毕业设计（论文）-1.0t普通座式焊接变位机工装设计（全套图纸）

西西 南南 交交 通通 大大 学学 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 1.0t1.0t 普通座式焊接变位机工装设计普通座式焊接变位机工装设计 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 年 级: 学 号:2 2 姓 名: 专 业:材料成型与控制 20112011 年年 6 6 月月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 院 系 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程 年 级 2002 级 姓 名 题 目 1.0t 普通座式焊接变位机工装设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级 材料 2002 级 学生姓名 郑兴平 学 号 20023182 发题日期：2006 年 03 月 10 日 完成日期： 月 日 题 目 1.0t 普通座式焊接变位机工装设计 1、本论文的目的、意义 焊接变位机是将焊件回转、倾斜，以使工件上的焊缝置 于水平和船形位置的装置，主要用于机架、机座、机壳等非长方形工件的焊接。 座式焊接变位机是应用最广泛的一种焊接变为机械，载重量一般为 1-50t，本 设计主要进行 1.0t 的通用型座式焊接变位机，该装备是以电动机-减速器驱动工作 台回转并倾斜的焊接变位机械，是为适应相关工件焊接需要而出现的焊接设备。 2、学生应完成的任务 （1）完成 A0 当量图纸大于 3 张。 （2）英文翻译大于 10000 字符。 （3）论文。 （4）毕业设计指导纪要。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周） 第一部分 查阅文献及调研 （1 周） 第二部分 设计方案的确定 (2 周) 第三部分 绘制设备结构及零件图 （8 周) 第四部分 论文书写 ( 2 周) 第五部分论文修改 (1 周) 评阅及答辩 ( 周) 备 注 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 摘摘 要要 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 1.0t 工件，进行全位置焊接的变位机械。主要内容是 关于焊接时机械的回转翻转的控制、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。 选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学、金属工艺 学、Autocad 等。 关键词：焊接变位机；机械设计 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 AbstractAbstract 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, a newly emerging industries. However, the welding machine conjugation basic concepts, patterns and classification, the main technical parameters, there are not uniform. This topic is designed to load 1.0t working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical rotation 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 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. GAD mapping out. The method chosen mainly mechanical design relevant knowledge, the use of the material mechanics, metal crafts science, Autocad. 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 Keyword : welding conjugation machines, mechanical design. 