摘要在设计中直缝焊接机是最为典型且应用最广泛的机动式焊接机械装备，他主要包括电气控制部分和机械部分，本设计重点介绍了自动焊机的机械部分和自动控制。

机械部分是驱动焊体的移动部分，包括电动机，联轴器，轴承和减速器等。

自动控制部分主要是PLC自动控制。

译：The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of elec tronic cotroling and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation ----wheel .degradation ---conveyor and so on . the automatic controlling main is PLC automatic controlling目录毕业设计任务书 (Ⅰ)摘要 (Ⅱ)概述 (1)第一章机械传动装置总体设计 (2)一、拟订传动方案 (2)二、丝杠螺母选择 (2)三、电动机选择 (4)第二章机械减速器设计 (6)一、齿轮的设计与计算 (6)二、轴的设计 (9)三、键的选择与校核 (12)四、轴承的选择与校核 (13)五、箱体结构尺寸选择 (14)第三章焊接专用夹具设计（略） (15)第四章直流调速系统设计 (15)一、直流电动机调速原理 (15)二、直流调速系统结构框图设计 (16)三、直流调速系统各组成电路设计 (16)四、晶闸管直流调速系统原理电路图 (22)第五章电气控制系统设计 (22)一、电气控制系统概述 (22)二、可编程控制器的特点 (22)三、自动直缝焊接设备电气控制系统设计 (23)第六章设计总结 (28)参考文献 (29)概述自动控制气体保护焊接是一种高效焊接方法，由于它具有气体保护，所以用它能进行高质量焊接，又由于采用了PLC自动控制，因而焊缝均匀。

该方法自问世以来!就一直受到人们的重视(1969年美国 DEC公司研制出第一台 PLC用于GM公司生产线上并获得成功。

进入 20 世纪 80年代!随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展!极大地推动了PLC的发展。

目前PLC已广泛应用于冶金、矿产、机械、轻工等领域!为工业自动化提供了有力的工具!加速了机电一体化的实现。

在自动控制焊机中选择PLC作为控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能强c、编程方便d、适用于恶劣的工业环境!抗干扰能力强e、具有各种接口!与外部设备连接非常方便f、维修方便等。

正因为如此，用PLC控制的气体保护自动焊机在我国被广泛的应用。

第一章机械传动装置总体设计一、拟订传动方案根据设备技术要求及各种传动机构的性能制定传动方案如图(1)传动系统设计方案（1）传动方案分析：该设备用于管类零件的直缝焊接，焊接的速度比较低，焊接的质量取决与焊接的速度快慢与稳定性。

减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮，大齿轮输出轴作为减速器的低速轴，可以使输出轴的转速稳定。

整个系统传动不太大，电机须频繁启动，对系统的调速性能要求高，为了实现较好的无级调速，选择直流电动机，利用直流电路调速系统实现无级调速。

减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮减速器可以得到一定的传动比，利用二者联合调速可以得到较好的调速性能。

二、丝杠螺母的选择1、丝杠螺母传动的特点及应用（1）用较小的扭矩转动丝杠（或螺母）可使螺母（或丝杠）获得较大的牵引力。

（2）可达到较高的降速传动比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。

（3）能达到较高的传动精度，用于进给机构还可用作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小读数值可达0.001mm。

（4）传动平稳，无噪声。

（5）在一定条件下能自锁，即丝杠螺母不能进行逆传动，此特点特别适用于作部件升降传动，可防止部件因自重而自动降落。

鉴于以上优点，有参考文献②丝杠螺母的传动方式及其应用见表5.7-1的丝杠螺母传动简图（2）：图（2）丝杠螺母传动简图2、丝杠螺母副的选择由参考文献②表5.7-6初选丝杠螺母副丝杠螺母副的基本参数如 表（1）： 螺距（mm ） 丝杠(mm) 丝杠螺母 螺母(mm) 丝杠断面积A （2cm ）螺纹升角丝杠断面极惯性矩n I （4cm ）丝杠断面惯性矩I （4cm ）外径d内径d1 中径d2 （mm ）外径 d '内径1d '4 20 15.51820.5 16 1.89 4º2ˊ46"0.5667 0.3341表（1）丝杠螺母副丝杠螺母副的基本参数丝杠的传动效率： 由参考文献②查得η=0.7丝杠螺母强度的校核计算： 由参考文献②式5.7-19的 σ=PA []211 1.6(t d ση+≤ 其中P —为丝杠所要的最大轴向力N 。

A —丝杠内经的截面积2mm 由上表知214d A π==221.8910mm ⨯1d —丝杠的内径mmη—丝杠的传动效率[]σ—许用拉应力由于螺纹所引起的应力集中系数不能精确确定,因此取[]σ=33.5sσ，s σ为材料的屈服点(2Nmm ).σ=PA 2=2=3.962N mm <[]σ三、电动机选择1、 确定驱动负载所需的外力和转矩焊枪的移动速度v由设计要求可知焊枪移动速度范围v=0.5m/min —1.5m/min 丝杠的转速n丝杠的螺距为4mm ，由参考文献②式 当v=0.5m/min 时v 为1000v n S ==10000.54⨯=125r/min 当v=1.5m/min 时v 为1000v n S ==1000 1.54⨯=375r/min 所以丝杠的转动速度范围为125r/min —375r/min2、电动机类型和结构形式选择因本设备运转速度低，调速范围广，周期性运行，切运转要平稳可靠，为了得到较好的调速性能，选用Z2系列直流电动机，利用调速电路实现系统的无级调速。

