機械自動化畢業(yè)設(shè)計-點焊機自動進給工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要本文介紹了點焊機自動進給工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工作臺所要完成的功能，工作臺需要具有4個自由度，即3個平動加1個轉(zhuǎn)動，才能實現(xiàn)對半筒的進給，為此提出了3種可行方案。通過分析對比，每一種方案都有自己的優(yōu)缺點，考慮到進出焊裝系統(tǒng)容易、拆卸方便、易于搬遷這一方面，最終確定采用主工作臺和輔助工作臺相結(jié)合的形式為總體結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)方案，按照工作臺的外形尺寸和行程要求，確定了工作臺的總體結(jié)構(gòu)。在總體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進行了主要標準件的選型和對具體機械部分的詳細設(shè)計，同時完成某些零件的強度和剛度校核。關(guān)鍵詞: 自動進給；工作臺；平動；轉(zhuǎn)動AbstractThis paper dis

2、cusses the structure design process of automatic-feed work table of spot welding machine. According to the function accomplished by the work table, the work table has 4 DOF(degree of freedom), with 3 translations and 1 rotation, and then the feed motion of semi-tube is available. Then this paper put

3、s forward 3 feasible schemes, after analyzing and comparing, each scheme has its good point and bad point ,from the aspect to consider, the easiness of entrance to the system and dismount and transfer ,the scheme consists of a main work table and a subsidiary work table is selected as the general st

4、ructure scheme. Detail design of the specific mechanism and the choose of main standard components is processed on the base of the general structure . This paper calculates the strengthen and stiffness of some components. Keywords: Automatic feed motion; Work table;Translation; RotationII目錄摘要IAbstra

5、ctII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析11.3 課題研究的目的和意義21.4 技術(shù)要求和主要研究內(nèi)容2第2章 總體方案設(shè)計42.1 機械結(jié)構(gòu)分析42.2 方案分析42.3 方案確定72.4 本章小結(jié)8第3章 主要件的選型和計算93.1 滾珠絲杠螺母副的選型和計算93.1.1 工作載荷Fm(N)的計算93.1.2 最大動負載FQ的計算93.1.3 初選型號93.1.4 傳動效率計算103.1.5 剛度的驗算103.1.6 穩(wěn)定性校核103.2 伺服電動機的選擇113.2.1 伺服電機的初選擇113.2.2 發(fā)熱校核123.2.3 轉(zhuǎn)矩過載校核133.2.4 自轉(zhuǎn)電機

6、的選型和計算133.3 直線滾動導(dǎo)軌副的選型和計算153.4 聯(lián)軸器的選型和計算163.4.1 選擇聯(lián)軸器的類型163.4.2 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩163.4.3 確定聯(lián)軸器的型號173.4.4 滾輪的選擇173.4.5 軌道的選擇173.4.6 制動器的選擇183.4.7 鏈與鏈輪的選型183.5 本章小結(jié)19第4章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計204.1 立柱的設(shè)計204.1.1 電機架的設(shè)計204.1.2 支承件的設(shè)計204.1.3 配重的設(shè)計214.2 二層運動平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計234.3 運載平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計244.3.1 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計244.3.2 滾輪軸的設(shè)計254.4 本章小結(jié)28結(jié)論29參考文獻30

7、致謝3131- 第1章 緒 論1.1 課題背景半筒的點焊工藝過程復(fù)雜，焊點數(shù)量大，半筒的進給如果采用人工來完成，不僅點焊效率低，而且焊點的質(zhì)量也很難保證。為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，需要一種能實現(xiàn)半筒自動進給的工作臺。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析數(shù)控XY工作臺主要是對滾珠絲杠、滾珠導(dǎo)軌、步進電機的選擇，使其滿足數(shù)控XY工作臺系統(tǒng)高速度、高精度、高效率的要求1。XY工作臺的X、Y方向的移動，可采用螺旋機械或齒輪齒條傳動機構(gòu)，這兩種均可把旋轉(zhuǎn)運動改為直線運動。因為此機構(gòu)以傳遞運動為主，要求有較高的傳遞精度，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用螺旋機構(gòu)。但常用的螺旋機構(gòu)中絲杠和螺母之間的相對運動是滑動，磨損較嚴重

