小型储气筒封头焊接机的设计论文

《小型储气筒封头焊接机的设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型储气筒封头焊接机的设计论文（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 毕业设计（论文）报告纸毕业设计题 目小型储气筒封头焊接机的设计学生姓名学 号系 部专 业班 级指导教师二一七年X月摘要焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、电子、压力容器、汽车、船舶、建筑、航空航天和军事装备等产业部门。现代工业的新技术的发展离不开焊接技术，而焊接技术也会得到其他奥新技术的支持。在当今新技术革命的浪潮中，焊接技术越来越受到各行各业的密切关注。本次毕业设计的主要任务是完成小型储气瓶封头自动焊接机总体的设计，本次焊机主要包括机架单元、主动箱、从动箱、主动箱前后位移气缸、从动箱前后位移气缸、储气筒固定工装、储气筒支撑架和焊枪固定机构组成。本文首先

2、确认设计方案，然后然后对整机关键部件进行设计计算，并通过三维软件SOLIDWORKS对整机进行三维建模，最后导出二维工程图。关键词：封头自动焊接机 ，有限元分析 ， 三维建模，设计计算AbstractWelding is indispensable in modern industrial production of advanced manufacturing technology, is widely used in machinery, metallurgy, electric power, electronics, pressure vessel, automobile, shipbu

3、ilding, construction, aerospace and military equipment and other industrial sectors.The development of modern industry of new technology is dependent on the welding technology, welding technology will also get other new technology support.In todays new technology revolution, the welding technology m

4、ore and more get close attention from all walks of life.This graduation design is the main task of the complete overall design of automatic welding machine small air cylinder head, the welding machine mainly include the frame unit, active box, driven and active cases before and after the displacemen

5、t of the cylinder, slave cylinder, air cylinder fixed displacement before and after tooling, gas reservoir of brace and welding torch fixed institutions.This paper confirmed the design scheme, and then to the whole machine design of key components, and through 3 d software SOLIDWORKS to 3 d modeling

6、 of the whole machine, finally export two-dimensional engineering graphics.Key words: head automatic welding machine, the finite element analysis, 3 d modeling, design and calculation目录摘要Abstract第一章 绪论1.1课题研究的意义1.2焊接技术的发展现状与存在的问题1.2.1国内发展现状1.2.2 存在的问题1.3课题完成的内容第一章 小型储气筒封头焊接机的总体设计方案1.1拟定参数1.2 驱动方案的确认

7、1.2.1 液压驱动1.2.2 气压驱动1.2.3 电动机驱动1.2.4 方案的确认1.3 总体方案拟定1.3.1 执行机构的总体设计1.3.2 储气筒支撑架结构设计1.3.3焊枪调节机构的设计第三章 小型储气筒封头焊接机整体结构的设计计算3.1 拟定设计参数3.2 主轴气缸的设计计算3.2.1 负载分析3.2.2 气缸效率分析3.2.3 气缸缸径的确认3.3焊接回转回转系统的设计3.3.1 焊接回转回转机构的设计3.3.2传动比的设置3.3.3 转动惯量的计算3.3.4 滚动摩擦力矩计算3.3.5 驱动电机的选择3.3.5 计算传动装置的运动和动力参数3.3.6 对于蜗轮蜗杆机构传动的参数选

8、择3.3.7 蜗轮蜗杆的设计计算3.3.8 轴的设计计算及校核第四章小型储气瓶封头自动焊接机三维建模的设计4.1 Solidworks软件简介4.2零件建模4.2.1托瓶气缸滑架三维建模的形成4.2.2 焊枪支架的三维建模形成4.2.3 TOOLBOX运用4.3零件装配4.4 三维向二维的转换第五章 小型储气瓶封头自动焊接机机架的设计5.1机架结构类型5.1.1 按机架外形分类5.1.2 按机架的制造方法和材料分类5.2 机架结构的选择5.3 机架设计计算的准则和要求5.3.1机架设计的准则5.3.2 机架设计的一般要求5.4 小型储气瓶封头自动焊接机机架的确认结论参考文献致谢 第一章 绪论1

