自動電焊機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD】

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Automatic welding machine in automatic wire feeding mechanism, welding station automatic conversion mechanism, workpiece automatic card institutions, workpiece welding automation system, control system integration, etc.including automatic wire feed mechanism is an important part of the automation. Therefore, this design for the automatic welding machine's main transmission parts, and wire feeding mechanism design, completed the design of automatic welding machine screw transmission parts design calculation and selection, as well as designing and calculating the automatic welding machine automatic wire feeding mechanism, realize the good running of transmission parts, so that they don't move when realize self-locking function in the process of welding, automatic welding machine automatic wire feeding function. keywords: Automatic welder; Lead screw drive; Wire feeding mechanism 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 電焊機的發(fā)展背景和特點 1 1.2 電焊機自動送絲機構(gòu) 2 1.2.1 自動送絲機構(gòu)的現(xiàn)狀與特點 2 1.2.2 設(shè)計的目標要求與內(nèi)容 2 第2章 總體方案設(shè)計 3 2.1 自動電焊機總體設(shè)計 3 2.2 自動電焊機自動送絲機構(gòu)方案設(shè)計 3 第3章 關(guān)鍵零部件的設(shè)計 5 3.1 絲杠和導軌選型 5 3.1.1 自動電焊機z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 3.1.2 Z向電機選擇 8 3.2 X向絲杠傳動設(shè)計 11 3.2.2 絲杠設(shè)計 11 3.2.3 X向電動機選擇 14 3.2.4 聯(lián)軸器的選擇 15 3.3 電焊機自動送絲機構(gòu)設(shè)計 15 3.3.1 自動送絲機結(jié)構(gòu)從動輪設(shè)計 15 3.3.2 自動送絲機構(gòu)主動輪設(shè)計 16 3.3.3 送絲電動機選擇 16 3.3.4 主動輪軸的設(shè)計 17 3.3.5 鍵的選擇與校核 19 3.3.6 軸承的選擇 19 3.3.7 軸與電機連接 19 3.3.8 自動送絲機構(gòu)圖 19 第4章 自動電焊機整體裝配圖 21 4.1 自動電焊機主視圖 21 4.2 自動電焊機左視圖 22 4.3 自動電焊機俯視圖 23 結(jié) 論 24 致 謝 25 參考文獻 26 IV 4 32 第1章 緒 論 1.1 電焊機的發(fā)展背景和特點 隨著社會和科學技術(shù)的發(fā)展，電焊機的應用需求也發(fā)生著變化從手動電焊機到半自動電焊機，再到自動電焊機，不斷響著自動化方向發(fā)展。 手動電焊機設(shè)備簡單，價格便宜，使用手工電焊機勞動強度大，焊接環(huán)境差，對人身體傷害大，焊接焊縫質(zhì)量依靠焊工的技術(shù)與經(jīng)驗同時，手動電焊機的生產(chǎn)效率低，不適合特殊焊接于薄板焊接。逐漸手動電焊機跟不上生產(chǎn)的要求，只是在生活中焊接小零件時使用較多，在生產(chǎn)中逐漸出現(xiàn)半自動電焊機，將手動電焊機取代。 半自動電焊機是在原有的電焊機的基礎(chǔ)上在某個方面，做出改進，實現(xiàn)電焊機半自動。