1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 承重 200 公斤球阀卧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 在焊接过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机也就理所应当的出现 了。 使用焊接变位机可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。 焊接变位机已成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把 它 划为焊接 辅助机。就型式系列和品种规格而言，已问世的，约有十余个系列，百余 个 品种规格，正在形成 一
2、个新兴 行业。 本题目是设计能载重 200 公斤球阀的变位机械。主要内容是焊接时机械的回转的结构设计、电机选择、减速器的选择、各齿轮、轴和轴承的确定以及校核等等，最后使用CAD 软件绘制相关的零件图和装配图。 关键词： 焊接变位机，球阀，机械设 计 II The design for ball valve horizontal welding positioner of bearing 200kg Abstract In the welding process, we often meet welding displacements and choose suitable welding po
3、sition, and in order to solve this problem, welding positioner is also well-deserved appeared15. Using welding positioner can shorten the time of welding, improve labor productivity, reduce labor intensity, ensure and improve the quality of welding, and can give full play to all kinds of welding met
4、hod of efficacy16. Welding conjugation plane has become an indispensable manufacturing equipment , which is zoned welding assistant engine in the welding area. Patterns and varieties of specifications on the series, has been developed, some over 10 series, more than 100 varieties of specifications,
5、a newly emerging industries. This topic is designed to load 200 kg ball valve deflection mechanical.Main content is the structure design of rotary, motor selection, reducer selection, the gears, axis and bearing sure and check, etc. Finally using CAD software rendering related parts graph and assemb
6、ly drawing. Keywords:Welding positioner， Ball valve， Mechanical design III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 .1 1.1 开发焊接变位机的目的和意义 .1 1.2 焊接变位机的发展状况 .1 1.2.1 国外焊接变位机的发展状况 .1 1.2.2 国内焊接变位机的发展状况 .2 1.2.3 我国常用焊接变位机结构介绍 .2 1. 3 球阀的简要介绍 .4 1.4 任务的提出 .5 1.4.1 设计的要求 .5 1.4.2 主要的设计内容 .5 2 焊接变位机的总体方案设计 .6 3 设计计算和
7、校核 .7 3.1 传动比的假定和确定 .7 3.2 传动装置总效率的确定 .7 3.3 机构力矩的计算 .8 3.4 电动机额定功率的确定 .9 3.5 电动机转速的确定 .10 3.6 电机类型的确定 . 11 3.7 齿轮的设计与校核 . 11 3.8 轴的设计 .13 3.9 轴的强度的计算 .15 3.10 轴承的选择和校核 .17 3.11 键的选择和校核 .19 3.12 机架的设计 .20 IV 3.13 导电装置 .21 3.14 其他外购件的选择 .21 结论 .23 参考文献 .24 致谢 .25 承重 200kg 球阀卧式焊接变位机的设计 1 1 绪论 1.1 开发焊接
8、变位机的目的和意义 在焊接生产中，经常会遇到焊接变位机及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计研制了焊接变位机。它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位机和焊 接操作机配合使用，可以实现焊接的机械化、自动化、提高了焊接的效率和焊接质量。 1.2 焊接变位机的发展状况 在我国，焊接变位机也已悄然成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅机。近十年来，这一产品在我国工程机械行业，有了较大的发展，并获得了广泛的应用。使用焊接变位机可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。随着计算机技术不断向
9、智能化发展，自动控制和信息技术在制造业中的广泛应用，焊接变位机也朝着智能化、多功能化、大型化、集成化、高 精度、高可靠度方向发展。 在人们的眼里，可能认为焊接变位机是一个无足轻重的产品。然而，在国际上，包括各种功能的产品在内，有百余种系列。在技术上有普通型的；有无隙传动伺服控制型的；产品的额定负荷范围达到 0.1kN 18000 kN。可以说，焊接变位机是一个品种多，技术水平不低，小、中、大发展齐全的产品。 1.2.1 国外变位机的发展状况 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
