S-船舶導(dǎo)軌垂直雙面角焊機(jī)設(shè)計(jì)
S-船舶導(dǎo)軌垂直雙面角焊機(jī)設(shè)計(jì),船舶,導(dǎo)軌,垂直,雙面,角焊機(jī),設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1焊接接技術(shù)的應(yīng)用
焊接是一種制造技術(shù)，它是適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，以現(xiàn)代工業(yè)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，并且直接服務(wù)于機(jī)械制造工業(yè)。焊接技術(shù)的發(fā)展與制造工業(yè)的需要緊密相關(guān)，一般工業(yè)先進(jìn)國(guó)家，鋼產(chǎn)量的50%左右需采用焊接工藝才能形成產(chǎn)品，在石油化工、礦山冶金、金屬結(jié)構(gòu)、起重運(yùn)輸、水陸交通、航天航空、橋梁建筑、電力能源等機(jī)械設(shè)備制造部門，焊接都有著廣泛的應(yīng)用。許多設(shè)備中的大型結(jié)構(gòu)，幾乎都是焊接結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，焊接結(jié)構(gòu)正朝著超大型，高容量，高參數(shù)，耐磨，耐低溫，耐動(dòng)載的方向發(fā)展，這就不僅需要為焊接生產(chǎn)提供質(zhì)量更高，性能更好的各種焊機(jī)，焊接材料和焊接工藝，而且要求提供各種性能優(yōu)異的焊接工裝設(shè)備，使焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，減少人為因素干擾，達(dá)到保證和穩(wěn)定焊接質(zhì)量，改善焊工勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)率，促進(jìn)文明生產(chǎn)的目的。但是，焊接生產(chǎn)是綜合性生產(chǎn)，在焊接制造過程中，除了焊接工序本身外，前后還有很多工序的配合，如備料、輸送、裝配、檢驗(yàn)、校正等工序。因此，焊接生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)化不僅僅局限于焊接工序本身，而且包括了與焊接工序相銜接的上下各工序的機(jī)械化，自動(dòng)化。只有各工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化，自動(dòng)化，才能實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的綜合機(jī)械化，自動(dòng)化。
1.2焊接機(jī)械裝備
焊接機(jī)械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)過程加速進(jìn)行的各種輔助裝置和設(shè)備。這里稱之為輔助裝置和設(shè)備是為了與焊機(jī)相區(qū)別。焊機(jī)是焊接過程中的核心裝備，它包括焊接電源，焊接控制箱，焊接機(jī)頭等，有自己的獨(dú)立系統(tǒng)，不屬于焊接機(jī)械裝備的范疇。而焊接機(jī)械裝備相對(duì)焊機(jī)處于輔助的地位，是配合焊機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)的裝置和設(shè)備。它包括的范圍較廣，按用途分，主要有焊接工裝夾具、焊接變位機(jī)械和焊接輸送機(jī)械三個(gè)方面，其次還有導(dǎo)電裝置、焊劑輸送與回收裝置、坡口準(zhǔn)備及焊縫清理精整裝置等。他們又是焊接機(jī)械裝備的從屬裝置。
從使用范圍來分，焊接機(jī)械裝備又分為通用焊接機(jī)械裝備和專用焊接機(jī)械裝備兩大類。通用焊接機(jī)械裝備通用性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，整臺(tái)機(jī)械能適應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化重復(fù)使用。它們可以組合在一起使用，也可以組裝在焊接生產(chǎn)線上，成為焊接生產(chǎn)線的一個(gè)組成部分。由于這種裝備通用性強(qiáng)，所以機(jī)械化、自動(dòng)化水平不是很高，主要滿足多品種、小批量焊接生產(chǎn)的需要。專用焊接機(jī)械裝備是為了適應(yīng)單品種、大批量焊接生產(chǎn)的需要專門設(shè)計(jì)制造的。這種裝備專業(yè)性強(qiáng)、生產(chǎn)率高、控制系統(tǒng)先進(jìn)，能很好地滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝焊工藝、生產(chǎn)批量的要求。例如：專用焊接工裝夾具、專用焊接機(jī)床就屬于這類裝備。
自動(dòng)焊接專機(jī)是為特定的工件和一定形狀的焊接接頭而專門設(shè)計(jì)的焊接自動(dòng)化設(shè)備?？梢酝ㄟ^電氣控制，氣動(dòng)控制和液壓控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)執(zhí)行元件、液壓執(zhí)行元件的旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件焊縫與焊槍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而自動(dòng)完成焊接接頭的焊接工作。自動(dòng)焊接專機(jī)是用于自動(dòng)化生產(chǎn)的，要求人工或者機(jī)械手上下工件，焊接工裝夾具自動(dòng)將工件固定，定位，自動(dòng)啟動(dòng)焊接電源的電弧，自動(dòng)送絲和焊槍或工件的自動(dòng)移動(dòng)，焊接完成后自動(dòng)退回，人工或機(jī)械手取下工件，其組成主要由焊接系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。
其中，焊接系統(tǒng)包括焊接電源及焊槍，主要有氬弧焊機(jī)、CO2焊機(jī)、MIG/MAG焊機(jī)、等離子焊機(jī)、埋弧焊機(jī)等等。當(dāng)然，也有電阻焊，火焰焊、激光焊、電子束焊等焊接形式。前述幾種焊接電源，氬弧焊機(jī)和等離子焊機(jī)可以采用焊縫金屬自身融合，將兩個(gè)工件焊接在一起，也可加上自動(dòng)填絲機(jī)，完成較厚工件的焊接。CO2/MIG/MAG焊機(jī)及埋弧焊機(jī)都有自身的送絲系統(tǒng)，通過焊槍中心端部將焊絲送出。焊接參數(shù)由焊機(jī)上的控制旋鈕調(diào)節(jié)。
機(jī)械系統(tǒng)主要由床身機(jī)構(gòu)、工裝夾具及工件輔助支撐機(jī)構(gòu)、焊槍微調(diào)機(jī)構(gòu)、焊接工件或者焊槍移動(dòng)機(jī)構(gòu)等。床身機(jī)構(gòu):床身主要對(duì)設(shè)備起支撐作用，可以用鑄造件或者焊接件構(gòu)成。由于鑄造件生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，所以現(xiàn)在基本上采用型材和鋼板焊接后，經(jīng)退火、精加工而成，可以快速制造和成本低，得到大量使用。工裝夾具及輔助支撐機(jī)構(gòu)：可以根據(jù)工件的加工面或定位孔，固定工件的相對(duì)位置，可以采用手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓控制夾具運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝夾和定位工件。
焊槍微調(diào)機(jī)構(gòu)：要焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫，需要對(duì)焊槍的X\Y\Z向進(jìn)行三維調(diào)節(jié)，是焊槍的指向?qū)?zhǔn)焊縫，同時(shí)根據(jù)焊接工藝要求，還需實(shí)現(xiàn)各方向的旋轉(zhuǎn)功能。
焊接工件或焊槍的移動(dòng)機(jī)構(gòu)：要完成直線、圓周或曲線焊縫的焊接，需要焊槍與工件的焊縫的軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)才能完成焊接要求?？梢赃x擇焊槍移動(dòng)，也可選擇工件運(yùn)動(dòng)。這個(gè)需要根據(jù)工件的形狀和尺寸來決定設(shè)計(jì)思路。其設(shè)計(jì)原則是機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單、控制最簡(jiǎn)單、工人裝卸工件最方便為主。環(huán)縫焊是工件運(yùn)動(dòng)，焊槍不動(dòng)，直縫焊機(jī)是工件不動(dòng)，焊槍直線運(yùn)動(dòng)。本文所涉及的是接線盒的直縫焊接，所以采用的是直縫焊接，即工件不動(dòng)焊槍作直線運(yùn)動(dòng)。所以，設(shè)計(jì)合適的焊接支架和焊接夾具來加緊、定位我們所要焊接的長(zhǎng)度為6m的接線盒具，是保證焊接質(zhì)量的重要保障。要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的均勻焊接，本焊接機(jī)需要采用PLC自動(dòng)控制，來提高焊接效率。