如原有電焊機焊接時焊絲需要焊工手動安裝，有自動送絲的設(shè)備，焊槍在焊件上工作時，焊槍的移動等都是靠手工完成的常見到的半自動焊機有MIG焊，CO2氣體保護焊，他們都是在原有電焊機上加以改進，實現(xiàn)半自動，但這些改進還是跟不上生產(chǎn)的要求，還是在用人力來完成，因此自動電焊機就發(fā)展起來了。 自動電焊機是利用控制技術(shù)，將焊接技術(shù)與其它技術(shù)相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)集中控制，使電焊機的焊接實現(xiàn)自動化。自動電焊機包括自動送絲機構(gòu)，焊接工位自動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，工件自動裝卡機構(gòu)，攻擊焊接工程自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)集成控制等。自動電焊機種類不斷變多，用得較多的是氣焊，釬焊，有埋弧焊自動電焊機；氣體保護自動焊機，電渣焊自動焊機，激光焊接自動焊機，焊接機器人自動焊接機。 CO2氣體保護自動焊接機用于焊接低碳鋼、不銹鋼、鋁等材料，而且生產(chǎn)質(zhì)量與焊接質(zhì)量都很高。焊接時電弧很集中，焊接快；可用多種方式控制，焊機操作方便。埋弧焊自動焊機，是隨著我國造船業(yè)、航空航天業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，逐漸發(fā)展起來并廣泛應用。它被應用于碳鋼不銹鋼等，拌腳后、焊縫較長的焊接中，他可以實現(xiàn)自動連接，，故生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，焊縫美觀。埋弧焊在使用時電弧產(chǎn)生的場強高，對薄的焊件不能焊接，而且埋弧焊焊接時采用顆粒狀旱劑進行保護,只適用于平焊和角焊位置的焊接。 現(xiàn)代自動電焊機發(fā)展相當迅速，應用于越來越廣泛-是因為自動電焊機的電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好，適應焊接環(huán)境能力強，對特殊焊件的焊接滿足要求。并且現(xiàn)代自動電焊機焊接性能高，材料成本低，焊機更是向環(huán)保方向靠近。節(jié)約勞動力，很大程度上降低勞動強度，使用更廣泛。 總之，電焊機的發(fā)展已經(jīng)適應了時代發(fā)展的要求，只要有需要就會有相應的電焊機誕生。使得我國的電焊機總體水平在不斷的上升，實現(xiàn)機械化，自動化，智能化，將我國電焊機發(fā)展到一個新的階段。 1.2 電焊機自動送絲機構(gòu) 1.2.1 自動送絲機構(gòu)的現(xiàn)狀與特點 自動送絲機構(gòu)的發(fā)展是隨著控制方式的發(fā)展不斷變化的，從最開始的模擬電路控制，然后到了單片機控制，發(fā)展到了現(xiàn)代化的智能控制。目前使用較多的自動送絲機構(gòu)采用的是推絲式、拉絲式、推—拉式。 推絲式送絲機構(gòu)在氣體保護焊中應用廣泛，送絲輪位于焊接軟管的后半段，通過電動機帶動來驅(qū)動焊絲，使焊絲在軟管內(nèi)運動。推絲式送絲機構(gòu)的優(yōu)點是焊槍構(gòu)造簡單，焊槍使用輕便，操作便利，缺點是焊絲在焊絲管中運動一段距離后才能到達焊槍位置，運動過程中焊絲受到阻力較大，送絲不穩(wěn)定。 拉絲式送絲系統(tǒng)，送絲機構(gòu)在焊槍頭中，位于軟管的前端，是利用電機的扭矩運送焊絲。優(yōu)點是焊絲在焊絲管中受到拉力，送絲阻力較小，靈活穩(wěn)定，焊絲卡住的現(xiàn)象極少發(fā)生，在細直焊絲的焊接中應用廣泛。缺點是送絲機構(gòu)在焊槍上，焊槍較重，設(shè)計要求高。 推—拉式送絲系統(tǒng)是這兩種送絲機構(gòu)的聯(lián)合應用。在靠近焊絲軟管末端安裝一個推絲式送絲機構(gòu)，在軟管前段即在焊槍中再安裝一個拉絲式送絲機構(gòu)，利用兩個送絲機構(gòu)的電機運動實現(xiàn)焊絲的運輸。推—拉式送絲系統(tǒng)中，推式電機主要提供動力使焊絲平穩(wěn)運行，拉絲式電機可以將焊絲管仲焊絲拉直，便于運輸，在送絲距離不大于5m時，它可穩(wěn)定送絲。缺點是這種送絲機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為復雜，同時焊槍較重，不利于調(diào)整，應用于長距離送絲。 總的來說，送絲機構(gòu)在不斷地改進中，從它的送絲動力系統(tǒng)到送絲軟管都有不斷的創(chuàng)新。為不同焊機設(shè)計的送絲機構(gòu)也在廣泛的使用，目前國內(nèi)的送絲機構(gòu)還在不斷嘗試新的設(shè)計。 