焊接滚轮架设计

本科毕业设计（论文） 4T焊接滚轮架机械设计
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20** 年 6 月
毕业论文任务书
班级学生姓名学号
发题日期：**年02月16 日完成日期：毕业当年的**月29日
题目4T焊接滚轮架机械设计
本论文的目的、意义目前常用的焊接滚轮架有长轴式和组合式两种常见形式，组合式滚
轮架可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。

因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。

在本次设计的组合式滚轮架中充分考虑了滚轮架的合理性及经济型等因素，通过这次毕业设计了解了焊接滚轮架的结构，用途等。

并对焊接机械在生产中的促进作用有了更深刻的认识。

巩固了四年来学到的知识，为今后工作打下了结实的基础。

1、学生应完成的任务
1）完成焊接滚轮架CAD当量图纸大于3张，
2）设计焊接滚轮架论文1份大于24000字
3）关于滚轮架轴向窜动的英文翻译大于10000字符
4）论文日志
5）设计论文光盘一个
2、论文各部分内容及时间分配：（共15周）
第一部分阅读有关焊接滚轮架设计、CAD方面的文献资料，并进行了小结( 2周) 第二部分滚轮架设计方案制定，并进行了关于轴、轴承、键的计算校核( 2周) 第三部分绘制焊接滚轮架的总装图及零件图( 7周) 第四部分导师审阅论文( 1周) 第部分撰写论文( 1周) 评阅其答辩( 1周) 修改论文( 1周) 3、参考文献
1）各类机械设计手册
2）王政编，焊接工装夹具及变位机械图册
3）前几届毕业学生的毕业论文
等等
备注
指导教师：年月日
审批人：年月日
摘要
焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。

焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。

焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。

焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。

第二类是组合式滚轮架。

本文主要对组合式4T焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。

结果表明各主要部件符合要求。

该滚轮架结构简单，使用方便灵活，对焊件的适应性很强。

设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。

关键词：焊接；工装夹具；滚轮架
Abstract
Welding equipment is a machine which is used in welding production and welding processes, and it is conducive to welding production mechanization and automation, to improving assembly welding-quality. Then it could prompte to speed up the process of welding production of the various assistive devices and equipment. Welding roller is used initiative and welding pieces of the wheel between the Mount relay driven welding rotating mechanical deformation. Welding roller stands for the main pieces of tube welding and welding assembly. Welding roller standing by structural form is divided into two categories : the first category is long axis-wheel frame., the second category is modular roller frame. In this paper, four pairs of modular T-welded wheel for the design, as well as axial, bond and other main component of checking. The results showed that the main components to meet the requirements. The roller frame structure is simple, flexible, adaptive welded pieces of a strong, which is the most widely used form of the structure. And it could be fully considered the roller frame reasonable and economic, and other factors.
【Key words】：weld, frock clamp, turning rolls
目录
第一章文献综述 (1)
1.1焊接的应用 (1)
1.2焊接机械装备 (1)
1.2.1焊接机械设备的分类 (2)
1.2.2焊接机械装备对焊接生产的作用 (2)
1.3焊接自动化： (3)
1.4焊接工装夹县 (4)
1.4.1焊接工装夹具的特点 (5)
1.4.2焊接工装夹具的分类 (6)
1.4.3对焊接工装夹具的设计要求 (6)
1.4.4焊件在焊接工装夹具中的定位方法 (7)
1.5焊接变位机械 (8)
1.5.1焊接变位机械的分类 (8)
1.5.2焊接变位机械应具备的性能 (9)
1.6几类焊接机械设备的具体介绍 (10)
1.6.1焊接变位机 (10)
1.6.2焊接翻转机 (11)
1.6.3焊接操作机 (12)
1.6.4焊接滚轮架 (13)
1.6.5关于滚轮架轴向窜动的问题 (16)
第二章方案的选择与确定 (18)
2.1组合式滚轮架的特点： (18)
2.2滚轮驱动方案 (20)
2.3减速器的选择： (20)
2.4连轴器的选用： (21)
2.5滚轮架滚轮的设计 (22)
2.6轴的设计 (23)
2.7轴承的选用 (24)
2.8轴承端盖的设计 (25)
2.9丝杠的设计 (26)
2.10键的设计 (27)
2.11机架的设计 (27)
2.12表面粗糙度 (29)
第三章计算与校核 (30)
3.1焊接滚轮架的设计计算 (30)
3.1.1驱动圆周力与支反力的分析及中心角的确定 (30)
3.1.2 焊接滚轮架的受力分析 (33)
3.1.3滚轮支反力的计算 (34)
3.2电动机的选定 (36)
3.3轴的校核 (37)
3.4滚轮处键的校核 (38)
3.5轴承寿命计算 (38)
3.6轴承的强度计算.................................... 错误!未定义书签。