10、服控制与机器人配套的焊接变位机 3。 德国 Severt 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，按其功能来讲，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。共有 33 个产品型式，每种型式都包括上述四种功能的产品相当于 132 个产品系列。 承重 200kg 球阀卧式焊接变位机的设计 2 美国 Aronson 公司生产的焊接变位机，主要类型为倾翻 回转式、倾翻 回转升降式、双座双回转式，双座单回转式和双座单回转升降式。详细来讲，美国 Aronson 公司生产的焊接变位机主要包括：手动双回式，小型倾翻 回转式，倾翻 回转式， 双座回
11、转式，单回转式 HTS 系列；单回转 (齿轮齿条 )升降式。 德国 LCOOS 公司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品。也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。 日本松下 (Panasonic)公司生产的机器人外部设备 焊接变位机有 12个系列。它把传动装置、机座、夹具体等做成了标准模块，集合而成这些产品系列。按轴数和结构型式分类： 1 轴变位机分 3 个系列，即立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式； 2 轴变位机有 5 个系列，即： C、 H、 L、准 L 型双回转式； 3 轴变位机包括 3 个系 列； 5 轴变位机有 1 个系列，立式多工位 2 L型双回转式
12、。 1.2.2 国内变位机的发展状况 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，但大都不成规模。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。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式 13： (1)全双回转式。 (2)倾翻 -回转式。 (3)单回转式。包括三种型式：双座单回转式、双座单回转 尾架移动式、单座单回转式。 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
13、制）和机器人配套型产品。 与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。 1.2.3 我国常用焊接变位机结构介绍 2： 双立柱单回转式变位机：该种变位机 适合装载机的后车架、压路机机架等工程机承重 200kg 球阀卧式焊接变位机的设计 3 械长方形结构件的焊接，如图 1-1所示的两种样式，其主要特点是立柱一端电机驱动工作装置沿一个回转方向运转，另一端随主动端从动。两
14、侧立柱可设计成可升降式，以适应不同规格产品。这种型式变位机的缺点是只能在一个圆周方向回转，选择时要注意焊缝形式是否适合。 图 1-1 双立柱单回转式变位机 图 1-2 U 型双座式头尾双回转变位机 U型双座式头尾双回转型式：与第一种变位机型式相比，即在图 1-1的基础上被焊结构件在另外一个空间又增加了一个旋转自由度。如 图 1-2所示，这种型式的变位机焊接空间大，工件可被旋转到需要的位置，设计先进，目前已在工程机械许多厂家成功使用。该变位机可根据各厂的工艺情况在装载机、挖掘机、压路机等结构件焊接时应用。 L型双回转焊接变位机：该种变位机如图 1-3所示，其工作装置 L型，有两个方向的回转自由度
15、，且两个方向都可以 360任意回转。此变位机与其它类型变位机相比，开敞性好，容易操作。 L型变位机已在装载机前车架焊接中成功的使用，而且使用效果很好，深受现场操作工的欢迎。 C 型双回转焊接变位机 12：如图 1-4所示， C 型回转形式 与 L 型机相同，只是为了方便夹具体的设计，根据结构件的外形，变位机的工作装置稍作变动。该种型式焊接变位机，适合装载机的铲斗、挖掘机的挖斗等焊接。 图 1-3 L 型双回转变位机 图 1-4 C 型双回转变位机 承重 200kg 球阀卧式焊接变位机的设计 4 座式通用变位机：如图 1-5所示，座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度，可以将工作翻转至理想的
16、焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个可旋转的自由度。该种变位机已被多个厂家系列化生产，其适合工程机械的小型焊接件及一些管类、轴类、盘类等中小型复杂结构的焊接。 图 1-5 座式通用变位机 1.3 球阀的简要介绍 球阀问世于 20 世纪 50 年代，随着科学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的不断改进，在短短的 40 年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。在西方工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。 球阀具有旋转 90 度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通
17、过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、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。 焊接球阀是目前国外使用广泛的一类阀门。焊接球阀内部采用普通碳钢，外面焊接耐腐蚀的不锈钢，其既满足各项性能只能，又可以大量节省贵重金属，节约成本 11。 承重 200kg 球阀卧式焊接变位机的设计 5 1.4 任务的提出 焊
18、接变位机尚属新兴行业，很多都属于厂家自己制定规格 ，自主研制，特别是在大吨位焊接变位机的设计方面，有许多发展的空间，在总结国内外关于焊接变位机的设计研制和使用方面的经验和存在的问题的前提下，本论文主要设计一个普通卧式焊接变位机。 1.4.1 设计要求： （ 1）变位机具有两个主要机构：回转机构 1 和回转机构 2； （ 2）变位机的最大载重量为 200 公斤； （ 3）变位机的动力来源于两个电动机； （ 4）要求结构简单，操作方便，还应该节省材料。 1.4.2 主要的设计内容： （ 1） 传动比和传动效率的计算； （ 2） 回转机构 1 和回转回转 2 力矩的计算； （ 3） 电机的选择； （ 4） 传动部分各部 件尺寸的计算和强度的校核；
