I摘 要本文闡述了大型缸體翻轉提升機構的設計，設計只講解了機械結構設計,設計主要是為了使得缸體在生產過程中更容易加工，更容易焊接。機械結構部分采用了軸類轉動和大平面式定位裝置組成。包括整體系統(tǒng)設計、翻轉機構的設計、框架的設計等。在設計中對傳動軸和基本部件的強度進行了校荷，來保證其強度要求同時需要進行焊接部分的強度校荷，來最終確定設計方案。焊接翻轉機構的結構尺寸、平穩(wěn)性、翻轉的連續(xù)性以及制造成本對提高焊接效率和保證安全性有很大的影響，研究了可以實現(xiàn)原地低位的翻轉機構，并對動態(tài)穩(wěn)定性進行分析，結果表明：翻轉機構在翻轉時連續(xù)平穩(wěn)。翻轉機構占地空間小，制造成本低，具有良好的應用前景，在國內外焊接生產線上有很高的推廣價值。關鍵詞:焊接；翻轉機構；結構設計ABSTRACTThis paper expounds the mechanism design of large converter overturning, only on the design of mechanical structure design, the design is to make the boiler is easier to process in the production process, easy welding. The mechanical structure part adopts the structure of modular fixture chain turnover, hydraulic lifting. Including the transmission system design, the turnover mechanism design, hydraulic cylinder design. In the design of the transmission shaft and the basic components of the strength of the school charge, to ensure its strength requirements and the need for welding part of the strength of the school charge, to determine the final design scheme.Weld the structure size, steady, inside out consecution and manufacturing costs of the inside out machine to weld to the exaltation the efficiency and the assurance safeties contain very big influence.Studying can carry out an inside out and inside out organization, and carried on the analysis to the dynamic state stability, the result enunciation:Inside out organization at inside out is continuously steady.The inside out organization covers the space small, the manufacturing cost is low, having the good applied foreground, producing in the domestic and international welding on-line have the very high expansion value.Key words: Converter;Inside out organization;architectural design目 錄摘 要 .IIIABSTRACT IV目 錄 .V1 緒論 .11.1 課來題源及研究的目的和意義 .11.2 國內外設備目前的發(fā)展狀況 11.3 課題研究方法和手段 .11.4 課題應達到的基本要求 .21.4.1 翻轉機構設計指導思想 21.5 設計任務書的基本要求 .22 翻轉機構整體方案設計 .32.1 總體設計方案 .32.1.1 設計目的 32.1.2 設計原理 32.2 翻轉機構系統(tǒng)概述 52.2.1 翻轉機構系統(tǒng)組成 .52.2.2 翻轉機構的工作原理 .52.2.3 翻轉機構的功能要求 .52.3 翻轉機構總體方案設計與比較 52.3.1 翻轉機構總體方案設計 52.3.2 翻轉機構的比較選擇 .83 翻轉機構結構零部件的設計 .93.1 機構框架設計 93.1.1 框架結構材料 .93.1.2 結構的成形方式 103.2 翻轉機構軸的設計 .103.2.1 軸徑的確定 .123.2.2 軸的結構設計 123.3 踏板、轉盤及手輪的設計 .153.4 平衡塊的設計 164 標準件的選用 .164.1 軸承的選擇 174.1.1 軸承的基本概念 .174.1.2 滾動軸承的主要類型、比較和選擇 .174.1.3 軸承型號的確定 .204.1.4 軸承的壽命 .224.2 其它標準件選用 224.2.1 軸承座的選用 .224.2.2 軸套的選用 .234.2.3 開口銷的選用 .254.2.4 壓簧的選用 264.2.5 墊片的選用 264.2.6 鍵的選用 275 翻轉機構的焊接與裝配 .295.1 框架的焊接 .295.1.1 選擇焊接方法 .295.1.2 確定焊接的形狀、尺寸和下料方法 .295.1.3 確定焊接接頭、坡口形式和坡口邊緣的加工方法 .305.1.4 焊接方案的確定 .305.2 零部件的裝配 305.2.1 機器裝配的基本概念 .305.2.2 零件在裝配中連接種類 .315.2.3 裝配方法 .325.2.4 裝配方案的確定 .335 結論 .33致謝 .34參考文獻 .35一種焊接翻轉機構設計01 緒論1.1 課來題源及研究的目的和意義技術進步的最重要和最有效的發(fā)轉方向之一就是實現(xiàn)生產的過程，其中包括焊接過程的全盤機械化和自動化。