1.3焊接工藝確定分析
本文焊接工件材料為Q235，Q235是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，其屈服強(qiáng)度大約為235MPa，并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。
Q235含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會(huì)因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時(shí)，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個(gè)焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。對(duì)焊接電源沒有特殊要求，一般的交、直流弧焊機(jī)都可以焊接。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)工件的不同加工要求，可選擇手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧焊等焊接方法。
由于焊接件尺寸的限制，為焊接方便須實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，所以選擇利于實(shí)現(xiàn)焊接過程機(jī)械化和自動(dòng)化的氣體保護(hù)焊。氣體保護(hù)焊具備以下特點(diǎn)：(1)電弧和熔池的可見性好，焊接過程中可根據(jù)熔池情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù)； (2)焊接過程操作方便，沒有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上蒙不需清渣；(3)電弧在保護(hù)氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形?。?4)有利于焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化，特別是空間位置的機(jī)械化焊接；(5)可以焊接化學(xué)活潑性強(qiáng)和易形成高熔點(diǎn)氧化膜的鎂、鋁、欽及其合金；(6)可以焊接薄板。
氣體保護(hù)焊接操作前的準(zhǔn)備：（1）操作人員必須了解焊機(jī)構(gòu)造原理，熟悉其機(jī)械系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)，熟悉電源箱和操作鍵盤上的各種開關(guān)，旋鈕的功能，了解焊機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)；（2）操作前應(yīng)熟悉圖紙及被焊工件的材質(zhì)，堆焊部位等有關(guān)技術(shù)要求；（3）工作前對(duì)焊絲和焊劑要做質(zhì)量檢查，有產(chǎn)品出產(chǎn)合格證的方可使用。對(duì)焊絲上的油污和鐵銹要清除，對(duì)焊劑要按工藝要求進(jìn)行烘培；（4）堆焊前，要對(duì)工件上堆焊部位的鐵銹和油污清除干凈；（5）根據(jù)堆焊的工藝要求，選擇下降性、平特性、平特性的氣保焊電源特性曲線，并將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置上。選定直流電源的極性，正接法指工件接正極，焊絲接負(fù)極；反接法與此相反。調(diào)整焊機(jī)機(jī)頭，講機(jī)頭沿水平方向?qū)?zhǔn)焊縫，調(diào)節(jié)機(jī)頭升降位置，使焊劑流出管的末端與工件的間隙取25～40mm為宜；（6）開啟焊劑供給閥，當(dāng)機(jī)頭末端漏出焊劑時(shí)，將紅色開關(guān)調(diào)至“Ⅰ”位置，直到起弧。堆焊過程中，仔細(xì)調(diào)整焊接參數(shù)，主要是焊接電流和電弧電壓，焊接電流的粗調(diào)節(jié)可在電源箱上進(jìn)行，細(xì)調(diào)節(jié)在操縱盤上進(jìn)行；（7）焊絲的檢查。焊絲表面應(yīng)清潔，無(wú)氧化色，焊絲的橫向低倍組織上不應(yīng)有裂紋、折疊、氣孔、分層、縮尾、金屬或非金屬夾雜物及其他影響使用的缺陷。焊絲應(yīng)滿足在自動(dòng)或半自動(dòng)焊接設(shè)備中均勻送進(jìn)的要求。
氣體保護(hù)焊接焊后檢查：
（1）破斷試驗(yàn)檢查：將焊接完的工件切割成小塊，進(jìn)行硬度檢查，及焊接破斷檢查：主要是看焊接是否完全，焊縫中是否有氣泡。
（2）外觀檢查：1.凹坑：焊接后在焊縫背面形成的低于母材表面的局部低洼部分；2.未焊滿：焊縫表面形成了連續(xù)活斷續(xù)的溝槽；3.焊接裂紋：在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬院子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。它具有尖銳的缺口和較大的長(zhǎng)寬比的特征；焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋；4.冷裂紋：焊接接頭冷卻到較低溫度下時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋；5.延遲裂紋：鋼的焊接接頭冷卻到室溫后并經(jīng)過一段潛伏期才出現(xiàn)的裂紋；6.焊根裂紋：沿應(yīng)力集中的焊縫根部所形成的焊接冷裂紋。
（3）無(wú)損檢查：1.超聲波探傷：利用超聲波探測(cè)材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)法；2.射線探傷：采用X射線和Y射線照射焊接接頭檢查內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)法；3.磁粉探傷：才磁場(chǎng)中，鐵磁性材料表層缺陷的漏磁場(chǎng)媳婦磁粉的現(xiàn)象而進(jìn)行的無(wú)損檢驗(yàn)法；4.滲透探傷：采用帶有熒光染料或紅色染料的滲透劑的滲透作用，現(xiàn)實(shí)缺陷痕跡的無(wú)損檢驗(yàn)法；5.密封性檢驗(yàn)：檢查有無(wú)漏水、漏氣和漏油等現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)。
自動(dòng)控制氣體保護(hù)焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護(hù)，所以用它能進(jìn)行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動(dòng)控制，因而焊縫均勻，焊接效率高，并且用PLC作為控制核心，可靠性高、控制功能強(qiáng)、編程方便、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)、具有各種接口與外部設(shè)備連接維修也非常方便，所以這種氣體保護(hù)自動(dòng)焊機(jī)被廣泛應(yīng)用。本文主要介紹接線盒焊接專機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。
第二章 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
2.1傳動(dòng)方案的確定
根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求及各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能制定傳動(dòng)方案：
2.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案示意圖
傳動(dòng)方案分析：該設(shè)備用于接線盒等零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)不太大，電機(jī)須頻繁啟動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實(shí)現(xiàn)較好的無(wú)級(jí)調(diào)速，選擇直流電動(dòng)機(jī)，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動(dòng)比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。
2.2 絲杠螺母的選擇
1、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用：
