专题机器手操作机设计方案.pptx

专题：操作机设计 本次设计内容为焊接操作机立柱系统的设计，包括立柱机构、行走台车的设计以及电动机的选用。技术数据：工件最大直径 0.64米 焊缝最大长度 3.5米 焊接速度 横臂伸缩 660米/小时 立柱回转 0.5转/分 空程速度 横臂伸缩 300米/小时 横臂升降 60米/小时 立柱回转 手动 台车行驶 360米/小时 横臂升降行程 4000毫米 横臂伸缩行程 3500毫米 立柱回转角度 360度 设计时，要求保证焊接质量，要求立柱回转、横臂伸缩、台车行驶、均应平稳，不能够有颤动、冲击等现象。因此，在进行设计时，结构的截面形式、材料以及加工精度的选取甚为重要，此外，为了弥补结构设计的不足，焊机电流控制系统也应做适当的改动，即在施焊过程中，一旦发生颤动和速度不均等现象时，焊接规范也能够做相应的调整，以进行补偿 伸缩臂要既求重量轻，又要有很好的刚度，形位精度要高，在工作运行中不能有颤抖，在全甚状态下，端头下扰应控制在2mm以内，否则，应设高度跟踪装置。伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体机构。行走台车是操作机的基础，要有足够的强度，车驾要采用板焊结构，整体高度要小，要尽量降低离地间隙。星座轮的高度要可调，装配时要保证四轮着地。台车上应防止焊接电源等重物以降低整机的重心，增加运行的稳定性并防止整机倾覆。1、伸缩臂与平台的升降 操作机的平台升降多为恒速或快、慢两档速度；伸缩臂的升降多为快、慢两档速度或无级调速，速度在0.52m/min之间者为多，其各种传动形式及其对比见表2.1。操作机升降系统若恒速升降，多采用交流电动机驱动，若变速升降，多采用支流电动机驱动。近来在国外一些公司生产的操作机上，也有采用交流变频驱动和直、交流伺服电动机驱动的。在升降的两个极限位置，应设置行程开关。除螺旋传动的以外，在滑鞍与立柱的接触处应设防平台或伸缩臂坠落的装置。该装置有两种类型：一种是偏心圆凸轮式的，一种是契块式的。另外，为了降低升降系统的驱动功率，并使升降运动的运行更加平稳，在大中型操作机上，常用配重来平衡平台或伸缩臂等构件的自重。表3.1 操作机升降系统的传动形式传动形式传动形式驱动机构驱动机构性能及适用范围性能及适用范围备注备注链传动电动机驱动链轮，通过链条使平台或伸缩臂升降。小型操作机采用单列链条，大型采用多列链条制造成本低，运行稳定可靠，但传动精度不如螺旋和吃条传动，在平台式、伸缩臂式操作机上应用广泛链条一端设有平衡重 恒速升降螺旋传动电动机通过丝杠驱动螺母运动以带动平台或伸缩臂升降，小型操作机若起升高度不大，也可以手动运行平稳，传动精度高，多用在起升高度不大的各种操作机上丝杠下端多为悬垂状态，恒速或变速升降齿条传动电动机与其驱动的齿轮均安装在伸缩臂的滑座上，齿轮与固定在立柱上的齿条相啮合，从而带动伸缩臂升降。小型操作机采用单列齿条，大型的采用双列齿条运行平稳可靠，传动精度最高，制造费用最大，多用在要求精确传动的伸缩臂式操作机上恒速或变速升降 2、伸缩臂与立柱的回转 伸缩臂的回转有手动和恒速电动两种驱动方式，前者多用于小型操作机，后者则多用于大中型的操作机，回转速度一般为0.6r/min，在回转系统中还设有手动锁紧装置。不管是圆形立柱还是非原形立柱，伸缩臂的回转几乎多采用立柱自身回转式，立柱底端直接（手动回转）或通过齿圈（电动机驱动）坐落在推力轴承上，保证立柱的灵活转动。伸缩臂要既求重量轻，又要有很好的刚度，形位精度要高，在工作运行中不能有颤抖，在全甚状态下，端头下扰应控制在2mm以内，否则，应设高度跟踪装置。伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体机构。3、伸缩臂的进给 伸缩臂的进给运动多为直流电动机驱动，近来也有用直流或者交流伺服电动机驱动的。由于焊纵缝时，伸缩臂要以焊速进给，所以对其以焊速运行的平稳性要求较高，进给速度的波动要小于5%；速度范围要覆盖所需焊速的上下限，一般在690m/h之间，并且均匀可调。有的操作机还设有一档空程速度，多在180240m/h之间，以提高作业效率。为了保证到位精度和运行安全，在进给系统中设有制动和行程保护装置。伸缩臂的进给传动形式主要有三种，见表21。本次立柱部分的设计之立柱支撑架的设计参照常用机械设计图册。4、台车的运行 各种操作机台车的运行，多为电动机单速驱动，行速一般在120360m/h之间，最高可达到600m/h，通常门式操作机的行速较慢；平台式操作机行速较快，运行系统中设有制动装置，在台车与轨道之间设有夹轨器。