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開題報告
課題
名稱
15t焊接式滾輪架設(shè)計
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計
一、論文資料的準(zhǔn)備
隨著焊接技術(shù)的高速發(fā)展，對焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化提出了越來越高的要求。焊接機(jī)械設(shè)備的需求量也越來越大。焊接滾輪架設(shè)備正是為了滿足市場需求而設(shè)計生產(chǎn)的。它是借助于焊件與主動輪之間的摩擦力來帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的裝置。主要用于圓筒形焊件的焊接和裝配。焊接滾輪架是主動輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉(zhuǎn)的變?yōu)闄C(jī)械。它主要用于筒形工件的縱向焊縫，環(huán)向焊縫的裝配和焊接作業(yè)。也可以在焊接滾輪架上進(jìn)行修整，割孔及探傷作業(yè)。滾輪架是容器生產(chǎn)中最常用的工藝裝備。焊接滾輪架按結(jié)構(gòu)形式分為兩類：第一類是長軸式滾輪架，主動滾輪架裝置在一根電動機(jī)驅(qū)動的軸上；從動滾輪架在另一根公共軸上。滾輪中心距離可以調(diào)節(jié)，適用于焊接薄壁、長度大的筒形工件。第二類是組合式滾輪架：主動滾輪架與從動滾輪架各自獨(dú)立，可根據(jù)工件的長度任意組合，使用方便靈活，適用性強(qiáng)，是目前運(yùn)用最廣泛的滾輪架之一。
焊接滾輪架（主動滾輪架，從動滾輪架）；主動滾輪架由底座、滾輪、傳動減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動滾輪架由底胎和滾輪組成。
焊接滾輪架主動滾輪架和從動滾輪架都是獨(dú)立的，它們之間可根據(jù)工件的重量和長度任意的組合，其組合比列可以是一主一從的組合，也可以是一主兩從、一主三從的組合，使用起來方便靈活，對焊件的適應(yīng)性強(qiáng)。主動架主要由底座、滾輪、傳動減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成，從動架主要由底胎和滾輪組成。
滾輪架有以下特點(diǎn)：
1) 課根據(jù)焊接的重量、長度任意組合，使用方便靈活。
2) 在規(guī)定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)滾輪中心距，適用于不同直徑的焊件，圓筒焊件放置平穩(wěn)。
3) 可采用可控硅供電直流電動機(jī)驅(qū)動，無極調(diào)速、焊速范圍大、速度穩(wěn)定。
4) 適用性強(qiáng)，使用廣泛。
5) 采用組合式滾輪，鋼輪外包橡膠傳動平穩(wěn)、摩擦力大、壽命長。
6) 對工件輪壓小，可避免工件表面產(chǎn)生冷作硬化。
焊接滾輪架多采用直流電動機(jī)驅(qū)動，降壓調(diào)速。這種方式沿用已久，技術(shù)很成熟，電動機(jī)的機(jī)械特性比較硬，起動力矩較大，但是目前滾輪架使用的最廣泛的拖動調(diào)速方式。確定是電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)速范圍較窄，一般很轉(zhuǎn)矩的調(diào)速范圍為1：10左右。低速時速度不穩(wěn)定，有爬行現(xiàn)象。也有滾輪架是采用交流異步電動機(jī)拖動，變頻調(diào)速。近幾年隨著晶體管變頻器性能的完善以及價格的下降，采用交流電動機(jī)驅(qū)動變頻調(diào)速的滾輪架也日趨增多。優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:20，線轉(zhuǎn)動平滑性好，低速特性硬。缺點(diǎn)是低速段過載倍數(shù)降低太大，變頻電源價格也較高，但隨著電動機(jī)額定功率的增加，價格上升則相對平緩，所以在重型焊接滾輪架上采用交流異步電動機(jī)拖動和變頻調(diào)速比較合適。由于制造工藝、材料性能等因素的影響，另外，一對重型焊接滾輪架的金屬滾輪一般采
用鑄鐵或者合金鋼球墨鑄鐵制成表面硬度為50HRC的滾輪。滾輪直徑大多在200-700之間。國外滾輪架品種多、系列全。我國在1990年就已經(jīng)頒布了焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ZBJ/T33003-1990）。
焊接滾輪架存在一個軸向竄動的問題，只有當(dāng)滾輪和焊件都是理想的圓柱體且各滾輪尺寸一致，轉(zhuǎn)動軸線都在同一水平面內(nèi)并與焊件平行時才能實現(xiàn)。理論和實踐都表明：影響焊件作軸向竄動的主要因素是滾輪各軸線的平行度。因此要做到：①主、從動滾輪架都位于同一中心線上②各滾輪軸線都在同一水平面內(nèi)且相互平行③滾輪間距相等。目前有三種機(jī)構(gòu)可解決此問題：
