1、本科毕业设计（论文）说明书 I 摘要 焊接变位机运动系统的设计是焊接变位机方案设计的核心内容，而焊接变位机运动自由度的确定是其前提条件。焊接变位机的关键是对变位机进行最佳位置焊接所需要的运动自由度的设计，如平动或转动的设计。伸臂式焊接变位机是将工件回转，翻转，以便使工件上的焊缝置于水平和船形位置的机械装置。伸臂式焊接变位机是应用最广泛的一种焊接变位机，载重量一般不超过 1 吨。 其 主体部分是翻转机构、回转机构、底座。 此次论文论述了焊接变位机械的组成，工作原理，重点讲述了其中的回转机构的设计，回转机构通过带传动，二级蜗杆蜗轮减速器的传动，从而使 工作台得到预期的回转速度。回转机构中测速发电机
2、的使用，将其工作台的瞬间速度反馈到电动机，从而调整电动机的转速，进而使工作台的回转速度稳定在某个范围内，保证了焊缝质量。 关键词 ： 焊接变位机械；测速发电机；回转机构；减速器 本科毕业设计（论文）说明书 II Abstract The design of the moving system of the welding positioner is the core content of the scheme design ,but the system depends on the moving freedoms certainty.The key part of the design of
3、 the welding positioner is the design of the moving freedom, according to the best welding position. The main parts of the welding positioner include overturning machinery, circumgyrating machinery,and the base.The arm-extending welding posioner is used most widely ,the load is less than one ton.The
4、 arm-extending welding positioner is the machine which makes the workpiece circumgyrate and overturn to make the welding line on the workpiece park the level direction and cymbate position. The welding positioners makeup and operating principle make up of the paper ,which disserates the design of th
5、e turning gear of the machine .The belt driving and two stage worm worm wheel retarder make the turning gear realize the mans anticipating speed.The use of the techogenerator which will feed back the instant speed to the generator and then the controller will adjust the speed makes sure of the high
6、welding line quality. Key words: welding positioner; techogenerator; turning gear; retarder 本科毕业设计（论文）说明书 III 目录 摘要 . I Abstract . II 目录 . 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 伸臂式 焊接变位机械概述 . 错误 !未定义书签。 1.2 课题研究的意义及现状 . 5 1.3 论文主要研究内容 . 5 第 2 章 回转机构中非标准件的设计计算及校核 . 7 2.1 回转主轴的设计计算和校核 . 7 2.2 减速器的设计计算 . 9 2.3 带传动的设
