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1、摘要焊接变位机也已成为制造业的一种不可缺少的设备，在焊接领域把它划为焊接辅助机。就型式系列和品种规格而言，已问世的，约有十余个系列，百余个品种规格，正在形成一个新兴行业。但是，有关焊接变位机的基本概念、型式与分类、主要技术参数等，存在不统一的问题。本题目是设计能载重20 t工件，进行全位置焊接的变位机械。主要内容是关于焊接时机械的回转翻转的设计与校核、电机选择、减速器的选择、各个轴和齿轮轴承的确定以及校核等等。设计的具体过程是根据给定的技术参数，选择合适的电机，设计翻转和回转机构。回转设计时首先选择合适的传动比，再分配传动比，选择减速器和电机时要保证产生的力矩大于工件回转的最大阻力距，然后进行
2、设计。翻转设计时选择减速器和电机时也要保证产生的力矩大于工件翻转的最大阻力距，对两级齿轮分配合适传动比，进行齿轮和轴的设计。并选择合适的轴承与联轴器。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、Ansys等。关键词：焊接变位机 机械设计 Ansys分析AbstractWelding conjugation plane has become an indispensable manufacturing equipment , which is zoned welding assistant engine in the welding area. Patte
3、rns and varieties of specifications on the series, has been developed, some over 10 series, more than 100 varieties of specifications, a newly emerging industries. However, the welding machine conjugation basic concepts, patterns and classification, the main technical parameters, there are not unifo
4、rm. This topic is designed to load 20t working, welding locations throughout the conjugation machinery. Mainly on the subject of welding, mechanical rotation turnover of design and checking, the electrical options, reducer selection, various axis and the gear bearings and determine accuracy, and so
5、on. The design process is based on the given technical parameters, choosing appropriate motor, and designing the rotation and turnover mechanism. In the design of rotation mechanism, first choosing appropriate drive ratio, then distribute the drive ratio, ensure that the generated torque is bigger t
6、han the maximum resistance torque when choosing reducer and motor, then design. In the design of turnover mechanism, ensure that the generated torque is bigger than the maximum resistance torque when choosing reducer and motor, distribute appropriate drive ratio for two-stage gears, then design the