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 关于焊接变位机的几个定义和基本的要求 .1 1.2 几种常见的焊接变位机的特点 3 1.3 焊接变位机的变位 .5 1.4 变位机械中的机械传动机构的选择5 1.5 变位机的额定载荷 .6 1.6 焊接变位机械应具备的性能.7 1.7 国际和国内焊接变位机的发展 .8 1.8 任务的提出10 第第 2 章章 焊接变位机的总体方案设计焊接变位机的总体方案设计11 2.1 焊接变位机的总体设计和适用范围11 2.2 焊接变位机的自由度11 2.3 设计方案的确定.12 第第 3 章章 设计与校核设计与校核.15 3.1 传动比的假定和确定15 3.2 传动装置总效率的确定16 3.3 工作台阻力矩的计算17 3.4 电动机额定功率的确定18 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 3.5 电动机转速的确定 .19 3.6 电机类型的确定.20 3.7 蜗轮蜗杆的设计.21 3.8 齿轮的设计与较核 24 3.9 轴的设计26 3.10 轴的强度的校核528 3.11 轴承的选择和较核 .29 3.12 机架的设计33 3.13 导电装置的设计34 3.14 减速器箱体.34 3.15 其他外购件的选择 .36 结论结论.38 致谢致谢.39 参考文献参考文献40 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 关于焊接变位机的几个定义和基本的要求关于焊接变位机的几个定义和基本的要求 1.1.1 焊接变位机的定义焊接变位机的定义 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。它可以通过工作台的 回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接 的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。但是，因为焊接变位机在我国 的出现时间不长，相关的专门技术人员比较少，在工艺参数，尺寸规格，名称 上都没有统一的标准，概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处 以合适易焊接的位置的焊接辅助设备，焊接变位机使被焊件任意一个焊缝变位 船角焊，平焊合平角焊的理想焊接位置。 1.1.21.1.2 焊接变位机的类型和基本原理焊接变位机的类型和基本原理 它的类型很多，可以分为焊件变位机械，焊机变位机械和焊工变位机械， 按照结构特点又可以分为若干类： 图图 11 变位器的派生形式示意图变位器的派生形式示意图 1.1.31.1.3 焊件变位机械的构件组成焊件变位机械的构件组成 焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或者既能翻转又能回 转，使工件处于最便于装配和焊接的位置。 包括： 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 A 翻转机， B 回转台， C 滚轮架， D 变位器。 1.1.41.1.4 焊机变位机械的类型：焊机变位机械的类型： 按照结构形式分为 A 平台式 B 悬臂式 C 门桥式 1.1.51.1.5 焊件变位机械的类型焊件变位机械的类型 按照动作可分为平移和升降两种，又以升降者为多。 总之，尽管有很多类型，但是它们的基本结构和工作原理都是相通的，由 工作平台，回转机构，翻转机构，机座，电子控制装置，焊接导电装置等部分 组成。 1.1.61.1.6 近年来焊接变位机有许多新的发展近年来焊接变位机有许多新的发展 上海交通大学焊接研究所研制成功集中新的变位机械： A 上车架总成同步空间定轨迹翻转机 CAT 系列履带式挖掘机的上车架总成，工件尺寸庞大，并且需要正反面加 工，如用普通翻转机，装夹很不安全，而且占地空间非常庞大。该机设计采用 空间定轨迹变位技术，使工件在原地翻转，最大限度地节省了占地空间。箱型 变位结构采用双驱动同步控制，有效保证空间变位时运动的平稳性。而翻转过 程中工件的重心先被提升，再下降，从而使工件原始的装夹位置较低，并采用 由 PLC 控制的传感器测控同步系统，可对运行误差进行实时控制，使操作的 安全性大大增加。与普通翻转机相比，具有操作高度低，安全系数大，占地空 间小等特点。同时，采用了普通电机非相关驱动同步控制技术，其制造成本远 小于伺服电机驱动系统。 B 下车架总成双立柱升降式空间变位机 该机用于 CAT 系列履带式挖掘机下车架总成结构件的焊接。下车架总成呈 扁状型箱式结构，焊接要求全空间变位，由于结构庞大，在空间变位时，不仅 场地受限制，安全也存在问题。按以上要求研制的变位机。采用全空间变位设 计：工作台可作 360 度连续旋转，同时可作 360 度空间翻转。保证了焊接位置 的最优化变位。不仅方便了焊接生产，也大大提高了安全系数。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 C 挖斗总成三轴空间焊接变位机 由于挖斗的焊缝较分散，一次装夹焊接时焊缝的高低落差很大，操作不方 便，针对该情况，上海交通大学焊接工程研究所设计的变位机工作台具有升降 、倾翻、旋转 3 种运动方式，特别适合具有复杂焊缝的大型工件的全方位变位 焊接。 图图 12 座式变位机简图座式变位机简图 图图 1-3 双座式焊接变位机双座式焊接变位机 1.21.2 几种常见的焊接变位机的特点几种常见的焊接变位机的特点 1.2.11.2.1 座式通用变位机：座式通用变位机： 座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度。可以将工作翻转到理想 的焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。该种变位机已经系 列化生产，主要用于一些管，盘的焊接 。具体形式见图 1-2。 1.2.21.2.2 U U 型双座式头尾双回转型型双座式头尾双回转型 这种焊接变位机的焊接空间很大，工件可以被旋转到需要的位置，设计先 进，已经在很多地方成功使用。