在焊接過程中，焊接工作本身所占的工作量不會超過總工作量的 25%~30%，剩余的工作就是裝配及其它的工作，其中包括運輸及其它輔助工作，如工件調試、修整、檢測等。在工件制作過程中，我們必須多次繞其水平軸翻轉工件，這個翻轉工作用翻轉臺來實現(xiàn)是最合理、最有效、最安全的。運用焊接翻轉臺可以大大提高勞動生產率、縮短生產周期、確保得到高品質的產品。這是因為使用翻轉臺可以擴大自動焊的應用，可以使焊接工作總是在方便的位置下進行，甚至可以提高工作的安全性，因為翻轉臺能使最危險的操作—翻轉工件實現(xiàn)機械化。 在缸體的生產過程中，用焊接方法制造更為有利。同時，在焊接生產加工中，當缸體完成組對并進行一面的焊接后，需要將其翻轉，以便焊接另一面。但由于缸體體積大、重量重，人工很難翻轉，所以需要專用的設備，尤其是在大批量生產中，就更需要一種翻轉提升機構來完成這一操作，以提高生產效率。缸體翻轉提升機就是應用在這種場合下的設備。1.2 國內外設備目前的發(fā)展狀況對于翻轉機構，現(xiàn)在已有很多的形式。如有框架式、頭尾架式、鏈式、環(huán)式、推舉式等。并已在實際生產中用于各種工件的翻轉。目前國內還未對各種形式的翻轉機制訂出系列標準，但國內已有廠家生產頭尾架式的翻轉機，并成系列。另外，配合焊接機器人使用的框架式、頭尾架式翻轉機，國內外均有生產。它們都是點位控制，控制點數(shù)以使用要求而定，但多為 2 點(每隔 180°)、4 點（每隔 90°） 、8 點（每隔 45°）控制，翻轉速度以恒速的 為多，但也有 變速的。翻轉機與機器人聯(lián)機按程序動作，載重量多在 20 ～3000Kg 之間。例如我國汽車、摩托車等制造行業(yè)使用的弧焊機器人加工中心，已經(jīng)成功的采用國產頭尾架式的焊接翻轉機，由于恒定速度的翻轉，點以電磁制動和汽缸錐銷強制定位，所以多采用交流電動機、普通齒輪副減速，機械傳動系統(tǒng)的制作精度比軌跡控制的低 1 到 2 級，造價便宜。今天，隨著市場需求的增加，人們對制作更加通用的機械化工具的需求日益增長，前蘇聯(lián)重型機械制作工藝研究院科學生產聯(lián)合公司設計制造了帶兩個驅動支架、翻轉與焊接同步進行的雙支架翻轉臺，用于焊接非剛性金屬構件。杠桿—鏈式翻轉臺已經(jīng)開始上市，這種翻轉臺能夠方便的安裝在生產長條形工件的流水線上。一種焊接翻轉機構設計1在現(xiàn)在社會生產中，框架式翻轉臺、頭尾架式翻轉臺、鏈式翻轉臺、環(huán)式翻轉臺、推舉式翻轉臺等翻轉臺，已經(jīng)較長時間地被用于機械制造工廠中，他們依然屬于世界先進水平，仍屬新的工藝過程。1.3 課題研究方法和手段本課題主要采用機械設計、理論力學和材料力學相互結合的研究方法，并結合實際工廠中在實際應用的產品和相關資料進行整體設計。具體實施方法如下：（1）廣泛閱讀我國的翻轉機構的論文和期刊，參考國外的成形翻轉機構的設計方案（2）分析研究缸體翻轉需要的條件、必要的自由度限制和整體支撐架材料的選擇（3）系統(tǒng)總體方案設計、機構設計（對多種機構進行可行性選擇） （4）對設計的機構件的強度進行校核（5）總結1.4 課題應達到的基本要求1.4.1 翻轉機構設計指導思想翻轉機構中能實現(xiàn)翻轉的部分是整個翻轉機構設計的核心部分，針對現(xiàn)在的加工工藝和材料的選擇主要考慮翻轉機構的生產、價格、生產率和翻轉的平穩(wěn)性。本課題的基本研究思路是采用夾具將缸體固定在平面上，利用支架兩端的軸的轉動帶動大平面的轉動來實現(xiàn)缸體的翻轉，在設計中對軸的強度進行校核，軸承的選擇來為翻轉功能的實現(xiàn)提動理論基礎。1.4.2 可解決的主要問題實現(xiàn)了在焊接缸體的過程中，對于缸體的翻轉實現(xiàn)了機械化，使多次繞其水平軸翻轉工件，不用人工翻轉這個翻轉工作用翻轉臺來實現(xiàn)是最合理、最有效、最安全的。運用焊接翻轉臺可以大大提高勞動生產率、縮短生產周期、確保高品質的產品。使用翻轉臺可以擴大自動焊的應用，可以使焊接工作總在方便的位置下進行，甚至可以提高工作的安全性，因為翻轉臺能使最危險的操作——翻轉工件實現(xiàn)機械化。1.5 設計任務書的基本要求1、機構運動原理設計，繪制運動原理圖； 2、繪制產品裝配圖； 3、典型非標件設計，對非標件進行結構及強度、剛度校核； 4、繪制全套非標零件圖： 5、編寫設計說明書。22 翻轉機構整體方案設計2.1 總體設計方案2.1.1 設計目的該變位機構是將工件回轉、傾斜，以便使所有的焊縫置于水平、船形等最佳的位置從而進行焊接的設備。選擇合理有用的變位機構能夠有效提高焊接的質量和生產效率，并降低人工的勞動強度及生產成本，加強安全文明生產，有助于現(xiàn)場管理。工作臺的翻轉采用手動，因為定位可靠，可以使工件處于最理想、最可靠的焊接最佳位置進行焊接。2.1.2 設計原理設計一個手動H型雙座雙回轉式的翻轉機構，通過手動控制回轉手輪來控制焊裝夾具的翻轉，可以自行的調節(jié)所需翻轉的任意角度，實現(xiàn)焊接時的360度的變位，方便于焊接，可以達到定位可靠，焊接方便的最佳功效。2.1.3 對機器的要求 設計機器的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，會對機器提出以下的基本要求。1、使用功能要求機器應該具有預訂的使用功能。這主要靠正確地選擇機器的工作原理，正確地設計或選用功能全面實現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機構、傳動機構和原動機，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。