9、.1课题研究的意义外国专家认为：“到2020年焊接扔将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有启发方法能够比焊接更为广泛的应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。”世界钢及其他金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及质量、性能要求的日益提高。特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国的不断转移，作为工业缝纫机、线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有很大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国每年消耗3亿吨钢材（焊接结构约1.2吨）统计，需要焊机约75万

10、台。不难预测，今后10年8年内它们将会继续保持持续高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求，焊接设备与材料制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝告诉焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。尤其在近年来，随着我国大型骨干企业焊接技术的改造，我国焊接装备制造行业亦有了长足的进步。焊接装备的成套性，自动化程度，制造精度和整体质量明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定拉动内需的政策，焊接装备制造业加

11、快发展。我国近几年国民经济形势持续向好，为焊接装备制造行业的发展也创造了有利条件。 世界制造中心向中国转移，使我国成为世界制造大国，大量的焊接设备出口订单，也是行业高速发展源源不断的推动力量。随着国家冶金、矿山、起重、锻压、焦炉、塔架等开发投资力度的增加，给我国焊接装备制造业带来了新的发展机遇。尤其是我国加入WTO以后，焊接装备制造业面临着更激烈的竞争。由此可以看出，焊接技术仍然严重制约着重型机械行业的产量、质量、成本和生产周期。结合我国国情，焊接装备制造业的发展方向应是努力提高焊接设备和工艺技术水平，平衡发展焊接相关技术，结合新产品开发及新项目立项，研究应用焊接新工艺、新设备、新材料和新技术

12、，进一步提高焊接生产效率和质量，降低成本，缩小与工业发达国家的差距，推动我国焊接技术的不断发展。该课题不仅需要设计机械结构和机构，还需要涉及到自动化装配等问题。该课题涉及到设计、绘图、控制等各方面的知识，可以培养学生综合运用所学知识解决具体工程项目的能力。1.2焊接技术的发展现状与存在的问题1.2.1国内发展现状世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征。在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术以及发展方向上看，我国现代焊接技术已经有了很大的发展，部分产品技术已经达到或接近了国外先进水平。今后我国现代焊机技术将继

13、续向着高效、节能、机电一体化和成套焊接设备以及规模生产方面发展。1.智能及自动、半自动焊接技术快速发展自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备条件，2000-2002年/MIG/MAG焊机产量，占总产量11%-13%，比上年增长26%-63%，埋弧焊产量增长107%-150%。2000年我国电弧焊机器人已达980台。通过模糊控制、神经网络、传感器、数据库（专家系统）、IC卡、数字化控制对焊接电流进行精细智能调节，把焊接“粗活”做细、做快等等，科研水平达到或接近国外先进水平，但在实际应用上，与国外的差距较大。2.成套、抓用焊接设备整体制造能力与水平有较大

14、提高近年来，由于用户更高的要求，我国成套、专用焊接设备不仅整体制造能力与水平有较大提高，发展出现较好的势头，还在基础件、配套件的选用方面下了功夫，并有许多新突破，通用产品部分已接近或达到国外的水平，但是特种焊接设备和重大装备的生产水平远不能满足国内用户的需求，进口额度有增无减，达到近3亿美元，与我国焊机年产总值相当。3.焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大我国焊丝产量从1995-2000年的63万吨增至109万吨，其中，实芯焊丝从6万吨增至11万吨；埋弧焊丝从2.3万吨增至6万吨。可见，焊丝生产与焊条比较有较大幅度的增长，从而推动了半自动、自动焊方法的推广。尤其是大型或特大焊接结构厂，焊丝

