1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 承重 200 公斤球阀立式焊接变位机的设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本题目是设计能载重 0.2t 工件，进行全位置焊接的变位机械。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的控制、电机选择 、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。 设计的具体过程是根据预定的载荷和要求的焊接速度从而确定设备所需要的电机类型，包括：电机的转速、额定功率、电压电流等，在此基础上计算轴的尺寸和相应配件的型号，并且对其进行相关的强度、使用寿命等的校核，然后对一些外购件也进行选择。最后使用 C
2、AD 软件将相关的零件图。总装图绘制出来。 选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学、金属工艺学、Autocad 等。 关键词：焊接变位机；机械设计 II Design of 200 kg ball bearing vertical s welding positioner Abstract This topic is designed to load 0.2t working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical
3、rotation turnover of control, the electrical options, reducer selection, various axle and the wheel bearings and determine accuracy, and so on. The design process is based on specific target load and speed requirements of welding equipment to determine the type of electrical needs, including : the r
4、otational speed electrical, rated power, voltage, current and on the basis of the calculation of axle size and corresponding accessories models, and their associated intensity, and the useful life of accuracy, then for some purchases were also chosen. Finally related to the use of CAD software compo
5、nents map. GAD mapping out. The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, metal crafts science, Autocad. Keyword : welding conjugation machines, mechanical design. III 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1关于焊接变位机的定义和基本要求 . 1 1.1.1焊接变位机的定义 . 1 1.1.2
6、焊接变位机的 类型和基本原理 . 1 1.1.3焊接变位机的构件组成 . 1 1.2 球阀的介绍 . .2 1.2.1 球阀的特点和工作原理 .2 1.3 国内变位机的产品简介 . 2 1.4 焊接变位机具备的性能 . 3 1.5国外 焊接变位机的发展状况 . 4 1.6任务的提出 . 6 1.6.1设计要求 . 6 1.6.2主要设计内容 . 7 2 焊接变位机 的总体设计方案 . 8 2.1焊接变位机的总体设计和适用范围 . 8 2.2焊接变位机的自由度 . 8 2.3设计方案的确定 . 9 2.3.1考虑的主要指标 . 9 2.3.2工作台 . 9 2.3.3考回转机构 . 9 2.3.
7、4设计中传动方式的确定 . 10 3 设计与校核 . 错误 !未定义书签。 3.1传动比的假定和确定 . 错误 !未定义书签。 3.1.1 回转机构 （水平） . 错误 !未定义书签。 IV 3.1.2 回转机构（垂直） .11 3.2传动装置总效率的确定 . 12 3.2.1 蜗杆传动的效率 . 12 3.2.2 回转机构传动总效率 . 12 3.3工作台阻力矩的计算 . 13 3.3.1 回转机构（水平） . 13 3.3.2 回转机构（垂直） . 14 3.4电动机额定功率的确定 . 15 3.4.1 电机容量的确定 . 15 3.4.2 回转机构 （水平） 电机额定功率的确定 . 15
8、 3.4.3 回转机构（垂直）电机额定功率的确定 . 16 3.5电机转速的确定 . 16 3.6 电机类型的确定 . 17 3.6.1回转电机（水平） . 错误 !未定义书签。 3.6.2回转电机 （垂直） . 17 3.7齿轮的设计与校核 . 17 3.7.1工作台翻转机构中齿轮的设计 . 错误 !未定义书签。 3.8轴的 设计 . 21 3.8.1 初步估计 . 21 3.8.2 轴 1的设计 . 21 3.8.3 轴 2的设计 . 22 3.8.4 轴 3的设计 . 22 3.8.5 轴 4的设计 . 23 3.9轴的强度的校核 . 23 3.9.1 轴 2的强度校核 . 23 3.9
9、.2 轴 4的强度校核 . 26 3.10轴承的选择和校核 . 23 3.11机架的设计 . 31 V 3.12 存在的问题 . 32 结论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 .36 1 1 绪论 1.1 关于焊接变位机的几个定义和基本的要求 1.1.1 焊接变位机的定义 1 我们称：用来拖动待焊工件，使其待焊焊缝运动至理想位置进行施焊作业的设备，称焊接变位机。也就是说，把工件装夹 在一个设备上，进行施焊作业。焊件待焊焊缝的初始位置，可能处于空间任一方位。通过回转变位运动后，使任一方位的待焊焊缝，变为船角焊、平焊或平角焊施焊作业。完成这个功能的设备称焊接变位机。它改变了可能需
