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Seam welding is widely used in oil drums, tin cans, radiator, automobile and aircraft fuel tank, and a jet engine, rocket, missile in sealed container sheet metal welding. This design is mainly aimed at the design of resistance seam welding machine. First, through a resistance seam welding machine structure and principle is analyzed. This analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawing resistance seam welding machine assembly and major parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Keywords: resistance welding; electrode; design; 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2縫焊機(jī)概述 1 1.2.1定義 1 1.2.2縫焊工藝 1 1.2.3種類 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1設(shè)計(jì)要求 4 2.2總體結(jié)構(gòu)方案 4 2.3工作原理分析 5 3 主要零部件的選擇與設(shè)計(jì) 6 3.1縫焊電極的選擇 6 3.2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的選擇 6 3.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型 7 3.2.2電動(dòng)機(jī)容量的選擇 7 3.2.3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 7 3.3減速器的選擇 7 3.3.1減速器類型選擇 7 3.3.2減速器型號(hào)及相關(guān)參數(shù)的確定 10 3.3.3校核計(jì)算 11 3.4加壓液壓缸選擇 12 3.4.1液壓缸的工作壓力的確定 12 3.4.2 內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 13 3.5機(jī)座設(shè)計(jì) 14 4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 4.1電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 16 4.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 4.2.1控制系統(tǒng)方案 16 4.2.2硬件設(shè)計(jì) 17 4.2.3控制流程圖 18 4.2.4 I/O分配表 18 總 結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21 致 謝 22 24 1 緒 論 1.1研究背景及意義 縫焊廣泛應(yīng)用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機(jī)和汽車油箱，以及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、導(dǎo)彈中密封容器的薄板焊接。 縫焊效率高，焊核成型均勻，因此加強(qiáng)對(duì)電阻縫焊機(jī)的研究非常有意義。 1.2縫焊機(jī)概述 1.2.1定義 焊件裝配成搭接或斜對(duì)接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，稱為縫焊?？p焊是用一對(duì)滾盤電極代替點(diǎn)焊的圓柱形電極，與工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)個(gè)熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法?？p焊廣泛應(yīng)用于油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機(jī)和汽車油箱，以及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、導(dǎo)彈中密封容器的薄板焊接。 1.2.2縫焊工藝 （1）焊接電流 縫焊形成熔核所需的熱量來源與點(diǎn)焊相同，都是利用電流通參過焊接區(qū)電阻產(chǎn)生的熱量。在其他條件給定的情況下，焊接電流的，大小決定了熔核的焊透率和重疊量。在焊接低碳鋼時(shí)，熔核平均焊透率為鋼板厚度的30%~70%，以45%~50%為最佳。為了獲得氣密焊縫熔核重疊量應(yīng)不小于15%~20%。 當(dāng)焊接電流超過某一定值時(shí)，繼續(xù)增大電流只能增大熔核的焊透率和重疊量而不會(huì)提高接頭強(qiáng)度，這是不經(jīng)濟(jì)的。如果電流過大，還會(huì)產(chǎn)生壓痕過深和焊縫燒穿等缺陷。 縫焊時(shí)由于熔核互相重疊而引起較大分流，因此，焊接電流通常比點(diǎn)焊時(shí)增大15%~40%。 （2）電極壓力 縫焊時(shí)電極壓力對(duì)熔核尺寸的影響與點(diǎn)焊一致。電極壓力過高會(huì)使壓痕過深，同時(shí)會(huì)加速滾盤的變形和損耗。壓力不足則易產(chǎn)生縮孔，并會(huì)因接觸電阻過大易使?jié)L盤燒損而縮短其使用壽命。 （3）焊接時(shí)間和休止時(shí)間 縫焊時(shí)，主要通過焊接時(shí)間控制熔核尺寸，通過冷卻時(shí)間控制重疊量。在較低的焊接速度時(shí)，焊接與休止時(shí)間之比為1. 25：1 ^}2：1，可獲得滿意結(jié)果。