用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力；可達(dá)到較高的降速傳動(dòng)比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈得以縮短；能達(dá)到較高的傳動(dòng)精度，用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)還可用作測(cè)量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達(dá)0.001mm；傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲；在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?dòng)，此特點(diǎn)特別適用于作部件升降傳動(dòng)，可防止部件因自重而自動(dòng)降落。
鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，有參考文獻(xiàn)②絲杠螺母的傳動(dòng)方式及其應(yīng)用見表5.7-1的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)簡(jiǎn)圖：
圖2.2.1絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)簡(jiǎn)圖
2、絲杠螺母副的選擇：
由參考文獻(xiàn)②表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如下表：
表2.2.1絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)
螺距（mm）
絲杠(mm)
絲杠螺母
螺母(mm)
絲杠斷面積A（）
螺紋升角
絲杠斷面極慣性矩（）
絲杠斷面慣性矩I
（）
外徑d
內(nèi)徑d1
中徑d2
（mm）
外徑
d′
內(nèi)徑
d1′
4
20
15.5
18
20.5
16
1.89
4o2ˊ46"
0.5667
0.3341
2.3、電動(dòng)機(jī)選擇
1、 確定驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的外力和轉(zhuǎn)矩
焊槍的移動(dòng)速度v，由設(shè)計(jì)要求可知焊槍移動(dòng)速度范圍v=0.5m/min—1.5m/min；
絲杠的轉(zhuǎn)速n絲杠的螺距為4mm，由參考文獻(xiàn)②式：
當(dāng)v=0.5m/min時(shí)，轉(zhuǎn)速n：
n===125r/min
當(dāng)v=1.5m/min時(shí),轉(zhuǎn)速n：
n===375r/min
所以絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)速度范圍為125r/min—375r/min
2、電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇
因本設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，調(diào)速范圍廣，周期性運(yùn)行，切運(yùn)轉(zhuǎn)要平穩(wěn)可靠，為了得到較好的調(diào)速性能，選用Z2系列直流電動(dòng)機(jī)，利用調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)級(jí)調(diào)速，安裝形式選擇臥式。
3、電動(dòng)機(jī)容量確定
(1).本設(shè)備負(fù)載小，屬于慣性旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，固按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率。
(2).計(jì)算移動(dòng)部件摩擦阻力矩：
移動(dòng)部件的摩擦力矩為主要的功率消耗所以其它的摩擦可以忽不計(jì)，由于移動(dòng)部件的重力定為500N所以移動(dòng)部件所受的摩擦力為由參考文獻(xiàn)②表5.7-3知摩擦系數(shù)f=0.1；
=500f=5000.1=50N
摩擦阻力矩由參考文獻(xiàn)⑥式5-32，得：
其中，L—絲杠螺距；
i—齒輪減速比為4；
η—傳動(dòng)效率定為0.7；
==11.4N.m
當(dāng)絲杠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),克服摩擦阻力矩所需的功率：
=0.1047n/η=0.1047×11.4×375/0.7=639.5W
由參考文獻(xiàn)⑦表2-4機(jī)械傳動(dòng)的效率得：閉式圓柱齒輪的機(jī)械傳動(dòng)效率為η1=0.97；一對(duì)滾動(dòng)軸承的機(jī)械傳動(dòng)效率為η2=0.99；則機(jī)械傳動(dòng)鏈的總效率η為：
η=η1η2η3=0.97×0.99×0.99=0.95
驅(qū)動(dòng)功率為：
P ===673.2W
為了擴(kuò)大設(shè)備加工范圍,設(shè)備的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)有足夠的余量.另因?yàn)閭鲃?dòng)比較大,調(diào)速范圍寬,固應(yīng)選擇較高的電機(jī),由參考文獻(xiàn)①表13-65，選擇系列化FANUC型直流電動(dòng)機(jī)5M型.該電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)如下表：
表2.3.1電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)
型號(hào)
額定電壓
額定 轉(zhuǎn)矩
額定 轉(zhuǎn)速
額定功率
最大轉(zhuǎn)矩
重量
5M
220V
5.9Nm
2000
r/min
800W
54Nm
17Kg
(3)計(jì)算傳動(dòng)比：
由參考文獻(xiàn)③知，可選擇電力拖動(dòng)系統(tǒng)為調(diào)速范圍為中等調(diào)速系統(tǒng)：
D==4
===500r/min
i=／＝500/125=4
當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速為375r/min時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為375×4=1500r/min。所以要求電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍為500r/min—1500r/min所以能滿足要求。為了得到較大調(diào)速范圍，用晶閘管直流調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍＝4，機(jī)械減速利用齒輪單級(jí)減速器實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)比＝4；
i=×
(4).計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù):
計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速：按最高轉(zhuǎn)速計(jì)算:
Ⅰ軸轉(zhuǎn)速：n1=n=1500r/min;
Ⅱ軸轉(zhuǎn)速: n2=n1/=1500/4=375r/min;
絲杠轉(zhuǎn)速: n3=n2=375r/min
計(jì)算各軸輸入功率：
Ⅰ軸輸入功率：P1=P×η聯(lián)×η晶=800×0.99×0.9=712.8W;
Ⅱ軸輸入功率：P2=P1×η齒×η承=712.8×0.97×0.99=684.5W;
絲杠輸入功率：P3=P2×η承=684.5×0.99=677.7W
計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
Ⅰ軸輸入轉(zhuǎn)矩：T1=T××η聯(lián)=5.9×4×0.99=23.4N.m;
Ⅱ軸輸入轉(zhuǎn)矩：T2=T1××η齒×η承=23.4×4×0.98×0.99=90.7N.m;
絲杠輸入轉(zhuǎn)矩：T3=T2×η承=90.7×0.99=89.76N.m
整理上述計(jì)算的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)見下表：
表2.3.2運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果
項(xiàng)目
電機(jī)軸
高速軸Ⅰ
低速軸Ⅱ
絲杠
轉(zhuǎn)速(r/min)
2000
1500
375
375
功率(w)
800
712.8
684.5
677.7
轉(zhuǎn)矩(N.m)
5.9
23.4
90.7
89.76
傳動(dòng)比
4
1
4
1
效 率
0.9
0.873
0.86
0.856
第三章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì)
3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
