焊接变位机械设计研究

袁培良

摘 要：本焊接变位机械设计主要设计一种普通型焊接变位机械，通过焊接变位机械设计和校核，得到下面的效果：1.本焊接变位机械有两个主自由度，能够实现工作台的回转和翻转运动，进行全位置焊接。2.本焊接变位机械能够适应不同形状和尺寸的中小焊件。3.本变位机结构简洁，尺寸较小，节省材料。4.本焊接变位机械设计能够保证焊接操作方便、省力、安全，具有良好的工艺性，便于制造、维修和保养。

关键词：焊接变位机械;设计;校核

一、绪论

在焊接生产中，经常会遇到焊接变位及选择合适的焊接位置的情况，针对这些实际需要，我们设计了焊接变位机械，它可以通过工作台的回转和倾斜，使焊缝处于易焊位置。焊接变位机械与焊接操作机配合使用，可以实现焊接的机械化、自动，提高了焊接的效率和焊接质量。

二、焊接变位机械的总体方案设计

1.焊接变位机械的总体设计和适用范围

焊接变位机械设计是为了满足焊接生产的功能，分析设计时要从该变位机在整个生产系统中的功能来考虑：

（1）对待焊接部件的装夹和固定;

（2）在设计参数许可的范围内对不同外形部件的焊接;

（3）使焊接工件能够沿着一定的轨迹运动到合适的焊接位置;

（4）对常见的工作环境能够适应。

（5）能适应尺寸要求下的不同形状的工件焊接;

（6）结构简洁，外形尺寸小，成本低;

（7）多数采用标准件，方便制造。

本焊接变位机械适用与中小工件的手工焊接，自动焊接等。能有效的將工件调整到合适的焊接位置。特点是操作简单，安全，成本较低。

2.设计方案的确定

本焊接变位机械由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。

（1） 工作台

它用于工件的停放和固定。在台面上开沟槽，表面经网络状处理后增大了摩擦，一方面配合夹具固定工件，一方面也增大了表面的摩擦。

（2）回转机构

用于实现工作台上工件的回转。其中有很多传动部分的设计。

在设计中，一般采用两个或者两个以上的传动机构，如两级蜗杆传动。这种情况下要考虑传动机构的布置，因为这对整个传动机构的平稳和效率都有影响，并且还影响机械的外形和尺寸。

（3） 工作机需要电动机输入功率才能工作

工程实践表明，传动装置是机械中重要的组成部分，在整机的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因此，正确设计传动装置对保证整机的技术性能和质量指标都具有相当重要的意义。根据工作原理的不同，传动分为两类：机械传动和电传动。

（4）选择传动形式时，应当考虑的主要指标

功率、效率、运动性能、外型尺寸、重量、生产率和成本等。

三、焊接变位机械的设计与校核

1.传动装置总效率的确定

（1）蜗杆传动的效率

①第一级蜗杆的效率。

第一级蜗杆是圆弧面油润滑，它的传动效率在0.85～0.95之间，取0.95;并且蜗杆的两端有一对滚动轴承，润滑正常，传动效率取0.97;所以得到，第一级蜗轮传动的总效率为0.92

②第二级蜗杆的传动效率。

第二级蜗杆也是圆弧面油润滑，传动效率也取0.95;两端采用一对润滑良好的滑动轴承，其传动效率为0.97;在蜗杆上，还有一个滑动轴承，润滑正常，传动效率为0.97;所以，第二级蜗杆传动的效率为0.89。

③第三级传动是V带传动。

平带传动的精度低，但是平稳性好 ，并且不会产生自锁现象，还能起到过载保护作用。传动效率取0.98;

所以，回转机构总的传动效率为0.81

（2）翻转机构的传动总效率

摆线针状减速器的传动效率在0.90～0.97 之间，选0.95;

在减速器外连接的三个圆柱齿轮的传动效率在0.96～0.99之间，为计算方便，都取0.98;

在连接中还有两个滑动轴承，传动效率取0.96;

综合得到，翻转机构的总传动效率为0.86。

2.电动机额定功率的确定

（1）电机容量的确定

标准电动机的容量用额定功率表示 ，所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率，也就是：

P额定=（1～1.3）Pd

工作机效率选取0.8

（2）回转机构电机额定功率的确定，

由公式

P额定=（1～1.3）Pd                                （3-3）

Pd =Pw/                                     （3-4）

得到

P额定=0.45kw

（3）翻转机构电机额定功率的确定

P额定=（1～1.3）Pd

Pd =Pw/

得到

P额定=0.49KW

3.电动机转速的确定

P额定相同的电动机有不同的转速。我所选择的Z2系列直流电动机有以下几种转速供选择：3000r/min～600r/min。电机的转速高，传动结构的尺寸也增大，成本高，所以应当综合考虑选用合适的电机转速。

具体的转速由下面的公式确定：

（3-5）

根据公式得到：

A 回转机构电机的额定转速范围

nd=Ia n=2000 （0.1～0.6）=200～1200

B 翻转机构电机的额定转速的范围

nd=Ia n=2800 0.5=1420

由此，确定电机的转速为 1500r/min。

四、结语

焊接变位机械已经成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划分为焊接辅助机。就型式系列和品种规格而言，已经问世的，约有十余个系列，百余个品种规格，正在形成一个新兴行业。但有关焊接变位机械的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题。在本次设计中，参照设计数据和相关资料，选择机构和传动方式，确定机构各个部分的传动功率、转矩和进行强度计算和校核，保证机构的合理性。选用的方法主要是机械设计的相关知识，使用到的有材料力学、金属工艺学、Autocad等。

参考文献：

[1]  陈祝年.焊接设计简明手册[M]北京：机械工业出版社，1997年.

[2]  陈秀宁.机械设计基础[M].杭州：浙江大学出版社，1999年.