8、，影響傳動精度，壽命短，效率低，不能滿足高速度、高精度、高效率等傳動要求。為了使運動靈敏而由滿足精度要求，選用滾珠螺旋機構(gòu)。采用間隙可調(diào)的滾珠絲杠傳動2-4。深圳市順尚機械制造有限公司二維精密數(shù)控工作臺數(shù)控精密工作臺采用滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌副傳動,工作臺材料一般為HT400,設(shè)計加工,鋁合金,鋼板,大理石均可以加工；數(shù)控工作臺系列產(chǎn)品可以配置步進電機或伺服電機。高精密XY工作臺的機械主體部份采用日本THK公司的原裝高精密直線導(dǎo)軌和滾珠絲桿 ,聯(lián)軸器采用德國原裝KTR公司專業(yè)聯(lián)軸器,工作臺面采用優(yōu)質(zhì)的合金材料，為配合與電氣部份的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護性, X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時可選

9、配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān),部份工作臺的配有原點檢測開,并可提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點開關(guān)的位置可以大距離的調(diào)節(jié)5。XY工作臺是許多機電一體化系統(tǒng)的基本組成部分，是指能分別沿著X向和Y向移動的工作臺，如車床、銑床、鉆床等數(shù)控設(shè)備和平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等。X、Y向均采用伺服電機，通過齒輪減速和絲桿傳動后，帶動工作臺做XY向的運動6。XY工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設(shè)計為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)三種，開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動，系統(tǒng)中不設(shè)置傳感和檢測設(shè)備系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置；半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)一般采用交流和直流伺服電機驅(qū)動，并在電機輸出軸端設(shè)置傳感和檢測設(shè)備；閉環(huán)的伺服系統(tǒng)也是采用

10、直流和交流電機驅(qū)動，但檢測和傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺末端7。本工作臺主要是在XY工作臺的基礎(chǔ)上，又增加一維工作臺，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但是基本原理相通。1.3 課題研究的目的和意義點焊機自動進給工作臺的應(yīng)用不僅能夠提高效率，減少工人的勞動強度而且能夠保證焊點的質(zhì)量。通過對自動進給工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進一步認識機電產(chǎn)品的設(shè)計過程，不但提高了自身的設(shè)計能力，也為將來更好地工作奠定了良好的基礎(chǔ)。1.4 技術(shù)要求和主要研究內(nèi)容技術(shù)要求: 實現(xiàn)沿X、Y、Z軸3個方向的平動，繞工件軸線的轉(zhuǎn)動。外形尺寸：X軸方向3.2 m；Y軸方向1.8m；Z軸方向1.2m。性能參數(shù)：每個焊點位置誤差0.4 mm。行程：X方

11、向：2.8m；Y方向：0.6m；Z方向：0.35m；自轉(zhuǎn)：360 °。移動速度：X向10 m/min；Y向5 m/min；Z向5 m/min；自轉(zhuǎn)10 r/min。主要內(nèi)容：完成自動進給工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度校核。第2章 總體方案設(shè)計2.1 機械結(jié)構(gòu)分析自動進給工作臺至少應(yīng)具有4個自由度，即3個平動加一個轉(zhuǎn)動，才能實現(xiàn)工件的自動進給。為了滿足工作臺傳動系統(tǒng)高速度、高效率、高精度的要求，需要對傳動機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、伺服電機進行選擇。傳動機構(gòu)選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副。導(dǎo)向機構(gòu)選用摩擦系數(shù)小、不易爬行、便于安裝和預(yù)緊、結(jié)構(gòu)緊湊的直線滾動導(dǎo)軌。伺服電機選用沒有換向部件、過載能力

12、強、體積小、重量輕的交流伺服電機8-12。所以工作臺的基本原理就是：采用交流伺服電機加滾珠絲杠的傳動方式，通過直線滾動導(dǎo)軌，實現(xiàn)工件的平動；步進電機通過減速裝置和夾具，實現(xiàn)工件的轉(zhuǎn)動。2.2 方案分析由技術(shù)要求可知，X方向的行程和工作臺尺寸較大，而工件又比較長。如果只將3個方向的分平臺簡單疊加，工作臺不僅占用空間大，而且浪費材料，增加成本?；谶@種考慮，在此有三種方案可以選擇。方案一見圖2-1，這種方案是采用主工作臺和輔助工作臺相配合的形式。在地面上鋪設(shè)導(dǎo)軌，X工作臺安裝有滾輪，通過運載電機控制使其在導(dǎo)軌上滾動。優(yōu)點是進入和退出焊裝系統(tǒng)容易，但是對點位控制精度要求高13-16。 方案二見圖2-