15、和自动化试用已达78%。2000年我国焊丝用量为109万吨，完成的焊接结构4950万吨，占钢材产量的35%，焊材产量与钢材产量之比为0.83%，大于世界发展中国家的比例（0.5%-0.8%）。1.2.2 存在的问题目前焊机制造行业的自主创新是全行业刻不容缓的重大任务。当前，国内焊机市场竞争态势日趋激烈，竞争主要来自于三个方面。一个是国外企业大军入侵中国市场，其产品知名度高，质量好，尽管价格高出国产产品一大截，但是国内大企业仍看重其使用可靠性，宁可出高价，也坚持购买。近年来外国厂商也学会了在中国生产来降低成本，降低价格，争夺中国市场。这一趋势对国内企业冲击是非常大的，而且随着制造业的国际化，更多

16、外国企业鹿血进入中国，这种形势会更加严峻。二是国内企业数量增多及规模不断扩大，造成市场份额的挤占。近年来，随着国民经济的发展，钢产量的增长速度的加快，市场对焊机的需求也不断扩大，使得很多企业也尝到了甜头，同样也刺激了更多的业内相关人士，拉出“队伍”新建企业，参与市场的竞争，希望从中分的一杯羹。加之焊机的技术含量不高，进入这个行业的技术及经济门槛低，吸引了不少同行投身这个领域，除了原同行业的分裂形成一大批生产同质产品的新企业外，还有不少原从事其他几点产品的企业转产电焊机加入这个队伍，现已形成千军万马、华山一条道的局面。此外，现全行业面临一批发展较快，经济实力雄厚的企业，为赢得更大市场份额，应对价

17、格竞争的局面，纷纷采取扩大生产场地、生产规模和产品种类，以低利润、大规模来求得企业的发展，利用“薄利多销”以期占领市场。其三，就是来自同行间价格的竞争。由于有以上两种情况。如今的价格是令人触目惊心的，也是无法控制的，所有产品的价格都呈现之跌不升的现象，有的产品价格之低让人不敢相信。低价格竞争已经成为行业现今的一大隐患，可如何制止？又如何应付？市场经济谁又能管得住谁？在以上三种激烈竞争下，企业怎么办呢？只有走差异化，而实现差异化就必须自主创新，只有新技术，新产品在市场上的推广，才能实现价格不可比，才能在市场上的产品技术雷同、外形雷同，只能比谁的价格低了。今天若谁想跳出价格大战的怪圈，谁想战胜竞争

18、对手，赢得市场，只有尽快着手于自主创新，以新、好、变来求得生存和发展。尽管在自主创新中要付出代价，但是，谁先动手创新，谁能尽快推出新的技术产品，谁就将抢占市场先机。1.3课题完成的内容本次毕业设计的主要任务是完成小型储气瓶封头自动焊接机总体的设计，本次焊机主要包括机架单元、主动箱、从动箱、主动箱前后位移气缸、从动箱前后位移气缸、储气筒固定工装、储气筒支撑架和焊枪固定机构组成。本文首先确认设计方案，然后然后对整机关键部件进行设计计算，并通过三维软件SOLIDWORKS对整机进行三维建模。第一章 小型储气筒封头焊接机的总体设计方案1.1拟定参数拟定设计参数： 储气筒外径：360 mm 主轴箱横移有

19、效行程：300mm 从动箱横移有效行程：400mm 焊接顶紧力：4000N 1.2 驱动方案的确认设备的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。1.2.1 液压驱动设备的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为2.56.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩；(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。液压传动系统的不足之处是：(1)油液的粘度随温度变化而变化

20、，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则引起故障。液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型设备的驱动。1.2.2 气压驱动与液压驱动相比，气压驱动的特点是：(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。它的不足之处是：(1)压缩空气常用压力为0.40.6MPa，若要获得较大的力，其结构

21、就要相对增大；(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致设备失灵。此外，排气还会造成噪声污染。气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的设备。1.2.3 电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型设备。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型设备。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要

