CN106891090A - 储能振动机构 - Google Patents

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马铁军
李玉贵
杨思乾
李文亚
张勇
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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Abstract

本发明公开了一种储能振动机构，用于解决现有振动机构实用性差的技术问题。技术方案是包括储能轮、离合器、驱动杆和偏心轴。所述储能轮通过偏心轴与驱动杆固定连接，储能轮由电机驱动，当储能轮储存所需焊接能量后通过离合器与电机分离，并带动驱动杆振动进行摩擦焊接。基于这种储能振动机构的摩擦焊机在整个焊接过程中由储能轮驱动而不受电机影响，即能保证焊接质量与精度，又能满足大截面构件的焊接，实用性好。

Description

储能振动机构
技术领域
本发明属于线性摩擦焊领域，特别是涉及一种储能振动机构。
背景技术
参照图3，文献“专利号是ZL200510042898.X的中国发明专利”公开了一种振动机构。该振动机构包括液压缸6、驱动杆8、偏心轴9、主摇臂10、滑轨12、滑块14、八只滚轮16和推杆17。驱动杆8的一端通过连接轴与主摇臂10右端连接，另一端与偏心轴9的偏心端相连；推杆17的上端通过铰链固连于滑轨12，下端通过滑块连接轴与滑块14相连，八只滚轮16通过各自的滚轮连接轴与滑块14相连，滑块14通过连接板和螺钉与液压缸6缸轴固连。焊接时，启动电机，当液压缸6将滑块14推开偏离中心位置时，在偏心轴9带动下的主摇臂10将带动滑块14上、下运动，推杆17随滑块14上、下运动带动焊件振动。当向两焊件的焊接面垂直施加摩擦压力时，两焊件便可实现摩擦焊接。
这种振动机构的焊机主要缺点在于：
1、焊接质量与精度易受电网波动的影响。现有技术由电机直接驱动振动机构完成焊接，当电网(电压、频率)波动时电机输出转矩和转速不稳定，会引起焊接质量不稳定与焊接尺寸精度不达标。线性摩擦焊目前主要用来焊接航空发动机整体叶盘等重要构件，焊接质量与精度不达标将造成整个构件报废。
2、易受电机容量的限制而难以进行更大截面构件的焊接。对于现有技术，设备所用电机的容量是一定的，当构件的焊接截面增大到一定值时就无法正常驱动构件摩擦完成焊接，则需要更大功率的电机，对于特定的设备更换电机一般是难以实现的。
发明内容
为了克服现有振动机构实用性差的不足，本发明提供一种储能振动机构。该储能振动机构包括储能轮、离合器、驱动杆和偏心轴。所述储能轮通过偏心轴与驱动杆固定连接，储能轮由电机驱动，当储能轮储存所需焊接能量后通过离合器与电机分离，并带动驱动杆振动进行摩擦焊接。基于这种储能振动机构的摩擦焊机在整个焊接过程中由储能轮驱动而不受电机影响，即能保证焊接质量与精度，又能满足大截面构件的焊接，实用性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种储能振动机构，包括皮带轮3、轴支撑座4、转动轴5、液压缸6、主摇臂支撑架7、驱动杆8、偏心轴9、主摇臂10、主摇臂连接轴11、滑轨12、偏心轴支座13、滑块14、主轴15、滚轮16、推杆17和连接板18，其特点是还包括储能轮1和离合器2。所述的皮带轮3通过锁紧键与转动轴5固连，转动轴5的一端通过轴承单端安装在轴支撑座4中，转动轴5的另一端通过离合器2与偏心轴9的非偏心端相连，偏心轴9通过轴承安装在偏心轴支座13上；所述的储能轮1通过锁紧键安装在偏心轴9非偏心端，驱动杆8的下端通过一对轴承与偏心轴9的偏心端相连，驱动杆8的上端与主摇臂连接轴11固连，主摇臂连接轴11的两端分别固连有主摇臂10，主摇臂10分别与各自的主轴15固连，两端的主轴15分别通过轴承固定在两端的主摇臂支撑架7上；所述的推杆17的上端通过铰链连接在滑轨12上，推杆17的下端通过滑块连接轴与滑块14相连；所述的滚轮16有八只，上、下各四只滚轮16的轮缘与主摇臂10的上、下沿紧密结合并通过各自的滚轮连接轴与滑块14相连，滑块14通过连接板18与液压缸6的缸轴固连。
所述的离合器2是电磁离合器。
所述的储能轮1完全中心对称，并与偏心轴9非偏心端同心。
本发明的有益效果是：该储能振动机构包括储能轮、离合器、驱动杆和偏心轴。所述储能轮通过偏心轴与驱动杆固定连接，储能轮由电机驱动，当储能轮储存所需焊接能量后通过离合器与电机分离，并带动驱动杆振动进行摩擦焊接。基于这种储能振动机构的摩擦焊机在整个焊接过程中由储能轮驱动而不受电机影响，即能保证焊接质量与精度，又能满足大截面构件的焊接，实用性好。
本发明储能振动机构中，储能轮储存的能量直接带动驱动杆进行线性摩擦焊接，在每个焊接过程，只需监测储能轮在电机驱动达到的转速与焊接回位时的转速保持一致，即可保证每个接头焊接能量的一致性，从而保证接头质量和精度的一致性。而电网波动对电机的影响不会作用到焊接过程。
