畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-管道自動(dòng)焊接小車機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

＝0.93×600MPa＝558MPa＝0.97×550MPa＝533.5Mpa3.2.1、計(jì)算各主要數(shù)據(jù)：1）試算小齒輪分度圓直徑d，代入[σ]中較小值==27.8mm2）計(jì)算圓周速度==0.5m/s3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)==1.39mmh=2.25=2.25×1.39mm=3.1275mmb/h=27.8/3.1275=11.114)計(jì)算載荷系數(shù)k已知工作有輕振，所以取K=1.25，根據(jù)v=0.5m/s，8級(jí)精度由[2]中圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)K=1.1；由[2]中表10—4用插值法查得8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱布置時(shí)，K=1.346由[2]中圖10—13查得K=1.27直齒輪K=K=1。故載荷系數(shù)K=K*K*K*K=1.25×1.1×1×1.346=1.555）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由[2]中式（10—10a）得=mm=29.5mm6）計(jì)算模數(shù)m=mm=1.4753.2.5由式(10—5)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m≥1）確定計(jì)算參數(shù)1）由[2]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=620Mpa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=520Mpa；2）由[2]中圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.856，=0.8923）計(jì)算彎曲疲勞許應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由[2]中式（10-12）[]=[]=379.09Mpa[]=331.31MPa4）計(jì)算載荷系數(shù)K=K*K*K*K=1.25×1.1×1×1.27=1.755）查取齒型系數(shù)由[2]中表10－5查得Y=2.76；Y=2.1966）查取應(yīng)力校正系數(shù)由[2]中表10－5查得Y=1.56；Y=1.7827）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較==0.0114==0.0118大齒輪的數(shù)值大。2、設(shè)計(jì)計(jì)算m≥=1.26mm對(duì)比計(jì)算結(jié)果，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.26并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=29.3mm，算出小齒輪齒數(shù)：Z=d/m=29.3/1.5=19.5取Z=20大齒輪齒數(shù)Z=1.7×20=34取Z=343.2.61）計(jì)算分度圓直徑2）計(jì)算中心距3）計(jì)算齒輪寬度取=30mm=34mm3.3減速器的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)比由上述計(jì)算知，減速器的輸出轉(zhuǎn)速為19.lr/min，而電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min。若選擇減速器的傳動(dòng)比為i=100:1，那么減速器的輸入轉(zhuǎn)速為1900r/min，所以對(duì)電機(jī)需進(jìn)行變頻調(diào)速控制，使其工作轉(zhuǎn)速在1000r/min-2000r/min之間。減速器的傳動(dòng)比為100:1，又要求其體積較小，可選擇美國(guó)貝塞德公司生產(chǎn)的行星輪減速器。電機(jī)的輸出力矩為0.16Nm，那么減速器的輸出力矩為:η——減速器傳動(dòng)效率，選90%i——傳動(dòng)比M——電機(jī)的輸出力矩，M電機(jī)=0.16N·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4.41N·m。3.4送絲機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)3.4.1送絲電機(jī)的選擇這里選擇送絲機(jī)構(gòu)安裝在焊車上，隨焊車一同相對(duì)于管口運(yùn)動(dòng)，送絲機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性直接影響焊接電弧的穩(wěn)定。送絲轉(zhuǎn)壓緊轉(zhuǎn)減速番送絲電機(jī)捍絲出口岸絲人口圖3一2送絲機(jī)構(gòu)示意圖焊接的焊絲直徑大小的電流和電壓，目前常用的實(shí)心焊絲直徑0.8mm、1.0mm、1.2mm。大絲徑，所需的焊接高壓，焊接電流比較大，熔滴過渡，熔滴過大，熔深，不易控制。導(dǎo)線直徑小，電壓低，電流小，時(shí)刻路過渡弧，在繼續(xù)發(fā)揮電弧，燃燒電弧，電弧滅絕周期，焊接熔池也位于連續(xù)熔化和膨脹，交替循環(huán)凝固。因此，熔池內(nèi)不易流動(dòng)和長(zhǎng)絲的自調(diào)節(jié)作用，要反復(fù)燃燒電弧和電弧，焊接操作容易掌握，對(duì)所有位置焊。但如果電線太小，線路能量低，就可能沒有局部熔化現(xiàn)象。因此，對(duì)焊絲1.0mm直徑的選取更為合適。選用φ1.0mm的焊絲，若焊接電流為220-230A時(shí)，則送絲速度約為8m/min。送絲輪直徑若選為d=焊絲在行進(jìn)過程中，會(huì)受到來自于送絲管、導(dǎo)電嘴、送絲盤的摩擦阻力，一般情況下整個(gè)阻力之和約為ΣF=12N，考慮到還有其它不可遇見的因素，那么阻力矩M—阻力矩KK—安全系數(shù)，K=2ΣF—阻力和d—送絲輪直徑這樣可以計(jì)算出，送絲輪的轉(zhuǎn)速為84.88r/min，轉(zhuǎn)矩為0.36N·m，從控制的角度出發(fā)，同樣選擇松下50W，額定轉(zhuǎn)速為3000r/mln，額定轉(zhuǎn)矩0.16N·m的電機(jī)。3.4.2減速器因?yàn)闇p速器輸出端與送絲輪相聯(lián)，輸入端與電機(jī)相聯(lián)，那么若要使電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，通過變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到1000r/min。因此上初定減速器的傳動(dòng)比為i=12.5:l這樣傳動(dòng)比的減速機(jī)既要滿足使用要求又要體積不大，只有自行設(shè)計(jì)，沒有定型產(chǎn)品可選。選擇二級(jí)齒輪傳動(dòng)，齒輪的模數(shù)選o.5mm(滿足強(qiáng)度要求)這樣設(shè)計(jì)出的減速器傳動(dòng)比12.5:1。就整個(gè)送絲機(jī)構(gòu)而言，要求焊接時(shí)避免出現(xiàn)干擾，因此整個(gè)系統(tǒng)必須與焊接電源絕緣，這在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須加以重視。