机械毕业设计一种焊接设备翻转机构设计含全套CAD图纸.docx

1、 目录 摘要 .III ABSTRACT.IV 目录 .V 1 绪论 .1 1 1 1 1 .1课来题源及研究的目的和意义 .1 .2国内外设备目前的发展状况 .1 .3课题研究方法和手段 .1 .4课题应达到的基本要求 .2 1 .4.1翻转机构设计指导思想 .2 .5设计任务书的基本要求 .2 1 2 翻转机构整体方案设计 .3 2 .1总体设计方案 .3 2 2 .1.1设计目的 .3 .1.2设计原理 .3 2 .2翻转机构系统概述 .5 2 2 2 .2.1翻转机构系统组成 .5 .2.2翻转机构的工作原理 .5 .2.3翻转机构的功能要求 .5 2 .3翻转机构总体方案设计与比较

2、.5 2 2 .3.1翻转机构总体方案设计 .5 .3.2翻转机构的比较选择 .8 3 翻转机构结构零部件的设计 .9 3 .1机构框架设计 .9 3 3 .1.1框架结构材料 .9 .1.2结构的成形方式 .10 3 .2翻转机构轴的设计 .10 3 3 .2.1轴径的确定 .12 .2.2轴的结构设计 .12 3 3 .3踏板、转盘及手轮的设计 .15 .4平衡块的设计 .16 4 标准件的选用 .16 4 .1轴承的选择 .17 4 4 4 .1.1轴承的基本概念 .17 .1.2滚动轴承的主要类型、比较和选择 .17 .1.3轴承型号的确定 .20 V 4 .1.4轴承的寿命 .22

3、4 .2其它标准件选用 .22 4 4 4 4 4 4 .2.1轴承座的选用 .22 .2.2轴套的选用 .23 .2.3开口销的选用 .25 .2.4压 簧的选用 .26 .2.5垫片的选用 .26 .2.6键的选用 .27 5 翻转机构的焊接与装配 .29 5 .1框架的焊接 .29 5 5 5 5 .1.1选择焊接方法 .29 .1.2确定焊接的形状、尺寸和下料方法 .29 .1.3确定焊接接头、坡口形式和坡口边缘的加工方法 .30 .1.4焊接方案的确定 .30 5 .2零部件的装配 .30 5 5 5 5 .2.1机器装配的基本概念 .30 .2.2零件在装配中连接种类 .31 .2

4、.3装配方法 .32 .2.4装配方案的确定 .33 5 结论 .33 致谢 .34 参考文献 .35 VI 一种焊接翻转机构设计 1 绪论 1 .1课来题源及研究的目的和意义 技术进步的最重要和最有效的发转方向之一就是实现生产的过程，其中包括焊接过程 的全盘机械化和自动化。 在焊接过程中，焊接工作本身所占的工作量不会超过总工作量的 25%30%，剩余的工 作就是装配及其它的工作，其中包括运输及其它辅助工作，如工件调试、修整、检测等。 在工件制作过程中，我们必须多次绕其水平轴翻转工件，这个翻转工作用翻转台来实现是 最合理、最有效、最安全的。 运用焊接翻转台可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、

5、确保得到高品质的产品。 这是因为使用翻转台可以扩大自动焊的应用，可以使焊接工作总是在方便的位置下进行， 甚至可以提高工作的安全性，因为翻转台能使最危险的操作 翻转工件实现机械化。 在缸体的生产过程中，用焊接方法制造更为有利。同时，在焊接生产加工中，当缸体 完成组对并进行一面的焊接后，需要将其翻转，以便焊接另一面。但由于缸体体积大、重 量重，人工很难翻转，所以需要专用的设备，尤其是在大批量生产中，就更需要一种翻转 提升机构来完成这一操作，以提高生产效率。缸体翻转提升机就是应用在这种场合下的设 备。 1 .2国内外设备目前的发展状况 对于翻转机构，现在已有很多的形式。如有框架式、头尾架式、链式、环

6、式、推举式 等。并已在实际生产中用于各种工件的翻转。目前国内还未对各种形式的翻转机制订出系 列标准，但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机，并成系列。 另外，配合焊接机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产。它们都是 点位控制，控制点数以使用要求而定，但多为 2点 (每隔 180) 、 4点（每隔 90 ）、 8点（每 隔 45 ）控制，翻转速度以恒速的为多，但也有变速的。翻转机与机器人联机按程序动 作，载重量多在 20 3000Kg之间。例如我国汽车、摩托车等制造行业使用的弧焊机器人 加工中心，已经成功的采用国产头尾架式的焊接翻转机，由于恒定速度的翻转，点以电磁 制动和汽缸锥销强制定位

