隔水管套内焊缝自动焊接机设计

本科生毕业设计说明书
题目内焊缝自动焊接装置设计
The Design Of Auto-welding Device
For Lengthwise Seam Inside
The Water-separated Pipe
作者姓名
所在专业
所在班级
申请学位
指导教师职务
答辩时间年月日
隔水管套内焊缝自动焊接装置设计
摘要：
快速接头隔水管系列产品，南油合众特有的为海洋石油配套的专用产品。

本设计是针对*SR-30、SR-24、SR-20、*SR-16、SR-13系列产品制造中，对卷制成管状板材的内纵焊缝能进行自动焊接的装置，包括机械系统设计和电气设计。

此设计采用自动焊接小车形式，能实现焊接位置的自动找正、焊接时的自动行走、自动导向。

关键词：隔水管内纵焊缝焊接焊接小车
Abstract:
Speedy junction of water-separated pipe , the series of which is specially produced for ocean rock oil in United Offshore construction hw. A auto-welding cart will be designed for lengthwise seam inside the water-separated pipe in this graduation project, which is divided into two portions---mechanic system design and electric system design. The cart can perform some functions such as searching the seam itself, walking along the seam automaticly and so on.
Keywords: water-separated pipe auto-welding cart lengthwise seam
第一章 概述
第一节CO2气体保护焊简介
CO2气体保护电弧焊是 利用CO2作为保护气体的气体保护电弧焊。

简称CO2焊。

CO2焊接的设备主要有焊、送丝机构和直流电源。

焊接材料主要有焊丝和
CO2气体。

而焊枪的作用是向电弧供给焊接电源、焊丝和CO2气体。

另外，当电流大于500A 时，焊枪需要水冷，于是还需要有循环系统。

使用CO2作为保护气体有如下二个特点：1） CO2气体的密度比空气大，所以在平焊时从焊枪喷出的CO2气体对熔池有良好的覆盖作用。

2） CO2气体在电弧的 高温作用下将按下式进行分解：
从该式可见，CO2气体分解时，其产物体积膨胀一半，这将有利于增强保护效果。

另一方面该反应时吸热反应，CO2气体 分解时对电弧产生强烈的冷却作用，则引起弧柱收缩和弧根（质覆盖熔滴表面的斑点面积）减小，这时电弧对熔滴产生较大的排斥力。

焊丝端头的熔滴由于受到电弧的排斥作用，而使熔滴过渡不规律，具有排斥过渡特点。

因此，不但影响电弧稳定性，而且也影响气体保护效果。

CO2焊时，根据焊丝直径和焊接规范的不同，熔滴过渡形式也不同。

所以人们按照焊丝直径把它分为以下三类：
1）
细丝（焊丝直径小于和等于1.2 mm ）一般以小电流、低电弧电压的短路过渡进行焊接。

这时焊丝端部的熔滴与熔池以短路接触的形式向熔池过渡。

2）
中丝（焊丝直径为1.6－2.4mm ）大都采用较大电流和较高电压进行焊接，熔滴过渡呈细滴排斥过渡，甚至，射滴过渡。

这是一种自由过渡形式。

3）
粗丝（焊丝直径为2.4－5mm ）常采用大电流和较低电压进行焊接，这时呈射滴过渡。

电弧基本上潜入熔池凹坑内，熔滴以自由过渡
Q O CO CO -+
→←
222
1
形式过渡。

CO2焊与手弧焊和埋弧焊相比，有许多优点：
1）生产效率高和节能省量。

由于该法焊接电流密度较大，通常为100～300A/mm2，这样电弧热量集中，焊丝的溶化效率高，母才
的熔透深度大，焊接速度高，同时焊后不需要清渣，所以能够显
著提高焊接效率和节省电能。