7、gears and axis. Choosing proper bearings and couplings. The method chosen mainly is mechanical design knowledge, the use of the material mechanics, metal crafts science, Autocad，Ansys.Keyword: welding positioner, mechanical design, analysis of Ansys第1章 绪论1.1 关于焊接变位机的几个定义和基本的要求1.1.1 焊接变位机的定义在焊接过程中，我们
8、经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机也就理所应当的出现了。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处以合适易焊接的位置的焊接辅助设备。选择合适的焊接变位机能提高焊接质量及生产效率，降低工人的劳动强度及生产成本，加强安全文明生产，有利于现场管理。特别是入世的冲击，工程机械市场竞争将会越来越激烈，国内企业必须适应形势，通过焊接变位机等基础设备投入达到生产能力的革命。1.1.2 焊接变位机的类型和特点焊接变位机按结构形式可分为三
9、类：（1） 伸臂式焊接变位机图1 伸臂式焊接变位机1-回转工作台 2-伸臂 3-倾斜轴 4-转轴 5-机座该机多为电动机驱动，承载能力在0.5t以下，适用于小型罕见的翻转变位。也有液压驱动的，承载能力多在10t左右，适用于结构尺寸不大，但自重较大的焊件。伸臂式的焊接变位机在手工焊中应用较多。（2） 座式焊接变位机图2 座式焊接变位机1-回转工作台 2-倾斜轴 3-扇形齿轮 4-机座座式焊接变位机工作台有一个整体翻转的自由度。可以将工作翻转到理想的焊接位置进行焊接。另外工作台还有一个旋转的自由度。该种变位机已经系列化生产，主要用于一些管，盘的焊接 。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，
10、适用于0.550t焊件的翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用最广的结构形式。常与伸缩臂式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。（3） 双座式焊接变位机图3 双座式焊接变位机1- 工作台 2-型架 3-机座 4-回转机构 5-倾斜机构双座式焊接变位机适用于50t以上大尺寸焊件的翻转变位。在焊接作业中，常与大型门式焊接操作机或伸缩臂式焊接操作机配合使用。焊接变位机的基本结构形式虽只有上述三种，但其派生形式很多，有些变位机的工作台还具有升降功能，如图4。图4 变位器的派生形式示意图1工作台 2轴承 3机座 4推举液压缸 5伸臂1.1.3 焊件变位机械类型焊件变为机械的主要功能是实现焊件的回转，翻转，或
11、者既能翻转又能回转，使工件处于最便于装配和焊接的位置。包括：焊接翻转机、焊接回转台、焊接滚轮架、焊接变位器1.1.4 焊接变位机的应用场合 焊接变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位。1.1.5结构件焊接变位机的选型根据焊接结构件的结构特点选择合适的焊接变位机。如：装载机后车架、压路机机架可用双立柱单回转模式，装载机的前车架可选型双回转式，装载机铲斗焊接变位机可设计成型双回转式，挖掘机车架、大臂等可用双座式头尾双回转型式，对于一些小总成焊接件可选取目前市场上已系列化生产的座式通用变位机。根据手工焊接作业的情况，所选的焊接变位机能把被焊工件的任意一条焊缝转到平焊或船焊位
12、置，避免立焊和仰焊，保证焊接质量。选择开敞性好，容易操作，结构紧凑占地面积小的焊接变位机，工人操作高度尽量低，安全可靠。工装设计要考虑工件装卡简单方便。工程机械大型的焊接结构件变位机的焊接操作高度很高，工人可通过垫高的方式进行焊接。焊接登高梯的选取直接影响焊接变位机的使用，视高度情况可用小型固定式登高梯、三维或两维机械电控自动移动式焊接升降台。 1.2 焊接变位机的变位在设计变位机的时候，除了主自由度外，还应该考虑辅助的变位自由度，回转、翻转是主自由度，可以添加上升等自由度。对于一些焊接位置简单的焊件，用简单的回转自由度就可以解决，但是对于位置复杂的构件必须有不同的自由度。为了解决这个问题，出
