伸臂式焊接變位機設計總體設計和旋轉減速器畢業(yè)設計

1、 I / 50伸臂式焊接變位機設計伸臂式焊接變位機設計-總體設計和旋轉減速器設計總體設計和旋轉減速器設計摘要摘要焊接變位機運動系統(tǒng)的設計是焊接變位機方案設計的核心容，而焊接變位機運動自由度的確定是其前提條件。焊接變位機的關鍵是對變位機進行最佳位置焊接所需要的運動自由度的設計，如平動或轉動的設計。伸臂式焊接變位機是將工件回轉，翻轉，以便使工件上的焊縫置于水平和船形位置的機械裝置。伸臂式焊接變位機是應用最廣泛的一種焊接變位機，載重量一般不超過 1 噸。伸臂式焊接變位機的主體部分是翻轉機構、回轉機構、底座。本設計主要論述了焊接變位機械的組成，工作原理，重點講述了其中的旋轉減速機構的設計，旋轉減速機構

2、通過電機驅動，經過帶傳動，二級蝸桿蝸輪減速器的傳動，起到減速和工作臺的旋轉運動的效果。包括了電機的選擇，鍵的選擇，軸承的選擇等，還有帶輪傳動的計算，蝸輪蝸桿傳動的計算，蝸桿軸的校核，軸承的校核等一系列設計計算。焊接變位機有利于實現最佳位置的焊接過程、提高工作效率、降低疲勞強度并達到良好的焊縫成型。關鍵詞關鍵詞：焊接變位機械；帶傳動；蝸輪蝸桿傳動；減速器 II / 50AbstractAbstractThe design of the moving system of the welding positioner is the core content of the scheme design,

3、but the system depends on the moving freedoms certainty.The key part of the design of 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 machineryand the base.The ar

4、m-extending welding posioner is used most widely ,the load is less than one ton.The 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 positionersmake

5、up and operating principle make up of the paper ,which disserates the design of the turning gear of the machine .The belt driving and two stage 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 ge

6、nerator and then the controller will adjust the speed makes sure of the high welding line quality.Weldingpositioner is in favor of the welding process to achieve the best possible position,improving efficiency,reducing the fatigue strength,and forming a good weld.K Ke ey y w wo or rd ds s: :welding

7、posioner,belt drive,worm drive,reducer III / 50目錄目錄摘要摘要 I IA AbstractbstractIIII目錄目錄 IIIIII前言前言 1 1第第 1 1 章緒論章緒論 2 21.1 課題研究現狀與意義 21.2 焊接變位機械概述 21.3 論文主要研究容 4第第 2 2 章帶傳動的設計章帶傳動的設計 6 62.1.電動機的選擇 62.2.帶傳動的設計計算 6第第 3 3 章旋轉減速器設計章旋轉減速器設計 10103.1 傳動比的分配 103.2 二級蝸桿傳動設計 103.3 蝸桿軸的設計計算與校核 183.4 軸承的選擇與校核 233.

8、5 鍵的選擇與校核 28第第 4 4 章焊接變位機的總體設計章焊接變位機的總體設計 31314.1 伸臂梁的設計計算：31 IV / 504.2 底座和箱體的簡單設計 32結論結論 3333參考參考文文獻獻 3434致致 3535附件附件 1 13636附件附件 2 24646 1 / 50前言前言隨著現代工業(yè)的發(fā)展和焊接技術的不斷進步，焊接作為一種金屬連接的工藝方法。在金屬結構生產中已基本取代了鉚接連接工藝。許多傳統(tǒng)的鑄鍛制品也有焊接制品或鑄-焊，鍛-焊制品所代替。焊接結構廣泛用于是由于化工工業(yè)重型與礦山機械，起重與運輸設備，汽車與船舶制造，航空航天技術，建筑結構與國防工業(yè)等領域中。許多產品

9、，例如大型的超高壓容器，除采用焊接工藝外，難以設想有更好的方法。在先進的工業(yè)國中，焊接產品的用鋼量已達到總用鋼量的 43%以上，為了制造如此龐大的焊接結構產品，需建立大量專門制造焊接結構的工廠，而其中焊接變位機則是滿足其焊接工藝的重要基礎。本次論文主要介紹 0.5t 伸臂式旋轉焊接變位機的總體設計與其裝配，重點介紹其中的回轉機構的設計與其組裝，由于作者水平有限，時間倉促，錯誤再所難免，還請讀者朋友們批評指正。 2 / 50第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 課題研究現狀與意義課題研究現狀與意義國外大型結構件的焊接一般應用機械手，從國目前的工藝現狀與設備投入情況，完全用焊接機器人代替手工焊

10、接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒有焊接變位機，對于復雜結構件的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調整至容易焊接的平焊或船焊位置是不可能的。工人無法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質量也無法保證。再者，工程機械大部分結構件很不規(guī)則，如裝載機的前車架、挖掘機的大臂等類工件，焊縫復雜，外形大且重量較重，靠行車或其它吊裝設備人工翻轉，不僅頻繁占用吊裝設備，焊接效率低，而且現場操作不規(guī)，存在一定的安全隱患。因此，近年來人工焊接變位機得到國工程機械行業(yè)的廣泛共識，都在加大這方面的投入。 本次論文處于對大學四年所學的知識進行的一次綜合性的梳理與應用，對學生的綜合能力進行的一次較為實質性的鍛煉。1.21.2 焊接變位機械概述焊

