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长轴式焊接滚轮架设计（机械CAD图纸）
长轴式焊接滚轮架设计
摘要
在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。

而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。

目前国内外众多的焊接设备制造厂都在生产焊接滚轮架。

产品规格型号多，结构
差别大，各自适合不同的用途，各有特点。

国内的重型焊接滚轮架用户主要
集中在大型石油化工、锅炉制造、电站设备制造、重型设备制造行业。

使用
的焊接滚轮架来自不同的国家。

焊接滚轮架是借助工件与主动滚轮间的摩擦力来带动工件旋转的机械装
置,主要用于回转体工件的装配与焊接。

本次设计题目是一台2吨长轴式焊接
滚轮架。

长轴式焊接滚轮架多是用户根据焊件的特点自行设计制造，市场可
供选用的产品很少。

考虑负载的压强取滚轮架宽度为1796毫米,综合考虑受
力情况的大小取滚轮架长度为3445毫米。

其设计的主要内容包括：2吨长轴式焊接滚轮架的底座，主动滚轮机构、
从动滚轮机构机械设计、装配图和零件图设计。

并编写相应的设计说明书。

对滚轮架、调整方式、传动方式等可采用不同的设计方案。

整个机械系统应
简单可靠，操作方便、经济适用。

关键词：焊接，滚轮架，长轴式
THE DE SIGN OF LONG AXIS TYPE WEL DING
ROLLE R FRAME
ABSTRAC T
Nowadays, with the fast development of the science and technology, weld alr eady translates to a engineer ing technics subject including material, metallurgy, structure, mechanics and electr on from a sort of conventional hot
with the development and the advancement of the cor relate wor k.Further
more,
technology, more and mor e new knowledge , enter into weld technology. At present, lots of both national and inter national manuf actur ing plant all product welding roller carr ier. Ther e ar e numerous types f or differ ent structures with their own char acteristics to fit dif ferent use. The user of the national heavy welding roller car rier ar e mostly in the field of lar ge scale chemis tr y, manufactur e of the equipment in electronic generate factory, manuf actur e of heavy equipment. The welding roller car rier they use come f rom diff erent countr y.
The welding roller car rier is a mechanic device to make the wor kpiece to rotate by the friction between the workpiece and the initiative r oller. It mostly used in the assembly and welding of the turning wor kpiece.This thes is is the design of along axis type welding roller car rier for 2 ton. The long axis type welding roller fr ame ar e mostly manuf actur ed by the user themselves because there are ver y few pr oduct in the mar ket.The width of the roller car rier is 1796
the workpiece.Its length is3445mm considering mm considering the pressure of
the condition of the load.
This thesis mainly includes the design of long axis type welding roller fr ame base,the initiative roller device,the driven r oller device,assembly dr awings and detail dr awings of the f oundation,etc.The design specif ication is also needed.It could use diff er ent project to design the f oundation,the type of adjustment,the type of dr ive.The whole mechanic system should be reliable,simple,convenient
毕业设计（论文）to operate and economical.
KEY WOR DS：Welding,Roller car rier,Long axis type
目录
前言 (1)
第1章§1.1§1.2第2章§2.1§2.2§2.3第3章第4章
课题简介及焊接滚轮架发展史 (3)
课题介绍 (3)
国内外的发展现状 (13)
焊接滚轮架的整体方案设计 (14)
滚轮的选用 (15)
滚轮架的选用 (15)
焊接滚轮架拖动与调速方式 (16)
电机的选择 (16)
零件的校核 (20)
§4.1§4.2轴的校核 (21)
轴承与键的校核 (22)
结论 (26)
参考文献 (27)
致谢 (28)
前 言
在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶 段。

当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、 微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应 用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中
创造了极高的附加值。

焊接已成为最流行的连接技术 。

焊接滚轮架应用于大型石油化工、电站设备制造、重型设备制造行业。

焊接辅助设备，可根据筒体直径大小采用丝杆调节或螺钉分档移动滚轮调节 中心距,与操作架、电焊机配套使用，可实现工件内外纵、环缝的焊接。

进口 变频器无级调速，精度高、范围广。

用新材料制成焊接结构，焊接热效应会引发结构不完整性,即使采用特种 焊接技术,仍然还会有三个方面的问题:
(1)冶金不均匀性（母材、HAZ 、焊缝）
(2)几何不完善性（变形、偏离设计容限）
(3)力学不连续性（应力集中、缺陷、损伤）
焊接科技发展的历程就是不断解决这些难题,寻求最佳方案的历史。