按圖所方案，選定直齒圓柱齒輪示的傳動(dòng)傳動(dòng)。移動(dòng)部件為一般機(jī)構(gòu)，速度不高，故齒輪選定8級(jí)精度。齒輪選用便于制造且價(jià)格便宜的材料，由參考文獻(xiàn)表3-2選取小齒輪材料為45號(hào)鋼，HBS1=240,大齒輪材料為45號(hào)鋼HBS2=200.選取小齒輪數(shù)Z1=20,大齒輪數(shù)Z2=iZ1=4×20=80。因齒面硬度小于350HBS的閉式傳動(dòng)，所以按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
3.1.1、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由參考文獻(xiàn)⑧式（3-24）設(shè)計(jì)公式為:×()2mm
1、確定公式內(nèi)各參數(shù)的數(shù)值：
（1）試選載荷系數(shù)Kt=1.3；
（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,按高速軸的最低轉(zhuǎn)速計(jì)算：
T1=95.5×105p/n1= =13614.5N.mm=13.6N.m
（3）由表3-9選取齒寬系數(shù)：φd=0.8；
（4）由表3-7查得彈性影響系數(shù)：ZE=189.8；
（5）由參考文獻(xiàn)⑧表3-59查得接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=590Mpa；由
表3-59查得接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=470Mpa；
（6）由式3-29計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60=60×500×1×16×300×15=21.6×108；
==21.6×108/4=5.4×108
（7）由圖3—57查的壽命系數(shù):；
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概論為1%，安全系數(shù)為S=1，由式3—30得：=590MPa× ==470MPa
2.計(jì)算各未知量：
（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑：
=2.32×=38.3mm
（2）計(jì)算圓周速度：
V==1m/s
（3） 計(jì)算載荷系數(shù)：
根據(jù),由參考文獻(xiàn)⑧中圖3—10查得=1.08； 因是直齒圓柱齒輪，取=1；同時(shí)由3—5查得=1；由圖3—12查得=1.12；=1.25。
故載荷系數(shù)為:
（4）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由3—27B,得：
（5）計(jì)算模數(shù)：
由參考文獻(xiàn)⑨表7—2取模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，m=2mm；
（6）計(jì)算分度圓直徑：
d1=Z1m=202=40mm；
d2=Z2m=802=160mm
（7）計(jì)算中心矩：a=(d1+d2)/2=(40+160)/2=100mm；
（8）計(jì)算齒輪寬度：
b=φd×d1=0.8×40=32mm；
因?yàn)閳A整，則取B2=35mm,B1=40mm
3.1.2、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由式（16-4）得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式為：
MPa
1、確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值：
（1）計(jì)算圓周力： Ft=2T1/d1=2×13614.5/40=680.7N
（2）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表3-8查得：
YFa1=2.8 YSa1=1.55; YFa2=2.22; YSa2=1.77
（3）計(jì)算載荷系數(shù)：K=KA×KV×Ka×KFβ=1×1.08×1×1.25=1.35
（4）查取彎曲疲勞強(qiáng)度極限及壽命系數(shù)。由圖3-58查得σFlim1=450Mpa；由圖3-58查得σFlim2=390Mpa；由圖3-56查得KFN1=KFN2=1.
（5）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=SF=1.4，由式3-28得：
[σ]F1=MPa
[σ]F2=MPa
（6）校核計(jì)算：
MPa
=46MPa
3.2軸的設(shè)計(jì)
3.2.1高速軸的設(shè)計(jì)
1、選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力
由于該減速器傳動(dòng)功率不大，而且對(duì)其重量和尺寸也無(wú)特殊要求。故選擇45號(hào)鋼，正火處理。由表10-1查得σB=588Mpa;σδ=294Mpa;σ-1=238Mpa;τ-1=138Mpa;[σ+1b]=196Mpa;[σob]=93Mpa;[σ-1b]=54Mpa
2、初步估算軸的最小直徑，并選擇聯(lián)軸器
為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。
根據(jù)公式（10-2） d≥
其中由參考文獻(xiàn)⑧表10-2得=35，C=110
d≥110×12.4mm
考慮該軸段上有鍵槽，將周徑增大10%，則取d=12.4×(1+10%)=13.6圓整為d=14mm
選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻(xiàn)⑦表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為14mm，與軸配合部分的長(zhǎng)度為32mm，故該軸最小直徑確定為d1=14mm。
3、擬定軸上零件的裝拆方案如下圖：
VII VI V IV III II I
圖3.2.1軸上零件的裝拆方案圖
（1） 確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
Ⅰ段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按
軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=14mm.該軸段長(zhǎng)度比聯(lián)軸器孔長(zhǎng)度略小。取L1=30mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。
Ⅱ段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.1×14=1.4mm,則d2=d1+2h=14+2×1.4=16.8mm,圓整取d2=17mm.這樣符合密封氈圈的標(biāo)準(zhǔn)直徑。
Ⅱ段長(zhǎng)度的確定：為此應(yīng)選擇軸承型號(hào)，由參考文獻(xiàn)⑦，因該軸傳遞的功率不大，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜的深溝球軸承6004，查手冊(cè)可得軸承內(nèi)徑為20mm，寬度為12mm，同時(shí)還應(yīng)選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長(zhǎng)度為20mm，考慮以上因素L2=20+20=40mm
Ⅲ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mm；
Ⅲ段長(zhǎng)度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm；
Ⅳ段直徑的確定：該段為軸承的定位軸肩由參考文獻(xiàn)⑦得直徑為25mm；
Ⅳ段長(zhǎng)度的確定：該段長(zhǎng)度為5mm；
Ⅴ段直徑的確定：軸承的直徑44mm；
Ⅴ段長(zhǎng)度的確定: 軸承的寬度為45mm；
Ⅵ段直徑的確定：該段為軸承的定位軸肩由參考文獻(xiàn)⑦得直徑為25mm；
Ⅵ段長(zhǎng)度的確定：該段長(zhǎng)度為5mm；
VII段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為20mm；
VII段長(zhǎng)度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm；
軸的總長(zhǎng)為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+=30+40+12+5+45+5+12=149mm；
經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為137mm
3.2.2、低速軸的設(shè)計(jì)
1.選擇軸的材料，并確定許用應(yīng)力
由于傳遞的功率不大，而且對(duì)其重量和尺寸無(wú)特殊要求，故選擇45#鋼。正火處理，查得σB=588Mpa；σδ=294Mpa；σ-1=238Mpa；τ-1=138Mpa；[σ+1b]=196Mpa；[σob]=93Mpa；[σ-1b]=54Mpa
2.初步估算軸的最小直徑