11、接變位機械概述隨著焊接產品在國防工業(yè)，船舶運輸，機械化工中的廣泛使用，對焊接產品的質量要求也越來越高，傳統(tǒng)的手工定位已不能夠滿足其精度要求，焊接變位機械便應運產生使用，近幾年并隨著控制理論的成熟發(fā)展，將其運用到其機械當中，發(fā)揮了越來越大的作用。1.2.11.2.1 焊接變位機械的結構與使用特點焊接變位機械的結構與使用特點通常焊接變位機械可分為變位機、翻轉機、滾輪架、升降機等四大類：一、變位機是通過工作臺的旋轉和翻轉運動，使工件所有焊縫處于最理想的位置進行焊接，使焊縫質量的提高有了可靠的保證，它是焊接各種軸類、盤類、筒體等回轉體零件的理想設備，同時也可用來焊接機架、機座、機殼等非長形工件。選用變

12、位機時應注意以下幾點：（1）應根據工件的質量、固定在工作臺上的工件重心至臺面的重心高度、重心偏 3 / 50心距來選用適當噸位的變位機。（2）要在變位機上焊接圓形焊縫時，應根據工件直徑與焊接速度計算出工作臺的回轉速度；如變位機僅用于工件的變位，工作臺的回轉速度與傾翻速度應根據工件的幾何尺寸與重量選擇，對大型、重型工件速度應慢些。（3）工作臺的傾翻速度一般是不能調節(jié)的，如在傾翻時要進行焊接工作，應對變位機提出特殊要求。（4）工作臺應有聯(lián)接焊接地線的位置，且不受工作臺回轉的影響。不允許將焊接地線接在變位機機架上，從而使焊接電流通過軸承的轉動零件。（5）批量生產定型工件時，可選用具有程序控制性能的變

13、位機。（6）變位機只能使工件回轉、翻動，要使焊接過程自動化、機械化，還應考慮用相應的焊接操作機械。二、翻轉機是將工件繞水平軸翻轉，使之處于有利施焊位置的機械，適用于梁、柱、框架、橢圓容器等長形工件的裝配焊接。焊接翻轉機種類繁多，常見的有頭架式、頭尾架式、框架式、轉環(huán)式、鏈條式與油壓千斤頂式。（1）頭尾架式翻轉機 這種翻轉機由主動的頭架與從動的尾架組成，它們之間的距離可根據所支撐的工件長度調節(jié)。當工作較重時應考慮將頭尾架固定在基礎上，防止傾倒。頭尾架式翻轉機的缺點是工件由兩端支承，翻轉時頭架端要施加扭轉力，因而不適用于剛性小，易撓曲的工件；另外，當設備安裝不當，頭尾架的兩根樞軸不在同一軸線上時，

14、工件會受到過大的扭轉力矩使翻轉困難，甚至造成工件扭壞或樞軸因發(fā)生超負荷而扭斷。對于短工件可以不考慮兩端支撐，可僅將工件固定在頭架上進行反轉，而不用尾架。（2）框架式翻轉機 用一根橫梁連接在頭尾架的樞軸上或工作臺上，可構成框架式翻轉機。工作時工件固定在橫梁上有橫梁帶動工件一起翻轉。為減小驅動力矩，應使橫梁工件合成的縱向重心線盡可能與樞軸的軸線相重合。（3）轉環(huán)式翻轉機 這類翻轉機使用于長度和重量均較大，截面又多變化的工件翻轉。（4）液壓千斤頂式翻轉機 液壓千斤頂式翻轉機結構簡單，載重量大，通常用于 4 / 50將工件作的翻轉。9045三、滾輪架是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力帶動圓筒形焊件旋轉的機

15、械裝置。主要應用于回轉體工件的裝配與焊接，其載重可從幾十千克到千噸以上。按其結構形式可分為三大類：1、自調式滾輪架2、長軸式焊接滾輪架。3、組合式焊接滾輪架。四、升降機是用來將工人與裝備升降到所需的高度的裝置，主要用于高大焊件的手工焊和半自動焊與裝配作業(yè)。其主要結構形式有：1、管結構肘臂式。2、管筒肘臂式。3、板結構肘臂式。4、立柱式。1.2.21.2.2 焊接變位機械的工作原理焊接變位機械的工作原理焊接變位機械主要為焊接工藝提供合適的工作焊點，其具體的實現過程是：回轉機構由電動機拖動，電動機輸出一定的轉速，經過帶輪一次減速后，然后經過二級蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后由回轉主軸，經過工作臺輸出

16、焊件所需要的焊接速度，以期達到所需要的焊縫要求；傾斜機構主要實現工件在空間上的傾斜，本次論文所要研究的是傾斜機構空間四十五度圍的傾斜，其具體的實現過程：整個傾斜機構由電動機拖動，電動機輸出一定的轉速，經過帶輪一次減速后，然后經過二級蝸輪蝸桿減速器兩次減速，最后其輸出軸與錐角四十五度的伸臂梁相連接，伸臂梁與回轉機構相連從而實現工作臺在空間上的四十五度傾斜。底座在整個機械工作過程中起到抗振，平衡的作用。1.31.3 論文主要研究容論文主要研究容本次論文從整體上對焊接變位機械進行設計，它包括焊接機械當中的傾斜機構， 5 / 50回轉機構，以與底座的總體設計，同時對機械當中的旋轉減速機構進行了詳細的設