10、要立焊、仰焊等难以保证焊接质量的施焊操作。从而，保证了焊接质量，提高了焊接生产率和生产过程的安全性。 1.1.2 焊接变位机的类型和基本原理 它的类型很多，可以分为焊件变位机械，焊机变位机械和焊工变位机械，按照结构特点又可以分为若干类： 图 1 1 变位器的派生形式示意图 1.1.3 焊件变位机械的构件组成 3 焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或者既能翻转又能回转，使工2 件处于最便于装配和焊接的位置。 包括：翻转机；回转台；滚轮架；变位器。 焊接变位机的主要机型有： 双立柱单回转式变位机 ； 型双座式头尾双回转型式 ； 型双回转焊接变位机 ； 型双回转焊接变位机 ； 座式通用变
11、位机 。 1.2 球阀的介绍 球阀， GB/T21465-2008阀门术语中定义为：启闭件（球体）由阀杆带动，并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V 型球阀其 V 型球芯 与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装 15。 1.2.1 球阀的特点以及工作原理 球阀它具有旋转 90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切
12、断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转 90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使 它具有节流和控制流量之用，如 V 型球阀。 球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。 1.3 国内变位机的产品简介 到 2000 年，国内已开发的变位机产品约 70 余品种规格。以下简述这些变位机的基本型
13、式 14 ： 1) 全双回转式。包括 L、 H(双座 )、 C 型双回转式 (BZ2-、 BZ2A-、 BZ2B-、 BZ2D-系列 )。 2) 倾翻 -回转式焊接变位机（ BZ2C-系列）。 3) 单回转式焊接变位。包括三种型式：双座单回转式（ BZ-、 BZ1-、 BZA-、 BZA1-系列）、双座3 单回转尾架移动式（ BZY-、 BZAY-、 BZA1Y-系列）、单座单回转（立式 BZAL-、 BZL-，卧式BZW-、 BZAW-斜式 BZAX-系列）。 以上基本型产品发展了 17 个系列，主要为普通型，用于手把焊。此外，还有调速型、联控型（ PLC、微机控制）和机器人配套型产品。 与
14、焊接机器人配套用的变位机，开发了十 余个品种。包括：工位变换变位机（不参与焊接），如，立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等；与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如，倾翻 -回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场，我们应该向德国的公司多引进先进技术，把 国内的焊接技术到世界级水平。而已不是仅仅着眼于国内
15、，闭门造车。 1.4 焊接变位机的变位 通用的焊接变位机械应具备的性能是 1： （ 1）焊接变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。 （ 2）对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。 （ 3）在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。 （ 4）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位精度 (点位控制 )和运行轨迹精度 (轮廓控制 )应控制在 0.1 2mm 之间，最高精度应可达 0.01mm。 （ 5）回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。 （ 6）有良好的接电、接水、接
16、气设施，以及导热和通风性能。 （ 7）整个结构要有良好的密闭性以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等物应易被清除。 4 （ 8）焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。 （ 9）工作台面上应刻有安装基线，装各种定位工件和夹紧机构。 （ 10）兼作装配用的焊件变位机械抗冲击性能。并设有安装槽孔，能方便地按其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。 （ 11）用于电子束焊、 等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。 1.5 焊接变位机国内外发展状况 德国 Severt 公司，美国 Aroson 公司，算是比较典型的生产焊接
17、变位机的企业。德国的 CLOOS、奥地利 igm、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍 8。 1 5.1 德国 Severt 公司 该公司主要生产 8 种类型的产品，其中 7 种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机，按其功能讲，均包括基本型、调速型、 CNC 程控型和机器人配套型 等 4 种产品。 1) S10 型，包括 S10.1、 2、 3、 4 型等 4 个产品系列。即： L 型双回转式、 L 型双回转升降式； L 型双回转 -倾翻式、 L 型双回转 -倾翻升降式； 2 L 型双回转式、2 L 型双回转升降式； 2 L 型双
18、回转 -倾翻式、 2 L 型双回转 -倾翻升降式。 2) S20 型，包括 S20.1、 2 型 2 个产品系列。即：单座单回转式、单座单回转升降式； C 型双回转式。 3) S30 型，包括 S30.1、 2 型 2 个产品系列。即：立式单回转；立式单回转双工位。 4) S40 型，包括 S40.1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 等 7 个产品系列。即： 双座单回转分体式；双座首尾单回转式； H 型双座双回转式；双座首尾单回转尾架移动式；双座首尾倾翻尾架移动式；双座 3 轴单回转式；单座滚圈单回转式、双座滚圈单回转尾架移动式。 5) S50 型：包括 S50.1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 型， 7 个多轴（自由度）产品系列。即：立式 3 轴单回转双工位式；立式单回转双工位 2倾翻 -回转式（ 5 轴）；立式单回转多工位 2 L 型双回转式（ 5 轴）； 立式单回转双工位 2 L 型双回转倾