1.2.2 設(shè)計的目標要求與內(nèi)容 自動電焊機的使用是為了更快更高效的完成工作，同時降低勞動強度，本文自動電焊機設(shè)計主要是電焊機傳動部分與送絲機構(gòu)的設(shè)計，要求電焊機能實現(xiàn)良好的傳動效果，具有很好的穩(wěn)定性，同時在原有送絲機構(gòu)中進行很好的完善，可以使送絲更加平穩(wěn)，不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 具體設(shè)計內(nèi)容如下： 1. 通過閱讀文獻及參考資料，了解電焊機的原理及自動送料工作原理，分析其結(jié)構(gòu)和組成。 2. 方案設(shè)計，根據(jù)查閱的資料提出設(shè)計方案，并說明方案的可行性。 3. 根據(jù)設(shè)計方案進行必要的計算，對電焊機機械結(jié)構(gòu)及自動送料裝置進行設(shè)計。 4. 完成設(shè)計總圖1張，零、部件圖2張。 5. 編寫設(shè)計說明書一份。 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 自動電焊機總體設(shè)計 設(shè)計的自動電焊機能夠?qū)崿F(xiàn)兩向運動，分別為X向與Z向，自動電焊機使用滑動絲杠傳動，通過電機帶動絲杠左右運動。Z向絲杠在X向絲杠上面，豎直放立，也由電動機帶動絲杠進行上下運動。X向絲杠通過平臺與Z向絲杠連接實現(xiàn)兩向運動。Z向絲杠平臺上與焊槍連接，平面上有送絲機構(gòu)，將焊絲送往焊槍嘴部。其中X向絲杠行程360mm，Z向絲杠行程320mm;平臺厚度為40mm，長710mm，寬660mm。送絲機構(gòu)放置于平臺后半段，方便送絲。 圖2-1 總體設(shè)計方案 2.2 自動電焊機自動送絲機構(gòu)方案設(shè)計 送絲機構(gòu)是通過電機驅(qū)動將焊絲從絲盤運送到送絲嘴焊槍的位置，用電動帶動主動輪旋轉(zhuǎn)，為送絲提供動力，利用從動輪將焊絲壓入主動輪的送絲槽中，增大主動輪與焊絲之間的摩擦力，將焊絲平穩(wěn)送出，通過送絲軟管將焊絲送到送絲嘴，之后用于焊接。其中送絲輪主動中國設(shè)為v型槽，便于放焊絲，防止焊絲滑動，如下圖： ①從動輪 ②主動輪 ③送絲軟管 ④焊絲 圖2-2 送絲機構(gòu)原理圖 ⑤V型槽 圖2-3 主動輪剖面圖 第3章 關(guān)鍵零部件的設(shè)計 3.1 絲杠和導軌選型 絲杠可以將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動，它是很常見的一種傳動元件，其主要功能是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為線性運動，將扭矩轉(zhuǎn)化成軸向反復作用力，它具有高精度高效率的特點。絲杠有滑動絲杠和滾珠絲杠，但是在自動電焊機的設(shè)計中要使電焊機在運動停止后，能使運動部件實現(xiàn)自鎖，不能繼續(xù)滑動，與滾珠絲杠相比，滑動絲杠能實現(xiàn)自鎖，因此設(shè)計中采用的是滑動絲杠。 導軌主要是起到支承與引導運動部件在規(guī)定運動軌跡內(nèi)運動的部件，形式有多種，大多采用的是滑動導軌，滾動導軌和靜壓導軌，這里選擇導軌為滑動導軌，它結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，剛性度好，抗震能力強，在各種機床中廣泛應用。這里的運動是直線運動，導軌的截面形狀主要有矩形，三角形，燕尾形和圓柱形，這里選擇雙圓柱形導軌，他制造簡單，工藝性好，導向性好，但它磨損快，因此要提高導軌的精度，剛度及耐磨性。導軌采用淬火鋼和氮化鋼的鑲鋼長導軌，采用潤滑油潤滑，減少摩擦你，減少磨損，防止生銹，延長使用壽命。同時雙圓柱形導軌與滑塊相連導向性好。 3.1.1 自動電焊機z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 Z向傳動采用滑動絲桿，使用梯形螺紋，大徑d=20mm,螺距p=4mm,螺桿采用中等精度、經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45鋼，螺母采用鑄鐵。 (1)按耐磨性設(shè)計計算 采用整體式螺母 φ=1.2～2.5,這里取φ =1.2計算螺桿中徑： d2≥0.8 FφPp (3-1) =0.820001.2×11 =12.86mm 式中：F-軸向載荷（N） Pp-許用壓力（N.mm-2） 查表3-2可知，按國家標準選取參數(shù)p=4mm,d=20mm, d2=17.5 mm,螺母高度： H=φd2 （3-2） =21mm 螺紋旋和圈數(shù)： Z= HP （3-3） =5.25 螺紋工作高度：h=0.5p=2mm 表3-1 螺旋副摩擦因數(shù)μ值（定期潤滑條件下） 螺桿和螺母材料 μ值 淬火鋼對青銅 0.06～0.08 銅對青銅 0.08～0.10 鋼對耐磨鑄鐵 0.100～0.12 鋼對灰鑄鐵 0.12～0.15 鋼對鋼 0.11～0.17 表3-2 滑動螺旋副材料的許用比壓pp 牙面滑行速度 螺桿速度 螺母材料 許用比壓 低速.