17、計描述：包括電動機的選擇，二級蝸輪蝸桿減速器的設計，帶輪與其傳動帶的設計計算，箱體的設計等。 6 / 50第第 2 2 章章 帶傳動的設計帶傳動的設計2.1.2.1.電動機的選擇電動機的選擇根據設計需要，選擇三相電動機 Y8014，其相關數據如下：額定轉速min/1390rn 額定功率KwP55. 02.2.2.2.帶傳動的設計計算帶傳動的設計計算此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經通過答辯 驗算帶速v根據資料1式 8-13 計算帶的速度 （2-3）smsmnDv/55. 6/100060

18、13909010006011帶速不宜過高或過低， （2-4）smvsm/30/5故帶速合適。 計算大帶輪的基準直徑由可得12dddid （2-5）mmdd1809022其中 為大小帶輪之間的傳動比。i2i故取帶輪直徑。mmdd1802 7 / 50（4）確定中心距，并選擇帶的基準長度adL 結合資料1式,初定中心距。208mma4000 計算相應的帶長0dL02212100422addddaLddddd （2-6）40049018018090240022mm1229帶的基準長度，根據由資料1表 8-2 選取，可得。dL0dLmmLd1250 計算中心距與其變動圍:a傳動的實際中心距近似為 （2

19、-7）2/0dodLLaamm)10400(mm410考慮到帶輪的制造誤差,帶長誤差，帶的彈性以與因帶的松弛而產生的補充緊的需要，常給出中心距的變動圍。mm440390（5）驗算小帶輪上的包角1adddd3 .57180121410/3 .5790180180 （2-8）904 .167故滿足小帶輪的包角條件。（6）確定帶的根數 Z.帶的根數rcaPPZ/ （2-9）KKPPPKlA002式中：當包角不等于 180 度時的修正系數，參見資料1表 8-2；lK當帶長不等于試驗所規(guī)定的特定帶長時的修正系數參見資料1表 8-2。 K 8 / 50（7）計算單根 V 帶的初拉力的最小值()0Fmin由

20、資料1表 8-3 得 Z 型帶的單位長度質量，所以mKgq/1 . 02min0)5 . 2(500)(qvzvKPKFca （2-10）NN4 .3855. 606. 055. 6298. 0605. 0)98. 05 . 2(5002應使帶的實際初拉力。min00)(FF （8）計算壓軸力pF壓軸力的最小值為 （2-11）NNFzFp7 .15224 .167sin4 .38222sin)(2)(1min0min（9）帶輪選材大帶輪的材料為，小帶輪的材料為 Q235-A。200HT基準直徑，由于安裝帶輪的軸徑為 20mm。mmdd1802故帶輪可采用腹板式（圖 2-1） 。圖 2-1 腹板

21、式帶輪 9 / 50第第 3 3 章章 旋轉減速器設計旋轉減速器設計3.13.1 傳動比的分配傳動比的分配由電動機經帶輪傳動后，輸出功率為 0.55Kw，輸出速度，min/69021rDDnn額故總傳動比，初分高低速級傳動比分配為，95872. 0690出nni3195821iii確定高速級傳動比，低速級傳動比。301i322i3.23.2 二級蝸桿傳動設計二級蝸桿傳動設計3.2.13.2.1 高速級蝸桿傳動設計高速級蝸桿傳動設計電動機輸入功率為，電機轉速，傳動比為，輸出KwP55. 01min/13901rn 30i轉速設使用壽命為四年每年工作 300d，每天工作 8h，JC=40%。min

22、/23/12rinn（1）選擇傳動的類型，精度等級和材料 10 / 50考慮到傳遞的功率不大，轉速較低，選用 ZA 蝸桿傳動，精度 8CGB100891988，其示意圖見圖 3-1。圖 3-1 高速級蝸桿傳動示意圖蝸桿用 35CrMo，表面淬火，硬度為 4550HRC；表面粗糙度1.6。蝸輪選aRm用 20Cr。（2）選用蝸桿蝸輪的齒數傳動比30i參考資料2表 16.5-5，取，11z3013012 izz（3）確定許用應力 （3-1）NvsHPHPZZ由資料2表 16.5-14 查得=220N/，按圖 16.5-2 查得HP2mm2/70mmNFP，由圖 16.5-3，采用浸油潤滑，得。sm

23、vs/5 . 198. 0vsZ輪齒應力循環(huán)次數 （3-2）62103 . 54 . 0843001236060hLjLnN查資料2圖 16.5-4 得，。08. 1NZ85. 0NY （3-3）2/23308. 198. 0220mmNHP （3-4）2/5 .5985. 070mmNYNFPFP（4）接觸強度設計 （3-5）2221215000KTzdmHP 11 / 50式中：載荷系數 K=1.2。蝸輪軸的轉矩 （3-6）mNnPT1712375. 055. 095509550212（式中暫?。?。代入上式75. 0=945 （3-7）1712 . 13023315000212dm3mm

24、查資料2表 16.5-4，接近于=945的是 1000，相應12dm3mm3mmm=5mm，=50mm。1d查表 16.5-6，按 i=30，m=5mm，=50mm，其 a=100mm，蝸輪1d312z5 . 02x分度圓直徑，導程角。mmmmmzd1553152271. 5（5）求蝸輪的圓周速度，并校核效率實際傳動比3113112zzimin/26.223169012rinn蝸輪的圓周速度 （3-8）smndv/18. 06000026.2215560000122滑動速度 （3-9）smndvs/88. 171. 5cos6000069050cos6000011求傳動的效率，按321式中：7

