1噸數(shù)控座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) I 1 噸數(shù)控座式焊接變位機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 在我國(guó)，焊接變位機(jī)也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備。近十年來(lái)，這 一產(chǎn)品在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)，有了較大的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。使用焊接變位 機(jī)可縮短焊接輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證和改善焊接質(zhì)量， 并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，自動(dòng)控制和 信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，焊接變位機(jī)也朝著智能化、多功能化、大型化、集 成化、高精度、高可靠度方向發(fā)展。本文主要論述了焊接變位機(jī)的組成，結(jié)構(gòu)及工作 原理。其中它的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的核心部分，直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪傳 動(dòng)，渦

2、輪蝸桿減速器傳動(dòng)，使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)達(dá)到要求回轉(zhuǎn)速度，傾斜機(jī)構(gòu)則通過(guò)二級(jí)齒 輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)，主要涉及到齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及軸的設(shè)計(jì)與校核等。 關(guān)鍵詞：焊接變位機(jī)械；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；減速器；傾斜機(jī)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) II Abstract In our country, welding positioner has quietly become an indispensable manufacturing equipment. Over the past decade, the product has made significant development and access to a wide

3、 range of applications in the field of construction machinery industry in China. The application of welding positioner can reduce the time and raise labor productivity, reduce labor intensity of workers, to assure and improve the welding quality,and give full play to the performance of various weldi

4、ng methods. As computer technology continues to become intelligent, and a wide range of applications of automatic control and information technology in manufacturing Industry, welding positioner also towards to become intelligent, multi-functional, and large-scale, integrated, high-precision, high r

5、eliability . This article focuses on the composition, structure and working principle of the welding positioner.The design of turning gear and the tilting mechanism is the core.DC motor through the belt driving, worm gear reducer to drive rotary table to meet the required speed.The tilted mechanism

6、through the spur gear reducer to make rotary table to flip, Mainly related to the design of gear and shaft and its verification, etc. Key words: welding posioner; turning gear; retarder;tilting mechanism 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) III 目錄 摘要 . Abstract . 目錄 . 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 .1 1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容 .1 第 2 章 焊接變位

7、機(jī)械概述 .2 2.1 焊接變位機(jī)械的分類(lèi) .2 2.2 焊接變位機(jī)械的組成 .4 2.3 焊接變位機(jī)械的工作原理 .4 2.4 焊接變位機(jī)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) .5 第 3 章 座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì) .9 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .9 3.2 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .29 3.3 底座和箱體的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) .32 結(jié)論 .33 參考文獻(xiàn) .34 致謝 .35 附件 1 .36 附件 2 .59 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 1 第1章 緒論 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 伸臂式、傾翻回轉(zhuǎn)式和雙立柱單回轉(zhuǎn)式等普通焊機(jī)變位機(jī)械在我國(guó)已經(jīng)廣泛 應(yīng)用，國(guó)外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應(yīng)用機(jī)械手，從國(guó)內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投 入情況

8、，全用焊接機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟。但是如果沒(méi)有焊接變 位機(jī)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)件內(nèi)的一些立焊縫、仰焊縫等單純靠人工調(diào)整至容易焊接的平 焊或船焊位置是不可能的。人無(wú)法按焊接工藝執(zhí)行，焊接質(zhì)量也無(wú)法保證。因此， 近年來(lái)人工焊接變位機(jī)得到國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的廣泛共識(shí)，都在加大這方面的投 入。而本次論文處于對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行的一次綜合性的梳理及應(yīng)用，對(duì) 學(xué)生的綜合能力進(jìn)行的一次較為實(shí)質(zhì)性的鍛煉。 1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容 本論文主要對(duì)焊接變位機(jī)械的分類(lèi)以及應(yīng)用進(jìn)行闡述，并從整體上對(duì)座式焊接變 位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。全文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （1） 焊接變位機(jī)械分類(lèi) （2） 焊接變位機(jī)械的組成

9、（3） 焊接變位機(jī)械的工作原理 （4） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中減速器、轉(zhuǎn)軸、軸承等的設(shè)計(jì) （5） 傾斜機(jī)構(gòu)中齒輪、滑動(dòng)軸承等的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 2 第2章 焊接變位機(jī)械概述 2.1 焊接變位機(jī)械的分類(lèi) 焊接變位機(jī)械是改變焊件、焊機(jī)或焊接空間位置來(lái)完成機(jī)械化、自動(dòng)化焊接的各 種機(jī)械設(shè)備。 焊接變位機(jī)械的分類(lèi)及各類(lèi)所屬設(shè)備如下： 通常焊接變位機(jī)械可分為變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、滾輪架、升降機(jī)等四大類(lèi)： 一、焊接變位機(jī) 是通過(guò)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工件所有焊縫處于最理想的位置進(jìn)行焊接， 使焊縫質(zhì)量的提高有了可靠的保證，它是焊接各種軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、筒體等回轉(zhuǎn)體零件的 理想設(shè)備，同時(shí)也可用來(lái)焊接機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼等

10、非長(zhǎng)形工件。 二、焊接翻轉(zhuǎn)機(jī) 是將工件繞水平軸翻轉(zhuǎn)，使之處于有利施焊位置的機(jī)械，適用于梁、柱、框架、 橢圓容器等長(zhǎng)形工件的裝配焊接。 焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式等。 三、滾輪架 是借助焊件與主動(dòng)滾輪間的摩擦力帶動(dòng)圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置。主要應(yīng)用于 回轉(zhuǎn)體工件的裝配與焊接，其載重可從幾十千克到千噸以上。按其結(jié)構(gòu)形式可分為三 大類(lèi)： 1、自調(diào)式滾輪架 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 3 2、長(zhǎng)軸式焊接滾輪架。 3、組合式焊接滾輪架。 四、升降機(jī) 是用來(lái)將工人及裝備升降到所需的高度的裝置，主要用于高大焊件的手工焊和 自動(dòng)焊及裝配作業(yè)。其主要結(jié)構(gòu)形式有： 1、管結(jié)構(gòu)肘臂式。 2

11、、管筒肘臂式。 3、板結(jié)構(gòu)肘臂式。 4、立柱式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 4 圖 2-1 伸臂式焊接變位機(jī) 2.2 焊接變位機(jī)械的組成 本次設(shè)計(jì)的座式焊接變位機(jī)由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，傾斜機(jī)構(gòu)及其機(jī)架三大部分組成。其中： 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)主軸，二級(jí)蝸輪蝸桿減速器，帶輪，電動(dòng)機(jī)，箱體等組成； 傾斜機(jī)構(gòu)由扇形齒輪，傳遞齒輪，小齒輪，帶制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的擺線針輪減速機(jī)等組成。 2.3 焊接變位機(jī)械的工作原理 焊接變位機(jī)械主要為達(dá)到和保持焊接位置的最佳狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)的座式焊接變位 機(jī)是通過(guò)改變焊件的位置達(dá)到相應(yīng)要求，其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)拖 動(dòng)，電動(dòng)機(jī)輸出一定的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)帶輪一次減速后，然后經(jīng)過(guò)二級(jí)

