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埋弧焊机送丝机构设计

埋弧焊机送丝机构设计

埋弧焊机送丝机构设计毕业设计（论文）班级专业题目学生姓名指导教师年月日摘要摘要焊接是利用局部加热的方法使连接件接头处的材料熔融连成一体。

目前在工业生产中，广泛用于造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中，焊接已经一种重要的机械连接方式。

在焊接过程中，传统的手工送丝具有以下缺陷：

送丝准确性差、一致性差、送丝不稳定。

这将引起焊接生产效率低下，焊接成型一致性差等问题，阻碍焊接在工业中的进一步应用。

另外，手动送丝时拿捏焊丝的长度有限，长时间焊接时需要频繁拿取焊丝，焊接效率较低。

且每段焊丝焊接完成时都会留存一小段焊丝无法使用，造成了焊丝资源浪费，提高了生产成本。

为了解决上述手工送丝过程中的缺陷，本文设计了一种全齿轮送丝机构，该送丝机构包含矫直模块、传动模块和压紧模块。

矫直模块采用水平和竖直双向矫直方式，可以获得直线性较好的焊丝，有助于提高焊接质量。

传动模块采用四轮传送方式，两两在上，两两在下，有效增加推送力。

压紧模块主要是解决传送不同焊丝时上下传送轮之间的间隙，通过调节二者之间的距离，即可传动不同直径的焊丝。

在Proe中详细设计了送丝机各个零部件的模型，并对送丝机进行了装配。

装配结果显示，各零件尺寸设计合理，无干涉现象。

关键词：

焊接；送丝机；ProeI目录目录摘要I导言.11绪论11.1焊接技术简介11.2送丝机构发展现状11.3本文研究内容22送丝机构的设计22.1初始参数及电机选型22.1.1确定初始参数22.1.2传动电机选型22.2总体设计方案32.3主要零件详细设计32.3.1矫直轮选型32.3.2主动轮设计42.3.3中间轮设计42.3.4传动轮设计52.3.5送丝轮设计62.3.6中间轴设计62.3.7压紧设计72.3.8其他零部件设计72.4本章小结73送丝机构的装配73.1Proe简介73.2主要零件建模83.2.1齿轮的设计83.2.2送丝轮建模113.2.3中间轴建模123.3三维装配133.3.1矫直机构装配133.3.2送丝机构装配173.3.3整机装配213.4本章小结214结论224.1总结224.2展望22参考文献231作者：

埋弧焊送丝机构设计埋弧焊送丝机构设计导言：

随着焊接技术在工业生产中的广泛应用，如何解决传统手动送丝中一致性差等问题，本文设计了一种全齿轮自动送丝机构。

1绪论1.1焊接技术简介焊接是利用局部加热（加压）的方法使连接件接头处的材料熔融连成一体。

目前在工业生产中，广泛用于造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。

与其他机械连接方式相比，焊接具有以下几个特点[1]：

（1）连接性能好。

焊缝有良好的物理特性，能够适应高低温、高低压、具有良好的密封性和耐磨性。

（2）重量轻。

由于焊接是依靠接触件之间的原子结合而形成的连接方式，因此，其重量较轻，在船舶、飞机、车辆等使用该连接方式可以减少其自身重量，提高运载能力。

（3）省料、成本低。

与铆接相比，焊接可以节省10%到20%的金属材料。

（4）简化工艺。

对于一些重型、大型、复杂的零部件，如果使用焊接取代铸造或者锻造工艺，可以节约零件的生产周期。

1.2送丝机构发展现状送丝机构一般由以下几部分组成[2]：

焊丝盘、矫直轮、传动轮、电机、送丝轮和底座。

目前，焊丝盘多为外向式丝盘。

焊丝绕在丝盘上，应密排紧绕，防止出现焊丝间的相互牵扯，影响正常送丝。

矫直轮可以去除焊丝的弯曲形状，获得较好直线性的焊丝，便于传送。

电机经传动轮后，将动力传至送丝轮。

依靠上下送丝轮之间的摩擦力，实现对焊丝的自动传送。

按照送丝方式，可将送丝机构分为以下几类[3]：

（1）推式送丝推丝式送丝机构的送丝滚轮位于送丝软管之后,其焊丝盘、送丝电机、减速装置、送丝滚轮等通常单独组成一个整体。

其优点是构造简单、焊枪轻便。

但不适宜推送细直径软质焊丝。

送丝距离一般只有3m左右。

这种送丝机构应用广泛.

