钢管对接焊接夹具设计(编辑修改稿)

钢管对接焊接夹具设计(编辑修改稿)内容摘要：

的定位原则 — 六点定位 为了使焊件在夹具中得到确定的位置，应先研究一下物体的位置是怎样确定下来的。 一个物体如果在空间不与任何物体发生联系，那么相对于空间三 个相互垂直的直角坐标轴就有六种活动的可能性，其中三个是沿 x、y、 z 轴的移动，另外三个是分别绕 x、 y、 z 轴的转动。 物体的这种活动可能性叫做自由度。 因此物体由六个自由度，只有这六个自由度都消除了，物体的空间位置就唯一确定了，这就是物体的六点定位原理。 焊件要在夹具中得到确定的位置，必须遵循物体定位的“六点定位原理”。 但对焊接金属结构件来说，被焊接的零件多时一些成型的板材或型材，未组焊前刚度小、易变形，因此经常以工作平台的台面作为焊接的安装基面进行装焊作业，此时，工作平台不仅有夹具体的作用，而且具有定位起的 作用。 另外，对焊接金属结构的每个零件，不必都设六个定位支撑点来确定其位置，因为每个零件之间都有确定的位置关系，可利用先装好的零件作为后装配零件的定位支撑点，这样就可以简化夹具结构，减少定位器的数量。 在夹具体上布置定位器时，应注意补妨碍焊接和装卸作业的进行，同时要考虑焊接变形的影响。 如果定位器对焊接变形有限制作用，则多做成拆卸式或退让式的。 操作式定位器应设置便于操作的位置上。 夹具体设计主意事项 夹具体是夹具上安装定位器和加紧机构以及承受焊件重量的部分。 各种焊接变位机器的工作台以及装焊车间里的各种 固定式平台，就是通用的夹具体，在其安装台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧机构。 在批量生产中使用的专用夹具，其夹具体是根据焊件形状、尺寸、定位以及夹紧要求、装配施焊工艺等专门设计的。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 对夹具体的基本要求： ○ 1 有足够的强度和刚度； ○ 2 便于装配和焊接作业的进行； ○ 3 能将焊接好的焊件方便的卸下； ○ 4 有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿； ○ 5 必要时还要基本具备反变形的能力。 此次焊接夹具的确定 本次设计所需要固定的零件 图 21 钢管焊接图 该焊接件有两个的  20 圆管、两个  60 圆板材和一个  60 钢管组成，通过对接焊接工艺实现组装。 对工件进行分析 结合焊件工艺的理论知识和该焊件的结构，该任务需 分两步完成： （ 1）焊接  60 的钢管和  60 的圆形钢板； (2)焊接  20 的钢管与中间部分对接，在进行焊接加工时有一定的位置要求，主要有： （ 1）  20 的钢管与  60 的板材的垂直度要求； （ 2）  60 的管材与  60 的板材的同轴度要求； （ 3）两个  20 的钢管与  60 的板材的同轴度要求 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 定位元件的选择 根据定位原则和焊件的特点，同时为了是制作出的夹具适应于不同直径和长度管类或棒类材料的焊件，可选择两组由两个滚轮组成滚轮座移动式条调节中心距的 V 型块对 60 长筒进行定  位，同时选择两个可调节中心距的轴 承组合 V 型架对  20 的钢管支撑。 用以个可换管套限制焊件纵向移动。 夹紧机构的选择 该零件在点焊的阶段要加紧，所需的力并不太大，根据实验数据 400N到 500 牛的力就可以满足要求，而上面 小节中选择管套除了有限制左右移动外，其还具夹紧来实现点焊。 详细（见上图）。 转动装置的选择 根据环缝焊接须做匀速圆周运动，速度大约为 1~2r/m，其传动装置动力源选择为电动机（电机常用额定转速为 1000~1500r\m） .那 么该传动装置的总传动 i=500— 1500，因传动比非常大，需选用 V 带和二级涡轮蜗杆减速器来降速，通过管套实现对接焊件转动。 最终的装备图 最终的装配图参考 A0 图纸。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 第 3 章 对定位元件设计 焊接滚轮架及滚轮的设计 焊接滚轮架的介绍 制品外形为圆形的工件，例如锅炉、管道、桅杆、海洋平台的桩腿、潜艇耐压壳，以及各种化工塔器等都可以放在滚轮架上翻转，进行纵向焊缝、环向焊接的装配 —— 焊接工作。 此外，还可以在滚轮架上进行修整、钻孔及探伤等工作。 若在滚轮架上支承转环时，还可以焊 接其他不规则的容器（像圆锥形容器）及梁形工件。 因而滚轮架是焊接生产中，特别是容器件生产中的一种重要工艺装备。 焊接滚轮架按结构形式分为两大类。 第一类是长轴式滚轮架。 其轴向一排为主动机，另一排为从动轮，主要用于细长筒体工件的装配和焊件；第二类是组合式滚轮架。 由两个滚轮支承在同一基座上组成一个独立的滚轮架，按传动方式不同可分为主动滚轮架、从动滚轮架、单主动滚轮架。 组合滚轮架可根据工件的质量和长度任意组合。 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、可调式滚轮架、可调中心高度滚轮架和 轴线滚轮架。 焊接滚轮架的滚轮结构主要有钢轮、橡胶轮、组合轮和履带轮四种类型，其特点和使用范围见下表。 表 31 焊接滚轮架特点和使用范围 形 式 特点 使用范围 钢 轮 承载能力强，制造简单 大重型焊件 橡胶轮 钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳，但橡胶易压坏 一般多用于 10t 以下的焊件和有色金属容器 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 组合轮 钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶高，传动平稳 一般多用于 10～ 60t 的焊件 履 带 大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳，结构复杂 用于轻型、薄壁、大直径的焊件 及有色金属 金属材料的滚轮多用于铸钢和合金球墨铁制作，其表面热处理硬度约为 50HRC，滚轮直径多在 200～ 800mm 之间。 