具体形式见图 1-3。 1.2.31.2.3 L L 型双回转焊接变位机型双回转焊接变位机 该变位机有两个方面的自由度，两个方向都可以进行 360 度的任意回转。开 徜性好，容易操作，焊接效果不错，很受使用者的欢迎。 随着工程机械制造厂商对结构件的焊接质量、生产效率的要求小断提高， 对焊接工作的重要辅助设备变位机的要求同样在提高。结构件采用变位机焊 接，对变位机提出的要求是:第一，要求组焊件上的焊道尽量避免遮挡，一次装 夹完成全部焊接工作;第一，要求各焊道能达到船焊位置，以保证焊缝质量;第下， 要求装卸工件时操作简便、安全可靠;第四，要求焊接时操作高度最低，便于施 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 焊。一般变位机可以满足前几项要求，但要求操作高度最低有一定限制，尤其 对那些重量小大，但尺寸较大的结构件，降低焊接操作高度更为困难。L 形双 回转升降式变位机较好地解决这一难题，即在高位下变位，在低位置上焊接， 此运动是由升降装置完成的。现己开发出基本型、加强型等一系列机型。通过 配置不同的工装夹具，可以适应多种工程机械结构件的焊接，己成功应用于履 带式挖掘机的动臂、上车架、下车架、履带架等一些结构件上。 L 形双回转升降式焊接变位机由：底座、升降机构、大回转机构、小回转 机构、 ，以及电气控制部分组成。 （1）底座 底座是由槽钢焊接而成的框架结构，是变位机的基础部分，两条向前仲出 的 H 形支腿起到平衡变位机重心的作用，支腿具有足够的强度和刚度，以保证 变位机工作时的稳定性。底座用预理地脚螺栓或膨胀螺栓与地面紧连接在一起。 （2）升降和 L 构 升降和 L 构形成变位机的直线运动自由度，其主体是用槽钢焊接而成的框 架结构，有足够的强度和刚度，用以支承大、小回转部分。其传动机构是由电 机直联型摆线针轮减速机，通过联轴器驱动丝杠旋转，丝杠带动螺母上下运动， 使与之相连的滑座上下移动，滑座固定在直线导轨上，滑座带动与其相连的大、 小回转部分上下运动。上下限位由行程开关控制，同时设有机械限位挡块，确 保机构安全。 （3）大回转机构 大回转机构传动链为:制动电机-蜗轮蜗杆减速机-小齿轮-回转支承，可以 全回转。回转支承作为动力输出元件与小回转机构箱形梁连接，带动小 360 回转机构实现士 3600 全回转。大回转机构整体通过导轨座和滑座与升降结构相 连。 （4）小回转机构 小回转机构属于末级传动，与大回转机构的传动结构类似，也可以实现士 3600 全回转。小回转机构通过箱形梁与大回转机构连接，箱形梁起到承载和连 接作用，在箱形梁与大回转机构连接处安装有下相导电滑环为小回转电机供电。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 回转支承输出端连接工作盘，工件通过夹具安装在工作盘上。 （5）电气控制部分 电气控制部分装在独自的电控箱中，面板上装有各机构动作按钮和指示灯， 为便于现场远距离操作，电控系统配有手控盒，手控盒上装有各动作按钮和急 停开关，控制按钮线控并联控制(与电控箱中各按钮并联)。电控系统基本配置 包括升降电机、大小回转电机的控制以及安全防护装置。在本设计中没有过多 的提到。 总电源开关采用带漏电保护装置的断路器，不仅有效地进行过流短路保护， 还对电气设备、器件绝缘使用的降低和操作人员触电进行有效的漏电保护。 操作面板和手控盒上都装有急停开关按钮，当出现可能危及人身或设备安 全的紧急情况时，只要按下此按钮，整机电源立即断开，从而保证人员与设备 的安全。 工程机械中有很多较大的结构件，采用普通的变位机时，需要中心高较大 才能转过去，变位后工件位置过高焊接操作方便;采用本变位机可以旋转到位后 将工件高度降下来，操作方便安全。 对于中小型结构复杂的结构件，更显示出其独特的优越性可以变换不同的 方位进行手工焊接。其特点是具有更大的开敞空间、多种变换位置、较小的占 地面积，是一种性能优越的机型。 1.2.41.2.4 C C 型双回转焊接变位机型双回转焊接变位机 该种变位机适合焊接装载机的铲斗、挖斗等部件。 1.31.3 焊接变位机的变位焊接变位机的变位 在设计变位机的时候，除了主自由度外，还应该考虑辅助的变位自由度， 回转、翻转是主自由度，可以添加上升等自由度。 对于一些焊接位置简单的焊件，用简单的回转自由度就可以解决，但是对 于位置复杂的构件必须有不同的自由度。 为了解决这个问题，出现了使用不同的变位机联合使用，增加焊接的自由 度。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 1.41.4 变位机械中的机械传动机构的选择变位机械中的机械传动机构的选择 设计电力驱动的变位机方案时，需要选择从电机到工作台之间的机械传动 方式和相应的传动机构。在选择之前必须根据装配和焊接工艺过程的特点明确 下列要求： A 对变位机械的功能要求 指变位机械应该能实现什么动作，如平移、升降 或者回转等。去国是平移，是直线平移还是曲线平移；去国是回转运动，是 连续回转还是间歇翻转等。 B 对运动速度的要求 必须明确是快速还是慢速，是恒速还是变速，是级变 速还是无级变速。 C 对传动平稳性和精度的要求 例如，用于自动焊接的变位机，就要求传动 具有较高的精度，这时就可以选择蜗杆传动和齿轮传动。 D 对自锁、过载的保护，吸振等能力的要求 一般升降用的或翻转用的以及 有倾覆危险的传动，为了安全，传动机构必须有自锁能力。