3.5焊槍姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)在焊接過程中，需要不斷地調(diào)整焊接相對(duì)于垂直和水平位置的焊縫。同時(shí)由于焊縫較寬，焊接時(shí)需要頻繁的往復(fù)擺動(dòng)，以保證焊縫的寬度。在焊接結(jié)束時(shí)，焊渣還需要把手電筒的角度，以消除飛濺到引擎蓋的焊渣。因此需要設(shè)計(jì)焊槍姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。3.5.1電機(jī)的選擇由于頻繁的往復(fù)擺動(dòng)焊槍擺動(dòng)的頻率直接影響焊縫成型美觀，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很好的響應(yīng)速度快，能快速啟動(dòng)和急停，和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自鎖性能好，而不能由移位引起的外力的作用。因此，對(duì)左右水平擺的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和慣性的高頻，高頻，當(dāng)電源不，它是自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電源沒有運(yùn)行時(shí)，沒有自鎖定位功能，而且響應(yīng)誤差不累積到下一個(gè)傳輸中每一個(gè)轉(zhuǎn)。在動(dòng)態(tài)特性的要求不高，可以直接開環(huán)運(yùn)行，符合要求的位置精度，特別是對(duì)五相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)角小，起動(dòng)性能好，更適合頻繁的正反轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)可選用日本Mycom公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)，其靜力矩為0.83N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.28kg·cm。由于焊槍的質(zhì)量較輕，一般約為0.5kg，從后面的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用的傳動(dòng)絲桿在焊接的控制下，焊縫的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的焊接嘴徑向距離，即控制絲桿伸長(zhǎng)。焊接過程中，整個(gè)焊接過程中的焊量少，不頻繁，但也需要調(diào)整機(jī)構(gòu)具有良好的快速啟動(dòng)和停止性能?；谶@一情況，上下調(diào)整電機(jī)也選擇步進(jìn)電機(jī)，其靜力矩為0.42N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.11kg·焊槍在焊接過程中角度不需要調(diào)整，只須先預(yù)置好即可。不需要驅(qū)動(dòng)力，只從結(jié)構(gòu)上滿足要求即可。4.結(jié)論管道運(yùn)輸是一種經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)輸方式，用于運(yùn)輸水、原油、天然氣、成品油，并已損失了大量、長(zhǎng)距離、高安全、低成本，在舊的迅速發(fā)展。中國(guó)一直“加強(qiáng)石油管道建設(shè)，管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展戰(zhàn)略，包括在“五個(gè)第十一年”的發(fā)展計(jì)劃。未來10年，中國(guó)將建成14個(gè)油氣輸送管道，形成“兩縱、橫、四樞紐、吳起圖書館”，總長(zhǎng)油氣運(yùn)輸結(jié)構(gòu)超過萬公里。管道施工區(qū)跨度、施工沿線的惡劣環(huán)境，再加上管道的高壓、大直徑方向的發(fā)展，對(duì)管道環(huán)焊縫的焊接提出了更高的要求，管道環(huán)焊縫焊接成為制約工程質(zhì)量和施工工期的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境十分惡劣，焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)難度高。因此，工程上迫切需要實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)焊接，以提高生產(chǎn)效率，保證焊接質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和施工和自動(dòng)焊接的成本，可以大大降低技術(shù)難度，解決焊機(jī)的培訓(xùn)，損失嚴(yán)重。本文設(shè)計(jì)了一種采用模塊化設(shè)計(jì)，包括焊接小車和運(yùn)行軌跡的自動(dòng)管焊機(jī)。焊接小車由行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和送絲機(jī)構(gòu)組成。軌道由2.5個(gè)環(huán)組成，固定在焊接管上，通過管道周圍的固定支架，便于安裝和拆卸，以適應(yīng)不同管徑和不同形狀。焊接小車和軌道采用鏈輪傳動(dòng)和摩擦輪驅(qū)動(dòng)的組合傳動(dòng)形式，大大提高了焊接小車在軌道上的穩(wěn)定性和精度。用二維設(shè)計(jì)軟件繪制零件圖和裝配圖。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)焊接機(jī)控制系統(tǒng)是一種單片機(jī)控制，方便簡(jiǎn)單，易于編程控制。導(dǎo)軌式管道焊接機(jī)器人具有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造成本低、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的應(yīng)用。外圓焊接時(shí)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。參考文獻(xiàn)[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）（第1卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.[2]蔡自興.機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[3]李曉輝，汪蘇，劉小輝，朱小波.焊接機(jī)器人智能化的發(fā)展[J].電焊機(jī),2005.[4]唐新華.焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)㈠[J].電焊機(jī),2006.[5]孟廣喆.國(guó)內(nèi)外焊接技術(shù)發(fā)展情況和對(duì)我國(guó)今后焊接技術(shù)發(fā)展的設(shè)想.第一屆全國(guó)焊接會(huì)議論文集[J].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1964.

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