4T焊接滾輪架機(jī)械設(shè)計(jì)
4T焊接滾輪架機(jī)械設(shè)計(jì),焊接,輪架,機(jī)械設(shè)計(jì)
☆工藝·設(shè)備·材料☆ 滾 輪 式 焊 接 架 的 設(shè) 計(jì) 及 校 驗(yàn) 王傳妹 (常熟專用汽車制造廠 江蘇常熟 215500) [摘 要 ] 介紹了用于半掛車車架焊接的滾輪式焊接架的設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性校驗(yàn)。滾輪式焊接架依靠電 動(dòng)機(jī)通過蝸輪減速器傳遞到主動(dòng)輪上 , 主動(dòng)輪摩擦驅(qū)動(dòng)主動(dòng)盤 , 再通過主動(dòng)盤帶動(dòng)從動(dòng)盤及車架同時(shí)翻轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞 : 焊接 滾輪架 設(shè)計(jì) 校驗(yàn) 中圖分類號(hào) : U 463132; T G431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : B 文章編號(hào) : 100420226 (2001) 0320035203 國內(nèi)半掛車車架的生產(chǎn)大都采用焊接方法 , 其 最簡(jiǎn)單的方法一般采用自由組合 , 直接施焊 , 這種工 藝定位精度差。當(dāng)車架處于水平狀態(tài)時(shí) , 車架縱梁與 橫梁的焊接多為立焊狀態(tài) , 故而焊縫質(zhì)量得不到保 證 , 直接影響車架的強(qiáng)度和使用壽命。有些企業(yè)為了 提高焊接質(zhì)量 , 在自由組焊的基礎(chǔ)上 , 配以行車等吊 裝設(shè)備將點(diǎn)焊定位的車架翻轉(zhuǎn) 90°后再進(jìn)行側(cè)面平 焊。這種方法雖然解決了立焊存在的焊接缺陷 , 但作 業(yè)不安全 , 存在事故隱患。還有采用水平滑移式夾 鉗 , 即將定位胎具上點(diǎn)焊好的車架水平吊到專用夾 具的鉗口中 , 然后將車架的兩端夾緊固定 , 采用一端 機(jī)械傳動(dòng)的方法進(jìn)行 360°旋轉(zhuǎn) , 實(shí)現(xiàn)平焊的目的。 這種方法是用車架自身作為傳遞扭矩的載體 , 故易 造成車架自身的扭曲變形 , 影響到車架的使用壽命。 1 滾輪式焊接架的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 滾輪式焊接架主動(dòng)盤與從動(dòng)盤之間采取剛性連 接 , 保證車架在翻轉(zhuǎn)過程中自身不承受扭矩 , 采取夾 緊車架中部的方法適應(yīng)不同長度和不同規(guī)格車架的 焊接。滾輪式焊接架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是依靠電動(dòng)機(jī)通過 蝸輪減速器傳遞到主動(dòng)輪上 , 主動(dòng)輪摩擦驅(qū)動(dòng)主動(dòng) 盤 , 再通過主動(dòng)盤帶動(dòng)從動(dòng)盤及車架一同作旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的 (見圖 1)。 圖 1 滾輪式焊接架示意圖 11 主動(dòng)盤 21 從動(dòng)盤 31 主動(dòng)膠輪 41 從動(dòng)膠輪 51 從動(dòng)鑄鐵輪 2 電機(jī)選擇 211 電機(jī)轉(zhuǎn)速的選取 根據(jù)半掛車車架和滾動(dòng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、尺寸及 其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的安全性要求 , 滾動(dòng)架的轉(zhuǎn)速為 1 ～ 1. 5 r m in。 圖 2 滾輪式焊接架動(dòng)力傳遞示意圖 11 連軸器 21 減速器 31 柔式連軸器 41 主動(dòng) 膠輪 51 主動(dòng)盤 61 從動(dòng)鑄鐵輪 71 從動(dòng)盤 由圖 2 可知 , 電機(jī)轉(zhuǎn)速由下式求取 : n = n2 id 2 d 1 (1 - E) (1) 式中 : n——電機(jī)轉(zhuǎn)速 , r m in n2——滾動(dòng)架轉(zhuǎn)速 , r m in d 1——主動(dòng)輪直徑 ,m d 2——滾動(dòng)架主動(dòng)盤直徑 ,m i——減速器速比 E——膠輪與鋼輪摩擦傳動(dòng)的滑移率 由于車架寬≤ 215 m , 可確定 d 2 = 2. 8 m , 查機(jī) 械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 E= 0103, 初選 n2 = 1～ 115 r m in, d 1 = 012 m , i= 50, 代入 (1) 式得電機(jī)轉(zhuǎn)速為 720～ 1 080 r m in。 當(dāng)選取轉(zhuǎn)速為 1 000 r m in 的 6 極電 機(jī)時(shí) , 滾輪架轉(zhuǎn)速 n2 為 1139 r m in。 212 電機(jī)功率的確定 21211 滾輪架翻轉(zhuǎn)過程中的受力分析 滾輪架主、從動(dòng)盤上受到車架的作用力可視為 ·53·2001· 3 專用汽車 Special Purpo se V eh icle 相等的 , 其翻轉(zhuǎn)過程中的受力可簡(jiǎn)化為圖 3 的平面 任意力系。 (a)主動(dòng)盤受力簡(jiǎn)圖 (b)從動(dòng)盤受力簡(jiǎn)圖 圖 3 滾輪架翻轉(zhuǎn)受力情況 21212 建立平衡方程式 經(jīng)分析主、從動(dòng)盤的受力圖即可看出 , 滾輪架逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力狀況要比順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力狀 況惡劣 , 因此 , 只需建立逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)主、從動(dòng)盤的 平衡方程式。 主動(dòng)盤力平衡方程式 : ∑ F X = P 0co s45° + F nco sH+ N 2co s45° - (N 1 + F 2) co s45° = 0 (2) ∑ F Y = P 0 sin45° + F n sinH+ N 2 sin45° + (N 1 + F 2) sin45° - (m 1 + m 2) g 2 = 0 (3) ∑ M = M 0 - M 2 - M G - T = 0 (4) 從動(dòng)盤力平衡方程式 : ∑ F X = F nco sH+ (N 4 - F 3) co s45° - (N 3 + F 4) co s45° = 0 (5) ∑ F Y = F n sinH+ (N 4 - F 3) sin45° + (N 3 + F 4) sin45° - (m 1 + m 2) g 2 = 0 (6) ∑ M = T - M 3 - M 4 - M G = 0 (7) 其中 :M 0= P 0 r2 M G = (m 1g 2) eco sH F n = (m 1 2) eX2 = (m 1 2) e × 011452 = 1105 × 10- 2m 1e (X = Pn2 30 = P× 1139 30≈ 01145 rad s) 若不計(jì)從動(dòng)輪滑動(dòng)軸承的摩擦阻力 , 則 : M 2 = F 2 r2 = N 2k 1 (1 + r2 r1) M 3 = F 3 r2 = N 3k 2 (1 + r2 r1) M 4 = F 4 r2 = N 4k 2 (1 + r2 r1) 式中 : F 1、 F 2、 F 3、 F 4—— 分別為主動(dòng)膠輪、從動(dòng)膠輪 及從動(dòng)鑄鐵輪與主動(dòng)盤、從 動(dòng)盤之間的摩擦阻力 ,N N 1、 N 2、 N 3、 N 4—— 分別為主動(dòng)膠輪、從動(dòng)膠 輪及從動(dòng)鑄鐵輪與主動(dòng) 盤、從動(dòng)盤之間的正壓 力 ,N M 0——主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)扭矩 ,N · m M G——工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的偏心阻力扭矩 ,N · m M 2—— 從動(dòng)膠輪與主動(dòng)盤之間的摩擦扭矩 , N · m M 3、 M 4—— 從動(dòng)鑄鐵輪與從動(dòng)盤之間的摩擦 扭矩 ,N · m r1——主動(dòng)輪和全部從動(dòng)輪的半徑 (d 1 2) , m r2——主動(dòng)盤和從動(dòng)盤的半徑 (d 2 2) , m T ——滾動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)慣性阻力矩 ,N · m F n——工件偏置離心力 ,N H——工件偏置離心力 F n 與 X 軸的夾角 , (° ) k 1—— 主動(dòng)膠輪與鋼主動(dòng)盤之間的滾動(dòng)摩擦 力臂 ,m k 2——從動(dòng)鑄鐵輪與鋼從動(dòng)盤之間的滾動(dòng)摩 擦力臂 ,m P 0——主動(dòng)盤驅(qū)動(dòng)力 ,N X——主動(dòng)盤、從動(dòng)盤角速度 , rad s e——工件質(zhì)心最大偏置量 ,m m 1——工件質(zhì)量 , kg m 2——滾動(dòng)架質(zhì)量 , kg g ——重力加速度 ,m s2 21213 確定主動(dòng)盤所受主動(dòng)輪的最大驅(qū)動(dòng)力 P 0m ax 取 : k 1= 0125 cm k 2= 0105 cm g≈ 10 m s2 將上述參數(shù)代入 (2)～ (7)式整理后得 : P 0 = 5154 × 10- 2 (m 1 + m 2) + 6196m 1eco sH- ·63· 王傳妹 : 滾輪式焊接架的設(shè)計(jì)及校驗(yàn) 1117 × 10- 4m 1esinH N 1 = 3144 (m 1 + m 2) + 01194m 1eco sH- 7123 × 10- 3m 1esinH N 2 = 3148 (m 1 + m 2) - 6197m 1eco sH- 7131 × 10- 3m 1esinH 求導(dǎo)可得 : 當(dāng) H= 0°時(shí) , P 0m ax = 5154 × 10- 2 (m 1 + m 2) + 6196m 1e (8) 此時(shí) : N 1 = 3144 (m 1 + m 2) + 01194m 1e (9) 21214 確定允許的最大偏心量 e 主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)主動(dòng)盤的摩擦傳動(dòng)條件為 N 1 = K P 0m ax f (10) 式中 : K ——載荷系數(shù) , 取 K = 1. 