13、2，Z工作臺為一桁架，其上裝有夾著工件自轉(zhuǎn)的兩個立柱，工件的上下運動是由桁架上兩端的立柱來實現(xiàn)的。優(yōu)點是工作臺總體外形緊湊，但是對桁架的剛度要求高，另外X方向?qū)к壖庸るy度大17-18。圖2-1 方案一圖2-2 方案二方案三見圖2-3，與前兩種最大的不同是采用單立柱形式。U形架直接連在立柱上，工件的上下運動，U形架要與之一起運動。為了減少立柱電機的載荷，要在另一側(cè)增加配重，來平衡U形架的重量。工件的自轉(zhuǎn)是通過裝在U形架上的旋轉(zhuǎn)電機來實現(xiàn)的。優(yōu)點是工作臺結(jié)構(gòu)緊湊，但由于U形架的重量大，對立柱的要求較高，另外X方向的導(dǎo)軌加工難度大19-22 。 圖2-3 方案三2.3 方案確定通過方案分析，選擇方案

14、一作為工作臺總體結(jié)構(gòu)方案。為了進入和退出焊裝系統(tǒng)容易，易于搬遷，在地面上鋪設(shè)導(dǎo)軌使工作臺可以移動；同時采用雙立柱形式解決U形架難加工的問題；吸取方案三的優(yōu)點：立柱上設(shè)置配重來減輕立柱垂直電機的負擔。因為工件是被兩個立柱的電機通過夾具來實現(xiàn)自轉(zhuǎn)的，為了裝卸和焊接方便，電機架應(yīng)該水平往外伸出一部分。要保證立柱外形尺寸1.8m, Y方向行程0.6m，必須將電機架的高度h、滾珠絲杠座之間的距離L、立柱的高度H放在一起進行綜合考慮。即L-h0.6m，LH1.8m。由工件的重量和所需自轉(zhuǎn)電機的外形尺寸，初步確定水平電機架的高度h=310mm。進而L910mm，取L=1000mm。絲杠座安放在立柱上，上絲杠

15、連接聯(lián)軸器、減速器、交流電機，立柱下方又安裝底座。H在允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能的大，以留下充裕的空間。估算負載，初選所需要的電機、減速器等，將所有件的外形尺寸求和得到H=1800mm。對于Z方向，立柱底座長度L1、中間平臺絲杠座之間的距離L2、中間平臺的外形尺寸L3之間的關(guān)系為：L2-L10.35m，L2L31.2m。L1=450mm，則L2800mm，同樣考慮平臺端部的電機、減速器的外形尺寸等，L2=800mm，L3=1200mm。X方向分為兩個工作臺，由兩個工作臺共同完成技術(shù)要求，即X方向的行程2.8m，工作臺外形尺寸3.2 m。X向工作臺的控制應(yīng)該是點到點的控制，而不是過程的控制，所以當主工

16、作臺在第一個極限點時，驅(qū)動電機，上方的平臺通過滾珠絲杠移動進而通過推桿和夾具使輔助工作臺移動。完成的行程a1就是絲杠之間的距離S1-中間平臺底座的長度S2。S1=1950mm，S2=450mm，a1=1500mm。工作臺應(yīng)再經(jīng)至少1300mm到達第二個極限點才可滿足條件，工件的長度為2273mm，所以底軌的長度應(yīng)至少8100mm?？傮w結(jié)構(gòu)圖見圖2-4。2.4 本章小結(jié)根據(jù)工作臺所要實現(xiàn)的功能，對機械結(jié)構(gòu)進行了分析，并以此得出的原理提出了結(jié)構(gòu)上各有特點的3個方案。通過對方案的分析和對比，確定了最終的工作臺結(jié)構(gòu)。 圖2-4 工作臺總體結(jié)構(gòu)第3章 主要件的選型和計算3.1 滾珠絲杠螺母副的選型和計算

17、3.1.1 工作載荷Fm(N)的計算已知移動部件總重量G=623.3N，工作行程350mm，工作臺與滾動摩擦系數(shù)=0.005。選用直線滾動導(dǎo)軌，查表取K=1.4，代入Fm=KG+G ,得工作載荷Fm872.48N。3.1.2 最大動負載FQ的計算設(shè)本工作臺Y向最快的進給速度v=5m/min,初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph=1000r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L=60nT/106,得絲杠壽命系數(shù)L=900(單位為：106r)。查表取載荷系數(shù)fW =1.0,硬度系數(shù)fH =1.0,代入式 3-1。 （3-1）算得FQ=8423.