12、蝸輪蝸桿減速器兩 次減速，最后由回轉(zhuǎn)主軸，經(jīng)過(guò)工作臺(tái)輸出焊件所需要的焊接速度，以期達(dá)到所需要 的焊縫要求。傾斜機(jī)構(gòu)通過(guò)整個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傾斜實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傾斜。 座式焊接變位機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是工作臺(tái)連同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支承在兩邊的傾斜 軸上，工作臺(tái)以焊速回轉(zhuǎn)，傾斜軸通過(guò)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)或液壓缸多在 140 范圍內(nèi)恒速傾斜， 此種變位機(jī)對(duì)生產(chǎn)的適應(yīng)性較強(qiáng)，承載能力可達(dá) 50t，再焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 5 泛。 2.4 焊接變位機(jī)（Positioner）國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2.4.1 范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊接變位機(jī)的型號(hào)、參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗(yàn)及驗(yàn)收規(guī)則、包裝及標(biāo) 志等方面的內(nèi)容。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種類(lèi)

13、型的焊接變位機(jī)。 2.4.2 引用 標(biāo)準(zhǔn)列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn) 出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下 列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。 GB/T 40641983 電氣設(shè)備安全設(shè)計(jì)導(dǎo)則 2.4.3 術(shù)語(yǔ) 2.4.3.1 最大負(fù)荷 Q 變位機(jī)所允許承載的工件最大重量，kg。 2.4.3.2 偏心距 A 工作臺(tái)面處于鉛垂位置時(shí)，最大負(fù)荷（工件）的重心距工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的距離，mm。 2.4.3.3 重心距 B 工作臺(tái)面處于鉛垂位置時(shí)，最大負(fù)荷（工件）的重心距工作臺(tái)面的距離，mm。 2.4.3.4 回轉(zhuǎn)速度 n1 工作臺(tái)繞其回轉(zhuǎn)

14、軸（圖 1 中 z 軸）回轉(zhuǎn)的速度，r/min。 2.4.3.5 傾斜速度 n2 工作臺(tái)繞其傾斜轉(zhuǎn)軸（圖 2-2 中 y 軸）傾斜的速度，（）/min。 2.4.3.6 傾斜角度 工作臺(tái)可傾斜的角度（見(jiàn)圖 1），（）。 2.4.3.7 臺(tái)面高度 H 工作臺(tái)在最低水平位時(shí)，其臺(tái)面距地面的距離（見(jiàn)圖 1），mm。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 6 2.4.4 型號(hào)與參數(shù) 2.4.4.1 型號(hào)表示方法 變位機(jī)型號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示： HB HB 焊接變位機(jī)名稱(chēng)代號(hào)，H 和 B 分別為“焊”字和“變”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母 最大負(fù)荷 Q 值，kg 變位機(jī)工作臺(tái)調(diào)高功能代號(hào)，用 1 或 2 表示。

15、1 表示工作臺(tái)高度固定，2 表示工 作臺(tái)高度可調(diào) 標(biāo)記示例：HB5002 表示最大負(fù)荷為 500kg、工作臺(tái)高度可調(diào)的焊接變位機(jī)。 2.4.4.2 參數(shù) 焊接變位機(jī)的型號(hào)及參數(shù)要求如下： 表 2-1 焊接變位機(jī)的型號(hào)及參數(shù) 型號(hào) 最大負(fù) 荷 Q(KG) 偏心距 A(MM) 重心距 B(MM) 臺(tái)面高 度 H(MM) 回轉(zhuǎn)速度 N1(R/MIN) 焊接額 定電流 A（MA ） 傾斜角 度 () HB25 25 4063 - 0.5016.00 315 135 HB25 25 50 80 - 0.258.00 500 135 HB100 100 63 100 - 0.103.15 500 135

16、HB250 250 160400 10000.051.60 630 135 HB500 500 160 400 1000 0.051.60 1000 135 HB1000 1000 250 400 1250 0.051.60 1000 135 HB2000 2000 250400 12500.031.00 1250 135 HB3150 3150 250 400 1600 0.031.00 1250 135 HB4000 4000 250 400 1600 0.031.00 1250 135 HB5000 5000 250400 16000.0250.80 1250 135 HB8000 80

17、00 200 400 1600 0.0250.80 1600 135 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 7 HB1000 0 10000 200400 20000.0250.80 1600 135 HB1600 0 16000 200 500 2000 0.0160.50 1600 120 HB2000 0 20000 200630 25000.0160.50 2000 120 HB3150 0 31500 200 800 2500 0.0160.50 2000 120 HB4000 0 40000 160800 31500.0100.315 2000 105 HB5000 0 50000 160 10

18、00 3150 0.0100.315 2000 105 HB8000 0 80000 1601000 31500.0100.315 2000 105 圖 2-2 焊接變位機(jī)示意圖 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng) 聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過(guò)答辯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 2.4.5 技術(shù)要求 2.4.5.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 2.4.5.1.1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并可逆轉(zhuǎn)。 2.4.5.1.2 在回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，承受最大載荷時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)不超過(guò) 5%。 2.4.5.2 傾斜驅(qū)動(dòng) 2.4.5.2.1 傾斜驅(qū)動(dòng)應(yīng)

19、平穩(wěn)，在最大負(fù)荷下不抖動(dòng)，整機(jī)不得傾覆。最大負(fù)荷 Q 超過(guò) 25kg 的，應(yīng)具有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功能。 2.4.5.2.2 應(yīng)設(shè)有限位裝置，控制傾斜角度，并有角度指示標(biāo)志。 2.4.5.2.3 傾斜機(jī)構(gòu)要具有自鎖功能，在最大負(fù)荷下不滑動(dòng)，安全可靠。 2.4.5.3 其他 2.4.5.3.1 變位機(jī)控制部分應(yīng)設(shè)有供自動(dòng)焊用的聯(lián)動(dòng)接口。 2.4.5.3.2 變位機(jī)應(yīng)設(shè)有導(dǎo)電裝置，以免焊接電流通過(guò)軸承、齒輪等傳動(dòng)部位。導(dǎo)電 裝置的電阻不應(yīng)超過(guò) 1m，其容量應(yīng)滿(mǎn)足焊接額定電流的要求。 2.4.5.3.3 電氣設(shè)備應(yīng)符合 GB/T 4064 的有關(guān)規(guī)定。 2.4.5.3.4 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝卡工件或安裝卡具