1) 頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
2) 偏移式執(zhí)行行機(jī)；
3) 平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
在國內(nèi)一些大型或較復(fù)雜的焊接機(jī)械裝備已有專業(yè)廠生產(chǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)需要選購和訂購焊接機(jī)械設(shè)備設(shè)計就是一種機(jī)械設(shè)計，但這種機(jī)械設(shè)計必須充分考慮，焊接工藝的基本特點(diǎn)并滿足裝配和焊接工藝的特殊要求，一般的設(shè)計原則與要求是：
1.工藝原則
焊接產(chǎn)品總是由兩個以上的零、部件組成，由于施焊方便，或易于控制焊接變形等原因，裝配和焊接兩道焊接工序可能是先裝完后再焊，也可能是邊裝邊焊，所以設(shè)計裝備應(yīng)能適應(yīng)這種情況。
焊接式局部加熱過程，不可避免產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，在裝備上設(shè)置定位器和夾緊器件時要充分考慮焊接應(yīng)力和變形的方向。通常在焊件平面內(nèi)的伸縮變形不作限制，通過焊件留收縮余量方法讓其自由的收縮；而焊接面外的焊接變形，如角變形、彎曲應(yīng)力變形或波浪變形等應(yīng)用夾具加以控制；有時還要利用夾具作出反變形的工藝措施，這些都是要求定位和夾緊器來實現(xiàn)。
用電作熱源的焊接方法，一般都要求焊件本身作為焊接回路中的一個電極，就可能要求焊接裝備具有導(dǎo)電或絕緣功能。當(dāng)焊接電流很大時，導(dǎo)電部分還需有散熱措施；真空電子束焊接所用的夾具不得用點(diǎn)磁性材料制作，也不得有帶剩磁，以免影響電子束聚焦等。
明弧焊接時，難免產(chǎn)生煙塵、金屬或熔渣的飛濺物，他們會損壞工裝上外露的光滑工作面，需有遮掩措施等。
2.安全可靠原則
安全可靠原則指裝在可用期內(nèi)絕對安全可靠，凡是受力構(gòu)件都應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，足以承受焊件重力和因限制焊件變形而引起的各方向的反作用力等。夾緊時不破壞焊件的既定位置；夾緊后既不讓焊件松動滑移，友不使焊件的拘束度過大以免產(chǎn)生較大的約束應(yīng)力；夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)能自鎖等。
3.方便原則
裝備必須便操作和施工，能使裝配和焊接過程簡化，工人勞動強(qiáng)度降低到最低，工件裝上和卸下方便；有供焊槍、面罩、焊接機(jī)頭等進(jìn)出和擺動的空間以及工人自由操作的位置，也便于中間進(jìn)行質(zhì)量檢測；裝備上各種機(jī)件操作要輕巧靈便；定位、夾緊和松開過程要省力而快速；對易損零、部件便于維修和更換等。
4.經(jīng)濟(jì)原則
所設(shè)計的裝備必須易于制造，投資少，制造成本低，回收期短。盡量選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化零、部件；在一個夾具上定位器件和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多也不應(yīng)過于復(fù)雜；使夾具和機(jī)械具有較好的制造工藝性能和較高的機(jī)械效率；裝備在使用時能源消耗和管理費(fèi)用少等
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
目的：
畢業(yè)設(shè)計是工科大學(xué)生完成學(xué)業(yè)中最重要的實踐環(huán)節(jié)，是將在大學(xué)學(xué)到的理論知識系統(tǒng)化、條理化、實用化最關(guān)鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力；較復(fù)雜工程計算的工作能力；計算機(jī)繪圖的工程圖繪制能力。掌握一般機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡。
重點(diǎn)：
在設(shè)計過程中重點(diǎn)是機(jī)架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，減速器的選擇，各零部件（減速器、軸、齒輪、軸承、聯(lián)軸器、鍵）的設(shè)計，和機(jī)架的設(shè)計。
關(guān)鍵問題：
1.第一步的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
