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焊接變位機(jī)在焊接工業(yè)中發(fā)揮的作用越來越重要，隨著技術(shù)的進(jìn)步，變位機(jī)的性能也在不斷改善，下面焊接變位機(jī)廠家--濟(jì)南鑫浩焊接技術(shù)有限公司為大家講述焊接變位機(jī)的設(shè)計計算的一些內(nèi)容，大家可以簡單了解一下。
2.1 設(shè)計流程
焊接變位機(jī)作為一種非標(biāo)產(chǎn)品，其設(shè)計具有較大的靈活性，主要設(shè)計依據(jù)是焊接工件及焊縫的形狀特征信息，在設(shè)計過程中還需綜合考慮多方面的因素，如工件的焊接方法及其工藝規(guī)范等。作為傳統(tǒng)的非標(biāo)設(shè)備一般遵循的流程如圖1所示。
焊接變位機(jī)
此流程適用于大多非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計，但實際應(yīng)用時不可能完全拘泥于此，這也是后續(xù)需要論證的設(shè)計方法問題。
2.2 設(shè)計計算
圖2為一種典型的雙持雙軸變位機(jī)結(jié)構(gòu)，本研究暫不考慮其水平回轉(zhuǎn)，只針對其垂直回轉(zhuǎn)進(jìn)行設(shè)計計算，對其一些關(guān)鍵參數(shù)給與校核并闡述其設(shè)計過程，提出設(shè)計中的一些容易忽視的問題點。
焊接變位機(jī)
此結(jié)構(gòu)為一種典型的雙持雙軸變位機(jī)結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)直連減速機(jī)，再通過二級齒輪減速機(jī)構(gòu)，經(jīng)由機(jī)架、軸承固定連接大回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，整個回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由M1～M7七部分組成，分別為配重1、2，托架3、4，工件5，水平回轉(zhuǎn)軸6及工作臺7。整個回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)借助三維設(shè)計軟件Pro/E完成造型，通過設(shè)定回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)等操作，可自動計算生成整個回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量屬性：總質(zhì)量M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7=6 586 kg，質(zhì)心位置即偏心距L=0.054 m。
根據(jù)工件外形尺寸及質(zhì)量，基于經(jīng)驗選濟(jì)南焊接變位機(jī)的電機(jī)、減速機(jī)型號并確定大小齒輪參數(shù)：
電機(jī)為3.5 kW伺服電機(jī)。
減速機(jī)為住友F2C系列F2C-T555-171（減速比i=171）。
大小齒輪為齒數(shù)比114∶62。
電機(jī)輸出額定扭矩
T1=Ti1i2=16.6×171×114/62=5 219 N·m
工作系統(tǒng)扭矩
T2=MLg=6 586×0.054×9.8＝3 485 N·m
負(fù)載率
η=T2/T1=3 485/5 219=67％
此負(fù)載率為變位機(jī)設(shè)計時的一個硬性參數(shù)，必須在許用范圍內(nèi)。根據(jù)實際使用經(jīng)驗，此值需要賦予一個安全系數(shù)，即并不是算出來的負(fù)載率在100％之內(nèi)就滿足使用，一般而言，對于較小電機(jī)系統(tǒng)（2 kW以內(nèi)），負(fù)載率一般不要超過70％，大些的電機(jī)（3.5 kW以上）可以適當(dāng)提高，一般不超過100％。
變位結(jié)構(gòu)設(shè)計中的另一個重要參數(shù)即慣性扭矩，除了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時所承受的額定扭矩外，系統(tǒng)在啟動和停止時，整個回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的自身質(zhì)量慣性會對電機(jī)、減速機(jī)等系統(tǒng)元件產(chǎn)生一個慣性沖擊，稱之為慣性扭矩或者慣性力矩。慣性扭矩是在系統(tǒng)設(shè)計時很容易被忽視的一個校核參數(shù)。此時，需要電機(jī)、減速機(jī)等系統(tǒng)主要元件在滿足負(fù)載率的前提下還要能承受系統(tǒng)的慣性扭矩，在此對電機(jī)進(jìn)行校核：
系統(tǒng)額定扭矩
焊接變位機(jī)
整個回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量
焊接變位機(jī)
通過查閱相關(guān)參數(shù)表得到電機(jī)、減速機(jī)自身轉(zhuǎn)動慣量，通過計算得到大小齒輪自身轉(zhuǎn)動慣量，通過不同減速級換算到電機(jī)軸上的等價轉(zhuǎn)動慣量，加之計算得到的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量，得出總的轉(zhuǎn)動慣量I，如表1所示。
焊接變位機(jī)
角加速度
此處加速時間設(shè)定為0.5 s，在一些較大變位結(jié)構(gòu)中此時間值可設(shè)置大一些，這樣可以降低系統(tǒng)對電機(jī)、減速機(jī)等元件的慣性沖擊。如在一些厚板變位結(jié)構(gòu)中可以將啟動或停止時間設(shè)定為1 s，此設(shè)定在控制器中完成。
圖3展示了變位機(jī)在啟動-運轉(zhuǎn)-停止的整個過程中，系統(tǒng)電機(jī)速度、扭矩隨時間變化的情況。
圖3 變位機(jī)扭矩變化示意
焊接變位機(jī)
慣性扭矩
焊接變位機(jī)
電機(jī)所承受最大扭矩
焊接變位機(jī)
獲得的結(jié)論：系統(tǒng)的額定扭矩13.6 N·m≤電機(jī)額定扭矩16.6 N·m；系統(tǒng)的最大扭矩15.28 N·m≤電機(jī)最大扭矩50 N·m。滿足使用要求。
在校核電機(jī)承載力的過程中，除需要考慮回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，即工件和夾具平臺的轉(zhuǎn)動慣量外，電機(jī)、減速機(jī)及大小齒輪等系統(tǒng)元件的轉(zhuǎn)動慣量也不容忽視。在計算實例中并未體現(xiàn)出系統(tǒng)慣性扭矩對電機(jī)承載能力有多大的影響，但節(jié)構(gòu)稍加變動，將極大體現(xiàn)出慣性扭矩校核的重要性。
從表1可以看出，電機(jī)、減速機(jī)自身質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)扭矩影響占比較大，小齒輪之后包含小齒輪由于存在一個減速比平方的因子，而使轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量都相對較小。假設(shè)一：如果改用一個自身質(zhì)量慣量較大的減速機(jī)，如帝人RD系列減速機(jī)，其自身質(zhì)量慣量將提升一個數(shù)量級，達(dá)到現(xiàn)在數(shù)值的10～20倍，慣性對系統(tǒng)的影響將會明顯加大；假設(shè)二，如果本結(jié)構(gòu)采用的是電機(jī)直連齒輪結(jié)構(gòu)再連接減速機(jī)，則齒輪結(jié)構(gòu)對電機(jī)軸的等價轉(zhuǎn)動慣量將是一個很大的數(shù)值，慣性力矩變大，導(dǎo)致系統(tǒng)啟動或停止時電機(jī)的最大扭矩大幅提升，很有可能超出電機(jī)的最大扭矩值，可見慣性扭矩校核的重要性。
依據(jù)同樣的思路需要對減速機(jī)、軸承等關(guān)鍵件負(fù)載相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校核。
基于具體實例完整的論述了焊接變位機(jī)在設(shè)計過程中一些關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計計算過程，通過思路轉(zhuǎn)換強(qiáng)調(diào)了慣性扭矩校核的重要性，并結(jié)合實際經(jīng)驗提出電機(jī)負(fù)載相關(guān)的安全系數(shù)參考值及變位機(jī)啟動停止時間的經(jīng)驗值。
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