汽车后桥直焊缝焊接专机设计-大学毕业设计.doc

汽车后桥直焊缝焊接专机设计
摘 要
中国汽车工业经过60年的发展，经过数代人的努力从无到有并逐步走向国际化。2009年我国汽车产量突破1379.10万辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。（日本为793万辆，美国为570万辆）。中国已经成为了全球汽车生产第一大国。作为汽车制造之中最有代表性的3大工艺(焊装、油漆、总装)之一的焊接工艺也得到了长足发展，逐步达到国际先进水平。在专业性强、而且有规则焊道的零件中使用焊接专机不仅能达到焊接工艺的要求，而且经济。为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化装备来提高生产效率减轻工人工作量。
本设计为汽车后桥直焊缝焊接专机设计，设备包括机械结构设计。焊接汽车后桥的方法是二氧化碳保护焊法，焊接长度为270mm，焊接速度可达到300一500mm/min。本焊接专机的机械部分设计包括有焊接小车、床身、丝杠传动机构、工件支架、气缸支架、顶尖等部分。内容涉及到气缸、电动机、减速机、滚珠螺杆等。其中焊接小车是本次设计的重点，小车带动焊抢作直线运动来完成直焊缝的焊接任务，而小车是由电机通过一系列传动驱动的。出于对工艺要求和工作效率等多方面因素的考虑，设计出了双焊枪运动机构，使之在一次操作可以同时完成两道直焊缝的焊接任务。

关键词:汽车后桥；焊接专机；焊接小车；丝杠传动

Abstract
After 60 years development， China's automobile industry has gone from scratch and gradually to the internationalization. In 2009 China has produced more than 13.791 million vehicles. Production more than the sum of Japan and the United States. China has become the world's largest auto production. As the the most representative three process in car manufacturing industry (welding， painting， assembly).The welding technology has also been rapid development， and gradually reached the international advanced level. In professional， and there are regular weld bead parts used in special welding machine not only can meet the requirements of welding process， but also economy. In order to meet the needs of domestic and international， China's auto manufacturing industry needs a lot of automation equipment to improve production efficiency and reduce the workload of workers.
The design of the automobile rear axle straight seam welding machine， including mechanical structure design. Welding vehicle rear axle method is the carbon dioxide welding method， welding speed can reach 0.3 0.5m/min. This welding machine mechanical parts of the design including welding carriage， bed， lead screw transmission mechanism， fixture and other parts. The contents relate to the cylinder， the top， motor， reducer， ball screw， etc.. The welding tractor is the focus of this design， considering the various factors of the technological requirements and the efficiency design double gun movement mechanism， make in one operation can be completed at the same time， two straight seam welding tasks. Motor output speed through the reducer to drive the screw rotation， the screw on the screw nut to drive the car to reach the welding task.

Keywords: automobile rear axle; welding machine; welding car;screw drive

目录

摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 焊接设备的发展趋势及发展现状 1
1.2.1 国内焊接设备发展现状 2
1.2.2 国外焊接设备发展现状与趋势 3
1.3 课题研究内容及目标 4
第2章 汽车后桥直焊缝焊接专机整体设计方案 5
2.1 汽车后桥直焊缝焊接专机工作原理 5
2.2 焊接小车的工作原理及设计 6
2.2.1 工作原理 6
2.2.2 焊枪卡紧机构的设计 7
2.2.3 焊枪垂直运动系统的设计 7
2.2.4 弓形滑板的设计 8
2.2.5 小车尺寸结构的设计 9
2.2.6 送丝机构支架的设计 10
2.3 电动机与减速机的确定 11
2.4 滚珠螺杆滚珠螺母选择 13
2.5 防尘罩设计 13
2.6 工件支架的设计 14
2.7 托盘的设计 14
2.8 顶尖的选取 15
2.9 汽缸及其尾座的设计 15
2.10 床身的设计 16
第3章 关键零件校核 17
3.1 滚珠螺杆强度与刚度校核 17
3.1.1 滚珠螺杆强度校核 17
3.1.2 滚珠螺杆刚度校核 18
3.2联轴器的选择与校核 19
3.3减速器的校核 20
3.4键的选择与校核 20

