機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-火箭燃料貯箱FSW焊接用組合夾具設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、浙浙江江理理工工大大學(xué)學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題題 目目 火箭燃料貯箱火箭燃料貯箱 FSWFSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì)焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院院 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 0909 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4 4）班）班 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 遞交時(shí)間遞交時(shí)間 5 5 月月 2020 日日 二二一三一三年年五五月月十二十二日日 浙浙 江江 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信說(shuō)明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡引用他人的研究成果 均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說(shuō)明書與圖紙

2、均由本人獨(dú)立完 成，沒(méi)有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出 現(xiàn)以上違反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）：唐筠超 2013 年 5 月 12 日 摘要 近年來(lái)，我國(guó)國(guó)用火箭燃料貯箱都是采用了攪拌摩擦焊（FSW）焊接。目前 在火箭燃料貯箱的焊接過(guò)程中并沒(méi)有具體統(tǒng)一的夾具使用，導(dǎo)致貯箱表面圓度 與精度數(shù)值有起伏，甚至有些表面還有微型凹陷，所以設(shè)計(jì)一套火箭燃料貯箱 在攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中專用的組合夾具迫在眉睫。 火箭燃料貯箱主要由三部分組成，可以分為 2 個(gè)主要工件，分別是中間的 薄壁筒體以及兩端的半球面體。其中半球面體一般先由 6 塊瓜瓣片形狀的金屬 板焊接成

3、半球面體狀，再和一個(gè)端蓋焊接成完整的貯箱球面蓋，所以這里需要 一套完整的焊接夾具。由于攪拌摩擦焊焊接機(jī)器的旋轉(zhuǎn)局限性，焊接完成兩個(gè) 瓜瓣片之間的縱縫后，需要整個(gè)工件和夾具一起旋轉(zhuǎn) 60之后才能繼續(xù)焊接另 外的縱縫，所以需要另外設(shè)計(jì)一臺(tái)特定配置的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用來(lái)帶動(dòng)整個(gè)夾具和 工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)薄壁筒體夾具時(shí)，由于用于筒體焊接的攪拌摩擦焊機(jī)器有 繞中心軸旋轉(zhuǎn)功能，所以不必再設(shè)計(jì)新的工作臺(tái)。 設(shè)計(jì)過(guò)程：在 FSW 的工作原理和工件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上分析夾具需要的定位面 和夾緊面；在 Pro/E 上繪制初步的三維模型，設(shè)計(jì)出大概的尺寸；對(duì)夾具整體 的外形和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，分析考慮其實(shí)用性并進(jìn)行修改；通過(guò)球面體

4、夾具的尺 寸算出體積和重力；根據(jù)其他數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；受力分析和校核； 在 Pro/E 上進(jìn)行零件的裝配；根據(jù)三維零件模型和裝配模型在 AutoCAD 上繪制 二維圖；Pro/E 上夾具、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工件的配合演示。 關(guān)鍵字：火箭燃料貯箱；夾具；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；設(shè)計(jì)；筒體；球面體 Abstract In recent years, friction stir welding (FSW welding) is used in Chinas rocket fuel tanks. At present, the use of chucking in the welding process of

5、rocket fuel tank lack of standardization, resulting in the record of tanks circular degree and accuracy up and down, even some surfaces emerge micro sunken. To design a suit of special combination fixture for rocket fuel tank in the friction stir welding process is extremely urgent. Rocket fuel tank

6、 is mainly composed of three parts, can be divided into two main parts, which are thin-wall cylinder and both ends of the hemispherical work piece. Generally, the hemispherical work piece is welded by six scalloped segment metal plates at first, then weld with end cover. It requires a complete set o

7、f welding fixture. Due to the limitation of the FSW welding machines rotating, after welding the longitudinal seam between two scalloped segment plates, the work piece and fixture need to rotate 60 degrees to continue longitudinal seam welding. It needs designing a specific configuration rotary work

8、ing-table to drive the fixture and work piece rotate together. When designing the thin-wall cylinders fixture, there is no need to design a new working-table because of the standard machine. The design process: Analyze the locating surface and clamping surface of fixtures need on the basis of FSWs o

9、perational principle and work pieces structure; Draw the initial 3D model in Pro/E, design outline dimensions; Optimize the whole size and shape of fixture, considering the practicability and modify; Figure out volume and gravity on the basis of the hemispherical work piece fixtures size, design the

10、 corresponding rotary working-table on the basis of other date; Force analysis and check; Assemble parts in Pro/E; To draw 2D diagram in AutoCAD according to the 3D part model and assembly model; Show the assemble in Pro/E. Keywords: rocket fuel tank; fixture; rotary working-table; design; cylinder;

