管道自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)

洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）管道自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)摘要【隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，長(zhǎng)輸管道的應(yīng)用越來(lái)越多、建設(shè)量越來(lái)越大，管道運(yùn)輸是油氣運(yùn)輸中最主要、最快捷、最可靠的運(yùn)輸方式，可用于輸送水、原油、天然氣等液氣品，具有運(yùn)輸量大、距離遠(yuǎn)、安全性能高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在各國(guó)發(fā)展迅速。管道運(yùn)輸業(yè)中的主體是管道，管道工程的核心工作是管道接口的焊接。所以研究性能可靠、高效率的管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)具有十分重要的意義。關(guān)鍵技術(shù)包括：研制新型的行走機(jī)構(gòu)、及機(jī)器人軌道、焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊槍機(jī)械手。本文主要介紹了行星輪式焊接機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，著重對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、動(dòng)作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和說(shuō)明。焊槍機(jī)械手能夠沿太陽(yáng)輪平穩(wěn)、可靠的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行管道外圓全位置焊接，其操作簡(jiǎn)便、成本低，適合我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)及工人的技術(shù)水平，既能提高了勞動(dòng)效率，又保證了焊接質(zhì)量?！筷P(guān)鍵詞：管道，焊接機(jī)械手，自動(dòng)焊接，行星輪，二氧化碳保護(hù)焊I洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）DesignofpipelineautomaticweldingequipmentABSTRACTwithChina'ssocialandeconomicdevelopmentandthetechnologyprogress,thepipelineisusedmoreandmore,thegreatertheconstructionquantity isgetting,pipeline transportation istransportation ofoilandgasinthemain,thequickest, themostreliable meansoftransportation, usedtotransportwater,crudeoil,naturalgas,liquidgas,withtransportcapacity,longdistance,highsafetyperformance,lowcostandotheradvantages,sorapidlyindevelopingcountries.Subjectofpipelinetransportationofpipeline,pipelineengineeringisthecoreworkispipelineinterfaceofwelding.Sotheresearchofreliableperformance,highefficiencyofpipelineallpositionautomaticweldingmachinehastheveryimportantsignificance.Keytechnologiesinclude:thedevelopmentmodelofthewalkingmechanism,andtherobottrack,weldinggunswingmechanism,weldingmanipulator.Thispapermainlyintroducestheplanetarywheelweldingmachinestructuredesign,emphaticallyonthestructuralcharacteristics,designessentials,actionprincipledesignanalysisandexplanation.Weldinggunmanipulatorcanalongthesunwheelsteady,reliablerotation,outsidethepipelineallpositionwelding,theutilitymodelhastheadvantagesofsimpleoperation,lowcost,suitableforfieldworkandworkersinourcountry'stechnologylevel,bothcanimprovetheworkefficiency,andensuretheweldingquality.】KEYWORDS: pipe,weldingmanipulator,automaticwelding,planetarygear,carbondioxidearcweldingII洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄前言................................................................................................1第1章自動(dòng)焊接機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展...................................................21.1課題背景及研究意義...........................................................21.2管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀............................21.2.1管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀..........................21.2.2管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀...........................31.3管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用.....................................41.3.1焊接機(jī)器人的發(fā)展歷程...............................................41.3.2焊接機(jī)器人國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀.......................................51.3.3焊接機(jī)器人技術(shù)展望..................................................6第2章管道自動(dòng)焊接裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)........................................82.1自動(dòng)焊接機(jī)總體要求和技術(shù)指標(biāo)........................................82.2自動(dòng)焊接機(jī)總體方案的確定................................................82.3管道自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)的基本思路....................................92.4焊絲送進(jìn)機(jī)構(gòu).......................................................................92.5焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu).....................................................................102.6行星輪行走機(jī)構(gòu).................................................................102.6.1行星輪系類(lèi)型的選擇...............................................102.6.2行星輪系中各齒輪齒數(shù)的選擇................................112.6.3各輪的轉(zhuǎn)速...............................................................12第3章傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì).................................................................133.1電動(dòng)機(jī)的選擇.....................................................................133.