18、7N。3.1.3 初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷，查表選2005-3型滾珠絲杠副。其公稱直徑為20mm,基本導(dǎo)程為5mm，單螺母滾珠3圈，螺母長度L=80mm,剛度KC=467N/m,精度等級取4級，額定動載荷為9366N，滿足要求。采用成對60º接觸角推力角接觸球軸承為固定端，軸承型號7202C。其尺寸參數(shù)為：d=15mm、D=35mm、B=10mm。對于長絲杠、高轉(zhuǎn)速、高拉壓剛度的場合，滾珠絲杠的支承方式為兩端固定的方式。這種支承方式可以通過擰緊螺母來調(diào)整絲杠的預(yù)拉伸量，滾珠絲杠安裝在絲杠座上，而絲杠座又固定在工作臺上。為了便于組織滾珠絲杠支承部件的專業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在滾珠絲杠軸端結(jié)構(gòu)

19、和尺寸已標準化。根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑來選型，三個方向的軸端結(jié)構(gòu)均為一對組配好的角接觸球軸承G型固定支承。3.1.4 傳動效率計算代入公式=tan/tan(+) ，式中：=arctanPh/d，Ph=5mm, 公稱直徑 d=20mm，為摩擦角取10。得傳動效率=96.5。         3.1.5 剛度的驗算Y向滾珠絲杠副的支承，采取兩端固定的方式。左右支承的中心距離約為a=1100mm,鋼的彈性模量E=2.1×105 MPa,絲杠底徑d2=16.2mm,則絲杠截面積S=d2²/4=

20、206mm²。絲杠在工作載荷的作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=Fma/ES=0.022mm。根據(jù)公式Z=(d0/Dw)-3,求得單圈滾珠數(shù)目Z=17，則滾珠總數(shù)量Z=51,算的2=0.0053mm，則總=0.0238mm。軸向行程內(nèi)的變動量允許34m總,可見絲杠剛度足夠。3.1.6 穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力球軸承,不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象,不需作穩(wěn)定性校核。同理得出其它兩方向的滾珠絲杠副，見表3-1。表3-1 滾珠絲杠副參數(shù)表方 向代號公稱直徑導(dǎo)程安裝方式X3205325兩端固定Y2005205兩端固定Z2005205兩端固定3.2 伺服電動機的選擇3.2.1 伺服電機的初選擇電動機的選擇

21、，首先是考慮電動機必須能夠提供負載所需要的瞬時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其次必須考慮電動機的熱定額問題。如果要求電動機在峰值負載轉(zhuǎn)矩下以峰值轉(zhuǎn)速不斷地驅(qū)動負載，則電動機功率由（3-2）式得到 （3-2） 式中 負載峰值力矩（N·m）； 電動機負載峰值轉(zhuǎn)速（r/s）； 傳動裝置的效率，初步估算取=0.70.9； 1.52.5系數(shù)，屬經(jīng)驗數(shù)據(jù)，考慮了初步估算負載力矩有可能取不全面或不精確，以及電動機有一部分負載功率要消耗在電動機轉(zhuǎn)子上； 折算到電動機軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩。等效負載轉(zhuǎn)矩計算：移動體的重力W=1800N，滾動導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)=0.005，摩擦力F1=W滾珠絲杠傳動副的效率=0.9，螺母內(nèi)部的摩

22、擦因數(shù)m=0.3，由于移動體的重量較大，滾珠絲杠傳動副必須事先預(yù)緊，其預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，F(xiàn)2=F1/3,根據(jù)機械效率公式（3-3），(3-4)。 ， （3-3） （3-4）換算到電動機軸上所需的轉(zhuǎn)矩=0.56N·m =0.56N·m , =16.67r/s , =0.8 ,系數(shù)=2.5,=0.18KW選用ASM系列交流永磁伺服電動機，型號是ASM-4。其基本參數(shù)為：最高轉(zhuǎn)速n=3000r/min、額定輸出功率P=0.4KW、額定轉(zhuǎn)矩M=2 N·m、最大轉(zhuǎn)矩為10N·m、轉(zhuǎn)動慣量J=3.2×10-4kg·m²、重量

