊接工裝夾具設計方案的確定 ………………………………………7 2.3.5焊件在夾具中的定位 …………………………………………………8 2.4 焊接變位機械………………………………………………………………10 2.4.1 焊接變位機械的分類 ………………………………………………10 2.4.2焊接變位機械應具備的性能 …………………………………………11 2.5 幾類焊接機械設備的具體介紹……………………………………………12 2.5.1 焊接變位機……………………………………………………………12 2.5.2焊接翻轉機……………………………………………………………13 2.5.3焊接操作機……………………………………………………………14 2.5.4焊接滾輪架……………………………………………………………14 2.5.5關于滾輪架軸向竄動的問題…………………………………………16 第3章方案的選擇與確定……………………………………………………17 3.1自調(diào)式滾輪架的特點………………………………………………………17 3.2滾輪驅動方案………………………………………………………………17 3.3減速裝置的選擇……………………………………………………………17 3.4聯(lián)軸器的選用………………………………………………………………20 3.5滾輪架滾輪的設計…………………………………………………………21 3.6軸的設計……………………………………………………………………22 3.7軸承的選用…………………………………………………………………25 3.8鍵的選用……………………………………………………………………25 第4章計算和校核 ……………………………………………………………26 4.1焊接滾輪架的設計計算……………………………………………………26 4.1.1驅動圓周力與摩擦阻力的計算………………………………………26 4.1.2 滾輪支反力的計算 …………………………………………………28 4.1.3驅動圓周力與支反力及中心角的確定………………………………29 4.2 軸的校核……………………………………………………………………31 4.3滾輪處鍵的校核……………………………………………………………35 4.4軸承壽命計算………………………………………………………………36 第5章 結論………………………………………………………………………38 參考文獻 …………………………………………………………………………39 致謝…………………………………………………………………………………41 附件1………………………………………………………………………………42 附件2………………………………………………………………………………62 第1章 緒論 本次設計是在我們學完了大學的全部基礎課，技術基礎課以及專業(yè)課之后進行的。這是我們對所學的各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。因此，它在我們的大學生活中占有重要的地位。另外在做完這次畢業(yè)設計之后，我得到一次在畢業(yè)工作前的綜合性訓練，我在想我能在下面幾方面得到鍛煉： （1）運用機械設計課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，根據(jù)此裝置的作用，通過現(xiàn)實中的要求完成此裝置的設置，使其達到設計的要求。 （2）提高結構設計能力。通過設計焊接滾輪架的訓練，獲得設計某一裝置的設計理念，設計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的裝置的能力。 （3）學會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。 就我個人而言，我希望通過這次畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 第2章 焊接機械概述 2.1 焊接的應用 焊接是一種制造技術，它是適應工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎發(fā)展起來的，并且直接服務于機械制造工業(yè)。焊接技術的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相關，一般工業(yè)先進國家，鋼產(chǎn)量的50％左右需采用焊接工藝才能形成產(chǎn)品；在石油化工、礦山冶金、金屬結構、起重運輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電力能源等機械設備制造部門，焊接都有著重要而廣泛的應用。許多設備中的大型結構，幾乎都是焊接結構?，F(xiàn)在，隨著科學技術的進步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，焊接結構正朝著超大型、高容量、高參數(shù)、耐磨、耐蝕、耐低溫、耐動載的方向發(fā)展，這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供質(zhì)量更高、性能更好的各種焊機、焊接材料和焊接工藝，而且要求提供各種性能優(yōu)異的焊接工裝設備，使焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化和自動化，減少人為因素干擾，達到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量、改善焊工勞動條件、提高生產(chǎn)率、促進文明生產(chǎn)的目的。