2）焊接成本低。

由于CO2气体和焊丝的价格低廉，对于焊前的生产设备要求不高，焊后清理和校正工时的少，所以成本低。

3）焊接变形小。

由于电弧热量集中、线能量低和CO2气体具有较强
的冷却作用，则焊接工件受热面积小。

特别是焊接薄板时，变形很小。

4）对油、锈的敏感性较低。

5）焊缝中含氢量少，所以提高了焊接低合金高强度钢抗冷裂纹的能力。

6）短路过渡焊可用与立焊、仰焊和全位置焊接。

7）电弧可见性郝，有利于观察，使焊丝对准焊接线。

尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。

8）操作简单，容易掌握。

但是，还存在以下缺点：
1）与手弧焊相比,CO2气体保护焊设备较复杂，容易出现故障，要求较高的维护设备的技术能力。

2）抗风能力差，给室外作业带来一定的困难。

3）弧光较强，必须注意劳动保护。

4）与手弧焊和埋弧焊相比，焊缝成型不够美观，焊接飞溅较大。

CO2焊的缺点可以通过提高技术水平和改进焊接设备加以解决。

而其优点却是其他焊接方法所不能比拟的，所以可以认为CO2气体保护焊时一种高效率的、低成本的节能焊接方法。

因此无论是在国外，它的发展都十分迅速。

目前已广泛用于汽车制造、机车和车辆制造、造船、航空、航天、工程机械、石油、化工机械、农机和动力机械等部门。

主要用于焊接低碳钢、普低钢和低合金高强度钢，还可以焊接耐热钢和不锈钢。

可以焊接厚度范围较宽，可以从0.5mm~150mm。

除焊接以外，还可以进行堆焊，如堆焊耐磨材料和耐蚀材料等。

第二节CO2焊接设备
CO2焊接设备种类繁多。

按使用特点可分为通用设备和专用设备。

按自动化程度可分为半自动焊和自动焊设备。

(—) CO2焊接工艺参数及其对焊接设备的要求CO2焊的主要参数有焊接电流、电弧电压和焊接速度。

许多情况下仅保证这些参数是不够的，还应该注意到焊枪角度、焊枪指向位置、焊丝干伸长和焊枪的摆动特点（摆动频率、摆动轨迹等）。

不过在半自动焊是，焊接设备所能提供的规范只有焊接电流和焊接电压二个工艺参数，其他参数均有操作者根据工艺要
求掌握。

而自动焊是却不同，所有的工艺参数都是有设备来给定的。

但对于通用自动焊设备来说，主要控制的参数只有焊接电流、电弧电压和焊接速度。

其他工艺参数根据不同的工艺要求，依靠调整设备来实现。

工艺参数是由焊接设备提供的。

为满足工艺要求，焊接设备应具有如下功能：1）能给定焊接工艺参数，并能在要求的范围内连续调节。

2）能保证主要焊接工艺参数稳定。

也就是当系统受到外界干扰时，能
在不影响焊接质量的条件下，迅速恢复到给定工艺参数。

3）能保证焊接过程按照规定程序动作。

4）能提供所需的稳定的CO2气体流量。

5）如果需要时，应该能提供冷却水和遥控装置。

6）对于短路过渡焊接法还要求具有良好的动特性。

（二）CO2焊接设备的组成
CO2焊接设备根据其自动化程度、机中和外观的不同而具有较大差异，但其基本组成时相似的，由如下七个部分组成
（1）接电源; (2) 控制箱; (3) 送丝机; (4) 焊枪（对于自
动焊应固定在焊接小车上）; （5）遥控盒；（6）CO2气体减压
表及流量计; (7) 冷却水循环装置（用于大电流焊接时冷却焊枪）。

焊接电源一般为直流平外特性或缓降外特性，只有在粗丝CO2焊时选用陡降外特性。

控制箱中安装着主要的控制装置，其主要功能包括：控制电源的通断，调整焊接电流和电弧电压，控制送丝速度，供给与停送保护气体等。

对于自动焊来说，还需要控制小车（或工件）移动速度（焊接速度）。

当焊接电流超过500A 的情况下，焊枪需要水冷。

所以还需设置冷却水循环装置。

在半自动的情况下，
控制箱大都放置在电源箱内。

而在自动焊的情况下，控制箱往往独立设置。

送丝机是驱动焊丝向焊枪输送的装置。

它处在焊接电源与工件之间，但一般情况下更靠近工件，依减小送丝阻力，提高送丝稳定性。

焊枪是输送焊丝、馈送电流和保护气体的操作器具。

所以焊接电缆、控制电缆、送丝软管、气管及冷却水管等都与它相连。

CO2气体的压力和流量由减压表和流量计调节。

如果CO2气体流量较大时，还需要加热CO2气体的预热器，否则易使减压表冻结。

调整焊接电流和电弧电压的旋钮，一种情况使安装在电源箱的面板上，另一种情况使安装在单独设置的遥控盒上。

自动焊机则安装在小车上。

CO2半自动焊时，沿焊缝移动焊枪是靠手工操作。

而自动焊却不同，这时沿焊缝移动是靠焊接小车或工件移动（或转动）。

只有那些特殊用途的自动焊机（全位置焊、立焊或横焊等）的机头具有较复杂的摆动机构。

第二章 内焊缝自动焊接装置设计
本设计是针对*SR-30/SR-24/SR-20/SR-16/SR-1系列产品制造中，对卷制成管板状板材的内纵焊缝能进行自动焊接的装置。