為保證輸出軸上零件裝拆方便，安裝聯(lián)軸器軸的直徑d1為軸的最小直徑。根據(jù)公式，根據(jù)公式（10-2）d≥
其中由參考文獻(xiàn)⑧表10-2得=35，C=110
d≥110=13.4mm
考慮該軸段上有鍵槽，將軸徑增大10%，則取d=13.4(1+10%)=14.7 mm。 圓整取d=15㎜。選擇聯(lián)軸器，按軸傳遞的扭矩，由參考文獻(xiàn)⑦表17-4。選擇HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器其軸直徑為16mm，與軸配合部分的長(zhǎng)度為42mm，故該軸最小直徑確定為d1=16mm。
3.擬定軸上零件的裝拆方案如下圖：
VI V IV III II I
圖3.2.2軸上零件的裝拆方案
（1）確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
Ⅰ段：如前所示，為軸的最小直徑，為和聯(lián)軸器配合，其直徑按聯(lián)軸器其內(nèi)孔直徑確定d1=16mm.該軸段長(zhǎng)度比聯(lián)軸器孔長(zhǎng)度略小。取L1=40mm,這樣可保證軸端擋圈壓緊聯(lián)軸器。
Ⅱ段直徑的確定：為保證聯(lián)軸器左端用軸肩定位和固定，根據(jù)軸肩高度h=(0.07-0.1)d,取h=0.1d=0.1×16=1.6mm,則d2=d1+2h=16+2×1.6=19.2,圓整取d2=20mm.這樣符合密封氈圈的標(biāo)準(zhǔn)直徑。
Ⅱ段長(zhǎng)度的確定：為此應(yīng)選擇軸承型號(hào)，由參考文獻(xiàn)⑦，因該軸傳遞的功率不大，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜的深溝球軸承6005，查手冊(cè)可得軸承內(nèi)徑為25mm，寬度為12mm，同時(shí)還應(yīng)選出軸承端蓋的類型及尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選，其寬度尺寸20mm。為了便于裝拆軸承端蓋至聯(lián)軸器左端面長(zhǎng)度為20mm，考慮以上因素：L2=20+20=40mm
Ⅲ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm；
Ⅲ段長(zhǎng)度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm，擋圈寬度為5mm；
Ⅳ段軸要縮進(jìn)2mm，所以該段的長(zhǎng)度為19mm；
Ⅳ段直徑的確定：該段為齒輪的安裝軸段，所以該段軸的直徑為30mm；
Ⅳ段長(zhǎng)度的確定：該段長(zhǎng)度為齒輪寬度為40-2=38mm；
Ⅴ段直徑的確定：該段軸為齒輪擋環(huán)，其直徑為38mm；
Ⅴ段長(zhǎng)度的確定: 齒輪擋環(huán)的寬度為5mm；
Ⅵ段直徑的確定：該段安裝軸承所以直徑為25mm；
Ⅵ段長(zhǎng)度的確定：該段安裝軸承軸承寬度為12mm；
軸的總長(zhǎng)為：L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=40+40+19+38+5+12=154mm，經(jīng)分析可得軸的支撐跨距為142mm。
3.3鍵的選擇與校核
3.3.1、高速級(jí)軸鍵的選擇及校核
1.鍵類型的選擇：
高速級(jí)軸上只有與聯(lián)軸器相配合的軸段有鍵，其軸徑為14mm,聯(lián)軸器軸孔長(zhǎng)度為32mm。查得選用圓頭普通平鍵C型，b為5mm，h為5mm，鍵槽t=3.0mm,其長(zhǎng)度L=B-(5～10)mm=32-(5～10)=22～27mm；
由標(biāo)準(zhǔn)系列表查得L=25mm,故選鍵的型號(hào)為C5×25 GB1096-72。
2.校核其強(qiáng)度：
其擠壓強(qiáng)度條件由式10-35得σP=2T/dkl≤[σP]Mpa,式中T=23.4N.m=23400N.mm,d=14mm
l=L-b/2=25-2.5=22.5mm,k=h/2=5/2=2.5mm,[σP由表10-6查得：[σP]=130Mpa
則校核其強(qiáng)度σP=2T/dkl=2×23400/14×2.5×22.5=59.4Mpa≤130Mpa
故強(qiáng)度足夠。
3.3.2、低速軸上鍵的選擇及校核
1.鍵類型的選擇：
低速軸上高速級(jí)大齒輪的寬度為40mm，軸徑為30mm,由表10-5查得選用圓頭普通平鍵A型，b為8mm,h為7mm,其長(zhǎng)度L=B-（5～10）=38-(5～10)=28～33mm.由表10-5查得標(biāo)準(zhǔn)系列長(zhǎng)度L=28mm,故鍵型號(hào)為8×28 BG1096-79
2.校核其強(qiáng)度：
其擠壓強(qiáng)度條件由式10-35得：σP=2T/dkl≤[σP]Mpa,式中T=90.7N.m=90700N.mm,d=30mm
l=L-b/2=38-4=36mm,k=h/2=7/2=3.5mm,[σP]查得：[σP]=130Mpa；
則校核其強(qiáng)度σP=2T/dkl=2×90700/30×3.5×36=48Mpa≤130Mpa，故強(qiáng)度足夠。
3.4軸承的選擇與校核
3.4.1高速軸上滾動(dòng)軸承的壽命
（1） 圓周力Ft=1170N，軸向載荷FA=0 N，徑向載荷FR=Fttanα=1170×tan20° =425.8N；
（2） 確定Cr,Cor，查手冊(cè)6004型軸承的基本額定動(dòng)載荷：Cr=7.22KN,基本額定靜載荷Cor=4.45KN；
（3） 計(jì)算FA/Cor值，并確定e值，F(xiàn)A/Cor=0，則e=0；
（4） 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：P=XFR+YFA, 因FA/FR=0， 由參考文獻(xiàn)⑧表8-9查得X=1,Y=0,于是：
P=XFR+YFA=1×213=213N
（5）計(jì)算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)ε/n,由表8-1查得ft=1，由表8-8查得fP=1.0～1.2,取fP=1.2,6004型號(hào)為深溝球軸承，壽命指數(shù)ε=3
則Lh=h=47022.8h
3.4.2低速軸上滾動(dòng)軸承的壽命
（1）圓周力Ft=1134N， 軸向載荷FA=0N，徑向載荷FR=Fttanα=1134×tan20°=413N；
（2）確定Cr,Cor，查手冊(cè)6005型軸承的基本額定動(dòng)載荷Cr= 7.75 KN,基本額定靜載荷Cor= 4.95 KN；
（3）計(jì)算FA/Cor值，并確定e值，F(xiàn)A/Cor=0，則e=0；
（4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：P=XFR+YFA,因FA/FR=0，由表8-9查得X=1,Y=0,于是：
P=XFR+YFA=1×413=413N；
（5）計(jì)算軸承壽命Lh=16667(ftC/fpP)ε/n,查得ft=1， fP=1.0～1.2,取fP=1.2,6208型號(hào)為深溝球軸承，壽命指數(shù)ε=3，
則Lh=h=63733.6h
3.5 箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇
箱座壁厚 δ=12mm
箱座壁厚 δ1=12mm
底板 P=2.5δ=2.5×12=30mm
箱座凸緣厚度 b=1.5δ=1.5×12=18mm
箱蓋凸緣厚度 b1=1.5δ1=1.5×12=18mm
箱座底凸緣厚度 b2=2.5δ1=2.5×12=30mm
地腳螺釘數(shù)目 n4=4
地腳螺釘直徑 dt=M16
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1=0.75df=0.75×16=12mm
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2=(0.5～0.6)df=0.5×16=8mm
聯(lián)接螺栓d2的間距 L=180mm
軸承端蓋螺釘直徑 d3=0.5df=12mm
定位銷直徑 d=0.8×8=6.4mm
Df df d2至外箱壁距離 C1=22mm
Df d2至凸緣邊緣距離 C2=20mm
軸承旁凸臺(tái)半徑 R1=C2=20mm
外箱壁至軸承座距離 l1=C1+C2+(8～12)=22+20+10=52mm
齒輪外圓與內(nèi)箱壁距離 △1>1.2δ=1.2×12=14.4mm 取15mm
齒輪輪轂端面與內(nèi)箱壁距離 △2>δ=12mm 取15mm
箱蓋、箱座肋厚 m1≈0.85δ1=0.85×12=10.2mm
m≈0.85δ=0.85×12=10.2mm
軸承端蓋凸緣厚度 t=(1～1.2)d3=1×12=12mm
第四章 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1焊接夾具概述
焊接專用夾具的基本功能，是能對(duì)工件進(jìn)行裝夾。整個(gè)夾具設(shè)計(jì)工作就是圍繞裝夾二字展開的。
