100t焊接滾輪架設(shè)計(jì)

1、100t可調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計(jì)100t可調(diào)式焊接滾輪架設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：時(shí)間： NO.17摘 要焊接裝備就是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)機(jī)械化，自動(dòng)化，有利于提高裝配焊接質(zhì)量，促使焊接生產(chǎn)過(guò)程加速進(jìn)行的各種輔助裝置和設(shè)備。焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪與焊件之間的摩接力帶動(dòng)焊接旋轉(zhuǎn)的變位機(jī)械。焊接滾輪架主要用于筒形焊件的裝配與焊接。焊接滾輪架按調(diào)節(jié)方式分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是自調(diào)式式滾輪架。第二類(lèi)是可調(diào)式滾輪架。本文主要對(duì)可調(diào)式100T焊接滾輪架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)軸、鍵等主要構(gòu)件進(jìn)行了校核。結(jié)果表明各主要部件符合要求。該滾輪架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便靈活，對(duì)焊件的適應(yīng)性很強(qiáng)。設(shè)計(jì)中充分的考

2、慮了滾輪架的合理性和經(jīng)濟(jì)性等因素。關(guān)鍵詞：焊接；工裝夾具；滾輪架目 錄1 緒論32 設(shè)計(jì)參數(shù)43 主要性能能與特點(diǎn)54 產(chǎn)品適用工作環(huán)境及工作條件55 產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)66 關(guān)于滾輪架軸向竄動(dòng)的問(wèn)題87 其參數(shù)計(jì)算過(guò)程10 7.1 驅(qū)動(dòng)圓周力與摩擦阻力的計(jì)算107.2 滾輪支反力的計(jì)算137.3驅(qū)動(dòng)圓周力與支反力的分析及中心角的確148 總結(jié) 169 參考文獻(xiàn)161 緒論隨著焊接生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展 ,對(duì)焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化提出了越來(lái)越高的要求 ,焊接機(jī)械設(shè)備的需求量也越來(lái)越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為滿足市場(chǎng)需要而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。焊接滾輪架是一種焊接輔助設(shè)備，常用于圓筒類(lèi)工件內(nèi)外環(huán)縫和內(nèi)外縱縫的焊接。

3、包括底座、主動(dòng)滾輪、從動(dòng)滾輪、支架、傳動(dòng)裝置，動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)等組成。傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾輪，利用主動(dòng)滾輪與圓筒類(lèi)工件之間的摩擦力帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)變位，可實(shí)現(xiàn)工件的內(nèi)外環(huán)縫和內(nèi)外縱縫的水平位置焊接，配套自動(dòng)焊接設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，能大大提高焊縫質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。焊接滾輪架還可配合手工焊或作為檢測(cè)、裝配圓筒體工件的設(shè)備。焊接滾輪架特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題，焊接滾輪架 從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而

4、熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。2、設(shè)計(jì)參數(shù)按照需要，該滾輪架的技術(shù)參數(shù)如下：金屬滾輪規(guī)格：540150滾輪軸承直徑：86106mm可調(diào)中心距：5503000滾輪架最大載重：100t工件直徑：6006000mm三相異步電動(dòng)機(jī)：額定功率:3.0kw 額定電壓:380v額定電流:6.82A 額定頻率:50HZ額定轉(zhuǎn)速:1430r/min減速箱減速比：2383 3575絲杠轉(zhuǎn)速：60 80 r/min與絲杠相連電動(dòng)機(jī)規(guī)格：產(chǎn)品型號(hào)：YB2-90S-1.1KW-4額定功率：1.1Kw 額定電壓：380v額定轉(zhuǎn)速：1440 r/min與絲杠相連減速箱減

5、速比：18 243、主要性能與特點(diǎn)焊接滾輪架是以設(shè)定的速度帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)的焊接變位設(shè)備；按照技術(shù)要求，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的中心距及滾輪的直徑均可有效的解決錐形筒體環(huán)縫的焊接問(wèn)題；設(shè)計(jì)專(zhuān)用靠輪有效的減小或避免了軸向竄動(dòng)問(wèn)題；根據(jù)工件直徑大小不同，移動(dòng)滾輪組，調(diào)節(jié)滾輪中心距，可用于管道、容器、鍋爐、油罐等圓筒形工件的裝配與焊接；此滾輪架滾輪旋轉(zhuǎn)采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、變頻調(diào)速，具有調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑性好，低速特性硬等特點(diǎn)。4、產(chǎn)品適用工作條件及工作環(huán)境1、工作條件海拔高度不超過(guò)1000m周?chē)諝鉁囟确秶? 40空氣相對(duì)濕度：在日平均溫度不大于25時(shí)，最濕月份的平均最大相對(duì)濕度為90%。電網(wǎng)電壓波動(dòng)：10%內(nèi)