要求能实现焊接位置的自动找正、焊接时的自动行走、自动导向、焊枪位置的自动调节，行走速度0.1～3M/mm 之间可以自动调节，动力为直流电动机，控制方式为随车方式，要求结构使用、重量轻、调节操作方便、技术先进、价格合理。

第一节
机械系统设计
本自动行走小车机械系统设计主要包括送丝机头和行走系统设计。

i. 送丝机头（原理如图）。

它用来把焊丝自动送入焊枪，由送丝驱动系、送丝滚轮及压紧机构、矫直滚轮等组成。

送丝电动机经一级圆柱齿轮和一级蜗轮蜗杆组成减速器后驱动一对送丝滚轮。

焊丝由送丝滚轮送出，经矫直滚轮矫直后送入电弧区。

送丝电动机功率取决于焊丝直径，一般为40～100W ，减速比取决于由V 形槽的单主动滚轮驱动方式。

本设计选用75W 的电动机。

1
7
6
送丝驱动系统
2
5
ii.
小车行走机构（原理如图）。

它由行走电动机、两级蜗轮蜗杆减速
器、行走轮及车架等组成。

小车行走轮采用橡胶绝缘轮圈制造。

行走电动机功率取决于小车自重，一般 为40～200W 。

其传动减速器减速比取决于对焊接速度的要求、行走电动机额定转速及性能行走轮外径，其减速比一般为800～1000。

本设计选用123W 的直流电动机。

一、小车行走系统的设计过程及数据
1． 选电动机
要求小车行走速度：min /3~1.0m V
3.4-蜗轮蜗杆
1-电动机 5.6-行走轮
2-联轴器5
1
2
6
4
3
小车行走驱动系统
min
/40~33.1075
.03~1.0/rad r v W ===行走轮转速：
所以min /36.6~21.014.32/40~33.12/转=⨯==πW N 小车最大质量：M=80kg 小车最大重量：G=80⨯9.8=784N
故小车单轮受到的摩擦力：F=f*G=0.9⨯784=705.6N 因为2个轮驱动，所以F=2⨯705.6=1411.2N W=F*V=1411.2⨯(0.1~3)=2.352~70.56w 联轴器，蜗轮—蜗杆I ，蜗轮—蜗杆II 效率估计分别为0.96,0.8,0.8 高速蜗轮杆：Z1=2，y=0.8,i=15 低速蜗轮杆：Z2=2，y=0.8,i=15 所以W= T 车=F`*d/2=705.6⨯0.075=52.92N*m
T 低输入=
T 高输入=
所以电动机可选110sz01直流伺服电动机。

M=0.785N*m N=1500r/min W=123w V=110 I=1.80,0.27
2.选联轴器
w
8.1148
.08.096.056
.70=⨯⨯m
N y i T ∙=⨯=41.48.01592.5222车m
N y i T ∙=⨯=∙37.08.01441.42
1低输入
所以选YL1凸缘联轴器，轴孔直径10mm
3.蜗轮蜗杆设计
（一）、高速级蜗轮蜗杆设计：
P 入=123w n1=1500r/min i=15
蜗杆45号钢，蜗杆螺旋面要求淬火，硬度为45—55HRC 。

蜗轮用铸铁青铜。

ZCUAL10Fe3,金属棋铸造，仅齿圈用青铜铸造，轮芯用灰铸铁HT100制造。

1）按齿面接触疲劳强度设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿面弯曲疲劳强度 。

中心距 mm
2）确定作用在蜗轮上的转矩T2
按Z1=2，估计效率y=0.8
则T2= 3)确定载荷系数K
工作载荷较稳定 选取齿向载荷分布系数βK =1，由《机械设计》表11-5，选K A =1.15,由于转速不高，冲击不大，可取动载系数K V =1.05,则K=K A *βK *K V =1*1.15*1.05=1.21
(3)确定弹性影响系数Z E
因选用的是铸铝铁青铜和钢蜗杆相配。