本发明针对不同截面尺寸焊件，不需考虑电机的能量是否满足，只需更换不同半径与重量的储能轮来改变储能轮的转动惯量，从而提高设备的焊接能力，满足大截面构件的焊接。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明储能振动机构的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图3是现有技术振动机构的结构示意图。
图中，1-储能轮，2-离合器，3-皮带轮，4-轴支撑座，5-转动轴，6-液压缸，7-主摇臂支撑架，8-驱动杆，9-偏心轴，10-主摇臂，11-主摇臂连接轴，12-滑轨，13-偏心轴支座，14-滑块，15-主轴，16-滚轮，17-推杆，18-连接板。
具体实施方式
以下实施例参照图1～2。
本发明储能振动机构包括皮带轮3、轴支撑座、转动轴5、液压缸6、主摇臂支撑架7、驱动杆8、偏心轴9、主摇臂10、主摇臂连接轴11、滑轨12、偏心轴支座13、滑块14、主轴15、滚轮16、推杆17和连接板18，还包括储能轮1和离合器2。
所述的皮带轮3通过锁紧键与转动轴5固连，转动轴5的一端通过轴承单端安装在轴支撑座4中，转动轴5的另一端通过离合器2与偏心轴9的非偏心端相连，偏心轴9通过轴承安装在偏心轴支座13上；所述的储能轮1通过锁紧键安装在偏心轴9非偏心端，驱动杆8的下端通过一对轴承与偏心轴9的偏心端相连，驱动杆8的上端与主摇臂连接轴11固连，主摇臂连接轴11的两端分别固连有主摇臂10，主摇臂10分别与各自的主轴15固连，两端的主轴15分别通过轴承固定在两端的主摇臂支撑架7上；所述的推杆17的上端通过铰链连接在滑轨12上，推杆17的下端通过滑块连接轴与滑块14相连；所述的滚轮16有八只，上、下各四只滚轮16的轮缘与主摇臂10的上、下沿紧密结合并通过各自的滚轮连接轴与滑块14相连，滑块14通过连接板18与液压缸6的缸轴固连。
基于储能振动机构的线性摩擦焊机利用储能轮1储存的能量进行焊接。具体工艺过程如下：首先在离合器2结合的情况下启动电机驱动储能轮1，当储能轮1转速达到焊件所需转速时通过电信号使离合器2分离，同时电机断电。此时，限位机构的液压缸6推动滑块14偏离中心位置，在偏心轴9带动下的主摇臂10带动滑块14上、下运动，推杆17随滑块14上、下运动带动动焊件振动。在储能轮1的惯性驱动下和施加摩擦压力的作用下，两焊件开始摩擦焊接，当储能轮1转速降到600r/min时，限位机构回位并施加顶锻压力完成焊接。
所述的储能轮1完全中心对称，并与偏心轴9非偏心端同心，储能轮1轴向位置通过轴台定位。焊接试验时，根据焊件截面积大小，更换不同半径与重量的储能轮。
表1储能轮半径、重量与焊件截面积比例表(所述焊件材料为TC4钛合金)
备注：电机的额定转速为3000r/min。
所述的离合器2是电磁离合器，当储能轮1的转速达到焊件所需转速时，通过电信号使其分离。
焊接过程，由电机驱动储能轮1达到焊件所需转速后通过电信号使离合器2分离，之后由储能轮1储存的能量驱动振动机构进行线性摩擦焊接。储能轮1储存的能量E为：
式中，I为储能轮的转动惯量；W为储能轮转动的角速度。
对于本发明涉及的实心储能轮：
I＝GR2/2g (2)
式中，G为储能轮重量；R为储能轮半径；g为重力加速度。
当储能轮1转速下降到600r/min时，限位机构回位顶锻完成焊接。
当储能轮1选用储能轮半径、重量与焊件截面积的比例表中一确定型号时，相同的角速度则对应相同的能量。
应用实施例1：小尺寸矩形截面(截面积为200mm2)的TC4钛合金焊接。现有的连续驱动线性摩擦焊机焊接小尺寸截面焊件时，焊件易受电机输出的不稳定转矩和转速影响直接引起焊接质量不稳定与焊接尺寸精度不达标。使用本发明储能振动机构焊机焊接小尺寸截面焊件时，安装外半径250mm、重量300kg的储能轮1。在每个焊接过程中，储能轮1在电机驱动下达到转速1500r/min时离合器2分离，限位机构液压缸6推动滑块14给于振动机构一定的振幅2mm，在储能轮1的惯性驱动下和施加摩擦压力55MPa的作用下，两焊件开始摩擦焊接；当储能轮1转速降到600r/min时限位机构回位并施加顶锻压力110MPa完成焊接。每个焊接过程中由储能轮1提供的焊接能量和施加的摩擦压力是一致的，焊接过程不受电机转矩和转速的影响，从而保证焊接质量与精度。
应用实施例2：大尺寸矩形截面(截面积为6000mm2)的TC4钛合金焊接。若使用现有的连续驱动线性摩擦焊机，电机输出的转矩可能不足而导致电机停机焊接终止，甚至造成电机及变频设备损坏。使用本发明振动机构摩擦焊机首先根据焊件所需焊接能量确定储能轮1需要储存的能量，本例选用半径500mm、重量1200kg的储能轮。将焊件安装固定于夹具中，电机驱动储能轮1转动并达到2000r/min转速时离合器2分离，限位机构液压缸6推动滑块14给于振动机构一定的振幅2mm，在储能轮的惯性驱动下和施加摩擦压力55MPa的作用下，两焊件开始振动摩擦，机械能将转化为热能对焊接区进行加热；当储能轮1转速降到600r/min时，限位机构回位并施加顶锻压力110MPa，完成大截面构件的焊接。