3.5轴承的选择与校核 21
第4章 结论 23
参考文献 24
致谢 25

IV

沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
中国汽车工业经过60年的发展，经过数代人的努力从无到有并逐步走向国际化。2009年我国汽车产量突破1379.10万辆，超过第二名日本和第三名美国产量之和。（日本为793万辆，美国为570万辆）。中国已经成为了全球汽车生产第一大国 [1]。在这飞速发展的60年中，中国汽车生产技术也得到了长足发展。特别是汽车制造技术中最有代表性的3大工艺(焊装、油漆、总装)之一的焊接技术。汽车焊接技术也从原先落后的手工焊接经过自主开发、技术引进、整线引进逐步接近国际先进水平达到了自动焊接的水平。
在专业性强、而且有规则焊道的零件中采用焊接专机不仅能达到焊接工艺的要求，而且经济性强。为了满足国内外需求，我国汽车制造业需要大量自动化焊接装备来提高生产效率减轻工人工作量。
1.2 焊接设备的发展趋势及发展现状
21世纪以来，焊接设备技术有了长足的进步。焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度与质量有了大幅度提高，应用范围也逐步扩大。特别是我国在国家制定的拉动内需政策下，焊接设备制造行业得到了大规模发展。这使得我国传统制造业自动化程度大大提高。实现上，中国庞大的市场需求对焊接装备提出了越来越高的要求。迫切需要各种高精度、高性能、高度自动化的焊接装备来中国满足市场。
随着中国汽车行业的迅猛发展，对汽车焊接设备提出了新的要求，其主要特点为：
(l)规模越来越大，带来对汽车装焊设备的需求量将大幅增加，国内现有的汽车焊接装备和焊接设备行业规模远远不能满足；
(2)生产纲领高(生产节拍短)，要求汽车装焊设备向高度自动化方向发展，传统的手工操作将逐步被机器人所替代；
(3)车身品种多、换代快，要求汽车焊接装备更新快，并能尽量实现柔性化生产，机器人焊接、涂胶、搬运等组成柔性生产系统；
(4)焊接质量高，由于车身镀层板比例越来越大，则要求焊接设备，向智能化控制焊接过程及参数方向发展，提高焊接质量；
(5)随着汽车向中高档发展，整车2mm工程的推广，要求对车身几何尺寸控制精度更严，随之而来各汽车制造公司花大量的人力和资金建立“车身几何尺寸控制系统”，对装焊设备的设计制造以及调试验收，如何控制车身部件的几何尺寸精度，提出了更高的要求[2]。
纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为:发展自动化柔性生产系统[3]。
1.2.1 国内焊接设备发展现状
我国焊接装备制技术起步相比国外起步要晚，五六十年代我国重点企业的焊接装备大多需要从前苏联引进，只有少部分由工厂自行设计制造。直到70年代，与苏联断交后，才加强了对焊接技术的重视，我国陆续建立一批专门生产焊接设备的制造厂，成套焊接设备制造工厂在上海和成都相继建立完成。“六五”规划期间，原机械工业部拨专款把长春第二机床厂改建成我国第一家具备批量生产能力，专门制造摩擦焊机和焊接装备的工厂并改名为长春焊机制造厂。进入80年代，随着国内焊接设备需求量的增长，各地相继建立了许多成套焊接装备生产厂。直到现在，我国已有10多家焊接装备生产企业，某些企业已具有大规模生产焊接设备的能力。如无锡阳通机械设备有限公司，在2001年的销售总额达到了1.2亿元，创了历史最高记录，列同行业前茅，2002年该企业预计销售额能达到1.8亿。