25、4. 0271. 5tan71. 5tantantan1v 12 / 50由資料2表 16.5-16 查得；v2v取。則98. 0,98. 032 （3-10）71. 098. 098. 074. 0321與暫取值 0.75 接近。（6）校核蝸輪齒面的接觸強度按資料2表 16.5-10，齒面接觸強度驗算公式為 （3-11）HPvAEHKKKddTZ22129400式中：查資料2表 16.5-11 得=155；EZ2/mmN按表 16.5-12 取=0.9（間歇工作） ；取=1.1；取=1.1。AKvKK蝸輪傳遞的實際轉矩 （3-12）mNnPT5 .16726.2271. 055. 09550

26、955022112當時，查資料2圖 16.5-4 得。svsm/88. 197. 0vsZ （3-13）2/5 .23008. 197. 0220mmNHP將上述諸值，代入公式（3-14）222/5 .230/1851 . 11 . 19 . 0155505 .1679400155mmNmmNHPH（7）蝸輪齒根彎曲強度校核按資料2表 16.5-10，齒根彎曲強度驗算公式 （3-15）FPFSvAFYYmddKKKT212666式中：按與，查圖 16.5-18 得=3.3447.3171. 5cos31cos3322zzv5 . 02xFSY9524. 012071. 511201Y2/5 .

27、59mmNFP 13 / 50將上述諸值，代入公式 （3-16）22/5 .59/97. 99524. 034. 35155501 . 11 . 19 . 05 .167666mmNmmNFPF（8）選取蝸桿傳動的潤滑方法根據蝸輪蝸桿的相對滑動速度，載荷類型為重型載荷，故可采用油池smVs88. 1潤滑。（9）高速級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核與其選用冷卻裝置 （3-17）SPttd/ )1 (10000式中:周圍空氣的溫度，常溫情況下可取 20 C；t蝸桿蝸輪的傳動效率,；75. 0箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂担扇?(8.1517.45)，當周圍空氣流ddCmw2動良好時可取偏大值。這里取；d15d輸

28、入功率，。pKwp55. 020. 015/25. 055. 01000200t9 .45209 .65由于,其中 80為臨界溫度，故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝809 .65置。（10）幾何尺寸計算已知：a=100mm，。11z312zmmd501mmd15525 . 02xmmmmmzbmmmmmddmmmmmddfa3 .4953106. 0806. 08382 . 0152502 . 0126052502211111取=50mm。1b 14 / 50mmmmddhcmmmcchmmmhhmmdbmmmmmdDmmddmmxmddmmmmxhamddfaaaaaawwfa11)38

29、60()()2 . 0(152 . 0) 1(54575. 0170)10160(21551387 . 152155)2 . 1 (21605 . 015215522111211*112222222*22一般取3.2.23.2.2 低速級蝸桿傳動設計低速級蝸桿傳動設計經高速級傳動后輸入功率為，輸入軸轉速KwKwPP4 . 071. 055. 012，輸出轉速設使用壽命為四年每年工作 300d，每天工min/26.221rn min/72. 02rn 作 8h，JC=40%。（1）選擇傳動的類型，精度等級和材料考慮到傳遞的功率不大，轉速較低，選用 ZA 蝸桿傳動，精度 8 c GB1008919

30、88，其示意圖見圖 3-2。圖 3-2 低速級蝸桿傳動示意圖蝸桿用 35CrMo，表面淬火，硬度為 4550HRC；表面粗糙度1.6。蝸輪選aRm用 HT200 鑄造。（2）選用蝸桿蝸輪的齒數傳動比3172. 0/26.22/21nni 15 / 50參考資料2表 16.5-5，取，。11z3113112 izz（3）確定許用應力 （3-18）NvsHPHPZZ由資料2表 16.5-14 查得=220N/，。按圖 16.5-2 查得HP2mm2/70mmNFP，由圖 16.5-3 知，采用浸油潤滑，得。smvs/5 . 01vsZ輪齒應力循環(huán)次數 （3-19）52107 . 14 . 0843

31、00172. 06060hLjLnN查資料2圖 16.5-4 得，6 . 1NZ1NY （3-20）2/3526 . 11220mmNHP （3-21）2/70170mmNYNFPFP（4）接觸強度設計 （3-22）2221215000KTzdmHP式中：載荷系數 K=1.2。蝸輪軸的轉矩 （3-23）mNnPT382072. 07 . 04 . 095509550222（式中暫?。?。代入上式7 . 0=8662 （3-24）38202 . 13135215000212dm3mm查資料2表 16.5-4，接近于=8662的是 9000，相應12dm3mm3mmm=10mm，=90mm。查表

32、16.5-6，按 i=31，m=10mm，=90mm，其1d1da=200mm，蝸輪分度圓直徑，導程角312z02xmmmmmzd310311022。34. 6（5）求蝸輪的圓周速度，并校核效率 16 / 50蝸輪的圓周速度 （3-25）smndv/012. 06000072. 031060000122滑動速度 （3-26）smndvs/1 . 034. 6cos6000026.2290cos6000011求傳動的效率，按321式中：58. 052. 434. 6tan34. 6tantantan1v由表 16.5-16 查得；v52. 4v取。則98. 0,99. 032 （3-27）56.

