多工位托輥管體止口鏜削加工專用夾具設(shè)計(jì)——山西大同大學(xué)工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 I 目 錄 1 引言 .1 2 設(shè)計(jì)思路與方案確定 .4 2.1 托輥夾具要滿足的要求 .4 2.2 托輥夾具的方案 .6 3 定位分析及其計(jì)算 .10 3.1 V形塊定位 .10 3.2 V形塊的計(jì)算 .11 3.2.1 V形塊的尺寸計(jì)算 .11 3.2.2 V形塊的定位誤差計(jì)算 .13 4 托輥的夾緊 .16 4.1 夾緊機(jī)構(gòu) .16 4.1.1 夾緊機(jī)構(gòu)的要求 .16 4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置 .16 4.2 夾緊力 .17 4.2.1 夾緊力確定的基本原則 .17 4.2.2 夾緊力方向確定的基本原則 .17

2、 4.2.3 夾緊力作用點(diǎn)的選擇 .17 4.2.4 工件受力分析 .18 4.2.5 夾緊力的計(jì)算 .19 4.3 夾緊力的自鎖 .22 5 輔助支承 .24 5.1 輔助裝置作用 .24 5.2 輔助裝置的結(jié)構(gòu)原理 .24 5.3 螺紋的選擇 .25 6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) .27 6.1 齒條的特點(diǎn) .27 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 II 6.2 齒輪齒條傳動(dòng)的特點(diǎn) .27 6.3 齒輪齒條的確定 .27 6.3.1 齒條的材料確定 .27 6.3.2 齒條參數(shù)的確定 .27 6.3.3 重合度的計(jì)算與校核 .28 6.3.4 齒輪齒條的強(qiáng)度校核 .2

3、9 6.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .33 6.3.6 齒輪的各項(xiàng)誤差計(jì)算 .33 6.3.7 確定鍵、軸承和軸 .35 6.3.8 選擇軸承 .36 6.3.9 軸的結(jié)構(gòu) .37 7 液壓 .38 7.1 液壓缸的計(jì)算與選取 .38 7.2 液壓缸的計(jì)算與選取 .39 7. 液壓泵的計(jì)算與選取 .41 8 導(dǎo)軌的選用 .43 9 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 .44 9.1 螺紋連接件的選擇 .44 9.2 T形槽快卸螺栓的強(qiáng)度校核 .44 10 夾具體 .46 11 裝配 .48 11.1 連接件、定向定位鍵的選擇 .48 11.2 裝配中的注意事項(xiàng) .48 11.2.1 扳手空間 .48 11.2.2 標(biāo)

4、注 .49 12 公差與配合 .50 13 使用說(shuō)明 .51 結(jié)束語(yǔ) .52 參 考 文 獻(xiàn) .53 致 謝 .54 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 1 多工位托輥管體止口鏜削加工專用夾具設(shè)計(jì) 摘要：托輥是帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件及重要組成部分，它的應(yīng)用十分廣泛， 其生產(chǎn)屬專業(yè)化大批量生產(chǎn)類型，那就要求其加工設(shè)備和輔助裝備能滿足大批量 生產(chǎn)的要求。對(duì)于夾具來(lái)說(shuō)，應(yīng)從提高定位精度、減短裝夾時(shí)間、使裝卸自動(dòng)化、 采用多工位加工等方面考慮來(lái)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)課題主要研究能實(shí)現(xiàn)四個(gè) 托輥加工的夾具。四個(gè)托輥在有四根主軸的專用鏜床上同時(shí)加工，要求托輥夾具 能同

5、時(shí)對(duì)四個(gè)工件準(zhǔn)確定位、快速夾緊；實(shí)現(xiàn)不同系列托輥的加工；并且能在長(zhǎng) 度方向?qū)χ?；還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊。為了滿足上述要求，該托輥夾具采用自定心夾 緊機(jī)構(gòu)，讓定位夾緊同步進(jìn)行；利用液壓的同步保壓回路實(shí)現(xiàn)四個(gè)工件的同時(shí)夾 緊；該夾具有效的減少了工件加工的輔助時(shí)間，提高了加工效率。 關(guān)鍵詞：夾具；自定心夾緊；同步保壓 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 1 1 引言 托輥是帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件及重要組成部分，它的應(yīng)用十分廣泛，僅 煤礦用托輥就占很大一部分。如沈陽(yáng)礦山機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司為中國(guó)國(guó)內(nèi)最大 的托輥制造廠家之一，年產(chǎn)量 200,000只，只占市場(chǎng)份額的 17

6、20%，可見煤礦用 托輥的數(shù)目很大；其他行業(yè)在生產(chǎn)加工或運(yùn)輸中也要用到大量托輥?？梢娡休伾?產(chǎn)屬專業(yè)化大批量生產(chǎn)類型，那就要求其加工設(shè)備和輔助裝備能滿足大批量生產(chǎn)。 由于各種場(chǎng)合大量使用的帶式輸送機(jī)日趨向大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、高速度、節(jié)能、 長(zhǎng)壽型的方向發(fā)展。為使帶式輸送機(jī)達(dá)到高速重載、低阻節(jié)能、長(zhǎng)壽的要求, 對(duì) 影響帶式輸送機(jī)主要性能且數(shù)量較大的關(guān)鍵部件是托輥的結(jié)構(gòu)和加工工藝，高性 能的帶式輸送機(jī)對(duì)托輥的性能參數(shù)提出了高的要求, 如運(yùn)行阻力系數(shù)、外圓徑向 跳動(dòng)、使用壽命等, 這些參數(shù)直接影響整機(jī)的性能和運(yùn)營(yíng)成本。國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī) 主要生產(chǎn)廠家自 80 年代開始, 已先后采取了引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、聘請(qǐng)國(guó)外專

7、家指導(dǎo) 生產(chǎn)、引進(jìn)部分國(guó)外專用設(shè)備等措施, 大力進(jìn)行托輥生產(chǎn)的技術(shù)改造。但煤炭行 業(yè)許多中小型帶式輸送機(jī)生產(chǎn)廠家, 無(wú)力從國(guó)外引進(jìn)成套技術(shù)和設(shè)備。所用生產(chǎn) 設(shè)備多為國(guó)產(chǎn)的一般通用設(shè)備, 生產(chǎn)工藝落后, 產(chǎn)品質(zhì)量差。托輥生產(chǎn)質(zhì)量成為 困擾企業(yè)打開市場(chǎng), 參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的大問(wèn)題。 雖然托輥部件較小, 結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單, 但要制造出批量大、質(zhì)量高的托輥并 非易事,而且托輥組分有各類槽形托輥組，各類平行托輥組，各類調(diào)心托輥組， 各類緩沖托輥組。按材質(zhì)分為橡膠托輥、陶瓷托輥、尼龍托輥及絕緣托輥。有些 輥?zhàn)拥慕Y(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，輥皮用材經(jīng)嚴(yán)格挑選，采用優(yōu)質(zhì)專用焊管，有嚴(yán)格 公差要求，軸材料采用冷拔圓鋼，軸承座

8、采用優(yōu)質(zhì)鋼板沖壓，密封結(jié)構(gòu)采用 PDC 型，三道密封裝置，防塵、防水性能均優(yōu)于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。裝配后輥?zhàn)訌?qiáng)度好， 經(jīng)向跳動(dòng)量小，旋轉(zhuǎn)阻力小，重量輕，能耗低，使用壽命長(zhǎng)，一般均超過(guò) 30000 小時(shí)。因此加工不同類型的托輥就要求有不同的設(shè)備或工裝夾具，不同類型對(duì)夾 具的精度要求也不同。 我國(guó)有些托輥生產(chǎn)設(shè)備陳舊, 工藝落后, 加工精度和生產(chǎn)效率低且工人勞動(dòng) 強(qiáng)度大, 托輥生產(chǎn)質(zhì)量很不穩(wěn)定。突出特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)阻力大, 徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng) 量大；輥皮壁厚嚴(yán)重不均, 壽命低, 缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。那就更需要改進(jìn)機(jī)床和工 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 2 裝夾具設(shè)備，以提