13、现了使用不同的变位机联合使用，增加焊接的自由度。1.3 变位机械中的机械传动机构的选择设计电力驱动的变位机方案时，需要选择从电机到工作台之间的机械传动方式和相应的传动机构。在选择之前必须根据装配和焊接工艺过程的特点明确下列要求：A 对变位机械的功能要求 指变位机械应该能实现什么动作，如平移、升降或者回转等。如果是平移，是直线平移还是曲线平移；如果是回转运动，是连续回转还是间歇翻转等。B 对运动速度的要求 必须明确是快速还是慢速，是恒速还是变速，是有级变速还是无级变速。C 对传动平稳性和精度的要求 例如，用于自动焊接的变位机，就要求传动具有较高的精度，这时就可以选择蜗杆传动和齿轮传动。D 对自锁
14、、过载的保护，吸振等能力的要求 一般升降用的或翻转用的以及有倾覆危险的传动，为了安全，传动机构必须有自锁能力。传动方式和其相应的传动机构可能有多个，这时就要从它们之间的传动功率大小、尺寸紧凑程度，传动效率高低和制造成本来综合考虑后择优选定了。1.4 焊接变位机械应具备的性能通用的焊接变位机械应具备的性能是1：（1）焊接变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。（2）对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。（3）在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。（4）与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小
15、和工艺方法的不同，其到位精度(点位控制)和运行轨迹精度(轮廓控制)应控制在0.12mm之间，最高精度应可达0.01mm。（5）回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。（6）有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。（7）整个结构要有良好的密闭性以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等物应易被清除。（8）焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。（9）工作台面上应刻有安装基线，装各种定位工件和夹紧机构。（10）兼作装配用的焊件变位机械抗冲击性能。并设有安装槽孔，能方便地按其工作台面要有较高的强度和抗冲击性能。（11）用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊
16、的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。1.5 国内外焊接变位机的发展本文不是研究国内外焊接变位机发展情况的专著。从上述研究目的出发，在此仅做简介。一般说来，生产焊接操作机、滚轮架、焊接系统及其他焊接设备的厂家，大都生产焊接变位机；生产焊接机器人的厂家，大都生产机器人配套的焊接变位机。但是，以焊接变位机为主导产品的企业，非常少见。德国Severt公司，美国Aroson公司，我国天津鼎盛工程机械有限公司等，算是比较典型的生产焊接变位机的企业。德国的CLOOS、奥地利igm、日本松下机器人公司等，都生产伺服控制与机器人配套的焊接变位机。以下仅就变位机型式、第一主参数等做些介绍。 2
17、2 德国Severt公司 该公司主要生产8种类型的产品，其中7种是焊接变位机。每种型式的焊接变位机，按其功能讲，均包括基本型、调速型、CNC程控型和机器人配套型等4种产品。 S10型，包括S10.1、2、3、4型等4个产品系列。即：L型双回转式、L型双回转升降式； L型双回转-倾翻式、L型双回转-倾翻升降式；2L型双回转式、2L型双回转升降式；2L型双回转-倾翻式、2L型双回转-倾翻升降式。 S20型，包括S20.1、2型2个产品系列。即：单座单回转式、单座单回转升降式；C型双回转式。 S30型，包括S30.1、2型2个产品系列。即：立式单回转；立式单回转双工位。 S40型，包括S40.1、2
18、、3、4、5、6、7等7个产品系列。即：双座单回转分体式；双座首尾单回转式；H型双座双回转式；双座首尾单回转尾架移动式；双座首尾倾翻尾架移动式；双座3轴单回转式；单座滚圈单回转式、双座滚圈单回转尾架移动式。 S50型：包括S50.1、2、3、4、5、6、7型，7个多轴（自由度）产品系列。即：立式3轴单回转双工位式；立式单回转双工位2倾翻-回转式（5轴）；立式单回转多工位2L型双回转式（5轴）；立式单回转双工位2 L型双回转倾翻式（7轴）；立式单回转双工位2双座单回转式（3轴）；立式单回转双工位2C型双回转式（5轴）；立式单回转双工位2卧式单座单回转（3轴）。 S60型：包括S60.1、2型2个
