管焊机结构设计-精品.doc

1、 本科毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 设计的目的和意义 我国是能源相对短缺的国家，能源短缺严重制约国民经济持续、健康、快速发展和人们生活水平的提高。提高能源利用效率，减少能源浪费，是我国的一项基本国策。 安装在导线上的常规电力金具以钢铁类为主，结构上又属闭合电磁回路，当通过大电流时，电力金具整体处于交变电磁场中，由于电力金具使用面广量大，造成的能耗十分可观。 国外早在 20世纪 90年代就开始研究和试验降低铁制类电力金具的能耗，并推广应用节能的电力金具，我国也生产一些节能的电力金具，但由于人们对其节能环保的可持续性效应 （建设投入的一次性资金略增与运行成本持续降低的关系）了解不够，国内

2、仅在 500 kV 输电线路上推广使用节能的电力金具，而 1、 10、 35、 110、 220 kV 等级大量的输电线路上仅少量地使用了节能的电力金具。 我国输配电网中若广泛采用节能的电力金具，据不完全统计，每年可节电 10 亿 k Wh ，并可大量减少因燃烧煤或油产生的废气对大气的污染，可大量减少因铁钢类金具热镀锌产生的废液对环境的污染。并且通过节能的电力金具使用和经验的总结、推广，带动其它节能型电力器材的广泛使用。因此，以节约能源、保护环境、降低电力 金具能耗为目的技术要求，无疑具有巨大的经济效益、社会效益和环境效益 。 众所周知，我国电网的发展进入特高压、大容量、远距离、高自动化阶段，

3、面对电网建设的飞速发展，架空输电线路的运行技术和设备水平如何在原有水平上发展和创新，这是当今电网发展历史所赋予架空输电线路运行技术和设备工作者的使命。随着我国电力行业的飞快发展，金具的需求量还会继续增长，其对产品质量的要求也越来本科毕业论文 2 越高，而生产加工这样的零件需要大量钢材，目前生产这样的金具都是以用棒料在普通机床上加工为主，由于金具是管形中空的，采用挖空加工显然挖出来的材料将会浪费 掉。另外金具外圆加工时也会车掉一部分，显然大批量生产这样的零件将会浪费很多材料。如果采用先铸造成两个管型中空零件，然后采用焊接方式焊接成为一个金具体，那么这将会节省很多的材料。为了节省材料，我们设计一种

4、焊接机械，可以大量生产这种零件。另外一方面，以前的焊接都是采用人工焊接，工作效率很低，如果采用自动焊接方式，将会大大提高焊接效率，显然数控自动化机械系统能就可以满足这一需求，我们有必要来研究它。另外，数控自动化机床是未来机床的发展必然，机床的一些基本零件，如轴承、轴、齿轮等零件、箱体，我们需要使这些零件之间保 持精确的相对位置，因此，这些零件设计质量直接影响机器的精度、工作性能和使用寿命，我们有必要对每个零件进行设计。 机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是在学完全部专业课，并进行了毕业实习的基础上进行的，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一

5、次理论联系实际的训练，这对我们这些即将走向社会工作岗位的大四学生来说是一次难得的锻炼机会。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 本次设计使我们能综合运用机械设计制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地 分析和解决工艺、结构等各方面的问题，初步具备设计一个中等复杂程度机械的基本原理和方法，拟订设计方案，完成结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表、网络等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 1.2 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 我国电网正处于快速、健康、持续发展的新时期。以三峡电网为中心，本科毕业论文 3 电网互联，形成全国统一大电网的局面将很快形

6、成。截至 2003 年底，我国66kV 及以上的输电线路总长度约为 38.6 万 km。其中 110kV 输电线路（包括66kV）为 19.4 万 km， 220kV 输电线路为 13.6 万 km， 330kV 输电线路为 1.3万 km， 500kV 输电线路为 3.9 万 km， 500kV 直流输电线路为 0.35 万 km。投入运行的 线路金具 总数约为 5700 万片。 但目前很少有我们现在设计的这种专门生产电力设备产品的焊接机床。 充分考虑我国电力金具生产的现状 ， 据行业了解，全国绝大多数电力金具生产企业目前仍以生产钢铁类金具为主 ，而且都是以在普通机床上用棒料进行加工为主。另

7、外在焊接技术方面，以前的焊接都是采用人工焊接，劳动强度大，工作效率很低，浪费资源，所以我们有必要对这方面的机床加以研究。 在当今注重环保的世界潮流 下，降低能耗，减少污染，还我绿色，应是推广电力金具节能产品的追求目标。国家于2001 年 8月 1日正式实施电力金具节能产品认证技术要求以来，已有十余家电力金具生产企业的数十种产品通过能耗检测。电力金具能耗检测工作的开展既引导了电力线路设计、运行、建设单位进一步了解电力金具节能产品，又加强了电力金具节能产品的管理；同时也促进了金具产生企业设计能力、生产技术水平的提高。部分电网用户已要求生产企业出具产品能耗检测报告，以确保上网电力金具节能产品使用的安