9、高托輥的質(zhì)量。 機(jī)床夾具對(duì)零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此, 無(wú)論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中,夾具都是重要的工藝裝備，我們可以通過(guò) 設(shè)計(jì)一套經(jīng)濟(jì)適用的夾具來(lái)減少托輥因裝夾造成的誤差。 我們做的夾具就是和另一組的托輥機(jī)床配套設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)托輥的大批量生產(chǎn)。 這次托輥夾具的設(shè)計(jì)是用于一臺(tái)同時(shí)加工四個(gè)工件的鏜床上，鏜床兩側(cè)各有四根 主軸，并且能同時(shí)加工工件的兩端的止口，因此夾具必須滿足四個(gè)工件的定位夾 緊。 夾具的最基本作用就是保證工件準(zhǔn)確定位且夾緊以利于加工，由于托輥有不 同的直徑系列和不同的長(zhǎng)度系列，因此此夾具必須在長(zhǎng)度和直徑方向可調(diào)，還必 須保證每一批工件能放置在兩主軸的

10、中間，這就是對(duì)這個(gè)夾具最基本的設(shè)計(jì)要求。 除了讓夾具滿足上述要求外，還應(yīng)盡量使夾具快速準(zhǔn)確定位夾緊，以節(jié)省輔助時(shí) 間；盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，解決由于托輥外徑允許偏差造成的止口圓面和外 圓柱面的同軸度偏差。 解決的大體方法采用虎鉗式定心夾緊機(jī)構(gòu)或螺旋傳動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)的原理， 使四個(gè)工件同時(shí)定心夾緊，十分快速方便。 設(shè)計(jì)一個(gè)專用可調(diào)的 V型塊和夾具體在工件長(zhǎng)度方向可調(diào)，來(lái)分別使直徑和 長(zhǎng)度方向可調(diào)。 由于托輥兩端到機(jī)床主軸的距離不相同的話，就會(huì)導(dǎo)致兩面加工的長(zhǎng)度不同， 因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)限位裝置實(shí)現(xiàn)每批不同長(zhǎng)度的工件都能對(duì)中，以利于機(jī)床對(duì)托 輥的加工。 采用各種動(dòng)力源（如氣動(dòng)、液壓等）和液壓機(jī)械手

11、，來(lái)提高自動(dòng)化程度，減 輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠快速易行。 本設(shè)計(jì)采用自定心夾緊機(jī)構(gòu)，讓定心定位夾緊同步進(jìn)行，節(jié)約了輔助加工時(shí) 間，不僅能快速準(zhǔn)確定心、提高加工效率；還能解決上述問(wèn)題。 如果時(shí)間允許的話,還可以設(shè)計(jì)往復(fù)多工位夾具體，上面放兩套夾具，一個(gè) 加工，另一個(gè)裝零件，另一個(gè)卸時(shí)，下一個(gè)就開始裝工件，使加工時(shí)間和裝卸料 時(shí)間重合，節(jié)約輔助加工時(shí)間，利用機(jī)械手自動(dòng)裝卸或用自動(dòng)供料裝置，實(shí)現(xiàn)托 輥加工的自動(dòng)化，這樣更適合托輥的大批量生產(chǎn)，滿足它的市場(chǎng)需求量。從另一 方面也必須提高機(jī)床的 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 3 無(wú)論設(shè)計(jì)什么夾具，都要用更新的理念，

12、從節(jié)約材料，提高質(zhì)量，降低成本， 提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度等各方面綜合考慮夾具的設(shè)計(jì)。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 4 2 設(shè)計(jì)思路與方案確定 2.1 托輥夾具要滿足的要求 首先簡(jiǎn)單介紹一下托輥的加工生產(chǎn)流程和尺寸系列，以便與思考確定方案和 后續(xù)計(jì)算中參數(shù)的確定。 生產(chǎn)流程：剪床上圓鋼下料普通車床上平端面、打中心孔普通車床 上掉頭平端面、打中心孔普通車床上粗車軸頸倒角普通車床上掉頭粗車 軸頸倒角銑床（鉆床）上兩端銑扁（鉆孔）數(shù)控車床上車兩卡簧槽 數(shù)控車床上精車兩軸頸，這是軸的加工。 用切管機(jī)鋼管下料托輥專用鏜床上兩端鏜孔、倒角、平端面。與前面同 步

13、進(jìn)行；托輥管體的加工。 外購(gòu)沖壓軸承座；用專用焊機(jī)組焊外購(gòu)軸承、密封圈等；用液壓壓裝機(jī) 裝配；用噴漆設(shè)備噴漆、入庫(kù)。 圖 21 托輥管體參數(shù) 托輥尺寸系列： 輸送帶寬 B 托輥直徑 d1 托輥長(zhǎng)度 L1 500 76,89,108 200,600 650 76,89,108 250,380,750 800 89,108,133 315,465,950 1000 108,133,159 380,600,1150 1200 108,133,159 465,700,1400 1400 108,133,159 530,800,1600 1600 33,159 670,1000,2000 2000 13

14、3,159,194 750,1100,2200 托輥夾具要滿足的要求：如何定位才能保證工件軸線與主軸軸線重合；如何夾緊 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 5 才能保證工件在正確定位的基礎(chǔ)上夾緊，而且使各工件所受夾緊力相同；如何實(shí) 現(xiàn)快速定位和夾緊；如何實(shí)現(xiàn)加工不同直徑的工件時(shí)夾具在直徑方向的可調(diào)；如 何實(shí)現(xiàn)加工不同長(zhǎng)度的工件時(shí)夾具在長(zhǎng)度方向的可調(diào)；如何實(shí)現(xiàn)工件相對(duì)主軸兩 側(cè)居于中間位置；如何提高自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 表 21托輥管體技術(shù)條件節(jié)選（MT/T 1019-2006） 外徑 d 1 外徑允許偏差 76 0.50 89 0.60 108 0.7

15、0 133 0.80 159 0.90 194 1.0 1?45? 8 8 103 +0.10 108 A 96 306?0.3 0.1A 103 +0.10 3.2 3.2 0.1A 圖 2-2 托輥管體止口加工 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 6 從表 21說(shuō)明不同直徑的托輥的外徑允差不同；圖 22中說(shuō)明加工止口要 求與外圓柱面的同軸度為0.1；那么不同允差的直徑都要達(dá)到這個(gè)同軸度，就 要求夾具能滿足這個(gè)要求。如果夾具只能調(diào)到加工給定托輥的直徑，那么由于 V 形塊的允差不能調(diào)，就會(huì)導(dǎo)致加工精度不高。必須采用一定方法避免，可以通過(guò) 夾具微調(diào)，或讓設(shè)計(jì)方