33、 098. 099. 058. 0321（6）校核蝸輪齒面的接觸強度按資料2表 16.5-10，齒面接觸強度驗算公式為 （3-28）HPvAEHKKKddTZ22129400式中：查資料2表 16.5-11 得=155；EZ2/mmN按資料2表 16.5-12 取=0.9（間歇工作） ；取=1.1；取=1.1。AKvKK蝸輪傳遞的實際轉矩 （3-29）mNnPT297172. 056. 04 . 09550955022112當時，查資料2圖 16.5-4 得。svsm/1 . 01vsZ （3-30）2/3526 . 11220mmNHP將上述諸值，代入公式 （3-31）222/352/7 .

34、2901 . 11 . 19 . 03109029719400155mmNmmNHPH（7）蝸輪齒根彎曲強度校核 17 / 50按資料2表 16.5-10，齒根彎曲強度驗算公式 （3-32）FPFSvAFYYmddKKKT212666式中：按與，查圖 16.5-18 得=2.54。6 .3134. 6cos31cos3322zzv02xFSY947. 012034. 611201Y2/70mmNFP將上述諸值，代入公式 （3-33）22/70/6 .18947. 054. 210310901 . 11 . 19 . 02971666mmNmmNFPF（8）選取蝸桿傳動的潤滑方法根據蝸輪蝸桿的相

35、對滑動速度，載荷類型為重型載荷，故可采用油池smVs1 . 0潤滑。（9）高速級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核與其選用冷卻裝置 （3-34）sPttda/ )1 (10000式中:周圍空氣的溫度，常溫情況下可取 20 C；at蝸桿蝸輪的傳動效率,；56. 0箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?，可?，當周圍空氣流dC17.45)w/m(8.152d動良好時可取偏大值。這里??；d15d輸入功率，；pKwp4 . 020. 015/44. 04 . 01000200t582078由于,其中 80為臨界溫度，故在通風良好的情況下，不需要加散熱裝置。8078 （10）幾何尺寸計算 18 / 50已知：a=200mm，。1

36、1z312zmmd901mmd310202xmmmmmzbmmmmmddmmmmmddfa6 .98103106. 0806. 08662 . 01102902 . 012110102902211111取=100mm。1bmmmmddhcmmmcchmmmhhmmdbmmmmmdDmmddmmxmddmmmmxhamddfaaaaaawwfa22)66110()()2 . 0(5102 . 0) 1(105 .8275. 0350)20330(23101862 . 1102310)2 . 1 (23300110231022111211*112222222*22一般取3.33.3 蝸桿軸的設計計

37、算與校核蝸桿軸的設計計算與校核（1）利用已知條件求蝸桿上的功率，轉速 n 和轉矩 T1P11mNmmNnPTrnKWP6 . 769055. 095509550min/69055. 011111（2）初步估算直徑選擇軸的材料為 45 鋼，經調質處理，由資料2表 19.1-1 查得材料力學性能數據為：MPaEMPaMPaMPaMPasb5111015. 2155270360650根據表 19.3-1 公式初步計算軸徑，由于材料為 45 鋼，由資料2表 19.3-2，選取A=115，則得 19 / 50 （3-35）mmnPAd66.1069055. 01153311min因最小直徑顯然是帶輪的徑

38、，所選的軸徑與帶輪的徑相適應，故最小軸徑為20mm。（3）軸的結構設計與校核1）擬定裝配方案見圖 3-3圖 3-3 軸裝配尺寸方案圖2）根據軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度為了滿足帶輪的軸向定位要求軸段 f 處有一定位軸肩，故軸 g-f 的直徑為20mm，軸長為 40mm。初步確定滾動軸承，因此軸為蝸桿軸，應考慮軸向力，從而選用能承受軸向力的單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據，確定選用 32006 型軸承，其尺寸為2d，所以軸 e-f 直徑為 30mm，而長度為 50mm。mmmmmmTDd175530因軸段 c-d 為蝸桿輪齒部分，其分度圓直徑為 50mm，全齒寬為 50mm，考慮與

39、其配合的蝸輪外圓直徑為 170mm，取軸 b-e 的軸徑為 36mm，長度為 210mm。軸 a-b 長度為軸承寬度，故軸長度為 17mm，軸徑為 30mm。3）軸向零件的周向定位帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接，按查資料3可得平鍵截面尺寸1d，鍵長 30mm，采用公差配合為 H7/k6，滾動軸承與軸的軸向定位是借過渡66hb配合來保證的，此處軸的直徑公差為 m6。4）確定軸上倒角軸上倒角為。452 20 / 505）求軸上的載荷做出軸的簡圖，在確定軸的支點位置時，應從資料2中查取軸承壓力中心偏離值，因此，作為簡支梁的支撐跨距為 317mm。mma1 .13軸傳遞的轉矩 （3-36）mNmNT

40、5 .16726.22955071. 055. 02蝸桿所受的圓周力 （3-37）NNdTFt216506 . 720002000111蝸桿所受的徑向力tan2000tan2000tan212221diTdTFFtrN81320tan15571. 0316 . 72000（3-38）蝸桿所受的軸向力 （3-39）NFFta223321帶輪的切向力 （3-40）NNFZFr7 .15224 .167sin4 .38222sin)(21min0式中：Z 為 V 帶的根數；為單根 V 帶的初拉力最小值； min0F為帶輪上的包角。1求支反力1）在水平平面的支反力，由0AM02111dFaFbaRar