在发展初期，我国生产的焊接装备多为较简单的焊接操作机如滚轮架、变位机、翻转机与回转平台等，成套性比较差，自动化程度也低。焊接操作机与配套设备基本不能联动控制，必须由用户自行改造。进入80年代后，由于改革开放我国引进外国先进的成套焊接设备，使国产的焊接装备无论在自动化程度和成套性，还是制造质量和制造精度方面都有大程度的提高。目前已能生产许多大型焊接设备。同时我国采用大量新技术如PLC控制技术、交流电机变频调速技术、伺服驱动及数控系统等，焊接装备的自动化程度也有了大幅度提高，某些操作机还配备了工业电视监控系统和焊缝自动跟踪系统。但从整体水平来说，我国焊接设备与先进国家的同行业相比尚有很大的差距。如最近瑞典的Esab公司向我国某用户供应了一台1.25m×10m的超大型焊接设备和它的配套设施用于焊接潜艇椭圆形的外壳，而我国最多只能生产8m×8m的同类型设备。特别是在自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等方面我国和英国、美国、日本等过还有很大差距。
1.2.2 国外焊接设备发展现状与趋势
近10年来，在世界工业发达的国家，焊接设备以惊人的速度发展，在美、日、英、德、法、意等工业发达国家均有大规模、开发能力强的焊接设备生产企业。2001年在第十五届世界焊接与切割博览会上近百家焊接装备厂商参展，所展示的自动化焊接设备的精度和制造质量已经接近了现代金属切削机床。最值得注意的是，大多数焊接装备采用了最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采用焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统 [4]。 国外的焊接设备已向大型化和精密化方向发展。
纵观当今世界焊接设备的发展趋势，可以概括为以下几点：
（1）高精度、高质量、高可靠性。如与焊接机器人配套的焊接变位机，最高的重复定位精度为±0.05mm，机器人和焊接操作机行走机构的定位精度为±0.01mm，移动速度的控制精度为±0.1%。
（2）数字化、集成化和智能化控制。焊接过程的数字化控制比传统的金属切削加工要复杂得多，它必须考虑焊件几何形状的偏差和接缝装配间隙误差以及焊件焊接过程中的热变形，必须采用各种高级别传感技术，开发先进的自适应控制系统才能实现焊接过程的全自动化。某些形状复杂和质量要求高的焊件，还必须采用智能化的计算机软件控制。
（3）大型化和组体化。如中重型厚壁容器焊接中心、集装箱外壳整体组装焊接中心、汽轮机导流隔板柔性制造系统、箱型梁焊接生产线、机车车箱总装组焊中心等。某些大型焊接中心和生产线占地面积可达整个车间。焊接操作机、配套焊件变位机械、搬运机械和传输辊道组合联动，形成制造系统或焊接生产线。
（4）多功能化。为发挥大型自动化焊接装备的效率，通常设计成适用于多种焊接方法和焊接工艺，如单丝、多丝埋弧焊，单丝双丝窄间隙焊，MIG/MAG焊和带极堆焊等。
（5）管控一体化。即通过企业的局域网，利用CAD/CAM等计算机软件，将生产管理与制造系统实行集成全自动化控制，实现脱机编程，远程监控，诊断和检修[5]。
1.3 课题研究内容及目标
设计汽车后桥直焊缝焊接专机，完成如工件（图1-1）焊缝的焊接。直焊缝左右各长270mm焊接速度为0.3-0.5m/min。完成汽车后桥焊接专机的零部件的机械设计，即气缸支架、工件支架、丝杠、防尘罩等零部件的设计，电动机、减速机、顶尖、气缸、滚珠螺杆等标准件的选取，以及它们的定位设计，以确保焊机能够正常工作并得到质量合格的工件。熟练掌握CAD三维绘图软件，能够应用该软件完成零件及装配图。
设计完成后，很有可能焊机并不能正常工作，或是焊机虽能正常运行，却得不到质量合格的工件。这些都是对焊机工作原理掌握不熟练和对机械设计相关知识的欠缺造成的。为了解决这些问题，必须先掌握焊机的工作原理，再进行设计工作，在设计过程中必须大量查阅机械设计手册，熟悉机械设计的步骤以及在设计中可能遇到的困难，以避免和解决在设计中可能遇到的种种困难。