7、，所以多采用交流电动机、普通齿轮副减速，机械传动系统的制 作精度比轨迹控制的低 1到 2级，造价便宜。 今天，随着市场需求的增加，人们对制作更加通用的机械化工具的需求日益增长，前 苏联重型机械制作工艺研究院科学生产联合公司设计制造了带两个驱动支架、翻转与焊接 同步进行的双支架翻转台，用于焊接非刚性金属构件。杠杆 链式翻转台已经开始上市， 这种翻转台能够方便的安装在生产长条形工件的流水线上。 1 无锡太湖学院学士学位论文 在现在社会生产中，框架式翻转台、头尾架式翻转台、链式翻转台、环式翻转台、 推举式翻转台等翻转台，已经较长时间地被用于机械制造工厂中，他们依然属于世界先进 水平，仍属新的工艺过程

8、。 1 .3课题研究方法和手段 本课题主要采用机械设计、理论力学和材料力学相互结合的研究方法，并结合实际工 厂中在实际应用的产品和相关资料进行整体设计。具体实施方法如下： （ （ （ （ （ 1）广泛阅读我国的翻转机构的论文和期刊，参考国外的成形翻转机构的设计方案 2）分析研究缸体翻转需要的条件、必要的自由度限制和整体支撑架材料的选择 3）系统总体方案设计、机构设计（对多种机构进行可行性选择） 4）对设计的机构件的强度进行校核 5）总结 1 .4课题应达到的基本要求 1 .4.1翻转机构设计指导思想 翻转机构中能实现翻转的部分是整个翻转机构设计的核心部分，针对现在的加工工艺 和材料的选择主要考

9、虑翻转机构的生产、价格、生产率和翻转的平稳性。本课题的基本研 究思路是采用夹具将缸体固定在平面上，利用支架两端的轴的转动带动大平面的转动来实 现缸体的翻转，在设计中对轴的强度进行校核，轴承的选择来为翻转功能的实现提动理论 基础。 1 .4.2可解决的主要问题 实现了在焊接缸体的过程中，对于缸体的翻转实现了机械化，使多次绕其水平轴翻 转工件，不用人工翻转这个翻转工作用翻转台来实现是最合理、最有效、最安全的。运用 焊接翻转台可以大大提高劳动生产率、缩短生产周期、确保高品质的产品。使用翻转台可 以扩大自动焊的应用，可以使焊接工作总在方便的位置下进行，甚至可以提高工作的安全 性，因为翻转台能使最危险的

10、操作 翻转工件实现机械化。 1 .5设计任务书的基本要求 1 2 3 4 5 、机构运动原理设计，绘制运动原理图； 、绘制产品装配图； 、典型非标件设计，对非标件进行结构及强度、刚度校核； 、绘制全套非标零件图： 、编写设计说明书。 2 一种焊接翻转机构设计 2 翻转机构整体方案设计 2 .1总体设计方案 2 .1.1设计目的 该变位机构是将工件回转、倾斜，以便使所有的焊缝置于水平、船形等最佳的位置从 而进行焊接的设备。选择合理有用的变位机构能够有效提高焊接的质量和生产效率，并降 低人工的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有助于现场管理。工作台的翻转采用 手动，因为定位可靠，可以使工件处于

11、最理想、最可靠的焊接最佳位置进行焊接。 2 .1.2设计原理 设计一个手动 H型双座双回转式的翻转机构，通过手动控制回转手轮来控制焊装夹具 的翻转，可以自行的调节所需翻转的任意角度，实现焊接时的 360度的变位，方便于焊接， 可以达到定位可靠，焊接方便的最佳功效。 2 .1.3对机器的要求 设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出 的。不管机器的类型如何，一般来说，会对机器提出以下的基本要求。 1 、使用功能要求 机器应该具有预订的使用功能。这主要靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或 选用功能全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机，以及合理地配置必要的

12、辅助 系统来实现。 2 、经济性要求 机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行 考虑。设计制造的经济性表现为机器的成本低；使用经济性表现为高生产率，高效率，较 少地消耗能源、原材料和辅助材料，以及低的管理和维护费用等。 提高设计和制造经济性指标的主要途径有： 1 ）采用先进的现代设计方法，使设计的参数最优化，达到尽可能精确的设计计算结 果，并保证机器足够的可靠性。尽可能多地应用 CAD技术，加快设计的进度，降低设计 的成本。 2 ）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件。零件结构尽可能采用标准化 结构及尺寸。 3 4 5 ）尽可能采用新技术、新工艺、新结

13、构和新材料。 ）合理地组织设计和制造过程。 ）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。 3 无锡太湖学院学士学位论文 提高使用经济性指标的主要途径有： 1 2 ）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提高机器的生产率和产品的质量。 ）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节，以期降低能源消耗和生产 成本。 3 ）适当地采用防护（如闭式传动、表面防护等）及润滑等措施，以便于延长机器的 使用寿命。 4 3 1 ）采用可靠的密封，减小或消除渗漏现象。 、劳动保护和环境保护要求 ）要使所设计的机器符合劳动保护法规的要求。设计时要按照人机工程学 （ ergonomics）的观点尽可

