埋弧焊車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（含CAD圖紙+說(shuō)明書）

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Submerged arc welding has the characteristics of stable welding performance and high production efficiency. It is suitable for the welding of stainless steel, copper and low carbon steel. Submerged arc welding is a kind of welding method in which the arc burns under the flux layer. Its inherent advantages of stable welding quality, high welding productivity, no arc and little smoke and dust make it the main welding method in the manufacture of important steel structures such as pressure vessels, pipe sections and box beams and columns. Submerged arc welding vehicle is a device to realize vertical welding, horizontal welding and horizontal welding. Generally, the welding car uses the track to limit its motion track. Now it is necessary to design a welding trolley that can track the weld by its own design without using the track. The structure of the trolley directly affects the stability and position of the welding trolley, as well as the welding quality. Submerged arc welding vehicle is a key equipment in automatic welding and an important guarantee to improve engineering efficiency, welding quality and automation level. In order to meet the rapid development of heavy machinery manufacturing, shipbuilding, bridge, transportation, and component industries, it is urgent to develop new type automatic welding cars that can be welcomed by users and have advanced performance, high stability and reliability, and easy to use. The design parameters of submerged arc welding vehicle in this design: walking speed 25 ~ 200cm / min; The diameter of welding wire is 3.2 ~ 6mm; The wire feeding speed is 20 ~ 200cm / min. It is required that the welding trolley shall realize the functions of walking and wire feeding (speed regulation), and have the function of guiding the submerged arc welding weld. The trolley shall travel stably, and the radial adjustment of the welding gun is small during welding. Key words: submerged arc welding; Welding; Structural design; Traveling mechanism; Wire feeding mechanism Ⅲ 目錄 摘 要 Ⅱ Abstract Ⅲ 緒 論 1 第一章 埋弧焊綜述及小車介紹 2 1.1 埋弧焊工藝介紹 2 1.1.1 埋弧焊原理 2 1.1.2 埋弧焊優(yōu)點(diǎn) 3 1.2 埋弧焊車發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.2.1 埋弧焊車介紹 5 1.2.2 本文工作 5 第二章 埋弧焊車設(shè)計(jì)分析 6 2.1 機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 6 2.2 小車驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 7 2.2.1 電機(jī)選擇 7 2.2.2 聯(lián)軸器選擇 8 2.2.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 9 2.2.4 前輪軸和后輪軸設(shè)計(jì) 11 2.2.5 軸承計(jì)算及校核 16 2.3 底盤總成 19 第三章 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 3.1.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 22 3.1.2 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 3.1.3 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 3.2 焊槍等其余部件選擇 25 結(jié)論 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 緒 論 在工業(yè)領(lǐng)域中，埋弧焊廣泛應(yīng)用于管道、壓力容器、橋梁、鐵路車輛、造船等領(lǐng)域，是最主要的焊接生產(chǎn)手段。埋弧焊具有焊接性能穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，適用于不銹鋼、銅、低碳鋼的焊接。 焊接中的焊接工藝非常重要，有效的保證了焊接質(zhì)量，焊接接頭成形的效果。 埋弧焊的焊接是由自動(dòng)送進(jìn)的焊絲在預(yù)先放置的顆粒狀焊劑下電弧進(jìn)行燃燒，電弧不外漏，所用金屬電極是不間斷送進(jìn)的光焊絲的焊接工藝，是一種在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保持焊接性能穩(wěn)定的 焊接方法。自從埋弧焊工藝出現(xiàn)之后，就在不斷地發(fā)展中，至今此 項(xiàng)工藝已經(jīng)比較成熟。