19、产品系列。即：倾翻-回转式（090）；倾翻-回转式（90）。 S70型：包括S70.1、2、3型3个产品系列。即：立式多工位式4轴（4自由度）单回转；立式多工位2倾翻-回转式（6自由度）；立式4工位立式4轴单回转。 以上共33个产品型式，每种型式都包括上述四种功能的产品，相当于132个产品系列。额定负荷为100dN10kdN。 22 美国Aroson公司 美国Aroson公司生产的焊接设备有焊接变位机、操作机、滚轮架等，可称世界之最。这个公司生产的焊接变位机，主要类型为倾翻回转式、倾翻回转升降式、双座双回转式，双座单回转式和双座单回转升降式。其承载能力范围为11 kg1810吨。 手动双回式。
20、C 系列，型号C1000、2000、4000。承载能力25磅4000磅。 小型倾翻-回转式。LD系列，型号LD 60N、150N、300N，承载能力分别为132磅、330磅、660磅。 倾翻-回转式，倾翻角度135。D、HD系列，承载能力314磅7万磅 倾翻-回转（换销）定位升降式，倾翻角度135。AB系列（30 AB1200），承载能力4300磅12万磅。 倾翻-回转（齿轮齿条）无级升降式，GE系列，倾翻角度135，型号（GE25GE3500，承载能力2500磅35万磅。 倾翻-回转式，倾翻角度90，G系列，G400G4-MEGA型，承载能力4000磅400万磅。 双座双回转式，DCG系列，
21、最大产品承载能力为500吨。 单回转式HTS 系列，HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承载能力为500磅24万磅。 单回转（齿轮齿条）升降式，HTS- GE系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承载能力为500磅24万磅。 23 德国LCOOS公司 德国LCOOS公司是国际上生产焊接设备的大型公司之一。生产焊接机器人、焊机等产品。也生产作为焊接机器人外部轴的焊接变位机。在我国，除可见到与焊接机器人系统配套进口的L型双回转式、倾翻-回转式和单回转式变位机外，还生产卧式单坐单回转WPV、立式单回转RR502以及各种多轴焊接机器人配套的变位机，如立式多工位2
22、卧式单回转R-WPV 2型（3轴）、立式多工位2C型双回转式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2倾翻-回转GR-WPK 2（5轴）、立式多工位2倾翻-回转单回移动转式GR-WPK 2-CD（9轴）等。这些产品的主参数，最大允许承载能力（max. admissible load capacity）用N表示。 24 日本松下（Panasonic）公司 日本松下公司也是机器人制造公司。这个公司生产的机器人外部设备焊接变位机有12个系列。他们把传动装置、机座、夹具体等作成了标准模块，集合而成这些产品系列。按轴数和结构型式分类。1轴变位机3个系列，即：立式单回转、卧式单座单回转、双座单回转式；
23、2轴变位机有5个系列，即：C、L、H、准L型双回转式及2卧式单座单回转式；3轴变位机有3个系列，即：立式多工位2立式单回转、卧式多工位2双座单回转式、2卧式单座单回转式；5轴变位机有1个系列，立式多工位2L型双回转式。最大有效负荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。 25 国内变位机的产品简介 现在我国生产焊接变位机的厂家已经不少，大都不成规模。以变位机为主导产品发展起来的企业，尚未形成。天津鼎盛公司工程机械有限公司、无锡市阳通机械设备有限公司、长沙海普公司、威达自动化焊接设备公司等单位生产的变位机在国内占有较大市场。到2000年，国内已开发的变位机产品约70余品
24、种规格。以下简述这些变位机的基本型式。 全双回转式。包括L、H(双座)、C型双回转式(BZ2-、BZ2A-、BZ2B-、BZ2D-系列)。 倾翻-回转式焊接变位机（BZ2C-系列）。 单回转式焊接变位。包括三种型式：双座单回转式（BZ-、BZ1-、BZA-、BZA1-系列）、双座单回转尾架移动式（BZY-、BZAY-、BZA1Y-系列）、单座单回转（立式BZAL-、BZL-，卧式BZW-、BZAW-斜式BZAX-系列）。 以上基本型产品发展了17个系列，主要为普通型，用于手把焊。此外，还有调速型、联控型（PLC、微机控制）和机器人配套型产品。 与焊接机器人配套用的变位机，开发了十余个品种。包括