當(dāng)焊接速度增加時(shí)，焊點(diǎn)間距增加，此時(shí)要獲得重疊量相同的焊縫，就必須增大此比例。為此，在較高焊接速度時(shí)，焊接與休止時(shí)間之比應(yīng)為3：1或更高。 （4）焊接速度 焊接速度與被焊金屬、板件厚度以及對(duì)焊縫強(qiáng)度和質(zhì)量的要求等有關(guān)。通常在焊接不銹鋼、高溫合金和有色金屬時(shí)，為了避免飛濺和獲得致密性高的焊縫，必須采用較低的焊接速度。 焊接速度決定了滾盤與板件的接觸面積，以及滾盤與加熱部位的接觸時(shí)間，因而影響了接頭的加熱和散熱。當(dāng)焊接速度增大時(shí)，為了獲得足夠的熱量，必須增大焊接電流。過大的焊接速度會(huì)引起板件表面燒損和電極粘附，因此即使采用外部水冷卻，焊接速度也要受到限制。 1.2.3種類 （1）連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)縫焊機(jī) 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)縫焊機(jī)是指焊接過程中滾輪電極連續(xù)旋轉(zhuǎn)、焊接電流連續(xù)或斷續(xù)通過的縫焊機(jī)。斷續(xù)通電連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)縫焊機(jī)在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，焊接電流可采用工頻交流或電容貯能電流波形，用于有密封性(氣密、水密和油密)要求的黑色金屬縫焊，縫焊速度一般為0. 5~4. 3m /min。 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)縫焊機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由電動(dòng)機(jī)、減速器〔渦桿減速器、一齒差減速器或諧波減速器等)、萬向軸以及調(diào)速裝置(無級(jí)變速器、直流電動(dòng)機(jī)或滑動(dòng)離合器等)組成。 交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)、渦桿渦輪及正齒輪對(duì)減速后，由萬向軸帶動(dòng)下滾輪電極旋轉(zhuǎn)。滾輪電極的轉(zhuǎn)速可通過改變摩擦輪與皮帶輪間的中心距均勻調(diào)節(jié)。將二級(jí)皮帶輪反向安裝，可得到輔助調(diào)節(jié)口一齒差減速器和諧波減速器等皆為新型減速機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是體積小、減速比大、承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。 （2）斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)縫焊機(jī) 斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)(步進(jìn))縫焊機(jī)的特點(diǎn)是滾輪電極斷續(xù)旋轉(zhuǎn)，焊接電流只在電極與工件皆靜止時(shí)通過步進(jìn)縫焊機(jī)焊接質(zhì)量高，可提供直流沖擊波、三相低頻和次級(jí)整流等焊接電流波形，用以制造鋁合金、鎂合金等密封焊縫。但這類焊機(jī)的縫焊速度一般較低，僅為0.2-0.6m/min。 現(xiàn)代步進(jìn)縫焊機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有氣動(dòng)式和磁力離合器式兩種口氣動(dòng)步進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以獲得較大的扭矩，但氣缸經(jīng)常放氣會(huì)造成噪聲，機(jī)頭也會(huì)因活塞的運(yùn)動(dòng)而發(fā)律振動(dòng)。磁力離合器工作時(shí)噪聲小，振動(dòng)也小。 （3）萬能繼焊機(jī) 萬能縫焊機(jī)是一種多功能縫焊機(jī)，可以進(jìn)行縱向縫焊和橫向縫焊。功能強(qiáng)的萬能焊機(jī)還可實(shí)現(xiàn)上滾輪或下滾輪電極為主動(dòng)的任意選定，以及滾輪電極的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)等。 通常，萬能縫焊機(jī)的上電極可作90°旋轉(zhuǎn)，而下電極和下電極臂有兩套，一套用于橫向，另一套用于縱向，可根據(jù)需要互換。若下電極也能作90°旋轉(zhuǎn)，則用一套下電極便可。 萬能縫焊機(jī)是一種磁力離合器式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由直流電動(dòng)機(jī)(晶閘管無級(jí)調(diào)速)、快速磁力離合器(動(dòng)作頻率250次/分)、渦輪減速器、齒輪減速器、分配箱和萬向軸等組成。當(dāng)萬向軸與上滾輪或下滾輪電極的軸端(軸8)相連時(shí)，焊機(jī)可用于橫焊;若將滾輪電極的軸端轉(zhuǎn)過90°，并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給軸9，則可實(shí)現(xiàn)縱焊。 圖1-1 縱向縫焊機(jī) 圖1-2 橫向縫焊 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 縫焊機(jī)是以旋轉(zhuǎn)的圓盤狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。 本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種電阻縫焊機(jī)，主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。 （1）電極壓力介于5-10KN； （2）焊接速度范圍：1-3m/min； （3）電極最大行程為100mm 2.2總體結(jié)構(gòu)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定如下設(shè)計(jì)方案：由機(jī)座、上下臂、壓緊缸、上下電極、驅(qū)動(dòng)工件前進(jìn)的電機(jī)組成。 