焊接專用夾具的作用：機(jī)床夾具在機(jī)械加工中應(yīng)用十分廣泛。主要作用如下：保證被加工表面的位置精度，用夾具裝夾工件，可以準(zhǔn)確確定工件與機(jī)床，刀具之間的相對(duì)位置，因而能比較可靠、穩(wěn)定地獲得較高的位置精度；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，采用夾具后，可以省去對(duì)工件的逐個(gè)找正和對(duì)刀，使輔助時(shí)間顯著減少；當(dāng)采用機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高的夾具時(shí)，還可進(jìn)一步減少輔助時(shí)間，使勞動(dòng)生產(chǎn)率大大提高；擴(kuò)大焊接工藝范圍；降低對(duì)工人的技術(shù)要求；減輕工個(gè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。
焊接專用夾具的組成：不論是何種焊接專用夾具，它們的工作原理基本上是相同的。為了便于研究，可以把各類 夾具中的元件或機(jī)構(gòu)。按其功能相同的原則歸類，概括出焊接專用夾具的基本組成部分如下：1.定位元件或裝置：用它確定工件在夾具中的位置。2.夾緊裝置：用它對(duì)工件進(jìn)行夾緊。3.對(duì)刀、導(dǎo)元件或裝置：用它確定刀具相對(duì)于夾具有一個(gè)正確位置。4.夾具在焊接專用上定位的元件：用它確定夾具相對(duì)焊接專用有一個(gè)正確的位置。5.夾具體：用于連接夾具上的各種元件和裝置，使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件。6.其他元件及裝置：有些夾具還沒有分度裝置，自動(dòng)上、下料裝置等，統(tǒng)歸其他元件及裝置。
夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求：夾緊裝置的任務(wù)，是保證工件在定位過程中取得的正確位置，不因受切削力、重力或慣性力的作用而發(fā)生變化。
夾緊裝置一般由以下幾部分組成：
1.力源裝置：用以產(chǎn)生夾緊力，通常有液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)等類裝置。當(dāng)采用手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，就不需要力源裝置。
2.中間傳力機(jī)構(gòu)：它將力源裝置產(chǎn)生的力傳給夾緊元件。如常用的杠桿、拉桿等機(jī)構(gòu)。由力源直接控制夾緊元件時(shí)無(wú)中間傳力機(jī)構(gòu)。
3.夾緊元件：它是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，一般于工件的夾壓表面直接接觸。設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：①保證加工質(zhì)量。夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng)，既保證工件夾緊的可靠性，又使夾緊時(shí)不破壞工件的定位或使工件和夾具上的元件產(chǎn)生不允許的變形。②保證生產(chǎn)率。要求夾緊動(dòng)作迅速，與生產(chǎn)綠的要求相適應(yīng)。③操作方便、省力、安全。④具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
以上要求中的核心問題是如何正確地施加夾緊力。即先要合理確定夾緊力的方向、著力點(diǎn)和大小，然后再選用或設(shè)計(jì)合適的夾緊機(jī)構(gòu)。
焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求：對(duì)焊接專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求可以概括以下幾個(gè)方面：1、保證工件的加工技術(shù)要求； 2、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本；3、操作方便、省力、安全；4、有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
4.2 焊裝夾具的定位原則：
1、六點(diǎn)定位原理：
工件在夾具中的定位問題，可以采用類似確定剛體在空間直角坐標(biāo)系中的位置加以分析。工件在沒有采取定位措施前，在空間中的位置是任意的，共有六個(gè)不確定度，見圖4.2.1：
沿X、Y、Z軸的任意移動(dòng)，稱為沿X、Y、Z的不確定度，用表示；
繞X、Y、Z軸的任意轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為繞X、Y、Z的不確定度，用表示；
圖4.2.1 空間坐標(biāo)系
根據(jù)工件在夾具中的加工精度和選擇定位元件的情況，通常把工件的定位分為以下幾種：
（1）完全定位：工件在夾具中若六個(gè)自由度均被限制，稱為完全定位。
（2）部分定位：工件在夾具中若六個(gè)自由度沒有被全部限制時(shí)，稱為部分定位。
（3）欠定位：工件在夾具中，若實(shí)際定位支撐點(diǎn)或?qū)嶋H限制的不定度個(gè)數(shù)少于工序加工要求應(yīng)該控制的不定度的個(gè)數(shù)時(shí)，工件的定位不足，稱為欠定位。
（4）重復(fù)定位（或稱為過定位）：工件在夾具中，若幾個(gè)定位支撐點(diǎn)限制同
一個(gè)或幾個(gè)不定度時(shí)，稱為重復(fù)定位。
2、汽車焊裝夾具定位原則：
與其它夾具一樣，設(shè)計(jì)汽車焊裝夾具亦應(yīng)遵循六點(diǎn)定位原理。但由于汽車縱梁形狀復(fù)雜，大多是曲面結(jié)構(gòu)，剛性差，易變形，因而焊裝夾具在定位上有別于其它夾具， 焊裝夾具設(shè)計(jì)采用過定位原則。
單純采用六點(diǎn)定位原則定位，無(wú)法保證其位置和形狀，因而需要采用工件表面或型面進(jìn)行定位的定位方式，即在焊點(diǎn)附近均需設(shè)置定位面，增加其剛性，其定位點(diǎn)的數(shù)量和位置會(huì)影響夾具的功能和焊件的質(zhì)量。焊裝夾具的六點(diǎn)定位原理加過定位原則是區(qū)別于其它夾具的最主要特點(diǎn)。
六點(diǎn)定位原理指限制六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的不定度，在設(shè)計(jì)焊裝夾具時(shí)，常有兩種誤解：一是認(rèn)為六點(diǎn)定定位原理對(duì)薄板焊裝夾具不適用，二是看到薄板焊裝夾具上有過定位現(xiàn)象。產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的不定度理解為限制六個(gè)方向的自由度，焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨是限制六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關(guān)系。只有正確認(rèn)識(shí)了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又正確理解了六點(diǎn)定位原理，才能正確應(yīng)用這個(gè)原理。從定位原理看，支承對(duì)薄板來說是必不可少的，可以消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。過定位使接觸點(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時(shí)只要認(rèn)真修磨支承（定位）面，其過定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內(nèi)的。
4.3 基準(zhǔn)的選擇
裝焊件要獲得正確的定位，首要問題就是怎樣選擇定位基準(zhǔn)，一般來說，選擇定位基準(zhǔn)要考慮以下原則：
（1）當(dāng)被裝焊的零件或部件既有平面又有曲面時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇平面作為主要定位基準(zhǔn)面，盡量避免選擇曲面，否則夾具制造困難。如果有幾個(gè)平面時(shí)，則應(yīng)該選擇其中面積較大的平面作為主要定位基準(zhǔn)。
（2）應(yīng)當(dāng)盡量選擇零件或部件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，消除基準(zhǔn)不重合誤差，提高定位精度。
（3）對(duì)于較復(fù)雜的車身沖壓件，可以選擇曲面外形、曲面上經(jīng)過整形的平臺(tái)、工件經(jīng)拉伸和壓彎形成的臺(tái)階、經(jīng)修邊的窗口和外部邊緣、裝配用孔和工藝孔作為主要定位基準(zhǔn)。
4.4 焊裝夾具的機(jī)構(gòu)分析
從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度分析，杠桿—鉸鏈?zhǔn)綂A具實(shí)質(zhì)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)，或者基本型的演變型。
夾具的簡(jiǎn)單抽象模型如圖4.4.1所示：
圖4.4.1 夾具抽象模型
（4-1）
（4-2）
即 （4-3）
式中： F—?dú)飧桌硐電A緊力；
d—?dú)飧字睆剑?