11、 the hemispherical 目 錄 摘 要 Abstract 第 1 章 緒論.1 1.1 研究的目的及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.2.1 薄壁筒體夾具研究現(xiàn)狀.3 1.2.2 球面體夾具研究現(xiàn)狀.4 1.3 主要研究?jī)?nèi)容 6 1.3.1 筒體夾具分析與設(shè)計(jì).6 1.3.2 半球面體夾具分析與設(shè)計(jì).6 1.3.3 擬解決的主要問(wèn)題.7 第 2 章 球面體夾具設(shè)計(jì)7 2.1 機(jī)械加工工藝分析 7 2.2 夾具的結(jié)構(gòu)方案 8 2.3 半球面體夾具裝配圖 12 第 3 章 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)13 3.1 工作臺(tái)方案分析 13 3.2 電機(jī)的選擇 14 3.3 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 15

12、3.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 16 3.5 渦輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 20 3.6 軸、鍵、軸承及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和選擇.24 3.7 軸的校核29 3.8 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖 35 第 4 章 筒狀體夾具設(shè)計(jì)36 4.1 機(jī)械加工工藝分析 36 4.2 夾具的結(jié)構(gòu)方案 37 4.3 筒體夾具的裝配圖 41 第 5 章 AutoCAD 與 Pro/E 軟件簡(jiǎn)介.42 5.1 軟件簡(jiǎn)介.42 5.2 三維模型.43 第 6 章 總結(jié).44 參考文獻(xiàn)45 致 謝46 附錄.47 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 111 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第第 1 1 章章 緒論緒論 1

13、.11.1 研究的目的及意義研究的目的及意義 自從 1991 年英國(guó)焊接研究所發(fā)明了攪拌摩擦焊技術(shù)以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了 21 年，攪拌摩擦焊在這 21 年間為世界制造業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，其中在航天航空， 航海船泊，高速列車，交通運(yùn)輸這些高科技行業(yè)的表現(xiàn)尤其突出。2002 年，在 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)-北京航空制造工程研究所與英國(guó)焊接研究所共同簽署關(guān)于攪 拌摩擦焊專利技術(shù)許可、技術(shù)研發(fā)及市場(chǎng)開拓等領(lǐng)域的合作協(xié)議的基礎(chǔ)上，中 國(guó)第一家專業(yè)化的攪拌摩擦焊技術(shù)授權(quán)公司中國(guó)攪拌摩擦焊中心即北京賽 福斯特技術(shù)有限公司成立，標(biāo)志著攪拌摩擦焊技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的研發(fā)及工程應(yīng) 用工作的正式開啟。到現(xiàn)在 2012 年我國(guó)已經(jīng)

14、成功開發(fā)了 60 余套攪拌摩擦焊設(shè) 備，將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)航空、航天、船舶、列車、汽車、電子、電 力等工業(yè)領(lǐng)域中，創(chuàng)造了可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為鋁、鎂、銅、鈦、鋼等金屬 材料提供了完美的技術(shù)解決方法1。 我國(guó)新一代重型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)將在 2014 年底在海南航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射， 其火箭燃料貯箱就是使用攪拌摩擦焊焊接?；鸺剂腺A箱指的是航天產(chǎn)品火箭 助推器中不可回收的外掛燃料貯箱，具體形狀結(jié)構(gòu)為一個(gè)中心薄壁筒體與兩個(gè) 半球面體，其中一個(gè)球面體開口用于注入燃料。形狀基本如下圖 1-1 所示,實(shí)物 圖如 1-2 所示。 圖圖 1-11-1 火箭燃料貯箱結(jié)構(gòu)示意圖火箭燃料貯箱結(jié)構(gòu)示意圖 攪拌摩擦焊

15、可以焊接很多傳統(tǒng)焊接方式無(wú)法焊接的材料，而且焊接適應(yīng)性 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 2 好，成本低，并且效率和精度很高，操作簡(jiǎn)單，及其容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。不過(guò)攪 拌摩擦焊有個(gè)比較關(guān)鍵的缺點(diǎn)就是在焊接過(guò)程中，自旋轉(zhuǎn)的攪拌頭對(duì)工件有較 大的軸向壓力，這個(gè)軸向壓力可能使薄弱的工件產(chǎn)生軸向變形，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢 或者大大降低精確度。航空航天對(duì)精度要求比較高，所以在使用攪拌摩擦焊焊 接過(guò)程中應(yīng)該盡量避免這種軸向變形的發(fā)生。 圖圖 1-21-2 貯箱實(shí)物圖貯箱實(shí)物圖 攪拌摩擦焊全部焊接完成主要有三個(gè)過(guò)程，分別是焊具的插入，平移，抽 出。 攪拌摩擦焊在焊接過(guò)程中主要有三個(gè)力，分別為軸向壓力，縱向力，橫

