小直径筒体外环焊接操作机设计.doc

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1、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=8001600mm 单节筒长 L=18002000mm 筒节壁厚 =620mm 筒体材料 Q235A 焊接速度 Vh=1540mh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 目录焊接操作机设计说明书1设计题目：小直径筒体外环焊接操作机设计22.外环缝焊接操作机设计方案论证2(一) 焊接方法的选择及施焊技术方案41.焊接方法的选择42.焊丝的选择43.焊接电流的选择44.焊

2、接电压的选择45.焊接速度的选择46.焊丝干伸长度的选择47.气体流量的选择48.电源极性的选择49.坡口选择410.焊机的选择5（二）外环缝焊接操作机设计方案论证5（三）外环缝焊接操作机设计与计算51.伸缩臂的行程52.升降机构的升程53.伸缩臂的材料及尺寸的选择54.立柱的材料及尺寸的选择55.结构形式56.强度计算6（1）.伸缩臂的重量6（2）.验算伸缩臂外伸至极点而滑套与立柱间不发涩的条件7（3）.提升机构的功率7（4）.选取电动机7由文献6选取电动机型号为130SZ0477. 伸缩机构计算7（1）伸缩阻力的计算7（2）伸缩机构功率的计算8（4）选择电动机8由文献6，选取电动机型号为5

3、5SZ0488.承载结构计算.8（1）伸缩臂上最大弯距的计算9（2）立柱上最大弯距的计算9（3）伸缩臂和立柱的刚度计算9（4）焊丝末端位移的计算109.丝杠的选择及计算1010.齿轮与齿条传动的几何尺寸计算11齿条的长度取4m 宽度取30mm1111.底座的选择及计算11（四）参考文献13(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620mm.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

4、据板厚为620mm并采取平焊位置，选择焊丝直径为1.62mm3.焊接电流的选择 由参考文献2表4-2，选择焊接电流为200600A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 mh6.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1620mm7.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20Lmin8.电

5、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， a间隙钝边G=0mm钝边量R=2mm当厚度1220mm时G=1mmR=3mm R G 10.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*61

6、0*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L2780/2=1890mm，所以设计伸缩臂行程为20003500mm。2.升降机构的升程 由于摆轮中心高600

7、mm，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1200mm3200mm。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

8、-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 l4 h G3 G2 l2 l1 G1 L3 如图：（1）.伸缩臂的重量G0=mg=Vg=7800（250*100-230*80）*5000*10*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=6613

9、N由文献5P189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1P1892fKa=2*0.1*1.2=0.240.241所以不会发涩（3）.提升机构的功率 由文献1表

10、5-35得丝杠传动1=0.5，摩擦传动2=0.88，滚动轴承3=0.99所以总传动=1*2*3=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/60000=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0.18A 7. 伸缩机构计算（1）伸缩阻力的计算 Q2 L5 G3 G2 L2 L1 Q1 G1 L3 L4 取L4=600mm L5

11、=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 Ws1=Q1f=7010.25*0.1=701.025N WS2=Q2f=4232.25*0.1=423.225N 所以WS=WS1+WS2=1124.25N （2）伸缩机构功率的计算 速度v由题中已经给出为 v=1540m/h=0.250.667m/

12、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1=0.88 齿条传动2=0.90 圆锥齿轮3=0.90 所以伸缩机构总传动效率为 =1*2*3=0.88*0.90*0.90=0.7128 所以功率为 N=WSv/60000=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0.09A 8.承载结构计算. L L1 GB GA Gh （1）伸缩臂上最大弯距的计算

13、MW1=（Gh+0.5Gb）*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 Wbs=b1h1/6-b2h2/6=（0.1*0.25*0.25-0.08*0.23*0.23）/6=0.336*10Nm伸缩臂上最大弯曲应力为=Mw1/Wbs=3948/0.336*10=11.75MPa（2）立柱上最大弯距的计算MW1=（Gh+0.5Gb）*L-0.5GA*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=（D-d）/32=3.14（0.3-0.2

14、6）/32=0.925*10立柱上最大弯曲应力为=Mw2/Wbs=3372.75/0.925*10=3.646MPa（3）伸缩臂和立柱的刚度计算 f1 L f3 1 2 f4 f2 立柱惯性距的计算JZ=（D-d）/64=0.173*10伸缩臂的惯性距的计算Jb= b1h1/12-b2h2/12=0.049*10由文献1附录C5 E取210*10f1=Mw2*H/2EJZ=3372.75*3.5*3.5/2*210*10*0.173*10= 0.569*10f2=f11=MwH/EJZ=3372.75*3.5/2*210*10*0.173*10= 0.162*10f3=1*L= 0.162*1

15、0*3.5=0.569*102=GhL/2EJb+ GbL/6EJb- GaL/6EJb=0.332*10f3=Gh*L/3EJb+ Gb*L/8EJb- Ga*L/8EJb=0.92*10（4）焊丝末端位移的计算 垂直位移 1= f3+f4=0.569*10+0.92*10=1.489*10m 水平位移2= f2-（1+2）= 0.569*10-（0.162*10+0.332*10） =-1.743*10根据第二刚度条件（L+H）/2000=（3.5+3.5）/2000=3.5*101=1.489*10m（L+H）/3000=2.33*102=1.174*10m9.丝杠的选择及计算 由文献7

16、，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=0.8=1.5850mm螺母高度 H=*d=2*50=100mm旋合数 Z=H/P=100/10=1012螺纹工作高度 h=0.5P=5mm工作压强 P=F/dbZ=2523/3.14*50*5*10=0.32MPa验算自锁 =arctgs/d=arctg10/3.14*50=3.64.5螺杆强度 由文献1附录E，二 s=355Mp=4F/d=4*2523/3.14*50=1.25355 Mp 螺纹牙强度 由GB5796.1-86得 b=0.65P=6.5

17、 螺杆 剪切强度 由文献1附录E，二 s=355Mp = s/5=355/5=71Mp =0.6=42.6Mp=F/dbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp42.6Mp弯曲强度计算 b=3Fh/dbZ=3*2523*5/3.14*50*6.5*6.5*10 =0.5771Mp= 螺母 剪切强度 由文献1附录E，二 s=355Mp = s/5=355/5=71Mp =0.6=42.6Mp=F/dbZ=2523/3.14*50*6.5*10=0.25Mp42.6Mp弯曲强度计算 b=3Fh/dbZ=3*2523*5/3.14*50*6.5*6.5*10 =0.5771Mp= 所

18、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=3017 分度圆直径 d=Zm=30*2=60mm 基圆直径 db=dcosa=60*cos20=56.3816mm 周节 P=m=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

19、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=20mm其中 L1=1500mm L2=1000mm L3=1000mm L4=400mm L5=200mm L5 L4 L3 L5 L3 G1 G2 G4 L2 L4 L1 A L1 L2稳定性验算由前面已经算出G1=25*9.8=245NG2=1766NG4=767NG3=mg=gv=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G1（L3+L4）+G2*L3=245*3.5+1776*1.75=3948Nm顺时针的扭距为（G1+G2+G3+G4）L1+G4*L5=（1766+245+767+5993）*1+767*0.75 =9346.253948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2CO2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