圖2-1電阻縫焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案 2.3工作原理分析 縫焊接頭形成過程（斷續(xù)）縫焊時(shí)，每一焊點(diǎn)同樣要經(jīng)過預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶三個(gè)階段。但由于縫焊時(shí)滾輪電極與焊件間相對(duì)位置的迅速變化，使此三階段不像點(diǎn)焊時(shí)區(qū)分的那樣明顯。可以認(rèn)為： 1) 在滾輪電極直接壓緊下，正被通電加熱的金屬，系處于“通電加熱階段”。 2) 即將進(jìn)入滾輪電極下面的鄰近金屬，受到一定的預(yù)熱和滾輪電極部分壓力作用，系處在“預(yù)壓階段”。 3) 剛從滾輪電極下面出來的鄰近金屬，一方面開始冷卻，同時(shí)尚受到滾輪電極部分壓力作用，系處在“冷卻結(jié)晶階段”。因此，正處于滾輪電極下的焊接區(qū)和鄰近它的兩邊金屬材料，在同一時(shí)刻將分別處于不同階段。而對(duì)于焊縫上的任一焊點(diǎn)來說，從滾輪下通過的過程也就是經(jīng)歷“預(yù)壓—通電加熱—冷卻結(jié)晶”三階段的過程。由于該過程是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，預(yù)壓和冷卻結(jié)晶階段時(shí)的壓力作用不夠充分，應(yīng)使縫焊接頭質(zhì)量一般比點(diǎn)焊時(shí)差，易出現(xiàn)裂紋、縮孔等缺陷。 圖2-1電阻縫焊機(jī)原理圖 3 主要零部件的選擇與設(shè)計(jì) 3.1縫焊電極的選擇 縫焊接頭的形成本質(zhì)上與點(diǎn)焊相同，因而影響焊接質(zhì)量的諸晌素也是類似的。主要有焊接電流、電極壓力、焊接時(shí)間、休止時(shí)扣、焊接速度和滾盤直徑等。 縫焊用的電極是圓形滾輪，滾輪直徑一般為50至600毫米，常用的直徑為180至250毫米。滾輪厚度為10至20毫米，接觸表面形狀有圓柱面和圓弧面兩種，個(gè)別情況下采用圓錐面。圓柱面滾輪廣泛用于焊接各種鋼和高溫合金，圓弧面滾輪因易于散熱壓痕過度均勻，常用于輕合金焊接。 滾盤通常采用外部冷卻方式。焊接有色金屬和不銹鋼時(shí)，用清潔的自來水即可，焊接一般鋼時(shí)，為防止生銹，常用含5%硼砂的水溶液冷卻。滾盤有時(shí)也采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻，特別是焊接鋁合金的焊機(jī)，但其構(gòu)造要復(fù)雜得多。 考慮到設(shè)計(jì)要求（1）電極壓力介于5-10KN；（2）焊接速度范圍：1-3m/min；（3）電極最大行程為100mm。本次選用直徑為200毫米，厚度為15毫米，接觸表面形狀為圓柱面的縫焊電極，其結(jié)構(gòu)尺寸如下圖3-1所示。 圖3-1 縫焊電極 3.2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的選擇 3.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型 電動(dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件。因?yàn)槭覂?nèi)工作，運(yùn)動(dòng)載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 3.2.2電動(dòng)機(jī)容量的選擇 根據(jù)縫焊機(jī)常用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率3KW，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為3KW。 3.2.3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求焊接速度為1-3m/min； 縫焊用的電極是圓形滾輪，本次取電極直徑D=200mm，則滾輪轉(zhuǎn)速： 一齒差減速器傳動(dòng)比為： 所以電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的推薦值為： 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000r/min。 綜合考慮傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速750r/min的電機(jī)。 型號(hào)為Y100L2-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率3。 3.3減速器的選擇 3.3.1減速器類型選擇 減速器的種類很多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐一圓柱齒輪減速器；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。 常用減速器的型式和應(yīng)用： （1）單級(jí)圓柱齒輪減速器 i≤8～10 轉(zhuǎn)齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低（ν≤8m/s)載荷較輕的轉(zhuǎn)動(dòng)；斜齒輪用于速度較高的傳動(dòng)，人字齒輪用于載荷較重的傳動(dòng)中，箱體通常用鑄鐵做成，單件或小批生產(chǎn)有時(shí)采用焊接結(jié)構(gòu)。軸承一般采用滾動(dòng)軸承，重載或特別高速時(shí)采用滑動(dòng)軸承。其他型式的減速器與此類同 （2）兩級(jí)圓柱齒輪減速器 展開式：i=8～60 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、但齒輪相對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。高速級(jí)一般做成斜齒，低速級(jí)可做成直齒 分流式：i=8～60 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。