16、向 力。由于軸向載荷最大，所以軸向壓力是主要力，也是設(shè)計(jì)夾具過(guò)程中最需要 注意的。 航天器具有高精度要求，因此需要一種特制的夾具，在保證一般夾具基礎(chǔ) 功能的前提下承受焊接壓力。夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究是焊接工藝設(shè)備的基礎(chǔ)。 焊接工藝裝備是在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的裝配與焊接過(guò)程中起配合及輔助作用的夾具、 機(jī)械裝置或設(shè)備的總稱，簡(jiǎn)稱焊接工裝2。提高焊接效率的最佳途徑是大力推 廣使用機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的焊接工裝。 本文研究的火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具分為三部分，其中球面體夾 具和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于球面體的焊接。球面體一般先由 6 塊瓜瓣片形狀的金屬板 焊接成半球面體狀，再和一個(gè)底座焊接成完整的貯箱球面

17、蓋。薄壁筒體焊接用 夾具由于攪拌摩擦焊焊接機(jī)械自帶使工件繞中心軸旋轉(zhuǎn)的功能，不用另外設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1.21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.11.2.1 薄壁筒體夾具研究現(xiàn)狀薄壁筒體夾具研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的筒體夾具主要是普通的 V 型夾具，比較普遍的是組 合機(jī)床夾具。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，并可以與加工設(shè)備相結(jié)合。缺點(diǎn)是不方便移動(dòng)， 而且精確度不高。這種夾具的夾緊定位方式并不適合筒體的環(huán)縫焊接，更多的 是應(yīng)用于鉆床與銑床。如下圖 1-3 所示。 圖圖 1-31-3 組合鉆床夾具組合鉆床夾具 還有一種應(yīng)用較為廣泛的是卡盤式夾具，主要有三爪卡盤

18、和四爪卡盤兩種。 這種夾緊方式多用于小型圓柱體和少部分小型筒體。由于這種夾緊方式只是適 用與小型圓筒狀零件，而攪拌摩擦焊接中加工的基本都是大型筒體，所以設(shè)計(jì) 時(shí)不考慮這種夾具樣式。如下圖 1-4 所示。 圖圖 1-41-4 三爪卡盤、四爪卡盤三爪卡盤、四爪卡盤 較為新穎的一種筒體夾具是彈性?shī)A具。該夾具利用彈性元件受力后均勻彈 性形變的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)定心與夾緊。這種自動(dòng)定心彈簧套筒夾具， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾具行程小，裝夾工件迅速，定位可靠，具有較高的定心精度。 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 4 一般可達(dá) 0.020.05mm3。然而這種夾具僅僅只能用于小型筒體或是加工過(guò)程 中受

19、力較小的筒體，一旦筒體連帶夾具受力過(guò)大，超出彈簧的可承受極限，就 會(huì)變成彈性疲勞狀態(tài)，無(wú)法自動(dòng)恢復(fù)成原狀，就不能起到定位夾緊的作用。如 下圖 1-5 所示。 圖圖 1-51-5 薄壁筒狀零件彈性?shī)A具薄壁筒狀零件彈性?shī)A具 有一種應(yīng)用于高壓電纜的固定夾具，由兩個(gè)半環(huán)狀緊固環(huán)相接來(lái)起固定作 用。這種方式可以試用于攪拌摩擦焊接中，但是考慮到焊接過(guò)程中有較大軸向 力作用于焊件，僅僅只有這點(diǎn)固定作用是完全不夠的，筒體內(nèi)部還需要有一定 的接觸面積來(lái)“抵消”軸向力，需要另外添加“底板” 。如下圖 1-6 所示。 圖圖 1-61-6 高壓電纜固定夾具高壓電纜固定夾具 1.2.21.2.2 球面體夾具研究現(xiàn)狀球面

20、體夾具研究現(xiàn)狀 根據(jù)所能查到的資料來(lái)看，球面體夾具普遍應(yīng)用于大型組合球面的組裝。 大型球面體結(jié)構(gòu)多數(shù)是由拼裝組合而成，例如核電設(shè)備中的安注箱。由于安注 箱的球體尺寸過(guò)大，所以由球封頭與中段的瓜瓣片球殼筒身拼接組成。組裝時(shí) 所用夾具主要包含了車夾座、定位圈、V 型座、頂緊微調(diào)裝置等組件。如圖 1- 7 所示。 有一種小型球面體夾具，用在對(duì)薄壁同心球殼內(nèi)球面的輕切削與拋光時(shí)定 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 位與夾緊。這種夾具同心度高，簡(jiǎn)單易行，但是只能加工小型球體的內(nèi)球面。 如圖 1-8 所示。 也有專門的夾具應(yīng)用于攪拌摩擦焊的空間曲面焊接加工。空間曲面的攪拌 摩擦焊專用夾具，主要由夾具骨

21、架結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于：所述夾 具骨架結(jié)構(gòu)的框架 1 兩端通過(guò)轉(zhuǎn)軸 10 支撐在支座 9 上；承力機(jī)構(gòu) 8 固定連接在 框架 1 上，在所述承力機(jī)構(gòu) 9 上方設(shè)有定位機(jī)構(gòu) 12；框架 1 下的對(duì)角處設(shè)有平 衡支撐彈簧 2；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，所述主、 從動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均置于承力機(jī)構(gòu) 8 底部?jī)蓚?cè)，所述承力機(jī)構(gòu) 8 通過(guò)與主、從動(dòng)傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接的螺桿 3 上的滾輪 18 活動(dòng)支撐4。如圖 1-9 所示。 圖圖 1-71-7 加工瓜瓣片焊接坡口的夾具加工瓜瓣片焊接坡口的夾具 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 6 圖圖 1-81-8 小球體內(nèi)球面加工用夾具