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇...................................................133.1.2電動(dòng)機(jī)功率的選擇...................................................133.1.3確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速...................................................133.2計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比..................................143.2.1總傳動(dòng)比...................................................................143.2.2分配各級(jí)傳動(dòng)比.......................................................14III洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.3軸的計(jì)算.............................................................................143.3.1電動(dòng)機(jī)軸的計(jì)算.......................................................143.3.2軸的計(jì)算.................................................................143.3.3Ⅱ軸的計(jì)算...............................................................153.3.4Ⅲ軸的計(jì)算...............................................................153.3.5Ⅳ軸的計(jì)算...............................................................163.4V帶的計(jì)算..........................................................................163.4.1確定計(jì)算功率...........................................................163.4.2選擇V帶的型號(hào)......................................................163.4.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2..................................173.4.4驗(yàn)算V帶的速度......................................................173.4.5確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和實(shí)際中心距a.................173.4.6校驗(yàn)小帶輪包角a1....................................................183.4.7確定V帶根數(shù)Z.......................................................183.4.8求初拉力F0及帶輪軸的壓力FQ................................183.4.9設(shè)計(jì)結(jié)果...................................................................193.5減速器齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算..............................................193.5.1高速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算............................193.5.2低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算............................203.6軸的設(shè)計(jì).............................................................................213.6.1選擇軸的材料及熱處理............................................213.6.2按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算直徑...............................................213.6.3設(shè)計(jì)軸的直徑...........................................................21第4章零部件的設(shè)計(jì).....................................................................224.1滾動(dòng)軸承的選擇.................................................................224.1.1鍵的選擇...................................................................224.1.2聯(lián)軸器的選擇...........................................................22第5章保養(yǎng)方式.............................................................................235.1潤(rùn)滑油的選擇.....................................................................235.2密封方法的選取.................................................................23IV洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5.3齒輪的潤(rùn)滑 235.4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 23結(jié) 論 25謝 辭 26參考文獻(xiàn) 27V洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言【隨著綜合技術(shù)的發(fā)展和提高，長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用必將日益普及。這對(duì)于提高我國(guó)管道施工企業(yè)的總體技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)與世界管道建設(shè)的接軌，參與國(guó)際管道建設(shè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)有著十分重要的積極作用。目前西氣東輸工程是我國(guó)首次規(guī)?；褂米詣?dòng)焊技術(shù)，并充分顯示先進(jìn)技術(shù)優(yōu)越性的示范工程。通過(guò)這一跨世紀(jì)宏偉工程的洗禮，管道自動(dòng)焊技術(shù)已為大多數(shù)的施工單位所接受，必將在今后的管線工程中得到更為廣泛地應(yīng)用，發(fā)揮更大的作用。