20、，也可與用戶(hù)協(xié)商確定其結(jié)構(gòu)形 式。 2.4.5.3.5 最大負(fù)荷與偏心距及重心距之間的關(guān)系，應(yīng)在變位機(jī)使用說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明。 2.4.6 檢驗(yàn)項(xiàng)目及驗(yàn)收規(guī)則 2.4.6.1 檢測(cè)輸出軸（工作臺(tái)）轉(zhuǎn)速，結(jié)果應(yīng)符合表 2-1 和 2.4.5.1 的要求。 2.4.6.2 首次生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行變位機(jī)的空轉(zhuǎn)及負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果應(yīng)符合表 2-1 及 2.4.5.1 和 2.4.5.2 的要求。 2.4.6.3 變位機(jī)應(yīng)備有產(chǎn)品合格證書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。 2.4.7 標(biāo)志與包裝 2.4.7.1 變位機(jī)應(yīng)涂敷防銹底漆及表層漆。涂層應(yīng)牢固，其中表層涂漆色彩應(yīng)協(xié)調(diào)美 觀。 2.4.7.2 變位機(jī)應(yīng)在標(biāo)牌上標(biāo)明名稱(chēng)、型號(hào)、最大

21、負(fù)荷、工作電壓、電機(jī)功率、出廠日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 期、制造廠家等。 2.4.7.3 變位機(jī)的包裝應(yīng)牢固可靠，符合運(yùn)輸部門(mén)的有關(guān)規(guī)定。 第 3 章 座式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì) 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 3.1.1 工作臺(tái)及其工件總質(zhì)量 ，回轉(zhuǎn)主軸的危險(xiǎn)斷面位于軸承處，所受的Kgm130 彎曲力矩為： 圖 3-1 回轉(zhuǎn)主軸受力分析示意圖 （3-1） sincosi2cosin22hGehMw 其中： 綜和質(zhì)量 偏心距e 臺(tái)面高度。h 回轉(zhuǎn)軸傾斜角 回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角 根據(jù)焊接變位機(jī)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) me250h7 其中重心距取 600 其軸承處的扭矩： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)

22、 11 （3-2）cosineGMn 按第三強(qiáng)度理論折算的當(dāng)量彎矩為： （3-3）2nwxd22sincosieh 該式在滿(mǎn)足 條件時(shí)才出現(xiàn)最大值。其值為:sinhectg （3-4）Gxd2ma 對(duì)于指定的變位機(jī)： ，該數(shù)據(jù)由文獻(xiàn)10表 7-11 查得。3.0e （3-5）74.1inhectg （3-6）.62min1maxt 因此回轉(zhuǎn)主軸的強(qiáng)度可選在 的范圍內(nèi)任意位置進(jìn)行計(jì)算。inax 主軸材料用 45 號(hào)鋼（調(diào)制處理） = = =61.1 （3-7）Kn15.270Mpa d （3-8） m1.810.625.4ehG103632 取 d=120mm，校驗(yàn)主軸： （3-9） Mpaeh

23、dGeh62232 .583.10 其中 Mpa.6 初步確定主軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 圖 3-2 主軸的結(jié)構(gòu)與裝配 3.1.2 減速器的設(shè)計(jì) 3.1.2.1 二級(jí)渦輪蝸桿的設(shè)計(jì) 3.1.2.1.1 二級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算 總傳動(dòng)比：初選電機(jī)為滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 1440r/min 的直流電動(dòng)機(jī) 工作臺(tái)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 0.10.6r/min = =2400 （3-10）nim總 6.014 平均傳動(dòng)比：初選帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 1.4，帶i = （3-11）平 均i4.1.2 取實(shí)際蝸桿頭數(shù)：Z =1，1 蝸輪齒數(shù)： Z =Z 41.4 （3-12）21平 均i 則 Z =412 查

24、文獻(xiàn)3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88） 取 Z =41 =10 = 90 =022m1d2x 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 根據(jù)蝸輪蝸桿工作情況，選取蝸桿特性系數(shù):q=9 蝸桿模數(shù) = =10，1m2 則蝸桿尺寸： = =90 （3-12）1dqm = +2 =90+20=110 （3-13）aah = -2 =90-24=66 （3-14）1f1f 蝸輪尺寸： 分度圓直徑 = Z =10 41=410 （3-15）2dm2m 齒頂圓直徑 =d +2 =430 （3-16）2a 齒根圓直徑 d = -2 1.2=386 （3-17）2fm 渦輪齒寬 =0.75 =82.5 （3-1

25、8）B1a 3.1.2.1.2 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 蝸輪蝸桿材料選用： 蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20Cr. 蝸輪蝸桿中心矩 = . （3-19）2qZmam2509410）（ 接觸疲勞強(qiáng)度： =Z Z （3-20）HE32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù)。E 對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)取 Z =155EMpa21 Z 兩材料的接觸系數(shù)，由文獻(xiàn)1表 11-18 查得：Z =2.6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 K工作載荷系數(shù)， = ， AVK 機(jī)械使用系數(shù)，A 由文獻(xiàn)1表 10-2 得： =1.15A ：齒面載荷分布系數(shù)，K 由文獻(xiàn)1表 10-4 得： K

26、 ：動(dòng)載系數(shù)，V 由文獻(xiàn)1表 10-8 得： =1V ：齒間載荷分配系數(shù)系數(shù)，K 由文獻(xiàn)1表 10-3 得： =1K tan （3-21）91qZ 得 6.34 = =12740 （3-22）2TGemN.31852.0 滑動(dòng)速度： （3-23）sndVs /02.34.6cos10694.cos106co21 查表蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦角 6.5v （3-24）53.0)6.34.tan(91)tan(v （3-25）8056.總 其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 （3-26）NiT3.152.043821總 所以接觸疲勞強(qiáng)度 （3-27）MpaH 268

27、1.9525.0.8/3.6.21053 其中 蝸桿螺旋面硬度 268Mpa 3.1.2.1.3 蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式： （3-28）FFaFYmdKT2153. 其中： Y 蝸輪齒形系數(shù)，2Fa 可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。2V2 可由文獻(xiàn)1圖 11-19 查得 Y =2.4Fa Y 螺旋角影響系數(shù)， =1- =1- =0.955 （3-29）1403.6 =( ) 2.4 0.955=3.59 （3-30）F.099.8355.1410Mpa = =1.37 56=76.72 （3-31）FNKH 其中 可由文獻(xiàn) 1表 11-8 查得: =56H pa

28、 為壽命系數(shù): FNK N 為應(yīng)力循環(huán)系數(shù)： N=60 j n L =60 1 0.6 21900=788400 （3-32）2h J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個(gè)輪齒的嚙合次數(shù). 這里取 j=1; n :蝸輪轉(zhuǎn)速, =0.6 ;22nmi/r 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 16 L :工作壽命, h L =365 6 10=21900 （3-33）hh = 1.37 （3-34）FNK8710 ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。F 3.1.2.1.4 蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過(guò)得變形，就會(huì)造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合。所以需進(jìn)行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為： = （3-3

