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 )1cos sin 2sin(G εαααε+-+⨯+b （2-1）=2T )1cos sin 2sin(G -+⨯+αααεb （2-2）=1Q )1cos sin 2sin2sincos 1(2sin 2G -+⨯+++-αααεααεαb （2-3）2Q )1cos sin 2sin2sin1(2sin 2G -+⨯++-=αααεαεαb （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，εα1min 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。

图2-2 滚轮架型号表示方法2.4.1 GHJ 表示焊接滚轮架名称。

2.4.2 1X 表示焊接滚轮架额定载重量代号，直接以吨数表示。

2.4.3 2X 表示结构分类代号，表2-1。

表2-1 结构分类代号焊接滚轮架在下列使用条件下应能正常工作。

2.5.1 海拔高度不超过1000 m 。

2.5.2 周围环境空气温度不应超过下列限值： a ）最高温度40℃； b ）最低温度0℃。

2.5.3 空气相对湿度在日平均温度不大于25℃时，最湿月份的平均最大相对湿度为90%。

2.5.4 焊接滚轮架使用场所应无严重危害或影响滚轮架正常使用的爆炸性或腐蚀性工业气体、水蒸气、盐雾和化学性沉积物等。

2.5.5 供电电网品质JB/T 9187－1999.8电压波动（当频率为额定值时）10≤%；±频率波动（当电压为额定值时）2≤%。

±2.5.6焊接滚轮架两地轨上平面的平面度应达到GB/T 1184的有关要求。

两地轨的平行度应符合GB/T1184 的有关要求。

2.5.7使用环境如有特殊要求，用户可与制造厂协商，作特殊防护设计。

2.5.8 技术要求2.5.8.1主动滚轮应采用直流电动机或交流宽调速电动机通过变速箱驱动。

2.5.8.2主动滚轮圆周速度应满足焊接工艺的要求，在6～60 m/h范围内无级可调。

如有特殊要求，制造厂和用户协商确定。

2.5.8.3 滚轮圆周速度应稳定、均匀，不允许有爬行现象，其允许的速度波动量Δv 按不同的焊接工艺要求划分为A、B两级（见表2-2）。

表2-2 速度稳定性能代号速度稳定程度速度允许波动百分比A 5±≤％B 10≤％±2.5.8.4.1焊接滚轮架的蜗轮副、齿轮副等传动零部件应符合GB/T 1356、GB/T 10095 和GB/T 10089中8 级精度要求。

2.5.8. 4. 2焊接滚轮架所有中心高必须相等，允许公差为GB/T 1800.3—1998中IT8的要求。

2.5.8.4.3滚轮两头和中部圆跳动应符合GB/T 1184的有关要求。

2.5.8.4.4工件两侧滚轮装配后或调整中心距后两轴线平行度、滚轮轴线与基座底面的平行度以及滚轮轴线与基座上和地轨侧面配合面的平行度在滚轮全长上测量应符合GB/T 1184的有关要求。

2.5.8.4.5工件两侧滚轮中心距在滚轮装配后或调整中心距后允许公差为GB/T1800.3—1998中IT8精度要求。

2.5.8.5焊接滚轮架必须配备可靠的焊接电缆旋转接地器，不允许焊接电流流经滚轮架的轴承。

2.5.8.6滚轮工作面的材料建议按滚轮额定载重量选取。

2.5.8.6.1滚轮架额定载重量X≤10 t，采用橡胶轮面。

12.5.8.6.2滚轮架额定载重量X＞10 t而≤60 t，采用金属橡胶组合轮面，金属轮面承重，橡1胶轮面驱动）。

2.5.8.6.3滚轮架额定载重量X＞60 t，采用金属轮面。

12.5.8.6.4 长轴式滚轮架的滚轮工作面的材料由供需双方商定。

2.5.8.7 滚轮直径、滚轮架的额定载重量及筒体类工件最大、最小直径应符合表7 规定。

2.5.8.8焊接滚轮架每对滚轮的中心距必须能根据筒体类工件的直径作相应的调整，保证两滚轮对筒体的包角大于45°，小于110°。

2.5.8.9筒体类工件在防轴向窜动滚轮架上进行焊接时，在整个焊接过程中工件的轴向窜动量应mm≤。

±32.5.8.10主动滚轮驱动电动机最小功率建议按表2-3选取。

表2.5.2中所列功率值为一台电动机驱动一对主动滚轮时的功率。

如果用两台电动机分别驱动两个主动滚轮时，电动机的功率值应为表2-3中所列数值的一半。

表2-3 主滚轮电动机的最小功率2.5.8.12 焊接滚轮架应采用优质钢制造，如用焊接结构的基座，焊后必须进行消除应力热处理。

2.5.8.13 出厂前，滚轮架非工作面应喷漆。

2.5.8.14 焊接滚轮架应在适当位置设有固定的起吊钩。

2.6 检查与验收及标志、包装、运输及保管2.6.1 出厂检验滚轮架出厂前应按2.6.4所提项目和精度检查制造和装配质量，并进行空载试车。

2.6.1.1 按GB/T 10095、GB/T 10089中8 级精度及检查方法检查齿轮、蜗轮副等传动零件的质量。

2.6.1.2 将滚轮架置于平台上用高度尺测量滚轮架基座下基准面至滚轮中心尺寸，应满足2.6.4.2 要求。

2.6.1.3 用百分表测量滚轮的圆跳动，应满足2.6.4.3 要求。

2.6.1.4 将滚轮架置于平台上用高度尺测量各滚轮两端中心高的差，即为滚轮轴线与基座底面的平行度；用平尺、方箱、高度尺测量滚轮两端到基座上和地轨侧面配合面的水平尺寸差，即为两滚轮轴线平行度及滚轮轴线与地轨侧面平行度，其值应满足6.4.4 要求。

2.6.1.5 用平尺和外径百分表测量两滚轮的中心距，应满足2.6.4.5 要求。

2.6.1.6 空载试车2.6.1.6.1 空载试车时间应不少于1 h。