焊接變位器設計指導書

座式焊接變位器設計焊接變位機械的分類及應用焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊工空間位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械設備。根據(jù)焊接變位機械的作用可以分成三大類：1） 焊件變位機械，如焊接變位機、滾輪架、回轉臺、翻轉機；2） 焊機變位機械，焊接操作機；3） 焊工變位機械，焊工升降臺。使用焊接變位機械可縮短焊接輔助時間，提高勞動生產率，減輕工人勞動強度，保證和改善焊接質量，并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。焊接變位機作用焊接變位機是焊件變位機械中的一種，利用它在焊接作業(yè)中將焊件回轉并傾斜，使焊接上的焊縫置于有利施焊位置，完成手工焊接和自動焊接的作業(yè)。焊接變位機主要用于機架、機座、法蘭、封頭等非長形焊件的翻轉變位。在手工焊中，焊接變位機可以把工件回轉并傾斜，使焊縫處于水平焊或船形焊位置，從而減輕工人勞動強度，保證焊接質量；也可以利用焊接變位機進行自動焊接操作，完成一些圓環(huán)焊縫的焊接；另外，可以把焊接變位機與弧焊機器人相結合（柔性加工單元FMC），完成一些曲面、復雜的焊縫的焊接。焊接變位機按結構形式可分為三種：1） 伸臂式焊接變位機；2） 座式焊接變位機；3） 雙座式焊接變位機。焊接變位機出三種基本結構形式外，還有很多派生形式，有些變位機的工作臺還具有升降功能。焊接變位器方案確定回轉j*笛斜焊接變位器結構示意圖焊接變位器作為焊件變位機械中的一種，其工作臺的旋轉速度按設計任務書為0?1r/min，滿足不同圓環(huán)焊縫工件自動焊時對焊接速度調節(jié)的要求，以及手工焊接時對工作臺上工件焊接位置調整的需要；工作臺傾斜的目的是使其上的工件在合理的焊接位置施焊，速度可以設計為定值在0.5~1.0r/min回轉j*笛斜焊接變位器結構示意圖焊接變位器工作臺的回轉運動由電機驅動，傾斜運動可由電機驅動或人工驅動。工作臺在傾斜機構采用電機驅動時傾斜速度為定值，可以由三相異步電機驅動，考慮交流電機的轉速為10003000r/min，傾斜機構的總傳動比達到2000~6000，應采用多級減速機構，可以考慮三級減速機構，包括一級外購減速器、一級蝸輪蝸桿減速器，一級齒輪減速器。工作臺回轉速度在一定范圍內可調，可采用方案有：1） 直流電動機+減速器2） 變頻交流調速電機+減速器3） 步進電機+減速器直流電動機+減速器方案調速范圍大，調節(jié)精度高，變頻交流調速電機+減速器方案具有很好的性能價格比；步進電機+減速器方案控制精確，可減少減速器設置級數(shù)。在與焊接機器人適配的焊接變位器可以完成空間曲面焊縫自動焊接，要求工作臺回轉運動和傾斜運動同時進行，則傾斜機構和回轉機構都采用步進電機+減速器方案，變位器的運動由計算機控制，以保證調節(jié)速度和定位精度焊接變位機設計4.1設計題目：0.25T?1.6T座式焊接變位機4.2技術數(shù)據(jù):(典型數(shù)據(jù)示例)0.5T1T工作臺回轉電機驅動電機驅動工作臺傾斜人工驅動電機驅動載重量500kg1000kg回轉速度0~1r/min0?1r/min傾斜速度計算0.5r/min工作臺尺寸④700④900重心高度h=400mmh=200mm偏心距e=160mme=100mm工作臺傾斜角度度0°?135°0°?135°4.3設計方案確定焊接變位機工作臺，可采用直流電動機或步進電機驅動，因為直流電動機調速范圍大，而步進電機可數(shù)控同時滿足調速和定位控制的要求。工作臺無級變速以滿足自動焊接速度調整的要求。為滿足工作臺低速運轉的要求，應設立幾級減速機構。工作臺的傾斜運動一般是電動機經減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜，也可以采用人力驅動的方式。工作臺的傾斜一般是為了使焊件定位，所以其傾斜速度多是恒定的，可以采用異步電動機驅動。若采用人工驅動的方式，需要根據(jù)傾斜力矩以及人力功率計算出傾斜速度。在電動機驅動的工作臺回轉、傾斜系統(tǒng)中，常設有一級蝸桿傳動系統(tǒng)，使其具有自鎖功能匕。