29、5）yyLEIFrt2148 其中y蝸桿材料許用的最大撓度。 = = = （3-36）y10d9m0. 其中 d 為蝸桿分度圓直徑。1 E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07 Mpa50 I 蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩。 （3-37）I641fd 其中 d 為蝸桿的齒根圓直徑。1f d = 66mmf =5.958 10 （3-38）I647 L 蝸桿兩端支撐點(diǎn)間的跨距。 L 0.9 =0.9 =369 （3-39）2d10m 蝸桿所受的圓周力。1tF 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 = = =3384.4 （3-40）1tF2dT09.35N 蝸桿所受的徑向力。1rF = = = tan20 =58

30、28.5 （3-41）1r2tFant2dT41.09835N 其中 為蝸輪齒形角。 =20 0.369 =0.073 （3-42）64.01307.2485825y 3 y=0.0730.09=y蝸桿的剛度滿(mǎn)足使用條件。 3.1.2.1.5 選取蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 V =0.02/s，s 載荷類(lèi)型為重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。 3.1.2.1.6 二級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置 = +1000 (1-)/ s （3-43）0taPd 其中 周?chē)諝獾臏囟龋厍闆r下可取。at 蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率。 0.53 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取 =(8.151

31、7.45),w/(m.)，dd 當(dāng)周?chē)諝饬鲃?dòng)良好時(shí) 可取偏大值。這里取 17d d P輸入功率。 =157 41 =0.404kw （3-44）PwT2602. t。=20 + =20+53.2=73.2 （3-45）.350174.）（ 73.280 其中 80為其臨界溫度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 18 故在通風(fēng)良好的情況下，不需要加散熱裝置。 3.1.2.2 一級(jí)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 3.1.2.2.1 一級(jí)渦輪蝸桿尺寸的計(jì)算 選取實(shí)際蝸桿頭數(shù)：Z =1，蝸輪齒數(shù)：1 Z =i Z （3-46）21 Z =412 查文獻(xiàn)3表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配（GB10085-88） 選取 =5 =10 x

32、=-0.5mq2 則蝸桿尺寸： = =50 （3-47）1dqm = +2 =50+10=60 （3-48）aah d = -2 =50-12=38 （3-49）1f1f 蝸輪尺寸：分度圓直徑 = Z =5 41=205 （3-50）2m2m 齒頂圓直徑 = +2 （1+x ）=205+2 =210 （3-512ad ）（ 5.01 ） 齒根圓直徑 = -2 (1.2-x)=205-2 =188 （3-52）2fhdm）（ 5.021m 渦輪齒寬 =0.75 =45 (3-53)B1ad 校核蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 蝸輪蝸桿材料選用： 蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 蝸桿選用 20

33、Cr. 3.1.2.2.2 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 首先蝸輪蝸桿材料選用：蝸輪選用鑄造錫青銅：zCuSn10P1; 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 19 蝸桿選用 20Cr. 蝸輪蝸桿中心矩 a= = =125 （3-54）21xmd25.050m 根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度公式： = Z （3-55）HE32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù)，單位是 Mpa .E 對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)取 =155 。EZMpa21 兩材料的接觸系數(shù)： 由文獻(xiàn)1表 11-18 查得：Z =2.5 工作載荷系數(shù)，K = （3-56）KAVK 其中： 機(jī)械使用系數(shù)，A 由文獻(xiàn)1表 10-2 得： =1.15AK 齒面載

34、荷分布系數(shù)K 由文獻(xiàn)1表 10-4 得： 動(dòng)載系數(shù)，V 由文獻(xiàn)1圖 10-8 得： =1VK 齒間載荷分配系數(shù)，K 由文獻(xiàn)1表 10-3 得： =1 tan （3-57）10qZ 得： 5.71 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 20 = （3-58）2T1579.083mN 滑動(dòng)速度： Vs= （3-59）sndV /4.071.5cos1604.cos16cos1 查文獻(xiàn)1表 11-18 蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦角 25.3v （3-60）634.0)25.71tan()tan( v （3-61）98.0634.總 其中軸承效率 0.99 攪油效率 0.98 （3-62）1TNi04.63.41572總

35、所以接觸疲勞強(qiáng)度 155 （3-63）HMpa8.1725.015.21033 其中蝸桿螺旋面強(qiáng)度 268Mpa :鑄造錫青銅蝸輪的基本許用應(yīng)力。由文獻(xiàn) 1表 11-7 查得：H = 268 ，pa =K =0.86 268=231.4 （3-64）HFNHMpa 其中 蝸輪蝸桿工作壽命系數(shù)， FNK N 為應(yīng)力循環(huán)系數(shù)： N=60 j n L =60 1 0.6 41 21900=32324400 （3-65）2h J:蝸輪每轉(zhuǎn)一次，每個(gè)輪齒的嚙合次數(shù). 這里取 j=1; n :蝸輪轉(zhuǎn)速, n =24.6 ;22min/r 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 21 L :工作壽命,h =365 6 10

36、=21900h （3-66）hL = 0.86 （3-67）FNK8710 ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。F 3.1.2.2.3 蝸輪的齒面彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式： = （3-68）FFFaYmdKT2153. 其中： Y 蝸輪齒形系數(shù)，2Fa 可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定。2V2 可由文獻(xiàn)1圖 11-19 查得 Y =3.0Fa Y 螺旋角影響系數(shù)， Y =1- =1- =0.959 （3-69）1407.5 =( ) 3.0 0.959=1.55 （3-70）F25.03.1410Mpa = =0.86 56=48.16 （3-71）FNKH 其中 可由文獻(xiàn)

37、1 表 11-8 查得: =56Hpa 為壽命系數(shù): FNK ,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足使用條件。 3.1.2.2.4 蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過(guò)得變形，就會(huì)造成輪齒上的載荷集中，影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合。所以需進(jìn)行蝸桿的剛度校核，其校核剛度條件為： = （3-72）yyLEIFrt2148 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 22 其中y蝸桿材料許用的最大撓度。 = = =0.05 （3-73）y10d5m 其中 d 為蝸桿分度圓直徑。1 E 蝸桿材料的彈性模量。 E=2.07 50Mpa I 蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩。 （3-74）I641fd 其中 d 為蝸桿的齒根圓直徑。1f d =38m