16、案把這項(xiàng)誤差給避免了。如采用自定心夾緊機(jī)構(gòu)這個(gè)方案， 就不存在這項(xiàng)誤差。 2.2 托輥夾具的方案 這是設(shè)計(jì)托輥夾具要解決的問(wèn)題，帶著這些問(wèn)題，我想了如下三種方案。 圖 23 加工單一直徑系列的夾具 第一種方案如上圖 23所示，用液壓缸控制壓緊。將工件放在 V形塊內(nèi)， 蓋上壓板，壓板上有浮動(dòng)觸頭。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 7 圖 24斜楔裝置 優(yōu)點(diǎn)：壓緊點(diǎn)是可浮動(dòng)的能使每個(gè)工件均勻夾緊，因?yàn)楣ぜ亩ㄎ换嬗谐?寸偏差，若用剛性壓板，則各工件所受到的夾緊力有差異，會(huì)導(dǎo)致有的可能夾不 緊，或有夾的太緊導(dǎo)致受力變形。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，操作方便。 缺點(diǎn)：不

17、能適應(yīng)不同直徑的工件加工，如果做一個(gè)專用 V形塊能夠放入不同 直徑的工件，但還必須上下可調(diào)。如果想實(shí)現(xiàn)上下可調(diào)，必須在 V形塊與夾具體 中間加一個(gè)機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)必須是可升降的可調(diào)機(jī)構(gòu)，如圖 24所示。 即使加上可調(diào)機(jī)構(gòu)以后還是不滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)殚L(zhǎng)度方向還必須可調(diào)；而 且這個(gè)夾具取放工件也比較麻煩，浪費(fèi)輔助加工時(shí)間，不利于提高生產(chǎn)效率；因 此，不采用這個(gè)方案。 圖 25螺旋自定心機(jī)構(gòu) 第二種方案的原理如上圖 25所示：具體實(shí)現(xiàn)是把螺桿做長(zhǎng) 4倍，來(lái)實(shí)現(xiàn) 四個(gè)同時(shí)加工。圖中的螺旋自定心裝置，它由固定在左右螺紋螺母上的 V形口組 成，當(dāng)旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)，兩鉗口同時(shí)等速靠近，將工件定心并夾緊。翻轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，

18、則 將工件松開。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，快速方便，通用性好。 缺點(diǎn)：由于螺桿與螺母的間隙、螺桿兩端螺紋的螺距誤差、螺桿中間的溝槽 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 8 與，在裝配過(guò)程中的調(diào)整誤差，鉗口的兩定位面可能不對(duì)稱于中心；而且不能加 工其他直徑的工件；一次性托四個(gè)，誤差更大。 因此該夾具適用于定心精度不高的工件。托輥加工止口雖是粗鏜，但要求工 件軸心與主軸重合度高，否則導(dǎo)致加工的托輥壁厚不均勻，影響軸承壽命，從而 影響帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定性，因此不采用此方案。 第三種方案的原理如圖 26所示： 圖 26 齒輪齒條自定心夾緊機(jī)構(gòu) 下齒條靠液壓缸拖動(dòng)，液壓回路用同

19、步保壓回路實(shí)現(xiàn)夾緊，并實(shí)現(xiàn)與另一端齒輪 組的同步。其原理如下圖 27： 對(duì)不同組直徑鋼管須變換相應(yīng)鉗口, 但托輥直徑系列變化品種不多, 且每一 種每次的加工批量相對(duì)較大, 故對(duì)托輥加工效率影響很小。采用該夾具有效地提 高了產(chǎn)品的合格率。液壓夾具分左右兩部分且可沿導(dǎo)軌面縱向任意調(diào)整其間距， 以適應(yīng)不同長(zhǎng)度托輥管筒的加工需要。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 9 圖 27 總裝圖 鉗口可以使管筒外圓的中心與刀具回轉(zhuǎn)中心同軸，減小了徑向跳動(dòng)加工誤差。 2YA1YA 左 齒 條 液 壓 缸 右 齒 條 液 壓 缸 3YA 圖 28 具體方案：把齒輪齒條定心加緊機(jī)

20、構(gòu)的下齒條做長(zhǎng)，加工成四段一樣的，上 齒條做成四個(gè)分開的一邊卡在下齒條，一邊在齒輪上，齒輪中間要穿根軸，機(jī)構(gòu) 前后加兩塊板，板上有導(dǎo)軌用來(lái)讓齒條動(dòng)，軸裝上軸承放在板的圓孔里。 為了方便裝卸，加一個(gè)輔助支撐，另外要把定心夾緊機(jī)構(gòu)做成兩部分分別夾 托輥的兩端。但這兩部分必須同步進(jìn)行，因此我選用液壓同步回路來(lái)實(shí)現(xiàn)兩端的 同時(shí)夾緊。如上圖 27 所示： 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 10 3 定位分析及其計(jì)算 3.1 V 形塊定位 本夾具用于托輥止口加工這道工序，加工止口可選用內(nèi)孔定位和外圓柱面定 位，內(nèi)孔定位主要用于車床上加工單面止口用，因此采用外圓柱面定位

21、，定位元 件選 V形塊。V 形塊的對(duì)中性好，能使工件的定位基準(zhǔn)軸線在 V形塊兩斜面的對(duì) 稱面上，而不受定位直徑誤差的影響，并且安裝方便。 由于兩端同時(shí)加工，因此只需限制四個(gè)自由度，所以選兩個(gè)短 V形塊即可， 不需要其他定位件。 V形塊的工作表面和底面需經(jīng)磨削，為方便加工 V形面設(shè)中間退刀槽。組合 V形塊的表面應(yīng)在一次定位中磨出，以求一致。 V形塊的工作角度 越大，定位誤差越小；但工作角度 越大，定位穩(wěn)定 性越差。據(jù)文獻(xiàn)1281 頁(yè)，由于要用雙 V形塊定位，因此會(huì)增加定位穩(wěn)定性，所 以 V形塊的工作角度選 120。 V形塊用 20鋼，表面滲碳淬火處理，滲碳深度為 0.82.2mm，HRC 為 5

22、864。 V形塊的形狀： 圖 31 V形塊的設(shè)計(jì)形狀 用 U形槽把 V形塊連接到支撐板上，是為了方便 V形塊在支撐板上的滑動(dòng)， 只有 V形塊滑動(dòng)才能保證可調(diào)節(jié)與主軸軸心的重合。 圖 32為支撐固定形塊的板，上面有與之對(duì)應(yīng)的形槽。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 11 圖支撐板 3.2 V 形塊的計(jì)算 3.2.1 V 形塊的尺寸計(jì)算 據(jù)文獻(xiàn)2表 115 V形塊的工作角度 選 120 V形塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度 T=H+0.577D-0.289N （31） V形塊的開口尺寸 N=2D-3.46 （32） V形塊的參數(shù) =(0.140.16)D （33） V形塊的直

23、徑系列 D=76,89，108,133,159，194 V形塊的高度 用于大直徑定位時(shí) H0.5D 用于小直徑定位時(shí) H1.2D 經(jīng)過(guò)初步計(jì)算分析，從工件直徑、工件長(zhǎng)度、夾具長(zhǎng)度等各方面考慮，如果 用一套夾具能加工所有尺寸的工件，勢(shì)必會(huì)造成夾具太不緊湊，定位不準(zhǔn)確。因 此決定把直徑系列分組，以 76，89，108 為一組用一個(gè)型號(hào)的夾具，以 133，154 為一組用另一型號(hào)的夾具，194 的為一組。 計(jì)算第一組的 V形塊尺寸： （1） 計(jì)算 H: H0.5108=54mm 選 H=50mm； （2）當(dāng) =76時(shí)： 1D =(0.140.16) 89=10.6412.16 取 =11 N=276