为满 足现代运载工具更快、更轻、更强（更高、更远、更深）的技术目标，对焊 接结构完整性研究和技术开发越来越显得重要。

从产品结构服役全寿命周期 的安全、可靠出发，从最终用户提出的技术要求，设计师们的构思与选材开 始，制造工程中的方法与技术的优化和使用过程中的维修与监测，均应科学 地引入断裂力学判据、损伤容限准则，加强焊接力学（裂纹力学、应力变形
控制）研究。

焊接滚轮架的应用可以给人类带来许多好处,如：
﹙1﹚减少劳动力费用；
﹙2﹚提高生产率；
﹙3﹚改进产品质量；
﹙4﹚增加制造过程的柔性；
﹙5﹚减少材料浪费；
﹙6﹚降低生产成本；
[1] [2]
毕业设计（论文）
﹙7﹚消除危险和恶劣的劳动岗位。

焊接滚轮架机械部分的设计是焊接滚轮架重要部分,其它系统的设计应有各自的要求,但必须与机械系统相匹配,相辅相成,组成一个完整系统。

本次设计的是长轴式焊接滚轮架。

设计内容主要包括:
1.长轴式焊接滚轮架的底座、主动滚轮机构、从动滚轮机构、减速器机
构等的机械设计、装配图和零件图设计；
2.对滚轮架、调整方式、传动方式等采用不同的设计方案方案；
3.整个机械系统应简单可靠，操作方便、经济适用。

4.编写相应的设计说明书。

毕业设计（论文）
第1章课题简介及焊接滚轮架发展史
§1.1课题介绍
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，焊接都有这广泛的应用。

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。

焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称为焊接工装。

焊接工装主要用来安装和夹持待焊工件，使焊接时便于施焊，以保证焊缝的质量，并提高生产效率。

大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要个制造厂根据本厂的产品结构特点、生产条件和实际需要自行设计制造或者定做。

焊接工装也在汽车、摩托车、飞机、造船及航天等国民经济的各个领域中发挥着重要的作用。

焊接工装在焊接自动化及机械化的过程中也扮演着重要的角色：在装配定位焊件时，如果不使用工装夹具，即使焊接组合件尽由两三个零件组成的，欲保证各零件精确的相对位置，也是不可能的。

此外，在焊接过程中，焊接件一般会由于受热不均等原因而发生焊接变形，尤其是复杂的焊接结构，其变形有时会无法消除，这样就会影响以后的装配工作。

采用工装夹具，不仅可以保证焊接时工件间的相对正确位置，而且可以防止和减少工件的焊接变形。

批量生产的时候，这种优点就更加明显，可以稳定焊接件的质量，减少次品的产生。

焊接结构生产过程一般包括：下料，装配，焊接，清理，检验及焊后热处理等工艺工序。

一般来说焊前的下料，开坡口，清理工件表面等准备工作一般都要占据整个焊接时间的大部分，有时候焊接过程占用的时间反而很少。

在这种情况下如果使用高效率的焊接工装夹具，那么就可以极大的缩短焊接前装配时间，从而缩短了整个生产周期，提高劳动效率，缩短了单位产品的生产时间而降低了成本。

采用工装夹具，工件定位迅速，装夹方便，省力，减轻了焊件装配定位和夹紧时的繁重体力劳动；焊件的反转可以实现机械化，变位迅速，使焊接条件较差的空间位置焊缝变为焊接条件较好的平焊位置焊缝，劳动条件改善，同时也有利于提高焊缝的质量。

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。

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
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
还可以按1.用途2.应用范围3.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。

着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/T9187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作。

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。

三.常见的焊接机械
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。

使用焊接机械可缩短焊件翻转变位的辅助时间，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，改善焊接质量，并可充分发昏各种焊接方法的效果。

焊接机械可以分为以下三大类。

1）焊接变位机
焊接变位机是将工件回转，倾斜以便使所有的焊缝置于水品和船形位置的机械装置。

焊接变位机主要用于机架，机座，机壳等非长形工件的焊接。

焊接变位机按结构形式可分为三种：
1，伸臂式焊接变位机：适用与轻小焊件的翻转空位，载重量一般不超过1吨。

伸臂式焊接变位机
图1-
1
2，座式焊接变位机，是目前应用最广泛的一种焊接变位机械，载重量一般为1至50吨之间。

3，双座式焊接变位机，有较高的稳定性，试用与大型和重型工件的翻转变位，载重量一般都在50吨以上。

图1-2双座式焊接变位机
2）焊接滚轮架
焊接滚轮架按结构形式分为两类：
第一类是长轴式滚轮架。

滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮。

长轴式滚轮多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可采用的定型产品很少。

第二类是组合式滚轮架，它的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时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，是目前应用最广泛的结构形式。