传动方式和其相 应的传动机构可能有多个，这时就要从它们之间的传动功率大小、尺寸紧凑 程度，传动效率高低和制造成本来综合考虑后择优选定了。 1.51.5 变位机的额定载荷变位机的额定载荷 焊接变位机的基本载荷就是焊件的重量。 在国际上，第一主参数的量纲没有统一。对这一问题，需要做些讨论。在 欧洲，如德国 Severt 公司、CLOOS 公司，瑞典 ESAB 公司等，用重力单位 N 表示；美国 Aroson 公司用英美制质量单位 Lbs（磅）表示；日本某些公司用国 际质量单位 kg 表示；我国的焊接变位机行业标准，采用了国际质量单位 kg， 但鼎盛公司采用了重力单位 kN。如此可见，在我国乃至国际上，焊接变位机第 一主参数的量纲还没有统一。其次，对这一主参数的称呼也不统一。最大负荷 kg、最大负荷 N（Max load N） 、基本承载能力 Lbs（Base load capacity in pounds） 、承重能力 Lbs（Weight capacity Lbs） 、许用载荷 kg（许容荷载） 、 最大有效负荷（Max. payload）等等。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 从量纲发展的历史分析，用力和质量两种单位，各有个的道理。但是，无 论是从行业管理的角度考虑，还是从科学计算的角度考虑，都应统一。一般认 为量纲的确定，在于一个概念，如果衡量焊接变位机的能力，选择负荷单位， 即第一主参数用重力表示，那么，他的量纲应该用 N、kN。与此相关的回转技 术参数力矩，应该用 Nm、kNm 表示，这样，与国际单位制就统一了。 焊接变位机是涉及人身安全的产品。对用户选择产品负荷等级，应该是明 确的。诸如上述的最大负荷（kg、N）或许用载荷（kg、N） ，都不能说准确的 表达了这个量。现在给定一个公式：F = kd m g n （ 1- 1） 式中：m 为焊件质量；g 为重力加速度，即 mg 为重力；kd 为动荷系数； n 为安全系数。称 F 为额定承载能力或额定负荷。动荷系数 kd、安全系数 n， 应在产品设计时确定。在样本或使用说明书中给用户提供选择方法。 1.61.6 焊接变位机械应具备的性能焊接变位机械应具备的性能 通用的焊接变位机械应具备的性能是1： （1）焊接变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良 好的结构刚度。 （2）对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。 （3）在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件 因重力作用而发生事故。 （4）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工 艺方法的不同，其到位精度(点位控制)和运行轨迹精度(轮廓控制)应控制在 0.12mm 之间，最高精度应可达 0.01mm。 （5）回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。 （6）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。 （7）整个结构要有良好的密闭性以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊 渣、药皮等物应易被清除。 （8）焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 动作。 （9）工作台面上应刻有安装基线，装各种定位工件和夹紧机构。 （10）兼作装配用的焊件变位机械抗冲击性能。并设有安装槽孔，能方便地按 其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。 （11）用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导 电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。 1.71.7 国际和国内焊接变位机的发展国际和国内焊接变位机的发展 1.7.11.7.1 美国美国 ArosonAroson 公司公司 美国 Aroson 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 11 kg1810 吨。 A 手动双回式。C 系列，型号 C1000、2000、4000。承载能力 25 磅4000 磅。 B 小型倾翻-回转式。LD 系列，型号 LD 60N、150N、300N，承载能力分别为 132 磅、330 磅、660 磅。 C 倾翻-回转式，倾翻角度 135。D、HD 系列，承载能力 314 磅7 万磅 D 倾翻-回转（换销）定位升降式，倾翻角度 135。AB 系列（30 AB1200） ， 承载能力 4300 磅12 万磅。 E 倾翻-回转（齿轮齿条）无级升降式，GE 系列，倾翻角度 135，型号 （GE25GE3500，承载能力 2500 磅35 万磅。 F 倾翻-回转式，倾翻角度 90，G 系列，G400G4-MEGA 型，承载能力 4000 磅400 万磅。 G 双座双回转式，DCG 系列，最大产品承载能力为 500 吨。 H 单回转式 HTS 系列， HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承载能力为 500 磅24 万磅。 