22、小球體內(nèi)球面加工用夾具 圖圖 1-91-9 空間曲面的攪拌摩擦焊專用夾具空間曲面的攪拌摩擦焊專用夾具 1.31.3 主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容 1.3.11.3.1 筒體夾具分析與設(shè)計(jì)筒體夾具分析與設(shè)計(jì) 首先主要分析攪拌摩擦焊中 FSW-5LH-012 型設(shè)備的工作原理，由此展開來(lái) 分析大部分薄壁筒體在摩擦焊接過(guò)程中的受力情況，得出筒體在摩擦焊接過(guò)程 中最容易變形的地方與受力的方向。根據(jù)筒體在焊接過(guò)程中的特征和受力情況， 分析出筒體在設(shè)備中的自由度以及相對(duì)應(yīng)的筒體夾具所要具備的夾緊面與定位 面，筒體夾具模型用 Pro/Engineer 建立,各項(xiàng)數(shù)據(jù)尺寸根據(jù)筒體大小來(lái)確定， 對(duì)尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行

23、調(diào)整設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)出的夾具在正常焊接情況下不會(huì)使 筒體變形。筒體與球面體組裝焊接時(shí)需要環(huán)縫焊接，夾具可以與筒體夾具通用。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 1.3.21.3.2 半球面體夾具分析與設(shè)計(jì)半球面體夾具分析與設(shè)計(jì) 對(duì)于球面體夾具，主要分析 FSW-7XB-008 型攪拌摩擦焊設(shè)備的工作原理。 設(shè)計(jì)過(guò)程相似于設(shè)計(jì)筒體夾具，不過(guò)在模型建立與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方面，球面體由于 涉及到曲面機(jī)構(gòu)，會(huì)更加復(fù)雜。 考慮到攪拌摩擦焊焊接機(jī)械在焊接球面體夾具瓜瓣片時(shí)無(wú)法自主地旋轉(zhuǎn)角 度，由于攪拌摩擦焊焊接機(jī)器的旋轉(zhuǎn)局限性，焊接完成兩個(gè)瓜瓣片之間的縱縫 后，需要整個(gè)工件和夾具一起旋轉(zhuǎn) 60之后才能繼續(xù)焊接另外

24、的縱縫，所以需 要另外設(shè)計(jì)一臺(tái)特定配置的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用來(lái)帶動(dòng)整個(gè)夾具和工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)?；?轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)與尺寸由工作臺(tái)上的工件與夾具總重力決定。設(shè)計(jì)薄壁筒體夾具 時(shí)，由于用于筒體焊接的攪拌摩擦焊機(jī)器有中心軸旋轉(zhuǎn)功能，所以不必再設(shè)計(jì) 新的工作臺(tái)。 1.3.31.3.3 擬解決的主要問(wèn)題擬解決的主要問(wèn)題 通過(guò)設(shè)計(jì)使夾具在實(shí)現(xiàn)夾緊與定位，引導(dǎo)刀具這些基本功能的前提下,盡可 能的使夾具體能夠應(yīng)用于更多種類的筒體或球面體，而不是局限于同一直徑的 工件。通過(guò)減小夾具的體積、質(zhì)量來(lái)提高攪拌摩擦焊的工作效率。因?yàn)檫^(guò)大的 體積與質(zhì)量不但影響外觀,而且不方便搬運(yùn)與使用，并且一旦質(zhì)量與體積達(dá)到一 定限度，對(duì)夾具體下面的工

25、件（因?yàn)楣ぜ汕蛎婊蛘呤潜”谕搀w）會(huì)帶來(lái)過(guò)大 的負(fù)荷，導(dǎo)致工件下方也可能出現(xiàn)形變。如何在保證夾具體體積與質(zhì)量相對(duì)較 小下的情況下提高夾具的精度與實(shí)用性，是問(wèn)題的關(guān)鍵。 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 8 第第 2 2 章章 球面體夾具設(shè)計(jì)球面體夾具設(shè)計(jì) 2.12.1 機(jī)械加工工藝分析機(jī)械加工工藝分析 （1）加工形面：瓜瓣片結(jié)合面、瓜瓣片焊接成品與頂蓋的結(jié)合面 （2）形面尺寸：瓜瓣外弧的直徑：2250+0.2 mm，粗糙度 Ra=3.2m 瓜瓣內(nèi)弧的直徑：2230-0.4 mm，粗糙度 Ra=3.2m 頂蓋與瓜瓣片結(jié)合面平面度 0.025 mm （3）相互位置：瓜瓣片為薄壁半球面體分為