因?yàn)樗母咝Ш附蛹夹g(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非 常廣泛，進(jìn)入 21 世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)得到飛速發(fā)展，人們更加重 視高效化焊接，對(duì)焊接工藝不斷進(jìn)行突破性研究，雖然出現(xiàn)了多種優(yōu)質(zhì)、高效的新焊接工藝，但是埋弧焊的應(yīng)用依然沒(méi)有受到影響。 埋弧焊車在自動(dòng)焊焊接中是關(guān)鍵設(shè)備是提高工程效率、焊接質(zhì)量和自動(dòng)化水平的重要保證。為了滿足重型機(jī)械制造、造船、橋梁、交通運(yùn)輸、構(gòu)件等行業(yè)飛速發(fā)展的要求迫切需要研制能夠受用戶歡迎的、具有先進(jìn)性能、高穩(wěn)定性和可靠性、使用方便等優(yōu)點(diǎn)的新型自動(dòng)焊車。 本文將按照以下參數(shù)行走速度25~200cm/min；焊絲直徑3.2~6mm；送絲速度20~200cm/min進(jìn)行焊接小車設(shè)計(jì)。 1 第一章 埋弧焊綜述及設(shè)計(jì)目標(biāo) 1.1 埋弧焊工藝介紹 埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的電弧焊方法。埋弧焊工藝主要應(yīng)用于鋼板結(jié)構(gòu)的焊接?？梢院附拥牟馁|(zhì)有:碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、耐熱鋼、不銹鋼、復(fù)合鋼板等。埋弧焊工藝廣泛應(yīng)用于船舶、鍋爐、起重機(jī)械、冶金機(jī)械、石油管道、化工容器等工業(yè)制造部門。埋弧焊工藝的實(shí)施過(guò)程由以下四個(gè)要素組成: (l)焊接電源接在導(dǎo)電嘴與工件之間使通過(guò)導(dǎo)電嘴送出的焊絲與工件之間 生成電弧?為焊接過(guò)程提供熱能。 (2)焊絲由焊絲盤經(jīng)過(guò)送絲機(jī)構(gòu)和導(dǎo)電嘴?送入焊接區(qū)。 (3)顆粒狀的焊劑由焊劑漏斗經(jīng)過(guò)軟管均勻地堆敷在待焊區(qū)域。 (4)焊絲、焊絲盤及送絲機(jī)構(gòu)、焊劑及焊劑漏斗、焊接控制盤等通常裝在 一臺(tái)焊接小車上以實(shí)現(xiàn)焊接電弧的移動(dòng)。在正常的焊接條件下焊接小車的移動(dòng)速度就是該工藝條件下的焊接速度[2]。在管道制造和鍋爐膜式壁等實(shí)際焊接中電弧不移動(dòng)焊接過(guò)程是在焊件(鋼板和鋼管)的移動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)的。 2. 埋弧焊實(shí)施工藝 2.1 焊前準(zhǔn)備 埋弧焊在焊接前的準(zhǔn)備工作相當(dāng)重要，包括焊劑烘干、焊件的 坡口加工、待焊部位的清理工作、焊件的裝配以及焊絲材料的清理。 2.1.1 坡口的選擇與加工 由于埋弧焊能夠適用較大的電流焊接，電弧具有強(qiáng)大的穿透 力，所以在焊接厚度不大時(shí)，可以選擇不開口焊接。但當(dāng)焊件越來(lái) 越厚時(shí)，為保證焊件焊透，應(yīng)該采取開坡口來(lái)進(jìn)行焊接，坡口一般 為 Y 型、X 型較多。坡口加工應(yīng)嚴(yán)格按施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，埋弧焊坡口 設(shè)計(jì)一定要依據(jù)母材稀釋率較大的特點(diǎn)，考慮母材對(duì)焊縫性能的影 響作用，確保焊縫根部焊透和消除夾渣。依據(jù)埋弧焊電流使用范圍， 當(dāng)板厚小于 14 mm，可以不開 v 口，裝配時(shí)留有一定間隙 ：板厚為 11–22 mm，一般開 v 性坡口 ；板厚 22–50 mm 時(shí)開 X 型坡口。坡口 加工可以使用刨邊機(jī)、氣割機(jī)等。 2.1.2 焊件的清理 坡口內(nèi)的鐵末，水銹，油污等在焊件裝配前均應(yīng)徹底去除干凈， 凹凸部分焊前應(yīng)采取打磨方式保證其平整度。焊件裝配及對(duì)接中應(yīng) 嚴(yán)格控制接縫間隙均勻，保證高低平整不錯(cuò)邊 [1]。 2.1.3 焊件的裝配 埋弧焊要求接頭部位間隙合適，無(wú)錯(cuò)邊情況，裝配時(shí)依據(jù)板厚 度不同的情況，進(jìn)行定間距、定位焊的實(shí)施。另外在接頭部位采取 加引弧板和熄弧板，目的是避免起弧和息弧出時(shí)出現(xiàn)缺陷。 2.1.4 焊接材料的清理 焊絲、焊劑是埋弧焊所使用的焊接材料，在焊之前應(yīng)檢驗(yàn)并烘 干焊劑以及做好焊絲表面的清理工作，避免因雜質(zhì)影響到焊縫金屬 的組織、性能。 焊絲在成型后應(yīng)妥善保存，注意要進(jìn)行必要的防腐蝕、防銹的 處理工作，以保證焊絲表面的清潔，對(duì)于清理可利用除銹機(jī)進(jìn)行。 焊劑的保存要在規(guī)定的溫度烘干及做好保溫工作，注意采取防 潮措施，這樣做是為了更好地保證焊接質(zhì)量。 2.1.5 對(duì)接接頭單面焊 對(duì)接接頭埋弧焊，焊件選擇開口或不開口。開坡口根據(jù)焊件不同 要求，所達(dá)到的工藝目的也不同。如進(jìn)行合金鋼焊接時(shí)，可以控制融合比 ；而在進(jìn)行低碳鋼焊接時(shí)，可以控制焊縫余高等。對(duì)接接頭單面焊一般選用以下方法 ：在焊劑墊上焊，在臨時(shí)襯墊上焊，懸空焊等。 2.1.6 對(duì)接接頭雙面焊一般情況下雙面焊是焊件厚度在10–40 mm 的對(duì)接接頭情況下所采用的方法。接頭形式依據(jù)鋼種、板厚、接頭性能標(biāo)準(zhǔn)的不同，一般采用 I 型、Y型、X型坡口 [2]。 1.1.1 埋弧焊原理 埋弧焊的焊接過(guò)程如圖1一1所示。由連續(xù)送進(jìn)的焊絲在預(yù)先堆敷的顆粒狀焊劑層下燃燒電弧。電弧的熱量使焊絲、焊劑及工件母材金屬熔化。在電弧區(qū)由金屬及焊劑的蒸氣形成一個(gè)空腔?電弧就在該空腔內(nèi)穩(wěn)定燃燒?？涨坏牡撞渴呛附z與母材金屬熔化形成的液體熔池?？涨坏捻敳繛槿廴趹B(tài)焊劑形成的熔渣。熔池金屬中進(jìn)行著激烈而復(fù)雜的焊接冶金反應(yīng)?形成的氣泡快速逸出熔池表面。高溫下的液體熔池金屬?受到熔渣?電弧區(qū)氣氛的保護(hù)?不受空氣的有害作用。焊接過(guò)程中?隨著焊接電弧相對(duì)焊件的不斷地向前移動(dòng)?電弧力將會(huì)把液態(tài)金屬推向熔池的尾部?并且逐漸的冷卻?凝固而形成焊縫。同時(shí)敷蓋在高溫液體金屬上面的熔渣?也不斷冷卻?凝固?最終覆蓋在焊縫金屬上而形成渣殼。在埋弧焊接過(guò)程中?由于焊絲連續(xù)不斷地送進(jìn)到電弧區(qū);焊絲端部在電弧。 在埋弧焊接過(guò)程中，由于焊絲連續(xù)不斷地送進(jìn)到電弧區(qū)；焊絲端部在電弧熱量的作用下不斷熔化；焊接小車也以一定的速度沿待焊部位向前移動(dòng)；所以在埋弧焊工藝中，送絲速度、焊絲熔化速度、焊接速度三者之間應(yīng)當(dāng)相互配合，以達(dá)到最佳的平衡狀態(tài)，才能保持焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，確保焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)良品質(zhì)。 1.1.2 埋弧焊工藝優(yōu)點(diǎn) ⑴ 生產(chǎn)率高：由于埋弧焊所使用的焊接電流值比較大，相應(yīng)的電流密度也比較大。