2、經(jīng)濟性要求機器的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設計、制造和使用的全過程中，設計機器時就要全面綜合地進行考慮。設計制造的經(jīng)濟性表現(xiàn)為機器的成本低；使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高生產率，高效率，較少地消耗能源、原材料和輔助材料，以及低的管理和維護費用等。提高設計和制造經(jīng)濟性指標的主要途徑有：1）采用先進的現(xiàn)代設計方法，使設計的參數(shù)最優(yōu)化，達到盡可能精確的設計計算結果，并保證機器足夠的可靠性。盡可能多地應用 CAD 技術，加快設計的進度，降低設計的成本。2）最大限度地采用標準化、系列化及通用化的零部件。零件結構盡可能采用標準化結構及尺寸。3）盡可能采用新技術、新工藝、新結構和新材料。4）合理地組織設計和制造過程。一種焊接翻轉機構設計35）力求改善零件的結構工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。提高使用經(jīng)濟性指標的主要途徑有：1）合理地提高機器的機械化和自動化水平，以期提高機器的生產率和產品的質量。2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗和生產成本。3）適當?shù)夭捎梅雷o（如閉式傳動、表面防護等）及潤滑等措施，以便于延長機器的使用壽命。4）采用可靠的密封，減小或消除滲漏現(xiàn)象。3、勞動保護和環(huán)境保護要求1）要使所設計的機器符合勞動保護法規(guī)的要求。設計時要按照人機工程學（ergonomics）的觀點盡可能減少操作手柄的數(shù)量，操作手柄及按鈕等應放置在便于操作的位置，合理地規(guī)定操作時的驅動力，操作方式要符合人們的心理和習慣（例如汽車轉向盤向左打則汽車向左拐彎等） 。同時，設置完善的安全防護及保安裝置、報警裝置、顯示裝置等，并根據(jù)工程美學的原則美化機器的外形及外部色彩。使操作者有一個安全、舒適的環(huán)境，不易產生疲勞。這也有助于提高勞動生產率和產品質量。2）要把環(huán)境保護提高到一個重要的位置。改善機器及操作者周圍的環(huán)境條件，如降低機器運轉時的噪聲水平，防止有毒、有害介質的滲漏及對廢水、廢氣和廢液進行有效的治理等以滿足環(huán)境保護法規(guī)對生產環(huán)境提出的要求。4、壽命與可靠性的要求任何機器都要求能在一定的壽命下可靠地工作。隨著機器的功能愈來愈先進，結構愈來愈復雜，發(fā)生故障的可能環(huán)節(jié)也愈來愈多。機器工作的可靠性受到了愈來愈大的挑戰(zhàn)。在這種情況下，人們對機器除了習慣上對工作壽命的要求外，明確地對可靠性也提出要求是很自然的。機器可靠性的高低是用可靠度來衡量的。機器的可靠度 R 是指在規(guī)定的使用時間（壽命）內和預定環(huán)境條件下機器能夠正常工作的概率。機器不能正常工作，即機器由于某種故障而不能完成其預定的功能稱為失效。已有愈來愈多的機器設計和生產部門，特別是那些因機器失效將造成巨大損失的部門，例如航空、航天部門，都相繼規(guī)定了在設計時必須對其產品，包括零部件，進行可靠性分析與評估的要求，例如要求給出產品在工作壽命內可以安全工作的定量說明。在設計時對組成機器的每個零件的可靠性提出要求，采用備用系統(tǒng)和在使用中對機器加強維護和檢測可以提高機器的可靠性。5、其他專用要求對不同的機器，還有一些為該機器所特有的要求。例如：對機床有長期保持精度的要求；對飛機有質量小、飛行阻力小而運載能力大的要求；對流動使用的機器（如鉆探機械）有便于安裝和拆卸的要求；對大型機器有便于運輸?shù)囊蟮取ＴO計機器時，在滿足前述共同的基本要求的前提下，還應著重地滿足這些特殊要求，以提高機器的使用性4能。不言而喻，機器的各項要求的滿足，是以組成機器的機械零件的正確設計和制造為前提的。亦即零件設計的好壞，將對機器使用性能的優(yōu)劣起著決定性的作用。2.2 翻轉機構系統(tǒng)概述2.2.1 翻轉機構系統(tǒng)組成翻轉機構主要是由整體承重支架、主軸、翻轉臺、軸承和手輪裝置等部分的組成的一個完整的實現(xiàn)翻轉的系統(tǒng)。整體承重支架是作為一個打的支撐，用于實現(xiàn)對整個機構的支撐作用,主軸使翻轉臺能夠繞水平軸轉動。翻轉臺是作為大的承載平面，用來承載缸體的（在翻轉臺上有固定的缸體的夾具） ，軸承是為了和主軸配合保證轉動。手輪裝置是人通過旋轉手輪來實現(xiàn)主軸的轉動從而帶動翻轉臺的轉動。2.2.2 翻轉機構的工作原理翻轉機構實現(xiàn)翻轉的功能的實現(xiàn)是通過翻轉機臺的右端的手輪裝置，人通過旋轉手輪來帶動旋轉軸轉動，通過旋轉的轉動帶動中間的翻轉臺實現(xiàn)翻轉，而工件是通過夾具固定在翻轉臺上表面的，所以對翻轉臺的翻轉的實現(xiàn)就能夠實現(xiàn)對工件的翻轉，這就是翻轉機構實現(xiàn)基本翻轉功能的工作原理。2.2.3 翻轉機構的功能要求實現(xiàn)翻轉臺繞水平軸在 180°內任意角度翻轉，實現(xiàn)對工件的焊接。同時翻轉臺需要具有一定的通用性，能夠實現(xiàn)對不同形式的缸體的翻轉，所以需要其具有一定的通用性。2.3 翻轉機構總體方案設計與比較 2.3.1 翻轉機構總體方案設計根據(jù)對題目“一種焊接翻轉機構設計”可知，該機構主要是為了實現(xiàn)機構的翻轉功能，所做的設計翻轉機構，以下是對翻轉機構的機構件設計的詳細論述。翻轉機構翻轉機構是將工件沿水平軸轉動或傾斜，使之處于有利于加工位置的變位設置機構。在工件制作過程中我們必須多次繞水平軸翻轉工作，這個翻轉用翻轉太來實現(xiàn)較為合理、最有效、最安全。而根據(jù)用途不同可以分為通用型和專用型兩大類。