但是，焊接生產(chǎn)是綜合性生產(chǎn)，在焊件制造過程中，除了焊接工序本身外，前后還有許多工序的配合，如備料、輸送、裝配、檢驗、矯正等工序。因此，焊接生產(chǎn)的機械化、自動化不僅僅局限于焊接工序本身，而且包括與焊接工序銜接的上下各工序的機械化、自動化，只有各個工序機械化、自動化了，才能實現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機械化和自動化。 2.2 焊接機械裝備 2.2.1焊接機械裝備的分類 焊接機械裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合．有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機械化、自動化，有利于提高裝配一焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過程加速進行的各種輔助機械裝置和設備。這里稱之為輔助機械裝置和設備，是為了和焊機相區(qū)別。焊機是焊接生產(chǎn)過程中的核心設備，它包括焊接電源、焊接控制箱、焊接機頭等，有自己的獨立系統(tǒng)，不屬于焊接機械裝備的范疇。而焊接機械裝備相對于焊機是處于輔助地位的，是配合焊機進行焊接生產(chǎn)的機械裝置和設備。它包括的范圍較廣，按用途分，主要有焊接工裝夾具、焊接變位機械、焊件輸送機械三個方面，其次還有導電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準備及焊縫清理與桔整裝置等。它們又是焊接機械裝備的從屬裝置。 焊接機械裝備分為(1)焊接工裝夾具（按動力源分類）：手動夾具，氣動夾具，液壓夾具，磁力夾具，電動夾具，真空夾具，混合式夾具（2）焊接變位機械：焊工變位機械（焊工升降臺），焊機變位機械（焊接操作機，電焊渣立架），焊件變位機械（焊接變位機，焊接回轉臺，焊接翻滾機，焊接滾輪架），（3）焊接輸送機械：上料裝置，配料裝置，卸料裝置，傳送裝置，各種專用吊具（4）其他從屬裝置：導電裝置，焊劑輸送與回收裝置，焊絲清理及盤絲裝置，埋弧焊焊劑墊，坡口準備及焊縫清理與精整裝置，吸塵及通風裝置。 從使用范圍來分，焊接機械裝備又分為通用和專用兩大類。 通用焊接機械裝備通用性強、適應性廣，整臺機械能適應產(chǎn)品結構的變化重復使用。它們可以組合在一起使用，也可以組裝在焊接生產(chǎn)線上，成為焊接生產(chǎn)線的一個組成部分。由于這種裝備通用性強，所以機械化、自動化水平不是很高，主要滿足多品種、小批量焊接生產(chǎn)的需要。 專用焊接機械裝備是為了適應單品種、大批量焊接生產(chǎn)的需要專門設計制造的。這種裝備專業(yè)性強、生產(chǎn)宰高、控制系統(tǒng)先進，能很好地滿足產(chǎn)品結構、裝焊工藝、生產(chǎn)批量的要求。例如：專用焊接工裝夾具、專用焊接機床就用于這類裝備 2.2.2焊接機械設備在焊接生產(chǎn)中的作用 焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的有利作用有如下幾個方面： 1)采用焊接工裝央具，零件由定位器定位，不用劃線，不用測量就能得到準確的裝配位置．從而保證了裝配精度，加快了裝配作業(yè)的進程。此外，在焊接工裝夾具上大都采用磁力、液壓、氣動夾具，即使采用手動夾具，也都有擴力機構，因此可減輕工人的體力勞動，提高裝配效率。 2)由于焊件在央具中可強行夾固或預先給予反變形，所以能控制或消除焊接變形。 3)采用焊接工裝夾具后，由于保證了裝配精度，控制了焊接變形，所以可提高焊件的互換性能；焊件上的配合孔、配合槽等機械加工要素可由原來的先焊接后加工改為先加工后焊接，從而避免了大型焊件燼后加工所帶來的困難，有利于縮短焊件的生產(chǎn)周期。 4)采用焊接變位機械，可縮短裝配和施焊過程中焊件翻轉變位的時間，減少了輔助工時，提高了焊機利用率和焊接生產(chǎn)率。 5)采用焊接變位機械可使焊件處于員有利的施焊位置--水平及船形位置上進行焊接。這有利于操作，有利于保證焊接質(zhì)量，而且可加大焊接工藝規(guī)范，充分發(fā)揮焊接方法的效能。 6)采用焊接變位機械可擴大焊機的焊接范圍。例如，埋弧焊機配合相應的焊接裝備后，可完成內(nèi)外環(huán)縫、空間曲線焊經(jīng)的焊接和空間曲面的堆焊。 7)采用焊接機械裝備后，可使手工操作變?yōu)闄C械操作，人僅處于控制機械的地位，減少了人為因素對焊接質(zhì)量的影響，也可降低對焊工操作技術水平的要求。 8)采用焊接機械裝備后、可便裝配和焊接集中在一個工位上完成，可減少工序數(shù)量．節(jié)約車間使用面積。 9)只有與焊接機械裝備相配合，才能在條件困難、環(huán)境危險、不宜由人工直接操作的場合實現(xiàn)焊接作業(yè)。例如在高溫、深水、劇毒、有放射性的環(huán)境中進行焊接作業(yè)，都需要與相應的焊接機械裝備相配合才能實現(xiàn)。 10)欲使焊接工序本身實現(xiàn)機械化和自動化，或者使焊接生產(chǎn)過程實現(xiàn)綜合機械化、自動化，都需要焊接機械裝備舶配合才能實現(xiàn)。 總之．焊接機械裝備對焊接生產(chǎn)的有利作用是多方面的。總括而言，就是保證焊接質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)串，改善工人的作業(yè)條件，實現(xiàn)機械化、自動化焊接生產(chǎn)過程四個方面。因此，無論在焊接車間或是在施工現(xiàn)場，焊接機械裝備已成為焊接生產(chǎn)中不可缺少的裝備之一，從面獲得了廣泛的應用。 