焊條電弧焊與自動(dòng)埋弧焊的焊接電流、電流密度比較，見(jiàn)表1-1[3]。因此，這種工藝的電弧熔深能力以及焊絲的熔化速度都是非常高的，如圖 1-2 所示[2]。在一般情況下，I 型坡口，單面一次熔深可達(dá) 20mm。同時(shí)，埋弧焊的焊速比較高，厚 8~10mm 的鋼板對(duì)接，單絲埋弧焊工藝的焊速可達(dá)50~80cm/min，而焊條電弧焊僅為 10~30cm/min[4~5]。 ⑵ 焊接質(zhì)量高：由于氣、渣保護(hù)作用，使得熔化的液體高溫金屬不與空氣接觸。因此，焊縫金屬中含氮、氧量比較低。而且熔池金屬凝固結(jié)晶比較慢，使得焊接冶金反應(yīng)進(jìn)行的比較充分。減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋的可能性。此外，焊接工藝參數(shù)可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持穩(wěn)定；對(duì)于焊工技術(shù)水平要求不高；焊縫成形好；焊縫成分穩(wěn)定；焊接接頭力學(xué)性能好。總之，焊接質(zhì)量高。 ⑶ 可以自動(dòng)調(diào)節(jié)：在埋弧焊過(guò)程中，焊接工藝參數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)并保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。因此，既保證了焊接質(zhì)量，又減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。 ⑷ 勞動(dòng)條件好：埋弧焊的弧光不外露，沒(méi)有弧光輻射。此外，機(jī)械化的焊接工藝減輕了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。這些都是埋弧焊獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 總之，埋弧焊可以采用比較大的電流。與焊條電弧焊相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良，焊接速度快。因此，埋弧焊特別適用于大型工件的直縫和環(huán)縫焊接。而且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 1.1.3 埋弧焊工藝的缺點(diǎn) ⑴ 埋弧焊采用顆粒狀的焊劑以堆積的形式進(jìn)行保護(hù)。因此，該工藝一般只適用于平焊和角焊位置的焊接。對(duì)于其他空間位置的焊接，則應(yīng)采用特殊裝置等技術(shù)措施，以確保焊劑對(duì)焊接區(qū)的覆蓋，并且防止液體熔渣及熔池金屬的流淌，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。 ⑵ 埋弧焊時(shí)，不能直接觀察到電弧與坡口的相對(duì)位置，應(yīng)該特別注意防止焊偏。如有特殊要求應(yīng)采用焊縫自動(dòng)跟蹤裝置，以保證從導(dǎo)電嘴送出的焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫。 ⑶ 埋弧焊使用的焊接電流比較大，電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度也比較高。當(dāng)焊接電流小于 100A 時(shí)，則電弧的穩(wěn)定性較差。因此，該工藝方法不適宜焊接薄板結(jié)構(gòu)。 ⑷ 由于埋弧焊焊劑的主要成分是 MnO、SiO2等金屬及非金屬氧化物。因此，難于焊接鋁、鈦等氧化性強(qiáng)的金屬及其合金。 ⑸ 該工藝適宜于長(zhǎng)焊縫的焊接。由于埋弧焊機(jī)的機(jī)動(dòng)靈活性比較差，焊接設(shè)備也比較復(fù)雜，短焊縫的焊接體現(xiàn)不出生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。 1.2 埋弧焊車發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 埋弧焊車介紹 船舶甲板的拼接焊縫長(zhǎng)度為幾米至幾十米，由于焊縫為長(zhǎng)直焊縫且鋼板較厚，通 常埋弧焊焊機(jī)進(jìn)行焊接，埋弧焊的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、弧光及煙塵很少， 非常適合用來(lái)焊接此類焊縫。因此，如何提高埋弧焊的焊接適用性，實(shí)現(xiàn)焊接的智能 化，自動(dòng)化等問(wèn)題引起各大造船企業(yè)的重視，目前埋弧焊主要使用軌道式小車進(jìn)行焊 接，如圖 1.1 所示。然而傳統(tǒng)的軌道式埋弧焊小車存在以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）采用是軌道式的行進(jìn)方式，在焊接前需要大量的時(shí)間用于對(duì)軌道的安放和校 正。 （2）軌道式的行進(jìn)方式導(dǎo)致在焊接時(shí)焊接小車不能對(duì)軌道誤差或者焊縫直線度誤 差造成的偏移進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。 （3）焊接小車的行進(jìn)距離和焊接長(zhǎng)度都受限于軌道的長(zhǎng)度，靈活性很低。 （4）軌道式的埋弧焊焊接小車由于軌道的存在，不方便攜帶，便攜性相對(duì)與其他 焊接方法而言很差。 基于以上的問(wèn)題，一種無(wú)軌式的埋弧焊焊接小車亟待研發(fā)。因?yàn)闊o(wú)軌式的埋弧焊 焊接小車不需要導(dǎo)軌式埋弧焊的焊前的調(diào)整工作，可以大大縮短焊接前的準(zhǔn)備時(shí)間， 提高了焊接工作效率，同時(shí)在焊接過(guò)程中通過(guò)對(duì)于焊接小車上的焊槍位置進(jìn)行調(diào)節(jié)， 還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)控，確保焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫的中心。最后履帶式埋弧 焊焊接小車不會(huì)像導(dǎo)軌式焊接小車受到軌道的限制，本身具有很大的靈活性，可以方 便迅速的在施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)工作位置間移動(dòng)。 1.2.1 無(wú)軌道焊接機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 歐美及日韓地區(qū)對(duì)移動(dòng)焊接機(jī)器人的研究工作開展較早，已有產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)際工 程，而我國(guó)也對(duì)移動(dòng)焊接機(jī)器人的研究也逐漸重視起來(lái)。 （1）國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：焊接機(jī)器人的研究在國(guó)外起步相對(duì)較早，已經(jīng)摸索出了一套 較完備的機(jī)器人技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在世界上眾多行業(yè)內(nèi)有著廣泛應(yīng)用，研發(fā)出的機(jī)器人更功 能更為全面，實(shí)用性更好，也更加穩(wěn)定可靠，更改了很多傳統(tǒng)工業(yè)中的作業(yè)方式。