前者用途廣泛，可以用于不同種類的料件，厚著范圍比較窄，僅適用特定形狀的工件，甚至專門用于某些尺寸功夫定的工件。有些專用翻轉機臺甚至是為了某幾條機械化或者自動化生產流水線專門設計的。一種焊接翻轉機構設計5翻轉臺根據(jù)其結構形式進行分類，可分為雙支架翻轉臺、單支架翻轉臺、鏈式翻轉臺、杠桿式翻轉臺、千斤頂式翻轉臺及滾輪式翻轉臺等。甚至可以依據(jù)翻轉臺保證工件繞固定軸翻轉的程度或者使工件升降或平移的程度進行分類。1、方案一圖 2.2 翻轉臺式翻轉機構圖 2.2 為裝有轉動架的雙支架翻轉臺，它是由前驅動支架 1 和后從動支架 4 組成，工件二固定在轉動架 3 上。轉動架支撐面和地面的距離，可以依據(jù)工件的尺寸進行調整，因而能減小轉動力矩。負荷能力不大的翻轉臺可以通過手動翻轉。對于小工件，人們通常使用單支架翻轉臺，這不僅是操作者易于接近工件，且可以節(jié)約勞動場地，提高生產場地的利用率。這種翻轉臺常用來焊接大型、平值的框架類構件。用普通的雙支架翻轉臺來焊接這類工件。2、方案二 圖 2.3 滾輪式翻轉臺6圖 2.3 為滾輪式翻轉臺配合兩個滾輪，他們即可以是整體也可以是組合，最初滾輪式翻轉臺基本上是用來焊接框架類和箱體類工件，這些工件通常都緊固在布置于兩個滾輪之間的托架或者固定架上。上圖為一個滾輪式翻轉臺系統(tǒng)。翻轉臺由兩個滾輪 1 組成，滾輪奸設置了可拆卸的旋轉臺架 3，臺架的上部 2 是可以拆下的。滾輪支撐在兩個從動托輪 7 和兩個驅動托輪 8 上，在托輪的軸上裝有星形輪 6，星形輪由電動機 5 通過兩級蝸桿減速器 4 來驅動。與雙支架翻轉臺比較，滾輪式翻轉臺的有點在于：可以在旋轉臺架上裝配和焊接大型框架類零件；易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長梁架工件的條件更好。不足之處在于，難于接近位于滾輪之間的工件部位，通用性差。3、方案三圖2.4鏈式翻轉臺圖2.4為鏈式翻轉臺，它是由幾個支架組成，這些支架的每一根上都裝有驅動鏈條2和從動鏈條5和6.在鏈條上套著松垂的鏈條3，鏈條3用于支托需要翻轉的工件4.鏈式翻轉臺具有兩個重要的優(yōu)點：即機構簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈式翻轉臺難于用在自動焊接中，因為工件翻轉后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于靜止不動的位置；同時也很難固定正在運動中的焊接設備的軸心。4、方案四一種焊接翻轉機構設計7圖 2.5 千斤頂式翻轉臺圖2.5為千斤頂式翻轉臺，用于將平直的框架式構件翻轉90°。千斤頂式翻轉臺由轉動架基座，一個液壓千斤頂及四只可調整半軸組成。半軸的推出靠液壓筒來實現(xiàn)。其上放置這工件的轉動架可以繞這兩個半軸轉動，此時另外兩個半軸是收縮進去的。千斤頂式翻轉臺是為了特定工件設計制造的，基本上用于翻轉大尺寸的平直框架結構件。2.3.2 翻轉機構的比較選擇綜合前面提出的方案，列出其優(yōu)缺點如下：方案一，雙支架的翻轉臺與其它翻轉臺相比較，它具有用途廣泛、結構簡單、價格低、消耗驅動功率不高等優(yōu)點。而消耗驅動功率不高是因為工件繞著轉動的縱軸正好與工件的重心相重合。這種翻轉臺常用來焊接大型、平值的框架類構件。用普通的雙支架翻轉臺來焊接這類工件。方案二，滾輪式翻轉臺的優(yōu)點在于：可以在旋轉臺架上裝配和焊接大型框架類工件，易于接近工件的端頭；由于工件的兩端之間布置了托輪，固定長條形工件的條件更好。不足之處在于難于接近位于轉輪之間的工件部位，通用型較差。方案三，即機構簡單、工作可靠和不需要固定工件。但是鏈式翻轉臺難于用在自動焊接中，因為工件翻轉后，僅靠鏈條支托而沒有其它輔助支撐使工件處于 靜止不動的位置；同時也很難固定正在運動中的焊接設備的軸心。方案四，千斤頂式翻轉臺是為了特定工件設計制造的，基本上用于翻轉大尺寸的平直框架結構件。經(jīng)過比較，方案一的采用框架式翻轉機構能夠很好的滿足缸體的翻轉要求并且方案一的結構簡單，節(jié)約勞動產地可提高場地利用率。在使用過程中能夠很好的實現(xiàn)翻轉的功能，可以大大的提高勞動生產率。故采用方案一框架式翻轉臺的翻轉機構來實現(xiàn)缸體的翻轉功能。83 翻轉機構結構零部件的設計3.1 機構框架設計3.1.1 框架結構材料考慮到缸體本身重量較重，所以在選擇材料時應盡量選擇強度較強，而重量輕一點的材料來保證翻轉機構整體的重量特別是翻轉臺部分（翻轉臺部分是和缸體連接在一起，在轉動主軸時，翻轉臺也是需要轉動的）所以，經(jīng)過基本篩選，我選擇 C 型槽鋼來作為翻轉機構的框架的基本材料。槽鋼的選擇：表3-1槽鋼規(guī)格型 號 每米重(kg) 型 號 每米重 (kg)C 80 × 50 × 20 × 2.25 3.886 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.007C 80 × 50 × 20 × 2.50 4.318 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.478C 80 × 50 × 20 × 2.75 4.749 C 180 × 50 × 20 × 3.00 8.949C 80 × 50 × 20 × 3.00 5.181 C 200 × 60 × 20 × 2.5 6.673C 100 × 50 × 20 ×2.25 4.239 C 200 × 70 × 20 × 2.5 7.065C 100 × 50 × 20 × 2.50 4.710 C 200 × 80 × 20 × 2.5 7.458C 100 × 50 × 20 × 2.75 5.181 C 200 × 50 × 20 × 3.0 7.850C 120 × 50 × 20 × 2.25 5.652 C 200 × 60 × 20 × 3.0 8.007C 120 × 50 × 20 × 2.50 4.592 C 200 × 70 × 20 × 3.0 8.478一種焊接翻轉機構設計9續(xù)表3-1表3-1為C形槽鋼的理論重量表,我們按照整個翻轉機構的重量來初選槽鋼的尺寸，我選擇C200x70x20x3.0 規(guī)格的槽鋼來作為主體框架的焊接板材。