I 单回转（齿轮齿条）升降式，HTS- GE 系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 载能力为 500 磅24 万磅。 1.7.21.7.2 德国德国 LCOOSLCOOS 公司公司 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。在我国，除可 见到与焊接机器人系统配套进口的 L 型双回转式、倾翻-回转式和单回转式变位 机外，还生产卧式单座单回转 WPV、立式单回转 RR502 以及各种多轴焊接机 器人配套的变位机，如立式多工位 2卧式单回转 R-WPV 2 型（3 轴） 、立式多 工位 2C 型双回转式 R- WPV2-CD（5 自由度） 、立式多工位 2倾翻-回转 GR-WPK 2（5 轴） 、立式多工位 2倾翻-回转单回移动转式 GR-WPK 2- CD（9 轴）等。这些产品的主参数，最大允许承载能力（max. admissible load capacity）用 N 表示。 1.7.31.7.3 日本松下（日本松下（PanasonicPanasonic）公司）公司 日本松下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 轴变位机 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、L、H、准 L 型双回转式及 2卧式单座单回转式；3 轴变位机有 3 个系列， 即：立式多工位 2立式单回转、卧式多工位 2双座单回转式、2卧式单座单 回转式；5 轴变位机有 1 个系列，立式多工位 2L 型双回转式。最大有效负荷 （Max. payload）200kg、500kg、1000kg。 1.7.41.7.4 国内变位机的产品简介国内变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，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。 A 全双回转式。包括 L、H(双座)、C 型双回转式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B- 、BZ2D-系列)。 B 倾翻-回转式焊接变位机（BZ2C-系列） 。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 C 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-、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，双座单回转式双工 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。 1.81.8 任务的提出任务的提出 焊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 设计一个普通座式焊接变位机。 1.8.11.8.1 设计要求：设计要求： （1）变位机具有两个主自由度：回转和翻转； （2）变位机的最大载重量为 1.0t； （3）变位机的动力来源于两个电动机； （4）本设计的机械传动部分包含圆柱齿轮传动，蜗轮蜗杆传动，v 型带传动 （5）要求结构简单，操作方便，还应该节省材料。 1.8.21.8.2 主要的设计内容：主要的设计内容： （1） 方案的优化设计； （2） 传动比和传动效率的计算； （3） 回转和翻转力矩的计算； （4） 传动部分各部件尺寸的计算和强度的校核； （5） 机架和导电机构的设计； 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 11 页 （6） 传动部件的润滑条件分析。 第第 2 2 章章 焊接变位机的总体方案设计焊接变位机的总体方案设计 2.12.1 焊接变位机的总体设计和适用范围焊接变位机的总体设计和适用范围 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。 表表 2-1 设计的基本数据设计的基本数据 基本承载能力（吨）1.0 工作台直径（mm）1000 翻转角速度(r/min)0.5r/min 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 12 页 翻转角度（度）0120 工作台的回转角度0360 工作台回转角速度0.10.6r/min 2.22.2 焊接变位机的自由度焊接变位机的自由度 本焊接变位机的主自由度为回转和翻转，此外，还有其他一些辅助的自由 度，像升降自由度。 另外，还有一些变位机，为了适应焊接工位的要求，添加一些与施焊无关 的自由度，并且可以根据需要而将两台或者更多的焊接变位机组合起来，形成 多组合自由度的变位机产品。 （1）用主自由度设计变位机，可有三种基本型式。单回转式，其转角为 360n；双回转式，其转角为一个为360n，另一个为 180360n；倾翻-回转式，其转角一个为360n，另一个为 （090、135）。 （2）多自由度产品设计，在上述基本型产品上，增加辅助自由度。 （3）多自由度组合结构设计，把两种或两种已上基本型产品组合设计而成。 