介紹了國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)輸管道焊接施工中常用的幾種自動(dòng)焊接方式,并對(duì)其進(jìn)行了比較。在我國(guó)西氣東輸工程中 ,管道焊接施工也使用了自動(dòng)焊,由此可以看出。隨著自動(dòng)焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善 ,自動(dòng)焊將會(huì)成為管道焊接施工的主要方式。目前，長(zhǎng)輸管道施工管口焊接有多種焊接方法，主要有上向焊、下向焊、手工半自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊、全自動(dòng)焊、擠壓電阻焊等。隨著對(duì)焊接質(zhì)量及焊接效率要求的提高，國(guó)外開(kāi)始越來(lái)越多地采用自動(dòng)焊接工藝。指出應(yīng)該將自動(dòng)焊作業(yè)及其上下游的相關(guān)工作作為一個(gè)技術(shù)體系統(tǒng)一協(xié)調(diào)與管理，并在該技術(shù)體系內(nèi)追求各專(zhuān)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及相關(guān)管理人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的提升。隨著管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高，以及管徑和壁厚的不斷增大，管道自動(dòng)焊接頭的綜合性能更優(yōu)良，安全可靠性更高，其應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越廣泛。本設(shè)計(jì)的目的是對(duì)管道建設(shè)野外作業(yè)的管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到體積小、重量輕、加工成本低、運(yùn)動(dòng)精度高、操作簡(jiǎn)便并且滿(mǎn)足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求?！?洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章自動(dòng)焊接機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展1.1課題背景及研究意義現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，不斷對(duì)焊接技術(shù)提出更新更高層次的要求，而現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)取得的新成就又為焊接方式和焊接設(shè)備的發(fā)展提供了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)。焊接設(shè)備和焊接工藝就是在科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)的。而管道運(yùn)輸是油氣運(yùn)輸中最主要的也是最經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠的運(yùn)輸方式，也可用于輸送水、天然氣、原油、成品油等，具有輸送量大、距離遠(yuǎn)、安全性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各國(guó)油氣運(yùn)輸業(yè)中發(fā)展迅速。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家油氣運(yùn)輸業(yè)中管道運(yùn)輸方式的輸油量約占油氣運(yùn)輸總量的2/3之多，油氣的管道運(yùn)輸對(duì)從原油、天然氣的生產(chǎn)、精煉、儲(chǔ)存及到用戶(hù)的全過(guò)程起到了重要作用。目前管道施工已逐漸從手工焊接方式向全自動(dòng)焊接方向發(fā)展。管道建設(shè)地區(qū)跨度大沿線施工環(huán)境惡劣，加之管道輸送逐步向大口徑、高壓方向發(fā)展，這對(duì)管道環(huán)焊縫的焊接要求提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，管道環(huán)焊縫的焊接質(zhì)量成為制約整個(gè)工程質(zhì)量和建設(shè)周期的關(guān)鍵因素。野外焊接環(huán)境非常惡劣，焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)難度高；因此，工程上迫切需要實(shí)現(xiàn)管道的自動(dòng)化焊接要求，以提高生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保證焊接質(zhì)量和施工成本。而且自動(dòng)化焊接還能大幅度降低操作技術(shù)難度，解決焊工技術(shù)培養(yǎng)困難，人員流失嚴(yán)重等問(wèn)題。本設(shè)計(jì)的目的是針對(duì)管道建設(shè)野外作業(yè)的管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到重量輕、體積小、加工成本低、運(yùn)動(dòng)精度高、操作簡(jiǎn)便快捷并且滿(mǎn)足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求。1.2管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1 管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來(lái)，工業(yè)管道在不同的部門(mén)如化工、石化和石油中均起到了重要性的作用。我國(guó)管道建設(shè)起始于 20世紀(jì)70年代，管道焊接施工方式很長(zhǎng)一段時(shí)間都只是停留在手工焊、半自動(dòng)焊的水平上。這種焊接機(jī)沒(méi)有自動(dòng)2洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）搜尋焊縫位置的功能，這就需要操作者必須時(shí)刻觀察焊接位置并調(diào)整焊槍角度。如果操縱者操作方法不正確就會(huì)導(dǎo)致焊縫缺陷，所以焊縫位置跟蹤全自動(dòng)焊接機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。雖然我國(guó)管道事業(yè)發(fā)展較快，但具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管道外圓自動(dòng)焊機(jī)還比較少。國(guó)內(nèi)典型的管道自動(dòng)焊接機(jī)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)焊接機(jī)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)一些單位也成功地研制開(kāi)發(fā)出適用長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫施工的外圓自動(dòng)焊接機(jī)，其中以中國(guó)天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)研究院研制的石油管道特種施工機(jī)具研究所研制的PAW2000管道外圓自動(dòng)焊機(jī)和APW-Ⅱ型外圓自動(dòng)焊機(jī)為代表。APW-Ⅱ型外圓自動(dòng)焊機(jī)采用以直流脈寬調(diào)速為基礎(chǔ)，位移傳感檢測(cè)閉環(huán)控制為核心的硬件控制電路，在管道外圓自動(dòng)焊接過(guò)程中，焊接參數(shù)如電壓、電流、焊槍擺動(dòng)速度、擺動(dòng)幅度、焊速、兩端停留時(shí)間等既可以預(yù)先設(shè)定又可以分別實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。焊機(jī)的這一特點(diǎn)，使之更加適用長(zhǎng)輸管線現(xiàn)場(chǎng)施工的復(fù)雜情況，在坡口存在錯(cuò)邊、寬窄不一等工作情況下，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，均可獲得優(yōu)良的焊接焊縫。PAW2000管道外圓自動(dòng)焊機(jī)整套設(shè)備由焊接小車(chē)、手操作盒、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制柜、環(huán)形可拆卸軌道、計(jì)算機(jī)和其他一些輔助配件組成。APW-Ⅱ型外圓自動(dòng)焊機(jī)，主要用于中大口徑管道外環(huán)填充焊道、焊縫熱焊道、蓋面焊道的焊接。每臺(tái)焊接工程車(chē)均具有根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊的功能。