C200x70x20x3.0 表示的意思：截面高度 H=200mm；截面寬度 B=70mm；卷邊寬度 C=20mm；厚度 t=3mm；整個槽鋼長度的選擇我們按照缸體額尺寸來選擇，如果一個翻轉臺上只加一個工位的缸體翻轉機構，那么長度就選得短一點，如果在一個翻轉臺上有幾個工位的缸體翻轉機構，那么整個翻轉臺就需要長的槽鋼來焊接而成。3.1.2 結構的成形方式我們選用槽鋼作為支架的主體材料，而將槽鋼組成整個支架，我們選擇用焊接的方式來實現(xiàn)主體框架的成形，其它部分需要通過螺栓鏈接將不同尺寸的板材連接在一起從而形成整體的翻轉機構。C 120 × 50 × 20 × 2.75 5.103 C 200 × 80 × 20 × 3.0 8.949C 120 × 50 × 20 × 3.00 6.123 C 220 × 50 × 20 × 2.5 9.420C 140 × 50 × 20 × 2.50 5.495 C 220 × 60 × 20 × 2.5 7.065C 140 × 60 × 20 × 2.50 5.888 C 220 × 70 × 20 × 2.5 7.458C 140 × 50 × 20 × 3.00 6.594 C 220 × 80 × 20 × 2.5 7.850C 140 × 60 × 20 × 3.00 7.065 C 220 × 50 × 20 × 3.0 8.243C 160 × 50 × 20 × 2.50 5.888 C 220 × 60 × 20 × 3.0 8.478C 160 × 60 × 20 × 2.50 6.280 C 220 × 70 × 20 × 3.0 8.949C 160 × 70 × 20 × 2.50 6.673 C 220 × 80 × 20 × 3.0 9.420C 160 × 50 × 20 × 2.50 7.065 C 240 × 50 × 20 × 2.5 9.891C 160 × 60 × 20 × 3.00 7.536 C 240 × 60 × 20 × 2.5 7.458C 160 × 70 × 20 × 3.00 8.007 C 240 × 70 × 20 ×2.5 7.850C 180 × 50 × 20 × 2.50 6.280 C 240 × 80 × 20 × 2.5 8.635C 180 × 60 × 20 × 2.50 6.673 C 240 × 50 × 20 × 3.0 8.949C 180 × 70 × 20 ×2.50 7.065 C 240 × 60 × 20 × 3.0 9.420C 180 × 80 × 20 ×2.50 7.458 C 240 × 70 × 20 × 3.0 9.891C 180 × 50 × 20 × 3.00 7.536 C 240 × 80 × 20 × 3.0 10.362103.2 翻轉機構軸的設計根據(jù)整個機構的運動類型，對軸進行設計，包括結構設計和工作能力計算兩方面內容。軸的結構設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結構設計是軸設計中的重要內容。1、選擇軸的材料由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45 鋼，經(jīng)調質處理硬度為 HRC40—45。2、軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。設計時，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。a 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預訂出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關系。b 軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。零件的周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等。c 各軸段直徑和長度的確定零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應力來確定軸的直徑。但在進行軸的結構設計前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭轉初步估算軸所需的直徑。一種焊接翻轉機構設計11有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑。安裝標準件部位的軸徑，應取為相應的標準值及所選配合的公差。確定各軸段長度時，應盡可能使結構緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。d 提高軸的強度的常用措施軸和軸上零件的結構、工藝以及軸上零件的安裝布置等對軸的強度有很大的影響，所以應在這些方面進行充分考慮，以利提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機器的質量，降低制造成本。1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷為了減小軸所受的彎矩，傳動件應盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度等。2）改進軸上零件的結構以減小軸的載荷通過改進軸上零件的結構也可以減小軸上的載荷。