2.32.3 设计方案的确定设计方案的确定 本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接 导电装置组成。 2.3.12.3.1 工作台工作台 它用于工件的停放和固定。在台面上开沟槽，表面经网络状处理后增大了 摩擦，一方面配合夹具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。 2.3.22.3.2 回转机构回转机构 用于实现工作台上工件的回转。其中有很多传动部分的设计。 传动机构设计的一般原则： A. 小功率传动 选择结构简单、标准化较高的类型。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 13 页 B.大功率传动 首要考虑因素是传动的效率，减低功率的损耗。 C.易出现过载和载荷变化较大的传动 选择有过载保护和能起缓冲作用的传 动机构。常见的如带传动。 D. 工作环境较差 选择封闭的齿轮和链传动。 E.传动精度要求较高 选择蜗杆或者加工精度高的齿轮传动。 在设计中，一般采用两个或者两个以上的传动机构，如两级蜗杆传动。这 种情况下要考虑传动机构的布置，因为这对整个传动机构的平稳和效率都有影 响，并且还影响机械的外形和尺寸。 传动机构布置的原则： 带传动 承载能力小，在传动相同功率时，效率相比齿轮和蜗轮蜗杆要低， 但是它的传动稳定性较好，并且缓冲好，故一般将其布置在传动的高速级。 齿轮传动 传动效率高，又分为斜齿轮、圆柱齿轮、圆锥齿轮等，传动平 稳性和均匀性逐个升高，故布置时也有低速级到高速级。 链传动 传动不均匀，布置在低速级，在这次设计中并没有使用到链传动。 蜗杆传动 承载能力比齿轮低，一般布置在高速级。 改变运动形式的传动，如：连杆传动、凸轮传动、螺旋传动等，一般布置 在传动机构的最后一级。 2.3.32.3.3 工作机需要电动机输入功率才能工作工作机需要电动机输入功率才能工作 一般原动机与工作机不直接相连，而是通过在两者之间设置一个中间装置， 称这个中间装置为传动装置简称传动；在机械中，传动装置的功用是根据工作 机的工作提要求实现某种减速、增速、变速、或改变运动形式的功能。工程实 践表明，传动装置是机械中重要的组成部分，在整机的成本和重量中占有很大 的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因此，正确设计传 动装置对保证整机的技术性能和质量指标都具有相当重要的意义。根据工作原 理的不同，传动分为两类：机械传动和电传动。 2.3.42.3.4 选择传动形式时，应当考虑的主要指标选择传动形式时，应当考虑的主要指标 功率、效率、运动性能、外型尺寸、重量、生产率和成本等。现分别阐述如 下： 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 14 页 （1） 功率 每种传动所传递的功率大小与该传动的工作原理、承载能力、工作速度、 效率、材料和制造精度等因素有关。一般来说，啮合传动传递的功率高于摩擦 传动，但是啮合传动中的蜗杆传动则因齿面相对滑动速度较大，导致发热大而 效率较低而不宜传递大的功率，同步齿形带传动则因材料关系也不能传递大的 功率。 （2） 效率 效率是评定传动质量指标的一个重要参数。高的效率意味着节约动力。传 动效率低，一般不宜传递大的功率。通常啮合传动的效率高于摩擦传动，但普 通圆柱蜗杆的传动可能低于摩擦传动。 （3） 速度 速度是传动装置的一个主要运动特性。提高传动的速度是机械的主要发展 方向之一。影响速度的因素有动载荷和制造精度等。在常规传动中，除螺旋传 动和链传动外啮合传动的容许速度一般高于摩擦传动。 （4） 传动比 传动比是传动装置的又一运动特性。每种传动因受外形尺寸或承载能力的 影响限制，均有各自适用的最大传动比值。此外，还应考虑传动比值的精确性 问题。对于要求精确传动比的机械，不用摩擦传动而采用啮合传动。 （5） 外廓尺寸、重量及成本 传动装置的外廓尺寸和重量与传动零件材料的机械性能和容许传递速度、 容许传递功率密切相关。在上述条件确定下，单级传动的外廓尺寸和重量主要 取决于传动形式。一般来说啮合传动比摩擦传动轻巧，但成本高。啮合传动中， 蜗杆传动和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常最小。 2.3.52.3.5 设计中传动方式的确定设计中传动方式的确定 采用哪一种传动形式，应根据具体情况具体分析，不仅考虑到技术性能指 标，同时还要考虑经济成本，对提出的各种方案应在综合比较它们的技术 经济指标后才可做出决策，在这次设计中，考虑了上述因素，我选择的传动形 式有下面几种： 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 15 页 （1）回转机构 在回转机构中，有三级传动：V 型带传动、第一级蜗轮蜗杆传动、第二级 蜗轮蜗杆传动。 V 型带传动：将电动机输出的动力传递到变位机的机械部分。 蜗轮蜗杆传动：电动机的功率经过带传递以后，还需要进行转速的降低， 蜗轮蜗杆传动的特点就是减速比很大，并且传动过程中，能量损失很小，传动 效率高。 （2）翻转机构 在翻转机构中，也有三级传动，都是圆柱齿轮传动。 第第 3 3 章章 设计与校核设计与校核 焊接变位机由工作平台，回转机构，倾斜机构，基座，电气控制机构和焊 接导电装置等组成。 