目 前為止很多國(guó)家都有著掌握高端自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的著名公司。比如美國(guó)的 Adept Technologe、AmericanRobot、STRobot，德國(guó)的庫(kù)卡、CLOOS 公司，日本的發(fā)那科、 安川、川崎等機(jī)器人公司，意大利的科瑪公司，瑞典的 ABB 公司，奧地利的 IGM 公 司等[7]。這些機(jī)器人公司很好的向世界證明了自動(dòng)化工業(yè)設(shè)備在生產(chǎn)中的重要性，但同 時(shí)也逐漸在很多行業(yè)中處于壟斷地位，與此同時(shí)，國(guó)外的很多高校及研究機(jī)構(gòu)也在對(duì) 移動(dòng)焊接機(jī)器人進(jìn)行研究。 首爾國(guó)立大學(xué)的Namkug Ku等學(xué)者研制了一種自驅(qū)動(dòng)移動(dòng)焊接機(jī)器人。機(jī)器人用于焊接封閉雙殼結(jié)構(gòu)中的U形焊接區(qū)域，能夠通過(guò)600mm寬、800mm高的檢修孔將自 身置于雙殼結(jié)構(gòu)中。機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)由八軸移動(dòng)平臺(tái)和六軸焊接單元組成。控制系 統(tǒng)由主控制器、焊接機(jī)控制器（電弧傳感器板）和焊縫跟蹤傳感器（即觸摸傳感器、 激光傳感器和電弧傳感器）組成，主控制器嵌入安裝在移動(dòng)平臺(tái)的背面[8]，如圖1.2所 示。 （2）國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：我國(guó)開發(fā)工業(yè)機(jī)器人晚于美國(guó)和日本，起于20世紀(jì)70年代， 早期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。到80年代中期，全國(guó)沒(méi)有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn) 世。而在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是個(gè)非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，在汽車行業(yè)得到了廣泛的 應(yīng)用。鑒于當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，國(guó)家將工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)列入了發(fā)展計(jì)劃，對(duì)工業(yè)機(jī) 器人進(jìn)行了攻關(guān)，特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容。近年來(lái)由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā) 展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動(dòng)化焊接技術(shù)，全自動(dòng) 焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。隨著數(shù)字化技術(shù)日益成熟，代表自動(dòng)化焊接技術(shù)的數(shù)字焊 機(jī)、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已面世并已穩(wěn)步地進(jìn)入市場(chǎng)。三峽工程、西氣工程、航天工程、 船舶工程等國(guó)家大型基礎(chǔ)工程有力地促進(jìn)了先進(jìn)焊接工藝特別是焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā) 展與進(jìn)步。目前國(guó)產(chǎn)焊接機(jī)器人有沈陽(yáng)新松、廣州數(shù)控、上海新時(shí)達(dá)、安徽埃夫特、 南京埃斯頓等品牌產(chǎn)品。 潘季鑾院士團(tuán)隊(duì)研制了一種全位置弧焊機(jī)器人，是能夠在垂直陡壁上進(jìn)行作業(yè)的 移動(dòng)機(jī)器人，應(yīng)用領(lǐng)域主要是用來(lái)在壁面、球面及管道等曲面上爬行焊接，如圖1.4所 示。該機(jī)器人是在國(guó)內(nèi)外首次研究成功的全位置爬行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有很強(qiáng)的負(fù)載能 力和良好的受控性能，運(yùn)動(dòng)靈活，在立面和仰面上負(fù)載能力可達(dá)120kg。隨著大型結(jié)構(gòu) 件的應(yīng)用越來(lái)越多，這種機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。這種機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)是 將攜帶的焊接裝置移動(dòng)到壁面上所需達(dá)到的任意位置，移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要采用履帶式移動(dòng) 機(jī)構(gòu)，在壁面上的吸附方式主要采用電磁吸附的方式。整個(gè)系統(tǒng)由爬行機(jī)構(gòu)、圖像傳 感系統(tǒng)、控制電路及計(jì)算機(jī)信息處理控制系統(tǒng)組成。爬行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系 統(tǒng)，圖像傳感系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)組成焊縫識(shí)別系統(tǒng)，以識(shí)別焊縫；控制電路 與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成焊縫跟蹤系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤，通過(guò)控制電磁鐵吸附可以達(dá)到對(duì)磁吸力的控制，使得履帶塊運(yùn)動(dòng)時(shí)能自由脫離壁面，靜止時(shí)又能夠提供足夠大的 電磁吸附力。爬行機(jī)器人在江西省江聯(lián)公司大型球罐等壓力容器生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生 產(chǎn)試驗(yàn)，機(jī)器人自動(dòng)跟蹤情況很好焊接成型美觀[11-14]。 上海交通大學(xué)研制了一種輪足組合全位置自主焊接機(jī)器人，該機(jī)器人設(shè)計(jì)目標(biāo)是 解決在大型非結(jié)構(gòu)件設(shè)備表面焊接所存在的角接焊縫等復(fù)雜焊接難點(diǎn)，采用輪足組合 式移動(dòng)越障機(jī)構(gòu)，并采用可調(diào)節(jié)永磁吸盤的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，并安裝五自由度機(jī)械臂以實(shí)現(xiàn) 焊接，如圖1.5所示。