38、mf =1.02 10 （3-75）I64385 L 蝸桿兩端支撐點(diǎn)間的跨距。 L 0.9d =0.9 =184.5 （3-76）205m 蝸桿所受的圓周力。1tF = = =241.6 （3-78）1tFdT05.46N 蝸桿所受的徑向力。1rF = = = tan20 =557.5 （3-79）1r2tant2dT05.17 其中 為蝸輪齒形角。 =20 184.5 =0.00375 （3-80）64381.07.2485 2y 3 0.003750.05= ,蝸桿的剛度滿(mǎn)足使用條件。y 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 23 3.1.2.2.5 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度 V

39、=0.44 ，ssm/ 載荷類(lèi)型為重型載荷，故可采用油池潤(rùn)滑。 3.1.2.2.6 一級(jí)蝸桿蝸輪傳動(dòng)熱平衡計(jì)算校核及其選用冷卻裝置 = + （3-81）0tasPd1 其中 周?chē)諝獾臏囟龋厍闆r下可取 20。at 蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率。 0.634 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取 =(8.1517.45),w/(m.)，dd 當(dāng)周?chē)諝饬鲃?dòng)良好時(shí) 可取偏大值。這里取 17d d P輸入功率。 =6.04 41 41 =0.637 （3-82）PwT2602.kw =20+ =20+43=63 （3-83）0t .3501746.）（ 6380 其中 80為其臨界溫度。 故在通風(fēng)良好的情況下，不需要

40、加散熱裝置。 3.1.2.2.7 一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)渦輪軸的校核 圖 3-3 軸的結(jié)構(gòu)與裝配 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 24 1T2tF2a1rFt1a59 2281R 2R(a)2tF1rF 59 2281 R 2R 220.4N.m HM 59 2281 R 2R1tF M 132.6N.m 482.0N.m VM T 2r r 826.4N.m (b) (c) (d) 107.9N.m 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 25 圖 3-4 軸的載荷分析圖 其中 =3384.4 =5828.5 = =1531.71tFN1rF1a2tFN = 1531.7 （3-84）2tdT = =

41、557.5 （3-85）2rtan = =956.7 （3-86）1M248.6mN. = = = =131.1ca224WTMT22 32901.1057795 14, 取 Z =20 Z =1.4 20=28 則 =9.525min12bPm 3.1.2.3 計(jì)算帶輪節(jié)圓直徑 = =60.67 （3-89）11Zdb205.9 = = =84.94 （3-90）22Pb8.m 3.1.2.4 計(jì)算帶長(zhǎng) L =2 a cos+ + （3-91）p021d18012d 要求： 0.7 （3-92）21d0a21d 即 102m0a2.91m 取 a =2000 =arcsin =3.48 （3

42、-93）ad21 則 L =2 +3.14 /2+3.14 /180 p98.0294.867.067.094.8.3 =629.3m inv = =3.14 =14.92 （3-94）12Zb20865.86 實(shí)際中心距 =198.8 （3-95）cos210ZPabm 3.1.2.5 帶輪傳動(dòng)額定功率 （3-96 ）ZK0W =1 = =1 （3-97） 14.0sb 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 27 b =25.4mm b 估計(jì)為 25.4mm0ss 3.1.2.6 輪寬 b =25.4 =24.42 （98）s014.0PKZd 14.5m 所以 可取為 25.4 .sbm 3.1.3 回

43、轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中標(biāo)準(zhǔn)件的校核 3.1.3.1 軸承校核 3.1.3.1.1 一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)蝸桿軸軸承校核 選取 7009AC 角接觸球軸承正裝 =241.6 =557.5 =1531.71tFN1r1aFN 1rF1tF1a 圖 3-5 軸承受力圖 求的軸承處支反力 = = =303.81R2 225.76.41N 軸向力 F =1531.7aeN 派生軸向力 =0.68 =206.61d1R =0.68 =206.622 +F 1dFad 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 28 所以軸承 1 放松，軸承 2 壓緊 軸向力 = =206.6aFdN = +F =1738.321ae = =0.680.71Ra

44、8.306 則當(dāng)量動(dòng)載荷 = =206.61rPRN2RFa7.083 則當(dāng)量動(dòng)載荷 =0.41 +0.85 =0.41 =1602.282rP22aF5.1738.083N 所以 2dFae1 所以軸承 1 壓緊，軸承 2 放松 軸向力 = + F =1290.1+2853.3=4143.4a2dae N = =2853.3 N = =0.9660.7總1RFa8.453 則當(dāng)量動(dòng)載荷 =0.41 +0.85 =5185.41rP1R1aFN總2RFa 7.068.493 則當(dāng)量動(dòng)載荷 = =4196.12rP總 N 所以 ,校核軸承 11r2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 30 = = =3.9

45、 （3-100）nL601PC36.0414.5180233510h 符合要求 3.1.3.2 鍵的選擇與校核 3.1.3.2.1 一級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)： 依據(jù)軸頸查文獻(xiàn)1表 6-1 取 l=22 63bh14m 校核： = = =11.7 =120150 （3-101）pkldT32108526345.07MpaMpa 符合條件 3.1.3.2.2 二級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng) 依據(jù)軸頸查文獻(xiàn)1表 6-1 取 l=32 80bh18m 校核 = = =95.3 =120150 （3-102）pkldT3210128085.23MpaMpa 符合條件 3.2 傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1 傾斜軸的設(shè)計(jì) 3.2.

46、1.1 傾斜軸尺寸計(jì)算 估計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總重量 =2000 9.8=19600GKgN 其對(duì)傾斜軸的最大傾覆力矩 = =19600 =15484 （3-103）TM2eh225.07.m 預(yù)估滑動(dòng)軸承處軸頸 120mm 則 =1+ =1+0.5 120/2 400=1.0225 （3-104）fKRd2 主軸在 =90 =0 時(shí) 支反力 =1C3.40969.05.031.2. =45092.3 N 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 31 主軸在 = =90 時(shí)K 支反力 K21C1RG2ehf = 019.4.0962 =33305.9 N C 取大值1 所以實(shí)心軸頸 = =76.7 （3-

47、105）d315lC36102.459m 取 =120mm 符合條件d 3.2.1.2 傾斜軸的強(qiáng)度校核 傾斜軸強(qiáng)度校核 = =37.1 21234tFehWLG4960223201.4.591.Mpa （3-106） 傾斜軸選用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì) =60Mpa 3.2.2 齒輪設(shè)計(jì) 扇形大齒輪選取 =8 =101mZ 傳遞齒輪選取 =8 =67 小齒輪選取 =8 =17 傾斜機(jī)構(gòu)齒輪為開(kāi)式傳動(dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 傾斜機(jī)構(gòu)的齒輪為開(kāi)式傳動(dòng)，校核其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度： 公式為 = （3-107）FbmYKSatF 扇形大齒輪： = = =38326.7tFdT280.154N = =1.0 =