1.2.2管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀管道焊接機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域當(dāng)中，比如：油氣工業(yè)、化工廠與熱能工廠和核能。管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)，采用熔化極外圓焊接技術(shù)，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末期。MIG金屬焊絲惰性氣體保護(hù)焊是美國(guó)制造業(yè)四十多種焊接中的一種，它是一種連接兩個(gè)相同材料尤其是碳鋼材料的方法。美國(guó)CRC公司率先研制成功了一種高效管道焊接系統(tǒng)，即CRC多頭氣保護(hù)管道自動(dòng)焊系統(tǒng)，并于1972年將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于管道施工獲得成功。起初只是焊接小車(chē)帶動(dòng)焊槍行走，焊接參數(shù)（焊接電壓、電流、焊接速度等）均為手動(dòng)控制。目前，生產(chǎn)外圓自動(dòng)焊接設(shè)備的除了美國(guó)CRC公司外，還有美國(guó)MAGNATECH公司、德國(guó)VIETZ公司、荷蘭VERAWELD公司、法國(guó)SERIMERDASA公司、英國(guó)Noreast公司、意大利PWT公司等。CRC公司智能化的P-500、P-600型以及SERIMERDASA公司的雙槍3洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）焊接系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)具有很高的技術(shù)水平。法國(guó) SERIMER DASA公司生產(chǎn)的 Satur2naxBug雙焊頭外焊機(jī)，采用了風(fēng)冷式焊槍、外掛推絲式送絲機(jī)構(gòu)和專(zhuān)用的脈沖焊接電源，計(jì)算機(jī)焊接編程控制單元和焊車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元分置，可進(jìn)行在線編程，可完成根焊、窄間隙疊焊或?qū)掗g隙排焊?？傮w性能與 CRC的P500和P600類(lèi)似。其缺點(diǎn)是雙焊頭的擺動(dòng)不能單獨(dú)控制，計(jì)算機(jī)焊接編程控制單元和焊車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元體積偏大。 到目前為止，CRC公司生產(chǎn)了 P300，P400，P500和P6004個(gè)型號(hào)的管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)。其中P500和P600是雙焊炬管道外圓自動(dòng)外焊接機(jī) ,它采用了水冷式焊槍、外掛推絲式送絲機(jī)構(gòu)和帶有熔滴過(guò)渡單元 (CDT)的脈沖焊接電源，焊接參數(shù)可編程并儲(chǔ)存在可方便更換的控制卡上，并根據(jù)焊接工藝以及焊接材質(zhì)的變化要求，隨時(shí)離線編程。 P500和P600適用于窄間隙疊焊或?qū)掗g隙排焊，還可完成根焊。生產(chǎn)效率比單焊頭自動(dòng)外焊機(jī)提高 40%～50%。缺點(diǎn)是焊槍采用強(qiáng)迫水冷卻，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)許多不便。其中， CRC公司生產(chǎn)的自動(dòng)焊接機(jī)已焊接了長(zhǎng)達(dá) 50000km的管道。這些廠家的設(shè)備雖然外形各具特點(diǎn)，但在控制方面，不外乎是計(jì)算機(jī)控制焊接參數(shù)和人工調(diào)控焊接參數(shù)兩種方法。1.3管道外圓自動(dòng)焊接機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用1.3.1焊接機(jī)器人的發(fā)展歷程自1959年美國(guó)推出世界上第一臺(tái) Ultimate 型機(jī)器人以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量在世界范圍內(nèi)不斷增長(zhǎng)，通常他們用在焊接、拾取搬運(yùn)、變薄拉伸、噴涂、裝配、檢測(cè)和測(cè)量中，其中有半數(shù)為焊接機(jī)器人。在重工業(yè)的很多領(lǐng)域中，大直徑管道環(huán)縫焊需要高勞動(dòng)強(qiáng)度的手工焊，這對(duì)操作者來(lái)說(shuō)需要有嚴(yán)格的技能要求和集中力。由于人們對(duì)焊接柔性和焊接產(chǎn)量的高需求和高要求，自動(dòng)焊接機(jī)器人就為很多工業(yè)領(lǐng)域提高焊接速度尤其是提高焊接質(zhì)量提供極大的可能。到目前為止，焊接機(jī)器人大致可分為三代：第一代是基于示教再現(xiàn)工作方式的焊接機(jī)器人，由于操作簡(jiǎn)便，不需要環(huán)境模型，示教時(shí)可修正機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)的誤差等特點(diǎn)，在焊接生產(chǎn)中得到大量使用；第二代是基于一定傳感器信息的離線編程焊接機(jī)器人；第三代是指裝有多種傳感器，接受作業(yè)指令后能根據(jù)客觀環(huán)境自行編程的高度適應(yīng)4洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能機(jī)器人。焊接機(jī)器人主要從事弧焊和點(diǎn)焊工作。弧焊機(jī)器人大多采用二氧化碳或二氧化碳與氬、氮混合氣體保護(hù)焊。焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)型式，主要有多關(guān)節(jié)型、直角坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型和圓柱坐標(biāo)型四種。點(diǎn)焊機(jī)器人以直角坐標(biāo)型較多；弧焊機(jī)器人以多關(guān)節(jié)型居多。弧焊機(jī)器人工作機(jī)構(gòu)一般較點(diǎn)焊的復(fù)雜，通常具有五個(gè)以上的自由度。目前功能較完善的焊接機(jī)器人已具有七個(gè)自由度。我國(guó)目前研制的焊接機(jī)器人，一般均為五個(gè)自由度。國(guó)外為了提高工件（特別是大型工件）的焊接生產(chǎn)率，十分重視輔助設(shè)備的自動(dòng)化水平，如配備自動(dòng)更換噴嘴，供應(yīng)焊絲，監(jiān)視電弧和過(guò)程異常等功能的機(jī)構(gòu)。早期的焊接機(jī)器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數(shù)須根據(jù)實(shí)際作業(yè)條件預(yù)先設(shè)置，工作時(shí)存在明顯的缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人也由單一的單機(jī)示教再現(xiàn)型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。1.3.2焊接機(jī)器人國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀最近20年來(lái)，現(xiàn)代焊接科學(xué)技術(shù)的發(fā)展十分顯著。在世界范圍內(nèi)焊接是一種能產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)億美元效益的制造工業(yè)，廣泛用于建筑、橋梁、汽車(chē)、航空航天、能源、造船和電子工業(yè)。而越來(lái)越多的商業(yè)性工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于制造業(yè)和裝配任務(wù)，比如材料工藝、點(diǎn)/弧焊、零件裝配、油漆噴涂、機(jī)械裝卸以及太空和海底，從而促進(jìn)了焊接業(yè)的飛速發(fā)展。近十年來(lái)，日、美、俄、英、法等國(guó)都投入了大量的人力、物力從事焊接機(jī)器人的開(kāi)發(fā)工作，其中日本焊接機(jī)器人的進(jìn)展速度尤為驚人。日本從1978年開(kāi)始研制點(diǎn)焊機(jī)器人，1980年研制成功第一個(gè)弧焊機(jī)器人。1981年日本生產(chǎn)了1500個(gè)焊接機(jī)器人，產(chǎn)值達(dá)到了145億日元，由日本工業(yè)機(jī)器人的第六位躍居為第二位。目前有10家工廠具有年產(chǎn)1000多個(gè)焊接機(jī)器人的能力。日本為發(fā)展和普及焊接機(jī)器人，于1982年成立了全國(guó)機(jī)器人焊接研究委員會(huì)。此外，許多日本大公司，如大阪變壓器公司先后在大阪、東京、名古屋等地設(shè)立了焊接機(jī)器人培訓(xùn)學(xué)校。1984年豐田汽車(chē)公司已在其作業(yè)線上安排了1300個(gè)機(jī)器人。