22、用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。1.2.4 方案的确认本次设计要求推力4000N，综合上述三个方式的优缺点，本文最重选用气压传动最为本次焊接机的左右横移动作。焊接回转机构采用电机驱动。1.3 总体方案拟定1.3.1 执行机构的总体设计 图2-1执行机构如图2-1所示，本次焊机主要包括机架单元、主动箱、从动箱、主动箱前后位移气缸、从动箱前后位移气缸、储气筒固定工装、储气筒支撑架和焊枪固定机构组成。动作流程：将带焊接的储气筒的两个封头放到左右储气筒工装中，储气筒中间端放到储气筒支架上，送到焊接位置，两边气缸顶紧，主轴箱开始转动同时焊枪还是焊接。焊接完成后两气缸松开，焊接好的

23、储气筒从储气筒支架上送出，一次焊接完成。1.3.2 储气筒支撑架结构设计本次设计储气筒支撑架结构如下图2-2所示：图2-2 储气筒支撑架结构如图2-2所示，本次储气筒支撑架一共有两个工位的筒体固定治具。这样设计一个工位作为等待工位，另外一个工位为焊接工位。同时本次设计配有高度调节机构，可试用与不同直径大小的储气筒焊接加工。1.3.3焊枪调节机构的设计本次设计焊枪调节结构如下图2-3所示：图2-3 焊枪调节结构如图2-3所示，本次储气筒焊枪可以前后、左右、上下调节。同时焊枪的角度也可以调节，方便实现不同焊缝位置的储气筒焊接。第三章 小型储气筒封头焊接机整体结构的设计计算3.1 拟定设计参数最大工

24、作载荷：4000 N 工作气压：0.6MPA主轴油缸有效行程：300mm从动轴油缸有效行程：400mm3.2 主轴气缸的设计计算3.2.1 负载分析图3-1 气缸工作原理简图 气缸实际推力公式：F= Fw + +Fa (3-1) 式中Fw-工作负载； Fa-运动部件速度变化时的惯性负载; -导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力。启动后为动摩擦阻力摩擦负载计算公式： = f( G + FRn ) (3-2) 式中G-重力，假定箱体和支架等的总量假定为200KG -垂直于导轨的工作负载，本系统中为零； f-导轨摩擦系数，静摩擦系数取0.2，动摩擦系数为0.1。 得出摩擦负载为140N惯性负载计算公

25、式： (3-3) 式中 重力加速度 加速或减速时间，一般t取0.1s0.5s 时间内的速度变化量。 求的： = = =320N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载求的 F= Fw + +Fa4320N3.2.2 气缸效率分析 气缸的效率由以下三种效率组成： A.机械效率，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取=0.9 B.容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为： 装弹性体密封圈时 1 装活塞环时 0.98 C.作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。 一般取=0.9 所以 =0.9 =1 =0.9 总效率为。3.2.3 气缸缸径的确认 (3-4) =93.3m

26、m 按设计手册取d/D 为0.25 ， 故 得d25mm 表3-1 气缸内径尺寸系列（GB2348-80） 810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250 表3-2 活塞杆直径系列（GB2348-80）456810121416182022252832364045505663708090100110125140根据表3-1和表3-2将这些直径圆整成进标准值时得：气缸有：D=100mm 和活塞d=25mm由此求得气缸面积的实际有效面积为：A1=0.00785m A2=0.0040m3.3焊接回转回转系统的设计3.3.1 焊接

27、回转回转机构的设计要使焊接回转完成回转运动，就要考虑选用合适的减速器，完成动力传递并满足设计要求的转速。常用减速器的类型及特点见表3-3。表 3-3 常用减速器的类型及特点表 3-3常用减速器的类型及特点（续）蜗轮蜗杆有如下特点：（1）传动平稳、振动、冲击和噪声均很小；（2）能以单级获得较大的传动比，结构紧凑，传动比范围大，5 i 70 ,其中一般要大于15；（3）摩擦损耗较大，传动效率较低。 蜗轮蜗杆传动分为三大类比：圆柱蜗杆、环面蜗杆、锥面蜗杆。圆柱蜗杆又分为普通圆柱蜗杆和圆弧圆柱蜗杆两种。按蜗杆齿廓曲线的形状，普通圆柱蜗杆可以分为：（1） 阿基米德圆柱蜗杆，简称ZA蜗杆；（2） 法向直廓

