（定稿）旋转电弧传感器机械结构设计（全套下载）

本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校南昌航空大学科技学院，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长其次我要感谢科技学院的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的高延峰老师，每有问题，高老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟的情谊最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供个良好的环境，使本次设计圆满完成。

本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！附录旋转电弧传感器装配图各功能部件必须按照定的顺序。

根据已经确定的运动机构，上盖部分主腔体偏心机构腔的顺序不能打乱。

冷却装置的主要作用是降低导电杆的温度，而导电杆靠近电弧部位的温度最高，冷却水腔应尽量靠近导电杆电弧部分。

同样地，保护气体用于对电弧进行气体保护，保护气腔也应尽量靠近导电杆电弧部分。

从中可以发现，存在两种轴向分配方案，问题的焦点在于冷却水腔与保护气腔哪个应更靠近电弧部分。

冷却水腔需要使导电杆得到充分冷却，就必须具有定的体积与轴向长度保护气腔的设计主要考虑气体的均匀分配，其体积要求较冷却腔体低。

同时，为了达到焊接可达性要求，越是靠近导电嘴的部分，其径向尺寸应越小。

综合考虑之后可得，如图的轴向分配最为合理。

径向空间的分配显然，仅仅对各功能部件进行轴向分配无法满足设计要求。

首先，轴向分配忽略了各功能部件之间的连接，其次是导电杆的因素与通水通气管路的因素。

因此，需要对旋转电弧传感器进行径向空间的分配。

上盖部分主腔体偏心机构腔的径向空间分配如图所示。

冷却水与保护气需要通过外壳中的管道到达冷却水腔与保护气腔。

同时，使用个螺钉穿入外壳将上盖部分主腔体以及偏心机构腔连接起来，构成旋转电弧传感器的主体部分。

冷却水腔与保护气腔构成旋转电弧传感器的下腔部分。

导电杆始终处于旋转电弧传感器的中心部位，并且，除了与轴承配合部分之外，和各功能部件之间保持定的间隙。

冷却水腔与保护气腔部分的径向空间分配如图所示。

冷却水腔与保护气腔的内壁应具有良好的导热性，以便使冷却水与保护气带走更多的热量。

图旋转电弧传感器径向空间分配.导电杆部件的设计导电杆部件的总体设计导电杆是焊炬的核心部件之，主要作用是引导焊丝，并对焊丝通电，使其形成稳定的焊接电弧。

由于导电嘴需要经常更换，市场上也容易购买到现成的导电嘴零件，般均采取与导电杆主体螺纹连接，并将靠近螺纹部分的外表面加工为六角形，利用扳手很容易实现有效的紧固并且拆装方便。

同时，导电嘴的材料般采用工业纯铜，以达到理想的导电性能。

由于导电嘴与导电转电弧传感器中不难发现，尽管其具有突出优点，但结构都较为复杂，这主要是由于在焊炬中必须包含电机偏心机构供水供气装置等功能部件，并且需要考虑绝缘与密封。

结构简化的思路之是将各功能部件集成，但这又将使零件难于制造。

另种简化结构的方案是以电磁感应方式使电弧旋转，取代电机驱动。

目前这种方式的电弧传感器正在研制当中，已有部分定性研究成果以论文专利的形式公布。

.课题任务本设计采用二维设计方式进行，使用软件绘制旋转电弧传感器的装配图。

同时，本设计任务要求对各零件进行详细的设计，保证旋转电弧传感器的顺利装配与正常使用。

课题设计主要内容.电弧旋转方案的选定空心轴电机在上文所述众多电弧旋转方案中，空心轴电机驱动的旋转电弧传感器具有结构简单传动损耗小电机功耗低焊枪小巧灵活机械振动小焊接可达性好等优点，是当今旋转电弧传感器的主要研究方向。