组合式滚轮架
图1-
3
图1-4组合式滚轮架
3）焊接翻转机
焊接变位翻转机是一种可以实现大型回转零件在焊接时变位、翻转、旋转位置，以便获得更佳焊接位置的焊接辅助设备，可配用熔化极气体保护焊机(CO2/MAG焊机)。

下图产品主要由立柱提升机构、翻转机构、回转机构以及控制器组成。

图1-
焊接翻转机
5
4）焊接操作机
焊接操作机作为一种焊接辅助机械，被广泛地应用于锅炉、压力容器、
管道和金属结构行业。

与滚轮架、变为机或翻转机相配，可焊接大直径管道
内外纵、环缝。

可根据用户工艺要求选配焊接系统，还可选配焊接系统，还
可选配焊接跟踪系统、监控系统，焊剂自动输送回收系统或摆动器。

焊接操作机是将焊件准确地送到并保持在待焊接位置或以选定的焊速沿规定的轨迹移动焊机的机械装置。

焊接操作机与焊接变位机。

焊接滚轮架等焊件边为装置配合使用，可完成多种焊缝的焊接，也可以进行工件表面的自动焊接。

本次设计主要是设计焊接滚轮架的设计。

焊接滚轮架是借助主动滚轮与
焊接件之间的摩擦力、带动焊件旋转的变位机械。

焊接滚轮架主要用于圆柱
型筒体的焊接、打磨、衬胶及装配，有自调式、可调式以及平车式、倾斜式、
防窜式、移动式等多种结构形式。

可根据用户的需求选择结构，也可为用户
设计制造各种特制专用滚轮架。

若对主动滚轮的高度作适当调整，也可进行
锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。

对于一些非圆长形焊件，若将其装
卡在特制的环行卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装卡作业。

焊接滚轮架按结构形式可分为二大类：
第一类长轴式的焊接滚轮架：滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的
一排均为主动轮，另一排为从动轮，也有两排均为主动轮的，主要用于细长
筒形的装配焊接。

如图1-6
图
1-6
滚柱式焊接滚轮架
1——主动滚柱2——驱动装置3——从动滚柱有的长轴式滚轮架其滚轮为一长形滚柱，直径0.2～0.6m，长度1～5m。

筒体置于其上不易轴向变形，适用于薄壁、小直径、多筒节焊件的组队和环缝的焊接。

长轴式滚轮架多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可供选用的定型产品很少。

第二类是组合式的焊接滚轮架：主动滚轮架与从动滚轮架各自独立，二者可根据工件的重量，长度任意组合。

如图1-2。

使用灵活，适应性强，是目前最广泛的一种结构形式。

国内外有关生产厂家，均有各自的系列产品供应市场。

毕业设计（论文）
图1-7组合式焊接滚轮架
1--主动
滚轮座3--支架
滚轮座2--从动
若装焊壁厚较小而长度较长的筒形焊件时，宜用几台混合式滚轮架是组合，这样，沿筒体长度方向均有主动滚轮驱动，使焊件不致打滑和扭曲。

若装焊壁厚较大，刚性较好的筒形焊件时，则常采用主动滚轮架和从动滚轮架的组合，这样即使是主动滚轮架在筒体一端驱动焊件旋转，但年焊件刚性较好，任能保持转速均匀，也不致发生扭曲变形。

为了焊接不同的直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。

调节方式有两种：一种是自调式的；一种的非自调式的。

自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。

自调式焊接滚轮架
图1-
8
非自调式焊接滚轮架
图
1-9
对于重型滚轮架，多采用车间起重设备挪动滚轮座进行分段调节。

对于轻型滚轮架，多采用手动或电动丝杠-螺母机构来移动滚轮座进行连续调节。

为了便于调节滚轮架之间的距离，以适应不同长度焊件的装焊需要，有的滚轮架上还安有机动或非机动的行走机构，沿轨道移动，以调节相互之间的距离。

焊接滚轮家多采用直流电动机驱动，降压调速。

但用于装配作业的滚轮架则采用交流电动机驱动，恒速运行。

近几年，随着晶体闸流管变频器性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动、变频调速的焊接滚轮架也日趋增多。

焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和适用范围如下:
钢轮:承载能力强,制造简单,一般用于重型焊件和许预热处理的焊
件以及额定重量大于60吨的滚轮架及有色金属容器
胶轮:摩擦力大、传动平稳但易压坏,一般用于10吨以下的焊件
组合轮:是钢轮橡胶轮相结合的,承载能力比橡胶轮高、传动平稳,一般用于10-60吨的焊件。

履带轮:有大面积履带和焊接件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂，用于轻型、薄壁大直径的焊接件及有色金属容器。