23、7.5kg。3.2.2 發(fā)熱校核對于連續(xù)工作負載不變場合的電動機，要求在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，負載轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。因此，選擇電動機應(yīng)滿足式（3-5）。 (3-5) 式中 ：電動機額定轉(zhuǎn)矩（N·m）。 根據(jù)選用的電動機，求得=1 N·m=0.56N·m，滿足條件。對于閉環(huán)系統(tǒng)，主要由驅(qū)動電動機的最高轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩與機電裝備要求的最大進給速度或負載轉(zhuǎn)矩決定傳動速比 （3-6）式中 驅(qū)動電動機最高轉(zhuǎn)速（r/min）； 滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）； 工作臺最大移動速度（mm/min）； i=3。3.2.3 轉(zhuǎn)矩過載校核 通過已知的總傳動速比，將負載力矩向電動機軸折算，得到輸出轉(zhuǎn)矩

24、的最大值，再與電動機的額定力矩進行比較。 （3-7）式中： 電動機輸出轉(zhuǎn)矩的最大值； 電動機的額定力矩；對交流伺服電機，一般取1.53。通過計算可知，=2.1，在規(guī)定的范圍之內(nèi)?？蛇x該型號交流伺服電動機，并具有一定的裕量。3.2.4 自轉(zhuǎn)電機的選型和計算 已知自轉(zhuǎn)工件的定位精度為=0.03º,nrmax=10r/min ,則試選s=1.5º及r=0.01º/p時，i1i2=s/r =150。即減速器的總傳動比i=150。所需的電動機的最高運行頻率fmax=6 nrmax/r=6000p/s,相應(yīng)的電動機最大轉(zhuǎn)速nm=sfmax/6=1500r/min。步進電動機轉(zhuǎn)

25、軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J的計算 （3-8）式中: J1傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量； J2工件及夾具的轉(zhuǎn)動慣量； JE等效轉(zhuǎn)動慣量。求得JE =0.0173kg·m²。步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩T的計算， TTmax （3-9）式中： J步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，單位為kg.m²； 電動機轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為rad/s²；n電動機的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；t電動機加速所用時間，單位為s，一般在0.31s之間選取。算得T =9.1N·m。在選擇步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的時候，需要考慮安全系數(shù)K，對于開環(huán)控制，一般應(yīng)在2.54之間選取，這里取K=4，4TT靜

26、。所以選取130BYG3502型號的永磁感應(yīng)式步進電機。其基本參數(shù)為：最大靜轉(zhuǎn)矩37 N·m、轉(zhuǎn)動慣量48kg/cm²、空載起動頻率1500Hz等。JE/ Jm=3.64,可選該型號的步進電機。由此可以得到工作臺所需伺服電機的參數(shù)表，見表3-2。表3-2 伺服電機參數(shù)表方向型號電機功率額定轉(zhuǎn)矩最高轉(zhuǎn)速減速比XASM-151.51030001:1.5YASM-4 0.4230001:3ZASM-11 1.17.530001:3 運載電機ASM-25 2.51515001:150自轉(zhuǎn)電機130BYG3502 0.753715001:1503.3 直線滾動導(dǎo)軌副的選型和計算因為絲

27、杠豎直安裝，為了減輕絲杠的工作壓力和所受彎矩，應(yīng)在立柱的另一側(cè)配備平衡物。即在立柱的兩側(cè)對稱安裝4根導(dǎo)軌。根據(jù)外形尺寸的要求，從產(chǎn)品樣本中選取GGB-AA規(guī)格B0=32mm型直線滾動導(dǎo)軌副，其基本尺寸參數(shù)為：B1=100mm、K=40mm、d×D×h=9×14×12、最大長度L=1240mm、Ca=24.5kN等。由垂直安裝，立式導(dǎo)軌，滑塊座移動的載荷計算公式求得各滑塊的載荷P1=P2=P3=P4=m/2a=0.5kN額定壽命的計算 （3-10）式中：L距離額定壽命，單位為km； Ca額定動載荷，單位為kN； P滑塊上的工作載荷，單位為kN； fh硬度系

