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),船舶,導(dǎo)軌,垂直,雙面,角焊機(jī),設(shè)計(jì)
江蘇科技大學(xué)（畢業(yè)設(shè)計(jì)）
目錄
第一章 緒論 2
1.1焊接接技術(shù)的應(yīng)用 2
1.2焊接機(jī)械裝備 2
1.3焊接工藝確定分析 4
第二章 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 7
2.1傳動(dòng)方案的確定 7
2.2 絲杠螺母的選擇 7
2.3、電動(dòng)機(jī)選擇 8
第三章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì) 12
3.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
3.1.1、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 12
3.1.2、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 13
3.2軸的設(shè)計(jì) 14
3.2.1高速軸的設(shè)計(jì) 14
3.2.2、低速軸的設(shè)計(jì) 16
3.3鍵的選擇與校核 18
3.3.1、高速級(jí)軸鍵的選擇及校核 18
3.3.2、低速軸上鍵的選擇及校核 18
3.4軸承的選擇與校核 19
3.4.1高速軸上滾動(dòng)軸承的壽命 19
3.4.2低速軸上滾動(dòng)軸承的壽命 19
3.5 箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇 20
第四章 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.1焊接夾具概述 21
4.2 焊裝夾具的定位原則： 22
4.3 基準(zhǔn)的選擇 23
4.4 焊裝夾具的機(jī)構(gòu)分析 24
4.5、焊接專用夾具設(shè)計(jì)的步驟 25
第五章 送絲機(jī)設(shè)計(jì) 27
5.1微型送絲機(jī)的設(shè)計(jì)原理 27
5.2驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 28
5.3壓板及底板的設(shè)計(jì) 29
第五章 PLC設(shè)計(jì)概述 32
總結(jié) 34
致 謝 35
參考文獻(xiàn) 36
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(lái)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(mén)，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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(mén)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(mén)設(shè)計(jì)的焊接自動(dòng)化設(shè)備。可以通過(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(méi)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(guò)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(jiàn)性好，焊接過(guò)程中可根據(jù)熔池情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù)； (2)焊接過(guò)程操作方便，沒(méi)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(guò)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(pán)上的各種開(kāi)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(kāi)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(kāi)啟焊劑供給閥，當(dāng)機(jī)頭末端漏出焊劑時(shí)，將紅色開(kāi)關(guān)調(diào)至“Ⅰ”位置，直到起弧。堆焊過(guò)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(pán)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(guò)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(guò)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(guò)刻度盤(pán)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(jiàn)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(jiàn)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(xiāo)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(lái)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(xiāo)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(lái)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(xiāo)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(kāi)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(méi)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(méi)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(jiàn)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(méi)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(guò)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(chē)焊裝夾具定位原則：
與其它夾具一樣，設(shè)計(jì)汽車(chē)焊裝夾具亦應(yīng)遵循六點(diǎn)定位原理。但由于汽車(chē)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)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(guò)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(guò)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(wèn)題就是怎樣選擇定位基準(zhǔn)，一般來(lái)說(shuō)，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(chē)身沖壓件，可以選擇曲面外形、曲面上經(jīng)過(guò)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(shū)，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(wèn)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(jiàn)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(guò)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(lái)完成送絲過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)圓錐銷(xiāo)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(guò)圓錐銷(xiāo)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(xiāo)選擇圓錐銷(xiāo)，銷(xiāo)與孔過(guò)盈配合。
銷(xiāo)與孔為過(guò)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。基本型的深溝球軸承由一個(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耄娱L(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(guò)程發(fā)現(xiàn)圓弧部分太多，造成了加工的困難的過(guò)程中，考慮到零件的外形對(duì)送絲機(jī)的效率以及功能沒(méi)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(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)大壓力，以防支架承受過(guò)大壓力而變形。
支架與底板壁的定位孔A直徑O2=8mm。孔壁厚為1.5mm。
支架為中空型，其左右壁厚m均為m=3mm，左右壁通過(guò)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(kāi)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(kāi)裂的能力
底板的底厚與壁厚皆為4mm。將發(fā)動(dòng)
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