2.3焊接工裝夾具 2.3.1焊接工裝夾具的分類 焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。 在焊接結構生產(chǎn)中，裝配和焊接是兩道重要的生產(chǎn)工序，根據(jù)工藝通常以兩種方式完成這兩道工序，一種是先裝配后焊接；一種是邊裝配邊焊接。我們把用來裝配以進行定位焊的夾具稱做裝配夾具；專門用來焊接焊件的夾具稱做焊接夾具；把既用來裝配又用來焊接的夾具稱做裝焊夾具。它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具。 焊接工裝夾具按動力源分為七類：手動夾具，氣動夾具，液壓夾具，磁力夾具，真空夾具，電動夾具，混合式夾具。 一個完整的夾具，是由定位器、夾緊機構、夾具體三部分組成的。在裝焊作業(yè)中，多使用在夾具體上裝有多個不同夾緊機構和定位器的復雜夾具(又稱為胎具或專用夾具)。其中，除夾具體是根據(jù)焊件結構形式進行專門設計外，夾緊機構和定位器多是通用的結構形式。 定位器大多數(shù)是固定式的，也有一些為了便于焊件裝卸，做成伸縮式或轉動式的，并采用手動、氣動、液壓等驅動方式。夾緊機構是夾具的主要組成部分，其結構形式很多，且相對復雜，驅動方式也多種多樣。在一些大型復雜的夾具上，夾緊機構的結構形式有多種，而且還使用多種動力源，有手動加氣動的、氣動加電磁的等等。這種多動力源夾具．稱做混合式夾具。在先進工業(yè)國家里，對廣泛采用的一些夾緊機構已經(jīng)標準化、系列化．在工藝設計時進行選用即可。我國焊接工作者，正進行著這方面的研究開發(fā)工作，相信不久也會有我們自己的系列化、標準化的夾緊機構出現(xiàn)。 2.3.2 焊接工裝夾具的特點 焊接工裝夾具的特點，是由裝配焊接工藝和焊接結構的形式?jīng)Q定的，與機床夾具比較有如下特點； 1)由于焊件一般由多個簡單零件組焊而成，而這些零件的裝配和定位焊，在焊接工裝夾具上是按順序進行的，因此，它們的定位和夾緊是一個個單獨進行的。而機床夾具是對一個待機械加工的整體毛坯進行一次定位和夾緊。 2)在焊接過程中，零件會因焊接加熱而伸長或因冷卻而縮短，為了減少或消除焊接變形，要求工裝夾具能對某些零件給予反變形或者作剛性的夾固；為了減少焊接應力，又要允許某些零件在某一方向可以自由伸縮。因此，焊接工裝夾具不是對所有的零件都作剛性的夾固。 機床夾具則不然，除少數(shù)加工細長件的夾具，如加工光杠、絲杠用的頂尖，要考慮工件機械加工時的熱變形對其作游動夾固外，其他夾具均對工件作剛性夾固。 3)對機床夾具而言，加工后的工件，尺寸減小，重量減少．更便于從夾具上取下。對焊接工裝夾具而言，裝焊完的結構，尺寸增大，重量增加，形狀變得復雜，增加了從工裝夾具上卸下的難度。 4)對用于熔焊的夾具，工作時主要承受焊件的重力、焊接應力和夾緊力，有的還要承受裝配時的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。面機床夾具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力遠遠小于焊接工裝夾具所承受的各種力。 5)與機床夾具不同，焊接工裝夾具往往是焊接電源二次回路的一個組成部分，因此絕緣和導電是設計中必須注意的一個問題。例如，在設計電阻焊用的夾具時，如果絕緣處理不當，將引起分流，使接頭強度降低。但對機床夾具而言，除電加工所用夾具外，不存在導電和絕緣的問題。 6)焊接工裝夾具一般比機床夾具大。裝配夾具和裝焊夾具上的夾緊點、定位點比機床夾具上的多達幾倍甚至十幾倍，因此，設計難度較大，特別是定位點、夾緊點的數(shù)量、選位和兩者的對應關系，都會影響夾具的功能和質(zhì)量。 7)焊接工裝夾具主要用來保證焊接結構各連接件的相對位置精度和整體結構的形狀精度，而機床夾具主要用來保證零件的加工精度。 8)除精密焊件所用的夾具外，一般焊接工裝夾具本身的制造精度，以及對焊件的定位精度均低于機床夾具的相應指標。 以上八點是焊接工裝夾具與機床夾具的主要不同之處，設計焊接工裝夾具時，要充分考慮這些區(qū)別，使設計出來的夾具，能滿足使用要求。 2.3.3焊接工裝夾具的設計要求 1)焊接工裝夾具應動作迅速、操作方便，操作位置應處在工人容易接近、最宜操作的部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應設在工人最易用力的部位，當夾具處于夾緊狀態(tài)時，應能自鎖。 2)焊接工裝夾具應有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件和夾緊機構應與焊道保持適當?shù)木嚯x，或者布置在焊件的下方或側面。夾緊機構的執(zhí)行元件應能夠伸縮或轉位。 3)夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后既不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應力。 4)為了保證使用安全，應設置必要的安全連鎖保護裝置。 5)夾緊時不應損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時，應限制夾緊力，或者采取壓頭行程限位、加大壓頭接觸面積、加添銅、鋁村墊等措施。 6)接近焊接部位的夾具．應考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺物對夾緊機構和定位器表面的損傷。 7)夾具的施力點應位于焊件的支承處或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力與夾緊力、支承反力與重力形成力偶。 