機(jī)器人安裝了紅外傳感器和超聲傳感器用于檢測(cè)障礙物，能夠通 過(guò)雙目視覺(jué)進(jìn)行環(huán)境識(shí)別和路徑規(guī)劃，通過(guò)手眼視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行智能自主焊接[15]。 1.2.2 本文工作 1、設(shè)計(jì)參數(shù)：行走速度25~200cm/min；焊絲直徑3.2~6mm；送絲速度20~200cm/min。 2、設(shè)計(jì)要求：焊接小車應(yīng)實(shí)現(xiàn)行走、送絲（調(diào)速）功能，具備對(duì)埋弧焊焊縫的導(dǎo)向功能。小車應(yīng)行走平穩(wěn)，焊接時(shí)焊槍徑向調(diào)整較小。 為了達(dá)到上述設(shè)計(jì)指標(biāo)，必須要對(duì)埋弧焊小車進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)到埋弧焊小車的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和送絲機(jī)構(gòu)。小車的行走機(jī)構(gòu)我選擇了兩種結(jié)構(gòu)，一是履帶式驅(qū)動(dòng)方式，其好處是地面環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，適合復(fù)雜路線及地面，二是采用輪式驅(qū)動(dòng)方式，其優(yōu)點(diǎn)是行走時(shí)平順性好，噪音較小。第二是送絲機(jī)構(gòu)，第一種采用全齒輪傳動(dòng)方式，焊絲首先經(jīng)過(guò)校直滾輪校直以后，開始送絲。第二種是采用拉絲式送絲機(jī)構(gòu)，拉絲式機(jī)構(gòu)的送絲滾輪位于送絲軟管之前，即安裝在焊槍上，這種送絲機(jī)構(gòu)靈活性好。下面詳細(xì)介紹下兩種方案的特點(diǎn)。 埋弧焊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案一： 行走機(jī)構(gòu)：采用履帶式移動(dòng)方式，在小車后車身上安裝兩個(gè)交(直)流伺服電機(jī)，小車的后驅(qū)動(dòng)依靠?jī)蓚€(gè)后交(直)流伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)兩根履帶，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，雙履帶為小車左、右配置，從動(dòng)鏈輪的芯輪軸置于可前后和上下移動(dòng)的調(diào)節(jié)滑塊和彈性懸架上，在小車體的前端兩側(cè)安裝有前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪，前交(直)流伺服電機(jī)、前減速器和轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)均安裝在小車體的電機(jī)座上，前輪既起轉(zhuǎn)向作用又具有驅(qū)動(dòng)功能，小車牽引力得到增強(qiáng)，能滿足在小車負(fù)載較大時(shí)對(duì)牽引力的需求，轉(zhuǎn)向精度高。 送絲機(jī)構(gòu)：采用全齒輪傳動(dòng)方式，焊絲首先經(jīng)過(guò)校直滾輪校直以后，開始送絲。主動(dòng)輪安裝在電機(jī)輸出軸上，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)輪，要設(shè)計(jì)一個(gè)中間輪，中間輪一方面將主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給兩個(gè)傳遞輪，同時(shí)也拉開了兩個(gè)送絲輪之間的距離，有利于傳送焊絲。 埋弧焊部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案二： 行走機(jī)構(gòu)：使用一級(jí)蝸輪蝸桿減速器變速裝置的行走機(jī)構(gòu)是在埋弧焊小車市場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用的一種行走機(jī)構(gòu)。其主要結(jié)構(gòu)由直流伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器傳遞給蝸桿之后，再經(jīng)過(guò)蝸輪減速來(lái)控制小車的速度。但是，這種變速機(jī)構(gòu)的箱體一方面在加工方面很困難，加工精度需求很高，加工工藝十分復(fù)雜，裝配也比較困難；精度控制好，平順性較好。 送絲機(jī)構(gòu)：采用拉絲式送絲機(jī)構(gòu)，拉絲式機(jī)構(gòu)的送絲滾輪位于送絲軟管之前，即安裝在焊槍上，這種送絲機(jī)構(gòu)靈活性好，不易出現(xiàn)焊絲卡死現(xiàn)象，送絲速度穩(wěn)定。但因送絲滾輪裝在焊槍上，焊槍顯得較重。機(jī)構(gòu)不輕便。 綜合上述的兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我本次設(shè)計(jì)擬采用輪式小車方式進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器帶動(dòng)車輛行走，對(duì)于送絲機(jī)構(gòu)則采用拉絲式送絲機(jī)構(gòu)，此方式包裝靈活性好，不易出現(xiàn)焊絲卡死現(xiàn)象。附方案簡(jiǎn)圖。 第二章 埋弧焊車設(shè)計(jì)分析 2.1 小車行走部分傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 輪式行走小車傳動(dòng)系統(tǒng)有很多種：三輪傳動(dòng)系統(tǒng)、四個(gè)輪子的傳動(dòng)系統(tǒng)以及其他類型的傳動(dòng)系統(tǒng)。以下是兩種應(yīng)用范圍比較廣的小車傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。 方案一：四輪傳動(dòng)系統(tǒng) 這種四輪傳動(dòng)系統(tǒng)是在原來(lái)汽車運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展得到的應(yīng)用廣泛的一種系統(tǒng)。這種類型的小車傳動(dòng)采用兩個(gè)電機(jī)單獨(dú)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)兩個(gè)后輪行駛，所以這里使用了直流伺服電動(dòng)機(jī)作為小車的電源推動(dòng)力，這種四輪傳動(dòng)方案的轉(zhuǎn)向的小車機(jī)動(dòng)性較好，適合在空間比較小的路面和過(guò)道環(huán)境中工作。它的傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下圖2-1所示。 圖2-1 四輪傳動(dòng)系統(tǒng) 方案二：三輪傳動(dòng)系統(tǒng) 這種三個(gè)輪子的傳動(dòng)系統(tǒng)也是先通過(guò)電機(jī)再到減速器進(jìn)行增大轉(zhuǎn)矩來(lái)提供動(dòng)力，所以我們還是采取直流伺服電機(jī)來(lái)進(jìn)行推動(dòng)力的提供，電機(jī)提供的動(dòng)力通過(guò)兩個(gè)后軸進(jìn)行傳動(dòng)。這種三輪類型的小車制造成本較低，簡(jiǎn)便可靠，但傳動(dòng)和控制的穩(wěn)定性不好。