图1-1 上下壳体焊接示意图
第2章 汽车后桥直焊缝焊接专机整体设计方案
2.1 汽车后桥直焊缝焊接专机工作原理
汽车后桥直焊缝焊接专机结构如图2-1所示。其工作原理如下：工作时，工人将工件放在支架上，气缸推进顶尖把工件卡紧。托盘下的气缸将托盘托起，使工件保持水平状态，焊枪下降，同时托盘也下降，工人调整使焊枪对准焊缝。完成对准之后，焊接小车通过电机的控制，做直线运动，完成焊接任务，焊接结束后，通过气缸的作用，焊枪升起顶尖缩回翻转工件，重复上述过程，完成焊接。

1-焊接小车；2-顶尖；3-顶尖座；4-床身；5-后桥工件；6-托盘；7-电机；8-减速机；9-顶尖；10-气缸尾座；11-气缸；12-支架
图2-1 直焊缝焊接专机结构
2.2 焊接小车的工作原理及设计
2.2.1 工作原理
焊接小车在汽车后桥直焊缝焊接专机中起到了非常重要的作用，如果想要快速完成质量好且美观的直焊缝，小车的合理设计起到了非常重要的作用。焊接小车工作原理如图2-2所示，小车通过滚珠螺杆与减速器相连，这样减速器起到了减速作用，可以很好地控制滚珠螺杆的转速，同时也就可以控制焊接小车的运动速度做到控制焊接速度，因为电机和减速器相连，可以通过电机的正反转可以控制小车前进后退。螺杆采用了大导程转动滚珠螺杆，因为它效率高，它的驱动扭矩仅为滑动螺杆的1/3，因此不仅可以把回转运动转换成直线运动，而且可以把直线运动转换成回转运动。这样转动时产生的摩擦力就不至于过大，和螺纹传动相比较不但可以节省驱动了又可以增加焊接专机的使用寿命 [6]。

1-气缸；2-送丝机支架；3-焊接小车；4-滑块；5-焊枪支架；6-焊枪；7-滑动导轨；8-滑板；9-轴承座；10-微调旋钮；11-防尘罩；12-送丝机
图2-2 焊接小车结构图

2.2.2 焊枪卡紧机构的设计
合适的焊枪卡紧机构能使焊枪能够灵活地完成焊接工作，通过这个卡紧机构焊枪可以灵活地完成不同角度的焊接任务，不仅能使焊接工作更加轻松方便，而且方便工人操作。根据这些要求，设计出了焊枪卡紧结构如图2-3所示，通过该机构上的顶丝可以控制焊枪上下前后左右的位置，让焊枪达到在指定位置。如图，当顶丝拧松时可以调整各个杆的位置[7]，当顶丝拧紧时焊枪和各个杆就固定在指定位置上。他的具体运动过程如下：拧松或拧紧焊枪旁的螺钉，可以用来装卸焊枪，通过调整顶丝8可以控制焊枪的垂直高度，从而保证焊接弧长达到较好的焊接质量。通过调整支架4上的顶丝使焊枪可以沿导柱4方向移动。

1-焊枪；2、3-焊枪支架；4-导柱；5-滑块；6-固定块；7、8-顶丝
图2-3 焊枪卡紧机构

2.2.3 焊枪垂直运动系统的设计
考虑到小车上滑块及滑动导轨的设计，和工人师傅的方便及不同焊接情况的需要，焊枪需要做上下运动，这时就需要设计一个与其运动方向、行程相符合的导轨，并且需要设计一个与它相配合的滑块。根据这些条件设计出了焊枪垂直运动系统 (如图2-4所示)，并且在固定块2上车有带螺纹的通孔，滑块4上也车有螺孔，并通过螺钉3把固定块2与滑块4相连接[8]。所设计的焊枪卡紧机构可以拧入固定块的孔中与滑块的配合，这样在滑动导轨中滑块可以带动焊枪机构做上下运动。通过固定在导轨上的气缸可以带动滑块做上下运动，气缸的行程决定了滑块上下运动的行程 。通过翻阅手册决定使用MB系列气缸考虑到行程、推力、缸径，选择了GBL50-420-Z73型气缸。其内径为50mm，行程为420mm并带有橡胶缓冲和磁性开关 [9]。