7、计计算 . .26 第 3 章 回转机构中标准 件的选择及校核 . 29 3.1 轴承的选择及校核 . 29 3.2 键的选择及校核 . 34 3.3 电动机螺纹紧固件密封圈的选择及校核 . 36 第 4 章 焊接变位机械其它机构的简单设计概述 . 37 4.1 伸臂梁的设计计算 . 37 4.2 倾斜机构中减速器的设计计算 . 37 4.3 底座和箱体的设计 . 37 结论 . 39 参考文献 . 40 致谢 . 41 附件 1. 42 本科毕业设计（论文）说明书 IV 附件 2. 53 本科毕业设计（论文）说明书 1 前言 随着现代工业的发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺
8、方法。在金属结构生产中已基本取代了铆接连接工艺。许多传统的铸锻制品也有焊接制品或铸-焊，锻 -焊制品所代替。 焊接结构广泛用于是由于化工工业重型与矿山机械，起重与运输设备，汽车与船舶制造，航空航天技术，建筑结构与国防工业等领域中。许多产品，例如大型的超高压容器，除采用焊接工艺外，难以设想有更好的方法。在 先进的工业国中，焊接产品的用钢量已达到总用钢量的 43%以上，为了制造如此庞大的焊接结构产品，需建立大量专门制造焊接结构的工厂，而其中焊接变位机则是满足其焊接工艺的重要基础。 本次论文主要介绍 0.5t 伸臂式旋转焊接变位机的总体设计及其装配，其中包括回转机构，倾斜机构，箱体，底座的设计及其计
9、算，重点介绍其中的回转机构的设计，回转机构主要包括工作台，回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带传动部分，电动机等。经过设计计算及其校核各个主轴，所选零件的强度和寿命达到要求的标准。 编者 2009 年 6 月 本科毕业设计（论文）说明书 2 第 1章 绪论 1.1 伸臂式焊接变位机械概述 随着现代工业的发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺方法。在金属结构生产中已基本取代了铆接连接工艺。许多传统的铸锻制品也有焊接制品或铸 -焊，锻 -焊制品所代替。 焊接结构广泛用于是由于化工工业重型与矿山机械，起重与运输设备，汽车与船舶制造，航空航天技术，建筑结构与国防工业等领域中。许多产品，例如大
10、型的超高压容器，除采用焊接工艺外，难以设想有更好 的方法。在先进的工业国中，焊接产品的用钢量已达到总用钢量的 43%以上，为了制造如此庞大的焊接结构产品，需建立大量专门制造焊接结构的工厂，而其中焊接变位机则是满足其焊接工艺的重要基础。 近几年来对焊接产品的质量要求也越来越高，传统的手工定位已不能够满足其精度要求，焊接变位机械便应运产生使用，近几年并随着控制理论的成熟发展，将其运用到其机械当中，发挥了越来越大的作用。伸臂式焊接变位机械主要用于手工焊和筒形工件的自动焊，为了防止侧向倾覆以及不使整机机构尺寸过大，其载重量一般设计在 1000 千克，最大不超过 3000 千克 。 1.1.1 焊接变位
11、机械的组成分类及使用特点 焊接变位机械是焊接工艺设备的一部分，焊接工艺设备的分类见图 2-1。概括地说焊接变位机械由回转机构，倾斜机构及其底座三大部分组成：回转机构由工作台，回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮，电动机，箱体等组成；倾斜机构由伸臂梁，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮，电动机，箱体等组成。 通常焊接变位机械可分为变位机、翻转机、滚轮架、升降机等四大类： 一、变位机 变位机 是通过工作台的旋转和翻转运动，使工件所有焊缝处于最理想的位置进行焊接，使焊缝质量的提高有了可靠的保证，它是焊接各 种轴类、盘类、筒体等回转体零件 的理想设备，同时也可用来焊接机架、机座、机壳等非长形工件。 选用变位机时应
12、注意以下几点 : (1) 应根据工件的质量、固定在工作台上的工件重心至台面的重心高度、重心本科毕业设计（论文）说明书 3 偏心距来选用适当吨位的变位机。 (2) 要在变位机上焊接圆形焊缝时，应根据工件直径与焊接速度计算出工作台的回转速度；如变位机仅用于工件的变位，工作台的回转速度及倾翻速度应根据工件的几何尺寸及重量选择，对大型、重型工件速度应慢些。工作台的倾翻速度一般是不能调节的，如在倾翻时要进行焊接工作，应对变位机提出特殊要求 。 (3) 工作台应有联接焊接地线的位置，且不受工作台回转的影响。不允许将焊接地线接在变位机机架上，从而使焊接电流通过轴承的转动零件。 (4) 批量生产定型工件时，可