2000年慶應(yīng)義塾大學(xué)M.Muramatsu等人研制了管內(nèi)微型焊接機(jī)器人，可在90°的彎管內(nèi)行走完成焊接操作。日本原子能研究中5洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）心和東芝公司聯(lián)合研制出了內(nèi)管道激光焊接與切割機(jī)。臺(tái)灣國(guó)立大學(xué)研制了一種用于維修防護(hù)金屬弧焊視覺(jué)傳導(dǎo)移動(dòng)焊接機(jī)器人。它裝有CCD攝像頭，能夠檢測(cè)出焊縫的位置，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)焊接操作。目前世界上已有七十多種數(shù)萬(wàn)個(gè)焊接機(jī)器人在各種生產(chǎn)線上從事焊接操作。從數(shù)量和智能化的程度來(lái)看，日本的焊接機(jī)器人在世界上占明顯優(yōu)勢(shì)，并已向美國(guó)和英國(guó)等國(guó)大量出口。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年中，日本焊接機(jī)器人的產(chǎn)值將迅速增長(zhǎng)。我國(guó)在20世紀(jì)70年代末開(kāi)始研究焊接機(jī)器人，起步比較晚。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，在焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，平均年增長(zhǎng)率都超過(guò) 40%，焊接機(jī)器人的增長(zhǎng)率超過(guò)了60%；2004年國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人數(shù)量突破 1400臺(tái)，進(jìn)口機(jī)器人數(shù)量超過(guò) 9000臺(tái)，其中絕大多數(shù)應(yīng)用于焊接領(lǐng)域； 2005年我國(guó)新增機(jī)器人數(shù)量超過(guò)了5000臺(tái)，但是僅占亞洲新增數(shù)量的 6%，遠(yuǎn)小于韓國(guó)所占的 15%，更遠(yuǎn)小于日本所占的 69%。這對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度以及經(jīng)濟(jì)總量來(lái)說(shuō)顯然是不匹配的，這說(shuō)明我國(guó)制造業(yè)的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高，另一方面也反映了我國(guó)勞動(dòng)力成本的低廉，制造業(yè)自動(dòng)化水平以及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用程度的提高受到限制。當(dāng)前焊接機(jī)器人的應(yīng)用迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的價(jià)格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動(dòng)力成本不斷上升，我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這一切預(yù)示著機(jī)器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間巨大。1.3.3焊接機(jī)器人技術(shù)展望為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)和開(kāi)放方向發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國(guó)家都在加大力度， 對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行深入研究。 從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，智能化控制技術(shù)將是焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的主要方向。目前焊接機(jī)器人正從第一代反復(fù)操作型機(jī)器人向第二代帶有傳感器的知覺(jué)判斷機(jī)器人發(fā)展，也即由目前的固定式機(jī)器人逐漸向具有肌肉一樣的調(diào)節(jié)器、具有感覺(jué)和識(shí)6洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）別機(jī)能的雙足行走的活動(dòng)式機(jī)器人發(fā)展。多傳感器信息智能融和技術(shù)將廣泛應(yīng)用于焊接機(jī)器人上。早在1981年，美國(guó)的HILARE是第一個(gè)應(yīng)用多傳感器信息來(lái)創(chuàng)建世界模型的可移動(dòng)機(jī)器人，它充分利用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、激光測(cè)距傳感器所獲得的信息，以確保其能穩(wěn)定地工作在未知環(huán)境中。韓國(guó)的ParkJoong-Jo研制出來(lái)的智能傳感器能同時(shí)處理6個(gè)自由度數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)傳感器只能測(cè)量一個(gè)自由度數(shù)據(jù)的功能相比，性能大為提高。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)研制出了激光視覺(jué)傳感器自由焊縫示教式自動(dòng)焊接機(jī)器人。隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展以及我國(guó)海洋工程向深海的挺進(jìn),發(fā)展水下干法焊接技術(shù)勢(shì)在必行。挪威Sintef高壓焊接中心研制了一套水下高壓干法管道維修系統(tǒng)，可從事1000m水深的焊接，能焊補(bǔ)直徑為8～42英寸的管道，采用全自動(dòng)的軌道TIG焊機(jī)，目前已完成在334m水深的管道焊接。英國(guó)的OTTO系統(tǒng)主要由焊接艙和軌道TIG焊機(jī)組成，整個(gè)系統(tǒng)采用光纖傳導(dǎo)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在135m水深進(jìn)行試驗(yàn)，取得了較為滿(mǎn)意的焊接質(zhì)量，焊縫斷裂強(qiáng)度達(dá)到550Mpa。焊縫跟蹤系統(tǒng)焊接機(jī)器人發(fā)展迅速，越來(lái)越多地應(yīng)用于去毛刺加工、膠合和焊接等。視覺(jué)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、智能化控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等是未來(lái)焊接機(jī)器人發(fā)展所要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)。7洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 管道自動(dòng)焊接裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)焊接機(jī)總體要求和技術(shù)指標(biāo)管道全位置自動(dòng)焊接就是在把管道相對(duì)固定的情況下，借助于電氣、機(jī)械的方法，使焊接設(shè)備帶動(dòng)焊槍沿焊縫環(huán)繞管壁做圓周運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)焊接。自動(dòng)焊接機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)立焊、平焊、仰焊和橫焊的全位置和大型管道的全位置焊接。設(shè)計(jì)本自動(dòng)焊接機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求是：在滿(mǎn)足預(yù)期功能的前提下，效率高、性能好、成本低、重量輕，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、維修簡(jiǎn)單、操作方便和造型美觀等。管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)既要求結(jié)構(gòu)緊湊，又要求控制準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)焊接是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的高度集成。