26、 6 塊，俯視圖為各占 60的扇形 瓜瓣片在 h=1008mm 處向上開口，與 1000mm 的頂蓋焊接 （4）可用于定位的形面：瓜瓣片底面與瓜瓣片開口平面，瓜瓣片內(nèi)外面，半球 面體中心軸。 頂蓋尺寸：1000+0.1 mm，粗糙度 Ra=3.2m 厚度 h=20-0.5 mm，粗糙度 Ra=6.4m 底面尺寸：外輪廓面 2250+0.2 mm，粗糙度 Ra=3.2m 內(nèi)輪廓面 2230-0.4 mm，粗糙度 Ra=3.2m 底面到頂蓋距離 H=1008+0.5 mm，粗糙度 Ra=6.4m （5）相互位置：頂蓋與底面垂直中心軸，底面直徑為球面體直徑。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 2

27、.22.2 夾具的結(jié)構(gòu)方案夾具的結(jié)構(gòu)方案 （1）確定定位方案 由于工件使用攪拌摩擦焊焊接，考慮到攪拌頭軸向壓力的存在，在焊縫處 應(yīng)該有承力擋板。以中心軸、底面、底蓋下底面為基準(zhǔn)，確定瓜瓣片弧線在 x 軸方向上的位置，以底面與頂蓋下底面距離 H 定位弧線的在 Y 軸上的高度，以 半球面體內(nèi)表面下的承力擋板確定弧線形狀，直徑取底面直徑。 （2）確定夾緊機(jī)構(gòu) 夾具零件之間選擇螺栓固定，工件與夾具之間使用重力自壓緊與壓塊幾何 壓緊。壓塊既可增大夾緊接觸面積，又能防止回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生 偏轉(zhuǎn)而破壞定位并且損傷工件表面。 （3）定位面與加工面的關(guān)系分析 定位誤差計(jì)算：由加工工序知，加工面為瓜瓣片

28、結(jié)合面。上下底面對(duì)中心 線有垂直度要求（垂直度允差 0.3） ；對(duì)底面有中心距 11250.1 要求；對(duì)頂蓋 有 0.025 的平面度要求，對(duì)頂蓋與底面有同軸度要求。以底面與頂蓋中心線為 基準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)計(jì)算如下： 1）確定受力擋板尺寸與公差 設(shè)計(jì)受力擋板形狀如下圖 2-1 所示。 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 10 圖圖 2-12-1 半球面體夾具受力擋板半球面體夾具受力擋板 由已給數(shù)據(jù)知道半球面體薄壁厚度為 10 mm，外表面曲率半徑為 1125 mm。 由此確定受力擋板曲率半徑為 1115 mm，查表得到公差等級(jí)為 6 級(jí)，粗糙度 Ra 為 3.2m。受力擋板距離底面中心軸最大值

29、為 1115 mm，最小值為 500 mm。高 度 h 為 1008 mm，查表得公差等級(jí)為 6 級(jí)。 受力擋板與底面固定方式為螺栓固定，擬設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩間距為 100 mm，孔 徑為 30 mm，查表得到公差等級(jí)為 6 級(jí)，孔內(nèi)表面粗糙度為 3.2m。受力擋板 與頂蓋的接觸方式為幾何依靠，與支撐柱的固定方式為螺栓固定，擬設(shè)計(jì)三個(gè) 兩兩間距為 408 mm，公差等級(jí)為 7 級(jí)，孔徑為 30 mm，查表得到公差等級(jí)為 6 級(jí)，孔內(nèi)表面粗糙度為 3.2m。 其余部分粗糙度取 12.5m，部分尺寸見(jiàn)二維圖。 2）支撐頂蓋的夾具尺寸與公差 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 設(shè)計(jì)支撐頂蓋的夾具外形如

30、下圖 2-2 所示。 圖圖 2-22-2 半球面體夾具頂蓋支撐板半球面體夾具頂蓋支撐板 半球面體夾具頂蓋支撐板外輪廓圓直徑為 1000 mm，查得公差等級(jí)為 6 級(jí)， 外輪廓粗糙度為 3.2m。厚度為 20 mm，平面度為 0.025 mm，查得公差等級(jí)為 6 級(jí)，粗糙度為 3.2m。按照瓜瓣片共六塊每個(gè) 60設(shè)計(jì)出如上圖形狀，這樣 既減省材料，又減輕夾具的總質(zhì)量，還能夠保證夾具有足夠面積承受底蓋重力 與攪拌摩擦焊焊接時(shí)對(duì)工件的壓力。支撐板開槽處用于與支撐柱進(jìn)行幾何固定， 槽寬為 50 mm，長(zhǎng)為 100 mm，深度為 10 mm，從支撐板底面向上開。所開槽查 得公差等級(jí)為 6 級(jí)，粗糙度為

