毕业设计(论文)-小型焊接滚轮架的工程设计.doc
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1、常熟理工学院毕业设计(论文) 1 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书 本人郑重声明: 所呈交的本科毕业设计(论文),是本人在导师的指导 下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名: 日期: 常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明 本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的 规定,即:本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常 熟理工学院。学校有权保留并
2、向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和电子版,允许毕业设计(论文)被查阅和借阅;学校可以将毕业设计(论文)的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编毕业设计(论文),并且本人电子文档和纸质论文的内 容相一致。 保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。 本人签名: 日期: 导师签名: 日期: 常熟理工学院毕业设计(论文) 2 小型焊接滚轮架的工程设计 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
3、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。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。本文主要对组合式小型焊接滚轮架 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 常熟理工学院毕业设计(论文) 3 Small welding roller stand Abstract Welding equipment is a machine which is used in welding
4、 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
5、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.
6、, the second category is modular roller frame. In this paper, 4000kg 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 w
7、elded 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 目 录 常熟理工学院毕业设计(论文) 4 1. 方案的选择与确定.1 1.1 滚轮架简介 1 1.2 滚轮架结构特点 1 1.3 焊接滚轮架的设计: 1 1.4 组合式
8、滚轮架特点 3 1.5 结构设计 4 1.6 关于滚轮架轴向窜动的问题 5 1.7 传动方案设计 6 2. 焊接滚轮架的设计与计算.8 2.1 焊接滚轮架主要技术参数: 8 2.2 计算总传动效率 8 2.3 无级变速器的选用: 8 2.4 减速器的选择: 8 2.5 联轴器的选择 9 2.6 滚轮架滚轮的设计 .11 2.7 轴的结构设计 .11 2.8 轴承的选择 .12 2.9 轴承端盖的设计 .13 2.10 丝杆的设计 14 2.11 键的设计 15 2.12 机架的设计 15 2.13 表面粗糙度的计算 16 2.14 驱动圆周力与摩擦阻力的计算: 17 2.15 滚轮支反力的计算
9、 18 2.16 驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定 19 2.17 滚轮轴上载荷与驱动功率的计算 22 2.18 附着力的计算 23 2.19 轴承寿命的计算 24 2.20 轴承的强度计算: 25 常熟理工学院毕业设计(论文) 5 2.21 电动机的选型 26 2.22 普通圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算 27 2.22.1 模数 m 和压力角 a .27 2.22.2 蜗杆的分度圆直径27 d1 2.22.3 蜗杆头数27 Z1 2.22.4 导程角 Y .27 2.22.5 传动比 i 和齿数比 u .28 2.22.6 蜗轮齿数28 z2 2.22.7 蜗杆传动的标准中心距
10、a .28 2.23 轴的校核 30 2.24 焊接滚轮架的底架设计 30 结语31 致谢32 参考文献.33 常熟理工学院毕业设计(论文) 6 第一章第一章 方案的选择和确定方案的选择和确定 1.1 滚轮架简介滚轮架简介 随着焊接生产技术的高速发展,对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高 的要求,焊接机械设备的需求量也越来越大。焊接滚轮架设备正是为满足市场需要 而设计生产的。它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形焊件旋转的机械 装置,主要用于圆筒形焊件的焊接与装配。 焊接滚轮架是借助主动滚轮与工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊接变位 机械。它主要应用于筒形工件的纵向焊缝,环向焊缝的