金属滚轮多用铸钢合金球墨铸铁制作，其表面热处理硬度约为50HRC，
滚轮直径多在200～700㎜之间。

国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载量1～1500吨，适用焊件直径1～8米的标准组合式滚轮架均系列供应。

其滚轮线速度多在6～90m/h 之间无级调速。

有的还有防轴向窜动的功能。

我过已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达400吨适用焊件直径可达6m，滚轮线速度多在6～60m/h之间无级调速。

防止轴向窜动的焊接
[5]
滚轮架已经有生产，但性能质量还待提高。

§1.2国内外的发展现状
近几十年来，随着科技的日新月异，焊接设备和焊接方法也得到了长足的发展。

目前，国外焊接设备的显著特点是高精度、高质量、高可靠度，数字化、智能化控制、大型化、集成化以及多功能化。

而国内无论从产量构成还是技术发展方向上看，正在高效、自动化、智能化、节能、环保型的焊接方向上发展。

焊接技术的高速发展，对焊接生产的机械化和自动化提出了越来越高的要求，焊接机械设备的需求量也越来越大，焊接滚轮架设备正是为满足市场需要而设计生产的。

随着我国改革开放进程的深化，随着中外合作生产或引进技术生产的机械产品的日益增多，促进了我国焊接结构用量的迅速增加。

尤其是为满足我国石油、化工、交通、能源等工业的迅猛发展，大厚壁、大型化、高容量、耐磨蚀、耐动载的锅炉、石油、化工压力容器的用量更是日益增加，其接头的焊接质量要求也愈来愈高，并且在实际生产中要求有较高的生产效率。

在上述压力容器的焊接生产中，自调式焊接滚轮架是必不可少的辅助装备之一，它是借助工件与滚轮之间的摩擦力来带动筒形工件旋转的焊件变位机械。

国内的重型焊接滚轮架实用户集中在大型的石油化工，电站设备制造，重型设备制造行业，实用的焊接滚轮架来自不同的国家。

目前国内进口的主要品牌焊接滚轮架有：如芬兰PEMALDO滚轮架，ANSALDO公司等。

他们的滚轮架采用了速度控制系统、机械转动系统、防偏移结构、滚轮中心距调整等。

（1）在速控制系统发面，芬兰PEMA300t滚轮架采用了目前流行的交流方法。

变频调速系统，速度控制精度较高；意大利ANSALDO公司采用调速系统，有速度反馈；
（2）在机械转动系统发面，芬兰PEMA300t滚轮架采用的是动机一速度反馈；行星减速器联型，行星减速器输出轴于滚轮直联结构。

ANSALDO采用
直流电动机带同布齿形带，经过安装有带动器的齿轮箱将动力通过齿条传递给滚轮，机械结构简单，有只够动力，同步齿形带具有安全装置的功能，稳定性不好；
（3）在防偏移结构方面，PEMA300t的防偏移机构由液压驱动滚轮支座在水平摆动。

这种结构简单有效，调整范围小。

ANSALDO的防偏移机构采用
液压伺服驱动偏心轴带动滚轮在垂直平面摆动。

机构简单有效，但适用范围小；
（4）在滚轮中心距调整方法方面，PAMA300t和ESAB均采用节距调整，即在底座上钻有节距的饿孔，不同节距长度可以代不同的滚轮中心距。

相比较国外，我国自调式焊接接滚轮架的研制还处在初始阶段，据调查，至今国内尚无正式厂家能够制造出比较成熟的产品，生产中主要是依靠引进国外的设备，如兰州石油化工机械厂、哈尔滨锅炉厂、齐齐哈尔第一重型机械厂等，都从国外引进了防轴向窜动的焊接滚轮架。

这样，一方面要花费大量的外汇，另一方面也远远不能满足国内日益增长的焊接生产需要。

因此我国焊接界的有识之士亦对我国焊接行业如何跨入21世纪予以了异常关注。

以林尚扬、关桥两位院士为首的中国工程院咨询项目工作组开展了《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究》工作。

在过去的三年里，项目工作组进行了艰难的调研，在掌握国内、外大量第一手资料和数据的基础上，系统分析了我国焊接行业的现状和主要挑战，规划了未来的发展战略和对策，提出
[4]
了内涵丰富、极具战略意义的研究报告。

这项工作得到了焊接行业的高度关注。

2004年3月，中国焊接协会、中国焊接学会组织了由我国焊接行业权威专家参加的焊接行业发展战略研讨会。

与会专家对两位院士的报告予以了高度评价，同时对今后行业的发展提出了许多极其宝贵的建议。

我国在1990年颁布了焊接滚轮架的行业标准（ZBJ/T33003—1990）。

该标准对滚轮架和滚轮形式进行了分类，并规定主动论的圆周速度应在6～60。