28、圆柱蜗杆，即称为延展渐开线蜗杆，简称ZN蜗杆；（3） 渐开线圆柱蜗杆，简称ZI蜗杆；（4） 锥面包络圆柱蜗杆，简称ZK蜗杆；对于如此大的传动比，如果用一般的齿轮进行减速设计，则需要很多级才可以实现，这样的话，无论是体积还是重量都不可能达到课题所限制的数值，考虑到移动机器人的工作特点，本文选用的是ZA蜗杆。3.3.2传动比的设置多级减速器各级传动比的分配，直接影响减速器的承载能力和使用寿命，还会影响基本体积、重量和润滑。一般的分配原则：（1）使各级传动承载能力大致相等；（2）使减速器的尺寸与质量较小；（3）使各级齿轮圆周速度较小。 低速级大齿轮直接影响加速器的尺寸和重量，减小低速级传动比，即减小

29、了低速级大齿轮及包容它的机体的尺寸和重量。增大高速级传动比，即增大高速级大齿轮的尺寸，减小了与低速级大齿轮的尺寸差，有利于各级齿轮同时润滑，同时降低了高速级后面各级齿轮的尺寸差，有利于降低噪声和振动，提高传动的平稳性。但是又不能使一、二级传动比差距过大，这里我选择作为一级传动比，作为二级传动比。3.3.3 转动惯量的计算选取直径为360 mm 的圆进行计算尺寸，算出转动惯量： （3-5） 这里的m 可以用平均质量的概念来计算，即： ,M取负载20 。 （3-6）于是 =637 则：=3.195给定条件：设焊接回转在2秒内达到最大转速 15 r/pm,则它的加速度是 则它的转动惯性力矩为： 根据

30、给定的传动效率 =0.8，所以3.3.4 滚动摩擦力矩计算在本设计中，虽然焊接回转基本上是水平或者是在倾斜很小的角度内转动的，其转动也都是有滚珠或者轴承来支撑来完成的，但是，因为 20的负载对于8的自重来说，摩擦力也是不可不重视的，下面我将对移动机器人的焊接回转进行摩擦力矩的计算：取摩擦系数 则 （3-7） 假设密度为均匀的，用表示，则面平均质量为 ： ，则 （3-8） 总的阻力矩为： M=3.315+0.0533=3.188Nm3.3.5 驱动电机的选择（1）根据综合分析和以上的计算，驱动轴总阻力力矩为：M=3.188Nm按工作要求和条件选取Y系列一般用途全封闭鼠笼型三相异步电动机。（2）选

31、择电动机容量工作机所需的功率： （3-9）电动机输出功率： （3-10）所以: （3-11） 由电动机至工作机之间的总效率： （3-12）其中 分别为滚筒弹性联轴器,闭式蜗杆传动,皮带轮传动,一对滚动轴承，齿轮联轴器的传动效率。查表可知=0.96(滚筒) =0.995(弹性联轴器) 由于蜗杆传动效率与蜗杆头数Z2及材料有关暂时取Z1=4双头蜗杆,估计=0.81 =0.93(V带轮传动) =0.99(一对滚动轴承) =0.99(齿轮联轴器) 所以：所需电动机的功率: =2500.8/0.684=0.292kw 本次选取电机型号为：CH750-60S 3.3.5 计算传动装置的运动和动力参数（1）

32、 蜗轮蜗杆的转速皮带轮转速和电动机的额定转速相同n1=1440r/min蜗杆转速：（2） 蜗轮蜗杆的功率V带轮的功率：p1=0.2920.9950.99=0.288kw 蜗杆轴的功率：p2=0.2880.810.99=0.231kw 蜗轮的功率：p=0.2300.930.990.99=0.210kw（3） 蜗轮蜗杆的转矩轴的一般受力分析见图3-2。图 3-2受力分析示意图输入的转矩： 蜗杆的转矩： 蜗轮轴的转矩：V带轮的转矩：将上述计算得到的动力参数列表于3-4：表 3-4 蜗轮蜗杆的动力参数参数电动机V带轮蜗杆蜗轮转速r/min1440144036015功率P/kw0.292 0.2880.