24、3.4611=113.94mm 取 114mm 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 12 T=50+0.577760.289114=60.90mm 圖 33 V形塊尺寸 據(jù)文獻(xiàn)1211 頁(yè)查的標(biāo)準(zhǔn) V形塊直徑從 60100mm 的厚度都是 42mm，因此取 V 形塊的厚度為 50mm。 （3）取 N=114,H=50估算直徑是 89，108 時(shí)是否可用 由圖 33中幾何關(guān)系可知： A=1142tg30=32.9 最大直徑 D=108， D2=54mm B=54sin30=27mm C=Btg30=15.6mm C小于 A，說(shuō)明當(dāng)直徑為 108時(shí)仍能在 V形塊

25、上定位，因此其他直徑的工件 都能用此 V形塊定位。 （4）當(dāng) D=89,108時(shí)在 V形塊上的中心高： 由圖 34中幾何關(guān)系可知： = +(75A)maxDTmaxcos30sin3022Dtg = +(50-32.9)181 =79.37mm =89mm時(shí)： 2D 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 13 = +(50-32.9)=68.4mm2T893132 圖 34 計(jì)算幾何關(guān)系 （5）計(jì)算各直徑的工件圓心到 V形塊表面的距離 A，陷進(jìn) V形塊的距離 B來(lái)確定 每批工件從放松到加緊所需的行程； mm760.951.ATH 同理： mm8984 mm10

26、7.32. B=D/2A mm76/21B 同理: mm89.46. mm10/93 3.2.2 V 形塊的定位誤差計(jì)算 什么是定位誤差： 任意一批工件，其中每個(gè)工件的尺寸、形狀和各表面的相互位置均有所差異 (在公差范圍內(nèi))。因此，每個(gè)工件在夾具中定位時(shí)。工件各個(gè)表面都有不同的位 置精度當(dāng)然工序基準(zhǔn)的位置也不會(huì)一致，加工后各個(gè)工件的工序尺寸。必然大 小不一，形成誤差。這種只與工件定位有關(guān)的誤差，稱為定位誤差。 產(chǎn)生定位誤差的原因： 一批工件在夾具中定位時(shí)，引起工序基準(zhǔn)變動(dòng)。使工序尺寸產(chǎn)生定位誤差。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 14 其主要原因有： 1

27、)由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，引起的同批工件工序基準(zhǔn)沿工序尺寸方 向上的最大變動(dòng)范圍，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。 2)由于定位基面和定位元件本身的制造誤差和最小配合間隙，所引起的同批 工件定位基準(zhǔn)沿工序尺寸方向的最大變動(dòng)范圍，稱為基準(zhǔn)位移誤差。 上述兩項(xiàng)誤差之和(或代數(shù)和)，即為定位誤差。 機(jī)械加工過(guò)程中，產(chǎn)生加工誤差的因素很多。在這些因素中，有一項(xiàng)因素與 機(jī)床夾具有關(guān)。使用夾具時(shí)，加工表面的位置誤差與夾具在機(jī)床上的對(duì)定及工件 在夾具中的定位密切相關(guān)。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項(xiàng)加工誤 差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。據(jù)文獻(xiàn)2表 1112 （34）jg 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤

28、差；j 與工序中除夾具外其他因素有關(guān)的誤差； 工序公差。g 與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差 ，一般可用下式表示：j （35）jWZDAWjjM 夾具相對(duì)于機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)的位置誤差；WZ 夾具相對(duì)于刀具位置的誤差；DA 工件在夾具中的定位誤差；W 工件在夾具中被夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊誤差；j 夾具磨損所造成的加工誤差。jM 由式（34）可知，使用夾具加工工件時(shí)，應(yīng)盡量減小與夾具有關(guān)的加工誤 差，在保證工序加工要求情況下，留給加工過(guò)程中其他誤差因素的比例大一些， 以便較易控制加工誤差。 由式（35）可知，正確地計(jì)算出工件在夾具中的定位誤差和減小其他各項(xiàng) 誤差，是設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須認(rèn)真考慮的重要問(wèn)題之一。 山 西 大

29、 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 15 由于工件定位所造成的加工表面相對(duì)其工序基準(zhǔn)的位置誤差稱為定位誤差。 在加工時(shí)，夾具相對(duì)刀具及其切削成形的位置，經(jīng)調(diào)定后不再變動(dòng)，因此可以認(rèn) 為加工表面的位置是固定的。在這種情況下，加工表面對(duì)其工序基準(zhǔn)的位置誤差， 必然是工序基準(zhǔn)的位置變動(dòng)所引起的。所以，定位誤差也就是工件定位時(shí)工序基 準(zhǔn)位置的最大變動(dòng)量在加工方向的投影。 據(jù)文獻(xiàn)2表 31知，V 形塊的定位誤差 ，即加工不同直徑0.57()yDd 時(shí)圓心距離 V形塊表面的差值。托輥夾具采用自定心，原理上定位誤差已為零， 只存在 V形塊的安裝誤差，和由 V形塊的對(duì)稱精度引起的誤差

30、。為了提高安裝精 度，要在安裝時(shí)做調(diào)整。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 16 4 托輥的夾緊 4.1 夾緊機(jī)構(gòu) 在機(jī)械加工中，工件的安裝包括定位和夾緊兩個(gè)密切聯(lián)系的工作過(guò)程。在安 裝工件時(shí)，先把工件放置在夾具的定位機(jī)構(gòu)中，使它獲得預(yù)定的正確位置，然后 采用一定的機(jī)構(gòu)將它壓緊夾牢，以保證在加工過(guò)程中，不會(huì)由于切削力、向心力 及工件重力等的影響而產(chǎn)生位置改變或振動(dòng)。這種將工件壓緊夾牢的機(jī)構(gòu)為夾緊 機(jī)構(gòu)。 4.1.1 夾緊機(jī)構(gòu)的要求 夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)保證加工質(zhì)量，提高工作效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全生 產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，均有很大影響，因此夾具機(jī)構(gòu)

31、必須滿足以下 基本要求： 1）保證加工質(zhì)量，夾緊時(shí)不能破壞工件定位時(shí)所獲得的位置。 2）夾緊力可靠適當(dāng)。既要使工件在加工過(guò)程中不產(chǎn)生移動(dòng)或振動(dòng)，有不能 使工件產(chǎn)生不允許的變形和損傷。 3）提高生產(chǎn)效率。即夾緊動(dòng)作要迅速，輔助時(shí)間要短。 4）操作方便省力，使用安全可靠，改善工人勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，力求體積小，重量輕，構(gòu)件少，并盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。構(gòu) 件的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)。 6）具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，制造維修方便。 4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置 現(xiàn)代高效的夾具，大多數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)方式。在傳動(dòng)裝置中，一般都設(shè)有 產(chǎn)生傳動(dòng)作用力的動(dòng)力裝置。如氣動(dòng)、液壓、氣液増力、真空、

32、電動(dòng)、磁力等。 其中以氣缸和液壓裝置應(yīng)用最為普遍。 夾緊裝置選液壓傳動(dòng)裝置，因?yàn)橐簤河偷墓ぷ鲏毫Ρ葔嚎s空氣工作壓力高 度多，一般為（1.967.84）MPa，可達(dá)到 9.8MPa以上，因而產(chǎn)生同樣大的作用 力，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸比汽缸的結(jié)構(gòu)尺寸大的多。而且液壓有不可壓縮性，因而 比氣壓傳動(dòng)的剛度高，工作穩(wěn)定可靠；液壓油有吸振能力，因而噪聲小，便于實(shí) 現(xiàn)頻繁換向。而且液壓有許多基本回路，且許多元件都已標(biāo)準(zhǔn)化，便于設(shè)計(jì)。 由于托輥夾具是用兩套短 V形塊定位夾緊，因此必須實(shí)現(xiàn)兩邊同時(shí)夾緊，選 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 17 擇同步回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾緊用保壓回路

