焊接操作机设计说明书姓名:班级:学号:指导教师:设计题目:小直径筒体外环焊接操作机设计设计参数:筒体直径D=800~1600mm单节筒长 L=1800~2000mm筒节壁厚δ=6~20mm筒体材料 Q235A焊接速度 Vh=15~40m\h设计要求:1.选择焊接方法及施焊技术方案2.外环缝焊接操作机设计方案论证3.外环缝焊接操作机设计与计算4.绘制施工设计图5.撰写设计说明书(一)焊接方法的选择及施焊技术方案1.焊接方法的选择由参考文献[1]表6-28得根据材料为优质碳素结构钢,厚度为6~20mm.选择CO2气体保护金属极电弧焊。
2.焊丝的选择由参考文献[1]附录E可得Q235A的化学成分,根据此成分由参考文献[1]表6-33可选出,焊丝牌号为H10MnSiA由参考文献[2]表4-1,根据板厚为6~20mm并采取平焊位置,选择焊丝直径为1.6~2mm3.焊接电流的选择由参考文献[2]表4-2,选择焊接电流为200~600A具体大小根据具体板厚调节.4.焊接电压的选择由参考文献[2]表4-2,选择焊接电压为27-36V,具体大小根据具体板厚调节.5.焊接速度的选择由参考文献[1]表6-29,焊接速度约为39 m\h6.焊丝干伸长度的选择由于在实验和生产时,在一般情况下焊丝干伸长度为十倍的焊丝直径较为合适,所以选择干伸长度为16~20mm7.气体流量的选择CO2气体的流量主要是对保护性能有影响,CO2气体的流量要有一定的挺度,免受空气的污染和破坏,根据焊丝直径选择气体流量为20L\min8.电源极性的选择CO2气体保护金属极电弧焊由于具有非轴向过度的特点,为了减少飞溅,所以选择直流反极性焊接,即焊件接负极,焊枪接正极.9.坡口选择由文献[3]表5.4得如图,选择V形坡口,坡口角度a=60°当厚度<12mm时,间隙钝边G=0mm钝边量R=2mm当厚度12<δ<20mm时G=1mm10.焊机的选择由文献[4]表3-33选NZC-500-1型自动二氧化碳弧焊机,参数如下电源电压 380V额定电流 500A送丝速度 96~ 960m/h焊接速度 18~ 120m/h焊丝直径 1~ 2mm焊车重量 25kg控制箱重 110kg焊车尺寸 625*310*800mm控制箱尺寸 950*610*890参考价格 13000元(二)外环缝焊接操作机设计方案论证由文献[1]表5-29选择滚轮架外形尺寸为2780*1269*1169mm摆轮中心高600mm.操作机焊接机头安装在伸缩臂的一端,伸缩臂通过滑鞍安装在立柱上,可沿立柱升降,立柱直接固定在底座上,伸缩臂的进给运动为司服电动机驱动,其伸缩速度在15~ 40m/h并且无级可调。
(三)外环缝焊接操作机设计与计算1.伸缩臂的行程由文献[1]表5-29选择滚轮架外形尺寸为2280*1269*1169mm摆轮中心高600mm.伸缩臂长L>2780/2=1890mm,所以设计伸缩臂行程为2000~3500mm。
2.升降机构的升程由于摆轮中心高600mm,所以焊点的最低尺寸应为600+800=1400mm,选取1200mm,由于滚轮架高1169mm所以焊点的最高尺寸为1169+1600=2769mm,又因为伸缩臂有一定的厚度,所以选取追高行程为3200mm,所以升降机的升程为1200mm~3200mm。
3.伸缩臂的材料及尺寸的选择材料选45钢,尺寸为5000*250*100mm厚度为10mm的箱形钢,4.立柱的材料及尺寸的选择材料选45钢,尺寸为3500*300mm厚度为20mm的筒形钢5.结构形式由文献[5]表2-14得,选择螺旋传动形式,司服电动机通过丝杠驱动螺母运动以带动伸缩臂升降,丝杠下端为悬垂状态,恒速或变速升降。
由文献[5]表2-15得,司服电动机通过齿轮驱动固定在伸缩臂上的齿条,从而带动伸缩臂在滑块上伸缩。