表表 3-1 设备的基本数据参数设备的基本数据参数 基本承载能力（吨）1.0 工作台直径（mm）1000 翻转角速度(r/min)0.5r/min 旋转角度（度）0120 工作台回转角速度0.10.6r/min 3.13.1 传动比的假定和确定传动比的假定和确定 工作台回转机构 预设电动机的转速为 1000r/min，预先设定的工作台回转速度为 0.10.6r/min。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 16 页 根据 i=电机转速/工作台转速=1000/0.10.6=166010000 选 2000 工作台翻转机构 预设电机转速为 1500r/min。工作台翻转速度为 0.5r/min 根据 i=电机转速/工作台转速=1000/0. 5=3000，选 i=3000 3.1.13.1.1 回转机构回转机构 采用两级蜗杆减速器作为第一级减速机构，该减速器的减速比在 200900 之间。 图图 3-1 摆线针轮减速器型号示意摆线针轮减速器型号示意 选用传动比为：500 电机外的第一级传动采用 V 带传动，传动比为：4 3.1.23.1.2 翻转机构翻转机构 在翻转机构设计中，选用摆线针状减速器作为第一级减速机构，该减速器 属于外购件，各个字母所代表的含义见图 3-1。从图中得知：BWED130-473- 0.75，B-B 系列摆线针轮减速 W-卧式安装；D-普通型动力源；130-机型号； 473-传动比；0.75-电机功率。传动比：473，翻转机构有三个齿轮传动，传动比 为 i=6 3.23.2 传动装置总效率的确定传动装置总效率的确定 3.2.13.2.1 蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率 A 第一级蜗杆的效率。 第一级蜗杆是圆弧面油润滑，它的传动效率在 0.850.95 之间，取 0.95；并 且蜗杆的两端有一对滚动轴承，润滑正常，传动效率取 0.97；所以得到，第一 级蜗轮传动的总效率为 0.92 B 第二级蜗杆的传动效率。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 17 页 第二级蜗杆也是圆弧面油润滑，传动效率也取 0.95；两端采用一对润滑良 好的滑动轴承，其传动效率为 0.97；在蜗杆上，还有一个滑动轴承，润滑正常， 传动效率为 0.97；所以，第二级蜗杆传动的效率为 0.89 C 第三级传动是 V 带传动。 平带传动的精度低，但是平稳性好 ，并且不会产生自锁现象，还能起到过 载保护作用。从参考文献1得到传动效率取 0.98； 所以，回转机构总的传动效率为 0.81 3.2.23.2.2 翻转机构的传动总效率翻转机构的传动总效率 摆线针状减速器的传动效率在 0.900.97 之间，选 0.952； 在减速器外连接的三个圆柱齿轮的传动效率在 0.960.99 之间，为计算方便，都 取 0.98； 在连接中还有两个滑动轴承，传动效率取 0.96； 综合得到，翻转机构的总传动效率为 0.86。 3.33.3 工作台阻力矩的计算工作台阻力矩的计算 3.3.13.3.1 回转机构回转机构 回转机构主要由一级带传动和两级蜗轮蜗杆传动构成，传动比较大，传动 效率也不低。 图图 3-2 回转机构力矩计算示意回转机构力矩计算示意 注：e综合重心到轴心的距离；fc滚动摩擦系数；fc=0.01；f轴颈处的滚动摩擦系数，取 0.01。 从图谱中得：l=440mm Da=45mm Db=80mm dc=40mm Q= =Q= A l Ge B l Ge 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 18 页 Q=G=12000。 C 由于焊接件是规则的几何形状，并且考虑到安装偏差等因素，按照极限情 况考虑取 e =100mm，得到： Q=Q=2727N AB 根据转距计算公式 （3- BBAA QdQdfT5 . 0 1） 得到： T=0.5 0.01(2727 45+2727 80)=1704（N.mm） 根据公式： T”=fcdcQc 得到： T”=0.01 40 12000=4800（N.mm） （3-2） 所以，总的阻力矩 T=k(T”+T)=1.24800+1704=7805(N.mm) 3.3.23.3.2 翻转机构翻转机构 图图 3-3 翻转机构力矩计算示意翻转机构力矩计算示意 翻转机构的力矩由公式 T=G 0.01 （3- 2 d 3） 式中： d 轴径， 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 19 页 d=90mm 从而得到： =12045=5400（N.mm）T 3.43.4 电动机额定功率的确定电动机额定功率的确定 3.4.13.4.1 电机容量的确定电机容量的确定 标准电动机的容量用额定功率表示 ，所选电动机的额定功率应该等于或稍 大于工作要求的功率，也就是： P 额定=（11.3）Pd Pd机械要求电机输出的功率 Pd =Pw/电机至工作机械之间的传动装置总效率 机械所需的输入功率 Pw 由机器工作阻力和运动参数计算得： 当直线运动时 Pw= （3- w FVw 1000 4） 当回转运动时 Pw= （3- w Tnw 9550 5） 式中： F工作机的阻力（N） Vw工作机的线速度（m/s） T工作机的阻力矩（N.m） 工作机的效率w nw工作机的转速（r/min） 工作机效率选取 0.8 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 20 页 3.4.23.4.2 回转机构电机额定功率的确定，回转机构电机额定功率的确定， 由公式 P 额定=（11.3）Pd （3-6） Pd =Pw/ （3-w 7） 得到 P 额定=0.45kw 3.4.33.4.3 翻转机构电机额定功率的确定翻转机构电机额定功率的确定 P 额定=（11.3）Pd Pd =Pw/w 得到 P 额定=0.49KW 3.53.5 电动机转速的确定电动机转速的确定 P 额定相同的电动机有不同的转速。