故Z E =Mpa 160
m
N n P K KT T w n ∙=⨯⨯=∙∙=≥17.11500
123.095005.19550[]32
2⎪⎪⎭⎫
⎝⎛∙≥h e E Z Z KT a σm m N n P ∙⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯362261002.915
/150096
.08.0123.01055.91055.9
（4）确定接触系数Z E
先假设蜗杆圆直径d1和传动中心距的比值：d1/a=0.35,由图11-14，得Z E =2.9
(5)确定许用接触应力
蜗轮的基本许用应力[]Mpa H
250=∙
σ
应力循环次数
寿命系数 7813.010
2.710
87
7=⨯=N K μ 所以[]3.1952507813.0=⨯=H σ
（6）计算中心距
m m a 5.393.1959.21601002.921.132
3
=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯≥
取中心距a=50 i=15 由表11-2 取m=2,蜗杆分度圆直径d1=22.4mm 此时d1/a=22.4/50=0.45 可用 分度圆导角γ=10度7分29 蜗轮齿数Z2=29； x2=-0.100
蜗轮分度圆直径 d2=mZ2=2*29=58mm
2校核齿根弯曲疲劳强度
[]mPa Y Y m d d KT F Fa P σγ
σβ≤∙=
2cos 53.1212
齿量齿数9.301246
.10cos 29
cos 3
222===
γz Z v 因为X 2=-0.1 Z v2=41.53 由图11-15可查得齿数形系数Y Fa2=2.68
螺旋角系数
[][]FN F
F K ∙'=σσ
91563
.01201246.1011201=-=-=
γ
γβ
从表11-8中可查得ZCUA110Fe 3制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[]Mpa F 64='σ
寿命系数
[][]Mpa K F FN F 8.3964622.0=⨯='
∙=σσ
所以满足弯曲强度。

（4）尺寸
蜗杆：
轴向齿距mm m P a 28.6214.3=⨯==π
直径系数2.112/4.22/1===m d q
齿顶圆直径mm m ha d ha d d a 4.262124.22221111=⨯⨯+=∙+=+=*
齿根圆直
径
()4.17)225.021(24.22221111=⨯+⨯-=+∙-=-=*c m ha d h d d f f mm
蜗杆轴向齿厚 蜗轮验算传动比i=Z2/Z1=29/2=14.5
传动比误差（15-14）./15=390 允许
蜗轮喉圆直径d a2=d 2+2ha 2=58+2*2*(1-0.1)=61.6mm
蜗轮齿根圆直径d f2=d 2-2h f2=58-2*2*(1+0.1+0.2)=52.6mm
蜗轮喉母圆半径
（二）、低速级蜗轮蜗杆设计 622
.0102.710976=⨯=FN K Mpa
F
1691563.068.21246.10cos 28.54.2210
02.921.153.13
=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= σmm
m s a 14
.32==π2
.1926
.6150222
=-=-=da a r g
Z 1=2 y=0.8 10015/15002
=='n
载荷系数 K=1.21
Z Z =mPa 160 Z l =2.9 []Mpa H 250='σ
应力循环次数
62
109.415/12000100160600⨯=⨯⨯⨯='=h L n N
寿命系数
所以[][]Mpa K H H N H 27525010.1=⨯=∙=σσ
计应力算中心距
所以中心距a=80mm i=15
取m=3.15 d1=35.5mm
843010'''= γ
35.912915.322=⨯==mZ d mm
因为 []Mpa H
7.5364840.0=⨯=σ m N n P T ∙⨯=⨯⨯⨯⨯⨯='''⨯⨯='5622621008.115/1001055.996.08.08.0123.01055.910.1103.410867=⨯=HN K mm a 9.712759.21601008.121.132
5=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯≥Mpa F 7.4906
.10cos 15.335.915.359162.073.21008.121.153.15=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= σ
840.0108.410966=⨯=FN K
所以满足强度。

尺寸：
蜗杆
轴向齿距mm m P a 89.915.314.3=⨯=⨯=π
76.172/5.35/1===m d q
mm m ha d d a 8.4115.3125.35211=⨯⨯+=∙+=*
()
()mm c m ha d d f 7.2825.015.3125.35211=⨯⨯⨯-=+⨯-=* 843010'''= γ
mm m S a 95.42/89.92/===π
蜗轮：
Z 2=29 1349.02
-='x mm mZ d 35.912915.322=⨯==
()mm ha d d a 8.961309
.0115.3235.91222=-⨯⨯+=+=* ()mm d f 6.8225.01349.0115.3235.912=++⨯⨯-=
mm g 6.312/8.96802=-=γ
(三)、驱动系统的结构设计（见图纸略）
二、送丝机头设计数据及过程
（－）、减速器齿轮设计
1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
1）按图10-23所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）用软齿面硬度小于等于350HBS ，精度8级，由表10-1选用HT350。