（2）拉式送丝拉丝式送丝机构的送丝滚轮位于送丝软管之前,即安装在焊枪上。

这种送丝机构灵活性好,不易出现焊丝卡死现象,送丝速度稳定。

但因送丝滚轮装在焊枪上,焊枪显得较重。

操作者容易疲劳;（3）推拉丝式送采用推丝、拉丝并用的送丝方式。

其中推丝电机是主要的动力,它保证等速推进焊丝,拉丝电机只保证随时将软管内的焊丝拉直。

这种送丝机构可保证10～20m距离内可靠的送丝。

但机构复杂,目前应用不多。

1.3本文研究内容本文设计了一种全齿轮送丝机构，该送丝机构包含矫直模块、传动模块和压紧模块。

矫直模块采用水平和竖直双向矫直方式，可以获得直线性较好的焊丝，有助于提高焊接质量。

传动模块采用四轮传送方式，两两在上，两两在下，有效增加推送力。

压紧模块主要是解决传送不同焊丝时上下传送轮之间的间隙，通过调节二者之间的距离，即可传动不同直径的焊丝。

详细设计送丝机构各个零部件尺寸，绘制二维图与三维图，并完成送丝机构的三维装配。

结果表明，本文所设计的送丝机构符合设计要求，各零件尺寸装配时无干涉现象。

2送丝机构的设计2.1初始参数及电机选型2.1.1确定初始参数本文设计的送丝机构参数如表1所示。

表1送丝轮初始参数送丝速度v/（m/min）0.2焊丝直径d（mm）22.1.2传动电机选型现有送丝系统中，常用电机主要有步进电机、直流伺服电机、印刷电机和交流伺服电机[4]。

各种电机均有各自的优缺点，本文选用交流伺服电机，这种电机具有调速范围宽、稳速精度高、动态相应快以及在较宽的范围内产生理想的转矩等良好的技术性能。

而且具有结构紧凑、外形小、重量轻，可实现高转矩/惯量比，动态响应好，运行平稳，适宜于高速、高精度、频繁起动与停止、快速定位等场合，且电机不需维护、能在恶劣环境下工作。