我所选择的 Z2 系列直流电动机有以 下几种转速供选择：3000r/min600r/min。电机的转速高，传动结构的尺寸也增 大，成本高，所以应当综合考虑选用合适的电机转速。 具体的转速由下面的公式确定： （3-nniiianidn).2 1 ( 8） 式中： nd电动机可选转速范围（r/min） ； 传动装置总传动比的合理范围；ai i1in各级传动比的范围； n工作机的转速。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 21 页 根据公式得到： A 回转机构电机的额定转速范围 nd=Ia n=2000（0.10.6）=2001200 B 翻转机构电机的额定转速的范围 nd=Ia n=2800 0.5=1420 由此，确定电机的转速为 1500r/min。 3.63.6 电机类型的确定电机类型的确定 3.6.13.6.1 回转部分回转部分 考虑到理论计算与实际的差距，经济性，可靠性等，选用额定功率为 0.6KW 的 Z222 电动机，具体参数见下表： Z2 系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部 JB1104-68 部颁标准所 规定的标准系列小型直流电机。 Z2 系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾 性能的湿热带型（TH）直流电机。 型号含义：Z 表示“直”流，2 表示第二次全国定型设计，横线后数字表示 机座号与铁心长短，例如 Z2-11 前一个 1 代表 1 号机座，后一个 1 代表短铁心， 而 Z2-112 中 11 代表 11 号机座，2 代表长铁心。 3.6.23.6.2 翻转电机翻转电机 考虑到理论计算与实际的差距，经济性，可靠性等，选用 BWDE130-473- 2-0.75 的摆线针轮减速器所带的电机符合要求。 3.73.7 蜗轮蜗杆的设计蜗轮蜗杆的设计 3.7.13.7.1 蜗杆传动的特点：蜗杆传动的特点： A 单级传动比大，结构紧凑 蜗杆和螺旋一样，也有单线、双线和多线之分，螺纹的线数就是蜗杆的头 数 Z1，通常 Z1较小（常取单头或双头） ，在动力驱动中，一般单级取传动比为 1080；当功率很小并且主要用来传递运动时，传动比甚至可达到 1000。 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 22 页 表表 3-2 转速为转速为 1500r/min 的的 Z2 直流电机基本参数直流电机基本参数 额定 功率 额定 电压 额定 电流 削弱磁场 时最大转 速 效率 飞轮 力矩 重量 型 号 kWVAr/min%kgm2kg 0.41105.51200066 Z2-21 0.42202.755200066 0.04550 0.61107.68200071 Z2-22 0.62203.79200072 0.05555 0.811010200072.5 Z2-31 0.82204.95200073.5 0.08567 1.111013.33200075 Z2-32 1.12206.58200076 0.10579 1.511017.8200076.5 Z2-41 1.52208.9200076.5 0.1585 2.211025.32200079 Z2-42 2.222012.66200079 0.18100 311034.3200079.5 Z2-51 322017.2200079.5 0.35144 B 传动平稳，噪音小 和螺旋传动一样，由于蜗杆与蜗轮啮合过程是连续的，因此其传动比齿轮 平稳，噪音小。 C 可以实现自锁 与螺旋传动相同，当蜗杆导程角小于其齿面间的当量摩擦角时，将形 成自锁，即只能是蜗杆驱动蜗轮，反过来就不行。 D 传动效率低 由于蜗杆蜗轮的齿面间存在较大的相对滑动，所以摩擦大，热损耗大，传 动效率低。通常在 0.70.8 之间。自锁蜗杆传动的啮合效率低于 0.5。因而需 西南交通大学本科毕业设计（论文）西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 23 页 要良好的润滑和散热条件，并且不适合大功率传动（小于 50kw） 。 E 为减摩耐磨，蜗轮齿圈通常采用青铜制造，成本较高。 图图 3-4 蜗轮蜗杆传动示意图蜗轮蜗杆传动示意图 蜗轮蜗杆在设计时，蜗杆模数、分度圆直径和 m d 值几个值是关键，关 2 系到其尺寸，传动精度等，具体标准参考表 3-3 和表 3-4： 3.7.23.7.2 蜗杆头数蜗杆头数和蜗轮齿数和蜗轮齿数的选择的选择 1 2 蜗杆头数的选择和传动比、效率、制造有关。若要取得较大的传动比，可 以选择 z1=1，但是传动效率会比较低。当传动效率比较大的时候，为提高传动 效率可以采用多头蜗杆，取 z1=2 或者 4。头数过多，加工精度不易保证。蜗轮 齿数 z2=iz1，为了避免蜗轮轮齿发生根切，z2 应该不小于 26；动力蜗杆传动， 一般 z2=2780