p—?dú)飧灼骄鶋毫Γ?
η—與氣缸有關(guān)的參數(shù)；
在焊裝夾具中的定位元件與夾緊元件分工明確，定位件提供相應(yīng)的裝配基準(zhǔn)與被定位的零件的定位面相匹配。元件的設(shè)置僅僅提供了可靠定位的必須條件，而被定位的零件能否真正可靠的實(shí)現(xiàn)空間定位，往往要有夾緊元件的有力配合。但是，夾緊元件本身在夾緊操作中是運(yùn)動(dòng)的，其工作面并不是定位裝配基準(zhǔn)，所以定位元件與夾緊元件配合使用，組成定位夾緊元件。
4.5、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的步驟
1.研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)：
首先應(yīng)仔細(xì)閱讀零件圖和裝配圖，了解零件的作用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料和技術(shù)要求。其次要研究零件的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書，充分了解本工序的工序內(nèi)容和工序要求。最后還應(yīng)收集有關(guān)焊接專用刀具的技術(shù)參數(shù)以及工廠的生產(chǎn)條件等。必要時(shí)還應(yīng)了解一下同類零件所用夾具及其使用情況，以作為設(shè)計(jì)時(shí)參考。
2.擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖：
擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案主要考慮以下問題：根據(jù)零件加工工藝所給定的定位基準(zhǔn)和六點(diǎn)定位原理，確定工件的定位方法并設(shè)計(jì)相應(yīng)的定位裝置；確定刀具的導(dǎo)引方法，并設(shè)計(jì)導(dǎo)引裝置或?qū)Φ堆b置；確定工件的夾緊方法并設(shè)計(jì)夾緊裝置；確定其他元件的結(jié)構(gòu)形式；綜合考慮各種元件和裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)，為使設(shè)計(jì)的夾具先進(jìn)、合理、常需擬訂幾種結(jié)構(gòu)方案，比較以后擇優(yōu)選用，在構(gòu)思夾具方案時(shí)，應(yīng)同時(shí)繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。以幫助構(gòu)思，檢查方案的合理性和可行性。
圖4.5.1 焊接夾具圖
本文中，接線盒是由兩根U型鐵背靠背焊接而成，由于長(zhǎng)度的限制，在上工作臺(tái)焊接之前，需要先裝夾好，然后放在工作臺(tái)上直接焊接，既減少工序，又提高焊接效率。因此，在焊接件兩端需用簡(jiǎn)單的手動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)固定，見下圖：
圖4.5.2 兩端加緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
這種機(jī)構(gòu)適應(yīng)面廣，夾緊力較大，自鎖性能好，螺旋每轉(zhuǎn)行程較小，動(dòng)作緩慢，多用于單件和小批量零件生產(chǎn)。
另外，本文接線盒焊接焊縫有上下兩條，要實(shí)現(xiàn)一次焊接成功，又要盡量使焊接專機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少焊槍的焊接軌道，這里我們考慮雙焊槍焊接，只需要設(shè)定一沿著工件的直線軌道，這樣既可以保證焊接的均勻，又能提高焊接效率，降低焊接成本。
4.5.3焊槍結(jié)構(gòu)示意圖
第五章 送絲機(jī)設(shè)計(jì)
送絲是焊接過程中非常重要的一個(gè)操作環(huán)節(jié)，手工焊接的送絲方法多采用焊工手指捻動(dòng)焊絲來完成送絲過程，焊工操作送絲時(shí)非常不方便，因此，手工送絲準(zhǔn)確性差、一致性差、送絲不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了焊接生產(chǎn)效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊絲長(zhǎng)度有限，長(zhǎng)時(shí)間焊接時(shí)需要頻繁拿取焊絲，焊接效率較低，且每段焊絲焊接完成時(shí)都會(huì)留存一小段焊絲無(wú)法使用，對(duì)焊絲產(chǎn)生了浪費(fèi)。
5.1微型送絲機(jī)的設(shè)計(jì)原理
在送絲機(jī)設(shè)計(jì)中如何設(shè)計(jì)送絲輪是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。由于焊接用的是0，2-0.4mm的焊絲，其特點(diǎn)是焊絲細(xì)、硬度比較高，因此將送絲輪的送絲槽設(shè)計(jì)采用高硬度的材料。而壓緊輪采用軸承，送絲輪與電動(dòng)機(jī)的軸同步運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)脈沖頻率來控制電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，從而控制送絲輪的速度。得到更好的送絲效果。原理圖如圖5.1.1所示。
圖5.1.1 送絲機(jī)的設(shè)計(jì)原理
根據(jù)工作要求及工作條件應(yīng)選用三廂混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 當(dāng)送絲機(jī)達(dá)到最大送絲速度與最小送絲速度時(shí)，脈沖頻率均低于步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率。因此，此電機(jī)可以適用微型送絲機(jī)的動(dòng)力輸入。
5.2驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)的伸出軸長(zhǎng)為21mm,電動(dòng)機(jī)的安裝位置在底座的偏下位置，因此將驅(qū)動(dòng)輪選擇為下送絲輪。下送絲輪的輪寬設(shè)計(jì)為7mm。4.2驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算以及結(jié)構(gòu)安排.