5; f ——鋼與橡膠 摩擦系數(shù) , 取 f = 0. 5, 代入 (8)～ (10)式得 : e = 11583 × 10- 1 (m 1 + m 2) m 1 P 0m ax = 11157 (m 1 + m 2) 21215 確定電機(jī)功率 半掛車及滾輪架結(jié)構(gòu)可確定 m 1= 2 000 kg, m 2 = 1 500 kg 由滾輪架結(jié)構(gòu)可知?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)功率為 : N = KN 0 G (11) 式中 : N 0——主動(dòng)盤需要功率 , N 0 = M 0m axX = P 0m ax r2X (12) K ——載荷系數(shù) G——總傳動(dòng)效率 , G= G1 2G 2G3G4 (13) G1～ G4——各傳動(dòng)元素機(jī)械效率 將載荷系數(shù) K = 115, 機(jī)械傳動(dòng)效率 (取彈性聯(lián) 軸器 : G1 = 0199, 蝸桿傳動(dòng) : G2 = 01705, 滑動(dòng)軸承 : G3 = 0194, 摩擦傳動(dòng) : G4= 0185) 代入式 (11)～ (13) 得 : N≈ 2123 (kW ) 213 電動(dòng)機(jī)選型 根據(jù)滾輪架工況及計(jì)算所得的電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速 , 再查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) , 即應(yīng)選用 Y 系列 (ZP44)電動(dòng)機(jī) , 其實(shí)際功率為 3 kW、實(shí)際轉(zhuǎn)速為 960 r m in。 3 操作穩(wěn)定性校驗(yàn) 311 靜止?fàn)顟B(tài)下滾輪架的受力分析 滾輪架僅用二只橡膠輪對(duì)主動(dòng)盤實(shí)行制動(dòng) , 不 再對(duì)從動(dòng)盤制動(dòng) , 又考慮到焊接作業(yè)時(shí) , 操作員有時(shí) 要站在滾輪架上進(jìn)行焊接操作 , 因此 , 應(yīng)對(duì)滾輪架進(jìn) 行靜止穩(wěn)定性校驗(yàn) , 圖 4 是主動(dòng)盤靜止?fàn)顟B(tài)下的平 面任意力系圖。 312 建立平衡方程式 經(jīng)分析受力圖即可以看出工件質(zhì)量與操作員質(zhì) 圖 4 量均偏至同側(cè) x 軸上時(shí)受力最惡劣 , 因此 , 只需對(duì) 此時(shí)的平衡方程式校驗(yàn) : ∑ F x = (F 1 + F 2) co s45° + (N 2 - N 1) co s45° = 0 (14) ∑ F y = (F 1 - F 2) sin45° + (N 1 + N 2) sin45° - (m 1 + m 2 + m ) g 2 = 0 (15) ∑ M = M 1 + M 2 - (2M Gm ax + M ) = 0 (16) 其中 :M 1 = F 1 r2,M 2= F 2 r2,M = m g r2,M Gm ax = (m 1g 2) e F 1= N 1f F 2= N 2f 求解 (14)、 (15)、 (16)式得 : m = 0. 65 (m 1 + m 2) - 213 (e r2)m 1 (17) 將 r2 = 114m , e= 0. 1583 (m 1 + m 2) m 1 代入 (17) 式 得 : m = 0. 39 (m 1 + m 2) (18) 由 (18)式可知 , (m 1+ m 2)越大 , 則 m 也越大 , 隨 (m 1+ m 2) 的增加 , 安全也隨之增加。將 m 1 = 2 000 kg,m 2= 1 500 kg 代入 (18)式得 : m = 1 365 kg。 假定 6 人同時(shí)操作 , 每人及附帶工具總重為 80 kg, 則穩(wěn)定系數(shù)為 : m (6× 80)≈ 218。 由此可知 , 穩(wěn)定性可靠 , 焊接工在焊接操作時(shí)滾 輪架不會(huì)發(fā)生自動(dòng)回轉(zhuǎn)而出現(xiàn)事故。 滾輪式焊接架自投入使用以來效果明顯 , 裝夾 方便省力 , 操作簡(jiǎn)單安全 , 生產(chǎn)效率高 , 可以實(shí)現(xiàn)一 機(jī)多用 , 提高了設(shè)備利用率 , 解決了半掛車車架結(jié)構(gòu) 經(jīng)常變化的矛盾 , 克服了鉗口式車架翻轉(zhuǎn)工裝使車 架發(fā)生撓曲變形和扭曲變形的問題 , 提高了車架的 組焊精度 , 確保了產(chǎn)品質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) 1 徐灝 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1991 (收稿日期 : 2001204224) ·73·2001· 3 專用汽車 Special Purpo se V eh icle
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