潤滑良好 鋼 鋼 青銅 7.5～-13 13～25 <2.4m/s2 <3.0m/s2 鋼 鑄鐵 青銅 13～18 11～18 (2)自鎖導程角： γ=tan-1sd2 (3-4) =4.16° 式中：S-螺紋導程（mm） 當量摩擦角： ρv=tan-1vcosσ2 (3-5) =5.91° 式中：μ-摩擦因數(shù)（查表3-1）α-螺紋牙型角 因為γ=4.16<ρv=5.91.所以滿足自鎖要求。 (3)螺桿強度計算 設(shè)計中滑動絲杠螺桿材料是45鋼，螺母是鑄鐵,采用梯形螺紋，單線n=1,由表3-2，初按滑行速度Vs<3m/s計算；許用比壓Pp=18-25 N.mm-2 ，取Pp=15 N.mm-2：45鋼的屈服強度σs= 340 N.mm-2, 螺桿的許用應力由表3-3得： σp=σs3~5 (3-6) =68～113.4 N.mm-2 取σp=80N.mm-2 σbp=(1.0～1.2) σp (3-7) =(1.0～1.2)×80 =80～96 N.mm-2 取σbp=88 N.mm-2 τp=0.6σp =0.6×88 =52.8N. mm-2 螺母許用應力： σbp=(1.0～1.2) σp =80-92N. mm-2 取σbp=85N. mm-2。 τp=30～40 N. mm-2，取τp=35 N. mm-2。 表3-3 滑動螺旋副材料的許用應力σp、 τp、σbp 螺桿強度 σp=σs3~5 螺牙強度 材料 剪切 τp 彎曲σbp 銅 青銅 鑄鐵 耐磨鑄鐵 0.6σp 30～40 40 40 （1.0～1.2）σp 40～60 45～55 50～60 (4)螺桿強度驗算 螺紋摩擦轉(zhuǎn)矩： T1=0.5×d2×Ftan(λ+ρv) (3-8) =0.5×17.5×2000×tan10.6° =2975.8N.mm σca=(T10.2d23)2+(4Fπd1)2 (3-9) =9.91N.mm-2 因為σca<σbp 滿足強度要求。 (5)螺桿螺牙強度驗算 抗剪強度： τ=Fπbzd1 (3-10) =1.78N. mm-2 抗彎強度： σp=3F(d-d2)πb2zb1 (3-11) =2000π×17.5×3.9×5.25 =1.78N. mm-2 因為τ<τP,抗剪強度小于材料許用切應力，牙根剪切滿足強度要求；σp <σbp，抗彎強度小于材料許用彎曲應力，牙根彎曲滿足強度要求，所以螺桿螺牙滿足強度要求。 (6)螺母螺牙強度驗算 抗剪強度： τ=Fπbzd1 =3.64N. mm-2 抗彎強度： σp=3F(d-d2)лbzd1 =0.82N. mm-2 因為τ<τP ,抗剪強度小于材料許用切應力，牙根剪切滿足強度要求；σp <σbp，抗彎強度小于材料許用彎曲應力，牙根彎曲滿足強度要求。 (7)螺桿受壓穩(wěn)定性計算 螺桿兩端用滾動軸承支持，可視為兩端鉸支，長度系數(shù)參考表3.4，μ 取1。 慣性半徑： i=d14=7.25mm 螺桿最大工作長度： i=L=320mm 參數(shù)： μli=82.76mm<85mm 臨界載荷： Fcr>2.5~4 因此，滿足條件。 Z向滑動絲杠所有校核都滿足強度要求。 表3-4 系數(shù) μc 螺桿端部結(jié)構(gòu) 系數(shù) μc 一端固定，一端自由 1.875 兩端固定 4.730 一端固定，一端鉸支 3.729 兩端鉸支 3.142 3.1.2 Z向電機選擇 絲杠所需功率PW由工作阻力和摩擦系數(shù)計算確定。絲杠最大正壓力為2000N；轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min；絲杠直徑為20mm。 絲杠功率： PW=TDnD9550 （3-12） 式中：TD-電機的計算扭矩(N.m) nD-絲杠轉(zhuǎn)速（r/min） 參考《機械設(shè)計手冊》中常見材料摩擦副的動摩擦系數(shù)μ在0.014～1.3之間，取常用值μ=0.1。 (1)摩擦力計算: F=μ×FN (3-13) 式中FN-正壓力（N） F=μ×FN =200N 則加載于電機上的扭矩最大為： Tf=f×R (3-14) =0.01×200 =2N.mm 估算軸承阻尼對電機的扭矩影響,由于Z向滑動絲杠為水豎直安裝，軸向載荷為其主要載荷，徑向載荷亦很大，因此選角接觸系列軸承，參考《機械設(shè)計手冊》得：角接觸軸承的摩擦系數(shù)μ在0.0012～0.0020之間，由軸承摩擦力矩近似計算公式： Mf=μ×d×F2 (3-15) =0.004 所以電機計算轉(zhuǎn)矩： TD=Tf+Mf (3-16) =2.04N.m 這里取電動機轉(zhuǎn)速為2000r/min。 (2)電動機所需功率為： PW=TDnD9550 =2000×2.049550=0.42KW 凸緣聯(lián)軸器的傳動效率取0.98 (3)確定電機的額定功率 則取電機額定功率： Ped=PWη （3-17） =0.43kw 根據(jù)設(shè)定的滑動絲杠轉(zhuǎn)速為1500-2000r/min，由于聯(lián)軸器不具有調(diào)速作用，故選取轉(zhuǎn)速大于等于2000r/min的可調(diào)速電機。 參照電動機輸出功率，電機轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)形式，性能標準，選取Y3-80M12-2型三相異步電機。它具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便的特點，采用F級絕緣，安全可靠，有良好的啟動、運行性能，整體性能指標高、體積小、噪音低。 表3-5 電機參數(shù) 型號 輸出功率（w） 電壓（v） 轉(zhuǎn)速（r/min） 電流（A） 效率（%） Y3-80M12-2 600 380 2800 1.8 75 (4)軸承選擇與軸承座設(shè)計 由于電焊機采用滑動絲杠傳動，徑向載荷與軸向載荷同時存在，用角接觸軸承，它雙向能承受很大的力，經(jīng)計算采用角接觸軸承，在傳動中要是軸承與軸承座緊密結(jié)合，因此采用自己設(shè)計軸承座。這里設(shè)計的軸承座是整體式的。 (5)聯(lián)軸器的選擇 在電機啟動時和工作中可能會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以按滑動絲杠上最大轉(zhuǎn)矩為聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca計算式如下: Tca=KaT （3-18） 式中：T-公稱轉(zhuǎn)矩N.m Ka-工作情況系數(shù)，見表3-6。 表3-6 聯(lián)軸器的使用工況系數(shù) 工作機 原動機 工作情況及舉例 電動汽輪機 雙杠內(nèi)燃機 單杠內(nèi)燃機 四缸及以上 內(nèi)燃機 轉(zhuǎn)矩變化很小 1.3 1.5 1.8 2.2 轉(zhuǎn)矩變化很大 1.5 1.7 2.0 2.4 公稱轉(zhuǎn)矩： T=9.55×106×pn =9.55×106×0.432000 =41.5425N.m 計算轉(zhuǎn)矩： Tca=KaT =1.5×41.54 =62.31N.m 考慮到縱向電機為豎放，不宜過高，根據(jù)設(shè)計要求，因此選擇連軸器型為銷柱聯(lián)軸器。 3.2 X向絲杠傳動設(shè)計 3.2.2 絲杠設(shè)計 X向傳動也采用滑動絲杠，使用梯形螺紋，大徑d=32mm,螺距p=6mm,螺桿材料采用中等精度、經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)處理的45鋼。 (1)按耐磨性設(shè)計計算 軸向派生力： F= 0.68Fr 式中：－軸所受徑向力（N） 計算得：F=2732N 采用整體式螺母φ=1.2～2.5，這里取φ=1.2計算螺桿中徑： d2≥0.8 FφPp =0.827321.2×11 =12.5mm 式中F－軸向載荷（N） Pp－許用壓力（N.mm-2） 查表3-2可知按國家標準選取參數(shù)P=6mm，d=32mm，=29mm，螺母高度： H=1.2×14=43.8mm 螺紋旋合圈數(shù)： Z=HP=2mm (2)自鎖性驗算 導程角： γ=tan-1sd2 =5.19° 式中S-螺紋導程（mm） 當量摩擦角： ρv=tan-1vcosσ2 =5.91° 式中μ－摩擦因數(shù)（查表3－1） α－螺紋牙型角（°） 因為導程角γ小于當量摩擦角ρv，所以滿足自鎖要求。 (3)螺桿許用應力計算 由于螺桿材料45鋼，采用梯形螺紋單線n=1，由表3-2，初按滑行速度V<3m/s計算：許用比壓Pp =18～25 N.mm-2，取Pp=11 N.mm-2 螺桿的許用應力： 45鋼的屈服強度=340 N.mm-2，查表3-3， σp=σs3~5 =68～113.4 N.mm-2 取σp=80N.mm-2 σbp=(1.0～1.2) σp =(1.0～1.2)×80 =80～96 N.mm-2 取σbp=88 N.mm-2 τp=0.6σp =0.6×88 =52.8N. mm-2 螺母許用應力： σbp=(1.0～1.2) σp =80～92N. mm-2 取σbp=85N. mm-2 τp=30～40 N. mm-2，取τp=35 N. mm-2 (4)螺桿強度驗算 螺紋摩擦轉(zhuǎn)矩： T1=0.5×d2×Ftan(λ+ρv) =0.5×17.5×2732×tan12° =317.33N.mm σca=(T10.2d23)2+(4Fπd1)2 =30.51N.mm-2 因為σca<σbp ,所以滿足強度要求。 (5)螺桿螺牙強度驗算 抗剪強度： τ=Fπbzd1 =6.6N. mm-2 抗彎強度： σp=3F(d-d2)πb2zb1 =2732π×29×3.9×7.25 =15.31N. mm-2 因為τ<τP ,抗剪強度小于材料許用切應力，牙根剪切滿足強度要求；σp <σbp，抗彎強度小于材料許用彎曲應力，牙根彎曲滿足強度要求，所以螺桿螺牙滿足強度要求。 (6)螺母螺牙強度驗算 抗剪強度： τ=Fπbzd1 =3.64N. mm-2 抗彎強度： σp=3F(d-d2)лbzd1 =0.82N. mm-2 因為τ<τP ,抗剪強度小于材料許用切應力，牙根剪切滿足強度要求；σp <σbp，抗彎強度小于材料許用彎曲應力，牙根彎曲滿足強度要求。 (7)螺桿受壓穩(wěn)定性計算 螺桿兩端用滾動軸承支持，可視為兩端鉸支，長度系數(shù)參考表3-4，μ 取1。 慣性半徑： i=d14=3mm 螺桿最大工作長度： i=L=360mm 參數(shù)： μli=84.3mm<85mm 臨界載荷： Fcr>2.5~4 因此滿足載荷條件。 3.2.3 X向電動機選擇 絲桿所需功率由工作阻力和摩擦系數(shù)計算確定。絲桿最大正壓力為4000N；轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min;絲桿最大直徑為20mm。 (1)絲桿功率： PW=TDnD9550 式中－TD電機的計算轉(zhuǎn)矩（N.m） 參考《機械設(shè)計手冊》中常見材料摩擦副μ在0.014～1.3之間，取常用值μ=0.1 (2)摩擦力計算公式： f=μ×N 式中:N-正壓力（N） f=μ×N =0.1×4000 =400N 則加載于電機上的扭矩最大值為： Tf=f×R =400×0.02 =8N.m 因此可以估算軸承阻尼對電機的扭矩的影響，由于X向滑動絲杠為水平安裝，軸向載荷與徑向載荷同時存在，選用角接觸球軸承，參考《機械設(shè)計手冊》得，角接觸軸承的摩擦系數(shù)μ在0.0012～0.0020之間。由軸承摩擦力矩近似計算公式： Mf=μ×d×F2 =0.005×0.016×2000 =0.048 所以電機計算轉(zhuǎn)矩： TD=Tf+Mf =8.048N?m 這里取電機轉(zhuǎn)速為2000r/min。 電動機所需功率為： PW=TDnD9550 =1.69KW 凸緣聯(lián)軸器的傳動效率取0.98。 (3)確定電機的額定功率Ped 取電機額定功率： Ped=PWη =1.690.98 =1.72kw 根據(jù)設(shè)定的滑動絲桿轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min，由于聯(lián)軸器不具有調(diào)速作用，故選取轉(zhuǎn)速大于等于2000r/min的可調(diào)速電機。 根據(jù)電機輸出功率，電機轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)形式，性能指標，選取Y3-80M2-2型三相異步電機。雅的外形新穎，整體結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便的特點，采用F級絕緣，安全可靠，有良好的啟動/運行性能，性能指標高/體積小噪音低。參數(shù)如下： 表3-7 電機參數(shù) 型號 輸出功（w） 電壓（v） 轉(zhuǎn)速（r/min） 電流（A） 效率（%） Y3-80M2-2 1700 380 2800 1.8 75 3.2.4 聯(lián)軸器的選擇 因為啟動時和工作中可能會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以按軸上的最大轉(zhuǎn)矩為聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tca計算式如下： Tca=kAT (3-19) 公稱轉(zhuǎn)矩： T=9.55×106Pn =82.13 N?m 計算轉(zhuǎn)矩： Tca =kAT =1.5×8132 =123.195 N?m 因此按國家標準選擇聯(lián)軸器型號為GY2。 3.3 電焊機自動送絲機構(gòu)設(shè)計 3.3.1 自動送絲機結(jié)構(gòu)從動輪設(shè)計 送絲結(jié)構(gòu)從動輪主要是依靠自身的重量來給焊絲一個壓力，使焊絲壓緊在主動輪上，設(shè)計中從動輪材料是45鋼，直徑為60mm，厚度為20mm，45鋼密度為7.85g╱cm2，計算的質(zhì)量為1.03Kg，加上輪的重量，為1.98 Kg。焊絲與輪之間的摩擦因數(shù)μ＝0.1，因此摩擦力約為1.98N。從動輪設(shè)計中直接使軸和輪作為一個整體。 3.3.2 自動送絲機構(gòu)主動輪設(shè)計 送絲機構(gòu)主動輪是與電機相連的，通過電動機帶動主動輪為焊絲提供動力，帶動焊絲前進。