4109-40t焊接滚轮架设计

第1章绪论

1.1 课题研究的意义及现状

随着焊接生产技术的高速发展，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求而设计生产的，它是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形焊件的焊接与装配。

近年来，在筒形工件内外环缝的焊接中，组合式焊接滚轮架取代长轴式、固定式等焊接滚轮架，获得了广泛的应用。现实生产中，应用最多的标准组合是由两个主动轮座配两个从动轮座来驱动和支承工件。但是主、从动轮座在支架上的布置有两种方案一种是两个主动轮座和两个从动轮座分别布置在两个支架上，另一种是每个支架上各布置一个主动轮座和从动轮座。前者宜用于壁厚较大刚性较好的工件，后者宜用于长度较大刚性较差的工件。

1.2 论文主要研究内容

本论文主要对焊接滚轮架的分类以及应用进行阐述，对焊接滚轮架的主动轮、从动论进行相应的定量分析。全文的主要内容包括以下几个方面：

（1）滚轮架分类

（2）滚轮架中心角与驱动力、支反力的关系

（3）滚轮架驱动方案及轴向窜动的问题

（4）主动滚轮中减速器、转轴、轴承等的设计

（5）从动滚轮中转轴、圆锥滚子、滑动轴承等的设计

第2章滚轮架概述

2.1 本文滚轮架适用范围

本章内容阐述了焊接滚轮的分类、技术要求、试验方法和检验规则等内容。

本章焊接滚轮架适用于通用型滚轮架。对于有特殊要求的滚轮架或专用机可参考本章内容，由制造厂与用户双方协商处理。

2.2 焊接滚轮架的分类

滚轮架由滚轮和基座组成。

2.2.1 滚轮型式分类

基本滚轮、交换滚轮、差动滚轮、可调中心高滚轮及可偏转轴线滚轮五种。

2.2.2 滚轮架分类

长轴式滚轮架和组合式滚轮架两大类。

（1）长轴式滚轮架

多个滚轮沿筒体类工件两侧成两行同轴排列，一侧均为主动轮，另一侧为从动轮，且主动轮与从动轮数相同。用于细长筒体工件的装配和焊接。

（2）组合式滚轮架

组合式滚轮架由两个滚轮支承在同一个基座上组成滚轮架，可根据工件的重量和长度由两架或多架任意组合。按组合滚轮类别可分为基本式滚轮架、交换式滚轮架、自调式滚轮架、可调中心高滚轮架和可偏转轴线滚轮架五种。

（3）交换式滚轮架

由交换滚轮和基本滚轮组成，变换交换轮的位置可获得不同的中心距，以适应不同直径的工件。

（4）自调式滚轮架

由差动滚轮组成的滚轮架。自调式滚轮架可随工件直径不同，滚轮随摆架自动调整滚轮中心距使工件获得平衡支承。自调式滚轮架通过差动齿轮系统驱动主动滚轮。

（5）可调中心高滚轮架

由可调中心高滚轮和基本滚轮组成，通过调节一个滚轮的中心高使筒体类工件在旋转时产生一个与工件窜动方向相反的轴向分力来消除工件的轴向窜动。

（6）可偏转轴线滚轮架

由可偏转轴线滚轮和基本滚轮组成，通过调节可偏转轴线滚轮轴线与筒体类工件母线的夹角获得一个与工件窜动方向相反的轴向分力来消除工件的轴向窜动。 滚轮架的传动方式和机构示意图见表2。

2.3 中心角与驱动力、支反力的关系

工件在滚轮架上的中心角与两滚轮架的横向间距和工件及滚轮的直径有关。

根据工件在滚轮架上的受力分析，若在公式推导中做一些简化，可得到工件的驱动力矩

1T ，运动阻力2T ，支反力1Q 、2Q 的表达式如下：

=1T )1

cos sin 2sin

(

G εααα

ε+-+⨯+b （2-1）

=2T )1

cos sin 2sin

(

G -+⨯+ααα

εb （2-2）

=

1Q )1cos sin 2sin

2sin

cos 1(2sin 2G -+⨯+++-ααα

εααεαb （2-3）

2Q )1

cos sin 2sin

2

sin

1(2

sin 2G -+⨯++

-=

ααα

εα

ε

αb （2-4）

为便于讨论 ，在上四式中若令 e=0，则有T T ==21T ，Q Q ==21Q ，若取 p D =4lcm ，

p d =7cm ， cm 3.0=μ，f=0.01(滑动轴承)，f=0.01(滚动轴承 )，可作出此条件下的α-G T /和

α-G Q /曲线 (图 2.1a ，b)，由图 2.1看出 ：

(1)当G 一定时，︒︒=70~20α范围内，T ／G 和 Q ／G 变化较小，01G .0T ≈ (滚动轴承)，02G .0T ≈ (滑动轴承)，

说明工件转动的驱动力不大 ，仅为自重的l ％～2％；支承= (0．5 ～0．6)G ，说明采用滑动或滚动轴承对支承力影响不大 。

(2)当α 由 70°增至 130°时 ，驱动力增加一倍 ，02G .0T ≈ (滚动轴 承 )，04G .0T ≈ (滑动轴承)，支反力也同样增加了一倍 ，2G Q ≈。

（a ） (b)

图2-1 单位重量驱动力，单位重量支反力与中心角的关系曲线

(3)当 a>130°时 ，T ／G 和 Q ／G 急剧增大 ，在 160° ～ 1 65°时达到崩溃值 ，工件有可能楔入两滚轮之间使工件变形、滚轮架卡坏。因此α 角应限制在 130°以下，为安全计最好不超过 110°。

(4)同一α 值下，滑动轴承的驱动力是滚动轴承的二倍 ，因此驱动功率也是二倍的关系， 但支反力相差不大。所以，保要结构上允许，单轮载量在 100t 以上的滚轮架应尽量采用滚动轴承。

以上得出了中心角的使用上限 ，其下限可根据工件在滚轮上的静载稳定性确定 ，即根

据不发生倾覆的必要条件确定，εα1

min sin 2-=。

这是理论推导结果，实际应用中，即或ε很小 (e 相对于 R 很小)，也不能使α过小。通常，为了使工件稳定转动，又不使驱动功率增加，在满足工件不烦覆的条件下中心角应大于并接近 30°为宜。

2.4 型号标志方法

焊接滚轮架型号以名称、额定载重量、结构类型、传动形式、沿工作轴线移动功能以及速度稳定程度分级等代号编制。