33、，來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.2 夾緊力 4.2.1 夾緊力確定的基本原則 夾緊力是由夾緊元件(裝置)產(chǎn)生的，夾緊力是根據(jù)工序圖或夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書 中所提供的資料進(jìn)行計(jì)算。夾緊裝置所產(chǎn)生的夾緊力一般是按下述條件和順序進(jìn) 行的： 1)按靜力學(xué)的平衡條件，根據(jù)工件受外力的情況計(jì)算所需理論夾緊力。 2)確定夾緊方式和夾緊裝置。 3)確定夾緊裝置所能產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力。 實(shí)際夾緊力比理論夾緊力要大一些，這樣才能安全可靠，確定夾緊力的基本 原則是正確選擇夾緊力的方向、著力點(diǎn)和夾緊力的大小。 4.2.2 夾緊力方向確定的基本原則 夾緊力方向主要與定位基準(zhǔn)及工件所受外力的方向有關(guān)，確定的原則是： 1)夾緊力方向應(yīng)保證工件定位

34、的準(zhǔn)確性與可靠性 2）夾緊力方向應(yīng)使工件變形最小 因?yàn)橐环矫娈?dāng)承載表面不同時(shí)，接觸變形不同；另一方面工件在不同方 向上的剛性不同。因此，要使工件夾緊變形小，在選擇夾緊力方向時(shí)，最好使承 載力表面是定位件與工件定位基準(zhǔn)接觸面積較大的那個(gè)面，并在工件剛性較好的 方向上將工件夾緊，以減小變形。加工薄壁套類、盤類工件時(shí)因?yàn)楣ぜS向比徑 向剛性好，所以常采用均布載荷，而不用集中載荷。 3）夾緊力方向所需夾緊力盡可能小 4.2.3 夾緊力作用點(diǎn)的選擇 1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在支承面中心或支承面內(nèi)使定位穩(wěn)定。 2）夾緊力作用點(diǎn)盡可能靠近被加工表面，以使切削力作用點(diǎn)的力矩小，從 而減輕振動(dòng)，防止翻轉(zhuǎn)。 3）夾緊

35、力作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位，以防工件產(chǎn)生夾緊變形。 4）夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目應(yīng)盡量使工件在整個(gè)接觸面上夾的均勻，減小夾緊 變形。 綜上所述，夾緊力作用點(diǎn)選擇是否合理，對(duì)工件是夾緊變形影響極大。因此， 在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種因素進(jìn)行分析，確定合理方案。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 18 4.2.4 工件受力分析 夾緊力的大小，對(duì)工件安裝的可靠性，工件與夾具的變形，夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜 程度和傳動(dòng)裝置的選用等都有很大關(guān)系。因此，在夾緊力方向、作用點(diǎn)確定后， 尚需確定夾緊力的大小。 工件在加工過(guò)程中受到切削力、離心力、慣性力和工件自身的重力的作用， 為保證

36、工件安裝穩(wěn)定可靠，夾緊力必須與上述外力平衡。但在不同條件下，上述 各種外力在平衡力系中所起的作用并不相同。如在一般的中小型工件加工起決定 作用的是切削力，而重型工件起決定作用的則是工件的重力。此外，切削力在加 工過(guò)程中是變化的，工藝系統(tǒng)的剛性和夾緊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率又不同。因此，夾緊 力大小的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，一般只作粗略估算。為簡(jiǎn)便起見，在計(jì)算夾 緊力大小時(shí)，假定工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過(guò)程穩(wěn)定不變，只考慮切削力（矩） 對(duì)夾緊的影響，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小。為保證安全再乘以安全系數(shù)。 圖 41 一端受力 1）工件一端某點(diǎn)受刀具的力 受到徑向切削分力、軸向切削分力、切向切削分力三個(gè)力如

37、圖 41。 圖 42 兩端同時(shí)受力 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 19 2）當(dāng)兩端同時(shí)加工時(shí)，受力如圖 42，夾緊力必須平衡它們，工件才能正常 加工，兩端 大小相等方向相反，已平衡；由于用短 V形塊分別夾緊兩端，分別xP 平衡兩端的 ；而兩端 則分別會(huì)產(chǎn)生力矩使工件扭轉(zhuǎn)，這個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩也需要夾yz 緊力平衡。 4.2.5 夾緊力的計(jì)算 據(jù)文獻(xiàn)1表 321： 為防止工件在切削扭矩 M（kgf ）的作用下打滑而轉(zhuǎn)動(dòng)所需的夾緊力：m （kgf） (41)11 sin2KQRf 為防止工件在軸向力 P的作用下打滑而軸向移動(dòng)所需的夾緊力： （kgf） (42) 2

38、2 sinKf 圖 43 工件所受夾緊力 式中： 工件與 V形塊間在圓周方向的摩擦系數(shù)；1f 工件與 V形塊間在軸向方向的摩擦系數(shù)；2 確定安全系數(shù) K據(jù)文獻(xiàn)1306 頁(yè) （43） 0123456 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 20 基本安全系數(shù)，一般取 1.5；0K 加工狀態(tài)系數(shù)。粗加工： =1.2；精加工： =1.0。由于是粗鏜，所以1 1K1K 取 1.2； 刀具鈍化系數(shù)（考慮刀具磨損的系數(shù)） ，一般取 =1.01.9，據(jù)文獻(xiàn)12K 2 表 320選取，粗鏜鋼件時(shí) 方向?yàn)?1.0， 方向?yàn)?1.6；zPxP 切削特點(diǎn)系數(shù)（考慮切削情況的系數(shù)） ，

39、連續(xù)切削： =1.0，斷續(xù)切削：3 3K =1.2。加工為連續(xù)切削，因此取 1.0K 考慮夾緊動(dòng)力穩(wěn)定性系數(shù)。手動(dòng)夾緊： =1.3，機(jī)動(dòng)夾緊： =1.2，為4 4 4 液壓機(jī)動(dòng)夾緊，固選 1.0； 考慮手動(dòng)夾緊時(shí)手柄位置的系數(shù)。若手柄操作方便，手柄旋轉(zhuǎn)范圍小時(shí)，5K 取 1.0；若手柄位置操作不方便，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍大（90）時(shí)，取 1.2。由 于是機(jī)動(dòng)夾緊，因此次項(xiàng)不考慮。 僅在力矩企圖使工件回轉(zhuǎn)時(shí)，才考慮支承面接觸情況系數(shù)。若工件安裝在6 支承釘上，接觸面積小時(shí)取 1.0；若工件是安裝在支承板或其它接觸面較大元件 上時(shí)取 1.5；因?yàn)楣ぜ惭b在 V形塊上，屬線接觸，面積不大，因此取 1.0

40、. 方向上 K=1.51.21.01.01.01.0=1.8zP 方向上 K=1.51.21.61.01.01.0=2.88x 計(jì)算切削力 方法一：帶公式 據(jù)文獻(xiàn)1表 350查的切削力公式： （44）0.75.1zpptsvK （45）.49xP t切削厚度（mm） s每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm) v切削速度 （mmin） 圓周切削分力（kgf） ； 軸向切削分力（kgf） ；z xP 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 21 修正系數(shù)；pK 據(jù)文獻(xiàn)6表 1132查的粗鏜的情況下，用硬質(zhì)合金加工鋼件的切削用量： v=(4060)mmin (取 40) s=(0.31)