6、（當(dāng)電網(wǎng)頻率為額定值時(shí)）電網(wǎng)頻率波動(dòng)：1%（當(dāng)電網(wǎng)電壓為額定值時(shí)）2、工作環(huán)境設(shè)備應(yīng)安置在無(wú)嚴(yán)重危害或影響滾輪架正常使用的爆炸性或腐蝕性工業(yè)氣體、水蒸汽、鹽霧和化學(xué)性沉積物處，并應(yīng)遠(yuǎn)離劇烈震動(dòng)和顛簸的場(chǎng)合。5產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)該系列產(chǎn)品均為組合式滾輪架，其主動(dòng)滾輪架、從動(dòng)滾輪架都是獨(dú)立的，它們之間根據(jù)工件重量和長(zhǎng)度可任意組合，其組合比例可以是一主一從的組合，也可以是一主兩從、一主三從等組合，使用方便靈活，對(duì)焊件的適應(yīng)性強(qiáng)。主動(dòng)架、從動(dòng)架俯視圖如圖所示：主動(dòng)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖17所示： 圖17主動(dòng)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖主動(dòng)架主要由底座、滾輪、旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。底座采用型鋼焊接而成的框架結(jié)構(gòu)保證了良好的剛性

7、和工作狀態(tài)中設(shè)備的穩(wěn)定性。滾輪主動(dòng)架和從動(dòng)架上各有兩只滾輪，100噸以下滾輪均采用鋼膠組合輪，將特種橡膠壓注在鋼輪體上而成，承載能力大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。如圖18所示。圖18滾輪架工作簡(jiǎn)圖旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)主動(dòng)架上的兩只滾輪分別由兩臺(tái)電機(jī)直聯(lián)型雙級(jí)蝸輪蝸桿減速器驅(qū)動(dòng)形成回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，從動(dòng)架只有兩組被動(dòng)輪?？刂葡到y(tǒng)采用進(jìn)口變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，精度高，起動(dòng)扭矩大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，高可靠性，多種自我保護(hù)功能，免維修。本滾輪架主動(dòng)輪采用可調(diào)式，從動(dòng)輪采用固定式已達(dá)到其技術(shù)要求（主動(dòng)輪采用固定式，從動(dòng)輪采用可調(diào)式也可滿足要求）。6關(guān)于滾輪架軸向竄動(dòng)的問(wèn)題如果滾輪和焊件都是理想的圓柱體，且各滾輪尺寸一致，并且其轉(zhuǎn)動(dòng)

8、軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件軸線平行時(shí)，放在滾輪架上的焊件是不會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的，這是理想情況。但實(shí)際上是不可能做到的，尤其是焊件就不可能做到理想中的圓柱體。 多次試驗(yàn)證明將主、從滾輪架在水平和軸向上的位置找好，固定下來(lái)，下次再用時(shí)仍會(huì)竄動(dòng)。即便是同一個(gè)焊件，此時(shí)調(diào)整后已不再竄動(dòng)，但換個(gè)方向旋轉(zhuǎn)或?qū)⒃摵讣跗鹨苿?dòng)位置后再放到滾輪架上，該焊件又會(huì)竄動(dòng)了，更不用說(shuō)換另外一個(gè)焊件了。 國(guó)內(nèi)一些工廠采用在焊件端頭硬頂?shù)霓k法，這種辦法對(duì)設(shè)備和焊件都有損害，實(shí)屬無(wú)奈。國(guó)外制作的防竄滾輪架，雖能滿足要求，可惜價(jià)格較昂貴。 理論和實(shí)踐都證明：影響焊件做軸向竄動(dòng)的主要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。因此，在制

9、造和使用焊接滾輪架時(shí)，首先要盡量做到：主、從滾輪架都位于同一中心線上。各滾輪的軸線都在一個(gè)水平面內(nèi)且相互平行。滾輪間距相等。實(shí)際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動(dòng)，其焊件本身是在作螺旋運(yùn)動(dòng)，如能采取措施，把焊件的左旋及時(shí)地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮?，直至焊件不再作螺旋運(yùn)動(dòng)為止。9 目前，已有三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成此任務(wù)： （1）頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動(dòng)滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升降運(yùn)動(dòng)，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時(shí)也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點(diǎn)是制造成本高，體積大。 （2）偏移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)滾輪沿其垂直中心線可做同向偏移，以此改變滾輪與焊件的軸向摩擦分力。這種調(diào)