中間軸危險(xiǎn)截面上的轉(zhuǎn)矩只相當(dāng)于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩的一半。適用于變載荷的場(chǎng)合。高速級(jí)一般用斜齒，低速級(jí)可用直齒或人字齒 同軸式：i=8～60 減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸大和重量較大，且中間軸較長(zhǎng)、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻。高速軸的承載能力難于充分利用 同軸分流式：i=8～60 每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小 （3）三級(jí)圓柱齒輪減速器 展開式：i=40～400 同兩級(jí)展開式 分流式：i=40～400 同兩級(jí)分流式 單級(jí)圓錐齒輪減速器：i=8～10 齒輪可做成直齒、斜齒或曲線齒。用于兩軸垂直相交的傳動(dòng)中，也可用于兩軸垂直相錯(cuò)的傳動(dòng)中。由于制造安裝復(fù)雜、成本高，所以僅在傳動(dòng)布置需要時(shí)才采用 兩級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器 直齒圓錐齒輪：i=8～22 斜齒或曲線齒錐齒輪：i=8～40 特點(diǎn)同單級(jí)圓錐齒輪減速器，圓錐齒輪應(yīng)在高速級(jí)，以使圓錐齒輪尺寸不致太大，否則加工困難 三級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器：i=25～75 同兩級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器 （4）單級(jí)蝸桿減速器 蝸桿下置式：i=10～80 蝸桿在蝸輪下方嚙合處的冷卻和潤(rùn)滑都較好，蝸桿軸承潤(rùn)滑也方便，但當(dāng)蝸桿圓周速度高時(shí)，攪油損失大，一般用于蝸桿圓周速度ν＜10m/s的場(chǎng)合 蝸桿上置式：i=10～80 蝸桿在蝸輪上，蝸桿的圓周速度可高些，但蝸桿軸承潤(rùn)滑不太方便 單級(jí)蝸桿減速器：i=10～80 蝸桿在蝸輪側(cè)面，蝸輪軸垂直布置，一般用于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng) 兩級(jí)蝸桿減速器：i=43～3600 傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，但效率低，為使高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)浸油深度大致相等可取 兩級(jí)齒輪-蝸桿減速器：i=15～480 有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸桿傳動(dòng)在高速級(jí)兩種型式。前者結(jié)構(gòu)緊湊，而后者傳動(dòng)效率高 （5）行星齒輪減速器 單級(jí)NGW：i=2.8～12.5 與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸，重量輕，但制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在要求結(jié)構(gòu)緊湊的動(dòng)力傳動(dòng)中應(yīng)用廣泛。 兩級(jí)NGW：i=14～160 同單級(jí)NGW型，與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸，重量輕，但制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在要求結(jié)構(gòu)緊湊的動(dòng)力傳動(dòng)中應(yīng)用廣泛。 根據(jù)市場(chǎng)上的產(chǎn)品我們進(jìn)行選型對(duì)比。我們選取的減速機(jī)為行星擺線針輪減速機(jī)。 擺線針輪減速機(jī)是一種比較新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其獨(dú)特的平穩(wěn)結(jié)構(gòu)在許多情況下可替代普通圓柱齒輪減速機(jī)及蝸輪蝸桿減速機(jī)，因?yàn)樾行菙[線減速機(jī)具有高速比和高效率、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低、使用可靠、壽命長(zhǎng)、設(shè)計(jì)合理，維修方便，容易分解安裝等特點(diǎn)。 （1）傳動(dòng)比大。一級(jí)減速時(shí)傳動(dòng)比為1/6--1/87；兩級(jí)減速時(shí)傳動(dòng)比為1/99--1/7569；三級(jí)傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比為1/5841--1/658503。另外根據(jù)需要還可以采用多級(jí)組合，速比達(dá)到指定大。 （2）傳動(dòng)效率高。由于嚙合部位采用了滾動(dòng)嚙合，一般一級(jí)傳動(dòng)效率為90%--95%。 （3）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。體積和普通圓柱齒輪減速機(jī)相比可減小1/2--2/3。 （4）故障少、壽命長(zhǎng)。主要傳動(dòng)嚙合件使用軸承鋼磨削制造，因此機(jī)械性能與耐磨性能均佳，又因其為滾動(dòng)摩擦，因而故障少、壽命長(zhǎng)。 （5）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動(dòng)過程中為多齒嚙合，所以使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。 （6）拆裝方便，容易維修。 （7）過載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻繁和正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。 