安装形式选择卧式。

3、电动机容量确定⑴ 本设备负载小，属于惯性旋转机构，固按旋转运动计算驱动功率。

⑵ 计算移动部件摩擦阻力矩移动部件的摩擦力矩为主要的功率消耗所以其它的摩擦可以忽不计，由于移动部件的重力定为500N 所以移动部件所受的摩擦力为由参考文献②表5.7-3知摩擦系数f=0.1f F =500f=500⨯0.1=50N摩擦阻力矩由参考文献⑥式5-32得2f f F L M iπη=其中L —丝杠螺距 i —齿轮减速比为4 η—传动效率定为0.72f f F L M iπη==50420.74π⨯⨯⨯=11.4Nm当丝杠作旋转运动时,克服摩擦阻力矩所需的功率P 丝=0.1047f M n/η=0.1047×11.4×375/0.7=639.5W 由参考文献⑦表2-4机械传动的效率得： a 、闭式圆柱齿轮的机械传动效率为1η=0.97 b 、一对滚动轴承的机械传动效率为2η=0.99 则机械传动链的总效率η为：η=1η2η2η=0.97⨯0.99⨯0.99=0.95 驱动功率为：P =P η丝=639.50.95=673.2W 为了扩大设备加工范围,设备的驱动转矩应有足够的余量.另因为传动比较大,调速范围宽,固应选择较高的电机,由参考文献①表13-65，选择系列化FANUC 型直流电动机5M 型.该电动机技术指标如表（2）:表（2）电动机技术指标 ⑶ 计算传动比由参考文献③知，可选择电力拖动系统为调速范围为中等调速系统即350D ≤≤ D=maxminn n =4 min n =max 4n =20004=500r/mini=n min ／n 丝＝500/125=4当丝杠转速为375r/min 时电机的转速为375⨯4=1500r/min所以要求电动机的调速范围为500r/min —1500r/min 所以能满足要求。

i=i晶×i齿,为了得到较大调速范围，用晶闸管直流调系统实现无级调速，调速范围i晶＝4;机械减速利用齿轮单级减速器实现，传动比i齿＝4.⑷计算传动装置的运动和动力参数计算各轴转速：按最高转速计算Ⅰ轴 n1=n =1500r/minⅡ轴 n2=n1/i齿=1500/4=375r/min丝杠 n3=n2=375r/min计算各轴输入功率：Ⅰ轴 P1=p×η联×η晶=800×0.99×0.9=712.8WⅡ轴 P2=p1×η齿×η承=712.8×0.97×0.99=684.5W丝杠 P3=p2×η承=684.5×0.99=677.7W计算各轴的输入转矩：Ⅰ轴 T1=T×i晶×η联=5.9×4×0.99=23.4NmⅡ轴 T2=T1×i齿×η齿×η承=23.4×4×0.98×0.99=90.7Nm 丝杠 T3=T2×η承=90.7×0.99=89.76Nm将运动和动力参数计算结果进行整理并列于表(3)。

表（3）运动和动力参数计算结果第三章机械减速器设计一齿轮的设计与计算一、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1、按图所方案，选定直齿圆柱齿轮示的传动传动。

移动部件为一般机构，速度不高，故齿轮选定8级精度。

2、齿轮选用便于制造且价格便宜的材料，由参考文献表3-2选取小齿轮材料为45号钢（调质），HBS1=240,大齿轮材料为45号钢（常化）HBS2=200.3、选取小齿轮数Z 1=20,大齿轮数Z 2=iZ 1=4×20=80。

因齿面硬度小于350HBS 的闭式传动，所以按齿面接触疲劳强度设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。

二、按齿面接触疲劳强度设计由参考文献⑧式（3-24）得设计公式为:[]21()E t HZd mm σ≥ 1、确定公式内各参数的数值 （1）试选载荷系数K t =1.3（2）计算小齿轮传递的转矩,按高速轴的最低转速计算T 1=95.5×105p/n 1=50.712895.510500⨯⨯=13614.5Nmm=13.6Nm （3）由表3-9选取齿宽系数 φd=0.8（4）由表3-7查得弹性影响系数Z E=189.8（5）由参考文献⑧表3-59查得接触疲劳强度极限σH l i m 1=590Mp a ;由 表3-59查得接触疲劳强度极限σH l i m 2=470Mp a（6）由式3-29计算应力循环次数N 1=601h n jL =60×500×1×16×300×15=21.6×1082N =1/N u =21.6×108/4=5.4×108（7）由图3—57查的寿命系数121HN HN K K ==（8）计算接触疲劳许用应力。