48、1.518KVA38.1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 32 =2.18FaY =1.79S =70bm =8 則 = =405.4F6108779.2.35.1Mpa = = =489.2 （3-108）FSKNlim3.1502pa 符合要求F 傳遞齒輪： = = =38326.7tdT280.154N = =1.0 =1.529KVA39.1. =2.25FaY =1.74S =87bm =8 則 = =329.6F6108774.25.3529.1Mpa = = =486.9SKNlim. 符合要求F 小齒輪： = = =38326.7tdT2136.02N = =1.0 =2.244KA

49、VK04.21. =2.97FaY =1.52S b=110m 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 33 m=8m 則 = =441.2F610852.97.324.Mpa = = =530.8SKNlim. 符合要求F 3.2 底座和箱體的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 底座和箱體等零件工作能力的主要指標(biāo)是剛度，其次是強(qiáng)度和抗振性能；當(dāng)同時(shí) 用作滑道時(shí)，滑道部分還應(yīng)具有足夠的耐磨性。此外，對(duì)具體的機(jī)械，還應(yīng)滿(mǎn)足特殊 的要求，并力求具有良好的工藝性。 底座和箱體的結(jié)構(gòu)尺寸和大小，決定于安裝在它的內(nèi)部或外部的零件和部件的形狀和 尺寸及其相互配置，受力與運(yùn)動(dòng)情況等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使所裝的零件和部件便于裝拆與操 作。 底座和箱體的一些結(jié)構(gòu)

50、和尺寸，如壁厚，凸緣寬度，肋板厚度等，對(duì)機(jī)座和箱體的工 作能力，材料消耗，質(zhì)量和成本，均有重大的影響。但是由于這些部位的形狀不規(guī)則 和應(yīng)力的分布復(fù)雜性，基本上按照經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或比照現(xiàn)用的類(lèi)似機(jī)件進(jìn)行 設(shè)計(jì)，而略去強(qiáng)度和剛度等的分析與校核。 此次論文設(shè)計(jì)采用的機(jī)座和箱體的設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)公式和比照的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 34 結(jié)論 本論文結(jié)合 1t 座式焊接變位機(jī)的基本要求和特點(diǎn)，對(duì)焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡 述以及計(jì)算，所做的工作主要有以下幾個(gè)方面： （1） 焊接變位機(jī)械的分類(lèi) （2） 座式焊接變位機(jī)的組成 （3） 座式焊接變位機(jī)的工作原理 （4） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中減速器、轉(zhuǎn)軸、

51、軸承等的設(shè)計(jì) （5） 傾斜機(jī)構(gòu)中齒輪、滑動(dòng)軸承等的設(shè)計(jì) （6） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝配圖的繪制 （7） 座式焊接變位機(jī)裝配圖的繪制 （8） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)箱體零件的繪制 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 35 參考文獻(xiàn) 1 濮良貴,紀(jì)名剛 . 機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006. 2 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (新版 3)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. 3 朱龍根. 簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997. 4 周壽森. 焊接機(jī)構(gòu)生產(chǎn)及裝備M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999. 5 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì) ,焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992. 6 焦馥杰. 焊接結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)M.

52、上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991. 7 曾樂(lè). 焊接工程學(xué) M.北京:新時(shí)代出版社,1986. 8 沈世瑤. 焊接方法及設(shè)備M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982. 9 上海船舶工業(yè)設(shè)計(jì)研究院,機(jī)械工業(yè)部第五設(shè)計(jì)研究院,北京船舶工程第五設(shè)計(jì) 研究所. 焊接設(shè)備選用手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984. 10 美國(guó)焊接學(xué)會(huì) ,韓鴻碩,張桂清. 焊接新技術(shù)M.北京:宇航出版社,1981. 11 薛迪目. 焊接概論M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987. 12 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (第二版)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. 13 劉鴻文. 材料力學(xué)M .北京:高等教育出版社,2006. 14 張海根

53、. 機(jī)電傳動(dòng)控制M.北京:高等教育出版社,2001. 15 陳于萍, 周兆元. 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. 16 李慶芬, 朱世范,陳其廉. 機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)M.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2007. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 36 致謝 本次論文是在終結(jié)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的情況下進(jìn)行的，力求對(duì)大學(xué)之所學(xué)能夠來(lái)一次 集中鞏固及其創(chuàng)新利用。它涵蓋面很廣，涉及了機(jī)械的所有內(nèi)容，是培養(yǎng)高級(jí)工程技 術(shù)人才的一次綜合訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)論文的選材，開(kāi)題，構(gòu)思，設(shè)計(jì)等一系列的訓(xùn)練，相信 自己對(duì)設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在計(jì)算能力，英文文獻(xiàn)閱讀翻譯，查找相關(guān)信息等多 種能力得到了一次深刻的鍛煉，

54、在整個(gè)過(guò)程中，可以說(shuō)完成了工程師基本訓(xùn)練和逐步 具有從事科學(xué)研究的工作能力，受益匪淺，相信對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作會(huì)有很大幫助。 本論文是在劉琨明老師及其院里老師的悉心幫助，指導(dǎo)下完成的，在此表示真誠(chéng) 的謝意！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 37 附件 1 外文資料翻譯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 38 外文資料翻譯 1 高精度數(shù)控焊接變位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 石 圩 ，樊 丁 ，陳 劍 虹 摘 要：研制弧焊機(jī)器人用數(shù)控焊接變位機(jī)對(duì)弧焊機(jī)器人柔性加工單元( WE MC)的設(shè) 計(jì)具有重要的意義。作者以基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 的研華多軸運(yùn)動(dòng)控制卡 P C L- 8 3 2卡為設(shè)計(jì)核心 ， 采用基于模糊規(guī)則的智

55、能雙模協(xié)調(diào)控制器，即采用比例積分微 分控制器(PID)和模糊控制器的加權(quán)合成算法，控制過(guò)程 中模糊控制器和PID控制器同 時(shí)輸出控制量，當(dāng)控制誤差較大時(shí)模糊控制器的輸出權(quán)重較大，而當(dāng)控制誤差較小時(shí) PID控制器的輸出權(quán)重較大，有效避免了變結(jié)構(gòu)控制器切換過(guò)程中的震蕩，實(shí)現(xiàn)了焊接 變位機(jī)的高精度位置控制。作者對(duì)實(shí)時(shí)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行了詳細(xì) 的理論分析，提出了基于DOS(Disk operation system)系統(tǒng)下的高精度數(shù)控焊接變位 機(jī)多任務(wù)實(shí)時(shí)控制軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。進(jìn)行了多種工件的焊接試驗(yàn)， 試驗(yàn)表明該 控制系統(tǒng)工作可靠，效果良好。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控焊接變位機(jī)；智能雙?？?/p>