25、：工位变换变位机（不参与焊接），如，立式双工位、四工位、八工位变位机，双座单回转式八工位和倾翻回转式双工位变位机等；与机器人配套焊接变位机（机器人外部轴），如，倾翻-回转伺服传动式、双座单回转伺服传动式、多轴单回转伺服传动式等。1.6 任务的提出焊接变位机尚属新兴行业，很多都属于厂家自己制定规格，自主研制，特别是在大吨位焊接变位机的设计方面，有许多发展的空间，在总结国内外关于焊接变位机的设计研制和使用方面的经验和存在的问题的前提下，本论文主要设计一个普通座式焊接变位机。1.6.1 设计要求：（1）变位机具有两个主自由度：即回转和翻转；（2）变位机的最大载重量为20t；（3）变位机的动力来源于两
26、个电动机：即回转和翻转分别一个；（4）本设计的机械传动部分包含圆柱齿轮传动，扇形齿轮传动（5）要求结构简单，操作方便，还应该节省材料（6）工件回转产生的最大阻力矩39700Nm；工件翻转产生的最大阻力矩197000Nm；1.6.2 主要的设计内容：（1） 方案的优化设计；（2） 传动比和传动效率的计算；（3） 回转与翻转部分设计，包括电机选型、齿轮设计、轴的设计、减速器选择、轴承的选择、键的选择；（4） 机架和导电机构的设计；（5） 传动部件的润滑条件分析。第2章 焊接变位机的总体方案设计2.1 焊接变位机的总体设计和适用范围焊接变位机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
27、生产系统中的功能来考虑：对待焊接部件的装夹和固定；1、 在设计参数许可的范围内对不同外形部件的焊接；2、 使焊接工件能够沿着一定的轨迹运动到合适的焊接位置；3、 能够适应常见的工作环境；4、 能适应不同尺寸要求下的不同形状的工件焊接；5、 结构简洁，外形尺寸小，成本低；6、 多数采用标准件，方便制造。本焊接变位机适用与中小工件的手工焊接，自动焊接等。能有效的将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。型号HB-20最大承载重（T）20回转角度0-120工作台翻转速度（rpm）0.2工作台回转速度（rpm）0.028-0.28最大重心矩（mm）630最大偏心矩（mm）200最大回
28、转直径（mm）3600工作台尺寸（mm）2500调速方式变频无级调速表2-1设计的基本数据2.2 焊接变位机的自由度本焊接变位机的主自由度为回转和翻转。此外，某些焊接变位机还有其他一些辅助自由度，如升降自由度。另外，还有一些变位机，为了适应焊接工位的要求，添加一些与施焊无关的自由度，并且可以根据需要而将两台或者更多的焊接变位机组合起来，形成多组合自由度的变位机产品。（1）用主自由度设计变位机，可有三种基本型式。单回转式，其转角为360n；双回转式，其转角为一个为360n，另一个为180360n；倾翻-回转式，其转角一个为360n，另一个为（090、135）。（2）多自由度产品设计，在上述基本型
29、产品上，增加辅助自由度。（3）多自由度组合结构设计，把两种或两种已上基本型产品组合设计而成。2.3 设计方案的确定本焊接变位机由工作平台、回转机构、翻转机构、机座、控制装置和焊接导电装置组成。2.3.1 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。1) 工作盘为直径2500厚70 mm的圆盘，面上加工有螺孔和6个T形满足M30 T形螺母，又加工了环型槽，便于工件对心；T形槽下面增加垫板（并保证需方提供的T型螺母能顺利安装到T形槽中）。2) 用优质钢板焊接而成，在受力部位作了加强处理；退火处理，消除应力后加工。3）
30、工作盘固定在专业回转体上，保证稳定地承载和回转；2.3.2 回转机构1）工作台固定在大型回转支承上，保证额定载荷下的承载及回转平稳；回转机构用于带动工件旋转，便于焊头对工件进行环形焊接2）工作台底部采用型材焊接成形，在受力部位作加强处理，工作台焊后进行去应力处理，变形小。3）工作台固定在回转支承上，从而保证稳定回转。采用回转支承承载，具有承载能力大，回转精度高的特点。4）转支承采用“单排球式回转支承”（型号QWC900.25C），由专业厂家生产。具有结构合理、刚性好、自重轻、寿命长等优点。回转支承设计有由耐热橡胶的全密封装置，润滑油不至于泄露，外部尘土也不能进入回转支承内损害回转支承，满足工作