我們通過對(duì)相關(guān)減速機(jī)廠家進(jìn)行檢索，從網(wǎng)絡(luò)查到相關(guān)減速機(jī)的數(shù)據(jù)如下表。 3.3.2減速器型號(hào)及相關(guān)參數(shù)的確定 減速比計(jì)算 根據(jù)已知條件：根據(jù)設(shè)計(jì)要求焊接速度為1-3m/min； 縫焊用的電極是圓形滾輪，本次取電極直徑D=200mm，則滾輪轉(zhuǎn)速： 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 則輪減速器的傳動(dòng)比為： 由于此減速器用于料臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，初選減速器型號(hào)為CWS，為標(biāo)準(zhǔn)形式，風(fēng)扇冷卻。根據(jù)小車使用的已知條件，即原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，輸入轉(zhuǎn)速n=960r/min、輸出轉(zhuǎn)矩T=1000N.m啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T=3000N.m、公稱傳動(dòng)比i=40、輸出軸軸端負(fù)荷F=5000N，每日工作16小時(shí)，每小時(shí)啟動(dòng)25次，每次運(yùn)轉(zhuǎn)1min，工作環(huán)境溫度為30c 由已知條件，工作機(jī)為運(yùn)輸機(jī)，屬中等沖擊載荷 原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，每日工作16h，由表16-1-74（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第3卷，成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社）查得每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間系數(shù)f=1.25 每小時(shí)啟動(dòng)25次，由表16-1-75（手冊(cè)同上）查得啟動(dòng)頻率系數(shù)f=1.1 每小時(shí)載荷率J=×100﹪=42﹪， 由表16-1-76（手冊(cè)同上）查得小時(shí)負(fù)荷率系數(shù)f=0.78 工作環(huán)境溫度為30c由表16-1-77（手冊(cè)同上）查得f=1.14 減速器型號(hào)為CWS，由表16-1-78（手冊(cè)同上）查得f=1 風(fēng)扇冷卻的熱損耗系數(shù)，由表16-1-79（手冊(cè)同上）查得f=1 3.3.3校核計(jì)算 （1）減速器強(qiáng)度的校核 按機(jī)械強(qiáng)度和熱極限強(qiáng)度公式計(jì)算出輸出轉(zhuǎn)矩值： T=Tff=1000×1.25×1.1=1375N.m T=Tffff=1000×0.78×1.14×1×1=886.9N.m 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，機(jī)械強(qiáng)度大于熱極限強(qiáng)度，故應(yīng)按T=1375N.m進(jìn)行選擇。 輸出軸轉(zhuǎn)速n==24r/min 由表16-1-72（手冊(cè)同上）查得最接近的減速器為a=125㎜，T= 1400N.m略大于要求值，符合要求。 （2）減速器輸出軸軸端負(fù)荷的校核 減速器輸出軸軸端許用負(fù)荷取決于蝸輪軸的轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)矩按下列公式計(jì)算 F=f.R F= f.A 式中F-----輸出軸軸端徑向許應(yīng)負(fù)荷 F-----輸出軸軸端軸向許應(yīng)負(fù)荷 f-----速度系數(shù) R------徑向載荷系數(shù) A------軸向載荷系數(shù) 1）校核減速器輸出軸軸端軸向許應(yīng)載荷 由表16-1-72（手冊(cè)同上）查得速度系數(shù)f=0.7 由表16-1-73（手冊(cè)同上）查得軸向載荷系數(shù)A=10200N F= f×A=0.7×10200=7140N，計(jì)算所得結(jié)果大于要求值，滿足要求。 2）校核許應(yīng)尖峰載荷T T=1400×2.5=3500N.m，計(jì)算所得結(jié)果大于3000N.m滿足要求 3.4加壓液壓缸選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求縫焊機(jī)工作時(shí)兩滾輪需要對(duì)焊件加壓，且電極壓力及行程要求如下： （1）電極壓力介于5-10KN； （2）電極最大行程為100mm。 3.4.1液壓缸的工作壓力的確定 執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型了確定（見表3-1和表3-2）。 表3-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負(fù)載/ KN <5 510 1020 2030 3050 >50 工作壓力/MPa <0.81 1.52 2.53 34 45 ≥5 表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備 類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型 工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型 機(jī)械等 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 工作壓力 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 所設(shè)計(jì)的電極壓力其值為5~10KN，參考表3-1和表3-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力。 在焊接到末端時(shí)，為了防止負(fù)載突然消失而產(chǎn)生的電極頭前沖，液壓缸回油腔應(yīng)有一定的背壓，查液壓工程手冊(cè)，取背壓為。 