1-滑动导轨；2-固定块；3-螺钉；4-滑块
图2-4 焊枪垂直运动系统

2.2.4 弓形滑板的设计
考虑到焊枪与小车的连接问题，设计了工形滑板，如图2-5所示，通过该滑板能把小车与焊枪连接，使焊枪做左右移动，完成对车桥的焊接，该结构的长度设计应考虑到焊枪左右运动的行程。在滚珠螺杆边缘还加上了一个微调旋钮和轴承，轴承可以使螺杆转动更容易，而通过调节微调旋纽来调整小车的水平位置，达到焊接要求。为了使轴承能固定在弓形花板上设计了一个与弓形罩一体的轴承座，通过配合把轴承安装轴承座上。此外由于滚珠螺母内部含有滚珠，可以减小螺杆与滚珠螺母之间的摩擦。最终确定该机构的长为520mm，宽为120mm，高为190mm。

1-滚珠螺杆；2-滑板；3-滚珠螺母；4-微调旋钮；5-轴承
图2-5 弓形滑板结构

2.2.5 小车尺寸结构的设计
焊接小车作为汽车后桥直焊缝焊接专机和关键组成，其尺寸的设计直接影响到焊接专机的性能和焊缝的质量。首先焊缝长为270mm，小车的行程应该根据此条件来进行设计，然后根据行程来确定小车长度。同时也应考到虑焊接专机的床身和固定其上的滚珠螺杆框架的长度长度，小车长度不应过长。其次考虑到小车所承受的重量来决定小车的厚度。更具以上因素左后决定小车长520mm，宽500mm，厚20mm。如图2-6又因为焊枪要和小车一起做直线运动，考虑小车的运动方式，通过各种方式的比较，小车下方安装小轮是最合理的方案。这样既可以使小车运动方便，灵活，又可以减小阻力，延长使用寿命。但是小车的轮子又不能太高，如果要是设计的太高，整个焊接机构就会变得不稳，工作时容易发生事故。同时考虑车身上的重量，小轮不应过小使小车被压垮。考虑上诉各个因素，设计出了直径为30mm，宽为15mm的轮子。因为该专机为直焊缝焊接专机小车要做直线运动，所以这样一来最好就是在小车运动的面上安装上轨道，再在轮子上做出与轨道相适应的凹槽，最后在轮子上配以厚度为3mm的钢制轮架，通过该轮架可就以把轮子固定于小车上。

图2-6 小车

2.2.6 送丝机构支架的设计
若将送丝机构固定在床身上，则由于送丝机构要与焊枪相连接，且焊枪要随小车做运动，这样可能由于送丝机构的牵连造成焊枪的运动不便，所以应把送丝机构固定与小车上，这样一来送丝机构便会和焊枪同步运动，不会发生上诉的不便。当送丝机构固定在小车上后，就会相应地增加小车的重量，也就会对电动机提出更高的要求。送丝机构与小车的连接方式问题可以通过如图2-7所示的机构加以解决因为送丝机构及其支架已经设计完成，但还要考虑该机构在小车上的定位问题。因为焊枪已经通过工形滑板与小车相连，且固定在了小车的前部，这样就应该使送丝机构固定于小车的后部，这样可以使小车稳定。于是在其上下底板1、3上各开四个车有螺纹的通孔，上板1与送丝机构上的定位孔相连，下板3与小车通过螺栓固定，两板之间通过杆2与他们的过盈配合而连接起来。这样将小车与送丝机构连接在一起。