8)注意各種焊接方法在導熱、導電、隔磁、絕緣等方面對夾縣提出的特殊要求。例如，凸焊和閃光焊時，夾具兼作導電體；釬焊時夾具兼作散熱體，因此要求夾具本身具有良好的導電、導熱性能。再如，真空電于束焊所使用的夾具，為了不影響電子束聚焦，在槍頭附近的夾具零件，不能用磁性材料制作，夾具也不能帶有剩磁。 9)用于大型板焊結構的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結構的形狀精度、尺寸精度影響較大，設計時要留有較大的裕度。 10)在同一個夾具上，定位器和夾緊機構的結構形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。 11)工裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率。 12)盡量選用已通用化、標準他的夾緊機構以及標準的零部件來制作焊接工裝夾具。 2.3.4焊接工裝夾具設計方案的確定 確定工裝夾具方案時，夾具的合理性和經(jīng)濟性是主要考慮的因素。當焊件的焊接方法及工藝確定后，所選夾具結構，首先要能保證焊接工藝的實施。同時，焊件結構尺寸以及組成焊件坯料的制作工藝和制造精度，則是確定夾具定位方法、定位基準和夾緊機構方案的重要依據(jù)。除此之外．還應考慮經(jīng)濟上的因素，使夾具的制造、使用費用最低而取得的經(jīng)濟效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的．它們之間往往有聯(lián)系又有制約，所以在確定夾具方案時要對上述各因 素進行綜合分析，只有全盤考慮，才能制定出最佳的設計方案。具體確定設計方案時，應聯(lián)系以下幾個方面進行考慮： 1)焊件的整體尺寸和制造精度以及組成焊件的各個坯件的形狀、尺寸和精度。其中，形狀和尺寸是確定夾具設計方案、夾緊機構類型和結構形式的主要依據(jù)，并且直接影響其幾何尺寸的大??；制造精度是選擇定位器結構形式和定位器配置方案以及確定定位器本身制造精度和安裝精度的主要依據(jù)。 2)裝焊工藝對夾具的要求。例如與裝配工藝有關的定位基面、裝配次序、夾緊方向對夾具結構提出的要求。再如，不同的焊接方法對夾具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夾具上設置焊劑墊；電渣焊要求夾具保證能在垂直位置上施焊；電阻焊要求夾具本身就是電極之一等。 3)裝、焊作業(yè)可否在同一夾具上完成，或是需要單獨設計裝配夾具和焊接夾具。這往往與下述因素有關： （1）在裝焊夾具上，焊件的所有焊縫能否在最有利的施焊位置上焊完。 （2）從裝配夾具上取下由裝配點定好位的部件時，是否會破壞各零件的相互位置。若部件剛性不好，則會發(fā)生整體變形，甚至定位焊點發(fā)生開裂，使已裝配好的零件發(fā)生位置變化。 （3）裝配時不需要使焊件翻轉變位，而在焊接時，則需要使焊件翻轉變位，這樣，若采用裝焊夾具方案，是否會使夾具結構復雜化。 （4）裝配夾具，其定位器和夾緊機構較多，若用于焊接，是否影響焊接機頭的焊接可達性；焊接夾具，為了防止焊件變形，雖具有較大的剛度和強度，但用于裝配時，能否承受裝配時的錘擊力。 （5）裝、焊作業(yè)若在同一夾具上完成，能否合理地組織裝配工人、焊接工人相互協(xié)調(diào)作業(yè)。 （6）車間的作業(yè)面積和起重運輸設備的負荷能力是否允許裝配和焊 接作業(yè)分別在各自的夾具上進行。 4)焊件酌產(chǎn)量。例如，在大批量生產(chǎn)中，應選用專用、高效、省力的夾具結構，像各種有動力源的夾具和聯(lián)動夾具就屬此類。在中小批量生產(chǎn)中，夾具主要以保證裝焊質(zhì)量為主，效率的高低是較為次要的問題，因此應選用結構簡單、適應性廣的通用夾具，使夾具的結構方案與焊件的產(chǎn)量相匹配。 2.3.5焊件在夾具中的定位 (一)物體定位原則--六點定則 在進行裝焊作業(yè)時，首先應使焊件在夾具中得到確定的位置，并在裝配、焊接過程中一直將其保持在原來的位置上。我們把焊件按圖樣要求得到確定位置的過程稱為定位；把焊件在裝好作業(yè)中一直保持在確定位置上的過程稱為夾緊。 為了使焊件在夾具中得到要求的確定位置，應先研究一下物體在空間的位置 圖2-1 物體的定位 是怎樣被確定下來的。一個物體A如果在空間不與任何其他物體發(fā)生聯(lián)系，那么相對于空間互相垂直的三個坐標軸就有六種活動的可能性，見圖1-1a，其中三種是分別沿x、y、z軸的移動，另三種是分別統(tǒng)x、y、z軸的轉動。物體的這種活動可能性叫做自由度。因此一個物體有六個自由度，這六個自由度被消除了，則物體在空間的位置就完全被確定了，所以自由度也是決定物體空間位置的獨立參數(shù)。 如圖2-1b所示，如果我們在xOy面上放一塊平板B來支承物體A，這時物體A在這個平面上只能沿Ox軸和Oy軸移動和繞Oz軸旋轉，而不能沿Oz軸移動和繞Ox軸和Oy軸旋轉，否隊物體A將脫離平板B。這說明文承扳B消除了物體A的三個自由度。如果我們再在物體A的xOz平面上放置兩塊擋鐵1和2(圖2-1c)．物體A也就不能沿Oy軸移動和繞Oz軸旋轉了，從而又消除了兩個自由度。最后，只要在物體A的zOy平面上再設置一塊擋鐵3，消除物體沿Ox軸移動的自由度，則物體A的空間位置就被完全確定下來(圖2-1d)。從幾何學中知道，三點可以決定一平而，我們可以用三個定位支承點4、5、6(圖2-1e)代替圖2-1d中的支承平板B，同時也把擋鐵1、2、3當做定位支承點，從而一個定位支承點平均消除了一個自由度。