表3-3 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值 系 統(tǒng) 類 型 背壓p1 （MPa） 中、低壓系統(tǒng)0~8MPa 簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.5~0.8 回油路帶背壓閥 0.5~1.5 采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路 0.8~1.5 中高壓系統(tǒng)＞8~16MPa 同上 比中低壓系高50%~100% 高壓系統(tǒng)＞16~32MPa 如鍛壓機(jī)等 出算可忽略 3.4.2 內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動(dòng)連接滿足快進(jìn)速度的要求，且往復(fù)快速運(yùn)動(dòng)速度相等，這樣就給液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了的關(guān)系。由此求得液壓缸無桿腔面積為: 活塞桿直徑可以由值算出，由計(jì)算所得的D與d的值分別按表3-4和表3-5圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。 表3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值 表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由GB/T2348-1980查得標(biāo)準(zhǔn)值為D=80mm，d=56mm。 3.5機(jī)座設(shè)計(jì) 機(jī)器中的部件或大型零部件都應(yīng)有機(jī)座支承，各種傳動(dòng)件也必須加以保護(hù)并與外界隔開，避免零件損傷或造成人身或設(shè)備的安全事故，所以也應(yīng)有箱體或殼體加以保護(hù)并支承各傳動(dòng)件。機(jī)器這樣一種零件，它能支承零件或部件并保護(hù)它們之間的聯(lián)系，以及包容傳動(dòng)件的箱體等統(tǒng)稱為機(jī)架零件，如機(jī)器中的箱體，儀器儀表的殼體，機(jī)床的床身，立柱，其他機(jī)器中的底座及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體等[16]。 （1）機(jī)架的分類及特點(diǎn) a. 鑄造機(jī)架：主要材料是鑄鐵，有時(shí)也用鑄鋼或鑄鋁合金。鑄造機(jī)架形狀可以比較復(fù)雜，鑄造工藝較成熟，毛坯重量較好。 b. 焊接機(jī)架：由鋼板和型鋼或鍛件和型鋼組合焊接而成。重量輕，生產(chǎn)周期短，單件小批量生產(chǎn)中常用。 c. 非金屬機(jī)架：包括混凝土預(yù)應(yīng)力機(jī)架，花崗巖機(jī)架或塑料機(jī)架。 根據(jù)實(shí)際需要?dú)飧诅衲C(jī)常用鑄造機(jī)架，材料為HT200[17]。 （2）鑄造機(jī)架實(shí)際要求 鑄造機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素，既要保證工作性能，又工藝性能好，合理的結(jié)構(gòu)是在最小重量條件下具有最好的剛度和強(qiáng)度，所以焊接機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括三方面的要求： a. 剛度：機(jī)架的剛度包括靜剛度和動(dòng)剛度，靜剛度限制外力作用下的變形量，動(dòng)剛度主要是指機(jī)架的抗振能力及抗熱變形能力。 b. 強(qiáng)度：要求在最大的外載荷（包括突然性載荷）作用下，保證機(jī)架不出現(xiàn)損壞，機(jī)架的強(qiáng)度包括靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 c. 穩(wěn)定性：包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和精度穩(wěn)定性。 除此之外，還應(yīng)特別注意機(jī)架連接時(shí)的形位誤差，力求穩(wěn)定的同時(shí)，保證工件的加工精度。 根據(jù)上述分析，本次選用鑄造機(jī)架。 4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中,許多自動(dòng)控制設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線,均需要配備電氣控制裝置.電氣控制裝置的輸入輸出信號(hào)可分為兩類:一類為, 開關(guān)量或數(shù)字信號(hào),輸入信號(hào)有按鈕、開關(guān)、時(shí)間繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、過電流過電壓繼電器;輸出信號(hào)有接觸器、繼電器、電磁閥.另一類其輸入信號(hào)是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等信號(hào),輸出信號(hào)是輸出電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥、距離、速度等控制信號(hào). 以往的電氣控制裝置主要采用繼電器、接觸器、或電子元器件來實(shí)現(xiàn),由連接導(dǎo)線將這些元器件按照一定的工作程序組合在一起,以完成一定的控制功能,稱為接線程序控制.接線程序控制的電氣裝置體積大,生產(chǎn)周期長(zhǎng),費(fèi)工費(fèi)時(shí),接線復(fù)雜,故障率高,可靠性差,需要經(jīng)常地、定時(shí)地進(jìn)行檢修維護(hù).控制功能略加變動(dòng),就需重新進(jìn)行硬件組合、增減元器件、改變接線.由于生產(chǎn)的快速發(fā)展,人們對(duì)自動(dòng)控制裝置提出了更通用、更靈活、更可靠的要求.現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng),可編程序控制器即PLC以廣泛取代接線程序控制系統(tǒng).PLC是利用計(jì)算機(jī)作為核心設(shè)備,用存儲(chǔ)的程序控制代替的原來的接線程序控制,并且有較大的存儲(chǔ)能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口.