31、3.2m。 3）夾具底面設(shè)計(jì)及公差 半球面體夾具底面支撐板內(nèi)輪廓圓直徑為 2250 mm，查得公差等級(jí)為 6 級(jí)， 內(nèi)輪廓粗糙度為 3.2m。厚度為 20 mm，平面度為 0.020 mm，查得公差等級(jí)為 6 級(jí)，粗糙度為 3.2m。按照瓜瓣片共六塊每個(gè) 60設(shè)計(jì)出如上圖形狀，這樣 既減省材料，又減輕夾具的總質(zhì)量，還能夠保證夾具有足夠面積承受底蓋重力 與攪拌摩擦焊焊接時(shí)對(duì)工件的壓力。支撐板開槽處用于與支撐柱進(jìn)行幾何固定， 槽寬為 50 mm，長(zhǎng)為 100 mm，深度為 10 mm，從支撐板頂面向下開。所開槽查 得公差等級(jí)為 6 級(jí)，粗糙度為 3.2m。由于受力擋板與底面固定方式為螺栓固 火箭燃

32、料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 12 定，擬設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩間距為 100 mm，孔徑為 30 mm，查表得到公差等級(jí)為 6 級(jí)， 孔內(nèi)表面粗糙度為 3.2m。底面支撐板與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定方式為螺栓連接，孔 徑為 43 mm，查表得到公差等級(jí)為 6 級(jí)，孔內(nèi)表面粗糙度為 3.2m。設(shè)計(jì)夾具 底面支撐板的外形尺寸如下圖 2-3 所示。 圖圖 2-32-3 夾具底面支撐板夾具底面支撐板 4）支撐柱設(shè)計(jì)及公差 支撐柱用于固定與定位底面，頂面以及受力擋板。高 h 為 1028 mm。 設(shè)計(jì)夾具支撐柱外形尺寸如下圖 2-4 所示。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖圖 2-42-4 夾具支撐柱夾具

33、支撐柱 2.32.3 半球面體夾具裝配圖半球面體夾具裝配圖 裝配圖見(jiàn)下圖 2-5，2-6。 圖圖 2-52-5 半球面體夾具裝配圖主視圖半球面體夾具裝配圖主視圖 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 14 圖圖 2-62-6 半球面體夾具裝配圖俯視圖半球面體夾具裝配圖俯視圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第第 3 3 章章 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 3.13.1 工作臺(tái)方案分析工作臺(tái)方案分析 （1）初步擬定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要求 主要技術(shù)參數(shù)： 1）回轉(zhuǎn)半徑 1125mm 2）回轉(zhuǎn)角度 0-360 3）回轉(zhuǎn)精度 0.1 4）最大承載重量 3 噸 （2）傳動(dòng)方案與傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1）設(shè)計(jì)

34、傳動(dòng)方案： 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)減速齒輪減速傳遞給蝸桿，再由蝸桿傳遞給渦輪，渦輪通 過(guò)雙列圓錐滾子軸承和環(huán)形滑軌帶動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 2）傳動(dòng)簡(jiǎn)圖： 圖圖 3-13-1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 16 3.23.2 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇 （1）計(jì)算回轉(zhuǎn)工作臺(tái)所需驅(qū)動(dòng)力矩 工作臺(tái)材料選擇鑄鋼，密度為 7.85x103kg/(m3)，工作臺(tái)直徑為 2250mm，厚度為 40mm，由此減去工作臺(tái)開槽所削去的材料得出工作臺(tái)的重力約 為 G1=11552 N 被加工的工件為火箭燃料貯箱的半球面體瓜瓣片與頂蓋的組合，壁厚為 10mm，材料為 LD10,密度為 2

35、.79x103kg/(m3)。由此得出工件重力約為 G2=438 N 工件所用到的夾具統(tǒng)一使用 45 鋼，密度為 7.85x103 kg/(m3)。根據(jù)夾 具的形狀，分為四部分計(jì)算夾具的體積，平均厚度為 20mm。由公式 G=Vg 得 到夾具的總重力約為 G3=12262 N 工作臺(tái)以上(包括工作臺(tái))部分對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總重力為 G 總=G1+G2+G3=24252 N 由于工件使用攪拌摩擦焊焊接，所以在焊接過(guò)程中有額外的焊接摩擦力， f 焊約為 200N，攪拌摩擦焊對(duì)工件的最大軸向壓力 F 為 5000N。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上部分通過(guò)與中心軸連接，經(jīng)過(guò)軸承的摩擦反作用力帶動(dòng)圓 臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承初步擬定

36、使用雙列圓錐滾子軸承，查軸承摩擦系數(shù)表得到雙 列圓錐滾子軸承的摩擦系數(shù)最大為 0.1-0.2，計(jì)算取 u=0.2。 得到摩擦力為 f=u(G 總+5000)。 回轉(zhuǎn)過(guò)程中的回轉(zhuǎn)力 F=f+200。 最后估計(jì)得到工作臺(tái)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為 T=FL=610 N.m。 （2）確定電機(jī)額定功率 由于工件在被焊接時(shí)并不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，只是在焊接完一部分瓜瓣片時(shí)才需要 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) 60 度，所以取渦輪的轉(zhuǎn)速為 10 轉(zhuǎn)每分。 渦輪工作所需功率為 P=2/60Tn=639 W。 查表得圓柱齒輪傳動(dòng)效率 1=0.97，一對(duì)軸承的傳動(dòng)效率為 2=0.99，聯(lián) 軸器效率 3=0.99，蝸桿傳動(dòng)效率為 4=0.99。 浙江理

