中直缝焊接机设计说明书Word格式文档下载.docx
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三、直流调速系统各组成电路设计……………………16
四、晶闸管直流调速系统原理电路图…………………22
第五章电气控制系统设计………………………………22
一、电气控制系统概述……………………………………22
二、可编程控制器的特点……………………………………22
三、自动直缝焊接设备电气控制系统设计………………23
第六章设计总结…………………………………………28
参考文献……………………………………………29
概述
自动控制气体保护焊接是一种高效焊接方法,由于它具有气体保护,所以用它能进行高质量焊接,又由于采用了PLC自动控制,因而焊缝均匀。
该方法自问世以来!
就一直受到人们的重视(1969年美国DEC公司研制出第一台PLC用于GM公司生产线上并获得成功。
进入20世纪80年代!
随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展!
极大地推动了PLC的发展。
目前PLC已广泛应用于冶金、矿产、机械、轻工等领域!
为工业自动化提供了有力的工具!
加速了机电一体化的实现。
在自动控制焊机中选择PLC作为控制核心的原因有:
a、可靠性高b、控制功能强c、编程方便d、适用于恶劣的工业环境!
抗干扰能力强e、具有各种接口!
与外部设备连接非常方便f、维修方便等。
正因为如此,用PLC控制的气体保护自动焊机在我国被广泛的应用。
第一章机械传动装置总体设计
一、拟订传动方案
根据设备技术要求及各种传动机构的性能制定传动方案如图
(1)
传动系统设计方案
(1)
传动方案分析:
该设备用于管类零件的直缝焊接,焊接的速度比较低,焊接的质量取决与焊接的速度快慢与稳定性。
减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮,大齿轮输出轴作为减速器的低速轴,可以使输出轴的转速稳定。
整个系统传动不太大,电机须频繁启动,对系统的调速性能要求高,为了实现较好的无级调速,选择直流电动机,利用直流电路调速系统实现无级调速。
减速器采用单级圆柱直齿圆柱齿轮减速器可以得到一定的传动比,利用二者联合调速可以得到较好的调速性能。
二、丝杠螺母的选择
1、丝杠螺母传动的特点及应用
(1)用较小的扭矩转动丝杠(或螺母)可使螺母(或丝杠)获得较大的牵引力。
(2)可达到较高的降速传动比,使降速机构大为简化,传动链得以缩短。
(3)能达到较高的传动精度,用于进给机构还可用作测量元件,通过刻度盘读出直线位移的尺寸,最小读数值可达0.001mm。
(4)传动平稳,无噪声。
(5)在一定条件下能自锁,即丝杠螺母不能进行逆传动,此特点特别适用于作部件升降传动,可防止部件因自重而自动降落。
鉴于以上优点,有参考文献丝杠螺母的传动方式及其应用见表5.7-1的丝杠螺母传动简图
(2):
图
(2)丝杠螺母传动简图
2、丝杠螺母副的选择
由参考文献表5.7-6初选丝杠螺母副丝杠螺母副的基本参数如
表
(1):
螺距(mm)
丝杠(mm)
丝杠螺母
螺母(mm)
丝杠断面积A()
螺纹升角
丝杠断面极惯性矩
()
丝杠断面惯性矩I
外径d
内径d1
中径d2
(mm)
外径
内径
4
20
15.5
18
20.5
16
1.89
4º
2ˊ46"
0.5667
0.3341
表
(1)丝杠螺母副丝杠螺母副的基本参数
丝杠的传动效率:
由参考文献查得=0.7
丝杠螺母强度的校核计算:
由参考文献②式5.7-19的
σ=
其中P—为丝杠所要的最大轴向力N。
A—丝杠内经的截面积由上表知
=
—丝杠的内径mm
—丝杠的传动效率
—许用拉应力由于螺纹所引起的应力集中系数不能精确确定,因此取=,为材料的屈服点().