這種系統(tǒng)不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)等功能,而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過程控制、遠(yuǎn)程控制等.通過網(wǎng)絡(luò)可以與上位機(jī)通信,配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、彩色圖像系統(tǒng)的操縱臺(tái),可以管理、控制生產(chǎn)線、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)車間或整個(gè)工廠,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠的全面要求。 4.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.2.1控制系統(tǒng)方案 設(shè)備控制要求:本設(shè)備用于焊接直縫,焊接時(shí)工件固定不動(dòng)，送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源兩者需同步啟動(dòng)、停止，且保護(hù)氣體要先于送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源.且操作方式能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng) 切換.焊接過程中,輸送二氧化碳?xì)怏w保護(hù)氣,有設(shè)備的氣路系統(tǒng)供應(yīng). 控制方案:焊接設(shè)備控制系統(tǒng)原理圖,如圖（11） 圖（11）焊接設(shè)備控制系統(tǒng)原理圖 動(dòng)作順序: （1）手從零件中取出工件放在V型塊上，然后用專用夾具夾緊，準(zhǔn)備焊接。 （2）移動(dòng)焊槍,焊矩與工件位置由手輪調(diào)整. （3） 按動(dòng)啟動(dòng)按鈕,氣路系統(tǒng)開始向焊接區(qū)送入二氧化碳保護(hù)氣體.兩秒鐘后,主電機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源三者同時(shí)啟動(dòng),開始焊接. （4） 在焊接過程中,由行程開關(guān)檢測(cè)焊接終點(diǎn)位置,當(dāng)焊槍移動(dòng)到焊接終點(diǎn)位置時(shí),行程開關(guān)給PLC一個(gè)信號(hào),主電機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源停. （5）以上步驟全部正確操作完畢,此焊接工序結(jié)束. 4.2.2硬件設(shè)計(jì) 這是一個(gè)單體控制的小系統(tǒng),沒有特殊的控制要求,開關(guān)量輸入點(diǎn)有17個(gè)（自動(dòng)保護(hù)開關(guān)、復(fù)位、手動(dòng)/自動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)/停止、行程開關(guān)、限位開關(guān)），開關(guān)量輸出點(diǎn)有10個(gè)（三個(gè)狀態(tài)指示燈、六個(gè)接觸器、四個(gè)時(shí)間繼電器等），輸入輸出點(diǎn)共為27個(gè)。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器。本焊接設(shè)備需要不斷改進(jìn)，來提高焊接工藝。固在這里我們留出一些輸入輸出點(diǎn)，以備系統(tǒng)改進(jìn)用。本設(shè)備選用環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的西門子公司（SIEMENS）生產(chǎn)的PLC，S7-200型。輸入/輸出點(diǎn)總共為40個(gè)，其中輸入點(diǎn)為24個(gè)，輸出點(diǎn)為16個(gè)。該設(shè)備的總體控制系統(tǒng)原理圖如附圖 4.2.3控制流程圖 本程序設(shè)計(jì)中不但要求能夠自動(dòng)控制,而且自動(dòng)/手動(dòng)可切換.本控制的原始條件是主電機(jī)、送絲機(jī)、焊接電源均未啟動(dòng),工作臺(tái)上沒裝工件,所有控制部分均處于原為狀態(tài),電源指示燈綠燈亮. 圖（12）控制流程圖 4.2.4 I/O分配表 在這里為了便于編制、便于閱讀程序,建立一個(gè)I/O分配表,使輸入輸出變量所表示的內(nèi)容與其變量地址一一對(duì)應(yīng)起來.在編程時(shí),將每個(gè)變量地址表示內(nèi)容注在注釋中.本焊接控制系統(tǒng)I/O分配表,見表(4). 序號(hào) 名稱 地址 注釋 1 急停 I0.0 “1”有效 2 過電流保護(hù) I0.1 “1”有效 3 左限位開關(guān) I0.2 “1”有效 4 右限位開關(guān) I0.3 “1”有效 5 自動(dòng)開關(guān) I0.4 “1”有效 6 手動(dòng)開關(guān) I0.5 “1”有效 7 手動(dòng)送氣啟動(dòng)開關(guān) I0.6 “1”有效 8 手動(dòng)送氣停止開關(guān) I0.7 “1”有效 9 自動(dòng)左進(jìn)開關(guān) I1.0 “1”有效 10 左行程開關(guān) I1.1 “1”有效 11 自動(dòng)停止開關(guān) I1.2 “1”有效 12 左進(jìn)反接電阻信號(hào) I1.3 “1”有效 13 手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)左進(jìn)開關(guān) I1.4 “1”有效 14 自動(dòng)右進(jìn)開關(guān) I1.5 “1”有效 15 右行程開關(guān) I1.6 “1”有效 16 右進(jìn)反接電阻信號(hào) I1.7 “1”有效 17 手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)右進(jìn)開關(guān) I2.0 “1”有效 18 電源指示燈 Q0.0 “1”有效 19 自動(dòng)指示燈 Q0.1 “1”有效 20 手動(dòng)指示燈 Q0.2 “1”有效 21 手動(dòng)送氣 Q0.3 “1”有效 22 左進(jìn)電機(jī)啟動(dòng) Q0.4 “1”有效 23 自動(dòng)送氣延時(shí)停止 Q0.5 “1”有效 24 左進(jìn)切除反接電阻 Q0.6 “1”有效 25 右進(jìn)電機(jī)啟動(dòng) Q0.7 “1”有效 26 自動(dòng)送氣延時(shí)停止 Q1.0 “1”有效 27 右進(jìn)切除反接電阻 Q1.1 “1”有效 表（4）控制系統(tǒng)I/O分配表 以上為本控制系統(tǒng)用到的所有內(nèi)存地址單元,為了便于閱讀程序,本程序采用梯形圖語言表示.