10、節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，但最大的缺點(diǎn)是對(duì)滾輪的磨損太大。 （3）平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)滾輪可以同時(shí)垂直于焊件軸心線做水平移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不占用額外的安裝空間。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速控制我們的目的是要檢測(cè)出焊件在軸線方向上的竄動(dòng)位移，從原理上說(shuō)，可以采取在焊件筒壁側(cè)面檢測(cè)方式和在焊件端面檢測(cè)方式。筒壁側(cè)面檢測(cè)方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測(cè)方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)分量，再加上打滑、筒體表面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來(lái)是不容易的。在焊件端面檢測(cè)方式是目前貫用的檢測(cè)方式，這種檢測(cè)凡是

11、不可避免地受到焊接焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對(duì)焊件的受測(cè)端面進(jìn)行加工。但對(duì)大型焊件來(lái)講，這種加工要求的精度越高，其困難和費(fèi)用也就越大。能否降低對(duì)端面加工的要求，就顯得重要起來(lái)。比如，工藝要求焊件的軸向竄動(dòng)量不大于2mm，可是焊件的受測(cè)端面不平度卻大于2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動(dòng)是衡量防竄滾輪架是否實(shí)用的重要指標(biāo)之一7其參數(shù)計(jì)算過(guò)程7.1 驅(qū)動(dòng)圓周力與摩擦阻力的計(jì)算圖1所示為典型滾輪架焊件的受力圖，圖中，2為一列主動(dòng)滾輪，3為一列從動(dòng)滾輪。當(dāng)重量為G、其偏心距e=0的筒體焊件1靜置在主、從動(dòng)滾輪座上時(shí)，則主、從動(dòng)滾輪上的支反力相等，即 Ff=G2cos

12、2=GD+Dr2(D+Dr)2-L2 （1-1）式中 中心角； D焊件直徑； Dr滾輪直徑； L主從動(dòng)滾輪之間的橫向距離。若焊件偏心距不為零，在主動(dòng)滾輪圓周力F1的作用下，反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則焊件的受力情況如圖1所示。圖中F2是焊件借助摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾輪作用到焊件上的反力。為了便于分析特通過(guò)焊件轉(zhuǎn)動(dòng)中心O，作兩個(gè)大小相等、方向相反、并在同一作用線上的F1力。這樣，其中一個(gè)F1力與主動(dòng)輪上的圓周力Ff1構(gòu)成力偶，使焊件轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)F1力沿兩個(gè)支反力方向分解成F3、F4兩個(gè)分力。顯然，焊件在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所受的滾輪支反力，在基本支反力Ff的基礎(chǔ)上有分別增加了F3和F4（圖中未畫(huà)出）。因此，主、從

13、動(dòng)滾輪分別作用到焊件上的支反力為 Ff1=Ff+F3+F3 Ff2=Ff+F4+F4 （1-2）由圖1知 F3=-F1tan F4=F1sin F3=F2sin F4=-F2tan （1-3）將式（1-1）、（1-3）代入式（1-2）得 Ff1=G2cos2-F1tan+F2sin Ff2=G2cos2+F1sin-F2tan （1-4）主動(dòng)滾輪上的圓周力形成的主力矩F1R首先要克服偏心阻力矩Ge，其次還要克服從動(dòng)輪處的反力矩F2R，故焊件的力矩平衡方程式 F1R=Ge+F2R即 F1=GeR+F2 （1-5）式中 R焊件半徑。從動(dòng)滾輪給予焊件的反力實(shí)為滾輪的摩擦阻力，即 F2=Ff2fdr+

14、2Dr （1-6）式中 D r滾輪軸徑； f滾輪與滾輪軸的摩擦因數(shù)（滑動(dòng)軸承f=0.1，圓錐滾子軸承f=0.02）； 滾輪與焊件表面之間的滾動(dòng)摩擦因數(shù)（鋼輪取0.60.8mm）。將式（1-6）代入式（1-5）得 F1=GeR+Ff2fdr+2Dr （1-7）將式（1-4）、（1-5）、（1-7）聯(lián)立，解出主動(dòng)輪上的圓周力 F1=G+sin2bsin+cos-1 （1-8）將式（1-8）代入式（1-5），得出從動(dòng)輪給予焊件的反力 F2=G+sin2bsin+cos-1 （1-9）上兩式中 偏心系數(shù)，且=eR； b與滾輪幾何尺寸和材料有關(guān)的系數(shù)，且 b=Drfdr+2 對(duì)于均勻的筒形焊件，因e=0