31、环境较为恶劣的焊接环境使用。5）工作台的回转由交流电机通过双级摆线针轮减速器驱动，减速器输出小齿轮与回转支承啮合，从而驱动工作台回转。6）驱动小齿轮采用40Cr材质，并经调质，齿面淬火处理，从而满足高强度的传递使用。7）驱动采用交流变频无极调速，范围广，以保证在较宽调速范围内的恒扭矩输出。8）整个回转机构安装在箱型结构的横梁翻转框上，横梁对工件进行支撑承载，并将工件的重量通过横梁传递到两边立柱支架上，能承受大的冲击载荷和扭曲力。采用箱形结构可以有效承载和抗扭能力。箱形焊接件焊后去应力处理后再加工，内外根据受力情况布置有大量加强筋。横梁与翻转机构通过螺栓联接。2.3.3 翻转机构1) 翻转机构可
32、使工件产生俯仰运动，改变工件的位置便于焊接；2) 采用圆弧硬齿面蜗轮蜗杆减速器具有承载能力大，抗冲击能力强的特点，但成本是普通蜗轮蜗杆减速器2-3倍。3) 翻转工作原理:电磁制动电机-减速器-齿轮-大齿盘-工件.由大直径和大模数的双齿盘才实现工件的翻转,平稳可靠、承载效果好，翻转驱动机构也将采用高输出扭矩的减速机和电机,并考虑设备可靠安全性,均考虑锁紧制动,确保设备的安全可靠使用.4) 翻转驱动装置的小齿轮与伞齿啮合，驱动机构翻转；2.3.4.底座1) 机架采用型材焊接而成结构牢固可靠,是整个设备的支撑结构2) 为了保证强度，我们将底座联结起来联为整体，内部行腔根据受力的情况焊接加强筋；3)
33、底座的延伸支架腿长度应该达到超过其最大重心距的要求2.3.5 工作机需要电动机输入功率才能工作一般原动机与工作机不直接相连，而是通过在两者之间设置一个中间装置，称这个中间装置为传动装置简称传动；在机械中，传动装置的功用是根据工作机的工作提要求实现某种减速、增速、变速、或改变运动形式的功能。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。2.3.6 选择传动形式时，应当考虑的主要指标功率、效率、
34、运动性能、外型尺寸、重量、生产率和成本等。现分别阐述如下：1) 功率每种传动所传递的功率大小与该传动的工作原理、承载能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有关。一般来说，啮合传动传递的功率高于摩擦传动传递的功率，但是啮合传动中的蜗杆传动则因齿面相对滑动速度较大，导致发热大而效率较低而不宜传递大的功率，同步齿形带传动则因材料关系也不能传递大的功率。2)3)4) .效率效率是评定传动质量指标的一个重要参数。高的效率意味着节约动力。传动效率低，一般不宜传递大的功率。通常啮合传动的效率高于摩擦传动，但普通圆柱蜗杆的传动可能低于摩擦传动。5) 速度速度是传动装置的一个主要运动特性。提高传动的速度是机
35、械的主要发展方向之一。影响速度的因素有动载荷和制造精度等。6) 传动比传动比是传动装置的又一运动特性。每种传动因受外形尺寸或承载能力的影响限制，均有各自适用的最大传动比值。此外，还应考虑传动比值的精确性问题。对于要求精确传动比的机械，不用摩擦传动而采用啮合传动。7) 外廓尺寸、重量及成本传动装置的外廓尺寸和重量与传动零件材料的机械性能和容许传递速度、容许传递功率密切相关。在上述条件确定下，单级传动的外廓尺寸和重量主要取决于传动形式。一般来说啮合传动比摩擦传动轻巧，但成本高。啮合传动中，蜗杆传动和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常最小。6） 机构预期寿命 机构预期使用寿命为10年，每天两班制，全
36、年工作300个工作日记则其使用寿命为10*300*2*8=48000小时。2.3.7 设计中传动方式的确定采用哪一种传动形式，应根据具体情况具体分析，不仅考虑到技术性能指标，同时还要考虑经济成本，对提出的各种方案应在综合比较它们的技术经济指标后才可做出决策，在这次设计中，考虑了上述因素，我选择的传动形式如下：1) 回转机构回转机构采用双级摆线针轮减速器和一级直齿圆柱齿轮传动。2) 翻转机构在翻转机构中，采用两级圆弧齿硬齿面涡轮蜗杆减速器，与二级直齿圆柱齿轮传动。第3章 设计与校核（本章内，除特别说明外，所有数据均来自机械设计 西北工业大学编）焊接变位机由工作台，回转机构，翻转机构，底座，电气控