總體結(jié)構(gòu)不僅關(guān)系到成品的安裝于運(yùn)輸還關(guān)系到后面零部件的尺寸約束。
2.最后的機(jī)架設(shè)計。
3. 焊接滾輪架軸竄機(jī)理及影響因素。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
焊接滾輪架是借助主動滾輪與焊件之間的摩擦力,帶動焊件旋轉(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。自調(diào)式焊接滾輪架可根據(jù)焊件的直徑自動調(diào)整滾輪的間距。
焊接滾輪架由主動滾輪架和從動滾輪架兩大部分組成。
本設(shè)計要求對15t焊接滾輪架做總體設(shè)計和主動滾輪架和從動滾輪架等機(jī)構(gòu)做結(jié)構(gòu)設(shè)計。
原始數(shù)據(jù)：1.最大載重量：15000kg
2.工件直徑：∮500—∮5300mm
3.滾輪圓周速度：8—48m/h
4.滾輪直徑：（鋼輪+膠輪+鋼輪）
∮380mm+∮400mm+∮380mm
5.滾輪總寬度：250mm
技術(shù)要求：
1. 焊接滾輪架要有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定的焊接運(yùn)行速度，以及良好的結(jié)構(gòu)剛度；
2.對焊件的直徑和形狀要有一定的適用性；
3.結(jié)構(gòu)整體要有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性能；
4.無論是高速回轉(zhuǎn)還是低速回轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速應(yīng)平穩(wěn)、均勻。
研究方法：
在類比別的機(jī)型的同時參觀了不同滾輪架的形式和驅(qū)動方式,在這些基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和設(shè)計。
研究思路：
首先，進(jìn)行滾輪架的總體設(shè)計。根據(jù)所給的參數(shù)確定出兩滾輪支架之間的距離，滾輪架臂長，和滾輪架在工作時臂架的反轉(zhuǎn)角度。確定出滾輪架大體的外部輪廓尺寸，并分析焊接滾輪架軸竄機(jī)理及影響因素。
其次，對滾輪架進(jìn)行受力分析。根據(jù)滾輪架總體結(jié)構(gòu)的尺寸和滾輪的尺寸分最大工件尺寸和最小工件尺寸兩種情況進(jìn)行受力分析，后面各零部件的設(shè)計打好基礎(chǔ)。為電機(jī)選擇提供數(shù)據(jù)。
再次，各零部件的設(shè)計。根據(jù)所選電機(jī)確定減速器的傳動比，再根據(jù)需要的傳動比選擇電機(jī)，最后校核電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)受力分析結(jié)果初估軸徑，再根據(jù)之前總體設(shè)計中外部輪廓的尺寸及軸上零件進(jìn)行軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計。根據(jù)臂架的長度及傳動比的需要設(shè)計三個傳動齒輪，在本設(shè)計中減速器的傳動比已經(jīng)滿足要求，齒輪只起傳遞功率和轉(zhuǎn)矩的作用。最后設(shè)計連接這些零部件的連接件（軸承、鍵、聯(lián)軸器），完成整套機(jī)械的組裝。
最后，設(shè)計機(jī)架。機(jī)架的作用是支撐所有工作部件，承受工件及工作裝置傳來的力和和轉(zhuǎn)矩。機(jī)架為完成工作裝置的定位，提供實現(xiàn)工作裝置的正常工作的條件。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
3月25日-4月7日： 確定方案、修改方案、最終通過方案。（二周）
設(shè)計人應(yīng)隨時將方案交指導(dǎo)老師審批，方案通過則繼續(xù)進(jìn)行，通不過則修改方案，在兩周內(nèi)必須通過方案。
4月8日-5月5日： 撰寫計算書。（四周）
嚴(yán)格按規(guī)范要求撰寫計算書，包括頁面布置、字體、內(nèi)容、插圖等。插圖使用AUTOCAD繪制，圖文并茂，計算正確完整。
5月6日-6月9日： 繪制工程圖。（五周）
圖量符合要求。
6月10日-6月16日：整理畢業(yè)設(shè)計資料，準(zhǔn)備答辯
6月17日-6月21日：畢業(yè)答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
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[16]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室編第六版. 北京：高等教育出版社，2007
[17]陸玉主編. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。