1-连接板(与送丝机构连接)；2-支杆；3-连接板(与小车连接)
图2-7 送丝机构支架结构

2.3 电动机与减速机的确定
电动机提供驱动力驱动小车上的焊枪做直线运动来完成焊接任务，所以良好的电机和减速器不仅能使小车平稳运行还能提高小车寿命。选择合适的电机和减速机成为了直焊专机设计的关键。
首先估算出小车的总体质量包括因焊枪，汽缸，汽缸导轨，滚珠螺杆，弓形罩，送丝机，防尘罩其送丝机支架。大约可估算出小车上的体积为：51906.02cm3。考虑到小车上工件材质大多为铸钢，其密度约为7.87g/cm3。

(2-1)

所以由式2-1得小车所受重量约为4013.27N。
再计算小车在床身上运动时的摩擦力，因为滚珠螺杆的摩擦非常小，可忽略不计，且床身的材质一般为钢材且安装小轮，经查询手册取最大的滚动摩擦系数为0.08。

（2-2）

所以由式可得小车与床身之间的摩擦力为：321.06N
为保证工件的焊接质量，焊接速度应在300一500mm/min。即小车的运动速度为500mm/min。

（2-3）

所以由式可以计算出小车运动时的功率为59.51w。因为功率在传递时有损失，假设在电动机传递给减速机，减速剂传递给小车的过程中，功率传递效率均为95%，则可近似算出电动机的功率为65.94W。

因为直流电机具有过载能力强，调速范围宽，损耗小，机械性能及调节特性的线性好，体积小，质量轻等特点。所以通过查阅手册电动机选取J一SZ(ZYT)一PX系列微型直流减速电动机[8]。电机的额定功率为68w，型号为70SZ07。电动机的额定转速为6000r/min。由于希望电机轴的转速不要太快，导致加快电机的磨损速度，所以我们就选取较大导程的滚珠螺杆，取导程为25rnm。如果滚珠螺杆每分钟转25圈，则一分钟将移动625mm的距离，又因为电动机可以进行内部调速，所以这个距离基本上符合焊接速度的要求。
由电动机的转速6000r/min到滚珠螺杆的转速25r/min，可以计算出总的减速比为240。又因为选取电动机的减速比为4。所以选择RV微型涡轮蜗杆减速器[9]型号为RV9060FA一SZ，即孔输入，电机功率为0.09kw，双输出法兰安装形式，减速比为60，型号为90mm。确定电动机的转矩为329。

2.4 滚珠螺杆滚珠螺母选择
滚珠螺杆作为主要传动件，它直接影响了小车运行的平稳性。而且电动机的功率有限，所以我们应尽可能减小小车与丝杠相互接触运动时的摩擦力，以免电动机不能带动小车运动，这样我们就选用大导程转造滚珠螺杆，因为螺母内有滚珠，所以可以大大减小螺杆与螺母之间由于相互运动所产生的摩擦。
2.5 防尘罩设计
因为滚珠螺杆为标准结构，所以应根据所选的滚珠螺杆来做出合适的框架，使框架固定在小车上，把滚珠螺杆固定在框架上，然后在框架两端装上两个轴承，通过电机旋转滚珠螺杆，带动焊接小车移动，达到焊接时移动焊枪的目的。通过组件完成了滚珠螺杆与小车相的连接问题(其结构如图2-7所示)。同时该框架又可以对滚珠螺母起到保护作用，在滚珠螺杆上涂上润滑油，可以使其运动时减少摩擦力，这个框架罩在滚珠螺母上正好起到了防尘的作用，使丝杠长时间高效地使用。在框架底板两侧通过螺钉即可以与小车相连。

