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（毕业设计全套）管道外圆自动焊接机结构设计（打包下载）

带传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此，它实质上是种转矩转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方向得到匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是传动类型传动方式传动刚性以及传动的可靠性对机电体化系统的精度稳定性和快速响应性有重大影响，因此，应设计和选择传动间隙小精度高体积小运动平稳传递转矩大的传动部件。对工作机中的传动机构，既要求能实现运动的变换，又要求能实现动力的变换。也就是说既能实现圆周运动与直线运动往复摆动的转换，又能实现圆周运动或转矩与直线驱动力的转换。对于信息机中的传动机构，主要要求具有运动的变换功能，只需要去克服惯性力和各种磨擦阻力及较小的负载即可。常见的传动机械有丝杆螺母齿轮齿轮齿条链轮链条带传动滑轮杠杆机构连杆机构凸轮机构磨擦轮方向节轮轴蜗轮蜗杆间歇机构等。近年来，不通过机械机构而直接由电动机驱动负载的“•”技术日益应用广泛，应用这种技术需要低转速大转矩的伺服电机，并要考虑负载的非线性和祸合性等因素对执行电机的影响。但总的来说，机电体系统对机械传动机构的基本要求有以下几个方面。精密性对机电体化产品而言，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求，对机械传动机构的精密度要求越来越高。高速化产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关，因而机械传动机构的精密度应能适应高速运动的要求。小型化，轻量化随着机电体化精密化高速化的发展，必须要求其传动机构小型化轻量化，以提高运动灵敏度，减小冲击降低能耗。机电体化对机械传动的基本要求为精密化高速化小型化轻量化，因此在设计管道外圆自动焊机各部分传动机械时，在满足使用要求的前提下，尽量满足上述基本要求。焊车小车简称焊车，其行走机构是实现焊枪沿管周运动的驱动力机构，在焊接时焊接速度即为焊车的行走速度。因此要求焊车行走机构行走十分平稳，且当完成焊接过程后，要求焊车快速空程返回。.电机的选择在设计焊车时要求其与轨道的装拆较为便利，这样，焊车的质量自然就要求轻，如果考虑到个焊工能够较为轻松地搬运焊车，则其本身质量以不超过为宜，加上考虑到焊丝盘的质量中.的焊丝，每盘质量为因此，焊车的总质量约在左右。电机减速各行走齿轮图行走机构示意图在前面己叙述过焊车的行走靠其行走齿轮与轨道上的齿圈啮合来实现，因此上整个行走机构最后的动力输出部件为齿轮。选定齿轮的模数为.利用齿轮传动的强度理论，这模数绝对满足使用要求，在满足不发生根切的前提下可任意选定齿轮的齿数，这里选为，则齿轮的分度圆直径为若最大的焊接速度为而，那么行走齿轮的转速为.。焊耐接速度假如焊接时，整个焊车的质量完全由行走齿轮带动，而且需克服摩擦阻力以及电缆的重力，那么行走齿轮的输出力矩为安全系数取行走轮分度圆直径焊车质量重力加速度，.因此上行走齿轮的输出力矩为.•，转速为.，行走齿轮与减速器的输出轴相联，则减速器的输出转速为.，输出力矩为.•。电机的输出轴与减速器相联。般的交直流电机的转速较高，中间需要配有较大降速比的减速器。交流步进电机般体积较小，价格低，工作可靠，可做成全密封式，之所以在工业领域得以大量应用，还在于交流变频技术取得了长足的进步。直流电机控制简单，低速性能好，但结构复杂，体积较大，存在碳刷需要经常的维护。基于交流伺服电机的优点，在设计时选用了松下生产的交流伺服电机，通过查产品样本，符合要求的交流伺服电机功率为，额定转速为，额定输出力矩为.•。.减速器的结构及传动比由上述计算知，减速器的输出转速为.，而电机转速为。若选择减速器的传动比为，那么减速器的输入转速为，所以对电机需进行变频调速控制，使其工作转速在之间。减速器的传动比为，又要求其体积较小，可选择美国贝塞德公司生产的行星轮减速器。电机的输出力矩为.，那么减速器的输出力矩为η减速器传动效率，选传动比电机的输出力矩，电机.•.•，远远大于.•。.送丝机构的机械传动送丝电机的选择这里选择送丝机构安装在焊车上，随焊车同相对于管口运动，送丝机构的平稳性直接影响焊接电弧的稳定。送丝转压紧转减速番送丝电机捍丝出口岸丝人口图送丝机构示意图焊接电流电压的大小与焊丝直径有关，目前市场上常见的实心焊丝直径为.。焊丝直径大，所需的焊接电压高，焊接电流相对较大，滴状过渡，熔滴过大，熔深大，不易控制。焊丝直径较小时，低电压，小电流，矩路过渡，电弧处于不断地起弧燃弧熄弧的循环中，焊接熔池同时也处于不断的熔化扩展凝固的交替循环中，因此，熔池不易流淌，且细丝有自身调节作用，有利于起弧和电弧的重复燃烧，焊接操作容易掌握，可实现全位置焊接。