14、能减少操作手柄的数量，操作手柄及按钮等应放置在便于操作 的位置，合理地规定操作时的驱动力，操作方式要符合人们的心理和习惯（例如汽车转向 盘向左打则汽车向左拐弯等）。同时，设置完善的安全防护及保安装置、报警装置、显示 装置等，并根据工程美学的原则美化机器的外形及外部色彩。使操作者有一个安全、舒适 的环境，不易产生疲劳。这也有助于提高劳动生产率和产品质量。 2 ）要把环境保护提高到一个重要的位置。改善机器及操作者周围的环境条件，如降 低机器运转时的噪声水平，防止有毒、有害介质的渗漏及对废水、废气和废液进行有效的 治理等以满足环境保护法规对生产环境提出的要求。 4 、寿命与可靠性的要求 任何机器都要

15、求能在一定的寿命下可靠地工作。随着机器的功能愈来愈先进，结构愈 来愈复杂，发生故障的可能环节也愈来愈多。机器工作的可靠性受到了愈来愈大的挑战。 在这种情况下，人们对机器除了习惯上对工作寿命的要求外，明确地对可靠性也提出要求 是很自然的。机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的。机器的可靠度 R是指在规定的使用 时间（寿命）内和预定环境条件下机器能够正常工作的概率。机器不能正常工作，即机器 由于某种故障而不能完成其预定的功能称为失效。已有愈来愈多的机器设计和生产部门， 特别是那些因机器失效将造成巨大损失的部门，例如航空、航天部门，都相继规定了在设 计时必须对其产品，包括零部件，进行可靠性分析与评估的要

16、求，例如要求给出产品在工 作寿命内可以安全工作的定量说明。在设计时对组成机器的每个零件的可靠性提出要求， 采用备用系统和在使用中对机器加强维护和检测可以提高机器的可靠性。 5 、其他专用要求 对不同的机器，还有一些为该 机器所特有的要求。例如：对机床有长期保持精度的要 求；对飞机有质量小、飞行阻力小而运载能力大的要求；对流动使用的机器（如钻探机械） 有便于安装和拆卸的要求；对大型机器有便于运输的要求等。设计机器时，在满足前述共 同的基本要求的前提下，还应着重地满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能。 不言而喻，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计和制造为前提的。 亦即零件设计

17、的好坏，将对机器使用性能的优劣起着决定性的作用。 4 一种焊接翻转机构设计 2 .2翻转机构系统概述 2 .2.1翻转机构系统组成 翻转机构主要是由整体承重支架、主轴、翻转台、轴承和手轮装置等部分的组成的一 个完整的实现翻转的系统。 整体承重支架是作为一个打的支撑，用于实现对整个机构的支撑作用 ,主轴使翻转台能 够绕水平轴转动。翻转台是作为大的承载平面，用来承载缸体的（在翻转台上有固定的缸 体的夹具），轴承是为了和主轴配合保证转动。手轮装置是人通过旋转手轮来实现主轴的 转动从而带动翻转台的转动。 2 .2.2翻转机构的工作原理 翻转机构实现翻转的功能的实现是通过翻转机台的右端的手轮装置，人通过

18、旋转手轮 来带动旋转轴转动，通过旋转的转动带动中间的翻转台实现翻转，而工件是通过夹具固定 在翻转台上表面的，所以对翻转台的翻转的实现就能够实现对工件的翻转，这就是翻转机 构实现基本翻转功能的工作原理。 2 .2.3翻转机构的功能要求 实现翻转台绕水平轴在 180 内任意角度翻转，实现对工件的焊接。同时翻转台需要 具有一定的通用性，能够实现对不同形式的缸体的翻转，所以需要其具有一定的通用性。 2 .3翻转机构总体方案设计与比较 2 .3.1翻转机构总体方案设计 根据对题目 “ 一种焊接翻转机构设计 ” 可知，该机构主要是为了实现机构的翻转功能， 所做的设计翻转机构，以下是对翻转机构的机构件设计的

19、详细论述。 翻转机构 翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜，使之处于有利于加工位置的变位设置机构。 在工件制作过程中我们必须多次绕水平轴翻转工作，这个翻转用翻转太来实现较为合理、 最有效、最安全。而根据用途不同可以分为通用型和专用型两大类。前者用途广泛，可以 用于不同种类的料件，厚着范围比较窄，仅适用特定形状的工件，甚至专门用于某些尺寸 功夫定的工件。有些专用翻转机台甚至是为了某几条机械化或者自动化生产流水线专门设 计的。 翻转台根据其结构形式进行分类，可分为双支架翻转台、单支架翻转台、链式翻转台、 杠杆式翻转台、千斤顶式翻转台及滚轮式翻转台等。甚至可以依据翻转台保证工件绕固定 轴翻转的程度或者