本自動(dòng)焊接機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1）行走機(jī)構(gòu)速度范圍：200mm/min～2000mm/min；2）調(diào)整精度：設(shè)定值的±1%或±20mm/min中的最大值；3）橫向模塊調(diào)整速度：30～300mm/min；4）調(diào)整遞增量：10mm/min；5）高度模塊調(diào)整速度：20～180mm/min；（6）送絲機(jī)構(gòu)速度范圍： 5000～15000mm/min；7）夾角模塊調(diào)整速度：±0.25～500°/s；8）傾角模塊調(diào)整速度：±5～45°/s；9）機(jī)械行程：橫向模塊100mm；10）高度模塊100mm，并設(shè)有＞60mm的手動(dòng)調(diào)整范圍；11）傾角模塊±90°；12）夾角模塊±0.5～30°；2.2自動(dòng)焊接機(jī)總體方案的確定管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)是由微機(jī)智能控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成，管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)。管道焊接工程現(xiàn)場(chǎng)施工都在野外作業(yè)，而且環(huán)境相對(duì)比較惡劣，一般施工周期也比較長(zhǎng)，為了滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求，達(dá)到焊接質(zhì)量和提高勞動(dòng)效率，所以要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)焊接機(jī)滿(mǎn)足重8洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）量輕、操作簡(jiǎn)單、體積小、安裝調(diào)試和維護(hù)方便，故本管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括焊接機(jī)械手和行星軌道兩部分，其中焊接機(jī)械手包括以下模塊：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、高度調(diào)整機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)。焊接機(jī)械手通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)安裝在中心輪軌道上，帶動(dòng)焊槍沿管壁外徑作圓周運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向與高度調(diào)整機(jī)構(gòu)用以實(shí)現(xiàn)焊槍的橫向擺動(dòng)跟蹤和上下移動(dòng)。送絲裝置可外掛在焊接機(jī)械手，并與焊接機(jī)械手絕緣，這樣可方便換絲，提高工作效率。整機(jī)主要部件采用強(qiáng)度高、重量輕的鋁合金 2A16加工而成，從而使整機(jī)重量輕并滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。2.3管道自動(dòng)焊接裝置設(shè)計(jì)的基本思路管道自動(dòng)焊接裝置的設(shè)計(jì)采用以下基本思路 :①焊槍:焊槍位置的上下、左右調(diào)整以及焊槍角度調(diào)整。②導(dǎo)向軌道 :焊槍機(jī)械手依靠中心輪導(dǎo)向軌道實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)行走。 安裝簡(jiǎn)便易行，安裝時(shí)定位準(zhǔn)確。③焊接機(jī)械手 :焊接機(jī)械手夾持焊槍實(shí)現(xiàn)焊接。拆裝方便，穩(wěn)定性好。2.4焊絲送進(jìn)機(jī)構(gòu)一般可分為兩輪送進(jìn)機(jī)構(gòu)和四輪送進(jìn)機(jī)構(gòu)，由于受整體空間的限制，采用兩輪送絲機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)主要由壓緊機(jī)構(gòu)、送絲電機(jī)、焊絲導(dǎo)向管等組成。其工作原理為：送絲電機(jī)驅(qū)動(dòng)主送絲輪及其主齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)主、從動(dòng)鹵輪嚙合傳到壓緊輪上，焊絲經(jīng)導(dǎo)向管從兩輪之間通過(guò)，使進(jìn)入焊槍的焊絲被修整得比較直，以防在焊接過(guò)程中出現(xiàn)卡絲現(xiàn)象。焊絲送進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖2-1所示。根據(jù)焊接工藝要求，一般送絲速度v=12．5m／min；初步選送絲電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速n9390/min；額定功率；實(shí)際送絲速度vn1=93901rP=11kWir／min+[53÷(π×20mm)] ≈11132mm／min≈11．1m／min。9洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖2-1 焊絲送進(jìn)結(jié)構(gòu)示意2.5焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)焊槍的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)擺動(dòng)中心傳感器、一個(gè)高速步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)和焊槍夾持機(jī)構(gòu)組成。其性能的好壞將直接影響焊縫的成形。根據(jù)焊接工藝要求，焊槍擺動(dòng)到兩端時(shí)必須有一定的停留時(shí)間，停留時(shí)間很短(一般為O．5s)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)帶間歇的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，采用高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，此間歇是由電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理為：將高速步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，由于電機(jī)止口通過(guò)機(jī)座固定于行走小車(chē)上，故絲杠旋轉(zhuǎn)而滑塊通過(guò)絲杠螺母作軸向直線運(yùn)動(dòng)，焊槍夾持機(jī)構(gòu)與滑塊相連，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)預(yù)先設(shè)定焊槍的擺幅為± 25mm，則確定滑塊的有效行程為 60mm。2.6行星輪行走機(jī)構(gòu)2.6.1行星輪系類(lèi)型的選擇行星輪系的類(lèi)型很多，常用的行星輪系有 2K-H,3K,K-H-V 三種類(lèi)型。因需要滿(mǎn)足機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，所以選擇 2K-H類(lèi)型行星輪系。10洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.6.2行星輪系中各齒輪齒數(shù)的選擇行星輪系的類(lèi)型確定以后，尚須確定各輪的齒數(shù)。根據(jù)行星輪的傳動(dòng)特點(diǎn)及各齒輪間的裝配關(guān)系，在選擇各齒輪齒數(shù)時(shí)，必須同時(shí)滿(mǎn)足四個(gè)條件，即傳動(dòng)比條件，同心條件，裝配條件及鄰接條件。傳動(dòng)比條件各輪齒數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足預(yù)定的傳動(dòng)比要求。i13Hn1nHZ30nHZ1Z3Z1(i(1H)1)（2）同心條件中心輪1、3及行星架 H三軸必須重合。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪或高度變位齒輪傳動(dòng)，則必須使用輪 1和輪2的中心距（ r1 r2）等于輪 2和輪3的中心距r3-r2），即r1r2r3-r2z1z2z3z2z2z3z1z1(i1H2)22上式表明，兩中心輪的齒數(shù)差應(yīng)為2的整數(shù)倍，因?yàn)閦2應(yīng)為整數(shù)。(3）裝配條件為使行星輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平衡，常要求采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的行星輪，并使它們沿其軸心所在的圓周上均勻分布。本設(shè)計(jì)裝置采用3個(gè)行星輪間隔120°擺放。