33、2310.210转矩N.m7.6427.44144.847.526传动比i单根V窄带：i1=4 蜗轮蜗杆传动：i2=24效率0.9950.9110.7943.3.6 对于蜗轮蜗杆机构传动的参数选择根据机械手册查得：传动效率 （3-13）其中，r 为分度圆柱导程角，为啮合摩擦角， （为摩擦因子），分度圆滑动速度 单位为 （3-14）综合计算，得具体的蜗轮蜗杆参数如下表3-7。考虑到传动功率不大，转速较低，选用ZA蜗杆传动，精度达到8c级，采用标准GB10089-1998。一般选为右旋蜗杆。蜗杆选35CrMo，表面淬火，硬度为4550HRC；表面粗糙度。蜗轮边缘选择ZCuSn10P1金属模铸造。蜗

34、轮蜗杆正确啮合的条件：主平面内的模数和压力角彼此相等，即蜗轮端面的模数应等于蜗杆轴面得模数，且为标准值；蜗轮端面的压力角应等于蜗杆轴面的压力角，且为标准值。即： 此外，还应该保证，即蜗杆与蜗轮的螺旋线方向一致。具体设计将会后面论述。表3-7齿的基本参数名称符号公式及依据蜗杆轴向齿距=3.925蜗杆螺旋线导程=3.925*4=15.7蜗杆法向齿形角20蜗杆轴向齿形角蜗杆直径系数17.6蜗杆分度圆直径=22蜗杆分度圆导程角14.04模数=1.25齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径24.5齿根圆直径193.3.7 蜗轮蜗杆的设计计算(1) 常数计算由传动比=24，参考机械设计手册齿轮传动部分，取=4，则=

35、96，由表查得，其中时蜗轮材料的许用接触，当时蜗轮材料的许用弯曲应力。齿轮应力循环次数：=60 n2 j =603601365245=次 接触强度寿命系数 = =0.566 弯曲强度寿命系数 =0.603 则 =220 0.93 0.566=115.8 =700.603=42.21 图3-3 蜗轮蜗杆受力分析简图(2) 按接触强度设计 （3-15） 从K=11.4 取载荷系数K=1.2= 而=34.375，符合要求。由于蜗轮蜗杆的啮合条件是：，所以=1.2548=60。故a=41mm。(3) 校核涡轮的齿面接触强度齿面接触强度计算公式为 （3-16） 材料弹性系数： （3-17）使用系数KA，

36、取KA=0.9（运转平稳），动载系数KV，当V2 3m/s时，KV=11.1，当V23m/s时，KV=1.11.2，故取KV=1.1，载荷分布系数 K 载荷平稳时K=1，载荷变化时K=1.11.3，故取K=1.1。为接触系数，取2.5。将上述数据代入公式（3-16）中，计算得=19.3，远远小于115.8，符合要求，所选合格。(4) 校核涡轮齿根弯曲强度齿根弯曲强度验算公式 （3-18）式子中，按当量齿数 =/cos=48 0.913=52.574及查表得，=4.26，=1-/120=0.883将上述诸值代入公式 =12.44， 远远小于42.21，所以是合格的。(5) 热平衡校核（闭式蜗杆传

37、动）周围空气的温度t=20C ，取散热系数K=17W/（mC），估计散热面积 A=0.07 （3-19） =49.37C 85C （3-20） 故散热是好的。(6) 蜗轮蜗杆的结构设计蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。蜗轮采用轮箍式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/k6配合，并加台肩和螺钉固定。3.3.8 轴的设计计算及校核 输出轴的设计(1)轴的材料的选择，确定许用应力考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩,45号钢，调质处理 220-240HBS。(2)按扭转强度，初步估计轴的最小直径图3-4轴的配合简图=8.18mm,可以取=20mm。 (3)轴承和键取工作情况系数=1