本设计同样采用空心轴电机作为电弧旋转的动力源。

由于当时市场上满足要求的成品难于找到，重新设计订货生产的成本高周期长，因此依旧沿用在Ⅱ研制过程中采取的选择合适电动机改装的方法。

普通直流电动机换向片处直径小且转子上有绕组，限制了轴空的扩大直流力矩电动机转子和换向片处直径较大，但转速过小，且成本较高，不适合用于旋转电弧传感器。

普通轴流风机用单相交流电动机的转子无换向片，鼠笼式结构，转子可以方便地钻孔扩孔，电机轴本身即是空心轴，原本是用于安装风扇，使气流通过空心轴。

这些条件都使普通轴流风机用单相交流电动机成为旋转电弧传感器空心轴电机改装最为合适的原型电机。

由于导电杆与电机之间应该绝缘，用以保证焊接电流不影响电机的正常工作，空心轴电机的轴内壁不能与导电杆接触。

考虑导电杆的最大外径为不包括安装轴承用的轴肩部分，以及偏心量因素，并且充分考虑空心轴内径扩大致使机构尺寸扩大这因素，确定空心轴内径为。

参考若干种现行的轴流风机轴流泵及空心轴电机的几何尺寸与工作参数，设计出通过改型加工可以获得并适用于本设计的空心轴电机，如图所示。

该电机采用小型轴流泵用电机改制，外径，厚度，空心轴内径，外径，长度根据装配要求而定，额定转速，额定电压，额定功率。

图空心轴电机示意图空心轴轴承Ⅰ端盖Ⅰ定子外壳转子端盖Ⅱ轴承Ⅱ运动机构设计在选定空心轴电机之后，运动机构的基本形式可确定为如图所示，在空心轴电机驱动下，导电杆部件以为顶点，以电机轴线为中心线，做圆锥摆动，称为导电杆的公转。

图机构运动示意图计算机构自由度其中，虚此外，双丝并列方式与摆动扫描方式还存在着个共同的缺陷，即在焊接路径非直线时，需要对其并列方向或摆动方向进行修正，如图所示，并且修正值必须在焊接前预设，这明显降低了焊接的自动化程度，尤其是当焊接路径曲线较为复杂时，修正将带来额外的误差，并直接影响焊接的质量。

图摆动扫描方式的摆动方向修正旋转电弧传感器的原理.旋转电弧传感器概述旋转扫描方式主要是针对摆动式扫描频率低的缺点提出的种新的电弧扫描方式。

在此方式中，电弧和焊丝的伸出端围绕焊炬中心线作圆周运动，其电弧轨迹如图所示。

当电弧旋转的速度与电弧行走速度焊速之比足够大时，这种运动可以认为是电弧在垂直于焊缝的方向上的扫描，与摆动扫描的作用相似。

图旋转扫描方式下的电弧轨迹示意图采用旋转扫描方式工作的电弧传感器称为旋转电弧传感器。

旋转电弧传感器是种特殊的焊枪，在结构上虽比摆动式电弧传感器复杂，但具有突出的优越性高速旋转增加了焊枪位置偏差的检测灵敏度，极大地提高了跟踪精度高速旋转提高了快速响应特性，适用于高速焊接和薄板搭接的焊缝跟踪，在弧焊过程自动控制领域占有重要的地位。