37、制机构和焊接导电装置等组成。表3-1设备的基本数据参数基本承载能力（吨）20工作台直径（mm）2500翻转角速度(r/min)0.2r/min旋转角度（度）0120工作台回转角速度0.0280.28r/min1. 工件回转产生的最大阻力矩39700Nm2. 工件翻转产生的最大阻力矩197000Nm3.1 回转能力计算3.1.1 回转电机选型1）选择YEJ系列电机YEJ系列制动电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型具有附加圆盘型直流制动器的三相异步电动机，它具有制动迅速、结构简单、可靠性高、通用性强等优点。被广泛应用于各种要求快速停止和准确定位的机械设备和传动装置中。YEJ系列电磁制动机三相异步电动机适用
38、于要求快速停止、准确定位、往复运转、防止滑行和各种机械中作主轴船东和辅助传动用，如升机械、运输机械、包装机械、食品机械、印刷机械、建筑机械、木工机械、减速机械、冶金机械、锻压机械。 2）电机容量选择（即额定功率） 回转最大阻力距T=39700N回转所需功率P=T*n/9550,其中n=0.028-0.28r/min,则P=0.1164-1.164kw电动机输出功率P=P/h, 其中h= h 1*h2* h3，h为电动机到工作台之间传动的总效率。h1为减速器效率，初设为0.5；h2为直齿圆柱齿轮传动效率，h2=0.94；h3为支撑效率， h3=0.8；则 h=0.5*0.94*0.8=0.376
39、。所以P=（0.1164-1.164）/0.376=0.31-3.1kw.考虑到工件回转过程摩擦力的存在，以及各零件制造的误差的影响，去P=5,5kw。3）电机额定转速确定n=（i1*i2）*n，其中i1为初选齿轮传动比，i2为初选减速器传动比；i1=4.2，i2=1247。则n=4.2*1247*（0.028-0.28）=146.7-1467。故选择n=1440r/min。4）电机型号根据所计算电机额定功率与额定转速，由机械设计手册减（变）速器电机与电器，表16-1-51，选择YEJ132S-4，额定功率为5.5kw，额定转速为1440r/min。3.1.2 回转传动比确定1)根据给定工作台
40、转速n=0.0280.28r/min,则总传动比i=1440/(0.0280.28)=514351430.初选i= ，n= r/min.2) 分配传动比选择减速机传动比i= ，齿轮传动比i= ，此时减速机输出转矩T= Nm。由机械设计课程指导书开式齿轮传动h=0.94，从动轮输出转矩T= T i h= ，T= T=39700N，满足转矩要求。3.1.3 齿轮传动设计1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1） 选用直齿圆柱齿轮传动。2） 焊接变位机回转速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3） 材料选择。小齿轮材料选择40Cr，调质，齿面淬火处理，硬度 HRC；大齿轮材料45钢，
41、调质，齿面淬火，硬度 HRC。4） 初选小齿轮齿数z= ，大齿轮齿数z= i z= ，取z= 。2. 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即d=2.32（1） 确定公式内的各计算值1） 试选载荷系数K=1.1。2） 计算小齿轮传递的转矩。T=9.5510P/n= Nm3） 由表10-7选取齿宽系数= 。4） 由表10-7查得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa。5） 由图10-21e按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限= MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限= MPa。6） 由式10-13计算应力循环次数。N=60njL=60 11030016=N=60njL=60 11030016=7） 由图10-19取接触疲劳寿命系数K= ；K= 。8） 计算接触疲劳许用应力。取失效概率1，安全系数S=1，则【】= K/S= MPa【】= K/S= MPa（2） 计算1) 计算小齿轮分度圆直径d，代入【】中较小的值。d2.32= mm= mm2）计算圆周速度v。v=p d n/601000= m/s= m/s。3）计算齿宽b