38、.5由转速和转矩得 轴伸安装联轴器,考虑补偿轴的可能位移,选用不含弹性元件的联轴器。查表JB/ZB4222-86选无弹性扰性联轴器，轴伸直径为47mm 。 查机械设计课程设计手册选用CICL型鼓形齿式连轴器，Y型轴孔,A型键槽,标准孔径d=20mm。并采用凸缘式轴承盖，实现轴承系两端单向固定，轴伸处用A型普通平键联接，实现联轴器周向固定,用A型普通平键连接蜗轮与轴。(4)轴的结构设计径向尺寸的确定从轴段=20mm开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度h可在（0.070.1）d范围内，故=+2h 20 （1+20.07）=20.14mm，取为22mm；与蜗轮的内径相配合，取=24mm，按

39、标准直径系列，取=22mm；与轴承配合，由h=（0.070.1）d=（0.070.1）20=1.42mm，取h=4mm，=20mm；与V带轮配合，取=16mm。由此对应的轴向尺寸为=15mm，=25 mm，=31 mm，=25 mm，=15 mm。(5)轴的强度校核计算蜗轮受力蜗轮的分度圆直径 =60mm； 蜗轮转矩 = 7.526Nm蜗轮的切向力 =27.526/60=250.87N 蜗轮的径向力 =250.87tan20/cos14.04=94.12N蜗轮轴向力 =94.12tan14.04=23.54N水平平面：=N 94.12-50=44.24N垂直平面：250.87125.44N（6

40、）计算支承反力弯矩水平平面弯矩：=12550=62505543.8垂直平面弯矩：125.44=15680合成弯矩： =8354.4=16631.2单向运转，转矩为脉动循环转矩等效为弯矩的等效系数为a=0.6 =0.67.5261000=4515.6 截面等效弯矩： 9496.717241.2126.8由上可见我选择的尺寸完全符合要求，所以是可取的方案。第四章小型储气瓶封头自动焊接机三维建模的设计4.1 Solidworks软件简介首先我要对Solidworks进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式CAD设计软件，在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在

41、机械制图和结构设计领域，掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比，参变量式CAD设计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制

42、条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三

43、维CAD系统，1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下，1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件，也从1999年开始，将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的

44、风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述（1） TopDown(自顶向下)的设计（2） DownTop(自下向上)的设计（3） 配置管理（4） 易用性及对传统数据格式的支持（5） 零部件镜像（6） 装配特征（7） 工程图（8） eDrawingSolidworks模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D，3D草图直接生成3D模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其3D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其

45、3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。Solidworks2014允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”

46、选项卡.Solidworks2014可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.Solidworks2014具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。Solidworks2014在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型

47、边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用，因为SolidWorks是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。4.2零件建模4.2.1托瓶气缸滑架三维建模的形成在SolidWorks中，托瓶气缸滑架的形成比较容易实现，通过拉伸、阵列等指令，托瓶气缸滑架的三维模型如图4-1所示。图4-1 托瓶气缸滑架三维图4.2.2 焊枪支架的三维建模形成由于焊枪支架的三维模型比较复杂，运用了拉伸，切除，圆角，等特征，形成焊枪支架的三维模型。如图4-2所示图4-2 焊枪支架三维图4.2.3 TOOLBOX运用另外，SolidWorks里toolbox里包含了各种传动

48、件，螺栓，螺母，螺钉，轴承等数据，可直接调用输入自己参数即可。 轴承的建模，从toolbox中选择轴承，滚动轴承如图4-3所示图4-3 添加轴承4.3零件装配零件设计好了，可以将其在组建模式下通过一定的方式组合在一起，从而造成一个组件或完整产品模型。零件装配需要在专门的组件设计模式下进行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步骤来创建一个组件设计文件：单击新建按钮，打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选择“组件”单选按钮，在“子类型”选项组中寻则“设计”单选按钮，在“名称”文本框中输入组件名称，清除“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。弹出“新建文件选项”对话框。从“模板