41、mmr (取 0.3) t=1.5mm 據(jù)文獻(xiàn)1表 351，表 352，表 353確定 pK （46）PmpprKK 由于托輥的材料時(shí) Q235,據(jù)文獻(xiàn)6表 73查的 =375460 ，取 420baMP ，則由表 352查得指數(shù) n=0.75。 aM = = =0.647mpK75nb0.7542 據(jù)文獻(xiàn)3217 頁(yè)：鏜刀剛性差、易振，主偏角應(yīng)選大點(diǎn)，以減少?gòu)较蛄?。?鏜一般選 =6075，固定式鏜刀塊鏜盲孔一般 =90， 10，r rK050 312。 據(jù)文獻(xiàn)4表 1.3：用硬質(zhì)合金刀具加工結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼 1.3符合。 圖 61 齒輪 6.3.4 齒輪齒條的強(qiáng)度校核 據(jù)文獻(xiàn)14128

42、頁(yè)： 1.選擇小齒輪材料和熱處理、精度等級(jí) 因是一般用途的齒輪傳動(dòng),齒輪材料選 45鋼，傳遞的功率不大，且對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú) 嚴(yán)格要求，可選軟齒面。選小齒輪調(diào)質(zhì)，小齒輪齒面硬度 230240HBS，齒條正 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 30 火，齒面硬度 190230HBS。由于齒輪同時(shí)與上下齒條嚙合，因此硬度應(yīng)該高點(diǎn)。 兩齒條完全相同，才能保證機(jī)構(gòu)，兩面等距離移動(dòng)。因?yàn)槭且话愕囊莆谎b置，精 度選為 8級(jí)。 正火即：將鋼加熱到奧氏體區(qū)，保溫后在空氣中冷卻，使鋼重結(jié)晶，從而解 決鑄鋼件，鍛件的粗大晶粒和組織不均勻問(wèn)題。 調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火 淬火即將鋼件加熱到 或

43、 以上的某一溫度，保持一定時(shí)間以適當(dāng)速度冷3CA1 卻，獲得馬氏體和（或）貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的是為了提高鋼的 力學(xué)性能。 高溫回火即淬鋼件在 500600 的回火，組織為回火索氏體，習(xí)慣上將鋼 件淬火及高溫回火的復(fù)合工藝稱為調(diào)質(zhì)。高溫回火的目的在于降低強(qiáng)度、硬度及 耐磨性的前提下，大幅度提高塑形、韌性，得到較好的綜合力學(xué)性能。 2.選取齒輪齒數(shù) 據(jù)文獻(xiàn)14133 頁(yè)可知： 閉式硬齒面齒輪、開式齒輪和鑄鐵齒輪，因齒根彎曲強(qiáng)度往往是薄弱環(huán)節(jié)， 應(yīng)取較少齒數(shù)以保證齒輪具有較大的模數(shù)，以提高輪齒抗彎能力。一般取小齒輪 齒數(shù)為 1725。選 18。 3.按齒面彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)開式齒輪傳

44、動(dòng)，承載能力一般取決于齒面彎曲強(qiáng)度，故按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 校核齒根接觸疲勞強(qiáng)度。 （63） 312()FaSdKTYmz 確定式中各項(xiàng)數(shù)值： 因載荷平穩(wěn)，可初選載荷系數(shù) =1.5（據(jù)文獻(xiàn)14）t T= 51.0Nm 據(jù)文獻(xiàn)14式（67）端面重合度：由于是直齒輪， =012.83()cosaz1.832.76 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 31 據(jù)文獻(xiàn)14式（613） 0.680.75.2aY 據(jù)文獻(xiàn)14表 66，選取 ；.9d 據(jù)文獻(xiàn)14的圖 619，620 查得： =2.63 =2.0631FaY2FaY =1.58 =1.94SS 據(jù)文獻(xiàn)14式（61

45、2）確定 N， 假設(shè)年產(chǎn) 40萬(wàn)托輥，加工一次，齒輪松開夾緊嚙合兩次，按一次加工 4根， 40萬(wàn)要加工 10萬(wàn)次，一年嚙合 20萬(wàn)次。假設(shè)要工作十年，則要嚙合 200萬(wàn)次。 即 N=210 。6 據(jù)文獻(xiàn)14圖 621，查得 1.0NY21.0NY 據(jù)文獻(xiàn)14125 頁(yè)，取 =1minHS 據(jù)文獻(xiàn)14圖 616d： 按小齒輪齒面硬度 230240HBS 均值 235HBS，在 MQ線和 ML線在中間（適當(dāng) 延長(zhǎng) MQ和 ML線）查得 ；lim1340FMPa 同理，由圖 616c查得；取 li21F = = =343.4MPa1Flim1nNYS340. = = =313.1MPa2Fli2mn

46、. =0.0127 1aSFY =0.01252aSF 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 32 = =2.68 1 32()aFSdYKTmz342.510.1279 修正 m，K=1.6 則 =2.684 3ttK 取標(biāo)準(zhǔn)值：m=3； 齒輪的主要幾何尺寸： d=mz=54 b= 48.6 取 50 取 =541bd2b 3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （64）12HEKTZbdH 據(jù)文獻(xiàn)14表 65，查得 ；89.MPa 據(jù)文獻(xiàn)14表 614，查得 ；2.5HZ 據(jù)文獻(xiàn)14表 613,查得 ；0.86 據(jù)文獻(xiàn)14圖 615查得， =1.31 1.31（不允許

47、出現(xiàn)點(diǎn)蝕）1N2N 按小齒輪齒面硬度 230240HBS 均值 235HBS，在 MQ線和 ML線在中間（適當(dāng) 延長(zhǎng) MQ和 ML線）查得 ；lim1540HMPa 同理，由圖 616c查得；取 li239H 由圖 616d，按小齒輪齒面硬度 230240HBS 均值 235HBS，在 MQ線和 ML 線在中間（適當(dāng)延長(zhǎng) MQ和 ML線）查得 ；同理，由圖 616c查得；lim1540HPa 取 ；min1HS lim11n540.32 71HNZMaSli22mn9. 5HP 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 33 將確定的值帶入接觸疲勞強(qiáng)度校核公式，得

48、 MPa=437.6 521.60189.250.H 接觸強(qiáng)度滿足。2 齒頂圓直徑： = =60mmad*(2)azhm 齒根圓直徑： = =46.5mmf *()f c 6.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪較小，做成實(shí)心的，如圖 61所示。 6.3.6 齒輪的各項(xiàng)誤差計(jì)算 （1）確定齒輪的精度等級(jí) 由于是一般的移位裝置，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，因此選 8級(jí)精度。 （2）最小側(cè)隙和齒厚偏差的確定 中心距 a= =67mm1402mz 按文獻(xiàn)22式（7.6）計(jì)算： min(.65.3)3bjam =0.122mm 由文獻(xiàn)22式（7.8）計(jì)算： min/(2cos)snbEj =0.087mm 取負(fù)值為

49、 0.087mm 分度員直徑 ： d=54mm 由文獻(xiàn)22表 7.11查得： Fr=43 =0.043mmm 由文獻(xiàn)22表 7.3查得: b =1.26IT9 （6r 5） 由文獻(xiàn)22表 1.4查得: IT9=0.074 帶入式（65）得 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 34 b =0.093mmr 故齒厚公差： （66）2tan0snrTF =0.074mm .16snisnEm 而公稱齒厚： 90/4.7Szz 因此公稱齒厚及偏差為 4.7 mm.8716 也可用公法線長(zhǎng)度代替極限偏差來(lái)代替齒厚偏差 上偏差 =0.082mmcosbnsE 下偏差 =