15、，故有 F1= F2=Gsin2bsin+cos-1 （1-10） 7.2 滾輪支反力的計(jì)算架在滾輪座上的筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)圓周力 F1和反力 F2將使支反力Ff1、Ff2發(fā)生變化。實(shí)際上，焊件只有按圖1所示位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因 F1、 F2力的方向向下，才使Ff1、Ff2的數(shù)值增大，且增大的份額往往超過(guò)因角增加或者摩擦因數(shù)f、增加而增大的份額。如果焊件順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則 F1、 F2方向向上，F(xiàn)f1、Ff2的數(shù)值減小。所以，計(jì)算滾輪最大支反力時(shí)，應(yīng)以圖1所示的焊件重心位置和轉(zhuǎn)向?yàn)闇?zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。將式（1-8）和（1-9）代入式（1-4），即得到焊件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主、從動(dòng)滾輪作用到焊件上的支反力。 Ff1=G2

16、cos21-cossin2+sin2bcos2-sin2 （1-11） Ff2=G2cos21+sin2+sin2bcos2-sin2 （1-12）當(dāng)=0時(shí) Ff1= Ff2=G2cos21+sin2bcos2-sin2 （1-13）7.3 驅(qū)動(dòng)圓周力與支反力的分析及中心角的確定圖2是單位焊件重量圓周力 KF(=F1G) 與中心角的關(guān)系曲線。兩條曲線都是用滾輪直徑Dr=410mm、滾輪軸徑dr=70mm的標(biāo)準(zhǔn)組合式滾輪架做出的，但曲線1所用為圓錐滾子軸承，軸承的誘導(dǎo)摩擦因數(shù)f=0.02，滾輪處的滾動(dòng)摩擦因數(shù)=3mm。圓周力 F1是根據(jù)圖1按式（1-10）算出的，所以該曲線反映的是e=0時(shí)角對(duì)應(yīng)

17、的最大 KF值。分析圖2可得出如下結(jié)論：1）當(dāng)G一定時(shí)，在=2070范圍內(nèi)，支反力和驅(qū)動(dòng)圓周力的變化較小。對(duì)滾動(dòng)軸承，圓周力 F10.1G；對(duì)滑動(dòng)軸承， F10.02G；支反力 Ff(0.50.6)G。即滾輪軸承無(wú)論采用滾動(dòng)的或是滑動(dòng)的，都對(duì) Ff值影響不大，但對(duì) F1值影響較大。2）當(dāng)由70增至130時(shí)，主動(dòng)滾輪的驅(qū)動(dòng)圓周力將增加1倍。對(duì)滾動(dòng)軸承， F10.02G；對(duì)滑動(dòng)軸承， F10.04G；支反力也增加了1倍， Ff1.2G。3）當(dāng)130時(shí)，支反力和驅(qū)動(dòng)圓周力急劇增大，在160165時(shí)達(dá)到崩潰值，因此角的許用上限應(yīng)小于130，一般不超過(guò)120。4）在同一值情況下，若將滾輪軸上的滾動(dòng)軸承改

18、為滑動(dòng)軸承，則驅(qū)動(dòng)圓周力 F1將增加1倍，因此驅(qū)動(dòng)功率也增加1倍，但是支反力變化不大。因此，從降低能耗、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的角度出發(fā)，應(yīng)設(shè)計(jì)或選用滾輪軸承為滾動(dòng)軸承的焊接滾輪架。另外，中心角的使用上限應(yīng)不大于120。中心角的使用下限，主要受焊件靜載穩(wěn)定性的制約。如圖4所示，當(dāng)角給定后，偏心距只有滿足eD2sin2焊件才不致從滾輪架上掉下而破壞其穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用中，為使焊件在滾輪架上獲得可靠的穩(wěn)定性并保證焊件能夠平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，通常中心角應(yīng)不小于40，甚至在偏心距等于零時(shí)，也應(yīng)采用此值。我國(guó)制定的焊接滾輪架行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，中心角應(yīng)在45 110范圍內(nèi)選取，因此，與此對(duì)應(yīng)的許用焊件直徑 D=Lsin2-Dr當(dāng)min=45和max=110時(shí) Dmax=L0.38-Dr Dmin=L0.82-Dr 8、總結(jié)對(duì)本次100T可調(diào)式焊接滾輪架的機(jī)械設(shè)計(jì)總結(jié)如下1.本文所論述的是組合式焊接滾輪架的整體以及各部件的設(shè)計(jì)以及主要部件的校核。其中包括了傳動(dòng)部分，工作裝置，輔助裝置及機(jī)架的設(shè)計(jì)及軸、鍵、軸承等的校核2.本焊接滾輪架中心距可調(diào)，可適用于直徑600mm6000mm的筒形工件焊接。3.本焊接滾輪架額定載荷為100T,主要應(yīng)用于厚壁輕型筒形工件的焊接，也可用于工件的裝配，及焊接檢驗(yàn)等工作。4.本焊接