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当前位置:首页 > 森灿资讯 > 森灿动态 森灿为 大家讲述焊接变位机设计计算 时间:2019-03-15 点击量:
焊接变位机在焊接 工业中发挥的作用越来越重要,随着技术的进步,变位机 的性能也在不断改善,下面焊接变位机厂家--济南鑫 浩焊接技术有限公司为大家讲述焊接变位机的设计计算的一些内容,大家可 以简单了解一下。
2.1 设计流程
焊接变 位机作为一种非标产品,其设计 具有较大的灵活性,主要设 计依据是焊接工件及焊缝的形状特征信息,在设计 过程中还需综合考虑多方面的因素,如工件 的焊接方法及其工艺规范等。作为传 统的非标设备一般遵循的流程如图1所示。
焊接变位机
此流程 适用于大多非标设备的设计,但实际 应用时不可能完全拘泥于此,这也是 后续需要论证的设计方法问题。
2.2 设计计算
图2为一种 典型的双持双轴变位机结构,本研究 暂不考虑其水平回转,只针对 其垂直回转进行设计计算,对其一 些关键参数给与校核并阐述其设计过程,提出设 计中的一些容易忽视的问题点。
焊接变位机
此结构为一种 典型的双持双轴变位机结构,伺服电机直连减速机,再通过 二级齿轮减速机构,经由机架、轴承固 定连接大回转结构,整个回转结构由M1~M7七部分组成,分别为配重1、2,托架3、4,工件5,水平回转轴6及工作台7。整个回 转结构借助三维设计软件Pro/E完成造型,通过设 定回转中心坐标等操作,可自动 计算生成整个回转机构的质量属性:总质量M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7=6 586 kg,质心位置即偏心距L=0.054 m。
根据工 件外形尺寸及质量,基于经 验选济南焊接变位机的电机、减速机 型号并确定大小齿轮参数:
电机为3.5 kW伺服电机。
减速机为住友F2C系列F2C-T555-171(减速比i=171)。
大小齿轮为齿数比114∶62。
电机输出额定扭矩
T1=Ti1i2=16.6×171×114/62=5 219 N·m
工作系统扭矩
T2=MLg=6 586×0.054×9.8=3 485 N·m
负载率
η=T2/T1=3 485/5 219=67%
此负载 率为变位机设计时的一个硬性参数,必须在许用范围内。根据实际使用经验,此值需 要赋予一个安全系数,即并不 是算出来的负载率在100%之内就满足使用,一般而言,对于较小电机系统(2 kW以内),负载率一般不要超过70%,大些的电机(3.5 kW以上)可以适当提高,一般不超过100%。
变位结 构设计中的另一个重要参数即惯性扭矩,除了系 统运转时所承受的额定扭矩外,系统在启动和停止时,整个回 转机构的自身质量惯性会对电机、减速机 等系统元件产生一个惯性冲击,称之为 惯性扭矩或者惯性力矩。惯性扭 矩是在系统设计时很容易被忽视的一个校核参数。此时,需要电机、减速机 等系统主要元件在满足负载率的前提下还要能承受系统的惯性扭矩,在此对电机进行校核:
系统额定扭矩
焊接变位机
整个回 转机构转动惯量
焊接变位机
通过查 阅相关参数表得到电机、减速机自身转动惯量,通过计 算得到大小齿轮自身转动惯量,通过不 同减速级换算到电机轴上的等价转动惯量,加之计 算得到的回转机构转动惯量,得出总的转动惯量I,如表1所示。
焊接变位机
角加速度
此处加速时间设定为0.5 s,在一些 较大变位结构中此时间值可设置大一些,这样可 以降低系统对电机、减速机 等元件的惯性冲击。如在一 些厚板变位结构中可以将启动或停止时间设定为1 s,此设定 在控制器中完成。
图3展示了变位机在启动-运转-停止的整个过程中,系统电机速度、扭矩随 时间变化的情况。
图3 变位机扭矩变化示意
焊接变位机
惯性扭矩
焊接变位机
电机所承受最大扭矩
焊接变位机
获得的结论:系统的额定扭矩13.6 N·m≤电机额定扭矩16.6 N·m;系统的最大扭矩15.28 N·m≤电机最大扭矩50 N·m。满足使用要求。
在校核 电机承载力的过程中,除需要考虑回转机构,即工件 和夹具平台的转动惯量外,电机、减速机 及大小齿轮等系统元件的转动惯量也不容忽视。在计算 实例中并未体现出系统惯性扭矩对电机承载能力有多大的影响,但节构稍加变动,将极大 体现出惯性扭矩校核的重要性。
从表1可以看出,电机、减速机 自身质量转动惯量对电机扭矩影响占比较大,小齿轮 之后包含小齿轮由于存在一个减速比平方的因子,而使转 换到电机轴上的转动惯量都相对较小。假设一:如果改 用一个自身质量惯量较大的减速机,如帝人RD系列减速机,其自身 质量惯量将提升一个数量级,达到现在数值的10~20倍,惯性对 系统的影响将会明显加大;假设二,如果本 结构采用的是电机直连齿轮结构再连接减速机,则齿轮 结构对电机轴的等价转动惯量将是一个很大的数值,惯性力矩变大,导致系 统启动或停止时电机的最大扭矩大幅提升,很有可 能超出电机的最大扭矩值,可见惯 性扭矩校核的重要性。
依据同 样的思路需要对减速机、轴承等 关键件负载相关参数进行校核。
基于具 体实例完整的论述了焊接变位机在设计过程中一些关键参数的设计计算过程,通过思 路转换强调了惯性扭矩校核的重要性,并结合 实际经验提出电机负载相关的安全系数参考值及变位机启动停止时间的经验值。
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