主動輪的送絲力是依靠與從動輪、焊絲之間的摩擦產(chǎn)生的摩擦力，來實現(xiàn)焊絲的運送，要想使焊絲運動更平穩(wěn)就要使焊絲在主動輪上被壓緊，但力不能太大，不然會壓壞焊絲，使它在焊絲管內(nèi)的阻力變大。 主動輪也采用45鋼，直徑100mm，厚20mm，為了使送絲力有所增加，在主動輪上開一個V型槽，可以固定焊絲位置，保證焊絲不會滑動，向一個方向運動，如圖： 圖3-1主動輪設(shè)計截面圖 3.3.3 送絲電動機選擇 電動機帶動主動輪實現(xiàn)焊絲的運輸，設(shè)定送絲速度v＝0.4m/s，通過角速度可得到電機轉(zhuǎn)速： n=30vrπ (3-20) =30×0.40.05×π =43.5r/min 扭矩： T=F×R =150N.mm P=F×V (3-21) =3×0.4 =1.2w 通過選擇，送絲機構(gòu)電動機選擇的是直流電機，為J－SZ(ZYT)－PX系列直流減速電機，數(shù)據(jù)如下表: 表3-8 直減速電動機 輸出轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出轉(zhuǎn)矩(N/m) 型號 額定功率(w) 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 減速比 47 2.5 55sz 29 3000 64 3.3.4 主動輪軸的設(shè)計 (1)軸尺寸的確定 根據(jù)計算軸的最小直徑，考慮到安裝鍵，設(shè)計最小直徑為20mm，最小軸部分要與電動機相連，然后兩端用滾動軸承支撐, 設(shè)計為直徑25mm，中間是通過鍵與主動輪相連，設(shè)計直徑為40mm，左端直徑與右邊設(shè)計一樣。 最右段是軸的最小部分，外部要與電機相聯(lián)，還要與軸承配合，設(shè)計長度53mm；軸承選擇深溝球軸承，可承受軸向與徑向載荷，尺寸d×D×b＝30×55×13mm，長度為37mm；中間安裝輪子長度為20mm；往左安裝另一個軸承，寬度為37mm；最左端使用深溝球軸承支撐，寬度為16mm,總長為164mm。如圖： 圖3-2 軸的設(shè)計 (2)軸的校核 軸材料是45鋼，扭轉(zhuǎn)強度τ=twr=44.51600=0.027 N. mm-2,遠遠小于軸的許用扭剪應力，所以按彎扭合成強度計算。第三強度理論，計算應力： σca=σ2+4τ2 (3-22) 考慮到彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，引入折合系數(shù)δ，公式為： σca=σ2+4(αt)2 (3-23) 彎曲應力: σ=MW (3-24) 扭轉(zhuǎn)切應力： τ=T2W (3-25) 對于圓柱抗彎系數(shù)w=0.1d2=6400；Wt =0.2d3=12800 σca=(WM)2+4(T2W)2≤[σ-1] (3-26) 式中：M-軸所受彎矩（N.m） T-軸所受扭矩 計算得: σca=48016002+4(44.53200)2 =0.31Mpa [σ-1]=140Mpa,所以彎曲應力滿足要求。 (3)按疲勞強度校核 危險截面安全系數(shù)s的校核公式： S=SσSτSσ2+Sτ2≥[s] (3-27) 式中：Sσ-只考慮彎矩作用時的完全系數(shù) Sτ-只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) Sσ=σ-1Kσεσσαβ+ψσψm (3-28) Sτ=τ-1Kτετταβ+ψτψm (3-29) 式中：σ-1–材料彎曲疲勞強度(MPa)查表3-9 τ-1–材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限(MPa)查表3-9 Kσ、Kτ-彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應力集中系數(shù) β-表面質(zhì)量系數(shù) εσ、ετ–彎曲和扭轉(zhuǎn)時的尺寸影響系數(shù) ψτ、ψσ-材料拉伸和扭轉(zhuǎn)平均應力折算系數(shù) 表3-9 軸的常用材料及主要力學性能 材料 直徑 抗拉強度極限 屈服疲勞極限 彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限 許用曲應力 Q235A <100 400-420 225 170 105 40 查表3-9σ-1取240Mpa, τ-1取140Mpa；剩下參考《機械設(shè)計》取的值，Kσ取1.76，Kτ取1.46，β取3，εσ 取0.73， ετ取 0.72，ψτ取0.34，ψσ取0.21。 經(jīng)計算危險截面安全系數(shù)S=2.6，[S]取1.5-2.5。 因為計算S>[S],所以滿足要求。 