因此，確定物體的空間位置，就需要按圖2-1e布置的六個支承點消除物體活動的六個自由度，這就是物體定位的“六點定則”。 由圖2-1e可知，三個文承點在xOy平面上．二個支承點在xOz平面上．一個支承點在zOy平面上。我們把有三個支承點的平面稱做安裝基面。在這個面上，三個支承點不能在一條直線上，被支承工件的重心必須落在這三個支承點作為頂點所構成的三角形內(nèi)。這三個定位支承點之間的距離越遠，則安裝基面越大，焊件的安裝穩(wěn)定性和相關位置精度就越高，因此，應選擇焊件輪廓尺寸最大的表 面與安裝基面接觸。有兩個定位支承點的平面稱做導向基面。這兩個支承點的連線應平行于安裝基面，而且兩點間的距離越遠越有利于提高安裝精度，因此應選焊件尺寸最長的表面與導向基面接觸。有一個定位支承點的平面稱做定程基面。顯然，安裝一個定位支承點就不需要很大的面積與長度，因此，通常是選擇焊件較小的表面與定程基面接觸。 2.4 焊接變位機械 2.4.1 焊接變位機械的分類 焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊工空間位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械設備。使用焊接變位機械可縮短焊接輔助時間．提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質(zhì)量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的 效能。 焊接變位機械的分類及各類所屬設備如下： 圖2-2 焊接變位機械的分類 各種焊接變位機械都可單獨使用，但在多數(shù)場合是相互配合使用的，它們不僅用于焊接作業(yè)，也可用于裝配、切割、檢驗、打磨、噴漆等作業(yè)。 2.4.2焊接變位機械應具備的性能。 一般，通用的焊接變位機械應具備的性能是： 1)焊件變位機械和焊機變位機械要有較寬的調(diào)速范圍焊接運行速度，以及良好的結構剛度。 2)對尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。 3)在傳動鏈中，應具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，焊件因重力作用而發(fā)生事故。 4)與焊接機器人和精密焊接作業(yè)配合使用的焊件變位機械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度(點位控制)和運行軌跡精度(輪廓控制)應控制在0.1-2mm之間，最高精度應可達0.01mm。 5)回程速度要快，但應避免產(chǎn)生沖擊和振動。 6)有良好的接電、接水、接氣設施，以及導熱和通風性能。 7)整個結構要有良好的密閉性．以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等臟物．應易被清除。 8)焊接變位機械要有聯(lián)動控制接口和相應的自保護功能集中控制和相互協(xié)調(diào)動作。 9)工作臺面上應刻有安裝基線，井設有安裝槽孔，能方便的安裝各種定位器件和夾緊機構。 10)兼作裝配用的焊件變位機械，其工作臺面要有較高的強度和抗沖擊性能。 11)用于電子束焊、等離子弧焊、激光焊和釬焊的焊件變位機械，應滿足導電、隔磁、絕緣等方面的特殊要求。 2.5 幾類焊接機械設備的具體介紹 焊件變位機械是在燼接過程中改變焊件空間位置，使其有利于焊接作業(yè)的各種機械設備。焊件變位機械按功能不同，分為焊接變位祝、焊接滾輪架、焊接 回轉臺和焊接翻轉機四類。在手工焊作業(yè)中，經(jīng)常使用各種焊件變位機械，但在多數(shù)場合，焊件變位機械是與焊機變位機械相互配合使用的，用來完成縱縫、橫 續(xù)、環(huán)縫、空間曲線焊縫的焊接以及堆焊作業(yè)。焊件變位機械也是機械化、自動化裝焊生產(chǎn)線上的重要組成部分在以弧焊機器人為中心的柔性加工單元(Mc)和加工系統(tǒng)(Fk)中，焊件變位機械也是組成設備之一。在復雜焊件焊接和要求施焊位置精度較高的焊接作業(yè)中，例如窄間隙焊接、空間曲面的帶極堆焊等，都需要焊件變位機械的配合，才能完成其作業(yè)。 2.5.1 焊接變位機 焊接變位機是在焊接作業(yè)中將焊件回轉并傾斜，使焊件上的焊縫置于有利施焊位置的焊件變位機械。 焊接變位機主要用于機架、機座、機殼、法蘭、封頭等非長形焊件的翻轉變位。 焊接變位機按結構形式可分為三種： （1）伸臂式焊接變位機 其回轉工作臺繞回轉軸旋轉并安裝在伸臂的一端，伸臂一般相對于某一轉軸成角度回轉，而此轉軸的位置多是固定的，但有的也可在小于的范圍內(nèi)上下傾斜。這兩種運動都改變了工作臺而回轉軸的位置，從而使該機變位范圍大，作業(yè)適應性好，但這種形式的變位機，整體穩(wěn)定性較差。該機多為電動機驅動，承載能力在0.5t以下，適用于小型焊件的翻轉變位。也有液壓驅動的，承載能力多在10t左右，適用于結構尺寸不大，但自重較大的焊件。伸臂式的焊接變位機在手工焊中應用較多。 （2）座式焊接變位機其工作臺連同回轉機構通過傾斜軸支承在機座上，工作臺以焊速回轉，傾斜軸通過扇形齒輪或液壓缸，多在的圍內(nèi)恒速或變速傾斜。該機穩(wěn)定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用于焊件的翻轉變位。是目前產(chǎn)量最大、規(guī)格最全、應用員廣的結構形式。常與伸縮營式焊接操作機或弧焊機器人配合使用。 （3）雙座式焊接變位機 工作臺安裝在機座上，以所需的焊接速度回轉；形架座在兩例的機座上，多以桓速或所需的焊接速度繞水平軸線轉動。