1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 承重 500kg 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 焊接变位机也已成 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，正在形成一个新兴行业。但是，有关焊接变位机的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题。 本题目是设计能载重 500kg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双回转的控制、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
2、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 CAD软件将相关的零件图。总装图绘制出来。 焊接变位机有利于实现最佳位置的焊接过程。提高工作效率，降低疲劳强度并达到良好的焊缝成型。 关键词： 焊接变位机，变位机，回转。 II The design for ball valve horizontal welding positioner of bearing 500kg Abstract Weldin
3、g 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, a newly emerging industri
4、es. However, the welding machine conjugation basic concepts, patterns and classification, the main technical parameters, there are not uniform. This topic is designed to load 500kg working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical rotation
5、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 rotational
6、 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 components map
7、. GAD mapping out. Stretching arm-welding dislodgement machine is advantageous to the realization the best position welding process,improves the working efficiency,reduces the fatigue strength and achieves the good welded joint shape. Keyword : welding positioner， Positioner ， Rotation. III 目 录 摘 要
8、. I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1焊接变位机及球阀的来源 . 1 1.2焊接变位机的意义 . 1 1.3焊接变位机的国内外发展现状 . 2 1.3.1 国外的发展现状 . 2 1.3.2 国内的发展现状 . 3 1.4课题研究的主要内容 . 3 2焊接变位机设计与总体设计 . 4 2.1焊接变位机的方案设计 . 4 2.2方案评价 . 4 2.3 焊接变位机的总体设计 . 4 2.3.1 工作台 . 5 2.3.2 回转机构 . 5 2.3.3 设计中传动方式的确定 . 6 3设计计算和校核 . 7 3.1传动比的假定和确定 . 7 3.1.1 回转机构 1 . 7
9、3.1.2 回转机构 2 . 8 3.2 传动装置总效率的确定 . 8 3.2.1 回转机构 1 传动的总效率 . 8 3.2.2 回转机构 2 传动的总效率 . 9 3.3工作台阻力矩的计算 . 9 3.3.1 回转机构 1 . 9 IV 3.3.2 回转机构 2 . 10 3.4电动机功率的确定 . 10 3.4.1 电机容量的确定 . 10 3.4.2 回转机构 1 电机功率的确 定 . 11 3.4.3 回转机构 2 电机功率的确定 . 11 3.5电机转速的确定 . 12 3.6电机类型的确定 . 12 3.6.1 回转电机 1 . 12 3.6.2 回转电机 2 . 13 3.7齿
10、轮的设计和校核 . 13 3.7.1 工作台回转机构 1 中齿轮的设计和校核 . 13 3.3.2 工作台回转机构 2 中齿轮的设计和校核 . 15 3.8轴的设计校核 . 17 3.8.1 初步设计 . 17 3.8.2 轴 1 的设计 . 17 3.8.3 轴 2 的设计 . 18 3.8.4 轴 3 的设计 . 18 3.8.5 轴 4 的设计 . 18 3.9轴强度的校核 . 19 3.9.1 轴 2 强度校核 . 19 3.10轴承的选择与校核 . 21 3.11键连接的选择与强度校核 . 25 3.12机架的设计 . 26 3.12.1 本设计中的具体要求 . 26 3.13其它外
11、购件的选择 . 26 结论 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 30 V 附录 . 31 承重 500kg 球阀卧式焊接变位机的设计 1 1 绪论 1.1 焊接变位机及球阀 的来源 1920年捷克作家卡雷尔查培克在其剧本中最早使用机器人一词，剧中机器人“ Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工 业机器人设想。 20世纪 40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。 1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。随着机器人
12、的发展，变位机这种辅助机器生产的设备也随之诞生。 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。在西方国家工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断 的上升。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
13、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。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。 1.2 焊接变位机 的意义 在现代加工和制造过程中，焊接变位机已悄然成为的一种不可缺少的设备，其作用越来越突出。特别是近十年来，这一产品在我国工程机械行业有了很大的发展，获得了广泛地应用。各种机械产品和机械设备的结构件大多数都
14、很复杂，尤其是各种机械的主要关键部件，其焊接质量的好坏直接影响整机性能。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助承重 500kg 球阀卧式焊接变位机的设计 2 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。 1.3 焊接变位机的国内外发展现状 1.3.1 国外的发展状况 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，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。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
15、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。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。额定负荷为 100dN 10kdN。 美国 Aronson 公司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个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。其承载能力范围为 11kg 1810 吨。美国 pride 公司生产的变位机， 美国 MBC 公司生产的用于管道和小零件焊接的变位机。详细来讲，美国 Aronson 公司生产的焊接变位机主要包括：手动双
16、回式，即 C 系列，包括型号 C1000、 2000、 4000，承载能力 25 磅 4000 磅；小型倾翻 回转式，即 LD 系列，型号 LD 60N、 150N、 300N，承载能力分别为 132 磅、 330 磅、 660 磅；倾翻 回转式，倾翻角度 135 度， D、 HD 系列，承载能力 314 磅 7 万磅；倾翻 回转 (换销 )定位升降式，倾翻角度 135 度，承载能力 4300 磅 12 万磅。此外还有倾翻 回转式，倾翻角度 90 度， G 系列；双座回转式 ， DCG 系列；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
17、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)公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备 焊接变位机有 12 个系列。他们把传动装置、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 轴变为机分 3 个系列，即立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式； 2 轴变为机有 5 个系列，即： C、 H、 L、 准 L 型双承重 500kg 球阀卧式焊接变位机的设计 3 回转式； 3 轴变位机包括 3 个系列； 5 轴变位机有 1 个系列。 1.3.2 国内的发展状况 现在我国生产焊接变位机的
18、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。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。 全双回转式。包括 L、 H(双座 )、 C 型双回转式 (BZ2-、 BZ2A-、 BZ2B-、 BZ2D-系列 )。 倾翻 -回转式焊接变位机（ BZ2C-系列）。 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）、双座单回转尾架移动式（ BZY-
19、、 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 1.4 课题研究的主要内容 本设计总结国内外关于焊接
20、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 500kg 卧式焊接变位机。 （ 1） 方案的优化设计； （ 2） 齿轮传动比及传动效率的计算； （ 3） 双回转力矩的计算； （ 4） 传动部分各部件尺寸的计算和强度的校核； （ 5） 标准件的选用。 承重 500kg 球阀卧式焊接变位机的设计 4 2 设备方案设计与总体设计 2.1 焊接变位机的方案设计 焊接变位机设计是为了满足焊接生产的功能，分析设计时要从该变位 机在整个生产系统中的功能来考虑： 对待焊接部件的装夹和固定； 1、 在设计参数许可的范围内对不同外形部件的焊接； 2、 使焊接工件能够沿着一定的轨迹运
21、动到合适的焊接位置； 3、 对常见的工作环境能够适应。 4、 能适应尺寸要求下的不同形状的工件焊接； 5、 结构简洁，外形尺寸小，成本低； 6、 多数采用标准件，方便制造。 本焊接变位机适用与中小工件的手工焊接，自动焊接等。能有效的将工件调整到合适的焊接位置。特点是操作简单，安全，成本较低。 表 2-1 设计的基本数据 基本承载能力（ kg） 500 回转 2 角速度 (r/min) 0.11 回转 2 角度（度） 0360 工作台的回转 1 角度（度） 0360 工作台回转 1 角速度 (r/min) 0.10.8 2.2 方案评价 本设计方案简单明了，由于多数采用标准件，所以方便加工。 2.3 焊接变位机的总体设计 （ 1）总体设计的内容 本焊接变位机由工作平台、双回转机构、机座组成。结构简图如下：