49、”选项组的列表框中选择“mmns _SLDASM_design”，单击“确定”按钮。在组件设计中（装配设计），主要有两种主流设计思路，即自底向上设计和自顶而下设计。通俗一点而言，前者是将已设计好的零部件按照一定的装配方式添加到装配体中；而后者则是从顶层的产品结构着手，由顶层的产品结构传递设计规范到所有相关子系统，从而有利于高效地对整个设计流程项目进行协作管理。在组件设计模式下，系统允许采用多种方法将元件添加到组件，包括使用放置定义集（简称约束集）和使用元件界面自动放置等。通常元件放置根据放置定义集而定，这些集合决定了元件与组件的相关方式及位置，这些集既可以是由用户定义的，也可以是预定义的。用户

50、定义的约束集含有0个或多个约束；预定义约束集（也叫连接）具有预定义数目的约束。约束放置是较为常用的装配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的约束列表框中，提供了多种放置约束的类型选项，包括缺省、固定、曲面上的边、曲面上的点、直线上的点、相切、坐标系、插入、匹配、对其、和自动。在使用约束放置选项时，需要注意约束放置的一般原则及注意事项。例如，“匹配”约束或“对齐”约束的一组参照的类型要相同（平面对平面、旋转对旋转、点对点、轴对轴）；一次只能添加一个也是，譬如不能使用一个单一的“匹配”约束选项将一个零件上的两个不同的平面与另一个零件上的两个不同的平面配对，二必须定义两个单独的“匹配

51、”约束；元件的装配需要定义放置约束集，放置约束集由若干个放置约束构成，用来组合定义元件的放置和方向。装配通过一个中心线重合，面重合或给定距离来配合圆弧曲面的零件。首先进行部装，在得到小型储气瓶封头自动焊接机的装配图，总装配图见下图4-4所示：图4-4小型储气瓶封头自动焊接机三维装配体4.4 三维向二维的转换SolidWorks作为一套功能强大的计算机辅助绘图和设计软件，可以建立零件的三维实体图，三维装配体图及二维工程图，且大多数生产一线的工程技术人员对二维绘图软件，如autocad，caxa电子图版，等更加熟悉，而且二维软件在绘制，尤其是标注装配体，零件图时，具有独特的优势。所以，充分利用So

52、lidWorks和二维图之间的转换，把SolidWorks自动生成的工程视图与二维软件的标注结合起来，达到“以二维之长补三维之短”的目的。一下是三维建模生成二维工程图的详细过程。在SolidWorks中生成二维工程图。在SolidWorks中的新建模板中，新建一个工程图模板，打开工程图工具条，在工程图工具条中点击“新建”按钮，并在作图区域中单击右键，“从文件中选择”，确认要生成工程图的三维模型，并选择要形成工程图的视图方向；在绘制区域内单击左键，以确定图形位置，单击“确定，完成工程图的绘制，并将其保存为“dwg/dxf”格式的文件。如图4-5所示图4-5新建工程选用标准图纸，或自定义图纸大小，

53、如图4-6所示图4-6选择图纸打开需要生成工程图的零件，并将其拖入此工程图。左键确定位置，继续移动鼠标，会显示鼠标移动方向的视图。从而确定所需工程图，如图4-7所示。图4-7工程图创建此外，还可通过上方的工具来分析剖视图。也可标注此装配体的零件及其名称。因此图还将在CAD中修改，故在此未标注零件序号及名称，最后完成的工程图如图4-8所示：图4-8小型储气瓶封头自动焊接机工程图纸第五章 小型储气瓶封头自动焊接机机架的设计在机器中支承或容纳零部件称为机架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体，机床的床身等等统称为机架。5.1机架结构类型5.1.1 按机架外形分类按机架外形分类：网架式、框架式、梁柱式、板块式和箱壳式。5.1.2 按机架的制造方法和材料分类按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓或铆接机架。按机架材料可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素混凝土机座平台、花岗岩机架、塑料机架等。铸造机架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。小型设备（如仪表等）的机架则有铜制或塑料制造。5.2 机架结构的选择进行机架结构形式的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以