圖5.2.1驅(qū)動(dòng)輪的尺寸以及結(jié)構(gòu)
驅(qū)動(dòng)輪與電動(dòng)機(jī)的軸連接，在送絲過程中要求與發(fā)動(dòng)機(jī)的軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)輪在送絲過程中主要承受較大的壓力與摩擦力，初步選用45號(hào)鋼。發(fā)動(dòng)機(jī)的軸與驅(qū)動(dòng)輪的軸端通過圓錐銷連接，可以滿足驅(qū)動(dòng)輪與發(fā)動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，并且不發(fā)生相對(duì)位移。
發(fā)動(dòng)機(jī)的軸直徑為6mm，因此驅(qū)動(dòng)輪與電動(dòng)機(jī)的軸的連接方式設(shè)計(jì)了兩種方案。電動(dòng)機(jī)的軸為光軸，在光軸前端打孔，通過圓錐銷連接。方法簡(jiǎn)單，加工容易。是一種比較經(jīng)濟(jì)的選擇，最適合用于低扭矩應(yīng)用中，尤其在聯(lián)接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和其他較輕的儀器中。銷選擇圓錐銷，銷與孔過盈配合。
銷與孔為過盈配合。如下圖5.2.2軸與孔配合的剖面圖所示：
圖5.2.2軸與孔配合的剖面圖
上壓緊輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算以及結(jié)構(gòu)安排：送機(jī)機(jī)的壓緊輪需選擇硬度較高的材料，結(jié)合前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，壓緊輪選擇軸承。初步選擇深溝球軸承，此類軸承深溝球軸承是滾動(dòng)軸承中最為普通的一種類型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個(gè)外圈，一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。
深溝球軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受純徑向載荷時(shí)，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大的徑向游隙時(shí)，可承受較大的軸向載荷 。深溝球軸承的摩擦系數(shù)較小。
滾動(dòng)軸承型號(hào)的選擇：6012。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的直徑大小，選用8000型深溝球軸承，其內(nèi)徑d為10.6mm,外徑D為26mm，寬度B為8mm?？紤]到送絲機(jī)的工作環(huán)境，選用的軸承如果在惡劣的環(huán)境中使用，軸承密封圈和密封罩是必不可少的，因?yàn)樗鼈兛煞乐刮畚锴秩?，延長(zhǎng)軸承壽命。此處選用帶密封罩的軸承系列，能夠在使用時(shí)承受強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷、水和碎屑的侵入。
5.3壓板及底板的設(shè)計(jì)
壓板的材料選擇初步定為為鋁合金，型號(hào)為7072。但考慮到支架與彈簧反復(fù)摩擦接觸，將支架的材料改為45鋼，提高支架的硬度。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在零件模擬加工過程發(fā)現(xiàn)圓弧部分太多，造成了加工的困難的過程中，考慮到零件的外形對(duì)送絲機(jī)的效率以及功能沒有影響，將送絲機(jī)的外形做調(diào)整。
圖5.3.1 壓板的最終設(shè)計(jì)
壓板為45鋼材料鑄造。鑄件要求沒有明顯的縮松，砂眼等鑄造缺陷。
如圖5.3.1所示，圖中陰影部分為夾板連接的位置，其余部分為中空。夾板與彈簧接觸的上表面由于反復(fù)的摩擦與壓力的作用，此零件最終要進(jìn)行調(diào)制退火熱處理，以提高零件的表面耐磨性。
根據(jù)零件總體尺寸的大小，與支架連接的孔選擇為直徑為6的階梯螺栓進(jìn)行連接。階梯螺栓的作用為：在將壓板與支架緊密連接后，螺栓不會(huì)對(duì)壓板造成過大的壓力，使得壓板變形而影響送絲調(diào)整的精度。
螺栓孔通過此孔進(jìn)行定位，限制三個(gè)自由度。C處中空，壓桿由C初中空部分垂直穿出，壓桿的下端通過螺栓與底板連接，限制支架的兩個(gè)自由度。支架在底板壁上，限制了五個(gè)自由度，支架仍然可以繞著階梯螺栓做小幅度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
支架的總壁厚為16mm，支架與底座連接的階梯形螺栓長(zhǎng)度Lc=23mm。
梯形螺栓如下圖2.7所示，。
圖 5.3.2緊固螺栓
其中階梯中段的長(zhǎng)為16mm。螺母于螺栓右端的A處將支架與底座壁擰緊后，支架與螺栓之間依然存在間隙，螺栓不會(huì)對(duì)中空支架壁造成過大壓力，以防支架承受過大壓力而變形。
支架與底板壁的定位孔A直徑O2=8mm?？妆诤駷?.5mm。
支架為中空型，其左右壁厚m均為m=3mm，左右壁通過A孔與B孔以及C處的薄壁連接。
初選支架與滾動(dòng)軸承連接孔，即下圖中的C孔的直徑O1=10mm。
小于深溝球軸承的內(nèi)徑d=16mm。
底板選擇鋁合金材料型號(hào)為7072.此材料為硬鋁7075 鋁板屬Al-Zn-Mg-Cu系超硬鋁，其特點(diǎn)是，固溶處理后塑性好，熱處理強(qiáng)化效果特別好，在150℃以下有高的強(qiáng)度，并且有特別好的低溫強(qiáng)度；焊接性能差；有應(yīng)力腐蝕開裂傾向；需經(jīng)包鋁或其他保護(hù)處理使用。雙級(jí)時(shí)效可提高合金抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力
底板的底厚與壁厚皆為4mm。將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在底板壁的中央偏下的位置。選擇安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的軸中心距離下底板距離為L(zhǎng)0=23.5mm。
驗(yàn)算L0=20mm，發(fā)動(dòng)機(jī)距離底板的距離大于驅(qū)動(dòng)輪的直徑。安裝驅(qū)動(dòng)輪以后，驅(qū)動(dòng)輪可以正常工作。
底板的凸緣定位夾板的高度與壓緊直桿的高度。
為了加工定位方便，初步設(shè)計(jì)是將兩孔的中心定位在同一高度，但安裝結(jié)果顯示若兩輪的高度相同，與支架相連接的壓板將無(wú)法正常工作。調(diào)整凸緣的圓心位置如下圖所示。兩圓的中心距離安裝軸承的定位孔中心距離L2=45mm。
兩定位孔的中心距離為L(zhǎng)3=70mm；兩孔距離底板壁邊緣的距離c=15mm
5.3.3底板的設(shè)計(jì)模型
壓緊原理：在A段直桿中攻外螺紋，將送絲機(jī)上的壓緊直桿置于支架的U型槽里面面，與支架的上表面垂直放置。通過下端的孔，用螺栓與底板連接。將彈簧兩端均置于彈簧托盤中一起裝入上端的壓緊直桿上緊桿帽，送絲機(jī)工作的時(shí)候，通過擰動(dòng)壓桿帽在壓桿上的位移，可以改、壓緊輪的輪心位置，從而改變兩輪間隙，調(diào)節(jié)送絲直徑的范圍。
- 33 -
收藏