該機不僅穩(wěn)定性好，而且如果設計得當，可使焊件安放在工作臺上后，隨形架傾斜的綜合重心位于或接近傾斜機構的軸線，從而使傾斜驅動力短大大減小。因此．重型焊接變位機多采用這種結構。 焊接變位機的基本結構形式雖只有上述三種，但其派生形式很多，有些變位機的工作臺還具有升降功能。 2.5.2焊接翻轉機 焊接翻轉機是將焊件繞水平軸轉動或傾斜，使之處于有利裝焊位置的焊件變位機械。焊接翻轉機的種類較多，常見的有框架式、頭層架式、鏈式、環(huán)式和推舉式等翻轉機。頭尾架式翻轉機，其頭架可單獨使用，在頭部裝上工作臺及相應夾具后，可用于短小焊件的翻轉變位。有的翻轉機尾架做成移動式的以適應不同長度焊件的翻轉變位，其中對應用在大型構件上的翻轉機，工作臺做成升降式的。 目前，我國還未對各種形式的焊接翻轉機制定出系列標準．但已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的焊接翻轉機，并已成系列。 配合機器人使用的框架式、頭尾架式翻轉機，國內(nèi)外均有生產(chǎn)，它們都是點位控制的，控制點數(shù)以使用要求而定，但多為2點(每隔)、4點(每隔)、8點(每隔)控制。翻轉速度以恒速為多。翻轉機與機器人聯(lián)機，按程序動作，載重量多在20~3000kg之間。 我國汽車、摩托車制造行業(yè)使用的弧焊機器人加工中心，已成功地使用了國產(chǎn)頭尾架式和框架式焊接翻轉機。由于是恒速翻轉，點位控制，并輔以電磁制動和氣缸錐銷強制定位，所以多采用交流電動機驅動和普通齒輪副減速，其機械傳動系統(tǒng)的制造精度比軌跡控制的低1-2級，使產(chǎn)品造價大大降低。 2.5.3焊接操作機 焊機變位機械是改變焊接機頭空間位置進行焊接作業(yè)的機械設備。它主要包括焊接操作機和電渣焊立架。焊接操作機的結構形式很多，使用范圍很廣，常與焊件變位機械相配合，完成各種焊接作業(yè)。若更換作業(yè)機頭，還能進行其他的相應作業(yè)。電渣焊立架的結構形式和功能相對單一，主要用于厚壁焊件立縫的焊接。 焊接操作機是能將焊接機頭(焊槍)準確送到待焊位置，并保持在該位置或以選定焊速沿設定軌跡移動的焊接機頭的變位機械。 2.5.4焊接滾輪架 焊接滾輪架是借助主動滾輪和工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉的焊接變位機械。 焊接滾輪架主要用于筒形焊件的轉配與焊接。若對主、從動滾輪的高度作適當?shù)恼{(diào)整，也可以進行錐體、分段不等徑回轉體的裝配于焊接。對于一些非圓長焊件，若將其裝卡在特制的環(huán)形卡箍內(nèi)，也可以在焊接滾輪架上進行裝焊作業(yè)。 焊接滾輪架按結構形式分為兩類： 第一類是長軸式滾輪架。滾輪沿兩平行軸排列，與驅動裝置相連的一排為主動滾輪，另一排為從動滾輪架，也有兩排均為主動滾輪的，主要用于細長薄形焊件的組隊與焊接。有的長軸式滾輪架其滾輪為一長形滾柱，直徑0.30.4m、長度15m。筒體置于其上不易軸向變形，適用于薄壁、小直徑、多筒節(jié)焊件的組對喝環(huán)縫的焊接。 長軸式滾輪架多是用戶根據(jù)焊件特點自行設計制造的，市場上可供選用的定型產(chǎn)品很少。 第二類是組合式滾輪架，它的主動滾輪架從動滾輪架(圖混合式滾輪架(即在一個支架上有一個主動滾輪座和一個從動滾輪座)都是獨立的，使用時可根據(jù)焊件的重量和長度進行任意組合，其組合比例也不僅是1與1的組合。因此，使用方便靈活，對焊件的適應性很強，是目前應用員廣泛的結構形式。國內(nèi)外有關生產(chǎn)廠家．均有各自的系列產(chǎn)品供應市場。 為了焊接不同直徑的焊件，焊接滾輪架的滾輪間距應能調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式有兩種：一種是自調(diào)式；一種是非自調(diào)式的。自調(diào)式可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪間距；非自調(diào)式的是靠移動支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距的，但調(diào)節(jié)范圍有限。 對重型滾輪架，多采用車間起重設備挪動滾輪座進行分段調(diào)節(jié)。對輕滾輪架型，多采用手動或電動絲桿--螺母機構來移動滾輪座進行連續(xù)調(diào)節(jié)。 為了便于調(diào)節(jié)滾輪架之間的距離，以適應不同長度焊件的裝焊需要，有的滾輪架上還安有機動或非機動的行走機構，沿軌道移行，以調(diào)節(jié)相互之間的距離。焊接滾輪架多采用直流電電動機驅動，降壓調(diào)速。但用于裝配作業(yè)的滾輪架則采用交流電動機驅動，恒速運行。近年來，隨著晶體閘流管變頻性能的完善以及價格的下降，采用交流電動機驅動。變頻調(diào)速的焊接滾輪架也日趨增多。 焊接滾輪架的滾輪結構主要有四種類型，其特點和適用范圍見表1-1。 表2-1 滾輪架的結構特點和適用范圍 類型 特點 適用范圍 鋼輪 承載能力強，制造簡單 一般用于重型焊件和需要預熱處理的焊件以及額定載荷大于60t的滾輪架 膠輪 鋼輪外包橡膠、摩擦力大、傳動平穩(wěn)但橡膠易壓壞 一般多用于10t以下的焊件和有色金屬容器 組合輪 鋼輪和橡膠輪相組合，承載能力比橡膠輪高，傳動平穩(wěn)。 一般多用于10t-60t的焊件 腹帶輪 大面積履帶和焊件接觸，有利于防止薄壁工件的變形，傳動平穩(wěn)但結構較復雜 用于輕型、薄壁大直徑的焊件及有色金屬容器 金屬滾輪多用鑄鋼和合金球墨鑄鐵制作，其表面熱處理硬度約為50HRC，滾輪直徑多在200700mm之間。