50、0.151mmisi 跨齒數(shù)（公法線在基圓柱面上跨過(guò)的齒數(shù)） n=z/9+0.5=18/9+0.5=3 公法線長(zhǎng)度 （67）2.591(40.)14nWmz =23.653mm 故 0.821536n （3）確定檢驗(yàn)組項(xiàng)目 參考文獻(xiàn)22表 7.13。 ，該中等精度，可選第一組。即 、 、F 、F 。pr 由文獻(xiàn)22表 7.11查得： =0.053mm =0.022mm pFF F =0.028mm F =0.043mm r （4）齒輪坯精度 1）內(nèi)圓孔偏差 ：由文獻(xiàn)22表 7.6查得公差為 IT7，其尺寸偏差為0.327H 2）齒頂圓直徑偏差為 0.05m= 0.15mm 即齒頂圓為 60 0

51、.15mm 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 35 3）基準(zhǔn)面的形位公差： 內(nèi)孔圓柱度公差： 0.04（L/b）F =0.04（160/50）0.028=0.00358mm 01 =0.0053mmp 取最小值 0.0036mm 端面圓跳動(dòng)公差據(jù)文獻(xiàn)22表 7.4查得為 0.018mm 頂圓徑向跳動(dòng)公差據(jù)文獻(xiàn)22表 7.4查得為 0.018mm 6.3.7 確定鍵、軸承和軸 對(duì)于直徑小的齒輪，若齒根圓到鍵槽底部的距離 e6mm，因此不用做成一體2fdt 的；從另一方面考慮，由于齒輪相對(duì)軸易磨損，做成軸齒輪，壞了還得一起換， 不合算，因此分開做，用鍵連接上，

52、便于拆換。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 36 圖 62 鍵的尺寸 6.3.8 選擇軸承 滾動(dòng)軸承的類型很多，通常按其所承載的方 向或公稱接觸角 （公稱接觸角 是指軸承中套圈 與滾動(dòng)體接觸線和垂直于軸承軸線平面間的夾角） 的不同，可分為向心軸承和推力軸承兩類。向心軸 承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷， 由于只受徑向載荷，因此選向心軸承。 深溝球軸承主要受徑向載荷，也可受少量的 軸向載荷，工作時(shí)摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。 根據(jù)軸徑選軸承的尺寸，據(jù)文獻(xiàn)20附表 C101查得： 選 16002合適：尺寸系列代號(hào)為（

53、1）0 d=15mm； D=32mm； B=9mm； 其他尺寸： =20.4mm； =26.6mm 2d2D 圖 63 軸承 標(biāo)記：滾動(dòng)軸承 16002 GB/T 276 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 37 6.3.9 軸的結(jié)構(gòu) 軸要做出軸環(huán)給齒輪定位，據(jù)文獻(xiàn)14194 頁(yè)知：軸環(huán)高出 h=(23)C,C 是 軸環(huán)處的倒角尺寸，據(jù)文獻(xiàn)14的表 82查得，軸徑 1830 的倒角 C=1.0，因此 取 h=3mm。軸環(huán)的寬的 b1.4h=4.2mm。滾動(dòng)軸承配合處的軸肩高度必須低于軸 承內(nèi)圈端面的安裝高度，以便拆卸方便。 裝軸承處要精度要求高，要用砂輪磨，

54、因此要留砂輪越程槽，或軸頸做長(zhǎng)。 還要有兩個(gè)套筒給軸承定位，套筒做成階梯式的，一邊防止軸軸向竄動(dòng)，取 26mm，一邊給軸承定位，并且定位高度不得高于軸承中的 ，取 18mm。2d 軸采用兩端固定支承，兩端的軸承各限制軸在一個(gè)方向的軸向移動(dòng)，合起來(lái) 就限制軸的雙向移動(dòng)。為補(bǔ)償軸的受熱伸長(zhǎng)，軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留有 0.250.4mm 的補(bǔ)償間隙（據(jù)文獻(xiàn)14230 頁(yè)） 。間隙值用改變軸承蓋與箱體間的 墊片厚度進(jìn)行調(diào)整。 整體結(jié)構(gòu)如圖 64所示： 圖 64 軸組件 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 38 7 液壓 7.1 液壓缸的計(jì)算與選取 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：

55、 1.在傳遞同等功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu) 緊湊。 2.工作平穩(wěn)、反應(yīng)快、沖擊小，能高速啟動(dòng)、制動(dòng)、換向。 3.可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，調(diào)速性能好。 4.控制、調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操縱方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 5.易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。 6.液壓元件已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，便于設(shè)計(jì)選用。 由于托輥夾具是用兩套短 V形塊定位夾緊，因此必須實(shí)現(xiàn)兩邊同時(shí)夾緊，選 擇同步回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾緊用保壓回路。如下圖所示； 圖中是利用蓄能器的保壓回路，當(dāng)主換向閥在左位時(shí)，液壓缸向前運(yùn)動(dòng)，開 始實(shí)現(xiàn)夾緊工件，當(dāng)達(dá)到夾緊力時(shí)，進(jìn)油路的壓力升高到調(diào)定值，壓力繼電器發(fā) 信使二通閥換向通電，泵卸荷，

56、單向閥關(guān)閉，液壓缸有蓄能器保壓。缸內(nèi)壓力不 足時(shí)，壓力繼電器復(fù)位使泵重新工作。保壓時(shí)間取決于蓄能器容量。 鎖緊回路主要用于要求執(zhí)行元件可靠的停在任意位置的液壓系統(tǒng)，對(duì)于重力 負(fù)載系統(tǒng)，必須考慮鎖緊回路。最常用的鎖緊方法是采用液控單向閥鎖緊。在此 回路中，為保證執(zhí)行元件在鎖緊時(shí)迅速可靠，其控制油路必須與油箱接通。 同步回路是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件以相同的速度或相同的位移運(yùn)動(dòng)的回路。按照 控制方式不同，同步回路分為流量控制、容積控制和伺服控制三種。 流量控制同步回路是通過(guò)流量控制閥控制進(jìn)入或流出執(zhí)行元件的流量，來(lái)實(shí) 現(xiàn)速度同步，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整麻煩，且同步精度不高。 容積控制同步回路是將兩相等容

57、積的油液分配到尺寸相同的兩執(zhí)行元件，實(shí) 現(xiàn)位移同步。將兩活塞有效面積相同的液壓缸串聯(lián)起來(lái)的同步回路，同步精度和 效率都較高，但是因油缸存在制造誤差、內(nèi)泄漏等因素，容易出現(xiàn)同步的位置誤 差，需采取補(bǔ)償措施進(jìn)行補(bǔ)償。 采用比例閥或伺服閥的同步回路同步精度高，但是系統(tǒng)的復(fù)雜程度和造價(jià)都 較高。若系統(tǒng)為閉環(huán)控制，可以通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)活塞位移信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后， 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 39 反饋給比例閥或伺服閥來(lái)控制進(jìn)入液壓缸的流量，從而實(shí)現(xiàn)較精確的同步運(yùn)動(dòng)。 因此選用等量出口分流閥控制雙缸同步。圖中壓力油經(jīng)換向閥和分流閥后分 成兩支等量的油路，分別進(jìn)入兩

58、液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞向右同步運(yùn)動(dòng)左腔的油 經(jīng)單向閥和換向閥快速回油箱。 壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的控制元件。它是液壓部 分和電器元件兩部分組成，系統(tǒng)中的壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定值時(shí)，即發(fā)出電 信號(hào)，控制電動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作，完成各項(xiàng)預(yù)定任務(wù)。 7.2 液壓缸的計(jì)算與選取 1. 計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷 F：據(jù)文獻(xiàn)17221 頁(yè) 根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，作用在液壓活塞桿上的總機(jī)械載荷 F包括兩部分：第一部 分主要包括眼液壓缸活塞方向的工作阻力（即：夾緊力）和運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制 動(dòng)過(guò)程中的慣性力。 據(jù)文獻(xiàn)17式（131）： （7F工 回慣 封 摩 1） 夾緊力，609N；F工 活塞上所