.旋转电弧传感器的国内外发展情况和应用现状旋转电弧焊是年苏联研究成功的，但进行这种焊接所用的焊机直到年代才出现。

焊机包括电源高频引弧或辅助电极引弧装置﹑夹具电极激磁线圈和加压机构液压机械或手动加压等部分。

影响焊接质量的主要工艺参数有电功率磁场强度管子装配间隙电弧旋转速度和时间顶锻力和顶锻速度。

旋转电弧焊的生产效率较高，与闪光对焊见电阻焊和摩擦焊相比，设备体积耗电量坯料损耗焊缝毛刺等都小得多。

旋转电弧传感器在实际生产中的应用首见于日本公司关于窄间隙焊接的报道中。

虽然这种技术在公司的船舶锅炉及结构生产中得以应用，且取得了显著的成效，但是由于这种旋转机构较复杂体积大振动大调节不方便，因此限制了其在实际生产中的广泛应用。

研究与应用表明，旋转方案的选定是旋转电弧传感器实现其突出功能的关键。

日本公司的窄间隙焊接首先使用的是野村博的导电杆转动方案，如图所示。

该方案中，用电动机驱动导电杆转动，利用导电嘴上的偏心孔使焊丝端头和电弧旋转。

由于导电杆是处于高速转动状态。

焊接电缆与导电杆之间无法直接相连，需要有个类似电刷的石墨滑块将数百安培的焊接电流传送到导电杆上。

这对于焊炬的设计加工和寿命都是不利的。

并且，由于导电杆和导电嘴转动而通过导电嘴的焊抗光电磁热的干扰，使用寿命长。

目前电弧传感器作为种焊接传感手段倍受各国重视，国外许多焊接设备研究和制造机构都在努力开发这领域。

工业发达国家起步较早，已研制多种电弧扫描形式的电弧传感器，如双丝并列摆动和旋转等，适合于埋弧焊和等不同的焊接方法。

有些已成功地应用于焊接生产。

早期的电弧传感器多采用摆动式，后来又开发了双丝并列的电弧传感器和旋转电弧传感器。

下面，将对电弧传感器，尤其是旋转电弧传感器的工作原理进行较为详细的介绍。

.电弧传感器工作原理电弧传感器的基本原理.电弧传感器的跟踪原理以电或机械方法使焊接电弧摆动，检测焊接电流电压的变化，来判断摆动中心是否偏离坡口中心，并进行修正。

使电弧摆动的方法有机械式电磁式和射流式。

摆动轨迹可分为直线往复运动圆弧运动和旋转运动。

在使用双丝并列焊接时，也可不作摆动。

图为焊枪导电嘴与工件表面距离变化引起焊接参数变化的过程。

图中，为电源外特性，为等熔化曲线，为电弧静特性曲线。

以平外特性电源等速送丝调节系统为例，在稳定焊接状态时，电弧工作点为，弧长，干伸长随之变化，对应的等熔化曲线为，电流为。

当焊枪与工件表面距离发生阶跃变化增大到时，弧长突然被拉长为，此时干伸长还来不及变化，电弧随即在新的工作点燃烧，电流突变为。

但经过定时间的电弧自调节作用后，弧长逐渐变短，干伸长增大，最后电弧稳定在个新的工作点弧长上，对应的等熔化曲线电流，结果是干伸长和弧长都比原来增加。

在上述变化中，有两个状态过程即调节过程的动态变化和新的稳定点建立后的静态变化。

动态变化的原因是焊丝熔化速度受到限制，不能跟随焊炬高度的突变，静态变化的原因是由于电弧的自身调节特性。

由以上所述，当电弧沿着焊缝的垂直方向扫描，焊接电流将随着扫描引起的焊矩高度变化而变化，从而获得焊缝坡口信息，达到传感的目的。

.各种主要电弧传感器的特点与上下跟踪类似，左右跟踪也是利用其变化信号进行自动跟踪控制的。

但其具体实现方案多种多样，主要分为摆动扫描方式双丝并列方式与旋转扫描方式。

摆动扫描式电弧旋转，电弧，传感器，机械，结构设计，毕业设计，全套，图纸目录引言.选课的依据和意义.当代焊缝跟踪传感器附加式传感器概述电弧传感器概述.电弧传感器工作原理电弧传感器的基本原理旋转电弧传感器的原理.课题任务课题设计主要内容.电弧旋转方案的选定空心轴电机运动机构设计防转机构.总体结构设计各功能部分的轴向分配径向空间的分配.导电杆部件的设计导电杆部件的总体设计轴承的选用与安装.检测装置的选定与安装电弧扫描位置与转速的检测方法分体式安装的旋转编码器.偏心机构的设计偏心方案的确定偏心机构的平衡.外壳的设计外壳总体设计通水方式通气方式.绝缘与密封设计绝缘设计密封设计.其它零部件的设计集线盖与接地装置安装设计修配方案设计.设计参数结论.课题设计过程总结.课题设计的缺陷与后续工作参考文献致谢附录引言.选课的依据和意义现代焊接诞生至今仅百余年，但已显示出生命力，焊接在近代工业的发展中发挥了不可替代的重要作用。

焊接不仅是种重要的基础工艺，而且已发展成为种新兴的综合工业技术。

它广泛应用于造船压力容器制造，石油化工等钢结构制造领域。

从种意义上讲，工业先进的国家莫不以焊接技术先