197-269HBS
3）选用精度等级8级
4）选小齿轮齿数Z=20 4012==Z Z μ
2按齿面接触强度设计
由设计计算公式（10—9a ）进行计算
1）确定公式内的各计算数值
a 试选载荷系数 Kt=1.3
b 计算小齿轮传递的转矩
mm N n P T ∙=⨯⨯⨯=⨯=-958.1983600/1075105.95/105.95351151 c 由表10-7取齿宽系数6.0=Φd
d 由表10-6查得材料的弹性影响系数Mpa Z E 7.143=
e 由图10-21b 按齿面硬度中间值233查得大小齿轮接触疲劳强度极限
Mp a
H H 3802lim 1lim ==σσ f 由式10-13计算应力循环次数
()91110776.7153008136006060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h jL n N
99210888.32/10776.7⨯=⨯=N
g 由图10-19查得接触疲劳寿命系数 K HN1=0.86,K HN2=0.87
h 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数s=1 由式（10-12）得
2）计算
a 试算小齿轮分度圆直径d 1t 代入[]H σ中较小的值。

[]mm Z d T k d H
E t t 3211132.2⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+∙Φ=σμμ[]
Mpa
s H K HN H 8.3261/38086.01lim 11=⨯=∙=σσ[]Mpa s H K HN h 6.3301/38087.02lim 1=⨯=∙=σσ
b 计算圆周速度V
c 计算齿宽b mm
d d b t 72.1987.326.01=⨯=∙Φ=
d 计算齿宽与齿高之比b/h
模数 mt=d 1t /Z 1=32.87/20=1.6435mm
齿高 h=2.25*mt=2.5*1.6435=3.698mm
b/h=19.72/3.688=5.33
e 计算载荷系数：
根据V=6。

193m/s 8级精度由图10-8查动载系数K V =1.22
直齿轮假设m N b F K t A /100/≥由表10-3查得K Ha =K Fa =1.1
由表10-4查得299.1=βH K 由图10-13查得24.1=βF K
故载荷系数 K=74.1299.11.122.11=⨯⨯⨯=βαH v A K K K K
f 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径。

由式10-10a 得
mm k K t d d t 2.372.1/74.187.32/3311=⨯==
f 计算模数
m=d 1/Z 1=37.2/20=1.86mm
3)按齿根弯曲强度设计
由式（10-5）得弯曲强度设计为
a 确定公式内各计算数值
I 由图10-20d 查得大，小齿轮弯曲疲劳强度极限Mpa FN FN 14021==σσ II 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数87.0,86.021==FN FN K K
III 计算弯曲疲劳许用应力 []867.322132.23211=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙÷∙Φ≥H
t t E d T K d σμμs m n d V t /193.61000603600867.3210006011=⨯⨯⨯=⨯=ππ[]31212⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛Φ≥F sa Fa Y Y dz kT m σ
取弯曲疲劳安全系数s=1.4 由式（10-12）得
VI 计算载荷系数
66.124.11.122.11=⨯⨯⨯==βαF v a K K K K K
V 查得齿形系数
由表10-5查得67.1,55.1,4.2,8.22121====Sa Sa Fa Fa Y Y Y Y
计算大小齿轮的
b 设计计算
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。

M 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度的决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.116m 并就近圆整为标准的1.25接触强度算得的分度圆直径d1=37.2mm 由
取Z 1=30
[]
Mpa s K FE FN F 864.114086.0111=⨯==σσ[]
Mpa s K FE FN F 874.114087.0222=⨯==σσ[]0505.08655.18.21=⨯=∙F Y Y Sa Fa σ[]04607.08767.14.2222=⨯=∙F Y Y sa Fa σmm m 116.10505.04006.06.198966.123=⨯⨯⨯⨯≥76.2925
.15.3711===m d Z
Z 2=2*30=60
3）几何尺寸计算
a 计算分度圆直径 d 1=Z 1m=30*1.25=37.5mm
d 2=Z 2m=60*1.25=75mm
b 计算中心距 a=(d 1+d 2)/2=(37.5+75)/2=56.25
c 计算齿轮宽度 5.225.376.01=⨯=⨯Φ=
d d b
圆整取B 2=23mm,B 1=28mm
4)验算
d1=30 Z=20 m=1.5
d2=60 Z=40 m=1.5
a=(d 1+d 2)/2=45mm mm d d b 18306.01=⨯=⨯Φ=
B 2=18mm B 1=23mm
（二）、减速器蜗轮蜗杆设计
1选择蜗杆传动类型
根据GB （0085-88推荐采用渐开线蜗杆）
2选择材料
根据库存材料情况考虑蜗杆传动传递功率不大，速度中等，用蜗杆45号钢。

蜗杆螺旋面淬火，硬度45-55HRC 。

蜗轮用铸锡磷青铜ZCusn10P1金属模铸造。

为了节约贵重金属，仅齿用青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造。

3按齿面接触疲劳强度进行设计
mm N mm N d T d T Ft /100/112.1065.37/6.19892221
111>=⨯===
根据闭式蜗杆传动设计准则，选齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度由式（11-12）
传动中心距
mm
a 确定作用在蜗轮上转矩T 2按Z1= 估取效率8.0=η 则
b 确定载荷系数K
工作载荷稳定，选取齿面载荷分布系数K=1。