41、Bz02522339 .1088138 .217BzRNRBz2 .150由得 0z 21 / 50NRRBzAz8 .6628132）在垂直平面的支反力，0BM （3-41）0cFbFbaRrtAy01 .737 .1529 .1082168 .217AyRNRAy25.159NRBy45.20925.1597 .1522166）作彎矩圖和扭矩圖在水平平面的彎矩圖mNmNaRMAzDz18.721089. 08 .662mNdFMMaDzDz35.16025. 0223318.72211在垂直平面的彎矩圖mNaRMAyDy34.171089. 025.159mNcFMrEy16.110731

42、. 07 .152合成彎矩計算： （3-42）mNmNMMMDyDzD11234.1718.782222 （3-43）mNmNMMMDyDzD8 .1916.1135.162222作彎扭矩圖見圖 3-4 22 / 50圖 3-4 彎扭矩圖7）軸的強度校核確定危險截面截面 e 處彎矩最大，屬危險截面，現對 e 截面進行強度校核。按彎扭合成應力校核軸的強度取，軸的計算應力6 . 0 （3-44） MPaTMDca98.42301 . 0106 . 76 . 0105 .19043232322又因軸的材料為 45 鋼，調質處理，查手冊得 23 / 50MPaca601軸的強度符合要求。3.43.4

43、軸承的選擇與校核軸承的選擇與校核3.4.13.4.1 對低速級蝸桿軸軸承進行選擇校核對低速級蝸桿軸軸承進行選擇校核由資料2選單列圓錐滾子軸承的型號 33110 可知：基本額定動載荷為；KNCr2 .89基本額定靜載荷為；KNCr1250徑為；mmd50外徑為；mmD85計算系數為。5 . 141. 0Ye將受力其簡化為力學模型見下圖 3-5。（1）根據靜力學公式可求得軸承處的水平與豎直方向得力：NFbh1697NFeh2669NFbv7010NFev6 .778其中:NFNFNFatr19168,2133,6976111NFNFNFatr216,2233,813222 24 / 50圖 3-5

44、 軸承受力力學模型B,E 處所受總的力大小為： （3-45）22bvbhbFFFN7212 （3-46）22eveheFFFN2780（2）求兩軸承的計算軸向力：由派生的軸向力rFdF （3-47）NNYFFrd9275 . 122780211 （3-48）NNYFFrd24049 . 127212222軸向受力分析如下圖 3-6：圖 3-6 軸承軸向受力圖NFNNFFFddaa240420311)73221619168(2121可見 B 軸承壓緊，E 軸承放松。兩軸承軸向力分別是：NFFda73211NFFFFdaaa203111212 25 / 50（3）求軸承的當量動載荷21P,P （3

45、-49）eFFra26. 0278073211 （3-50）eFFra8 . 272122031122由資料1表 13-15 分別查表和插值計算得徑向載荷系數或軸承載荷系數。對于軸承 B：；5 . 1, 4 . 011YX對于軸承 E：。0, 122YX由資料1表 13-6，取。8 . 12 . 1pf2 . 1pf （3-51）NFYFXfParp333611111 （3-52）NFYFXfParp400222222221PP 按照軸承 B 的受力大小與壽命進行校核： （3-53）hPCnLk10000601016可知滿足其壽命要求。3.4.23.4.2 對高速級軸軸承進行校核對高速級軸軸承

46、進行校核根據資料2選單列圓錐滾子軸承的型號 32006 可知：基本額定動載荷為；KNCr8 .35基本額定靜載荷為；KNCr8 .460徑為；mmd30外徑為；mmD55計算系數為。4 . 143. 0Ye將受力其簡化為力學模型見圖 3-7。 26 / 50圖 3-7 軸承受力力學模型（1）根據靜力學公式可求得軸承處的水平與豎直方向的力NFNFbvav127686NFFFtbhah1085 . 0其中：NFNFNFaetr2233,216,813A，B 處所受總的力大小為：22bvbhbFFFN16722avahaFFFN694（2）求兩軸承的計算軸向力由派生的軸向力rFdFNNYFFrd60

47、4 . 12167211NNYFFrd2484 . 12694222軸向受力分析如下圖 3-8。 27 / 50圖 3-8 軸承軸向受力圖NFNNFFddae2482293)602233(21可見 A 軸承壓緊，B 軸承放松。兩軸承軸向力分別是：NFFda6011NFFFdaea229312（3）求軸承的當量動載荷21,PP （3-54）eFFra36. 01676011 （3-55）eFFra3 . 3694229322由資料1表 13-15 分別查表和插值計算得徑向載荷系數或軸承載荷系數。對于軸承 B：；0, 111YX對于軸承 A：。4 . 1,40. 022YX由資料1表 13-6，取

48、。8 . 12 . 1pf2 . 1pf （3-56）NFYFXfParp4 .20011111 （3-57）NFYFXfParp36.41852222212PP 按照軸承 A 的受力大小與壽命進行校核： （3-58）hPCnLk300000601016可知滿足其壽命要求。 28 / 503.53.5 鍵的選擇與校核鍵的選擇與校核3.5.13.5.1 大帶輪處的鍵選擇與校核大帶輪處的鍵選擇與校核根據資料3由帶輪處的直徑選擇鍵，其型號GB1096 -79(90)，相關尺寸：6306mmtmmLmmhmmb5 . 33066分別校核鍵的擠壓強度和剪切強度（1）擠壓強度根據公式： （3-59）dkl