1-轴承；2-尘罩；3-滚珠丝杠；4-轴承
图2-7 防尘罩结构
2.6 工件支架的设计
工件支架顾名思义就是起支撑工件作用的，将工件支架固定在床身上，当对工件进行焊接时，工件支架拖住工件，起到了支撑工件的作用，如图2-8所示。由于在固定工件时考虑到工件旋转，所以在支架上与工件相接触的部位装上两个轴承，可以减小摩擦，使工件转动容易。工件支架的上端和底板是通过支杆3配合在一起。

1-轴承；2-支架上端；3-支杆；4-支架底板
图2-8 工件支架结构

2.7 托盘的设计
为了保证焊缝平直，故设计了一个水平的托盘，在工作时，工人把未焊的工件放到支架上，然后在工件下面的托盘通过气缸的作用向上升起，直到与工件相接触，因为托盘水平，且工件支架两端有轴承，所以可以很容易地使工件旋转至水平状态。焊接结束后，托盘又在气缸的作用下退到原来的位置。根据托盘上下运动的距离以及托盘重量的大小，选取了管接式耳座气缸。设计时要注意托盘的面积大小要大于车桥中间的空洞的面积，而且要在托盘的支杆上车出螺纹，以便与气缸相配合。
2.8 顶尖的选取
顶尖作为标准件，其样式3-9如题能够起到顶紧工件的作用。在本课题中根据车桥两端轴套的大小来选取适当顶尖，故选取加工内径为60mm的D436的插入式回转顶尖，莫氏圆锥为6，最大外径64mm[10]。

图2-9 顶尖

2.9 汽缸及其尾座的设计
顶尖的前后运动同样需要通过气缸的运动来完成，根据顶尖运动距离的大小，确定气缸的行程，选取型气缸[11]。根据顶尖尾部的大小和气缸定位孔位置设计气缸尾座。考虑到托盘的行程，设计出如图2-9所示的气缸尾座，通过螺栓将该气缸尾座固定在床身上即可。

图2-9 汽缸支架俯视图

2.10 床身的设计
通过上述设计好的焊接专机各部分零件，最后就可以设计出床身的大体结构，具体结构如图2-10示。床身的设计要求各个零件能够容易、合理地安放其上，并且床身的大小要适当，太小则零件安装不合适，太大又浪费材料、占据空间[12]。

图2-10 床身结构示意图
第3章 关键零件校核
3.1 滚珠螺杆强度与刚度校核
滚珠螺杆作为主要传动件，它直接影响了小车运行的平稳性。所以必须对对螺杆的强度和刚度进行校核来确定所选择的直径为32mm的滚珠螺杆是否达到要求[13]。
3.1.1 滚珠螺杆强度校核
强度校核就轴而言，承受扭转和弯曲的联合作用，但其中以扭转作用为主，在工程应用中，常按扭矩作用计算轴的强度[14]，并用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。轴扭转的强度条件：

(3-1)

式中：
——截面上最大剪应力，N/cm2；
——轴传递的扭矩，N；
——抗扭截面模数，cm3；
——降低后的许用剪应力，N/cm2
轴上的传递扭矩为：

（3-2）

式中：
P——轴传递的功率，Kw；
n——轴的转速，r/min。
轴的抗扭截面模数为：
（3-3）
式中：
——要校核的危险截面轴径，mm。
将式(3一2)、(3一3)代入式(3一l)整理得：

(3-4)

所以：

（3-5）

当设计轴径大于等于按上式计算的轴径时，则轴设计满足强度要求。选用合金结构钢45号刚作为轴的材料，其屈服极限为735MPa，许用剪应由式（3-6）算得294Mpa，带入（3-5）得d大于23.78mm。

（3-6）

3.1.2 滚珠螺杆刚度校核
为防止轴产生过大的扭转变形，以免在运动中引起振动造成轴封加剧磨损而失效，因而轴应有足够的扭转刚度[15][16]。轴的扭转刚度条件为：

（3-7）

式中：
——轴扭转变形的扭转角，（º）/m；
G0——轴材的剪切弹性模数，kg/cm2；
Jp——截面的极惯性矩，cm4。
将式（3-2），（3-3）带入式（3-7）中得：