由表11-5选取使用系数K A =1，转速不高，冲击不大，K V =1.05
05.105.11=⨯==v A K K K K β
c 确定弹性影响系数Z E
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配Mpa Z Z 160=
d 确定接触系数Z P
选假设蜗杆分度圆直径d 1和传动中心距a 比值d 1/a=0.35,从图11-14可查得Zp=2.9
e 确定许用接触应力[]Mpa H 268='σ
应力循环次数721022.5120014516060⨯=⨯⨯⨯==h L jn N
寿命系数
则
[][]Mpa K H HN H
2182688134.0=⨯='∙=σσ f 中心距
[]322⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛≥H P E Z Z KT a σmm N T ∙=⨯⨯⨯⨯⨯=-6.35565.148.09.010751055.93628134.01022.510877=⨯=HN K mm a 2.252189.21606.355605.132
=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯≥
取中心距a=40mm 因i=12 从表11-12取 从表（GB10085-88参照DIN3976-80） 取a=50mm,因i=12.5 取m=1.6 d1=20mm
d 1/a=20/50=0.4 P P P
Z Z Z <'=',74.2可用
4）蜗杆蜗轮主要参数与几何尺寸
a 蜗杆
轴向齿距Pa 024.56.114.3=⨯==m π
直径系数q=12.5
齿顶圆直径2.236.11220211=⨯⨯+=+=*m h d d a a 齿根圆直径()m c c c m h d h d d a f f **==+-=-=,16221111 分度圆导程角144417'''= r
蜗杆轴向齿厚
b 蜗轮
蜗轮齿数Z 2=51 变位系数X 2=-0.5
验算传动比i=Z 2/Z 1=51/4=12.5
蜗轮分度圆直径6.81516.122=⨯=⨯=Z m d 喉圆直径8.846.1126.812222=⨯⨯+=+=a a h d d 齿根 d 6.77226.812222=⨯-=-=f f h d d 咽喉母圆直径mm d a r a g 6.78.845.0505.022=⨯-=-=
5）校核齿根弯曲疲劳强度
6）
当量齿数 512.22==m Sa π[]MPa Y Y r m d d KT f Fa f σσβ≤=2212cos 53.17.58868
.051144417cos 51cos 332
2=='''== αZ Z V
根据65.21511,7.58,5.0222=-=-=Fa V Y Z X 可查得齿形系数从图
螺旋角系数
许用弯曲应力[][]=∙'='FN F F K σσ
寿命系数 []086.36644.056=⨯=F σ
（三）、 轴的计算
第二级
第一级
对于齿轮
d 2=75mm
F t =2T/d 2=2*378.02/75=10.08N
N tg tg F F t r 6.33631.008.102008.10=⨯=⨯=∙= α 85467.012044171='-= βY 644.01022.510697=⨯=FN K Mpa F 97.514417cos 6.16.812085467.065.26.355605.153.1='
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= σmm T 77.39881055.945.185.01075.063=⨯⨯⨯⨯=螺轮mm N /02.3781055.91800107595.063=⨯⨯⨯⨯-
3初步确定轴最小直径
按式（5-2）初步估算最小直径选轴45#调质处理，由表15-3取A 。

=112
对于蜗杆处
T=378。

02N*mm
7.3044.178.97221=⨯===tg tg F F F t r r α
第二根
（四）、联轴器
计算转矩T K T A ca = 电机额定转矩24.5N*cm
K A =1.3
Tca=K A *T=1.3*24.5=318.5N*mm
故选用YLD1联轴器J10X25GB5843-86
33333min 8.3800.11025.71112m m A P A d =⨯⨯==- N d T F t 8.372002.3782211=⨯==N d T F a 8.976.818.398822221=⨯==8.3180056.6011233min =⨯==n P A d mm N T ∙=⨯⨯⨯⨯⨯=-77.39881055.914585.095.01075639.198360010751055.936=⨯⨯⨯=-T
（五）、送丝机头结构设计（见图纸略）
第二节电气控制系统设计
（－）、CO2气体保护电弧焊通常采用直流焊接电源，这种电源可为变压器－整流器式原动机－发电机式和逆变电源式。