3）改進軸的結構以減小應力集中的影響軸通常是在變應力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產生應力集中，軸的疲勞破壞往往在此處發(fā)生。為了提高軸的疲勞強度，應盡量減少應力集中源和降低應力集中的程度。為此，軸肩處應采用較大的過渡圓角半徑 r 來降低應力集中。但對定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。4）改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞強度產生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強度也愈低。因此，應合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。當采用對應力集中甚為敏感的高強度材料制作軸時，表面質量尤應予以注意。表面強化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理；碾壓、噴丸等強化處理。通過碾壓、噴丸進行表面強化處理時，可使軸的表層產生預壓應力從而提高軸的抗疲勞能力。5）軸的結構工藝性軸的結構工藝性是指軸的結構形式應便于加工和裝配軸上的零件，并且生產率高，成本低。一般地說，軸的結構越簡單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結構形式盡量簡化。 3.2.1 軸徑的確定根據(jù)對旋轉軸的受力分析，在旋轉軸的軸徑最小處需要安裝手輪裝置，我們選擇軸徑為 48cm。軸的材料選擇 45 剛，經(jīng)過調質熱處理。123.2.2 軸的結構設計（1）擬定軸的裝配方案圖 3.1 基本裝配圖如圖3.1，手輪處的軸的直徑為48mm，長度與手輪連接處的寬度大致一樣為30mm，左端的階梯軸直徑為65mm，長度75mm，左端裝有一對調心軸承和軸套，軸的直徑為80mm，軸的長度為125mm，軸套的壁厚為5mm，所以調心軸承左端的軸的直徑為90mm，最左端的軸與板件，其直徑為120mm。軸的基本尺寸根據(jù)裝配需要和強度要求來選擇。（2）軸的零件的周向定位手輪和剎車是通過平鍵連接的，手輪處平鍵的截面bxh=14mmx9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工長為60mm，同時剎車裝置處的鍵選擇平鍵bxh=14mmx7mm，同樣的鍵槽需要鍵槽銑刀加工選擇平鍵為14mmx7mmx25mm。調心軸承由過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。確定軸上的圓角和倒角尺寸軸端的倒角為1x45°，各軸肩處放入倒角為R2.5mm和R5mm。軸上的載荷翻轉機構的荷載為500KG圖3.1為軸的結構圖，而做出的計算簡圖如圖一種焊接翻轉機構設計13圖3-2轉動軸受力情況示意圖由 0M?? ， 21=0FlG???；由 ， 12?；因為G=500N， =105mm,l=335mm, 所以F1=342N ；F2=156N1l ??NTM1675max32????轉動軸截面是直徑為d=80mm的圓形 ，則抗彎截面系數(shù) 333512081.0. mdW???抗扭截面系數(shù)333 42T以下進行強度校核： （1）校核正應力強度：許用應力強度[ ]=60Mpa,1??彎曲的強度條件為：14MPaWMb 327.0512067????滿足強度條件。(2）校核剪應力強度選σ=275MPa，而許用應力PaT68.7102478???max[]??，滿足強度要求。（3）精確校荷軸的疲勞強度軸的材料為45剛 ，調質處理。則 MPaaMPaB 15,275,6401???????軸承中心截面右側上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) 及 查表可得。 ???因 ， 經(jīng)插值后可查得 025.8?dr.89dD31,0????通過查附圖可得軸的材料敏感系數(shù)為 85.,2.?q故有效應力為 ??11???????26.???q尺寸系數(shù) 扭轉尺寸系數(shù) 。;67.0???8.0???軸按磨削加工表面質量系數(shù)為92.???軸未經(jīng)表面強化處理，即 ，則綜合系數(shù)為1?q8.2??????kK6.1???碳鋼的特性系數(shù) .0,2.~0????取一種焊接翻轉機構設計1505.,1.~05.??????取于是計算安全系數(shù) 值，caS.31??maK??2.41?aS???5.198.2??Sc??故可知其安全截面左側抗彎截面系數(shù)W計算得33372901.0. mdW???抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應力為N.132050???MPaWb8.729?扭矩 及扭轉切應力為3TT4.5148???過盈配合處的 ，查表可得，并取 ，于是得??k???k.016.3?53.216.8????k軸按磨削加工，則表面的質量系數(shù)為9.0???故綜合系數(shù)為25.31??????kK6.???則軸的左側的安全系數(shù)為1667.41???maKS???5.21a??.16.42????SSc??故該軸左側的強度也是足夠的，至此軸的設計計算結束。3.3 踏板、轉盤及手輪的設計在上面剛提到的那個支架的底面那塊板上再焊接一塊小的支座，是為了裝踏板所需。該踏板除了與小支座連接外還與連桿上的接頭相連接。該踏板與小支座的連接是用的是鉸鏈銷的連接方法，該鉸鏈銷由 45 鋼做成，強度是很高的。在使用過程中，還需在鉸鏈銷的上面裝上一個軸套，是為了防止使用長久后產生磨損，裝了軸套后，使用時只會對軸套有所磨損而已，一旦磨損時只需要更換軸套就可以再重新使用了，經(jīng)濟而且又方便。至于鉸鏈銷上，還應該需在其兩端各開一個銷孔，目的是在于鉸鏈銷裝好后的定位。