11、装配和焊接作业,也可以在焊接 滚轮架上进行修整,割孔及探伤等作业。滚轮架是容器生产中最常用的一种工艺装备。 焊接滚轮架按结构形式分为两类。第一类是长轴式滚轮架,主动滚轮装置一根有 电动机驱动,从动轮装在另一公共轴,滚轮中心距一般是可调节,适用于焊接薄壁, 长度大的筒形工件。第二类是组合式滚轮架,主动滚轮架与从动滚轮架各自独立, 可根据工件的长度任意组合,使用方便、灵活、适应性强。是目前应用最广一种的 滚轮架。 1.2 滚轮架结构特点滚轮架结构特点 1)可根据焊件的重量、长度任意组合,使用方便、灵活; 2)在规定的范围内自动调节滚轮中心距,适用不同直径的焊件,圆筒体焊件放 置平稳; 3)采用可控
12、硅供电直流电动机驱动,无级调速,焊速范围大,速度稳定; 4)适用性强,使用广泛; 5)采用组合式滚轮,钢轮外包橡胶,传动平稳,摩擦力大,寿命长; 6)对工件轮压小,可避免工作表面产生冷作硬化。 1.3 焊接滚轮架的设计焊接滚轮架的设计 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,焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。调节方式有两种:一种是自调式的;一
13、 常熟理工学院毕业设计(论文) 7 种是非自调式的。如图 1-1,1-2 图 1-1 自调式焊接滚轮架 图 1-2 非自调式焊接滚轮架 焊接滚轮架按结构形式分为两类: 第一类是长轴式滚轮架(如图 1-3)。滚轮沿两平行轴排列,与驱动装置相连的 一排为主动滚轮,另一排为从动滚轮。长轴式滚轮多是用户根据焊件特点自行设计 制造的,市场可采用的定型产品很少 图 1-3 长轴式滚轮架 第二类是组合式滚轮架(如图 1-4),它的主动滚轮架,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 常熟理工学院毕业设计(论文) 8 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
14、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 1-4 组合式滚轮架 1.4 组合式滚轮架特点组合式滚轮架特点 1)主从动滚轮架各自独立,可根据焊件的重量,长度任意组合,使用方便灵活 滚轮架靠滚轮对的自由摆动或靠丝杠的调节作用在规定范围内调节滚轮中心距,适 用不同直径的焊件,圆筒体焊件放置平稳 2)可无级调速,焊速范围大,速度稳定。 3)为了便于调节滚轮架之间的距离,以适应不同长度焊件的装焊要求,有的滚 轮架上还安有机动或飞机动行走机构,沿轨道行走,调节相互之间的距离。 焊接滚轮架多采用直流电动机驱动,降压调速。这种方式沿用已久,技术很 成熟,电动机的机械特性较硬,启动力矩较大
15、,是目前滚轮架使用最广的拖动调速 方式。缺点是电动机结构复杂,调速范围较窄,一般恒转矩的调速范围为 1:10 左 右低速时的速度不够稳定,有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖动, 变频调速。 近几年随着晶体管变频器性能的完善以及价格的下降,采用交流电动机驱动, 变频调速的滚轮架也日趋增多。其优点是调速范围宽,可达 1:20,转动平滑性好, 低速特性硬。缺点是低速段过载倍数降低 常熟理工学院毕业设计(论文) 9 较大,变频电源的价格也较高。但随着电动机额定功率的增加,价格上升则相对平 缓,所以在重型焊接滚轮架上,采用交流异步电动机拖动和变频调速较为适合。本 次设计的焊接滚轮架吨为 4 吨
16、,采用直流电动机。 为是焊接滚轮架的滚轮间距离调节更为方便,机动性更强,组合更加便利,采 用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是每一主动滚轮均由一台电动机驱动时,应 解决好个滚轮之间的同步问题。由于制造工艺,材料性能等因素的影响,其额定转 速实际上并不一致,因此,要把实测数据较为接近的一组电动机做为焊接滚轮架的 拖动电动机。另外,对重型焊接滚轮架,还应考虑以测速发电机为核心的速度反馈 装置来保证各滚轮转速的同步。 焊接滚轮架的金属滚轮多采用铸铁和合金球磨铸铁制作,其表面热处理硬度约 为 50HRC,滚轮直径多在 200700mm 之间。 国外滚轮架品种很多,系列较全,承载量 11500t,使用焊
17、件直径 18m 的标准 组合式滚轮架(即两个主动轮座与两个从动轮座的组合)均成系列供应。其滚轮线 速度多在 690mh 之间无极可调有的还有防止焊件轴向窜动的功能。 我国已有不少厂家生产焊接滚轮架,最大承载量已达 400t,适用焊件直径可达 6m,滚轮线速度多在 660mh 之间无级调速。防轴向窜动的滚轮架已有生产,但 性能质量尚待提高。 我国在 1990 年颁布了焊接滚轮架的行业标准(ZBJ/T33003-1990)中规定:主 动滚轮的圆周速度应在 660m/h 范围内无级可调,速度波动量按不同的焊接工艺要 求,要低于510,滚轮转速应稳定、均匀,不允许有爬行现象。按 GB150 规 定制造
18、的筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上进行焊接时,在整个焊接过程中允许工 件的轴向窜动量为3mm。传动机构中涡轮副齿轮副等传动零件,应符合国标中的 8 级精度等级。 1.5 结构设计结构设计 结合所设计壳体的实际尺寸,工装采用非自调式滚轮架。 非自调式焊接滚轮架是利用主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动焊件旋转的一种 焊接变位机械,可根据工件直径大小不同,移动滚轮组,调节滚轮中心距。非自调 式焊接滚轮架结构形式如图 1-5 所示。 常熟理工学院毕业设计(论文) 10 图 1-5 非自调式滚轮架 1.底座 2.滚轮架 3.蜗杆减速器 4.电动机 5.联轴器 6.无级变速器 7.滚轮调节装置 1.6 关于滚轮