焊接电源的额定功率取决于各种用途所需求的电流范围。

一般所需求的电流通常在50～500A之间，特种应用要求1500A。

电源的负载持续率在60％～100％范围。

空载电压在55～85V范围。

焊接电源的外特性气体保护焊的焊接电源按外特性类型可分为三种：平特性、陡降特性和缓降特性。

本装置采用平特性电源。

只是因为平特性电源配合等速送丝系统具有许多优点，对于“L”形外特性，通过改变电压给定信号调节电弧电压。

故焊接参数调节方便。

使用这种外特性电源，当弧长变化时可引起较大的电流变化，有较强的自身调节作用，同时短路电流较大，引弧比较容易。

实际使用的平特性电源其外特性并不都是真正平直的，而是带有一定的下斜，其下斜率一般不会大于4V/100A，但仍具有以上优点。

在焊接过程中可以根据工艺需要对电源的输出参数、电弧电压及焊接电流及时进行调节。

电弧电压电弧电压是指焊丝端头和工件之间的电压降。

不是电源电压表指示的电压（电源输出电压）。

电弧电压的调节，对于“L”形外特性是通过调节空载电压来实现。

对于陡降特性电源，通过调节控制系统的电压给定来实现。

焊接电源平特性电源的电流大小主要通过调节送丝速度来实现。

对于陡降特性电源则主要通过调节电源外特性来实现。

本自动焊接装置要完成以下功能：
（1）行走电动机正转时，同时送丝电动机工作，两者转速要相协调，到焊接过程结束时，撞行程开关两电动机均停止工作;
（2）行走电动机反转时，同时打磨电动机工作，两者转速没有严格的关系，到打磨过程结束时，撞行程开关两电动机均停止工作;
（3）行走电动机正反转时遇紧急事故的分别反接制动；
（4）行走电动机正反转的分别点动控制；
所以可以用继电器及行程开关等电器元件组成控制电路，实现此装置的有序控制，控制原理电器图具体见图。

第三节辅助设备（机架）设计
此自动焊接装置，一般要有相应的辅助设备与焊机相配合，辅助设备大致有以下几种类型：
（1）焊接夹具使用焊接夹具的作用在于是工件准确定位并夹紧，一便于焊接。