结论................................................... 错误!未定义书签。

致谢................................................... 错误!未定义书签。

参考文献............................................... 错误!未定义书签。

第一章文献综述
1.1焊接的应用
焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。

焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的50%左右需采用焊接工艺才能形成产品，在石油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着广泛的应用。

许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。

现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型，高容量，高参数，耐磨，耐低温，耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高，性能更好的各种焊机，焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量，改善焊工劳动条件，提高生产率，促进文明生产的目的。

但是，焊接生产是综合性生产，在焊接制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有很多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、校正等工序。

因此，焊接生产的机械化自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括了与焊接工序相衔接的上下各工序的机械化，自动化。

只有各工序实现了机械化，自动化，才能实现焊接生产的综合机械化，自动化。

1.2焊接机械装备
焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配—焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。

这里称之为辅助装置和设备是为了与焊机相区别。

焊机是焊接过程中的核心装备，它包括焊接电源，焊接控制箱，焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。

而焊接机械装备相对焊机处于辅助的地位，是配合焊机进行焊接生产的装置和设备。

它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械和焊接输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理精整装置等。

他们又是焊接机械装备的从属装置[1]
从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。

通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的变化重复使用。

它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。

由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。

专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。

这种装备专业性强、生产率高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。

例如：专用焊接工装夹具、专用焊接机床就属于这类装备。

1.2.1焊接机械设备的分类
焊接机械装备可分为四大类：1.焊接工装夹具2.焊接变位机械3.焊接输送机械4.其他从属装置。

其中，
1）焊接工装夹具（按动力源分类）可分为：手动夹具气动夹具液压夹具磁力夹具电动夹具真空夹具混合式夹具
2）焊接变位机械可分为：焊工变位机械焊机变位机械焊件变位机械
其中焊件变位机械可分为：焊接变位机焊接回转台焊接翻转机焊接滚轮架3）焊件输送机械可分为：上料装置配料装置卸料装置传送装置各种专用吊具4）其他从属装置可分为：导电装置焊剂输送与回收装置焊丝清理及盘丝装置埋弧焊焊剂垫等
1.2.2焊接机械装备对焊接生产的作用
焊接机械装备对焊接生产的有利作用有以下几个方面：
1）采用焊接工装夹具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，从而保证装配精度加快了装配作业的进程。

此外焊接工装夹具上大多都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率
2）由于焊接在夹具中可强行夹固或预先给于反变形，所以可以控制或消除反变形
3）采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高
焊件互换性能；焊接上的配合孔配合槽可由原来的先焊接后加工改为加工后焊接从而避免了大型焊接焊后加工的困难。

有利于缩短焊件生产周期
4）采用焊接变位机械，可缩短装配施焊过程中焊接翻转变位的时间，减少辅助工时提高焊机利用率和焊接生产力
5）采用焊接变位机械可使焊件处于最有利的施焊位置—水平及船型位置上进行焊接，有利于操作，保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规程，充分发挥焊接方法的效能
6）采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。

例如，埋弧焊机配合相应的焊接设备后可完成内外环缝、空间曲线焊缝的焊接和空间曲面的堆焊
7）采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作。

人处于控制机械的地位，减少人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求8）采用焊接机械装备后，可使装配和焊接集中在一个工位上完成。