6.强度计算G3如图:(1).伸缩臂的重量G0=mg=ρVg=7800(250*100-230*80)*5000*109 *9.8=2522.52=2523N当伸缩臂伸出最长时,长端的重量为G2=2523*3500/5000=1766N短端的重量为G1=2523-1766=767N所以提升时的滑套与立柱之间的压力设为N1焊车重为G3,取h=510mm所以有N1h+G1L1=G2L2+G3L3N1*510+767*750=1766*1750+25*3500*9.8N1=6613N由文献[5]P189得,立柱与滑块之间的摩擦力为F=N1*f=6613*0.1=662N所以提升力P为P=G0+G3+F=2523+25*9.8+662=3430N(2).验算伸缩臂外伸至极点而滑套与立柱间不发涩的条件把G1,G2,G3等效成G2时的作用点为G2L2+G3L3-G1L1=G2L0L0=(1766*1750+25*3500*9.8-767*750)/1766=1909.8=1910mm取L4=210mm所以有h/(L2+L4)=510/(1910+210)=0.241由文献[1]P1892fK a=2*0.1*1.2=0.24<0.241所以不会发涩(3).提升机构的功率由文献[1]表5-35得丝杠传动η1=0.5,摩擦传动η2=0.88,滚动轴承η3=0.99所以总传动η=η1*η2*η3=0.5*0.88*0.99=0.4356由文献[5]表2-18得选取最大提升速度v=3000mm/min=3m/h所以功率N=Pv/60000η=3430*3/60000*0.4356=0.3937KW(4).选取电动机由文献[6]选取电动机型号为130SZ04转距为19500 转速为3000 功率为600W 电枢电压220V 励磁电压220V 电枢电流3.8A 励磁电流0.18A7. 伸缩机构计算(1)伸缩阻力的计算取L4=600mm L5=450mm则有Q2*L4+G1(L1+L4/2)=G2(L2-L4/2)+G3(L3-L4/2)即Q2*600+767*(750+300)=1766*(1750-300)+25*9.8*(3500-300)Q2=4232.25N则Q1=Q2+G1+G2+G3=4232.25+767+1766+25*9.8=7010.25N所以摩擦力为W s1=Q1f=7010.25*0.1=701.025NW S2=Q2f=4232.25*0.1=423.225N所以W S=W S1+W S2=1124.25N(2)伸缩机构功率的计算速度v由题中已经给出为v=15~40m/h=0.25~0.667m/min 取v=0.667m/min伸缩机构总传动效率由文献[1]表5-35得摩擦传动η1=0.88 齿条传动η2=0.90 圆锥齿轮η3=0.90所以伸缩机构总传动效率为η=η1*η2*η3=0.88*0.90*0.90=0.7128所以功率为N=W S v/60000η=1124.25*0.667/60000*0.7128=0.0175KW=17.5W(4)选择电动机由文献[6],选取电动机型号为55SZ04转距为660 转速为3000 功率为20W 电枢电110V 励磁电压110V 电枢电流0.34A 励磁电流0.09A8.承载结构计算.(1M W1=(G h+0.5G b)*L=(25*9.8+0.5*1776)*3500=3948Nm伸缩臂上最大应力的计算伸缩臂抗弯截面系数W bs=b1h1²/6-b2h2²/6=(0.1*0.25*0.25-0.08*0.23*0.23)/6=0.336*103-Nm 伸缩臂上最大弯曲应力为δ=M w1/W bs=3948/0.336*103-=11.75MPa(2)立柱上最大弯距的计算M W1=(G h+0.5G b)*L-0.5G A*L1=(25*9.8+0.5*1766)*350-0.5*767*1500 =3372.75Nm立柱上最大弯曲应力的计算立柱抗弯截面系数Wbs=π(D³-d³)/32=3.14(0.3³-0.26³)/32=0.925*103-立柱上最大弯曲应力为δ=M w2/W bs=3372.75/0.925*103-=3.646MPa(3)伸缩臂和立柱的刚度计算立柱惯性距的计算J Z=π(D4-d4)/64=0.173*103-伸缩臂的惯性距的计算J b= b1h1³/12-b2h2³/12=0.049*103-由文献[1]附录C5 E取210*109f1=M w2*H²/2EJ Z=3372.75*3.5*3.5/2*210*109*0.173*103-= 0.569*103-f2=f1φ1=M w H/EJ Z=3372.75*3.5/2*210*109*0.173*103-= 0.162*103-f3=φ1*L= 0.162*103-*3.5=0.569*103-φ2=G h L²/2EJ b+ G b L²/6EJ b- G a L²/6EJ b=0.332*103-f3=G h*L³/3EJ b+ G b*L³/8EJ b- G a*L³/8EJ b=0.92*103-(4)焊丝末端位移的计算垂直位移Δ1= f3+f4=0.569*103-+0.92*103-=1.489*103-m水平位移Δ2= f2-(φ1+φ2)= 0.569*103--(0.162*103-+0.332*103-)=-1.743*103-根据第二刚度条件(L+H)/2000=(3.5+3.5)/2000=3.5*103->Δ1=1.489*103-m(L+H)/3000=2.33*103->Δ2=1.174*103-m9.