这样可以减少或免除定位焊缝变形。

又有时焊接夹具往往与其他辅助设备连用。

（2）工件变位设备这种设备的主要功能是使工件旋转、倾斜、翻转，以便把待焊的接缝置于最佳的焊接位置，达到提高生产率、改善焊
接质量、减轻劳动强度的目的。

工件变位设备的形式、结构及尺寸
因焊接而异。

常用的工件变位设备有滚轮架。

翻转机等。

第三章设计总结
本次毕业设计使我第一次有机会面对实际问题。

在这次的毕业设计过程中，我获益良多。

它是对我大学四年所学知识的一次大阅兵，对我自己也是一次历练。

设计过程中，我进一步巩固了自己的专业知识，提高自己独立思考问题的能力。

以往的毕业设计都是有资料可以参考，能够依葫芦画瓢但这次是参与到工厂一线的实战！不管是资料的收集整理还是实地的参观记录都要亲自动手。

它让我明白搞设计一定要有独立解决问题的能力。

同时，设计过程中是要与别人打交道，要与别人协作，一个人的能力是有限的，设计是个团队合作的事情，不能闭门造车。

设计过程中资料的获取也是一个很重要的环节，要学会利用图书馆，网络等资源。

同时也要及时向老师请教，这样能避免走弯路！
在设计过程中，我常会遇到因考虑不周而导致功能无法实现，苦思冥想未果不得不重新设计的事情。

要不断地发现问题，解决问题。

到后期为了能按时完成任务而废寝忘食地赶工，让我明白有压力才会有动力，也让我清楚的看到自己同其他同学相之间的距离，在今后的道路上还要更加勤奋努力追赶。

因本人水平有限，经验不足，设计中难免存在一些错误和不足，请老师给予批评指正。

第四章参考资料
<1> 濮良贵、纪名刚编著，《机械设计》第六版，高等教育出版社，2000。

<2> 周开勤主编，《机械零件手册》，高等教育出版社，1998。

<3> 殷树言编著，《CO2焊接设备原理与调试》，机械工业出版社，2000。

<4> 中国机械工程学会焊剂学会编，《焊接手册》第二版，2001。

<5> 殷树言、邵清廉主编，《CO2焊接技术及应用》，哈尔滨工业大学出版社，
1992。

<6> 龚桂义主编，《机械设计课程设计图册》，哈尔滨工业大学出版社，1998。

<7> 马晓湘钟均祥主编，《画法几何及机械制图》，华南理工大学，1998。

<8> 《机械设计手册》第三、第四册，机械工业大学，2000。

WELDING
Welding is essential to the expansion and productivity of our industries. Welding has become one of the principal means of fabricating and repairing metal products. It is almost impossible to name an industry, large or small, that does not employ is type of welding. Industry has found that welding is an efficient, dependable, and economical means of joining metal in practically all metal fabricating operations and in most construction.
In tooling-up for a new model automobile, a manufacturer may spend upward of a million dollars on welding equipment. Many buildings, bridges, and ships are the building of hospital additions, the value of welding as the chief means of joining steel sections id particularly significant.
Without welding, the aircraft industries would never be able to meet the enormous demands for planes, rockets, and missiles. Rapid progress in the space program, has been made possible by new methods and knowledge of welding metallurgy.
Probably the most sizable contribution welding has made to society is the manufacture of special products for household use. Welding processes are employed in the construction of such items as television sets, refrigerators, kitchen cabinets, dishwashers, and other similar products.
As a means of fabrication, welding has proved fast, dependable, and flexible. It lowers production costs by simplifying design and eliminates costly patterns and machining operations.
Welding is used extensively for the manufacture and repair of farm equipment, mining and oil machinery, machine tools, jigs and fixtures, and in the construction of boilers, furnaces, and railway cars. With improved techniques for adding new metal to worn parts, welding has also resulted in economy for highly competitive industries.
Of the many processes of welding in use today, oxy-fuel gas welding, arc, and resistance dominate the field. These processes are best explained from the standpoint of the operator’ duties.
The principal duty of the operator employing oxy-fuel gas welding equipment is to control and direct the heat on the edges of metal to be joined, while applying a suitable metal filler to the molten pool. The intense heat is obtained from the combustion of gas, usually acetylene and oxygen. For this reason, this process is called oxyacetylene welding. In some applications other gases-such as Mapp, propane, or natural gas-may be utilized to generate the intense heat necessary for welding.
The skills required for this job are adjustment of the regulators, selection of proper tips and filler rod, preparation of the metal edges to be joined, and the technique of flame and rod manipulation. The gas welder may also be called upon to do flame cutting with a cutting attachment and extra oxygen pressure . Flame or oxygen cutting is employed to cut various metals to a desired size or shape, or to remove excess metal from castings.
The three main types of arc welding processes used today are shielded metal-arc welding, gas tungsten-arc welding, and gas metal-arc welding. Shielded metal-arc welders perform their skill by first striking an arc at the starting point of a weld and maintaining this electric arc to fuse the metal joints. The molten metal from the tip of the electrode is then deposited in the joint, together with the molten metal of the edges, and solidifies to form a sound and uniform connection. The arc welding operator is expected to select the proper electrodes for the job or be able to follow instructions as stated in the job specifications, to read welding symbols, and to weld any type of joint using the technique required.
Gas-shielded arc processes have gained recognition as being superior to the metal arc process. With gas-shielded arc both the arc and molten puddle are covered by a shield of sounder weld. The processes have gained recognition as being superior to the metal arc process. With gas-shielded arc both the arc and molten puddle are covered by a shield of sounder weld. The processes known as gas tungsten arc welding and gas metal arc welding, sometimes called TIG and MIG,, are either manually or automatically operated.
Resistance welding operators are responsible for the control of machines which fuse metals together by heat and pressure. If two pieces of metal are placed between electrodes which become conductors for a low voltage and high amperage current, the materials, because of their own resistance, will become heated to a plastic state. To complete the weld, the current is interrupted before pressure is released, thereby allowing the weld metal to cool for solid strength.
The operator’s duty is to properly adjust the machine current, pressure, and feed settings suitable for the material to be welded. The welded usually will be responsible for the alignment of parts to be assembled and for controlling the passage of parts through the welding machine.
There are no hard and fast rules which govern the type of welding that is to be used for a particular job. In general, the controlling factors are kind of metals to be joined, costs involved, nature of products to be fabricated, and production techniques, Some welding jobs are best completed using the oxy-fuel welding process as compared to shielded metal arc welding process.
Oxyacetylene welding, the most popular oxy-fuel gas welding process, is used in all metal working industries and in the field as well as for plant maintenance. Because of its flexibility and mobility , it is widely used in maintenance and repair work. The welding unit can be moved on a two-wheeled cart or transported by truck to any field job where breakdowns occur. Its adaptability makes the oxyacetylene process suitable for welding, brazing, cutting, and heat treating.
The chief advantages of shielded metal arc welding are the rapidity with a high quality weld can be made at a relatively low cost and the variety of applications. Specific applications of this process are found in the manufacture of structural steel for buildings, bridges, and machinery. Shielded metal arc welding is considered ideal for making storage and pressure tanks as well as for production line products using standard commercial metals.
Since the development of gas-shielded arc processes, these are indications。