摘要 汽车油箱是用缝焊机将上下两部分焊接而成的。焊接迹线是不规则的平面曲线。自动焊接机采用仿形内齿圈，用内齿轮传动与直线导板约束，实现焊接迹线;用力矩电动机驱动解决运动同步问题;用肘杆装置承载油箱与托盘重量，可使其几乎无阻力地在平面内任意运动。本文介绍了设计方法。

　　关键词 缝焊机 焊接迹线 仿形内齿圈 力矩电动机 肘杆装置

　　引言

　　汽车油箱的主体结构是由上下两部分焊接而成的。上下两部分油箱体一般是用约1毫米厚的钢板冲压成形的。由于汽车内的空间窄小，设计油箱时要为邻近的部件避让空间，所以油箱形状凸凹不平，形状往往十分复杂。

　　油箱采用缝焊机将上下两部分焊接。缝焊机焊接的工作部分是一对滚轮，滚轮的转速无级可调，对于每种油箱要通过调试确定适当的速度、焊接电流、滚轮压力(调节压紧气缸的压力)。要实现油箱自动焊，需要设计自动焊机与缝焊机配套使用。自动焊机的基本要求是;实现与焊接迹线相同的运动轨迹;有驱动力;具有与焊接滚轮相匹配的线速度。

　　1实现焊接迹线的机构设计

　　某油箱的外形如图1所示。焊缝处于同一平面中，油箱接触边缘宽度约为15毫米，焊缝宽约5毫米。由图2可知，焊接迹线是由七段直线与五段圆弧组成，各圆弧的半径相等。

　　图1 油箱的外形

　　图2 油箱的焊接迹线

　　自动焊机的工作原理如图3所示。由肘杆一和肘杆二组成肘杆装置，油箱托盘置于肘杆机构的P端，托盘可以P为中心转动，内齿圈与油箱焊接迹线仿形，驱动齿轮与内齿圈相啮合，直线导板用于约束托盘运动。a图所示，啮合点处是直线，此时托盘作直线平行运动;b图所示，啮合点处是圆弧，此时托盘作以O为中心转动。所以在驱动齿轮的驱动下内齿圈上的各点可匀速通过啮合点N。

　　图3 自动焊机的工作原理图

　　1、仿形内齿圈 2、肘杆二 3、肘杆一 4、电机齿轮 5、驱动齿轮 6直线导板

　　以下为图4是整机的结构简图。

　　图4 整机的结构简图

　　1、滚轮 2、焊接迹线 3、托盘 4、肘杆一 5、肘杆二

　　6、电动机 7、电机齿轮 8、驱动齿轮 9、仿形内齿圈 10、直线导板

　　工作过程：肘杆装置可使P点在一定半径范围内自由移动，托盘装在杆二的P处，这样使托盘在一定的范围内几乎无阻力地作平面运动，从而使托盘处于“悬浮”状态。驱动齿轮由电机齿轮带动，驱动齿轮与仿形齿圈啮合，在直线导板的约束下，齿圈上的各点匀速通过N点。油箱置于托盘的上方，油箱的焊接迹线与仿形齿圈的形状相同，H点是缝焊机滚轮的焊接点，焊接点H与N点在同一垂线上，所以在驱动齿轮的带动下油箱可实现具有焊接迹线的运动。

　　2运动的同步问题

　　焊机滚轮的转速是无级调速的，作为重要的工艺参数，在焊接时设定后是不再改变的。焊接时的速度是恒定速度。自动焊机部分，用电动机驱动，在焊接点上的线速度必须与焊接滚轮的线速度相同。若采用自动控制的方法，有一定的难度，控制部分会很复杂。本机采用力矩电动机驱动。通常电动机的转速是恒定的，转速随负载有较小的变化，不同的电机负载特性曲线不同，转速变化的幅度也不同。当电机被强制限速或制动时，会因电流过大而烧毁。力矩电动机，也称堵转电机，当强制限制转速时，甚至转速为零时，它会以被限制的转速工作，同时具有恒定的力矩。选用TSCC系列的力矩电动机，这是一种配有齿轮减速器的微型电动机。选用的电机输出功率20瓦，输出转速25转/分。配用的电机齿轮为22齿，则齿轮分度圆上的线速度为57.5毫米/秒。焊接线速度为50毫米/秒，力矩电机的转速服从焊接滚轮的线速度，同时具有恒定的力矩驱动油箱运动，解决了运动同步问题。当滚轮速度变化时，通过更换不同齿数的电机齿轮来调节。

　　3内齿圈传动的设计

　　油箱焊接迹线如图2所示，是由五段半径相等的圆弧和七段直线组成的。形状不规则。如前所述用圆柱内齿轮的齿圈与齿条连接形成焊接迹线。齿轮的模数选为2毫米，由于内齿圈与导板之间要有一定的间隙，模数过小，容易使啮合脱节;模数过大，会影响迹线的对接精度。渐开线齿轮内啮合时，齿轮比齿圈的齿数必须小7~8个齿，不然会产生干涉，不能转动。本机的圆弧半径是62毫米，齿圈齿数62，驱动齿轮齿数选为50，运行时没有干涉现象。

　　仿形内齿圈，与驱动齿轮必须是连续啮合的，所以要求齿条与齿圈相接处的齿形必须连续。由于本机是单件制造，内齿圈的装配采用现场配作的方法。从第一个圆弧开始齿圈与齿条必须处于几何相切状态，把A处的齿圈与齿条相临的齿通过切断的方法使齿形连续，

　　固定AB段齿圈，使A处为完整的齿，在B处先找到几何切线，在齿圈上划切线，切线所处的齿往往不是齿底或齿顶，用电火花切割机床切下。在齿条与齿圈的相接处，测量后切割齿条，与齿圈拼接成一个完整的齿。依次完成齿圈与齿轮的拼接。在E和F处由于相临直线夹角很大，可不用齿圈。A是圆弧与齿条的最后一个相接处，为了保持相接处是一个完整的齿，大齿圈的总长度会有一个不大于齿的1/2节距的误差，由于采用的模数是2毫米，所以该误差不会影响焊接质量，这也是不采用大模数齿轮的原因。拼接时先把齿轮齿条粘在托板上，拼接后用螺栓固定。

　　4其它问题

　　4.1 由于焊接时需要冲水冷却，所以电动机、轴承等相关部位要进行防水设计。

　　4.2 油箱的装卡，在托盘的四个角，设置四个与油箱仿形四个支承块，用于固定油箱，靠油箱的自重即可固定，不需要装卡装置。在以上各图中没有表示油箱的装卡装置。

　　4.3 装配时，要使焊接点与齿轮齿条的啮合点在同一条垂线上。

　　5.运动结果

　　总装后经简单调整，一次试车成功，使用情况良好。这部机器在汽车配件厂得到了很好的应用，年焊接油箱10万个。

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