19、架轴向窜动的问题关于滚轮架轴向窜动的问题 如果滚轮和焊件都是理想的圆柱体,且各滚轮尺寸一致,并且其转动轴线都在 同一水平面内并与焊件轴线平行时,放在滚轮架上的焊件是不会产生轴向窜动的, 这是理想情况。但实际上是不可能做到的,尤其是焊件就不可能做到理想中的圆柱 体。 多次试验证明将主、从滚轮架在水平和轴向上的位置找好,固定下来,下次再 用时仍会窜动。即便是同一个焊件,此时调整后已不再窜动,但换个方向旋转或将 该焊件吊起移动位置后再放到滚轮架上,该焊件又会窜动了,更不用说换另外一个 焊件了。 国内一些工厂采用在焊件端头硬顶的办法,这种办法对设备和焊件都有损害, 实属无奈。国外制作的防窜滚轮架,虽能
20、满足要求,可惜价格较昂贵。 理论和实践都证明:影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线 的平行度。因此,在制造和使用焊接滚轮架时,首先要尽量做到:主、从滚轮架 都位于同一中心线上。各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。滚轮间距 相等。 实际上,焊件在滚轮架上的轴向窜动, 常熟理工学院毕业设计(论文) 11 其焊件本身是在作螺旋运动,如能采取措施,把焊件的左旋及时地改为右旋或将右 旋改为左旋,直至焊件不再作螺旋运动为止。9 目前,已有三种执行机构可完成此任务: (1)顶升式执行机构 从动滚轮架的一侧滚轮可以做升降运动,使焊件轴线发 生偏移,同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化。这种
21、调节方式其优点是调节 灵敏度较高,缺点是制造成本高,体积大。 (2)偏移式执行机构 从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移, 以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。这种调节方式其优点是灵敏度高,但最大的 缺点是对滚轮的磨损太大。 (3)平移式执行机构 从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水 平移动,从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。这种调节方式其 优点是稳定性好,制造成本低,结构简单,不占用额外的安装空间。 1.7 传动方案设计传动方案设计 确定焊接滚轮架方案时,其合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接 方法及工艺确定后,所选夹具结构,首先要能保证焊接工艺的
22、实施。同时,焊件结 构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度,则是确定夹具定位方法、定位基 准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外,还应考虑经济上的因素,使夹具的制造、 使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的,它们之 间往往有联系又有制约,所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析,只 有通盘考虑,才能制定出最佳的设计方案具体确定设计方案时,应联系以下几个方 面进行考虑: 1)焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。 其中形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据,并 且直接影响其几何尺寸的大小;制造精度是选择定位器结
23、构形式和定位器配置方案 以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。 2)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面装配次序、夹紧方 向对夹具结构提出的要求。再如,不同的焊接方扫对夹具提出的要求,像埋弧焊, 可能要求在夹具上设置焊剂垫;电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊;电阻焊 要求夹具本身就是电极之一等。 3)装、焊作业能否在同一夹具上完成,或是需要单独设计装固夹具和焊接夹具。 常熟理工学院毕业设计(论文) 12 焊接滚轮架是采用摩擦接合的机械传动,主要用来焊接圆形工件的环形焊缝。 本设计选用的是非自调式焊接滚轮架,其传动系统如图 1-6 所示。 图 1-6 传动系统示意图 1
24、.电动机 2.无级变速器 3.标准蜗杆减速器 4.蜗杆减速器 5.滚轮 常熟理工学院毕业设计(论文) 13 第二章第二章 焊接滚轮架的计算焊接滚轮架的计算 2.1 焊接滚轮架主要技术参数焊接滚轮架主要技术参数 额定载重量:4t; 工件直径:2501600mm; 滚轮直径:450mm; 滚轮宽度:170mm; 滚轮圆周速度:660mh 2.2 计算总传动效率计算总传动效率 查机械设计手册上册得:蜗轮蜗杆传动效率 1=0.72;轴承传动效率 2=0.99;联轴器效率 3=0.99。总传动效率:总=无极122633。 代入数值得: =0.90.7220.9960.993=0.41 总 2.3 无极变
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