37、工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 總=1x（23）x（32）x4=0.74 電機(jī)的輸出功率 P0=P/=864 W=0.864 KW。 一般電機(jī)的額定功率為 P01.35P0。 取電機(jī)額定功率為 864 W。 （3）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推薦的傳動(dòng)比范圍，選取齒輪傳動(dòng)比為 3，選取蝸桿渦輪 傳動(dòng)比為 62，則總傳動(dòng)比為 186。 得到電機(jī)轉(zhuǎn)速為 0-1860r/min。 （4）確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩 T=60P/2n=60 x864/2x3.14x1860 =4.44 N.m （5）電機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)中的會(huì)裝工作臺(tái)不需要連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，只需要每次兩個(gè)瓜瓣 片焊接完成后旋轉(zhuǎn)固定的 60即可，所以

38、電機(jī)在步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)中選擇， 這里選擇步進(jìn)電機(jī)。 根據(jù)所求電機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速以及額定功率，再參考電機(jī)的步距角，最后選擇 得的規(guī)格型號(hào)為 130BYG350FH-0602 的三相混合式步進(jìn)電機(jī)，外形尺寸 (mm)為 134134282。 3.33.3 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 （1）初始數(shù)據(jù) 齒輪傳動(dòng)：i1=3 蝸桿傳動(dòng)：i2=62 （2）轉(zhuǎn)速計(jì)算 電機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1860 小齒輪軸轉(zhuǎn)速n1=1860 大齒輪軸與蝸桿軸轉(zhuǎn)速n2=n0/i1=1860/3=620 渦輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速n3=n1/i2=620/62=10 （3）功率計(jì)算 電機(jī)功率p0=864 W 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)

39、計(jì) 18 小齒輪軸功率p1=p0 x 聯(lián)=60 x0.99=855 W 大齒輪軸功率p2=p1x 軸承 x 齒輪=855x0.99x0.97=821 W 渦輪功率p3=p2x 軸承 x 聯(lián) x 蝸桿=821x0.99x0.99x0.99x0.8=639 W （4）轉(zhuǎn)矩計(jì)算 電機(jī)轉(zhuǎn)矩T0=9.55xp0/n0=4.44 N.m 小齒輪軸轉(zhuǎn)矩T1=9.55xp1/n1=4.39 N.m 大齒輪軸轉(zhuǎn)矩T2=9.55xp2/n2=12.65 N.m 渦輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)矩T3=9.55xp3/n3=610 N.m 3.43.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）根據(jù)

40、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總體傳動(dòng)方案和尺寸，選取直齒圓柱齒輪傳動(dòng)； （2）根據(jù)設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比初步選取齒輪傳動(dòng)比為 3； （3）材料選擇?？紤]到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，為達(dá)到更高的效率 和更好的耐磨性，齒輪面硬度另有要求。由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-1 選擇小齒輪材 料為 45 調(diào)制處理，硬度為 240HBS,大齒輪材料為 45 正火,硬度為 200HBS； （4）精度選擇。由于大小齒輪硬度差為 40HBS，故選取 7 級(jí)精度； （5）初取小齒輪齒數(shù) Z1=20,則大齒輪齒數(shù) Z2=ixZ1=3X20=60,取 Z2=60。 2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 由下設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 2 3 1 2 11

41、2.32 E t dH KTiZ d i （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-3 試取載荷系數(shù)=1.2； t K 2）由前提計(jì)算得到小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 T1=4.39 N.m，大齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 T2=12.65 N.m； 3）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-7 取齒寬系數(shù) d=1； 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 4）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8； E Z 1 2 Mpa 5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1=550Mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1=350Mpa； 6）取接觸疲勞壽命系數(shù)=1, =1

42、； 1 KHN 2 KHN 7）接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為 1%,安全系數(shù)為 S=1，計(jì)算得許用接觸應(yīng)力最小值為H =350 MPa （2）計(jì)算 1）代入各數(shù)值計(jì)算小齒輪分度圓。 2 3 1 2 11 2.3229.5mm E t dH KTiZ d i 2）計(jì)算圓周速度 V。 11 3.14 29.5 1860 V2.87/ 60 100060 1000 t d n m s 3)計(jì)算齒寬 b。 b=dxd1t=29.5 mm 4）計(jì)算齒寬與齒高之比。 b h 模數(shù)=29.5/20=1.475 mm t m 1 1 d t z 齒高 h=2.25=3.32mm t m 29.5 8.89