对于齿轮传动，根据齿轮圆周速度v与齿轮节圆直径D之间的关系：

得：

电机输出转速n上式中，D取值52，代入相关数据得：

n=73.5r/min。

初选ASMT02L250型交流伺服电机，其输出功率P=0.2Kw，额定转速n0=3000rpm，减速机选用APEX10。

2.2总体设计方案本文设计的送机机构方案如图1所示，该送丝机构为全齿轮传动方式，焊丝首先经过矫直滚轮矫直以后，开始送丝。

主动轮安装在电机输出轴上，为了实现一个主动轮驱动两个传动轮，特设计了一个中间轮。

中间轮的作用一方面是将主动轮的转动传递给两个传递轮，同时也拉开了两个送丝轮之间的距离，有利于传送焊丝。

图1整体方案设计2.3主要零件详细设计2.3.1矫直轮选型矫直轮的作用主要是对焊丝进行矫直，可以使送出的铝焊丝应具有良好的指向稳定性，有利于提高焊接处质量。

并且，较直的焊丝也减少了焊丝与导丝管之间的摩擦，利于保护焊丝表面，同时降低了传递阻力。

目前市场上有多种型号的矫直滚轮，本文选用的是V625/120滚轮轴承，其主要参数如表2所示。

这种滑轮轴承为轴承钢材质，整体轴承经过淬火热处理，沟道经过精磨处理。

产品硬度大，精度高，可承受高转速、大负荷。

表2V625/120主要参数型号V625/120尺寸内径（d/mm）5外径（D/mm）16宽度（B/mm）5槽宽（H/mm）1.5槽深（C/mm）0.75角度（A/°）120备注高精度轴承钢适合高转速2.3.2主动轮设计主动轮安装在电机的输出轴上，采用标准圆柱直齿轮形式，基本参数如表3所示。

依据此参数，设计的主动轮图纸如图2所示。

在主动轮中心孔上开有键槽，与电机输出轴通过平键配合。

表3主动轮主要设计参数齿数模数/mm压力角/°齿宽/mm齿顶高系数顶隙系数变位系数x301201510.250图2主动轮图纸2.3.3中间轮设计中间轮齿数为90，齿宽为12，其余参数同主动轮表3所示。