連桿上應還需裝一個彈簧，是用于限位時的復位。連桿的頂端再焊接一個用來裝限位塊的東西，因為這只是根據(jù)限位塊的形狀而定的。軸上裝一個轉盤，用鍵以及緊定螺釘來固定，使它與軸之間能很好的裝配起來，使之不產生移位、松懈等情況。在轉盤上還可以根據(jù)實際需要開個卡槽，這個可以根據(jù)使用時客戶所需，在其所需要的任何一個角度的位子上開有個卡槽就可以了。而限位塊就是用于卡槽里的，當轉過所需的一定的角度時，放掉踏板，彈簧就復位，既可以實現(xiàn)定位了。手輪是裝在軸端的，把它做成像一般汽車上所用的方向盤形狀即可?？梢酝ㄟ^手輪來旋轉所需的角度。以上這些東西都是裝在同一個支座上的，此支座即是和支架上的那塊連接板一起用螺栓進行固定的。3.4 平衡塊的設計平衡塊是單獨裝在另外一根左邊的軸上的。先是用一塊板通過鍵固定在軸上，而平衡塊則是和這塊板通過螺栓而連接在一起的。至于板的多少塊是根據(jù)實際需要增加或減少的。裝平衡塊的目的是在于調節(jié)旋轉力的輕重，使得在旋轉時可以調節(jié)到最佳的舒適度，從而達到最佳的效果。這樣，整個機構就此設計完成了。一種焊接翻轉機構設計174 標準件的選用 4.1 軸承的選擇4.1.1 軸承的基本概念滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要原件之間的滾動接觸來支18撐轉動零件的，滾動軸承已經(jīng)標準化。滾動軸承具有具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等優(yōu)點。4.1.2 滾動軸承的主要類型、比較和選擇軸承的選擇應該考慮幾個主要因素：（一）軸承的載荷軸承所受的載荷的大小、方向和性質是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小來選擇軸承類型時，由于滾子軸承中主要原件是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承主要是點接觸，宜用于承受較輕的或者中等的載荷，故在載荷較小時可以優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承的類型時，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可以選用推力球軸承；較大的純軸向負載可以選擇推力滾子軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或者滾針軸承。當軸承在承受徑向載荷的同時，還有不大的軸向負荷時，可以選用深溝球軸承或者角接觸軸承或者圓錐滾子軸承；當軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸軸承或者圓錐滾子軸承，或者向心軸承和推力軸承組合雜一起的機構。（二）軸承的轉速從工作的轉速對軸承的確定應該確定一下幾點：1）球軸承和滾子軸承比較，有較高的極限轉速，故在高速時應有線選用球軸承。2）在內徑相同的條件下，外徑越小，則滾動體就越小，運轉時滾動體加在外圈滾道傷的離心力也就越小。因而也就適合在更高的轉速小工作。故在告訴時，宜選用相同內徑而外徑較小的軸承。若用一個外徑較小的軸承而承載能力達不到要求時，可再并裝一個相同 的軸承。外徑較大的軸承適合低俗重載的場合。3）保持架的材料與結構對軸承轉速影響較大。實體保持架比沖壓保持架允許高一些的轉速，青銅實體保持架允許更高的轉速。4)推力軸承的極限速度均很低。當工作轉速較高時，若軸向載荷不十分大，可以采用角接觸軸承承受純軸向力。5)若工作轉速略超過樣本中規(guī)定的極限轉速，可以選用較高公差等級的軸承，或者選用較大游隙的軸承，采用循環(huán)潤滑或者油霧潤滑，加強對循環(huán)油的冷卻等措施來改善軸承的高速性能。若搞左轉速超過極限轉速較多，應選用特制的高速滾動軸承。（三）軸承的調心功能當軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力彎曲或者傾斜時，會造成軸承內外圈軸線發(fā)生傾斜。這時，應采用有一定調心能力的調心軸承或者帶座外球面軸承。這類軸承在軸與軸承座孔的軸線有不大的相對偏斜時仍能正常工作。滾子軸承對軸承的偏斜最為敏感，這類軸承在偏斜狀態(tài)下的承載能力可能低于球軸承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支撐剛度較低時，或者較大偏轉力距作用時，應盡量一種焊接翻轉機構設計19避免使用這類轉矩。(四 )軸承的安裝和拆卸便于裝卸，也是選擇軸承類型時因考慮的一個因素。在軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和裝卸軸承部件。此外，軸承類型的選擇應該考慮軸承裝置整體設計要求，主要是解決軸承的安裝、配置、緊固、調節(jié)、潤滑、密封等問題.如果僅按軸承用于承受外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類。向心軸承主要承受徑向載荷載荷，推力軸承只承受軸向載荷，向心推力軸承能夠同時承受徑向和軸向載荷。據(jù)此我們進行軸承的選擇。（1）調心球軸承如圖調心球軸承徑向載荷能力比較小，因外圈滾道表面以軸承中點的球面，故能自動調心，可承受較大的徑向載荷，同時也能承受一定的軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故具有調心性能，當軸受力彎曲或傾斜而使內圈中心線與外圈中心線相對傾斜不超過 1°～2.5°時，軸承仍能工作。一般適用于調心球軸承適用于承受重載荷與沖擊載荷、精密儀表、低噪音電機、汽車、摩托車、冶金、軋機、礦山、石油、造紙、水泥、榨糖等行業(yè)及一般機械等。圖 4.1 調心球軸承（2）調心滾子軸承如圖調心滾子軸承的性能和特點和調心軸承相同，但是具有較大的徑向載荷能力允許內圈對外圈軸線偏斜量≦1.5°~2.5°。