4.4回轉機構設計回轉軸設計根據(jù)資料［1］對回轉軸進行受力狀況分析，計算危險截面彎矩、扭矩及當量彎矩:M=,!M2+M2xd wn分析傾斜角a、回轉角8與最大當量彎矩M 關系，并計算出最大當量彎矩：xdmax M =G.h2+e2初步確定回轉軸直徑： xmax,'ToM _'10Gh2+e2eh?t=C^F-根據(jù)回轉軸直徑及回轉軸受力選擇軸承。根據(jù)回轉機構方案設計回轉軸結構尺寸并選擇鍵?；剞D機構驅動功率計算及電機選擇由資料［1］表2-1求取軸承支反力，預設有關尺寸R、KT等；求軸承處的摩擦力矩MfMf=0.5f(Fada+Fbdb)求回轉軸的驅動功率NN=(Ge+Mf)n/9550q由驅動功率N及變位機技術要求選擇電機類型和型號。3） 設計回轉軸減速機構根據(jù)回轉軸設計速度和電機額定轉速計算回轉機構總傳動比i；根據(jù)回轉機構方案設計確定各級傳動比；根據(jù)傳動功率和傳動比的要求選擇外購減速器型號；設計圓柱齒輪或蝸輪蝸桿減速器，進行受力分析，計算齒輪模數(shù)及相關尺寸，做強度校核。有關設計參照資料⑵及機械設計規(guī)范。4） 回轉軸校核、軸承校核根據(jù)回轉軸設計尺寸進行受力分析，求軸承處支反力，取當量彎矩最大值對回轉軸進行強度校核；根據(jù)回轉軸受力分析，計算回轉軸撓度y和扭轉角④，對回轉軸進行剛度校核y=0.0002L,④W0.001L;n根據(jù)軸承處支反力分析，對軸承進行校核。4.5傾斜機構的設計1） 傾斜機構方案確定傾斜機構一般是電機經蝸輪蝸桿減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜。2） 傾斜力矩計算最大傾斜力矩出現(xiàn)在a=a,p=90°時：minMt =G?h;+e23） 計算傳動功率、選擇電機、計算傳動比 1小噸位焊接變位機若傾斜機構采用人力驅動，根據(jù)人力功率、轉速、傳動機構總效率、最大傾斜力矩計算出傾斜速度，確定總傳動比。即先由下式計算傾斜速度當。9550nNn= 1G^h2+e2當——傾斜機構傾斜速度，N——人力功率（人機工程參數(shù)）。查人手臂搖柄速度n2（人機工程參數(shù)），由當、n2計算傾斜機構總傳動比，設計傳動機構，分配傳動比，計算各相關參數(shù)。較大噸位焊接變位機采用電機驅動，由于摩擦力矩相對較小，可根據(jù)最大傾斜力矩、傾斜速度、傳動機構總效率計算出傳動功率，選擇電機型號，確定總傳動比。4） 設計減速器根據(jù)傳動功率、總傳動比等設計或選擇蝸輪蝸桿減速器。若為設計，則需計算模數(shù)及相關尺寸，進行校核。設計扇形齒輪機構，計算其模數(shù)及相關尺寸。5） 傾斜軸及軸承設計根據(jù)資料［1］對傾斜軸進行受力分析，求軸承處支反力；確定傾斜軸直徑；選擇傾斜機構軸承；考慮摩擦力矩影響，計算傾斜軸傳動功率，校核功率；根據(jù)傾斜軸受力分析，進行剛度校核。4.6機架設計及其他1） 參照以上有關設計及其他資料數(shù)據(jù)，對焊接變位機機架、回轉機構、傾斜機構、工作臺等進行結構設計并確定主要尺寸。2） 對焊接變位機導電機構進行一般了解及設計。4.7編寫設計說明書完成各種計算、分析、設計之后，要認真檢查、總結，編寫設計說明書。設計設計說明書應系統(tǒng)地說明設計中所考慮的問題及一切計算，包括與設計有關的必要簡圖及表格。計算正確完整，文字簡練通順，書寫整齊清晰，計算部分只需列出公式，帶入數(shù)據(jù)，寫出結果，中間演算可以略去。計算公式及重要數(shù)據(jù)應注明來源。設計說明書總字數(shù)為8000~12000字（圖、表、文字打印約20頁），內容應包括：1） 目錄（標題及頁次）2） 設計課題（設計任務書）3） 設計課題分析及方案擬定4） 主要傳動機構的設計計算5） 一般結構設計6） 設計小結（簡要說明設計的優(yōu)缺點，分析及改進等）7） 參考文獻答辯及思考問題5.1答辯由輔導老師就設計內容提2?3個問題，用于考核學生對設計題目的認識深度。答辯中應態(tài)度誠懇，語言準確。5.2思考問題1） 焊接工裝夾具在生產中有什么作用，焊接變位器有什么應用，請舉例說明。2） 為什么焊接變位器工作臺工作速度在0?1r/min，并且要求無級調速？而傾斜機構有的要求無級調速，有的要求規(guī)定速度，這又是為什么？3） 在焊接變位器工作臺回轉、傾斜機構中，常設有一級蝸桿傳動，這是為什么？4） 請根據(jù)工作臺回轉軸受力狀況，分析其受扭曲力矩和兩個方向的彎曲力矩的原因。5） 為什么要計算工作臺回轉軸最大當量彎矩