59、受慣性力；慣 活塞阻力；封 導(dǎo)軌摩擦阻力；F摩 回油背壓形成的阻力?；?(1) 按鋼的密度 7.8 計(jì)算液壓帶動(dòng)的夾具部分的重量：3gcm V形塊的體積： 2572.9057032.9509m =7.8290.5087.8=4.52kgvG 塊的重量：4018012087.8=53.6kg 齒條的重量：1204080167.8=48kg 齒輪的重量： 6047.8=6.4kg2134 托輥的重量：1.5600 1087.84=9.52kg 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 40 總重量：為 122kg 即 1200N (2) 的計(jì)算，據(jù)文獻(xiàn)17（136）：

60、F慣 （72）()GvNgt慣 式中 G液壓缸所要移動(dòng)的重量，1200N； g重力加速度，9.81 ；2ms 速度變化量，取 =1.2 =0.02 ；vvinms 啟動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間，一般為 0.010.5s，因行程較短，取 =0.1s。t t 將上式各值帶入上式 120.49.8GvFNgt慣 (2) 的計(jì)算，據(jù)文獻(xiàn)17式（137）：密封裝置的摩擦力的計(jì)算方法和密封裝封 置的類型有關(guān)。當(dāng)工作壓力 p小于 16MPa時(shí)：FA工封 摩 （ N） 克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力（Pa） ，如該液壓缸選“Y”p摩 形密封圈，設(shè)液壓缸工作壓力 p16Mpa，據(jù)文獻(xiàn)17132 查得 0.3MPa,p

61、摩 取 =0.1Mpa；摩 進(jìn)油工作腔有效面積（） ，此值屬于未定數(shù)值，初估 16A工 2cm =160N60.1.fF （3） =156N；摩 鋼與鋼的摩擦系數(shù)，據(jù)文獻(xiàn)13 頁(yè) ，取 0.13 =1229.810.13=156NF摩 （4） 的計(jì)算，據(jù)文獻(xiàn)17224 頁(yè)計(jì)算回 回油腔的背壓力，可如下選?。褐械蛪合到y(tǒng)的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)取 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 41 0.20.5MPa；回油路有背壓閥的系統(tǒng)，背壓閥的調(diào)整壓力一般為 0.51.5MPa； 帶調(diào)速和復(fù)雜的回油路系統(tǒng)，取大于等于 0.5MPa；拉床龍門刨床導(dǎo)軌磨床取 0.81.5MPa；

62、回油背壓形成的阻力： 2FpA回 出 回油背壓,取 =0.3MPa；p出 出 有桿腔活塞面積，考慮兩邊傳動(dòng)比為 2， =82A A2cm 各值代人上式 N6210.3084FpA回 出 分析液壓缸各工作階段受力情況，得知在工作階段受力最大，作用在活塞上 的總機(jī)械載荷為： N60924156240189F工 回慣 封 摩 2. 確定液壓缸的機(jī)構(gòu)尺寸和工作壓力 按 文獻(xiàn)17表 133經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)工作壓力。工作壓力取 =2MPaF工 液壓缸工作腔有效工作面積； 226189A0.5m6cp2.F1工 活塞直徑 14.7.D 因差動(dòng)比為 1：2，所以活塞桿直徑 : d=0.7D=0.727.6=1

63、9.32mm 按文獻(xiàn)18：取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=20，D=32,則工作壓力2189.5a0.34PMP工 7. 液壓泵的計(jì)算與選取 1. 確定液壓泵的實(shí)際工作壓力 BP 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 42 BP工 總 式中 前已選定為 1.5MPa工 之和，按文獻(xiàn)17240 頁(yè)： 可估為（0.51.5）MPa，取總 沿 程 局 部 P總 0.5MPa。 因此，可確定液壓泵的實(shí)際工作壓力為 1.502BPMPa工 總 2.確定液壓泵的流量 按文獻(xiàn)18式（1318） maxBqK 式中 K泄漏系數(shù)，取 1.1； 兩切削頭快進(jìn)時(shí)所需最大流量之和。maxq 的計(jì)算如

64、下: max2qAv差 動(dòng) 快 =2 2 12042 =0.75（L/min） 代人上式得，由于是兩個(gè)液壓缸需乘 2 2 =21.10.75=1.65L/minBq 按壓力為 2MPa，流量為 1.65L/min， ，選 1000r/min的電動(dòng)機(jī)，流量為 0.165L/r。 選擇液壓泵。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 43 8 導(dǎo)軌的選用 據(jù)文獻(xiàn)19表 28.32 可知選 V形導(dǎo)軌比較合適。 V形導(dǎo)軌中又有凹形和凸形，選凹形的易保存潤(rùn)滑油,導(dǎo)向精度高,磨損后能 自動(dòng)補(bǔ)償,而且是對(duì)稱截面,制造方便應(yīng)用較廣。頂角一般為 90,重型機(jī)床采用 110120,

65、精密機(jī)床采用小于 90的以提高導(dǎo)向精度，因此選 90。 據(jù)文獻(xiàn)19表 28.35選擇導(dǎo)軌的尺寸系列: B=16,20,25,32,40,b=1.6,2,2.5,3,4, 選 B=16，b=1.6。 導(dǎo)軌的材料要求和匹配: 用于導(dǎo)軌的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小和動(dòng)靜摩擦系數(shù)差小。加 工和使用時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小,尺寸穩(wěn)定性好的性能。 導(dǎo)軌副應(yīng)盡量采用由不同材料組成,如果選用相同材料,也應(yīng)用不同的熱處理或不 同的硬度。 通常動(dòng)導(dǎo)軌(動(dòng)導(dǎo)軌)用較軟耐磨性低的材料,固定導(dǎo)軌(長(zhǎng)導(dǎo)軌)用較硬和耐 磨材料制造,材料匹配對(duì)耐磨性影響 機(jī)床滑動(dòng)導(dǎo)軌常用材料主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵。 灰鑄鐵通常以 HT200

66、或 HT300做固定導(dǎo)軌,以 HT150或 HT200做動(dòng)導(dǎo)軌。 據(jù)表 28.315灰鑄鐵導(dǎo)軌硬度要求, 當(dāng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度小于等于 2500mm時(shí) HBS,不小于 190,硬度不均勻性不超過(guò) 25HBS。 據(jù)文獻(xiàn)19表 28120熱處理:一般重要的導(dǎo)軌,鑄件粗加工后進(jìn)行一次時(shí)效 處理。 山 西 大 同 大 學(xué) 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 44 9 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 9.1 螺紋連接件的選擇 固定 V形塊處、固定 V形塊的板與齒條上表面處，由于要有導(dǎo)軌進(jìn)行上下、 左右調(diào)整，因此調(diào)整好以后用 T形槽快卸螺栓連接。 （據(jù)文獻(xiàn)1表 181頁(yè)中查得： ）M10 的尺寸如下：T 形槽寬度為 12，B=25；H=7； ；b=10； ；C=1.5；L=6003l16b 標(biāo)記：d=M10,L=60mm 的 T形快卸螺栓 M1060 GB216580； 下齒條上的板或其他連接的地方用螺釘固定即可：（據(jù)文獻(xiàn)1表 80頁(yè)中查 得：）M10 的尺寸如下：d=10；D=15；n=2.5；t=2.5；b0.8；H=4.8；L=40；03L 標(biāo)記：粗牙普通螺紋，直徑 10mm、長(zhǎng) 30mm的沉頭螺釘：螺釘