门式和桥式操作机是双边驱动的，并设有同步保护装置。单速运行的台车，多用交流电动机驱动；变速运行的台车，现在已多用交流变频方式驱动。行走台车是操作机的基础，要有足够的强度，车驾要采用板焊结构，整体高度要小，要尽量降低离地间隙。星座轮的高度要可调，装配时要保证四轮着地。台车上应防止焊接电源等重物以降低整机的重心，增加运行的稳定性并防止整机倾覆。移动横臂可调式四种类型，并规定了它们的相关基本参数，见表23。表表2 23 基本参数基本参数焊接机头沿横臂方向移动的最大距离/mm横臂沿立柱升降的最大距离/mm横臂沿立柱升降最大速度/(mm/min)立柱最大的空程速度/(mm/min)横臂或机头移动的速度范围/(mm/min)横臂或机头最大空程速度/(mm/min)横臂回转角度/()80063095050001001500200027012501000200016002500250031503150400040007105000500060006000450800080003000我国目前生产的操作机，其有关技术数据见表2.4。表2.4 伸缩臂式操作机技术数据型号名称W型（微型）X型（小型）Z型（中型）D型（大型）臂伸缩行程/m1.52334444555566臂升降行程/m1.52343445455656臂端搭载重量/kg12075210120300210600500臂的允许总荷重/kg200300500800底座形式座底固定式地板固定式、台车固定式、行走台车固定式台车行走速度（mm/min）803000（无级可调）立柱与底座的结合形式固定式固定式、手动回转式固定式、手动或机动回转式固定式、机动回转式立柱回转范围/()180立柱回转速度/（mm/min）机动回转0.030.75臂伸缩速度/（mm/min）602500（无级可调）臂升降速度/（mm/min）200022803000台车轨距/mm143517302000钢轨型号P43相关的计算一、立柱提升机构的计算与校核。立柱提升机构采用丝杠-丝母传动,即螺旋传动，计算与校核包括螺纹的选定，螺纹的强度校核和电动机的选定。3.5.1螺纹的选定螺纹的型号由螺纹的中径d2确定,d2可由式3-6得出 （3-6）式中 由螺纹类型确定，梯形螺纹=0.5；由螺母形式确定，整体螺母=2；螺旋传动副的许用压强，由于螺杆低速，且螺杆螺母材料分别选取钢和铸铁，则取=6N/mm2；Q螺杆工作时的轴向力(N)。提升机构电动机的选用 采用丝杠-丝母即螺旋传动时，拧紧螺母使被联接件间产生变形的压紧力Q0以增加联接的刚性、紧密性和防松能力，此时，施加于螺母上的拧紧力矩 （3-8）式中 预紧力（N）；螺纹公称直径（mm）；行走台车滚轮最大支反力的计算 如图3-1 所示 滚轮上最大的支反力式子中 Gh焊具的重量（N）；Gm行走台车的重量（N）；Gn力柱的重量（包含滑块）（N）；Gb悬臂的重量（N）。行走台车轴的设计与校核 选择轴的材料行走台车功率不大，又无特殊要求，故选择常用的45号钢作正火处理，可知=600N/mm2。按转矩估算轴的最小直径 （4-3）式中 d-轴的直径（mm）；C-由轴的材料和承载情况所确定系数，此轴取C=120；P-轴的传递功率（kW）；n-轴的转速（r/min）。伸缩机构功率伸缩机构功率N（KW）的计算）的计算 （4-3）式中 Ws-伸缩阻力（N）；V-伸缩速度（m/min）；按最小速度6m/h -伸缩机构总传动效率。焊接操作机进行受力计算时，应以满载重量，且伸缩臂处在最大伸出长度，焊接小车或机头处在最端头时的重心位置进行计算。焊接操作机悬臂系统的计算过程包括挠度计算、伸缩臂行走阻力的计算。首先进行一些基本数据的计算：电动机质量：50kg(估算).焊接机具质量:100kg(估算)减速器质量:50kg（估算）悬臂（横梁）挠度的计算悬臂（横梁）挠度的计算 焊接操作机的承载结构有行走台车、立柱、平台、大梁、伸缩臂等，对他们不仅有强度要求，而且有刚度要求。设计这种操作机时，其结构刚度首先要保证因弹性变形而引起的焊丝末端在垂直和水平方向的位移 与在焊接工艺允许的范围内，此称为第一刚度条件，另外，从结构本身的形状、尺寸精度出发，要求垂直和水平饶度限定在一定范围内，此称为第二刚度条件。横梁伸缩齿轮的设计及校核横梁伸缩齿轮的设计及校核1.选择齿轮材料。传动无特殊要求，采用软齿面齿轮，有机械设计基础中表可知小齿轮选用40MnB钢调质，240-285HBS按齿轮接触强度设计公式用式 d(mm)（4-21）计算小齿轮传递的转矩