减少工序数量，节约车间使用面积。

9）只有与焊接机械装配相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。

例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境进行焊接作业。

总之，焊接机械设备对焊接生产的有利作用是多方面的。

不但保证了焊接质量，提高了焊接生产率，改善工人工作条件，还使焊接实现了机械化，自动化提高了生产精度。

因此，无论在焊接车间或是施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的机械装备之一，从而获得广泛的应用。

[1]
1.3焊接自动化：
焊接机器人的应用：进入20世纪如年代以来，随着我国改革步伐的加快和国民经济的高速发展，一些企业也相应地以“更新装备，加强技术改造，适应市场需求，生产有竞争力的产品，稳定提高企业效益”作为企业求生存、发展的关键措施之一。

在此背景下，在机械制造业中使用焊接机器人的数量也急剧增加。

据1996年的统计，我国使用焊接机器人进行生产的工厂已有70家，包括少量教学科研用焊接机器人在内，我国当时拥有的焊接机器人已达5百多台，其中，弧焊机器人占53％，点焊机器人占46％，其余为其他焊接方法用的机器人。

国内当时使用的机器人，主要是从德国、日本、奥地利、意大利、瑞典等国引进
的，其中以德国、日本生产的最多，分别占39％和30％。

这些引进的焊接机器人，94％以上都是五轴或六轴的关节式球坐标焊接机器人，它们代表了国际20世纪90年代初、中期的水平。

其中，特别是工程机械制造行业所引进的五条焊接柔性生产线(FMs)，性能尤为先进，几乎全部配备了接触寻位、电弧跟踪系统，有的还具有机器人与焊件变位机械同步协调运动的功能。

[9]
国内使用焊接机器人较多的主要是汽车、摩托车和工程机械三个行业。

其中，在汽车及其零部件制造业中所拥有的焊接机器人占全部焊接机器人的65％，在摩托车行业和工程机械行业分别占15％和16％，分布在电器、自行车、机车、航天航空等行业的机器人仅占4％。

在我国，有高达98％的点焊机器人使用在汽车及其零部件制造行业中。

这是因为点焊机器人仅适用于薄板非密封结构的焊接，在汽车制造业中主要用于驾驶室、车箱、车身等薄板冲压件的组对焊接。

综上所述可以预料，随着我国经济的进一步发展和市场需求的进一步开拓，焊接机器人及其配套的焊件变位祝械，在我国机械制造业中的应用，也会越来越多，越来越广泛。

1.4焊接工装夹县
焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧．用于装配和焊接的工艺装备。

在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。

我们把用来装配以进行定位焊的央具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。

它们统称为焊接工装夹具。

焊接工装夹具按动力源分为七类：电动夹具、真空夹具、磁力夹具、液压夹具、气动夹具、手动夹具
一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。

在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具(又称为胎具或专用夹具)。

其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。

焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点：
1)由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。

而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。

2)在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。

因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。

机床夹具则不然，除少数加工长件的夹具，如加工光杆用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，夹具均对工件作刚性夹固。

3)对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少，更便于从夹具上取下。

对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。

4)对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和央紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。