（3-8）

当设计轴径大于等于按上式计算轴径时，则轴满足刚度要求。把本设计的相关数据带入（3-9）可得：mm。
因此通过上诉计算可以选择直径为32mm的滚珠螺杆。

3.2联轴器的选择与校核
联轴器用来连接丝杠与减速器低速轴使之共同旋转以传递转矩，所以选取合适的联轴器可以是传动平稳[17][18]。由以上选择可知：减速器低速轴直径为15mm 而与之连接的丝杠直径为20mm由式3-2得T=22.92，同时由式3-9得Tca为52.72。

(3-9)

查《联轴器设计选用手册》表5-64，可选用凸缘联轴器。
主要参数：
许用公称转矩：500；
许用转速：10000r/min；
轴孔直径：Dmax=25，Dmin=16。

3.3减速器的校核
因为总传动比为240电机传动比为4，所以选择型号为RV9060FA一SZ的双输出法兰安装形式减速器，减速比为60。电机功率为68w，厂家供应减速器的额定功率为0.09Kw，小于电机的68w。所以该减速器满足要求[19]。

3.4键的选择与校核
键的材料为45钢，选用普通平键A型，由表3-1得，Mpa。

表3-1几种常用的E和的值
材料名称
E/GPa

碳钢
196-216
0.24-0.28
合金钢
186-206
0.25-0.30
低碳钢
78.5-157
0.23-0.27
铜及其合金钢
72.6-128
0.31-0.42
铝合金
70
0.33

对于使用常见的材料与按标准选取尺寸的普通平键连接（静连接）来说主要的失效形式：工作面被压溃[20][21]。假设载荷在平键的工作面上是均匀分布的，则普通平键连接的强度校核公式：

(3-10)

式中：
——传递的转矩；
——轴的直径mm；
——平键的高度mm；
——平键的工作长度mm。
代入数据得Mpa。
所以强度满足要求，可用。同理可校核其它平键，校核结果为平键的强度满足要求。
3.5轴承的选择与校核
查《现代机械设计手册》，选用深沟球轴承。其中D=42mm，d=20mm，极限转速：25r/min[22]，查表3-2得到预计使用寿命约为50000h。轴承寿命Lh如式3-11。

(3-11)

式中：
n——轴承的转速，r/min；
——基本额定动载荷系数；
——当量动载荷。

表3-2推荐轴承与其计算寿命
机器类型
预计寿命
不经常使用的仪器设备，如闸门开闭装置等
300-3000
短期或间断使用的机械，中断使用不至于引起严重后果，如手动机械等
3000-8000
间断使用的机械，中断使用后果严重，如发动机辅助设备、流水作业线自动传动装置、升降机、车间吊床、不常使用的车床等
8000-12000
每日8h工作机械(利用率不高)的设备
12000-20000

其中P=fpFr，并且查表3-3，得fp=1.8代入式子11得所以选择轴承满足要求。

表3-3载荷系数fp
载荷性质
fp
举例
无冲击或轻微冲击
1.0-1.2
电动机、汽轮机、通风机、水泵等
中等冲击或中等惯性冲击
1.2-1.8
车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等
强大冲击
1.8-3.0
破碎机、轧钢机、钻探机、震动筛等

第4章 结论
通过本次对汽车后桥直焊缝焊接专机的设计，使我了解到自动化焊接设备在现代汽车生产中的重要性，所以在设计时要同时考虑专机机械部分的合理性和经济性。在完成毕业设计过程中做了以下工作：
（1） 分析了汽车后桥直焊缝焊机专机的结构特点，完成了其整体结构设计，绘制了总装配图；
（2） 完成了焊接小车结构和防尘罩结构设计，绘制了焊接小车与防尘罩的部件图；
（3） 对丝杠、联轴器进行了强度校核，使其满足使用要求，保证整个焊接专机安全可靠。

参考文献
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