在中间轮上开有键槽，与中间轴配合。

中间轮上开有直径为16减重孔，均布在60的圆周上。

中间轮材料选用高强度尼龙材料，这种材料不仅强度大，而且质量轻。

在传递过程中的噪音也较金属齿轮小。

图3中间轮设计图纸2.3.4传动轮设计传动轮主要是把电机的动力传递给焊丝，推送焊丝向前运动。

为了节约安装空间，将传动轮设计成齿轮轴形式，如图4所示，传动轮齿数为30，齿宽15，其余参数同主动轮。

齿轮轴与齿轮和轴配合使用相比，具有传动精度高，安装简单等优点。

由于送丝机送丝时，既要保证齿轮的啮合中心距，又要保证压紧焊丝的同时，给送丝轮留一定的备磨量。

因此，在传动齿轮的另一端，设计有送丝部分。

这样满足了送丝机送丝时的要求，同时保证了送丝部分和传动轮的同轴度，减小了径向跳动，提高了送丝的稳定性。

在动轮送丝部分处，开有半径为1的半圆槽，在送丝轮上也开有同样大小的半圆槽。

当二者配合传动时，即可形成一个直径为2的圆槽，焊丝即是通过这个圆槽进行传递的。

为了减少送丝部分的磨损，在送丝部分的外圆周上套上一圈耐磨橡胶圈。

这种橡胶圈的的作用有以下几点：

（1）改变了原有依靠焊丝与送丝轮之间的接触方式，由原来的硬硬接触修改为硬软接触。

这样不仅减少了传动轮与送丝轮对焊丝表面的划伤，影响焊丝的焊接质量；同时也减少了焊丝对传动轮与送丝轮表面的磨损，延长了其使用寿命。

（2）提高了送丝力。

由于焊丝与橡胶带之间的摩擦系数要大于与金属之间的摩擦系数。

因此，在同样压紧力的条件下，本文设计的送丝方式可以获取更大的送丝力。

（3）加大了接触面积。

在同样的预紧力下，接触面积增大，可以减少焊丝单位接触面积上的压力，使得焊丝受力较小，防止送丝过程中焊丝的变形。

在送丝处两端有高为0.5mm的凸缘，可以有效防止橡胶圈在传动过程中的跑偏，选择橡胶圈厚度为2mm。

图4传动轮设计图纸2.3.5送丝轮设计送丝轮的设计同传动轮送丝部分设计，只不过送丝轮上不需要有齿轮部分。

通过送丝轮与传动轮之间的压力，使得焊丝具有向前运动的动力。

其设计图纸如图5所示。

图5送丝轮设计图纸2.3.6中间轴设计中间轮安装在中间轴上进行动力的传递。

中间轴上有8*7*14的平键，与中间轴键槽配合，实现运动的传递。

其设计图纸如图6所示。

图6中间轴设计图纸2.3.7压紧设计焊丝是通过送丝轮与传动轮之间的摩擦进行输送的。

将送丝轮与传动轮的中心距设计成可调的结构，这样一方面可以使得该送丝机构可以输送不同直径的焊丝，另一方面也可以解决焊丝直径突变引起的卡滞现象。

因此，需要有一个压紧力可调装置，可以调节传动轮与送丝轮之间的中心距。

2.3.8其他零部件设计其他零部件包括主要零件的安装座、安装板等，这些零件的尺寸设计要根据装配时，具体确定。

因此，此处省略，具体设计见三维设计。

2.4本章小结本章根据送机机构的初始设计参数，对驱动电机进行选型。

提出了整体设计方案，并根据此方案，详细设计了各个主要零件。

为第3章零件的三维建模及整体装配做了基础。

3送丝机构的装配3.1Proe简介Proe是由美国参数技术公司（PTC）研发，于1988年发行的全方位的3D产品开发软件，集成了零件设计，产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程。

作为三维CAD市场的领导者，目前广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。

Proe的参数式设计具有以下特性[5]：

（1）三维实体模型（Solidmodel）：

用户可以随时计算零件的体积、面积、质量中心、惯性矩等，了解产品的真实性。

（2）单一数据库（Singledatabase）：

当三维实体模型改变时，由其生成的二维工程图尺寸也会随着改变；反之亦然。

这样可以保证设计模型的准确性，避免反复修正。

符合现代产业中同步工程的概念。

（3）以特征为设计单位（Feature-baseddesign）：

对拉伸、剪切、旋转、钻孔等基本特征为设计单元，用户使用时有直观的感觉，便于初学者入门学习使用。

（4）参数式设计（Parametricdesign）：

用户可以运用强大的数学运算方式，创建各尺寸参数之间的关系式，使得模型可以自动计算出相应的外形，减少尺寸逐一修改时的烦琐费时，并减少错误的发生。

3.2主要零件建模根据2.3中设计的主要零部件，在Proe中设计其三维模型。

3.2.1齿轮的设计随着Proe的广泛应用，一套包含国标零件的标准零件库被开发出来，此标准零件库包含机械设计中的所有常用标准件的三维模型，比如：

齿轮、轴承、螺栓、电机、液压元件等。

因此，主动轮、中间轮和传动轮均采用调取标准件中齿轮模型，利用Proe零件的再生功能，输入所需零件的相应参数，重新生成所需模型。

主动轮的建模具体步骤如下：

（1）调取标准库中齿轮零件在Proe中调取标准库中直齿圆柱齿轮，如图7所示，此齿轮的基本参数需要重新定义，才能生成所需的齿轮。

图7标准库中齿轮模型

（2）再生新齿轮选择Proe菜单中的再生管理器，弹出如图8所示的菜单，菜单中各参数意义从上往下依次是：

模数、齿数、压力角、齿宽、齿顶高系数、齿底隙系数和变位系数。

依次输入表3中齿轮设计参数，即可得到所设计的齿轮。

图8菜单管理器（3）创建凸台选择齿轮一个端面，单击，创建草图圆；然后单击，完成草图绘制；最后单击，拉伸长度为5，即可完成凸台的创建。

图9创建凸台（4）创建轴孔及键槽选择凸台的端面，绘制草图，然后选择，并且选择，表示切除操作，即可完成轴孔及键槽的创建。

图10创建轴孔及键槽图11齿轮成形过程重复上述

（1）~（4）中的步骤，根据2.2中中间轮和传动轮的设计参数及设计尺寸创建相应草图，然后运用拉伸、旋转等操作，得到中间轮和传动轮的三维模型，这三种齿轮模型如表4所示。