28、數(shù),取1.0； fc接觸系數(shù)，取0.66； fa精度系數(shù)，取0.9； ft溫度系數(shù)，取1.00； fw載荷系數(shù)，取1.2。L100km,100km常見的滾子導(dǎo)軌距離期望壽命。 （3-11）式中： Lh壽命時間，單位為h； L距離額定壽命，單位為km； S移動件行程長度，單位為m； n移動件每分鐘往返次數(shù)。Lh=89183.4h,按年工作日為300天，二班制工作，每班8小時，開機率0.8折算，預(yù)期壽命年限La=23年。由上可知，可選該型號的直線滾動導(dǎo)軌副。同理可以得到其它兩向的直線滾動參數(shù)，見表3-3。表3-3 直線滾動導(dǎo)軌副參數(shù)表方向?qū)к壱?guī)格高度滑塊長度B1最大長度X45621202050Y3

29、2481001240Z324810012403.4 聯(lián)軸器的選型和計算3.4.1 選擇聯(lián)軸器的類型本聯(lián)軸器用于對中精度較高，正反轉(zhuǎn)變化多，起動頻繁的高中速軸，所以選結(jié)構(gòu)緊湊、易于裝配維護的彈性套柱銷聯(lián)軸器。3.4.2 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩可用下式進行計算： （3-12）式中： T公稱轉(zhuǎn)矩（N·m）；P傳遞的功率（kW）；n軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。計算轉(zhuǎn)矩 Tc=K×T，工況系數(shù)K=1.7,Tc=1.719×1.7=2.93 N·m。3.4.3 確定聯(lián)軸器的型號根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩Tc及所選聯(lián)軸器類型，在聯(lián)軸器的標準中按照 （3-13）的條件確定聯(lián)軸

30、器的型號。式中T為所選聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。經(jīng)查表，選LT3聯(lián)軸器 ，聯(lián)軸器參數(shù)見表3-4。表3-4 聯(lián)軸器參數(shù)表方向型號許用轉(zhuǎn)速高度D軸空長度LXLT63800r/min160mm82mmYLT36300r/min95mm42mmZLT36300r/min95mm42mm3.4.4 滾輪的選擇 根據(jù)所確定的軸徑和所承受的噸位，選D1=180mm，D2=160mm，D=130mm，d1=66mm，d=40mm，B=40mm，B1=7mm，質(zhì)量m=2.2kg。3.4.5 軌道的選擇點焊機工作臺的重量相當大，為了可以經(jīng)得起重量相當大的工作臺施加的壓力，鋼軌的頂面必須有一定的寬度及厚度來承受這些壓力。為

31、了提高鋼軌的穩(wěn)定性，鋼軌的底面也必須有一定的寬度；并且為了適應(yīng)帶有輪緣的車輪，鋼軌也要有相當?shù)母叨取９ぷ中蔚匿撥墑偤每梢詽M足這三方面的要求。并且從材料力學(xué)的觀點來看，這種形式的鋼軌的強度相當高，恰好充分合理地利用了鋼材，所以工字形斷面，就被選定為最好的鋼軌斷面。軌道型號P15，h=91mm，h1=19.5mm，b=37mm，b1=76mm，r=7mm。軌道的固定方式采用楔塊固定，即軌道與側(cè)基準面靠上定位臺階后，用楔塊從另一面頂緊后再固定。固定方式示意圖見圖3-1。 圖3-1 軌道固定示意圖3.4.6 制動器的選擇工作臺在軌道上移動，為了保證當工作臺停在某處時的點焊精度，需要在X方向進行制動。選

32、用電磁制動器，當需要制動時，通電后，電磁線圈吸住銜鐵，通過杠桿機構(gòu)使制動臂克服彈簧力，鎖住軌道從而將工作臺固定。3.4.7 鏈與鏈輪的選型選擇傳動平穩(wěn)，振動、噪音小的齒形鏈，鏈號為CL16。節(jié)距p=25.4mm，鏈寬b=68mm，s=9.52mm，導(dǎo)向形式為內(nèi)導(dǎo)向，片數(shù)為23片，每米重量q=8.15kg/m。鏈輪齒數(shù)z=25，分度圓直徑d=p/（sin180º/z）=120mm。 3.5 本章小結(jié) 從上到下，依據(jù)負載的大小，對傳動機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、伺服電機分別進行了計算和選型，同時也對3個方向的其它標準件進行了選型。第4章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 立柱的設(shè)計4.1.1 電機架的設(shè)計工件被兩