國外焊接滾輪架的品種很多，系列較全，承載量11500t、適用焊件直徑18m的標準組合式滾輪架（即兩個主動輪座與兩個從動輪座的組合）均為系列供應。其滾輪速度多在690m/h之間無級可調(diào)，有的還有防止焊件軸向攢動功能。我國已有不少廠家生產(chǎn)焊接滾輪架，最大承載量已達400t、適用焊件直徑可達6m，滾輪線速度多在640m/h之間無級調(diào)速。防軸向竄動的焊接滾輪架已有生產(chǎn)，但性能尚待提高。 2.5.5關于滾輪架軸向竄動的問題 (1)問題的提出 焊接滾輪架驅動焊件繞其自身軸線旋轉時，往往伴有軸向的竄動，從而影響焊接質(zhì)量和焊接過程的正常進行，嚴重時會導致焊接過程的中斷，甚至發(fā)生焊件傾覆等設備人身事故。因此，國內(nèi)一些工廠常采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，強行制止焊件的竄動。這種辦法，對穩(wěn)定性要求很高的帶極堆焊和窄間隙焊等作業(yè)時采用硬性阻擋的辦法往往效果不佳。因為焊件重量大，旋轉時軸向竄動力也大，強行阻擋，則勢必使焊件旋轉阻力增大，引起轉速不穩(wěn)定，產(chǎn)生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因擠壓而破壞，有時甚至還會發(fā)生電動機過載燒壞事故。在此背景下，國外開發(fā)了防鈾向竄動技術，并于20世紀80年代中期推出了防止焊件軸向竄動的焊接滾輪架，將焊件的竄動量控制在以內(nèi)，滿足了各種焊接方法對施焊位置精度的要求。 我國自20世紀80年代末期起也開展了此項技術的研究，并研制出了樣機。20世紀90年代初期，國內(nèi)個別焊接輔機制造廠已有產(chǎn)品上市，但未形成生產(chǎn)規(guī)模。在防竄精度(行標規(guī)定)和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等國的產(chǎn)品尚存在差距。 （2）焊件發(fā)生軸向竄動的原因及影響因素 對焊接滾輪架而言，當滾輪和焊件都是理想的圓柱體．且各滾輪尺寸一致，其轉動軸線都在同一水平面內(nèi)并平行于焊件軸線時，則主動滾輪驅動焊件作用在焊件上的力，和從動滾輪作用到焊件上的反力，均為圓周力。此時，焊件繞自身軸線旋轉，不會產(chǎn)生軸向竄動。但是，當這一條件受到破壞，例如滾輪架制造安裝存在誤差、焊件幾何形狀不規(guī)矩等，使前后排滾輪存在高差和滾輪軸線與焊件軸線不平行，從而導致焊件自重以及主動滾輪、從動滾輪與焊件接觸處存在軸向分力時，便形成了焊件軸向竄動的必要條件。但是各軸向力的方向并不完全一致。 第3章 方案的選擇與確定 3.1自調(diào)式滾輪架的特點 為了焊接不同直徑的焊件，焊接滾輪架的滾輪間距應能調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式有兩種：一種是自調(diào)式的；一種是非自調(diào)式的。自調(diào)式的可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪的間距；非自調(diào)式的是靠移動支架上的滾輪座來調(diào)節(jié)滾輪的間距。 若裝焊壁厚劇、而長度很長的筒形焊件時，宜用幾臺混合式滾輪架的組合。這樣，沿簡體長度方向均有主動滾輪驅動，使焊件不致打滑和扭曲。若裝焊壁厚較大、剛性較好的簡形焊件時，則常采用主動滾輪架和從動滾輪架的組合，這樣即使是主動滾輪架在簡體一端驅動焊件旋轉，但因焊件剛性較好，仍能保持轉速均勻，也不致發(fā)生扭曲變形。 3.2滾輪驅動方案 為使焊接滾輪架的滾輪間距調(diào)節(jié)更為方便，機動性更強，組合更加便利，采用單獨驅動的焊接滾輪架日益增多。但是，每一主動滾輪均由一臺電動機驅動時，應解決好各滾輪轉速的同步問題。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，同一型號規(guī)格的電動機，其額定轉速實際上并不一致，因此．要把實測數(shù)據(jù)最相近的一組電動機作為滾輪架的拖動電動機。 焊接自調(diào)式滾輪架的驅動運動，多采用三相異步電動機驅動。對于20t自調(diào)式焊接滾輪架設計，我們選用調(diào)速式三相異步電動機，型號YHT51。另外，在驅動系統(tǒng)的控制回路中，應有行程保護、過載保護、斷電保護及工作臺傾斜角度指示等功能。 3.3減速裝置的選擇 由工作條件可知滾輪圓周速度是20~60m/h，滾輪的直徑為450mm，有步驟二可知,我們選擇的電動機為換向器式調(diào)速異步電動機YHT51轉速為470~1410r/min,計算如下 設滾輪每分鐘旋轉圈數(shù)為n，==0.24r/min ==0.71r/min 由以上可得，整個傳動過程從470~1410r/min減速到0.24~0.71r/min,而其中經(jīng)過的路徑為電動機-渦輪減速器-蝸桿-渦輪（齒輪1）-齒輪2-齒輪3（橡膠輪），由此求的傳動比為 i=. 之后對各級間的傳動比進行假設，通過計算我們選擇渦輪減速器的傳動比為 ，蝸桿z=1，渦輪z=41(齒輪1z=23)，齒輪2 z=23,齒輪3 z=30, 傳動比為 i==2017 計算滾輪的圓周速度 =19.75r/h =59.26r/h 從計算可以得出，計算基本符合設計要求。 1 減速器的選擇 渦輪減速器我們選用直廓環(huán)面蝸桿減速器，型號為HWB125-40-1（JB/T7936-1999） 直廓環(huán)面蝸桿減速器適用于冶金、礦山、起重、運輸、石油、化工、建筑等行業(yè)機械設備的減速傳動。