56、制器；實(shí)時(shí)多任務(wù)控制系統(tǒng) ；弧焊機(jī)器人 0 序言 近年來(lái)，為了適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求，生產(chǎn)商頻繁地更換產(chǎn)品的品種和批量， 這就對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度和柔性化程度提出了很高要求。弧焊機(jī)器人柔性加工單 元正是一種具有柔性化特點(diǎn)的高度自動(dòng)化焊接設(shè)備。它不僅能提高焊接生產(chǎn)率、產(chǎn)品 的焊接質(zhì)量和可靠性、加工柔性和制造精度，而且還能改善工人的勞動(dòng)環(huán)境， 降低勞 動(dòng)強(qiáng)度， 提高經(jīng)濟(jì)效益。 目前，我國(guó)研制的焊接機(jī)器人尚未產(chǎn)業(yè)化，焊接柔性加工單元技術(shù)尚處于探索階 段，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、應(yīng)用主要靠全套引進(jìn)?；『笝C(jī)器人在國(guó)外已經(jīng)批量化，價(jià)格相對(duì)較低， 而與機(jī)器人相配套的數(shù)控變位系統(tǒng) 卻因加工對(duì)象而異，多屬單件生產(chǎn)，因此價(jià)格

57、往往 是機(jī)器人本身價(jià)格的37倍。作者的研究目的是在進(jìn)口弧焊機(jī)器人的基礎(chǔ)上，再根據(jù) 特定產(chǎn)品，自行研制焊接變位機(jī)等機(jī)器人 的外 圍設(shè) 備及控制系統(tǒng)，可以節(jié)約大量外 匯，實(shí)現(xiàn)低成本焊接自動(dòng)化。高精度數(shù)控焊接變位機(jī)控制系統(tǒng)必須具有合理的體系結(jié) 構(gòu)、較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力、良好的信息融合控制功能，以及開(kāi)放的軟硬件接口。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 39 1 系統(tǒng)的硬件組成 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變位機(jī)載重500kg，能在兩旋轉(zhuǎn)軸所確定的空間旋轉(zhuǎn)并可在任意位 置定位，且要保持速度均勻，這就要求對(duì)電機(jī)實(shí)行速度和位置控制。作者選用了交流 伺服控制系統(tǒng)，并采用工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)作為核心，應(yīng)用全閉環(huán)控制方案，保證在惡劣條件

58、下系統(tǒng)的控制精度與工作可靠 性。圖1為控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。 2 控制結(jié)構(gòu)及算法 2.1 控制結(jié)構(gòu) 按伺服系統(tǒng) 的反饋控制方式來(lái)分，可分為開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制三 種方式。由于全閉環(huán)結(jié)構(gòu)的位置檢測(cè)元件安裝于主軸上，理論上可以消除機(jī)械傳動(dòng)誤 差如齒輪間隙等引起的控制誤 差，可以獲得很高的到位精度，因此數(shù)控焊接變位機(jī)控制系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制方案。 2.2 智能雙?？刂扑惴?畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 40 在數(shù)控焊接變位機(jī)的位置控制中,由于系統(tǒng)傳動(dòng)鏈中有的運(yùn)動(dòng)副如齒輪等存在間隙 或失動(dòng)量,使得變位機(jī)的位移與指令之間出現(xiàn)非線性關(guān)系。同時(shí)當(dāng)變位機(jī)工作臺(tái)傾斜運(yùn) 動(dòng)時(shí)，由于工件及工作臺(tái)的重心高及偏心

59、矩不斷變化，造成電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不斷改變， 而且焊接工件的形狀及重量多變，使得變位機(jī)的控制存在嚴(yán)重的非線性;再加上交流電 機(jī)是一個(gè)高階次、強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變的非線性控制對(duì)象，尤其是調(diào)速方式更增加了其 動(dòng)態(tài)過(guò)程的復(fù)雜性。因此，被控的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有很復(fù)雜的多重非線性關(guān)系,難 以建立起準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。 傳統(tǒng)的比例積分微分控制器(PID)智能化程度不高，其參數(shù)整定后就不再改變，自 適應(yīng)能力差，對(duì)于高度非線性、時(shí)變的系統(tǒng)不能滿(mǎn)足控制要求，但PID控制器在小偏差 范圍內(nèi)有較高的控制精度。模糊控制是一種模仿人類(lèi)思維方式的智能控制算法，它不 需要被控對(duì)象的精確模型，對(duì)非線性系統(tǒng)有很好的適應(yīng)能力，但是由于缺少

60、積分環(huán)節(jié)， 穩(wěn)態(tài)靜差難以消除。結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，作者采用了加權(quán)合成算法的智能雙模模糊-PID控 制器。 控制過(guò)程中，采用 FuzzyPID型的變結(jié)構(gòu)控制，或者采用其它類(lèi)型的多控制器變 結(jié)構(gòu)控制時(shí)，對(duì)確定的系統(tǒng)，適當(dāng)選取切換點(diǎn)可以解決變結(jié)構(gòu)控制問(wèn)題，但切換點(diǎn)的 選取有時(shí)并不準(zhǔn)確，而且不同控制器之間的切換，容易導(dǎo)致控制量的突變。常規(guī)的變 結(jié)構(gòu)控制是一個(gè)非 0即1的精確選擇，但實(shí)際上，不同控制器在不同誤差域都是有 定 效果的，差別僅在于控制性能的好壞而已，因此絕對(duì)地選擇控制器將會(huì)丟失有用的控 制信息。針對(duì)上述缺點(diǎn)，采用基于模糊規(guī)則的多控制器協(xié)調(diào)控制，控制器結(jié)構(gòu)如圖2所 示。 把PID控制器稱(chēng)為A，模糊控

61、制器稱(chēng)為B，把誤差大小依次分成七個(gè)等級(jí) E=6，5,4,3,2,1,0。采用如下控制規(guī)則，當(dāng)誤差很大時(shí)，完全由B控制；當(dāng)誤差很小 時(shí)，完全由A控制；誤差較大時(shí)，B控制作用強(qiáng)，A作用弱；誤差較小時(shí)，A控制作用強(qiáng)， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 41 B作用弱。把總的控制作用最后通過(guò)對(duì)兩個(gè)控制器的加權(quán)合成來(lái)得到。 用正態(tài)型模糊變量來(lái)描述模糊概念， 因純正態(tài)函數(shù)是凸型函數(shù)，不滿(mǎn)足單調(diào)遞升 或單調(diào)遞減的需要，采取由正態(tài)函數(shù)變化而來(lái)的S型函數(shù)。其表達(dá)式如下 將所確定的隸屬函數(shù)在誤差論域點(diǎn)離散化，取=0.4，則不同誤差域控制器的作用 強(qiáng)度如表1所示。 這樣，系統(tǒng)控制作用就由PID控制器U (k)和模糊控制器U