Claims (3)

1.一种储能振动机构，包括皮带轮(3)、轴支撑座(4)、转动轴(5)、液压缸(6)、主摇臂支撑架(7)、驱动杆(8)、偏心轴(9)、主摇臂(10)、主摇臂连接轴(11)、滑轨(12)、偏心轴支座(13)、滑块(14)、主轴(15)、滚轮(16)、推杆(17)和连接板(18)，其特征在于：还包括储能轮(1)和离合器(2)；所述的皮带轮(3)通过锁紧键与转动轴(5)固连，转动轴(5)的一端通过轴承单端安装在轴支撑座(4)中，转动轴(5)的另一端通过离合器(2)与偏心轴(9)的非偏心端相连，偏心轴(9)通过轴承安装在偏心轴支座(13)上；所述的储能轮(1)通过锁紧键安装在偏心轴(9)非偏心端，驱动杆(8)的下端通过一对轴承与偏心轴(9)的偏心端相连，驱动杆(8)的上端与主摇臂连接轴(11)固连，主摇臂连接轴(11)的两端分别固连有主摇臂(10)，主摇臂(10)分别与各自的主轴(15)固连，两端的主轴(15)分别通过轴承固定在两端的主摇臂支撑架(7)上；所述的推杆(17)的上端通过铰链连接在滑轨(12)上，推杆(17)的下端通过滑块连接轴与滑块(14)相连；所述的滚轮(16)有八只，上、下各四只滚轮(16)的轮缘与主摇臂(10)的上、下沿紧密结合并通过各自的滚轮连接轴与滑块(14)相连，滑块(14)通过连接板(18)与液压缸(6)的缸轴固连。
2.根据权利要求1所述的储能振动机构，其特征在于：所述的离合器(2)是电磁离合器。
3.根据权利要求1所述的储能振动机构，其特征在于：所述的储能轮(1)完全中心对称，并与偏心轴(9)非偏心端同心。
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