其對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下圖2-2所示。 圖2-2 三輪式傳動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)以上的描述可以得出：四輪傳動(dòng)系統(tǒng)相較于三輪傳動(dòng)系統(tǒng)更加平穩(wěn)，對(duì)于承受重的載荷的車輛具有較大的好處，運(yùn)行時(shí)可以避免小車發(fā)生偏移，而三輪的傳動(dòng)系統(tǒng)承載能力較弱，并且在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的偏移誤差。所以本次設(shè)計(jì)方案采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿來(lái)進(jìn)行增大轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)行，采用蝸輪蝸桿的傳動(dòng)方式也可以減小車體內(nèi)部空間的使用，使得小車整體更加輕量化并且減小自身負(fù)載。 2.2 小車驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 2.2.1 電機(jī)的選擇 首先假設(shè)估計(jì)小車的全長(zhǎng)為0.6米，小車的寬為0.35米，小車的高為0.35米，小車的底盤板厚為0.03米，小車的車輪初設(shè)為150mm。初步將小車的負(fù)載設(shè)為30kg?？紤]在負(fù)載狀況下小車的最高行駛速度為200cm/min。 由于小車行走的最大速度為200cm/min，則小車的車輪的轉(zhuǎn)速可為： n=200πd≈4.2 rmin (2.1) 首先由于原來(lái)確定的傳動(dòng)方式為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，選擇其傳動(dòng)比為：i=28 可由小車的車輪轉(zhuǎn)速得電機(jī)轉(zhuǎn)速 ： n電=in=117.6rmin (2.2) 由于小車本身也是有一定重量的，所以需要對(duì)小車自身重量進(jìn)行計(jì)算，可得小車車架的自重為： P=200N (2.3) 由于小車的載荷主要是負(fù)載的重力，可得小車的負(fù)載為： G=mg=300 N (2.4) 求出小車所受載荷后，再分別計(jì)算各個(gè)輪子所受載荷，由于兩個(gè)前輪和兩個(gè)后輪是關(guān)于Y軸對(duì)稱的，所以有FA=FB,FC=FD。 FZ=0 2FA+2FC?P?G=0 (2.5) MX=0 ?0.5G?0.5P+2×0.64×FC=0 (2.6) 由公式2.5和公式2.6可以求得： FA=FB=57.4 N FC=FD=195.3N 在滾動(dòng)摩擦阻力偶矩Mf的大小在零和最大值之間，即為： 0≤Mf≤Mmax Mmax=δFN=10.08678 N?M (2.7) 在上述2.7公式中δ為滾動(dòng)摩阻系數(shù)，由于滾動(dòng)摩阻系數(shù)表可知δ一般的取值在2~10之間，所以在這取6mm。所以求其牽引力即為： F=Mmaxd2=112.1 N (2.8) 、求換算到此電機(jī)主軸上的負(fù)荷力矩（TL）為： TL=F+μWμ×D2×1G×9.81000=0.618 N?M (2.9) 在上述2.9公式中η取為0.7，W取為1681.13N，μ則取為0.15。 、求換算到此電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷慣量（JL）為： JL=J2+z1Z22J1+J3+J4=0.000041223kg?m2 (2.10) 在上述公式2.10中J1為小車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； J3為蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； J4為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 、電機(jī)的選定 由于該小車是個(gè)有負(fù)載的車，在小車焊接時(shí)需要對(duì)焊縫進(jìn)行精確的定位，所以先選擇伺服電機(jī)。伺服電機(jī)擁有比普通步進(jìn)電機(jī)更加良好的定位，使得小車不易偏移受控制的路徑，其抗過(guò)載能力較強(qiáng)，還能夠承載較高的額定轉(zhuǎn)矩下的負(fù)載，能夠在出現(xiàn)負(fù)載較高的情況下斷開連接，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)和小車整體的作用，這樣不僅可以降低維護(hù)小車的成本還能降低維修小車的成本，而且轉(zhuǎn)速較高可以達(dá)到三千轉(zhuǎn)及以上，并且在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行較為平穩(wěn)，響應(yīng)速度也較快，相較于其他類型的電機(jī)有高速響應(yīng)的特點(diǎn)。 伺服電機(jī)的主要參數(shù)是功率（KW），但選擇伺服電機(jī)時(shí)，并不能按照功率來(lái)選，而是通過(guò)剛才上述計(jì)算的額定轉(zhuǎn)矩和負(fù)荷慣量的值大小，在這里我們選擇直流伺服電機(jī)型號(hào)為2342l012CR，額定功率17W，額定電壓12V，負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速120rmin 。 2.2.2 聯(lián)軸器的選擇 因?yàn)槲覀冞x用的直流伺服電機(jī)的軸頸為φ10mm，在強(qiáng)度要求高的情況下，需要對(duì)軸徑進(jìn)行加強(qiáng)，所以聯(lián)軸器與蝸桿軸相接觸連接的地方的軸徑初步選為為φ14mm。 圖2-3 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖 首先考慮采用的是安全聯(lián)軸器，這樣在正常運(yùn)行負(fù)載的狀況下可以保證一定的負(fù)載，當(dāng)負(fù)載超過(guò)電機(jī)和小車的最大負(fù)載時(shí)，可以通過(guò)安全聯(lián)軸器的斷開，來(lái)保護(hù)電機(jī)和小車的整個(gè)框架，防止其發(fā)生意料之外的安全事故和無(wú)必要的財(cái)產(chǎn)損失。其次是在安全聯(lián)軸器中需要對(duì)銷釘進(jìn)行計(jì)算和選用，銷釘?shù)闹睆酱笮】梢园凑占羟袕?qiáng)度的計(jì)算來(lái)進(jìn)行選擇： d=8KTπDmZ[τ]. (2.11) 對(duì)于銷釘?shù)牟牧衔疫x擇的是45號(hào)鋼然后并對(duì)其進(jìn)行調(diào)制處理，其參數(shù)為：σb=638Mpa, σs=354Mpa.硬度為217~255HBS。 對(duì)于銷釘?shù)脑S用應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算可得： [τ]=(0.7~0.8) σb=477.8Mpa. (2.12) 通過(guò)查過(guò)載限制系數(shù)的選用表可知?。? 過(guò)載限制系數(shù)K=1.6，T=0.586N?m。 將上述數(shù)據(jù)帶入公式2.11中進(jìn)行計(jì)算可得d=0.647mm，所以先選用d=5mm的銷釘，此時(shí)符合剪切強(qiáng)度的要求。 