20、使工件升降或平移的程度进行分类。 1 、方案一 5 无锡太湖学院学士学位论文 图 2.2翻转台式翻转机构 图 2.2为装有转动架的双支架翻转台，它是由前驱动支架 1和后从动支架 4组成，工 件二固定在转动架 3上。转动架支撑面和地面的距离，可以依据工件的尺寸进行调整，因 而能减小转动力矩。 负荷能力不大的翻转台可以通过手动翻转。 对于小工件，人们通常使用单支架翻转台，这不仅是操作者易于接近工件，且可以节 约劳动场地，提高生产场地的利用率。 这种翻转台常用来焊接大型、平值的框架类构件。用普通的双支架翻转台来焊接这类 工件。 3 翻转机构结构零部件的设计 3 .1机构框架设计 3 .1.1框架结构

21、材料 考虑到缸体本身重量较重，所以在选择材料时应尽量选择强度较强，而重量轻一点的 材料来保证翻转机构整体的重量特别是翻转台部分（翻转台部分是和缸体连接在一起，在 转动主轴时，翻转台也是需要转动的）所以，经过基本筛选，我选择 C型槽钢来作为翻转 机构的框架的基本材料。槽钢的选择： 表 3-1槽钢规格 型号 每米重 (kg) 3.886 型号 每米重 (kg) 8.007 C80 50 20 2.25 C80 50 20 2.50 C80 50 20 2.75 C80 50 20 3.00 C100 50 202.25 C100 50 20 2.50 C100 50 20 2.75 C120 50

22、 20 2.25 C120 50 20 2.50 C180 50 20 3.00 C180 50 20 3.00 C180 50 20 3.00 C200 60 20 2.5 C200 70 20 2.5 C200 80 20 2.5 C200 50 20 3.0 C200 60 20 3.0 C200 70 20 3.0 4.318 8.478 4.749 8.949 5.181 6.673 4.239 7.065 4.710 7.458 5.181 7.850 5.652 8.007 4.592 8.478 C120 50 20 2.75 C120 50 20 3.00 C140 50 2

23、0 2.50 C140 60 20 2.50 C140 50 20 3.00 C140 60 20 3.00 C160 50 20 2.50 C160 60 20 2.50 C160 70 20 2.50 C160 50 20 2.50 C160 60 20 3.00 C160 70 20 3.00 C180 50 20 2.50 5.103 6.123 5.495 5.888 6.594 7.065 5.888 6.280 6.673 7.065 7.536 8.007 6.280 C200 80 20 3.0 C220 50 20 2.5 C220 60 20 2.5 C220 70 20

24、 2.5 C220 80 20 2.5 C220 50 20 3.0 C220 60 20 3.0 C220 70 20 3.0 C220 80 20 3.0 C240 50 20 2.5 C240 60 20 2.5 C240 70 202.5 C240 80 20 2.5 8.949 9.420 7.065 7.458 7.850 8.243 8.478 8.949 9.420 9.891 7.458 7.850 8.635 9 无锡太湖学院学士学位论文 续表 3-1 C180 60 20 2.50 C180 70 202.50 C180 80 202.50 C180 50 20 3.00

25、 6.673 7.065 7.458 C240 50 20 3.0 8.949 9.420 9.891 10.362 C240 60 20 3.0 C240 70 20 3.0 7 .536 C240 80 20 3.0 表 3-1为 C形槽钢的理论重量表 ,我们按照整个翻转机构的重量来初选槽钢的尺寸，我 选择 C200x70x20x3.0规格的槽钢来作为主体框架的焊接板材。 C200x70x20x3.0表示的意 思： 截面高度 H=200mm ； 截面宽度 B=70mm ； 卷边宽度 C=20mm ； 厚度 t=3mm； 整个槽钢长度的选择我们按照缸体额尺寸来选择，如果一个翻转台上只加一个工

26、位的 缸体翻转机构，那么长度就选得短一点，如果在一个翻转台上有几个工位的缸体翻转机构， 那么整个翻转台就需要长的槽钢来焊接而成。 3 .1.2结构的成形方式 我们选用槽钢作为支架的主体材料，而将槽钢组成整个支架，我们选择用焊接的方式 来实现主体框架的成形，其它部分需要通过螺栓链接将不同尺寸的板材连接在一起从而形 成整体的翻转机构。 3 .2翻转机构轴的设计 根据整个机构的运动类型，对轴进行设计，包括结构设计和工作能力计算两方面内容。 轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面要求，合理地确定轴 的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性， 还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要 内容。 1 、选择轴的材料 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处 理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是 45 钢，经调质处理硬度为 HRC40 45。 2 、轴的结构设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 1 0