33、個立柱的電機通過夾具夾緊水平放置，為了裝卸和焊接方便，電機架應(yīng)該水平往外伸出一部分。電機架應(yīng)帶有4個滑塊使其能在立柱的導(dǎo)軌上移動，考慮到Z方向外形尺寸和行程的影響，電機架呈“L”形，估算它的體積為0.014m³,密度為7.85×10³kg/m³,所以質(zhì)量可取為109.9kg。4.1.2 支承件的設(shè)計因為空心截面的慣性矩比實心的大，在工藝可能的情況下，立柱的截面一般做成中空形狀；立柱所承受的載荷主要是彎矩，則截面一般取方形或矩形；封閉截面的剛度比不封閉截面的大，截面應(yīng)設(shè)計成封閉的形狀。為了減輕機電裝備的重量，節(jié)約材料，以及減少驅(qū)動力，節(jié)約能源，應(yīng)在結(jié)構(gòu)工藝

34、可行的條件下，盡量減小支承件的壁厚。支承件壁的內(nèi)外兩側(cè)可設(shè)肋板或肋條，以加強支承件壁的穩(wěn)定性。鑄鐵支承件的外壁厚可根據(jù)當量尺寸C來選擇。當量尺寸C可由C=(2L+b+h)/3確定，式中L，b,h支承件的長、寬、高。L=1200mm，b=h=280mm，根據(jù)算出的C值，查表得最小的壁厚=10mm，取=20mm。截面形狀如下圖所示，支承件的材料為鑄鐵。立柱固定在裝有四個滑塊和絲杠螺母的平臺上，使其能夠前后移動，根據(jù)Z向的行程和尺寸要求，外形可設(shè)計為430mm×430mm的正方形，高度171mm。4.1.3 配重的設(shè)計立柱的配重設(shè)計很重要，主要是它的重量的確定，因為它不僅可以在工件與U形架

35、上下移動時減少垂直電機的載荷，降低垂直電機的負擔；更重要的是當焊機工作時，因為焊頭與工件表面接觸時會產(chǎn)生強大的沖擊力，由于工件和工件兩端的電機架剛度不一，如果這樣焊接，會破壞焊點?？梢酝ㄟ^試驗確定配重一個恰當?shù)闹亓?，使工件可以隨著U形架一起運動，這樣最終保證了焊點的質(zhì)量，提高了精度。在此，確定配重的重量為25kg。立柱的結(jié)構(gòu)圖見圖4-1。 圖4-1 立柱結(jié)構(gòu)4.2 二層運動平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計因為此平臺上的標準件已經(jīng)選擇完畢，剩下的工作主要是對底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)選擇的導(dǎo)軌長度和行程的要求，可以確定底座的長度L=1080mm、寬度b=470mm、高度h=55mm為了降低重量，同時使平臺顯得整潔美觀，

36、可以在底座上開孔。底座下方設(shè)計裝有滑塊的4個凸臺以及安裝螺母的槽。二層運動平臺的結(jié)構(gòu)圖見圖4-2。 圖4-2 二層運動平臺結(jié)構(gòu)4.3 運載平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計為減輕重量，使結(jié)構(gòu)簡單，采用型鋼和鋼板焊接而成的焊接件。為提高強度和剛度，在接頭處常焊以加強筋和加強板，在安裝各部件的支承面處焊有鋼板，以便區(qū)分加工面。焊后應(yīng)進行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力，然后在加工各支承面，以保證機器的各部件的相對位置精度。機架零件是機器中最大的零件，它占有機器總質(zhì)量相當大的一部分，因此減輕機架零件的質(zhì)量是節(jié)約材料及減輕機器總質(zhì)量的最有效的措施。在此我們采用熱軋普通槽鋼和鋼板焊接而成的焊接件。熱軋普通槽鋼的

37、型號是14a，尺寸h=140mm，b=60mm，d=8mm，截面面積A=21.31cm²，長度取2050mm。作用在機架上的基本載荷主要是自重載荷，動力系數(shù)Kd=1.1，Pg=21kN，計算載荷P=Pg×Kd=23.2kN，相對于xx的慣性矩Ix=609.4cm4。在此，我們將機架看作一簡支梁，支架下方的輪子相當于支點，截面形狀為槽型鋼，上方的移動件通過導(dǎo)軌對機架施加力。因為一般設(shè)備的機架，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求，所以主要進行剛度的校核。根據(jù)疊加原理，最大撓度計算公式 （4-1）式中： F作用在機架上的力，F(xiàn)=11600N；b力的作用點與支點的橫向距離，mm；