同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調心性能良好，能補償同軸度誤差。一般用在造紙機械、減速裝置、鐵路車輛車軸、軋鋼機齒輪箱軸承座、軋鋼機輥子、破碎機、振動篩、印刷機械、木工機械、各類產業(yè)用減速機、立式帶座調心軸承。20圖4.2調心滾子軸承（3）深溝球軸承如圖當量摩擦系數(shù)最小，在高速轉動時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內、外軸線偏斜量≦8'~16'，大量生產，價格低。深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。當其僅承受徑向載荷時，接觸角為零。當深溝球軸承具有較大的徑向游隙時，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 ，深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉速也很高。一般用在深溝球軸承可用于變速箱、儀器儀表、電機、家用電器、內燃機、交通車輛、農業(yè)機械、建筑機械、工程機械、滾軸式輪滑鞋、悠悠球等一種焊接翻轉機構設計21圖4.3深溝球軸承（4）角接觸球軸承如圖可同時承受徑向負荷和軸向負荷。能在較高的轉速下工作。由于一個軸承只能承受單向的軸向力，因此一般成對使用。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取 15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。一般使用在機床主軸、高頻馬達、燃汽輪機、離心分離機、小型汽車前輪、差速器小齒輪軸、油泵、羅茨鼓風機、空氣壓縮機、各類變速器、燃料噴射泵、印刷機械。圖 4.4 角接觸球軸承通過對上述調心球軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承和角接觸球軸承的詳細敘述，及各種軸承的性能和特點的比較，還有對整個翻轉機構要實現(xiàn)的功能和徑向、軸向的負載情況來選擇。翻轉機構的旋轉軸主要承受徑向載荷，而且在旋轉軸轉動時翻轉軸心可能會偏離，綜上所述選擇調心滾子軸承比較合適。調心滾子軸承在徑向有很大的負荷能力，而且調心性能較好，能夠彌補同軸度誤差。4.1.3 軸承型號的確定根據(jù)軸的工作情況及客戶所指定的購入品廠家要求，這里選用調心滾子軸承型號為22316C [GB/T281-1994]。調心滾子軸承如圖：22圖4.5滾子調心軸承內徑 80外徑 170寬度 60基本定額動負荷 Cr(N):571基本定額靜負荷 Cor(N):189由機械設計手冊查得：fp=1.0 (軸承所受載荷平穩(wěn))調心滾子軸承的定義：調心滾子軸承是在有二條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間，組裝著鼓形滾子的軸承。調心滾子軸承簡介：調心滾子軸承具有兩列滾子，主要承受徑一載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調心性能良好，能補償同軸度誤差。 調心滾子軸承有兩列對稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內圈有兩條與軸承軸線傾斜一角度的滾道，具有良好的調心性能，當軸受力彎曲或安裝不同心時軸承仍可正常使用，調心性隨軸承尺寸系列不同而異，一般所允許的調心角度為 1~2.5 度 ，該類型軸承的負荷能力較大，除能承受徑向負荷外軸承還能承受雙向作用的軸向負荷，具有較好的抗沖擊能力，一般來說調心滾子軸承所允許的工作轉速較低。調心滾子軸承按滾子截面形狀分為對稱形球面滾子和非對稱形球面滾子兩種不同結構，非對稱調心滾子軸承屬早期產品，目前主要是為主機維修服務，新設計主機時則很少選用對稱形調心滾子軸承，內部結構經(jīng)過全面改進設計及參數(shù)優(yōu)化，與早期生產的調心滾子軸承相比，能夠承受更大的軸向負荷，這種軸承的運行溫度較低，故可適應較高轉速一種焊接翻轉機構設計23的要求，根據(jù)內圈有無擋邊及所用保持架的不同可分為 C 型與 CA 型兩種,C 型軸承的特點是內圈無擋邊和采用鋼板沖壓保持架,CA 型軸承的特點則為內圈兩側均有擋邊和采用車制實體保持架為了改善軸承的潤滑, 可向用戶提供外圈帶有環(huán)狀油槽和三個油孔的調心滾子軸承,以軸承后置代號/W33 表示,根據(jù)用戶的要求也可供應帶內圈油孔的調心滾子軸承,為了便于客戶裝卸和更換軸承, 還可提供內孔帶有錐度的調心滾子軸承軸承,錐孔錐度為1:12 以后置代號為 K 表示,為了適應特殊用戶的要求也可提供內孔錐度為 1:30 的軸承,其后置代號為 K30 內孔帶錐度的軸承可用鎖緊螺母將軸承直接裝在錐形軸頸上,也可借助緊定套或退卸套將軸承安裝在圓柱形軸頸上。4.1.4 軸承的壽命軸承轉速為 min30r[1] 計算徑向力： Fr=156N[2] 計算當量動載荷 825.0196?orCF由線形插值法：X=1.0P=Fr=156N[3] 軸承壽命的計算6366 10570101???????????????hPCnLh式中：L——額定壽命，單位是 10^6；C——額定動負荷（kg） ；P——當量動載荷（ kg） ；Lh——額定壽命（h） ；n——工作轉速（r/min）.故所選的軸承合格。4.2 其它標準件選用4.2.1 軸承座的選用軸承座的選用是根據(jù)軸承而定的，以上，軸承所選的是 22316C [GB/T281-1994]調心滾子軸承，所以在此選用 SN316 [GB/T7813-2008] 的軸承座。軸承座 SN316 如圖：24圖4.6 軸承座4.2.2 軸套的選用軸套是根據(jù)軸的規(guī)格以及實際需要來選的。鉸鏈銷上的軸套選擇：1215 SF-2軸套 SF-2 如圖：