4）鄰接條件除上述條件外，相鄰兩行星輪的齒頂圓不能相交，相鄰兩行星輪的中心距l(xiāng)AB2(r1r2)sin應(yīng)大于兩行星輪齒頂圓半徑之和ra2ra2da2，即k（）da22r1r2sink將r1mz1、r2mz2、da2m(z22ha*)代入上式得2211洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）mz1z2sinmz22ha*kz1sin2ha*得kz21 sink為便于設(shè)計(jì)時(shí)選擇各輪的齒數(shù)，可上式和為一個(gè)配輪關(guān)系式，即z1:z2:z3:qz1:z1i1H2:Z1i1H1:z1i1H2K設(shè)計(jì)時(shí)，通常先選擇z1和k，選擇時(shí)應(yīng)使z2z3和q均為整數(shù)。若為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，各齒輪齒數(shù)一般應(yīng)大于或等于 17。選定z1 476，k=2，m=1則：z2 163,z3 8022.6.3各輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)查詢(xún)資料可知，焊絲的溶解速率為700mm/min。amz3)319.5mm(z22nHv0.35r/min2ai13Hn1nHz3n3nHz1i23Hn2nHz3n3nHz2有以上列式可求的n21.379r/min,n30.56r/min中心輪1為靜止輪n1=0。12洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)的選擇3.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇按已知的工作要求和條件，選用 Y型全封閉籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇pd FV/(1000 W)由電動(dòng)機(jī)的至工作機(jī)之間的總效率為。W 1 23 32 4 5 61,2,3,4,5,6分別為帶的傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)的軸承、齒輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸的軸承、行星輪的效率。則w=0.96×0.993×0.972×0.97×0.98×0.96=0.82pd FV/(1000 W)=2500×1.7／1000×0.82=5.2kw3.1.3確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速行星輪的工作轉(zhuǎn)速為n30.56/minr傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nw1.68r/min取V帶傳動(dòng)比i12.4。齒輪傳動(dòng)比i22.4。則總傳動(dòng)比為i總16.160故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍nd i總nw=16.160×1.68r/min=﹙27.1488﹚r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750r/min，再根據(jù)計(jì)算出的容量，由參考13洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 Y160M2-8符合條件。型號(hào) 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 實(shí)際轉(zhuǎn)速Y160M2-8 5.5kw 750r/min 720r/min3.2計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比3.2.1 總傳動(dòng)比i總 n電/nw=720/1.68=428.573.2.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比i1為V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 i1的范圍（2~4） i1=2.5i2為減速器高速級(jí)傳動(dòng)比i3為低速級(jí)傳動(dòng)比i4為聯(lián)軸器連接的兩軸間的傳動(dòng)比 i4=1i總=i1i2i3i4i2i3=428.57/2.5=171.428i2=(1.3i2i3)/2=111.428i3=1.5383.3軸的計(jì)算3.3.1 電動(dòng)機(jī)軸的計(jì)算n0=720r/minp0=pd=5.5kwT0＝9550×p0＝9550×5.5n0 720=72.95N.m3.3.2 軸的計(jì)算n1 n0/i114洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）=720/2.5=288r/minp1 p015.5×0.965.28kwT1 9550

P1n1帶9550×5.28288175.08N.m3.3.3 Ⅱ軸的計(jì)算n1n2i2=

288111.428=258.5r／minp2 p123=5.28×0.992×0.97=5.08kwP2T2 9550n29550×5.082.585144.57N.m3.3.4 Ⅲ軸的計(jì)算n3 n2/i3=2.585/1.53815洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）108.11r／minp3 p2 2 3 45.08×0.99×0.97×0.974.73kwT3 9550

p3n39550×4.73108.11417.83N.m3.3.5 Ⅳ軸的計(jì)算n4 n3108.11r/minP4 P3 5 64.73×0.98×0.964.45kwT4 9550

p4n49550×4.45108.11393.09N.m3.4V帶的計(jì)算3.4.1 確定計(jì)算功率pc KAP額 1.15.5 6.05kw3.4.2 選擇V帶的型號(hào)由pc的值和主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，可選 A型普通V帶。16洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.4.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2查詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)可選取dd1＝80mm，且dd1＝80mm＞dmin＝75mm大帶輪基準(zhǔn)直徑為dd2＝dd1×n0n180=720×200mm按設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取標(biāo)準(zhǔn)值 dd2＝200mm則實(shí)際傳動(dòng)比i＝dd2/dd1200/802.5主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差率在± 5％內(nèi)為允許值。3.4.4 驗(yàn)算V帶的速度n0V＝Π×dd1×6000012.14m/s在5~25m/s范圍內(nèi)。3.4.5 確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld和實(shí)際中心距 a按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距 a0=500mmL0＝2a0＋∏﹙dd1＋dd2﹚/2＋﹙dd2－dd1﹚2/4a01000＋∏×280/2＋1602/2000=1446.8mm由設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld＝1400mm，實(shí)際中心距 a為a＝a0＋﹙Ld－L0﹚/21000+﹙1400－1446.8﹚/2476.6mm17洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.4.6 校驗(yàn)小帶輪包角 a1α＝[180°－﹙dd2－dd1﹚/a]×57.3°[180°－﹙200－80﹚/476.6]×57.3°165.6°＞120°所以合格。3.4.7 確定V帶根數(shù) ZpcZ≥ ＝pc/﹙p0＋ p0）×Ka×Kcp0＝[1.22＋﹙1.29－1.22﹚×﹙2900－2800﹚/﹙3200－2800﹚]1.24kw1p0＝Kb×n0×﹙1－ ﹚0.0010275×2900×﹙1－1/1.1373﹚0.3573kwKL＝0.96Ka＝0.97Z＝6.05/﹙1.24＋0.3573﹚×0.97×0.964.06圓整得 Z=43.4.8求初拉力F0及帶輪軸的壓力FQ由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得q＝0.1kg/mF0＝500×pc2.5×V＋2qvzka1＝113N軸上壓力Fq為Fq＝2×F×z×sin165.6/22×113×4×sin165.6/2894.93N18洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.4.9 設(shè)計(jì)結(jié)果選用4根A－1400GB/T11544－1997的V帶，中心距 476.6mm，軸上壓力894.93N，帶輪直徑 80mm和200mm。