49、Mc/2000式中：輸入轉矩；MmN 軸直徑，；dmmd20鍵與輪轂的接觸高度，；kmmthk5 . 2鍵的工作長度，。lmmbLl24245 . 220/6 . 22000cMpaMpaca365 . 4故其擠壓強度滿足強度要求。（2）剪切強度根據公式： （3-60）lbdM/200024620/6 . 22000 MpaMpap128 . 1式中：軸直徑,；dmmd20 29 / 50鍵的工作長度；l輸入扭矩；MmN 鍵的寬度，。bmmb6故其擠壓強度滿足強度要求。3.5.23.5.2 低速級渦輪軸上的鍵選擇與校核低速級渦輪軸上的鍵選擇與校核根據資料3由軸徑選擇鍵，其型號為GB1096 -

50、79(90) ，其相關尺寸：761422mmtmmLmmhmmb9761422分別校核鍵的擠壓強度和剪切強度（1）擠壓強度根據公式： （3-61）dklMc/2000式中：輸入轉矩；MmN 軸直徑,；dmmd80鍵與輪轂的接觸高度，；kmmthk5鍵的工作長度，。lmmbLl54 （3-62）54580/962000cMpaMpaca369 . 8故其擠壓強度滿足強度要求。（2）校核其剪切強度根據公式： （3-63）lbdM/2000541480/962000 MpaMpa122 . 3p 30 / 50式中：軸直徑,；dmmd80鍵的工作長度；l輸入轉矩；MmN 鍵的寬度，。bmmb14故其

51、擠壓強度滿足強度要求。 31 / 50第第 4 4 章章 焊接變位機的總體設計焊接變位機的總體設計4.14.1 伸臂梁的設計計算伸臂梁的設計計算整個回轉機構的重量，載重，機身重，則：Kgm5001Kgm5002。Kgme1000由工作情況可知，臂梁所承受的最大彎矩發(fā)生在當回轉機構處于水平位置時，整個臂梁可視作懸臂梁，其力學模型簡化如下圖 4-1：圖 4-1 伸臂梁力學模型則計算其相關力有：，NFFyx10000, 0 （4-1）LGMmax （4-2）323dW （4-3） （4-4）gmGe （4-5）63max1010032dmglWM （4-6）3531014. 3108 . 932ld

52、當時，mml850mml931014. 3108 . 932353mmd93這里取。mmd108 32 / 504.24.2 底座和箱體的簡單設計底座和箱體的簡單設計底座和箱體等零件工作能力的主要指標是剛度，其次是強度和抗振性能；當同時用作滑道時，滑道部分還應具有足夠的耐磨性。此外，對具體的機械，還應滿足特殊的要求，并力求具有良好的工藝性。底座和箱體的結構尺寸和大小，決定于安裝在它的部或外部的零件和部件的形狀和尺寸與其相互配置，受力與運動情況等。設計時應使所裝的零件和部件便于裝拆與操作。底座和箱體的一些結構和尺寸，如壁厚，凸緣寬度，肋板厚度等，對機座和箱體的工作能力，材料消耗，質量和成本，均有

53、重大的影響。但是由于這些部位的形狀不規(guī)則和應力的分布復雜性，基本上按照經驗公式，經驗數據，或比照現用的類似機件進行設計，而略去強度和剛度等的分析與校核。此次論文設計采用的機座和箱體的設計采用經驗公式和比照的方法進行設計。 33 / 50結論結論本論文全面介紹了伸臂式焊接變位機械的綜合設計，包括回轉機構，傾斜機構與底座等幾部分的設計計算，其中回轉機構和傾斜機構的減速器均采用二級蝸輪蝸桿減速器，從而得到了較低而又平穩(wěn)的工作轉速，在回轉機構中測速發(fā)電機的使用將其工作臺的速度與時反饋到電動機的控制裝置，進而調節(jié)電動機的轉速以適應工作臺的速度，將其穩(wěn)定在某個圍，保證其焊縫質量。 34 / 50參考文獻參

54、考文獻1濮良貴,紀名剛. 機械設計(第八版)M.:高等教育,2006.2機械設計手冊(新版 3)M.:機械工業(yè),2004.3 朱龍根. 簡明機械零件設計手冊M.:機械工業(yè),1997.4 周壽森. 焊接機構生產與裝備M.:機械工業(yè),1999.5 中國機械工程學會,焊接學會. 焊接手冊M.:機械工業(yè),1992.6 焦馥杰. 焊接結構分析基礎M.:科學技術文獻,1991.7 曾樂. 焊接工程學M.:新時代,1986.8 世瑤. 焊接方法與設備M.:機械工業(yè),1982.9 船舶工業(yè)設計研究院,機械工業(yè)部第五設計研究院,船舶工程第五設計研究所. 焊接設備選用手冊M.:機械工業(yè),1984.10 美國焊接學