2.2.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 1、蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10085-2018的表，將采用漸開線蝸桿傳動(dòng)方式。 2、對(duì)于蝸輪蝸桿材料的選擇： 在蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)系統(tǒng)中，考慮蝸桿傳動(dòng)效率不是非常大，蝸桿主要承受了較大的應(yīng)力，并且在傳動(dòng)過(guò)程中磨損嚴(yán)重，所以蝸桿的材料選用應(yīng)滿足較好的耐磨性，所以我先選用的是45鋼材質(zhì)的蝸桿，以確保其穩(wěn)定性，而蝸輪則需要選擇柔性一些的材料，最好有較好的自潤(rùn)滑，所以這里的蝸輪則選擇灰鑄鐵HT200制造。 3、蝸桿的傳動(dòng)計(jì)算： 由于蝸桿在車身后方進(jìn)行傳動(dòng)，所以我們先要確定蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2，按照蝸桿頭數(shù)Z=1,故首先先確定效率系數(shù)η=0.7。 T2=9.55×106×Pηn1i2=795N?m (2.13) 圖2-4 蝸輪蝸桿受力分析圖 同理可得T1=28N?m 由上面所得的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算各力大小可得： Ft1 = Fa2 =2T1d1=19.24 N (2.14) Fa1 = Ft2 = 2T2d2=269.86 N (2.15) Fr1=Fr2=Ft2tan20°=98.22 N (2.16) 4、 按齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算： 根據(jù)漸開線蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，可以按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或漸開線傳動(dòng)中。 齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為： m2d1≥1.53kT2Z2[σF]YFa2?Yβ (2.17) 查表確定其中的載荷系數(shù)K取值，由于工作載荷較穩(wěn)定，故取0載荷分布不均系數(shù)Kβ=1， 選取使用系數(shù)KA =1. 15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)Kv=1. 1,則K為： K=KA?Kβ?Kv=1.265 (2.18)查表可得出蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]=48 Mpa。由于之前的初步選用的傳動(dòng)比為28，可設(shè)蝸輪的齒數(shù)Z2 = 28 ，取分度圓導(dǎo)程角γ = 3°10'48''，求得蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)為： ZV2=Z2cos3?γ=28.13 (2.19) 根據(jù)x2=0，ZV2=28.13，查機(jī)械設(shè)計(jì)表可知YFa2=2.55，且螺旋角系數(shù)為： Yβ=1?γ140°=0.9773 (2.20) 將上列公式2.17到2.20所計(jì)算到的數(shù)據(jù)帶入公式2.17中，得到齒根彎曲疲勞強(qiáng)度是滿足要求的，初步設(shè)計(jì)的參數(shù)符合要求。初取模數(shù)m為1.5，求得d1=20，d2=42。計(jì)算蝸輪蝸桿其他技術(shù)參數(shù)可得： 中心距：A=12(d1+d2)=31 mm (2.21) 分度圓直徑：d1=20mm； d2=42 mm； 蝸桿頭數(shù)：Z1=1； 蝸輪齒數(shù)：Z2=28。 5、蝸桿以及蝸輪的參數(shù)計(jì)算和確定： （1）蝸桿： 軸向齒距：Pa=πm=4.71 mm (2.22) 齒頂圓直徑：da1=d1+2?a?m=24 mm (2.23) 齒根圓直徑：df1=d1?2m(?a?+c?)=17.1 mm (2.24) 蝸桿軸向齒厚：Sa=12πm=2.355 mm (2.25) (2)蝸桿傳動(dòng)比：i=z2z1=28 (2.26) 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=42 mm (2.27) 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2m(?a?+x2)=45 mm (2.28) 蝸輪齒根圓直徑：df2=d2+2m(?a??x2+c?)=38.1 mm (2.29) 蝸輪咽喉母圓半徑：rg2=a?12da2=9 mm (2.30) 6、對(duì)于精確的等級(jí)公差還有表面粗糙度的選定： 因?yàn)槲掖舜卧O(shè)計(jì)的埋弧焊接小車是屬于準(zhǔn)確的傳動(dòng)，所以在國(guó)標(biāo)中選擇較高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造，有利于提高埋弧焊接小車跟蹤焊縫的定位和傳動(dòng)，所以從國(guó)標(biāo)GB/T 10089-2018圓柱蝸桿中選擇了七級(jí)精度的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。 7、對(duì)于蝸輪蝸桿的熱平衡進(jìn)行計(jì)算： 由于我選擇的是漸開線蝸輪蝸桿傳動(dòng)，對(duì)于漸開線蝸輪蝸桿的傳動(dòng)會(huì)將所產(chǎn)生的熱量傳遞到空氣中，所以這里我并不需要進(jìn)行熱平衡的計(jì)算和校核問(wèn)題。 2.2.4 前輪軸和后輪軸設(shè)計(jì) （1）小車前輪軸的設(shè)計(jì) 因?yàn)樾≤嚽拜嗇S只受到了彎矩的作用而沒(méi)有受到任何扭矩的作用，所以前輪軸屬于心軸。求作用在小車前輪軸上的力有： 因?yàn)镕=Fc F1=F2=12FC=97.7 N （2.31） （2）小車前輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、我進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的初步裝配方案是：通過(guò)用輪輻版、螺母、套筒、和滾動(dòng)軸承等零件依次進(jìn)行安裝裝配，這是對(duì)軸上各段的初步安排。 、先可以初步根據(jù)小車前輪軸的軸向定位的要求來(lái)選定設(shè)計(jì)各軸段的直徑和長(zhǎng)度。我先初步選用滾動(dòng)軸承，因?yàn)槁窕『附有≤嚨那拜嗇S要進(jìn)行轉(zhuǎn)向的動(dòng)作，因而受到了大量的彎矩作用，所以我采用了單列的深溝球軸承。通過(guò)對(duì)常規(guī)深溝球軸承尺寸對(duì)照表我選取了深溝球軸承的型號(hào)為6005型：d × D × T= 25× 47 × 12，由此尺寸參數(shù)我可以初步確定埋弧焊接小車的前輪軸的軸端面直徑取? 25 mm，而且埋弧焊接小車的車輪內(nèi)孔取? 42 mm。右端滾動(dòng)軸承運(yùn)用了軸肩進(jìn)行定位，軸肩取32mm,是因?yàn)?005型號(hào)的滾動(dòng)軸承在軸肩為3.5mm的軸中間支撐處取40 mm，可以使其具有良好的支撐作用，并且在靠近左端輪輻處增加一個(gè)46 mm的軸端，況且此軸段長(zhǎng)為5 mm。