丝杠的选择及计算由文献[7],表21.1-20,GB5796.4-86选取公称直径d=50mm L=3450mm p=10耐磨性验算又文献[7]表22.4-3得d2=ε]FΦ=0.8355[/P2523(+=1.58<<50mm252/)8.9**螺母高度 H=φ*d=2*50=100mm旋合数 Z=H/P=100/10=10<12螺纹工作高度 h=0.5P=5mm工作压强 P=F/πdbZ=2523/3.14*50*5*10=0.32MPa验算自锁λ=arctgs/πd=arctg10/3.14*50=3.6°<4.5°螺杆强度由文献[1]附录E,二δs=355Mpδ=4F/πd²=4*2523/3.14*50²=1.25<<355 Mp 螺纹牙强度由GB5796.1-86得 b=0.65P=6.5螺杆剪切强度由文献[1]附录E,二δs=355Mp[δ]= δs/5=355/5=71Mp [τ]=0.6[δ]=42.6Mpτ=F/πdbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp<42.6Mp 弯曲强度计算δb=3Fh/πd²bZ=3*2523*5/3.14*50*6.5*6.5*10=0.57<<71Mp=[δ]螺母剪切强度由文献[1]附录E,二δs=355Mp[δ]= δs/5=355/5=71Mp [τ]=0.6[δ]=42.6Mpτ=F/πdbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp<42.6Mp 弯曲强度计算δb=3Fh/πd²bZ=3*2523*5/3.14*50*6.5*6.5*10=0.57<<71Mp=[δ]所以此丝杠及螺母符合要求10.齿轮与齿条传动的几何尺寸计算由文献[8]表2.2-20 选取m=2 压力角a=20由文献[8]表2.2-1 齿顶高系数ha*=1 径向间隙系数C*=0.25由文献[8]表2.2-5 得出如下齿轮齿条的参数取齿数 Z=30>17分度圆直径 d=Zm=30*2=60mm基圆直径 d b=dcosa=60*cos20=56.3816mm周节 P=πm=3.14*2=6.28齿顶高 ha= ha**m=1*2=2齿根高 hf=(ha*+ C*)*m=(2+0.25)*2=4.5顶圆直径 da=d+2ha=60+2*2=64齿条的长度取4m 宽度取30mm11.底座的选择及计算材料选择为45钢的钢板和工字钢形状如后图图中a为工字钢 b为钢板厚度δ=20mm其中 L1=1500mm L2=1000mmL3=1000mm L4=400mmL5=200mm稳定性验算由前面已经算出G 1=25*9.8=245NG 2=1766NG 4=767NG 3=mg=ρgv=7800*9.8*3.14*(0.3*0.3-0.26*0.26)*3.5/4=5993N 由图可知,操作机以A 为支点时的逆时针的扭距为G 1(L 3+L 4)+G 2*L 3=245*3.5+1776*1.75=3948Nm顺时针的扭距为(G 1+G 2+G 3+G 4)L 1+G 4*L 5=(1766+245+767+5993)*1+767*0.75 =9346.25>>3948所以此操作机稳定(四)参考文献[1] 焊接设计简明手册机械工业出版社主编:陈祝年[2]CO2气体保护焊机械工业出版社主编:郑州机械研究所[3]电弧焊基础哈尔滨工业大学出版社主编:杨春利林三宝[4]焊接设备选用手册机械工业出版社[5]焊接工装夹具及变位机械机械工业出版社主编:王政[6]电机工程手册第四卷机械工业出版社主编:沈鸿[7]机械设计手册机械工业出版社主编:徐灏[8]齿轮手册上册机械工业出版社主编:叶克明。