3.5減速器齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 高速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、選擇齒輪材料及精度等級(jí)小齒輪選用 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì),硬度為 220~250HBS。大齒輪選用 45號(hào)鋼正火，硬度為 170~210HBS。因?yàn)槭瞧胀p速器故選用 9級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra≦3.2~6.3μm。2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)T1=41.1N·m=41100N·mm由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 K=1.1選擇齒輪齒數(shù)為；小齒輪的齒數(shù)取 25，則大齒輪齒數(shù) Z2=i2Z1=92.5。圓整得 Z1=93，齒面為軟齒面，由設(shè)計(jì)手冊(cè)選取 d=1。由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得HLim1=560MPa HLim2=530MPa由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 sH=1N1=60njLh=60×1160×1×(10×300×16)＝3.34×109N2= N1/i2=3.34×109/3.7=9.08×108查設(shè)計(jì)手冊(cè)知 ZNT1=0.9，ZNT2=1H1=ZNT1× HLim1/sH＝0.9×560／1=504MPaH2=ZNT2× HLim2/sH＝1×530／1=530MPa2=76.43×[1.1×41100×﹙3.7＋1﹚／1×3.7×5042]1/3=46.62mmm=d1/Z1=46.62/25=1.86由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2。3、計(jì)算主要尺寸19洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）d1=m*Z1=2×25=50mmd2=m*Z2=2×93=186mmb= d1=1×50=50mm小齒輪的齒寬取 b2=50mm，大齒輪的齒寬取 b1=55mma=m﹙Z1＋Z2﹚/2=2×（25＋93/2）=118mm3.5.2 低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、選擇齒輪材料及精度等級(jí)小齒輪選用 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220~250HBS。大齒輪選用 45號(hào)鋼正火，硬度為 170~210HBS。因?yàn)槭瞧胀p速器，故選用 9級(jí)精度，要求齒面粗糙度Ra≦3.2~6.3μm。2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)T2=144.57N·m=145000N·mmn2=313.51r/min由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 K=1.1選擇齒輪齒數(shù)：小齒輪的齒數(shù)取 31，則大齒輪齒數(shù) Z2 i3/Z1，圓整得Z1=90，齒面為軟齒面，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可選取 d=1。由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得： HLim1=550MPa， HLim2=530MPa由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 SH=1N1=60njLh=60×313.51×1×(10×300×16)＝9.03×108N2=N1/i3=9.03×108／2.9=3.11×108查設(shè)計(jì)手冊(cè)知：ZNT1=1，ZNT2=1.06H1=ZNT1× HLim1/sH＝550/1=550MPaH2=ZNT2× HLim2/sH＝1.06×530=562MPa2故d1≧76.43×[KT1(i2＋1)/ d×i2× H 1]1/3=76.43×[1.1×145000×﹙2.9＋1﹚/1×2.9×5502]1/3=68.02mmm= d1/Z1=68.02/31=2.2由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.53、計(jì)算主要尺寸d1=m*Z1=2.5×31=77.5mm20洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）d2=m*Z2=2.5×90=225mmb= d=1×77.5=77.5mm大齒輪的齒寬取b2=80mm，小齒輪的齒寬取，b1=85mma=m﹙Z1＋Z2﹚/2=2×﹙31＋90)/2=151.25m3.6軸的設(shè)計(jì)3.6.1 選擇軸的材料及熱處理由已知條件知減速器傳遞的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，選用45號(hào)鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。3.6.2 按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算直徑根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)得C＝107～118p2=4.75Kw，又由式d1≧C×P2n2d1≧﹙107～118﹚×﹙4.75/313.51﹚1/3＝26.75～29.5mm由設(shè)計(jì)手冊(cè)知標(biāo)準(zhǔn)直徑為 30mm。3.6.3設(shè)計(jì)軸的直徑確定軸上零件的位置及固定方式，此軸安裝2個(gè)齒輪，從兩邊安裝齒輪，兩邊用套筒進(jìn)行軸向定位，軸向定位采用平鍵連接，軸承安裝于齒輪兩側(cè)，軸向采用套筒定位，周向采用過(guò)盈配合固定。確定各軸段的直徑，由整體系統(tǒng)初定各軸直徑。軸段1、5安裝軸承，d1=30mm，軸段、安裝齒輪，d2=35mm，軸24段3對(duì)兩齒輪軸向定位，d3=42mm，d4=35mm，d5=d1=30mm。確定各軸段的寬度，由軸承確定軸段1的寬度，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的，選6206標(biāo)準(zhǔn)軸承，寬度為16mm，所以b1b5=33mm；軸段2安裝的齒輪輪轂的寬為85mm，b2取83mm，軸段4安裝的齒輪輪轂的寬為50mm，b4=48mm。21洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章 零部件的設(shè)計(jì)4.1滾動(dòng)軸承的選擇表4-1軸承的型號(hào)軸型號(hào)d（mm）D（mm）B（mm）高速軸6206306216中間軸6206306216低速軸62094585194.1.1 鍵的選擇選用A型普通平鍵表4-2鍵的型號(hào)軸軸徑（mm）鍵寬（mm）鍵高（mm）鍵長(zhǎng)(mm)高速軸206660中間軸35108703510840低速軸4012884561610684.1.2 聯(lián)軸器的選擇低速軸和滾筒軸用聯(lián)軸器連接，由題意選 LT型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 HL3聯(lián)軸器表4-3聯(lián)軸器的參數(shù)公稱(chēng)扭矩 許用轉(zhuǎn)速 軸孔長(zhǎng)度型號(hào) 軸徑（mm） D（mm）（N·m） （r／min） （mm）HL3 630 5000 40 60 16022洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章保養(yǎng)方式5.1潤(rùn)滑油的選擇采用脂潤(rùn)滑時(shí)，應(yīng)在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置擋油環(huán)或其他內(nèi)部密封裝置，以免油池中的油進(jìn)入軸承稀釋潤(rùn)滑脂。滴油潤(rùn)滑有間歇滴油潤(rùn)滑和連續(xù)滴油潤(rùn)滑兩種方式。為保證機(jī)器起動(dòng)時(shí)軸承能得到一定量的潤(rùn)滑油，最好在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置一圓缺形擋板，以便軸承能積存少量的油。擋板高度不超過(guò)最低滾珠(柱)的中心。經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的減速器可以不設(shè)這種擋板。轉(zhuǎn)速很高的軸承需要采用壓力噴油潤(rùn)滑。如果減速器用的是滑動(dòng)軸承，由于傳動(dòng)