σ===3.96<
三、电动机选择
1、确定驱动负载所需的外力和转矩
焊枪的移动速度v
由设计要求可知焊枪移动速度范围v=0.5m/min—1.5m/min
丝杠的转速n
丝杠的螺距为4mm,由参考文献②式
当v=0.5m/min时v为
==125r/min
当v=1.5m/min时v为
==375r/min
所以丝杠的转动速度范围为125r/min—375r/min
2、电动机类型和结构形式选择
因本设备运转速度低,调速范围广,周期性运行,切运转要平稳可靠,为了得到较好的调速性能,选用Z2系列直流电动机,利用调速电路实现系统的无级调速。
安装形式选择卧式。
3、电动机容量确定
⑴本设备负载小,属于惯性旋转机构,固按旋转运动计算驱动功率。
⑵计算移动部件摩擦阻力矩
移动部件的摩擦力矩为主要的功率消耗所以其它的摩擦可以忽不计,由于移动部件的重力定为500N所以移动部件所受的摩擦力为由参考文献②表5.7-3知摩擦系数f=0.1
=500f=5000.1=50N
摩擦阻力矩由参考文献⑥式5-32得
其中L—丝杠螺距
i—齿轮减速比为4
—传动效率定为0.7
==11.4Nm
当丝杠作旋转运动时,克服摩擦阻力矩所需的功率
=0.1047n/η=0.1047×
11.4×
375/0.7=639.5W
由参考文献⑦表2-4机械传动的效率得:
a、闭式圆柱齿轮的机械传动效率为=0.97
b、一对滚动轴承的机械传动效率为=0.99
则机械传动链的总效率为:
==0.970.990.99=0.95
驱动功率为:
P===673.2W
为了扩大设备加工范围,设备的驱动转矩应有足够的余量.另因为传动比较大,调速范围宽,固应选择较高的电机,由参考文献①表13-65,选择系列化FANUC型直流电动机5M型.该电动机技术指标如表
(2):
型号
额定电压
额定转矩
额定转速
额定功率
最大转矩
重量
5M
220V
5.9Nm
2000
r/min
800W
54Nm
17Kg
表
(2)电动机技术指标
⑶ 计算传动比
由参考文献③知,可选择电力拖动系统为调速范围为中等调速系统即
D==4
===500r/min
i=/=500/125=4
当丝杠转速为375r/min时电机的转速为3754=1500r/min
所以要求电动机的调速范围为500r/min—1500r/min所以能满足要求。
i=×
为了得到较大调速范围,用晶闸管直流调系统实现无级调速,调速范围=4;
机械减速利用齿轮单级减速器实现,传动比=4.
⑷计算传动装置的运动和动力参数
计算各轴转速:
按最高转速计算
Ⅰ轴n1=n=1500r/min
Ⅱ轴n2=n1/=1500/4=375r/min
丝杠n3=n2=375r/min
计算各轴输入功率:
Ⅰ轴P1=p×
η联×
η晶=800×
0.99×
0.9=712.8W
Ⅱ轴P2=p1×
η齿×
η承=712.8×
0.97×
0.99=684.5W
丝杠P3=p2×
η承=684.5×
0.99=677.7W
计算各轴的输入转矩:
Ⅰ轴T1=T×
×
η联=5.9×
4×
0.99=23.4Nm
Ⅱ轴T2=T1×
η承=23.4×
0.98×
0.99=90.7Nm
丝杠T3=T2×
η承=90.7×
0.99=89.76Nm
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于表(3)。
项目
电机轴
高速轴Ⅰ
低速轴Ⅱ
丝杠
转速(r/min)
1500
375
功率(w)
800
712.8
684.5
677.7
转矩(Nm)
5.9
23.4
90.7
89.76
传动比
1
效率
0.9
0.873
0.86
0.856
表(3)运动和动力参数计算结果
第三章机械减速器设计
一齿轮的设计与计算
一、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1、按图所方案,选定直齿圆柱齿轮示的传动传动。
移动部件为一般机构,速度不高,故齿轮选定8级精度。
2、齿轮选用便于制造且价格便宜的材料,由参考文献表3-2选取小齿轮材料为45号钢(调质),HBS1=240,大齿轮材料为45号钢(常化)HBS2=200.
3、选取小齿轮数Z1=20,大齿轮数Z2=iZ1=4×
20=80。
因齿面硬度小于350HBS的闭式传动,所以按齿面接触疲劳强度设计,然后校核齿根弯曲疲劳强度。
二、按齿面接触疲劳强度设计
由参考文献⑧式(3-24)得设计公式为:
1、确定公式内各参数的数值
(1)试选载荷系数Kt=1.3
(2)计算小齿轮传递的转矩,按高速轴的最低转速计算
T1=95.5×
105p/n1==13614.5Nmm=13.6Nm
(3)由表3-9选取齿宽系数φd=0.8
(4)由表3-7查得弹性影响系数ZE=189.8
(5)由参考文献⑧表3-59查得接触疲劳强度极限σHlim1=590Mpa;
由
表3-59查得接触疲劳强度极限σHlim2=470Mpa
(6)由式3-29计算应力循环次数
N1=60=60×
500×
1×
16×
300×
15=21.6×
10
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