表4齿轮建模主视图侧视图主动轮中间轮传动轮3.2.2送丝轮建模由于送丝轮属于旋转体，因此，利用proe中旋转特征，具体创建步骤如下：

（1）创建草图按照2.3.5中设计的尺寸，建立送丝轮草图，如图12所示。

图12送丝轮草图

（2）旋转草图将

（1）中草图绕A2轴线旋转，得到旋转体特征。

图13旋转（3）创建U型槽在直径50的圆柱中段绘制半径为1的圆槽，然后旋转，即可得到送丝轮模型。

图14送丝轮模型3.2.3中间轴建模中间轴的建模过程同送丝轮，首先需要根据2.3.6中的设计尺寸绘制草图，然后旋转，得到圆柱模型。

中间轴上需要开键槽，安装8*7*14的键槽，因此需要开键槽。

（1）建立基准面单击，选择FRONT面，使该面偏移8.5mm。

图15创建基准面

（2）创建键槽图16创建键槽安装平键后，中间轴模型如图17所示。

图17中间轴模型3.3三维装配在Proe中，为了便于对零件的装配及后续修改，在装配时首先尽量先对小组件进行装配，在将组件装配到整个模型中。

3.3.1矫直机构装配矫直机构是利用机构对焊丝的反变形的原理来达到焊丝的矫直。

矫直滚轮的个数对焊丝的矫直有很大影响：

矫直滚轮越多，焊丝与矫直滚轮的摩擦阻力越大，矫直机构的机械尺寸越大；矫直滚轮越少，焊丝的校直效果就越差，焊丝与导丝嘴间的阻力就越大，焊丝指向稳定性越差，影响焊接的稳定性。

综上，本文取“两上三下”的五轮矫直机构，在Proe中进行矫直机构组件的装配，装配过程如下：

（1）建立“jiaozhiguding”装配组件，并单击，调入“jiaozhizuo”模型，约束类型选择“固定”。

图18添加矫直座

（2）单击，添加“jiaozhilunzhou”零件，并设置如下装配关系。

图19添加矫直轮轴（3）同理添加另外两个“jiaozhilunzhou”。

单击，添加“jiaozhilun”零件，并设置如下装配关系。

图20添加矫直轮（4）同理添加另外两个“jiaozhilun”。

（5）重复步骤

（1）~（4），建立“jiaozhiziyou”装配组件。

（6）在“jiaozhiguding”组件中继续单击，添加“jiaozhiziyou”组件，并设置如下装配关系。

图21“jiaozhiziyou”装配组件图22添加“jiaozhiziyou”组件（7）单击，添加“m4”螺栓，并设置如下装配关系，并且同样操作添加另一个“m4”螺栓。