13、选用具有程序控制性能的变位机。 (5) 变位机只能使工件回转、翻动，要使焊接过程自动化、机械化，还应考虑用相应的焊接操作机械。 二、翻转机 它 是将工件绕水平轴翻转，使之处于有利施焊位置的机械，适用于梁、柱、框架、椭圆容器等长形工件的装配焊接。焊接翻转机种类繁多，常见的有 头架式、头尾架式、框架式、转环式、链条式及油压千斤顶式。 (1) 头 尾架式翻转机 这种翻转机由主动的头架及从动的尾架 组成，它们之间的距离可根据所支撑的工件长度调节。当工作较重时应考虑将头尾架固定在基础上，防止倾倒。头尾架式翻转机的缺点是工件由两端支承，翻转时头架端要施加扭转力，因而不适用于刚性小，易挠曲的工件；另外，当设
14、备安装不当，头尾架的两根枢轴不在同一轴线上时，工件会受到过大的扭转力矩使翻转困难，甚至造成工件扭坏或枢轴因发生超负荷而扭断。对于短工件可以不考虑两端支撑，可仅将工件固定在头架上进行反转，而不用尾架。 (2) 框架式翻转机 用一根横梁连接在头尾架的枢轴上或 工作台上，可构成框架式翻转机。工作时工件固定在横梁上有横梁带动工件一起翻转。为减小驱动力矩，应使横梁 工件合成的纵向重心线尽可能与枢轴的轴线相重合。 (3) 转环式翻转机 这类翻转机使用于长度和重量均较大，截面又多变化的工件翻转。 (4) 液压千斤顶式翻转机 液压千斤顶式翻转机结构简单，载重量大，通常用于将工件作 9045 的翻转。 三、滚轮
15、架 本科毕业设计（论文）说明书 4 图 2-1 焊接生产工艺装备的分类 它 是借助焊件 与主动滚轮间的摩擦力带动圆筒形焊件旋转的机械装置。主要用于回转体工件的装配与焊接，其载重可从几十千克到千吨以上。按其结构形式可分为三大类： 1、自调式滚轮架 2、长轴式焊接滚轮架。 3、组合式焊接滚轮架。 四、升降机 它是 用来将工人及装备升降到所需的高度的装置，主要用于高大焊件的手工焊 和 半自动焊及装配作业。其主要结构形式有： 1、管结构肘臂式。 2、管筒肘臂式。 焊接生产工艺装备 装配用工艺装备 焊接用工艺装备 装配 焊接组 合工艺装备 装配 焊接组 合辅助装备 检查用工艺装备 定位器及定 位装置 推
16、拉装置 压夹器及装配装置 装配台架 焊件操作机械 焊接机械 焊工操作机械 焊接辅助装置 焊接变位机 焊接滚轮架 焊接翻转机 横臂式焊接机 单轨式焊接机 悬架式焊接机 门架式焊接机 爬行式焊接机 电渣焊焊接机 焊接机器人 焊丝处理装置 焊剂回收装置 焊剂垫 本科毕业设计（论文）说明书 5 3、板结构肘臂式。 4、立柱式。 1.1.2 伸臂式 焊接变位机械的工作原理 焊接变位机械主要为焊接工艺提供合适的工作焊点，其具体的实现过程是：回转 机构由电动机拖动，电动机输出一定的转速，经过带轮一次减速后，然后经过二级蜗轮蜗杆减速器两次减速，最后由回转主轴，经过工作台输出焊件所需要的焊接速度，以期达到所需要
17、的焊缝要求； 倾斜机构主要实现工件在空间上的倾斜，本次论文所要研究的是倾斜机构空间四十五度范围内的倾斜，其具体的实现过程：整个倾斜机构由电动机拖动，电动机输出一定的转速，经过带轮一次减速后，然后经过二级蜗轮蜗杆减速器两次减速，最后其输出轴与锥角四十五度的伸臂梁相连接，伸臂梁与回转机构相连从而实现工作台在空间上的四十五度倾斜。底座在整个机械工作过程中 起到抗振，平衡的作用。 1.2 课题研究意义及现状 当前焊接变位机械的研究在国内已经比较成熟，有普通的焊接变位机械，如伸臂式焊接变位机械 ,座式焊接变位机械等等。伸臂式焊接变位机械与座式焊接变位机械的区别是：伸臂旋转时在空间的轨迹为一锥面。因此在改
18、变工件倾斜位置的同时，将伴随有工件的升高和下降。其中，有些焊接变位机械将液压系统应用到回转机构和倾斜机构中，实现了比较好的工作效果。本次论文处于对大学四年所学的知识进行的一次综合性的梳理及应用，对学生的综合能力进行的一次较为实质性的锻炼。 1.3 论文主要研究内容 本次论文从整体上对焊接变位机械进行设计，它包括焊接机械当中的倾斜机构，回转机构，以及底座的总体设计，同时对机械当中的回转机构进行了详细的设计描述：从工作台的设计到回转主轴，二级蜗轮蜗杆减速器，带轮及其传动带的设计计算，电动机的选择，箱体的设计等。 该次论文中回转机构采用了测速发电机（ 测速发电机 是 输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出本科毕业设计（论文）说明书 6 电动势 E 和转速 n 成线性关系，即 E=Kn,K 是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动 势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器 ）和导电装置，其目的是利用控制理论即将工作台的即时速度反馈给电动机，从而实现工作台的精确回转，保证焊接质量，获得优良的焊缝成型，导电装置可防止焊接电流通过轴承，齿轮等传动零件时起弧，产生 “咬伤”零件的现象