3.3.5 鍵的選擇與校核 軸的直徑為20mm,鍵連接軸與送絲輪，使軸的轉(zhuǎn)矩傳給送絲輪，根據(jù)情況，鍵主要是兩個側(cè)面受到力，主要失效形式是工作面被壓潰，平鍵對中性好，因此選擇A型普通平鍵。材料為45鋼，選擇鍵尺寸b×h×L=8×8×16mm 擠壓強度： σP=2×T×1000KLd≤[σP] (3-30) 計算得σP=0.315Mpa， [σP]=110Mpa，所以滿足強度要求。 3.3.6 軸承的選擇 軸既有軸向力，又有徑向力，選擇軸承能承受的軸向力和徑向力，要考慮到軸承必須耐用，摩擦小，所以選擇深溝球軸承，尺寸大小如下表： 表3-10 角接觸軸承尺寸 軸承代號 d/mm D/mm B/mm Da(max)mm Da(min)mm 7004AC 20 42 10 37 25 3.3.7 軸與電機連接 傳動軸的直徑為20mm,設(shè)計中直接在傳動軸內(nèi)部打孔，加工出鍵槽來，與電機軸直接連接。鍵采用8×8×16mm平鍵，鍵強度滿足要求，電機使用直流減速電機。 3.3.8 自動送絲機構(gòu)圖 自動送絲機構(gòu)是自動電焊機關(guān)鍵的一部分，它有電動機、主動輪、從動輪、軸主要零件，鍵、軸承、端蓋等相關(guān)零件組成。裝配關(guān)系如下圖： 圖3-3 自動送絲機構(gòu)裝配圖 第4章 自動電焊機整體裝配圖 4.1 自動電焊機主視圖 下圖是自動電焊機主視圖，圖中水平方向，電動機與聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器與絲桿相連，兩端使用角接觸軸承與軸承座配合，再通過螺栓與底座相連。豎直方向，滑動螺母與滑塊通過螺栓連接，再與平臺相連。平臺上安裝兩導軌與滑動絲杠，豎直滑塊也是通過螺栓與絲杠螺母相連，實現(xiàn)豎直上下運動。上面是采用銷柱聯(lián)軸器將電機與絲杠連接在一起。 圖4-1 自動電焊機主視圖 4.2 自動電焊機左視圖 下圖是自動電焊機左視圖，圖中豎直方向滑塊上連接的是焊槍，他有兩個孔，用于安放焊絲與送氣管。右邊是自動送絲機構(gòu)，電機連接主動輪軸，軸通過鍵與主動輪相連接，兩端用深溝球軸承支撐與底座相連。主動輪上開有V型槽，槽中安放焊絲，上面是從動輪，壓緊焊絲。 圖4-2 自動電焊機左視圖 4.3 自動電焊機俯視圖 圖4-3 自動電焊機俯視圖 結(jié) 論 本文是以自動電焊機為設(shè)計目標，通過對各個零部件進行科學選型，認真校核，考慮裝配關(guān)系，使自動電焊機能夠?qū)崿F(xiàn)兩向移動，并且在焊接過程中實現(xiàn)自動選擇。具體完成的有： (1)自動電焊機總體裝配設(shè)計； (2)自動電焊機傳動部件絲杠的選型計算； (3)自動電焊機電機的選擇； (4)自動電焊機自動送絲機構(gòu)設(shè)計及其它部件的選型計算。 通過了這么多零件的裝配組合，我將各個部件的裝配關(guān)系調(diào)整好后，完成了要求的大圖制作，實現(xiàn)了兩向移動的要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動送絲。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計從定題到完成，經(jīng)歷了很長時間，我遇到了很多困難，但在老師和同學的幫助下，我都解決了，非常感謝我的老師和同學。 首先我要感謝的是我的畢業(yè)設(shè)計指導老師胡國玉老師，從我的畢業(yè)設(shè)計的方案選擇、結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思、零部件的計算、CAD畫圖，老師都對我進行一步一步耐心的知道。在我不會的時候給我講解，給我鼓勵，在我心浮氣躁的時候，及時的發(fā)現(xiàn)、批評、教育，讓我好好反省自己，認真做畢業(yè)設(shè)計。 對于我的設(shè)計，老師一遍又一遍的和我一起推敲，胡老師交給我的不僅僅是如何處理和解決設(shè)計中的問題，而是通過設(shè)計中的一些問題教會了我如何去解決我們以后生活中遇到問題解決的辦法，在這期間我所學到的只有自己做，才會有收獲，空談和妄想是什么也得不到的，畢業(yè)設(shè)計讓我真正的認識了自己只有踏踏實實做事，每天才能更加充實。在此，謹向胡國玉老師致以深深的敬意和衷心的感謝，感謝您的指導。 同時，也要感謝在做畢業(yè)設(shè)計期間給予我?guī)椭耐瑢W，在我做設(shè)計時為我提供思路，給我提建議，為我做畢業(yè)設(shè)計提供了便利。我也從他們的畢業(yè)設(shè)計中學到了很多東西，感謝他們，陪我度過大學生活的最后一段時光。 最后，感謝評審老師們對本設(shè)計的耐心審閱。 參考文獻 [1] 汪甜田.FDM送絲機構(gòu)的研究與設(shè)計[D].華中科技大學,2007. 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