55、會,鴻碩,桂清. 焊接新技術M.:宇航,1981.11 薛迪目. 焊接概論M.:機械工業(yè),1987.12 機械設計手冊(第二版)M.:機械工業(yè),2004.13 鴻文. 材料力學M.:高等教育,2006.14 海根. 機電傳動控制M.:高等教育,2001.15 于萍,周兆元. 互換性與測量技術基礎M.:機械工業(yè),2007.16慶芬,朱世,其廉.機電工程專業(yè)英語M.:工程大學,2007.17Dimarogonas,A.D. Machine DesignM.John Wiley & Sons,2000.18Cross,N. Engineering Design MethodsM.John Wiley

56、 & Sons,2000.致致本次論文是在終結大學四年學習的情況下進行的，力求對大學之所學能夠來一次 35 / 50集中鞏固與其創(chuàng)新利用。它涵蓋面很廣，涉與了機械的所有容，是培養(yǎng)高級工程技術人才的一次綜合訓練。經過論文的選材，開題，構思，設計等一系列的訓練，相信自己對設計有了進一步的認識，在計算能力，英文文獻閱讀翻譯，查找相關信息等多種能力得到了一次深刻的鍛煉，在整個過程中，可以說完成了工程師基本訓練和逐步具有從事科學研究的工作能力，受益匪淺，相信對以后的學習工作會有很大幫助。論文是在琨明老師與其院里老師的悉心幫助，指導下完成的，在此給予衷心的感！ 36 / 50附件附件 1 1外文資料翻譯

57、37 / 50外文資料翻譯 1關于焊接遙控操作遙控機器人系統(tǒng)的多模態(tài)人機交互界面關于焊接遙控操作遙控機器人系統(tǒng)的多模態(tài)人機交互界面海超，高洪明，吳林，廣軍摘要摘要在焊接遙控操作遙控機器人系統(tǒng)中，人機界面是提高生產力和生產效率的一個最重要的因素，該論文提出了關于焊接遙控操作系統(tǒng)人機界面的設計：焊接多模態(tài)人機界面。人機界面綜合幾個共同控制的控制模式，電教、遠程監(jiān)控和地方自主控制?？臻g鼠標，全景攝像頭和圖形仿真系統(tǒng)還融入了焊接遙控操作的人機界面最后，焊縫跟蹤和焊接實驗的馬蹄形焊縫都是由這些模式分別控制，結果表明，該系統(tǒng)在人機交互和復雜環(huán)境的焊接時具有更好的性能。關鍵詞：多模態(tài)界面，控制模式，遙控機器

58、人系統(tǒng)，焊接遙控操作0 0 緒論緒論遠程遙控焊接吸引了很多關注的核電廠，水下工程施工焊接遙控系統(tǒng)由人類操作員(HO)，人機交互界面(HMI)，焊接遙控操作機器人系統(tǒng)和通信連接裝置。一般來說，HMI對HO來說是整個系統(tǒng)的一個界面。目前，遙控機器人的HMI有以下問題：信息反饋的系統(tǒng)狀態(tài)是不夠的； HO的信息無確預計到偏遠焊接環(huán)境；高級別接口如虛擬的不能提高系統(tǒng)效率多模態(tài)界面利用HO采用多通道并行互動，這是基于視覺再現，聲音識別, 手動命令輸入，視覺反饋和圖形仿真技術，制圖仿真技術。 Zaatri提出的概念，多式聯(lián)運執(zhí)行者界面，早期的遙控焊接研究在遠端環(huán)境信息反饋上停留在宏觀的二維視覺反饋上。如加拿

59、大Douglus Point核電站的核反應堆泄漏事故中進行的修補工作。此工程中使用雙機械臂遠程遙控焊接修補泄漏處，負責任務執(zhí)行的機械臂一個裝載焊槍，另一個載有7臺攝像機從不同的視角進行監(jiān)控_2 J。宏觀視頻監(jiān)控只能反饋二維視覺信息，操作者不能獲得深度信息，由于有多個視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作者在操作遠端的機器人時，易“迷失自我” ，不易掌握攝像機、焊槍、工件三者之間的位姿關系，不易控制焊槍的移動軌跡和姿態(tài)調整，增大了操作難度，易與環(huán)境發(fā)生碰撞。一般來說，在機器人遙操作領域發(fā)展了視覺臨場感技術，其核心是立體視覺顯示技術，通過兩幅不同角度的圖像進行交替顯示的方法來獲得遠端環(huán)境的深度感覺，立體視覺顯示技術在

60、焊縫跟蹤中具有重要作用。焊接操作中，操作者的注意力集中在電 38 / 50弧周圍的一個小區(qū)域中，視覺空間沿著焊接方向隨著焊槍一起移動，立體視覺在此過程中提供給操作者具有深度感的信息，操作者可以隨時調整焊槍的運動姿態(tài)與跟蹤焊縫的橫向偏差，保持一定適當速度導引焊槍跟蹤焊縫，控制過程更加直觀有效，防止工具與環(huán)境發(fā)生碰撞。焊接機器人遙操作系統(tǒng)要求具有較高的軌跡跟蹤精度和焊接過程中的平穩(wěn)性。在開發(fā)焊接機器人遙操作系統(tǒng)時，合理的控制方法和控制策略能夠提高操作的靈活性。本文在焊接機器人柔性加工單元的基礎上進行深層次改造，采用我們自行開發(fā)的基于頁面交換模式的桌面式立體視覺系統(tǒng)對遠端的焊接環(huán)境進行顯示，空間鼠標