38、 l兩支點之間的距離，l=1250mm； I慣性矩，I=609.4cm4；E彈性模量，E=200GPa。當b=37mm時，將數(shù)據(jù)代入撓度公式，=0.03mm；當b=625mm時，=0.038mm，當b=1213mm時，=0.038mm。可見滿足剛度要求。4.3.2 滾輪軸的設(shè)計 滾輪軸在工作中既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，因此是轉(zhuǎn)軸，材料取45鋼。首先按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸徑，由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩作用時，其強度條件為 （4-2） 式中： d軸的直徑，mm； C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)，C=118； P軸傳遞的功率，kW；n軸的轉(zhuǎn)速，r/min。經(jīng)算d66.8mm，取d=68mm。為了便于軸上零件的

39、裝拆，常將軸做成階梯形，它的直徑從軸端逐漸向中間增大。軸上的零件用軸肩進行軸向固定，周向固定采用平鍵。主動滾輪軸上安裝有鏈輪，軸承和滾輪，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則取d1=40mm，d2=55mm，d3=68mm，d4=92mm，軸段長度a=b=203.5mm。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=9549P/n=382N.m，鏈輪的圓周力Ft=2T/d=6211N，鏈輪的徑向力Fr=2316N，鏈輪的軸向力Fa=1391N。 在水平面上，R2H=Fr-R1H=2316-1074.7=1241.3N。在垂直平面上，R1V=R2V=Ft/2=3105.5N，軸承的總支承反力 ,合成彎矩649480.6畫出彎矩、剪鉅圖，見圖

40、4-3。 圖4-3 滾輪軸的彎矩、剪鉅圖aa剖面彎矩和轉(zhuǎn)矩，還有鍵槽引起的應(yīng)力集中，為危險剖面。抗彎剖面模量 抗扭剖面模量 彎曲應(yīng)力， 扭剪應(yīng)力，。，=9.2，=15.2，S=7.87，查表得許用安全系數(shù)S=1.31.5,顯然SS,故對于調(diào)質(zhì)處理的45鋼，許用安全系數(shù)合格，剖面安全。 運載平臺的結(jié)構(gòu)圖見圖4-5。 圖4-5 運載平臺結(jié)構(gòu)圖4.4 本章小結(jié)依據(jù)所受負載情況，對三個方向架體進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對架體上零件進行了選型和計算，同時完成了部分零件的強度和剛度校核。結(jié) 論 結(jié)論結(jié)論點焊機自動進給工作臺代替人工，來實現(xiàn)工件的進給。不僅可以提高焊接的效率，而且可以保證良好的焊點質(zhì)量，所以優(yōu)勢性非

41、常明顯。本文主要是對工作臺的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。首先，針對工作臺所需要完成的功能，設(shè)想了可行的3種總體結(jié)構(gòu)方案。對每一方案的結(jié)構(gòu)特點進行了分析，可以說是各有利弊，通過比較篩選確定了最終的結(jié)構(gòu)方案，即采用主工作臺和輔助工作臺相結(jié)合的形式。其次，針對這一方案，進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和一些件的選型。在這一過程中，標準件的選型和計算占了很大的篇幅，需要真正進行設(shè)計的只有支承件等機架零件。但即使是機架的設(shè)計也是參考了經(jīng)驗設(shè)計。所以，我認為關(guān)于工作臺結(jié)構(gòu)這部分，比較核心的是關(guān)于立柱配重的選擇。立柱的配重不僅可以在工件與U形架上下移動時，減少垂直電機的載荷，降低它的負擔，更重要的是當焊機的焊頭與工件表面接觸時，工件可

42、以隨著U形架一起運動，保證了焊點的質(zhì)量，提高了精度。當然配重的選擇是通過多次實驗得來的。最后，對一些零件進行必要的強度和剛度校核。由于設(shè)計經(jīng)驗的不足或者各方面知識的欠缺，設(shè)計中必然存在著缺點和不足之處，還需要以后的學(xué)習(xí)中不斷的改進和提高。 參考文獻1 連香姣. X-Y工作臺的機電一體化系統(tǒng)設(shè)計J. 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報, 2002,(01). 2 李楊 ,李勁松 ,崔艷華. 數(shù)控化改造XY兩坐標工作臺J. 山東機械, 2001,(03). 3 謝揚球,譚永紅,李若愚. X-Y精密數(shù)控工作臺宏平臺的設(shè)計及實現(xiàn)J. 桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 2005,(03). 4 周宏志,王伊卿,盧秉恒. 低成本

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