但若焊丝过细，则线能量较低，可能会出现局部未熔的现象。因此上，选用.直径的焊丝较为适宜。选用.的焊丝，若焊接电流为时，则送丝速度约为。送丝轮直径若选为直径太小易磨损，而丝速为二口，那么送丝轮的转速为焊丝在行进过程中，会受到来自于送丝管导电嘴送丝盘的摩擦阻力，般情况下整个阻力之和约为，考虑到还有其它不可遇见的因素，那么阻力矩阻力矩安全系数，阻力和送丝轮直径这样可以计算出，送丝轮的转速为.，转矩为.•，从控制的角度出发，同样选择松下，额定转速为，额定转矩.•的电机。.减速器因为减速器输出端与送丝轮相联，输入端与电机相联，那么若要使电机工作在恒转矩区，通过变频调速技术，电机的转速应达到。因此上初定减速器的传动比为.这样传动比的减速机既要满足使用要求又要体积不大，只有自行设计，没有定型产品可选。选择二级齿轮传动，齿轮的模数选.满足强度要求这样设计出的减速器传动比.。就整个送丝机构而言，要求焊接时避免出现干扰，因此整个系统必须与焊接电源绝缘，这在进行机械结构设计时必须加以重视。.焊枪姿态调整机构的机械传动在焊接过程中，需要不断地调整焊枪相对于焊道的上下左右位置。同时由于焊道较宽，焊枪需频繁地往复摆动，才能保证焊缝的熔宽。在焊接终了，还需要转动焊枪的角度以清除飞溅到焊枪气罩内的焊渣。因此需要设计焊枪姿态调整机构。电机的选择由于焊枪需要频繁地作往复摆动，而且摆动的频率直接影响到焊缝的外观成形，要求驱动机构具有很好的快速响应性，既能快速起动又能快速停止，同时要求驱动机构具有很好的自锁性能，即不能由于外力的作用而造成工作点的移位。因此左右横摆的驱动电机选择步进电机。步进电机的力矩与惯性之比数值高，步进频率高，不通电时，可以自由转动。通电时不运行有自锁定位功能，在每转之内响应误差不会累积到下转。在动态特性要求不高时，可以直接开环运行，位置精度满足要求，尤其是五相步进电机，步距角小，启动特性好，比较适合于频繁地正反转。在设计时可选用日本公司生产的步进电机，其静力矩为.•，转动惯量为.•。由于焊枪的质量较轻，般约为.，从后面的传动机构选用的传动丝杆来说，不管考虑何种因素在内，其静力矩足以满足使用要求左右横摆电机同时又可以控制焊枪相对于焊缝的左右位置。焊枪的上下调整机构控制焊枪嘴对焊缝的径向距离，即控制焊丝的干伸长。焊接过程中，焊枪的上下调整量既不大，也不频繁，但同样要求上下调整机构有较好的快速启动和停止性能。基于这情况，上下调整电机也选择步进电机，其静力矩为.•，转动惯量为.•，。焊枪在焊接过程中角度不需要调整，只须先预置好即可。不需要驱动力，只从结构上满足要求即可。.结论管道运输是种经济安全的运输方式，可用于输送水原油天然气成品油等，具有输量大距离长安全性高成本低等优点，在各旧发展迅速。我国已将“加强输油气管道建设，形成管道运输网”的发展战略列入“十五”发展规划。未来年，我国将建成条油气输送管道，形成“两纵两横四枢纽五气库”，总长超过万公里的油气管输格局。管道的建设地区跨度大，沿线施工环境恶劣，加之管道输送逐步向高压.大口径方向发展，这对管道环焊缝的焊接提出了更高的要求，管道环焊缝的焊接成为制约整个工程质量和建设周期的关键因素。野外焊接环境十分恶劣，焊工劳动强度大，技术难度高，因此，工程上迫切需要实现管道的自动焊接，用以提高生产率保证焊接质量降低劳动强度和施工成本，而且自动焊接还能大幅度降低操作技术难度，解决焊工培养困难，流失严重等问题。本文设计了管道外圆自动焊接机，整机采用模块化设计，包括焊接小车和运行轨道。焊接小车由行走驱动机构和送丝机构组成。轨道由两个半环组成，通过四周固定支座固定在被焊管上，以适应不同管径和不同形状的管道，其装拆方便。焊接小车与轨道采用链轮传动和摩擦轮传动的组合传动形式，大大提高了焊接小车在轨道上运行的稳定性和精确性。利用二维设计软件绘制其零件图装配图。本文设计的管道外圆自动焊接机控制系统采用的是单片机控制，方便简单，易于编程控制。所研制的导轨式管道焊接机器人，其机械结构设计合理，制造成本低，安全可靠，经济实用。外圆焊接时，行走平稳无冲击影响，焊接质量稳定可靠。参考文献机械设计手册编委会．机械设计手册．北京机械工业出版社，．成大先．机械设计手册机械传动．北京化学工业出版社，．焦向东等.球罐外圆焊接机器人智能控制系统.焊接学报．朱进满．焊接机器人的应用．现代制造，，．致谢值此本文提交之际，首先要向我的指导老师高延峰老师表示由衷的感谢。本文的全部设计工作都是在高老师的悉心指导和谆谆教诲下完成的。高老师学识渊博治学求实严谨待人处事平和温雅，在整个课题研究和论文撰写的过程中给予了我极大的关怀帮助，支持和督导我的论文工作的完成。高老师自信豁达的人生态度也使我受益匪浅，并将激励我在今后的工作学习和生活中，时刻保持勤奋刻苦的工作态度和积极向上的生活信念。感谢答辩组委员会各位老师对我的指导和帮助，正因为老师们及时地纠正了我在设计过程中的些错误，才使得我的论文工作能够按时顺利地完成。