8、全性和节能性，满足电力生产向安全、科学、高效、环保、节能转变的 需要。使用电力金具节能产品虽然建设成本有所上升，但一般通过 1 2 年的运行，即可收回成本；再考虑到铁制类电力金具的制造耗能、热镀锌能耗和污染环境等情况，电力金具节能产品最终的经济效益和社会效益是明显的。 据了解，目前国内某些金具厂家已率先采用 CADFS 计算机辅助金具设计系统 ，只是在制造方面，目前国内还落后于国外厂家，国外的制造厂家非常注重节能高效生产，国外一些研制生产加工机械系统自动化程度较高。 数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重本科毕业论文 4 要体现。近几年来，在引进消化国外数控技术的基础上

9、，我国 已生产出自主版权的数控系统和数控机床，但是中、高档以上的数控系统仍然是以进口产品为主。研究数控系统及技术的现状与未来发展方向，将对开发中高档的数控产品，扩大数控机床市场份额起到重要作用。 数控技术的发展离不开整个社会服务体系的完善，包括人材培训，维修服务等方面的配合。 在发展方面，我国数控机床正在走向高数发展的阶段，具体表现在下面几个方面： 1、 数控系统的硬件技术发展迅速 数控机床； 2、 体系结构向开放式发展 ； 3、 实时操作系统进入 CNC； 4、 现场总线技术开始广泛使用 ； 5、 PLC功能继续增强 ； 6、 CNC 的通讯、网络 功能不断扩大 ； 7、 数字式交流伺服成为

10、主流 ； 8、 数控系统开发环境越来越好 9、 数控相关技术和社会服务体系正逐步完善 等。 2002 年 10 月国家劳动和社会保障部启动机电类高层次技能型人材培训工程，包括数控加工和维修人员。 2002 年 5 月中国机电装备维修与改造技术协会授权开展数控维修改造企业资质认证工作，首批 11 家企业已通过认证。随着制造业在中国的地位日益提高，市场需求不断增长，数控行业将迅速的发展，为中华民族的复兴做出更大的贡献。 我们相信，经过我们的努力，在不久的将来，我国在这方面的生产机械系统无论在自动化程度还是生 产效率都将比现在更上一个台阶。 1.3 论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线 我们

11、此次设计任务的主攻方向是机床的结构设计，主要内容包括机床零部件的设计、自动化气路的设计、安装等，由于我们的设计经验有限，我们此次的设计研究方法及技术路线大多数均按常规的设计思维来安排，但是在设计过程中我们也会设计一些我们自己创新的零件。 本科毕业论文 5 第 2 章 方案设计 2.1 方案讨论 2 1 1 总体结构 拿到设计任务书后，我们认真看了设计任务书的每一条信息，我们此次设计的主要内容是 :设计一台数控自动管管焊 接机机械系统，用于进行下列两个零件（管件）的焊接。 即把上面两个零件用焊接的方式连接起来使成为一个零件，我们设计的主要是机械系统部分，即设计一台机床，用来自动夹紧这两个零件，并

12、自动轴线对准定位，还要使它同步转动以进行焊接。这里面最主要的结构设计就是怎样才能使两个零件同步转动，自动夹紧、对准定位我们可以一边使用气动自定位三爪卡盘，另一边设计一个 V 型夹具以夹紧。由于精度要求较高，而且焊机头一直固定在两个零件的焊接面上方，要使两个零件同步转动，那么只能用一个动力源，即只能使用一个电机输出力矩，来使两 个夹具同步转动，以带动两个零件转动，那么我们可以设计为电机带动一个输入轴转动，在输入轴上安装两个对称的相同的齿轮，经过一级减速传给另一对大齿轮，然后两个大齿轮分别带动两个不同的输出轴转动，进而带动夹具同步转动。（ ）（ ）本科毕业论文 6 这里面又会出现一个问题，由于输出

13、轴带动的是两对减速齿轮，如果由于某种原因使得这两对齿轮不能同步转动，那将会使焊接失败，所以我们在其中一个输出轴上安装一个电磁离合器，当焊接开始，输出轴转动一定角度后使离合器分离，同时使 V 型夹具松开，这时由于两个零件已经成为一个零件，可以只由另外没有安装离合器的输出轴传递 力矩以转动进行焊接，安装有离合器的输出轴将空转。其机构见图如下： 初步设定各参数尺寸分别为 a=17.5mm,y=1mm,选宽度为 B=8mm 的轴承， b=3,B1=27,c=10mm,e=42mm,d=2.5mm,B2=54mm， l =209mm,f=33.5mm, B3=43.5mm,m=25mm,a1=13mm,