采用的編程軟件STEP7-Micro/WIN32來編寫程序.并且通過本編程軟件可以實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表兩種語言之間的轉(zhuǎn)換,可以更好的閱讀理解程序. 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)中所學(xué)知識(shí)的回顧，是對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，鍛煉了我們的獨(dú)立思考能力、獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力、畫圖能力，更是從課本中的理論知識(shí)到生產(chǎn)實(shí)際的轉(zhuǎn)變。 在這之前，雖然經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)學(xué)到了很多知識(shí)，但是還沒有機(jī)會(huì)來運(yùn)用和掌握這些東西。通過這次實(shí)踐，我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程都有了全面的了解，設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓(xùn)練和提高，也使我對(duì)機(jī)械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅(jiān)定了我從事機(jī)械行業(yè)的信心。設(shè)計(jì)初期，我去圖書館的網(wǎng)站內(nèi)下載了許多相關(guān)的文獻(xiàn)資料，然后開始準(zhǔn)備我的開題報(bào)告、任務(wù)書和文獻(xiàn)綜述。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了很多困難，經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)修改才把總體方案給確定下來，開始畫圖等工作。設(shè)計(jì)期間得到了我的指導(dǎo)老師的幫助，我覺得從與老師的溝通過程中，我能學(xué)到很多東西，老師可以從另外一個(gè)角度來啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵(lì)和指導(dǎo)。由于本人知識(shí)水平有限，又沒有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中定存在不足之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見，以便及時(shí)糾正。 參考文獻(xiàn) [1] 邱宣懷. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 第4版. 北京：高等教育出版社，1997 [2] 王明強(qiáng).機(jī)械設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007. 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[10] 曾樂主編.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993. 致 謝 四年大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育的一個(gè)重要的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)離不開各位老師和同學(xué)的幫助。 首先應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師，在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，他工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我十分敬佩。此外，他對(duì)待學(xué)生和藹可親，不厭其煩的為學(xué)生解決設(shè)計(jì)中遇到的困難，指導(dǎo)我們?nèi)绾卫砬逅悸?，順利的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，給予我精心的指導(dǎo)與幫助，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)付出了辛勤的勞動(dòng)，傾注了大量時(shí)間和精力。沒有老師的幫助就沒有今天的設(shè)計(jì)成果，在此向他表示誠摯的敬意和衷心的感謝。 通過這次設(shè)計(jì)使我意識(shí)到遇到問題首先應(yīng)該獨(dú)立思考問題并解決問題，同時(shí)在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠的感謝，同時(shí)也感謝在設(shè)計(jì)過程中幫助過我的老師和同學(xué)。 最后，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進(jìn)步，感謝你們?cè)诖髮W(xué)四年里給予我的所有關(guān)心和幫助。