而机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。

5)与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。

例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。

但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电的问题。

焊接结构件的种类繁多，形状尺寸各异，焊接过程的要求也不尽相同，与之相匹配的焊接工装为适应焊件的需要在形式，工作原理及技术要求上也有很大的差别。

为了适应技术管理工作的需要，便于掌握各类焊接工装的工作特点和设计基本方法，就必须先对焊接工装进行分类。

可以按用途与应用范围对常见焊接机械进行分类
按用途分类：
1）装配用工艺装备。

这类工装的主要任务是按照工艺要求，把待焊工件的零部件按照相互之间的位置准确的固定下来，然后再进行定位点焊，而不直接参与正式的焊接工作。

这类工装称为装配定位焊夹具，它包括各位定位器，夹紧器，推拉装置，组合夹具和装配台架。

2）焊接用工艺装备。

这类工装专门用来焊接已经经过点焊固定好的工件。

如各类焊接专机，龙门式，悬臂式，平台式，爬行式等。

3）装配焊接工艺装备。

这类工装既能完成整个焊件的装配，又能完成焊缝的焊接工作。

这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综合机械化装置，如一些自动焊接生产线。

实际生产中一个焊件如果要完成焊接工作，单单依靠一个工装一般是难于完成的，而是需要许多种焊接工装的配合使用，这样才能达到焊接过程的机械化和自动化。

按应用范围分类
1）通用焊接工装。

目前国家针对焊接工艺中的需求已经指定了很多的标准，如滚轮架行业的JB/T 9187标准等。

所谓通用焊接工装，既是指已经标准化且有较大适用范围的工装。

这类工装一般无须调整或稍加调整，就能适用与不同工件的装配或焊接工件。

2）专用焊接工装。

只适用与某一特定类型的工件的装配或焊接，一般不能通用。

这类焊接工装一般应按需求来设计，或者在专门厂家协商定做。

3）柔性焊接工装。

指可以通过调整自身的尺寸来适应一定形状和尺寸变化的焊接工装。

此外还有按动力装置分类，按焊接方法分类等，再次就不详细说明了。

1.4.3对焊接工装夹具的设计要求
1)焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。

特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设
在工人最易用力的部位，当夹县处于夹紧状态时，应能自锁。

2)焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。

所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。

夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。

3)夹紧可靠，刚性适当。

夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。

4)为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。

5)夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬垫等措施。

6)接近焊接部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。

7)夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地
方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。

8)注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。

例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。

再如，真空电子束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件，不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。

9)用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。

10)在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。

11)工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。

12)尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。

1.4.4焊件在焊接工装夹具中的定位方法
前已述及，在装焊作业中，焊件按图样要求，在夹具中得到确定位置的过程称为定位。

焊件在夹具中要得到确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定则”。

但对焊接
金属结构件来说，被装焊的零件多是些成形的板材和型材，未组焊前刚度小、易变形，所以常以工作平台的台面作为焊件固定面。

另外、对焊接金属结构的每个零件，不必都设六个定位支承点来确定其位置，因为各零件之间都有确定的位置关系，可利用先装好的零件作为后装配零件某一基面上的定位支承点，这样，就可以简化夹具结构，减少定位器的数量。

为了保证装配精度，应将焊件几何形状比较规则的边和面与定位器的定位面接触，并得到完全的覆盖。

在夹具体上布置定位器时，应注意不妨碍焊接和装卸作业的进行，同时要考虑焊接变形的影响。

如果定位器对焊接变形有限制作用、则多做成拆卸式或退让式的。

操作式定位器应设置在便于操作的位置上。

在批量生产中使用的专用夹具，其夹具体是根据焊件形状、尺寸、定位及夹紧要求、装配施焊工艺等专门设计的。

夹具体上安装着定位器以保证零件2相对零件1的垂直度和相对高度。

零件定位后，用圆偏心—杠杆夹紧机构夹紧，以保证施焊时零件的相互位置不发生改变。

对夹具体的要求是：①有足够的强度和刚度；②便于装配和焊接作业的实施；③能将装焊好的焊件方便地卸下；④满足必要的导电、导热、通水、通气及通风条件；
⑤容易清理焊渣、锈皮等脏物；⑥有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿；⑦必要时，还应具有反变形的功能。

通常，作为通用夹具体的装焊平台多为铸造结构，而专用夹具体多为板焊结构。

1.5焊接变位机械
焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备。

它主要包括焊接操作机和电渣焊立架。

焊接操作机的结构形式很多，使用范围很广，常与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。

若更换作业机头，还能进行其他的相应作业。

1.5.1焊接变位机械的分类
焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。

使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产卒，减轻工人劳动强度，
保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。

焊接变位机械的分类及各类所属设备如下（如图1-1）：
图1—1 焊接变位机械的分类
各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。

1.5.2焊接变位机械应具备的性能
一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是：
1)焊件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，焊件应重力作用而发生事故。

焊件变位机械是在焊接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机械设备。

焊件变位机械按功能不同，分为焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台和焊接翻转机四类。

在手工焊作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位机械是与焊机变位机械相互配合使用的，用来完成纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。

焊件变位机械也是机械化、自动化装焊生产线上的重要组成都分。

焊接机械是改变焊件，焊机或焊工位置来完成机械化，自动化焊接的各种机械装备。

使。