14、B0=25mm。 2 1 2 直齿圆柱齿轮副消除间隙 直齿圆柱齿轮一般有 3 种调整方法 1 ，即偏心轴调整法、锥度齿轮调整法和双片薄齿轮错齿调整法。最后一种方法不宜传递转矩，仅用于读数装置，由于我们这里设计的机床需要齿轮传递力矩，故这种方法在这里不宜考虑，仅考虑前两者。那么到底在这个设计中采用那种比较好呢，我们来比较一下图2 - 1本科毕业论文 7 这两种方法。 1、 偏心套调整法 如图 2-2所示为偏心轴套调整间隙结构，齿轮 1 装在偏心轴套 2 上，可以通过偏心轴套 2 调整齿轮 1 和齿轮 3 之间的中心距来消除齿轮传动副的齿侧间隙。 2、锥度齿轮调整法 如图 2-3 所示为用一个带有

15、锥度的齿轮来消除间隙的结 构，一对啮合着的圆柱齿轮，若它们的节圆之间沿着齿厚方向制成一个较小的锥度，只要改变垫片 3 的厚度就能改变齿轮 2 和齿轮 1 的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。 比较上面这两种调整法可见，在这个设计中我们使用第二中调整法，也就是锥度调整法更容易操作些，由我们设计的结构图中可看出，在输入轴的右端，要联结电机，箱体上还要固定有电机架，如果采用偏心轴套调整法将不能很方便的调整齿侧间隙，采用锥度调整法，由于我们这里设计的上面箱体盖与下面的箱体采用剖分形式，即上面箱体盖和下面的箱体是可以分离的，后面将要讨论到，可以很容易 的把箱体盖打开而对齿轮间隙进行调整，故我们设计采用的

16、是锥度齿轮调整法。 图2 . 2 偏心轴套式调整间隙机构1、 3 -齿 轮；2 - 偏心轴套图2 . 3 锥度齿轮调整法1、 2- 齿轮 3 - 垫片12312 3本科毕业论文 8 2 1 3 箱体结构 由于我们设计的减速齿轮采用一级减速，输入轴和输出轴相互平行，与水平面垂直，这与我们之前设计的三级减速器有所不同，由于数控机床精度要求非常高，需要全封闭所有机床零件，这就需要一个比较复杂的封闭箱体，我们这里设计的箱体为上部分，即输出轴的上部分箱体采用剖分式，下面部分采用铸造后焊接而成。，这与就避免两次剖分，对轴承孔的加工及安装可以保持较高的精度，具体机构见装配图及零件图。 2.2 本章小结 本章

17、 从总体方案设计入手，方案设计是机械机构设计的首要部分，是所以结构零件的总体构成，涉及到所以零件的设计和组装过程，就是设计采用那种机构方案解决一个问题的方法。此方案讨论了总体方案，因为只有设计出一个全局方案，才能在此总体的基础上设计其他的零件结构。此方案还涉及了一些特殊的结构体，采用的 锥度齿轮调整法，剖分和焊接结合的箱体结构。 本科毕业论文 9 第 3 章 运动参数设计 3.1 参数选择 1、选择传动比为 i =4，夹具转速，即输出轴转速 2n =4r/min ,则 2112z n izn (3.1) 故由式 (3.1) 21 1 6 / m innnri2、 选小齿轮直径 d1=50mm

18、，则 d2=200mm ，取宽径比 d =0.4 ,则 2d 1 0 . 4 5 0 2 0B d m m 取 1B =25 3、选择小齿轮材料为 40Cr(调质 )，大齿轮和轴材料为 45 钢 (调质 )。 3.2 选择电机 1、计算各零件质量和转动惯量 由式 (3.2) (3.3) （ 1）设计小齿轮与输入轴配合孔直径为 11d = 20，密度为 7.5g/ ,由式(3.2)，则小齿轮质量 212J MR 221 1 2221 1141 7 . 5 3 . 1 4 5 . 0 2 . 0 2 . 543 0 9 . 0 9M d d Bg M 本科毕业论文 10 由式 (3.3)，小齿轮的

19、转动惯量 （ 2）设计大齿轮与输出轴配合孔直径为 d21= 21，密度为 7.5g/ ,由式(3.2)，则大齿轮质量 由式 (3.3)，大齿轮的转动惯量 （ 3）把左边的输出轴 2 看做直径相同的圆轴，取平均直径为 2d轴 =17mm ,长度 2l轴 可由前面结构草图 2-1知为 由式 (3.2)，左边的输出轴 2 的质量，取其密度为 7.5g/ 2cm ， 则 221 1 12211222121112 2 21 5 .0 2 .03 0 9 .0 92 2 21 1 2 0 .4 5 .J M R rddMg c m 小 齿 222 2 22212222122122 2 21 20 .0 2. 16288.392 2 2317885.97 .J M R rddMg c m 大 齿 2221221 2 2 241 7 . 5 3 . 1 4 2 0 . 0 2 . 1 2 . 046 2 8 8 . 3 9M d d Bg 2 11 8 3 10 27 10 3 8 42112l y B b c B c b B a emm 轴