其工作條件如下： 1） 兩軸交錯角為90度； 2） 螺桿轉速不超過1500r/min； 3） 螺桿中間平面分度圓滑動速度不超過6m/s； 4） 減速器的工作環(huán)境溫度為0~40攝氏度，當環(huán)境溫度低于0攝氏度和高于40攝氏度時，潤滑油要相應的加熱和冷卻； 5） 螺桿軸可正，反運轉。 對減速器的選擇進行校核。 （1） 按強度，公式如下 --減速器計算功率（Kw）; --工況系數(shù)，查表37.1-85； --原動機輸出或減速器輸入功率（Kw）; --減速器額定輸入功率（Kw） 又=1.2，=6.1， 所以 所以符合要求 （2）按熱功率校核，輸入功率校核按工作制度來進行，由于滾輪架要經(jīng)常啟動和停止，不需要校核輸入熱功率。 2 渦輪蝸桿的選擇 螺桿傳動用于交錯軸間傳遞運動及動力。通常交錯角為90度。它的主要優(yōu)點為： 渦輪齒數(shù)為傳動比大，工作平穩(wěn)，噪聲低，機構緊湊，可以自鎖。主要缺點：效率低，需要貴重的減摩性有色金屬。 在焊接滾輪架設計中，渦輪蝸桿在第二級減速上，我們已經(jīng)選擇蝸桿的頭數(shù)，渦輪的齒數(shù)為，從機械設計手冊第2版表35.5-6（普通圓柱螺桿傳動的基本參數(shù)及其匹配）中我們選擇相應的裝置，選擇如下，中心距a=160mm，m=6.3,螺桿分度圓直徑為， 3 齒輪的選擇 齒輪傳動類型的選擇原則 1）滿足使用要求，如傳動結構尺寸、重量、功率、速度、傳動比、壽命、可靠性的要求，對以上要求應作全面的、深入的分析、滿足主要的要求兼顧其他。 2）考慮工藝條件，如制造廠的工藝水平、設備條件、生產(chǎn)批量等。 3）考慮合理性、先進性和經(jīng)濟性等。 這里我們選擇漸開線圓柱齒輪， 傳動的效率和功率范圍大；傳動效率高，一對齒輪可達98%~99%，精度愈高，效率愈高;對中心距的敏感性小，裝配和維修比較簡便;可以進行交位切削及各種修形、俢緣，以適用提高傳動質(zhì)量的要求；易于進行精確加工。 由傳動比計算可知，齒輪的齒數(shù)分別為23，23，29，在減速器中，通常取m=(0.007~0.02)a,其中a為中心距，對于傳遞動力的傳動模數(shù)m應不小于2mm,這里選擇模數(shù)均取8mm。 渦輪蝸桿及齒輪的校核在下一章中進行敘述。 有關參數(shù)參考文獻[14] 3.4 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器的類型應根據(jù)使用要求和工作條件來確定。 具體選擇是可以考慮以下幾點； （1）機械類型和傳動系統(tǒng)的配置情況。 （2）所需傳遞轉矩的大小和性質(zhì)以及對緩沖和減震方面的要求，包括在穩(wěn)定工況下云裝的最大轉矩，轉矩的時間特性（瞬時的和連續(xù)的）。 （3）聯(lián)軸器的工作轉速高低和引起的離心力的大小，對于高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯(lián)軸器。 （4）兩軸相對位移的大小和方向，當安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，應選用撓性聯(lián)軸器。 （5）聯(lián)軸器的可靠性、適用壽命和工作環(huán)境，通常由金屬元件制成不需要潤滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完整程度的影響，而且可能污染環(huán)境。 （6）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本，在滿足適用性能的前提下，用選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。 在此焊接滾輪架中，電動機和減速器之間需要一個聯(lián)軸器連接，由于電動機的速度比較快，沖擊比較大，因此我們選擇彈性聯(lián)軸節(jié)。這類聯(lián)軸器都兩軸線的位移有一定的補償作用，又由于我們電動機啟動比較頻繁，傳遞的扭矩不是很大，所以我們選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器的結構與剛性凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有橡膠彈性套的柱銷代替連接螺栓。柱銷中心分布圓直徑 其中是聯(lián)軸器的計算轉矩（）。聯(lián)軸器外徑 其中是軸孔直徑。 從減速器出來和蝸桿連接需要一個聯(lián)軸器，由于此處剛度較大，且無劇烈沖擊。故此我們選用十字滑塊聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器具有撓性，故可以補償兩軸的相對位移。十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉時兩軸間的相對位移?！∵@種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面需要進行熱處理，以提高其硬度；為了減少摩擦及磨損，使用時應從中間盤的油孔中注油進行潤滑。十字滑塊聯(lián)軸器效率 。 式中 --摩擦系數(shù)，一般取為； --為兩軸間徑向位移量； --為軸徑；單位mm 傳動軸與兩端的蝸桿之間需要兩個聯(lián)軸器，由于此處要求嚴格對中，且載荷不大較為平穩(wěn)，所以我們選用套筒聯(lián)軸器，這類聯(lián)軸器就是利用一個公用套筒，以鍵和銷的連接方式將兩根軸連接在一起同步運動，這類聯(lián)軸器目前尚無標準，強度計算按鍵連接或銷連接的方法進行。 3.5