橡胶轮与同尺寸的滚轮相比，承载能力，常将 2 个或 4 个橡胶滚轮构成一组滚轮，或是钢轮与橡胶滚轮联合使用。 焊接滚轮架行业标准（ JB/T9187— 1999）建议滚轮工作面的材料按滚轮额定载重量选取。 （ 1） 滚轮架额定载重量 X≤ 10t, 采用橡胶轮面。 （ 2） 滚轮架额定载重量 10t﹤ X≤ 60t,采用金属橡胶组合轮面，金属轮面，金属滚轮面承重 根据本次设计为适应不同直径和长度的钢管焊接，将钢管的总质量 定为 10t 以下 ,故根据滚轮结构使用范围和焊接滚轮架作业标准（ JB/T9187—1999）选择，滚轮架可选滚轮座移动式调节中心距。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 第 4 章减速器的设计 拟订传动方案 根据本次设计传动装置实际需求，焊件转速 n=1~2r/min, 一般选用同步转速为 1000r/min 或 1500r/min 的电动机作为动力源，因转动装置总传动比约在 500~1500，非常大。 本次设计拟采用二级蜗轮蜗杆减速器与 V带传动来达到实际的需求。 在此拟定工作参数：焊件转速 n=2r/min,所需功率 P=,在室内工作（环境最高温度 35℃），载荷平稳，连续单向运转，使用寿命 24000 小时。 传动简图如下图所示。 1— 电动机 2— V带传动装置 3— 输入轴 4蜗轮蜗杆减速器 5— 输出轴 图 41 传动简图 选择电动机类型 电动机选择包括选择类型、结构形式、容量（功率）和转速 ，并确定洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 型号。 工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选择三相交流异步电动机。 最常用的电动机是 Y 系列笼型三相异步交流电动机。 其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低、适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。 由于起动性能好，也适用某些要求较高起动转矩的机械。 需要经常起动、制动和反转的机械，要求电动机有较小机械转动惯量和较强的过载能力，应选用起重及冶金用的 YZ（笼型）和 YZR（绕线型）系列异步电动机。 按工作要求、工作环境条件和所定工作参数，选择一般用途的 Y(IP44)系列三相异步电 动机。 它为卧式封闭结构。 计算电动机的参数 （ 1） 电动机容量 电动机输出功率 dP wd PP 传动装置的总效率 n  321 式中，轴输出功率 kwPw  ， 321  、 为从电动机到套管之间的各传动机构和轴承的效率。 由相关资料查得： V 带传动  ，滚动轴承  ，单级蜗杆传动  ，则 2323321   kwPP wd   故由相关资料查得：电动机额定功率取 kwPed  （ 2）电动机的转速 为了便于选择电动机转速，先推出电动机转速范围。 由相关资料 查得：Ｖ带传动常用传动范围 39。 1i ＝ 2~4,单头蜗杆传动闭范围 39。 2i =10~40,则电动机转速范围为  39。 2139。 39。 iinn wd 400~12800r/min 洛阳理工学院毕业设计（论文） 21 可见选择同步转速为 min/1500 rnd  的电动机符合要求。 （ 3）由电动的 由电动机的额定功率 edP 和转速 dn ，查相关资料得：电动机的型号为 Y132S4 电动机满载转速 min/1440 rnm  计算传动装置总传动比和分配各级传动比 （ 1）传动装置总传动比和分配各级传动比 传动装置总传动比 72021440  wmnni （ 2）分配各级传动比 取 V 带传动比 i ，高速级蜗轮蜗杆传动比 182i ，则低级蜗轮蜗杆传动比 163i 所得 3i 值符合一般蜗杆传动和二级蜗杆蜗轮蜗杆减速器传动比的常用范围。 计算传动装置的运动参数和动力参数 （ 1） 各轴转速 电动机轴为 0 轴，减速器高速轴为 a 轴，中间轴为 b 轴，低速轴 c 轴 m in/1440 rnn wa  m in/ rinn a  m in/23 rninn wbc  m in/32185 7 62 rinn ab  （ 2） 各轴的输入功率 按电动机额定功率 edP 计算各轴输入功率，即 P0= Pd = kw Pa= P0 1= = 洛阳理工学院毕业设计（论文） 22 Pb= Pa 322 = 2 = Pc= Pb 322 = = kW （ 3） 各轴转矩 mNnPT  000 mNnPT aaa  5 5 05 7 5 5 0 mNnPT bbb  mNnPT cc  2 9 89 5 5 5 5 0 6 洛阳理工学院毕业设计（论文） 23 第 5章 传动零件设计 高速级蜗轮传动设计 选择齿轮类型、材料、精度以及参数 ① 选用齿齿轮传动 ② 选用齿轮材料：选取大小齿轮材料均为 45 钢，小齿轮调质处理齿面硬度取 240HBS；大齿轮正火处理齿面硬度取 200HBS。 ③ 选取齿轮为 8 级精度（ GB10095— 88） ④ 选取小齿轮齿数 Z1 =26， Z2 = 1i Z1 = 26≈ 65 按齿面接触疲劳强度设计 首先确定计算参数 （ a）使用系数 KA：查表得 KA= （ b）使用系数 KV：查图得 KV= H a A t( ) K K K /b 10 0N /m m ,c 齿 间 载 荷 分 配 系 数 ： 估 计 cos 1 = 12uu= 1222 = cos 2 = 112u = 1212 = 当量齿数。