图23添加“m4”螺栓完成上述

（1）~（7）步骤后，矫直机构组件装配如图24所示。

图24矫直机构装配组件矫直滚轮安装在滚轮轴上，“两上”矫直滚轮安装在调节座上，“三下”矫直滚轮安装在矫直固定座上。

调节座可以沿着图示中的方向前后移动，这样即可上面的矫直滚轮与下面的矫直滚轮之间的间隙，间隙调整好之后，通过锁紧螺栓进行锁紧，压紧调节座，防止其在矫直过程中移动。

这样可以实现对不同直径的焊丝进行矫直。

为了获取较好的矫直效果，本文采用双向矫直方案，将上述矫直组件十字交叉装配，如图25所示，这样可以实现对焊丝上下和左右两个方向的矫直。

图25双向矫直装配组件3.3.2送丝机构装配送丝机构装配具体步骤如下：

（1）建立“songsiji”组件，并添加“songsidizuo”底座，选择“固定”约束。

图26建立“songsiji”组件

（2）添加“6308A”轴承，建立如下装配关系，同样操作，添加另一个“6308A”轴承。

图27添加6308A轴承（3）添加“qudonglun”，建立如下装配关系，同样操作，添加另一个“qudonglun”。

图28添加驱动轮（4）重复

（1）~（3），创建“shangsongsijigou”。

图29创建“上送丝机构”装配组件（4）在“songsiji”装配组件中继续添加“zhongjianlunzhou”，建立如下装配关系。

图30添加中间轴（5）添加“zhongjianlun”，建立如下装配关系。

图31添加中间轮（6）添加“shangsongsijigou”组件，建立如下装配关系。

图32添加“上送丝机构”组件（7）添加电机组件“apex10”，建立如下装配关系。

图33添加主动轮（8）添加“zhudonglun”，建立如下装配关系。

图34添加主动轮完成上述

（1）~（8）步骤之后，在将一些附件零件装配之后，得到装配完成之后的送丝机构组件如图35所示，主动轮安装在电机输出轴上，中间轮作为动力中转，将电机动力传递给两个驱动轮，预紧螺母和预紧弹簧可以调整送丝上座与送丝底座之间的距离，即可以调整送丝轮与驱动轮之间的间隙，实现输送不同直径焊丝的功能。

由图35可知，焊丝由进丝口进入，当电机按图示方向转动时，在驱动轮与送丝轮的共同作用下，实现焊丝的向前运动，从出丝口进入焊机内部，实现焊接。

图35送丝机构装配组件3.3.3整机装配完成矫直组件和送丝组件装配之后，即可对整机进行装配。

在Proe中调整二者之间的相对位置，使得矫直机构的出丝孔与送丝机构的进丝口近似同心，即是完成整机装配，如图36所示。

图36整机装配3.4本章小结本章首先对三维建模软件Proe进行了简单的概述，介绍其建模的特点。

然后根据第2章设计的关键零件，在Proe中建立其三维模型，并且对其他附属零件建模。

详细介绍了建立矫直机构和送丝机构两个装配组件的过程。

最后对整机进行了装配。

4结论4.1总结本文首先介绍了焊接在现代工业中的重要地位，然后阐述了现代送丝机构的发展现状，最后根据实际生产需要，设计了一种送丝机构，主要完成内容如下：

（1）采用全齿轮推送方案，设计了一种用于埋弧焊机的送丝机构。

对关键零件进行了二维设计，并在Proe中对全部零件进行了三维建模。

（2）为了获取较好指向性的焊丝，在送丝之前，设计了矫直模块。

采用“两上三下”多轮、双向矫直，保证焊丝的指向性，有助于提高焊缝质量。

（3）在驱动轮、送丝轮的外表面套上耐磨橡胶圈，不仅可以减少对驱动轮、送丝轮表面的磨损，而且增加了摩擦系数，增加了焊丝的传递动力。

（4）将各个三维零件以组件形式进行装配，再将组件进行整体装配，建立送丝机构整机模型。

4.2展望送丝机构的特性对焊缝的质量有着重要影响，送丝机构的性能也需要大量实验及优化设计。

限于时间及有限，本文只是简单设计了一种全齿轮送丝机构。

未来可以从以下几个方面对送丝机构进行深入研究：

（1）送丝速度的精确控制。

过快的送丝速度将产生过厚的焊缝、过慢的送丝速度则将产生过薄的焊缝。

因此，如何根据具体焊接处工况，实时控制焊丝速度，对提高焊缝质量有着重要意义。

（2）探究其他形式的送丝机构。

本文设计的是一种全齿轮送丝机构，可以查阅文献资料，对其他形式的送丝机构进行探究，通过几种方案对比，找出一种较为理想的机构。

26参考文献[1]雷世明.焊接方法与设备.北京:

机械工业出版社,2004.[2]何立.焊接与切割设备的使用和维修（七十七）——送丝机构的使用与维修.电焊机,2008,38（7）:

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（一）.电焊机,2009,39

（2）:

90-96.[4]江玉军.铝合金激光焊接送丝系统的研究.北京.北京工业大学.2006.[5]林清安.完全精通Pro/Engineer野火5.0中文版零件设计基础入门.北京:

电子工业出版社,2010.指导教师评语指导教师（盖章）年月日答辩小组意见答辩记录提问问题：

评语：

成绩评定：

主答辩教师答辩教师年月日