已知輪輻的寬度為50 mm。由于采用了螺母緊固鏈接，所以壓緊段端面應(yīng)略短于輪輻寬度，所以取值為48 mm。確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為R1。 、對(duì)于埋弧焊接小車的前輪軸上零件的周向定位： 埋弧焊接小車前輪兩端與軸的周向定位采用平鍵連接，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的平鍵選用表上可得平鍵選用b × h = 6 × 6，長(zhǎng)度選為42 mm。 、求取小車后輪軸上的載荷： F1 = F2 = 12 FC = 97.7 N ( 2.32 ) L1 = L2 =115 mm ( 2.33 ) Mc=? F1 L2 = - 11235.5N ? mm ( 2.34 ) 、對(duì)小車前軸進(jìn)行彎曲應(yīng)力的校核： 圖2-5 小車前輪軸的載荷分布圖 這里由圖可知最大的彎矩在軸的中間位置，Mc= - 11235.5 N ? mm ，所以我對(duì)此截面進(jìn)行了強(qiáng)度的校核： σca = MW ≤ [σ?1] (2.35) 由于采用了45號(hào)鋼，對(duì)其進(jìn)行調(diào)制之后 σ?1 = 60 Mpa 所以 W = π d33 2 - b t (d ? t )23 2 = 187.3 (2.36) 將公式2.36中所計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)帶入2.35公式中計(jì)算于是可以得到： σca = 59.91 M pa 由于這里所計(jì)算出來(lái)的σca ≤ σ?1，所以我所選擇的小車前輪軸滿足了一定的強(qiáng)度要求，可以使用。 （ 3 ）埋弧焊接小車的后軸計(jì)算及其設(shè)計(jì)： 由于小車的后輪軸在使用過(guò)程中不僅受到了彎矩的影響而且還受到了扭矩對(duì)它的影響，所以小車的后輪軸就屬于轉(zhuǎn)軸了。 、由之前蝸桿傳動(dòng)計(jì)算已知了小車的后輪軸功率為： P2 = P η = 0.09 × 0.7 = 0.063 KW (2.37) 小車的后輪軸轉(zhuǎn)速為：n2 = n = 4.2 r / min 小車的后輪軸轉(zhuǎn)矩為：T2 = 795 N ? mm 、同樣由之前的蝸桿傳動(dòng)計(jì)算已知了作用在蝸輪上的力為： Ft2 = 269.86 N Fa2 = 19.24 N Fr2 = 98.22N 、先初步確定小車后軸的最小直徑： 由于F3 = F4 = 12 × FA = 28.7 N，但由于沒(méi)有具體數(shù)值參考，所以我先假設(shè)L3= L4 = 200 mm。先假設(shè)此軸中心所受載荷最大，由力矩公式可以得到： M中 = - F3 L3 = 5740 N ? mm。 假設(shè)我先取后軸最小直徑Dmin=30 mm。 將上述的計(jì)算得出的數(shù)據(jù)帶入之前前軸計(jì)算公式2.35中有： σca = MW ≤ [σ?1] 因?yàn)閃 = π d33 2 - b t (d ? t )23 2 = 694.9 于是σca = 8.26 < [σ?1],由此可知小車的后軸直徑可先取Dmin=30 mm。 小車的后軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與前軸大體上相同，但是后軸由于中間加上了蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，所以顯得有點(diǎn)差異。下面來(lái)計(jì)算小車后軸的各段直徑和長(zhǎng)度。首先先預(yù)選滾動(dòng)軸承，因?yàn)榇藭r(shí)的軸承需要具有同時(shí)承受徑向力和軸向力的作用，軸向力承受小，所以先選定深溝球軸承，先初選6206型號(hào)的深溝球軸承，它的尺寸為d × D × T= 30× 62 × 16，所以小車后軸上兩輪輻端軸長(zhǎng)為10 mm。先將小車后軸上蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)在靠左端125 mm處，這樣可以防止負(fù)載過(guò)于集中。 L1 = L2 = 75 mm L3 = 200 mm。 、在水平面上求其支座反力以及強(qiáng)度的校核： 圖2-6 小車后輪軸的載荷分布圖 其中有： FNH1 = FNH2 = 12 Ft2 = 134.93 N。 （2.38） 三個(gè)集中力作用在后軸截面上的彎矩為： MHD = FNH1 ? L1 = 10119.75 N ? mm。 （2.39） MHA = MHB = 0 由靜力平衡方程求出A、B兩點(diǎn)的支座反力。 FNV1 = Fa1 =19.24 N 。 Ma = Fa2D2 = 404.04 N ? mm 。 (2.40) MA = 0，- Fr2 ? L1 - Ma + FNV2 ? 2 L1 + F ? ( 2 L1 + L3 ) = 0 (2.41)由公式2.41可以求得： FNV2 = -3870 N。 Fy = 0, FNV1 + FNV2 + F - Fr2 = 0 (2.42) 由公式2.42求得：FNV1 = 2287.22 N。 求：MVA = MVc = 0; MVD左 =171541.5 N ? mm; MVD右 =171945.54 N ? mm; MVB = 336226 N ? mm。 （ 4 ）、計(jì)算A、B、C、D的總彎矩M： MA = MAC = 0; MD1=MHD2+ MVD右2 =171839 N ?mm。 (2.43) MD2=MHD2+ MVD左2 = 172243 N ?mm。 (2.44) 小車后軸的轉(zhuǎn)矩：T = T2 = 795 N?mm。 對(duì)小車后轉(zhuǎn)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核： σca = MD22+(αT)2W = 15.26 M p a (2.45) 其中： W = π d33 2 - b t (d ? t )23 2 = 11289。因?yàn)檫x擇小車后軸材料為45號(hào)鋼材，進(jìn)行調(diào)制處理σ?1=60 M p a ， σca < σ?1，實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度小于許用應(yīng)力，所以后軸強(qiáng)度符合條件，滿足了使用要求。 2.2.5 軸承計(jì)算及校核 由于埋弧焊接小車后輪軸上所受載荷及扭矩比前軸更大，所以在此我僅對(duì)后軸上的軸承進(jìn)行計(jì)算以及強(qiáng)度的校核。對(duì)于軸承的選用要求，應(yīng)該滿足軸承的壽命 L? 要大于2500h，由于之前計(jì)算出來(lái)了軸的轉(zhuǎn)速為106.16 r / min,現(xiàn)在可以先計(jì)算小車后輪軸上軸承左端的徑向載荷： Fr1= FNH22+ FNV12 = 2291 N ; (2.46) 右端軸承所受的徑向力： Fr2= FNH22+ FNV22 = 136 N 。 (2.47) 從上面兩個(gè)公式所得出來(lái)的結(jié)果可以看出來(lái)，明顯左端的軸承所承受的載荷要大于右端軸承所承受的載荷，所以我僅對(duì)左端的軸承進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。 （ 1 ）由于在軸的尺寸計(jì)算中初步選擇了6206型軸承，它的技