62、(k)共同決定。即 AB 2.3 速度控制 在每一個(gè)控制循環(huán)中，電腦輸出脈沖給每一根軸，對(duì)于每一個(gè)脈沖輸出，伺服電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器比伺服電動(dòng)機(jī)快一步，一個(gè)脈沖代表一個(gè)位置命令，脈沖頻率代表軸的移動(dòng) 速度，脈沖數(shù)量代表位移量。在控制過(guò)程中，有兩個(gè)主要的影響位移速度的因素，第 一個(gè)是控制循環(huán)的時(shí)間間隔，第二個(gè)是每一個(gè)控制循環(huán)中的脈沖數(shù)量。根據(jù)控制精度 的要求，控制循環(huán)的時(shí)間間隔定為 5ms，所以，在系統(tǒng)中，影響位移速度的因素是在 每一個(gè)控制循環(huán)中的脈沖數(shù)量，脈沖循環(huán)的周期是非常短的（毫秒級(jí)） ，甚至在每一個(gè) 控制循環(huán)中，移動(dòng)速度隨偏差不同，但是在顯微鏡中的執(zhí)行結(jié)果是平穩(wěn)的移動(dòng)速度。 3 控制系統(tǒng)的軟件結(jié)

63、構(gòu) 數(shù)控變位機(jī)的軟件是在面向?qū)ο蟓h(huán)境中編程的，整個(gè)系統(tǒng)有初始化模塊，通信模 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 42 塊，誤差處理模塊，I/O 控制模塊，顯示模塊，技術(shù)模塊，編輯和文本處理模塊，插補(bǔ) 計(jì)算和伺服電動(dòng)機(jī)械控制模塊等等，這些不同的模塊有不同的任務(wù)，他們能劃分成兩 類(lèi)，實(shí)時(shí)任務(wù)模塊和非實(shí)時(shí)任務(wù)模塊，實(shí)時(shí)任務(wù)模塊根據(jù)重要程度被劃分成不同的優(yōu) 先程度，圖 3 定義了模塊類(lèi)型。 在傳統(tǒng)的單任務(wù)控制系統(tǒng)機(jī)制中，單循環(huán)是主要的結(jié)構(gòu)，所有的模塊整體運(yùn)作， 但實(shí)際上每一個(gè)模塊有不同的執(zhí)行頻率，在這樣的結(jié)構(gòu)中去滿(mǎn)足復(fù)雜的時(shí)間協(xié)調(diào)要求 是非常困難的。 考慮到數(shù)控變位機(jī)的控制系統(tǒng)必須劃分成多個(gè)模塊，他可以定義為子任

64、務(wù)，多任 務(wù)機(jī)制應(yīng)該用來(lái)執(zhí)行這些任務(wù)，在多任務(wù)控制系統(tǒng)中，每一個(gè)模塊在執(zhí)行完成后反饋 給系統(tǒng)安排，任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果是可變的，他可以在執(zhí)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)的改變，每一個(gè)子 任務(wù)的優(yōu)先權(quán)決定他的執(zhí)行頻率，有高優(yōu)先權(quán)的的任務(wù)有高的執(zhí)行頻率，每一個(gè)任務(wù) 在他各自的時(shí)間中運(yùn)行，控制系統(tǒng)中復(fù)雜的實(shí)時(shí)要求應(yīng)該通過(guò)設(shè)定合理的時(shí)間和每一 個(gè)任務(wù)的優(yōu)先權(quán)實(shí)現(xiàn)。 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4.1 雙?？刂破鞣抡婵刂平Y(jié)果 為了檢驗(yàn)雙?？刂破鞯目刂菩?對(duì)其進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，作為對(duì)照，把經(jīng)典 PID 控制、 模糊控制和雙模協(xié)調(diào)控制都集中在一起，便于比較.圖 4 是系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的仿真結(jié) 果。 從圖 4 中可以看出，P I D 控制有幾次超調(diào)

65、，隨著輸入頻率的增大，超調(diào)量也增大， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 43 且過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致指令在稍有變化后，響應(yīng)不能及時(shí)跟蹤指令的變化，控制精度 低。模糊控制響應(yīng)快，但穩(wěn)態(tài)精度低。只有雙模協(xié)調(diào)控制既超調(diào)很小，又達(dá)到很高的 穩(wěn)態(tài)精度，控制效果好。 從計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)論來(lái)看，文中提出的方法能有效地協(xié)調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài) 特性 之 間的矛盾，滿(mǎn)足了系統(tǒng)對(duì)位置控制的要求。 4.2 位置控制的試驗(yàn)結(jié)果 圖 5 為位置誤差測(cè)試曲線。誤差通過(guò)檢測(cè)光電編碼器位置反饋與給定量的差值得 到。光電編碼器選用 2500 個(gè)脈沖轉(zhuǎn)，經(jīng) 4 倍頻后達(dá) 100 000 個(gè)脈沖 轉(zhuǎn)。從三條誤 差曲線可看出，其共同趨勢(shì)是，在指令突變時(shí)，

66、 誤差曲線也變化劇烈， 容易產(chǎn)生振 蕩。不同的是，模糊控制誤差曲線突變大，但能很快進(jìn)入穩(wěn)定；P I D 控制突變不如模 糊控制明顯，但需要多次反復(fù)才可穩(wěn)定下來(lái)； 而雙模協(xié)調(diào)控制誤差曲線則規(guī)則得多， 突變不明顯，最后實(shí)際靜差在 4 - 5 個(gè)脈沖范圍內(nèi)變化。由此可知其理論位置控制。 相對(duì)誤差為 5100000=0.0 0 5(變位機(jī)運(yùn)行在 360 以?xún)?nèi))。 絕對(duì)誤差為 53.1 41000100000= 0.157 turn （工作臺(tái)邊緣，工作臺(tái)直徑為 1000 mm） 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 44 同時(shí)為了驗(yàn)證整個(gè)控制系統(tǒng)的控制精度和可靠性，對(duì)典型焊件進(jìn)行了多次焊接試 驗(yàn)，結(jié)果證明該系統(tǒng)滿(mǎn)足與機(jī)器人配合工作的位置控制和速度控制精度要求。 5 結(jié)論 (1)作者所設(shè)計(jì)的雙模智能控制器，既利用了模糊控制在誤差較大時(shí)調(diào)節(jié)快 的優(yōu)點(diǎn)， 又利用了傳統(tǒng) PID 控制在誤差小時(shí)的調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)勢(shì)，提高了高精度數(shù)控焊接變位 機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和定位精度。 (2)控制系統(tǒng)引入多任務(wù)機(jī)制，可以有效地改善程序結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，滿(mǎn) 足復(fù)雜系統(tǒng)的控制要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 45 (3)所設(shè)計(jì)的