43、 3.32 b h 5）計(jì)算載荷系數(shù) 由表 10-2 得使用系數(shù) KA=1； 根據(jù) v=2.87m/s，7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.06； 直齒輪，齒向載荷分配系數(shù)=1；KH 由表 10-4 用插值法查得 7 級(jí)精度、小齒輪與大齒輪非對(duì)稱布置時(shí)齒間載荷 分配系數(shù)=1.408； H K 由， =1.408 查圖 10-13 得；8.89 b h H K 1.3 F K 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 20 則載荷系數(shù)為 K1 1.06 1 1.4081.49 AV K K K K 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，對(duì)d1t進(jìn)行修正得到實(shí)際 數(shù)據(jù)，因K

44、與Kt有較大差異，故需對(duì)由Kt計(jì)算出的d1t進(jìn)行修正，即 3 3 11 1.49 29.531.7mm 1.2 t t K dd K 7)計(jì)算模數(shù) md1/ z131.7/ 201.59mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式如下 3 2 21 m 1 FaSa dF KT Y Y z （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=480MPa, 由圖10-20b查 1FE 得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=310MPa； 2FE 2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)為=0.88, =0.9； 1FN K 2FN K 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全

45、系數(shù)S=1.4,得 11 1 0.88 480/1.4MPa301.71MPa FFNFE KS 22 2 0.9 310/1.4MPa199.29MPa FFNFE KS 4)計(jì)算載荷系數(shù) K。 1 1.06 1 1.31.378 AVFF KK K KK 5)查取齒形系數(shù) 由表 10-5 查得, 1 2.80 Fa Y 2 2.28 Fa Y 6)查應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 查得, 1 1.55 Sa Y 2 1.73 Sa Y 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較。 FaSa F Y Y 11 1.55 2.800.01438 1301.71 FaSa

46、 F YY 22 1.73 2.280.01979 2199.29 FaSa F YY 大齒輪的數(shù)值大 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 3 3 2 2 1.378 4.39 10 m0.019790.84mm 1 20 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力， 而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積） 有關(guān)。可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.84 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1 mm，按接觸 強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=31.7 mm，算出 小齒輪齒數(shù) 1 z131.7/132 d m

47、 大齒輪齒數(shù) z2z1 u32 396 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸計(jì)算： （1）計(jì)算分度圓直徑 d1z1m32 132mm d2z2m96 196mm （2）計(jì)算中心距 d1 d23296 a64mm 22 （3）計(jì)算齒輪寬度 bd11 3232mm d 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 22 取 B2=32 mm，B1=27 mm。 具體結(jié)構(gòu)與齒輪零件圖另見(jiàn)二維圖與三維圖。 3.53.5 渦輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)渦輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB/T100851988 的推薦，決定使用漸

48、開線蝸桿。 2 材料選擇 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45 號(hào)鋼。 為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為 45- 55HRC。假設(shè)機(jī)床的滑動(dòng)速度 Vs 在 4m/s 左右，所以蝸輪用鑄錫磷青銅鑄造。為 了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距： 2 3 3 aK E H Z Z T （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 T3 按 Z1=1,i=62,Z2=Z1xi=62 由前面的計(jì)算得 T3=610 N

49、.m=610000 N.mm （2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) K=1；由使用系數(shù) KA 表從而 選取 KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) KV=1.1；則 K=KAxKxKV=1x1.15x1.1=1.2651.27 （3）確定彈性影響系數(shù) ZE 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，ZE=160 1 2 MPa （4）確定接觸系數(shù) Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 d1/a=0.30，從圖 11-18 可查出 Z=3.12。 （5）確定許用接觸應(yīng)力H 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 zcus

50、n10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC，可從表 11-7 查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPA。 H 因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的，故初步定位其壽命系數(shù)為 KHN=0.92，則 H KHNH0.92 268246.56247MPa （6）計(jì)算中心距 2 3 3.12 160 a1.27 610000146.8mm 247 取中心距 a=160 mm，因 i=62,故從表 11-2 中取模數(shù) m=4 mm 蝸桿分度圓直徑 d1=71 mm，這時(shí)=0.44，從圖 11-18 中可查得接觸系數(shù) 1d a =2.38，因?yàn)?，因此以上?jì)算結(jié)果可用。ZZZ 4.蝸桿與渦輪的主要參數(shù)

51、與幾何尺寸 整理計(jì)算表中數(shù)據(jù)得 （1）蝸桿： 軸向齒距12.56mm a mP 直徑系數(shù) q=17.75 齒頂圓直徑 * 11 121279mm aaa dddhh m 齒根圓直徑 * 11 1 21 2()61.4mm ffa ddmcdhh 分度圓直徑 d1=71 mm 分度圓導(dǎo)程角 =3.225 蝸桿頭數(shù) Z1=1 蝸桿軸向齒厚6.28mm 2 a a P S 由 Z1=1, 變位系數(shù) x2=+0.125，根據(jù)表 11-4 取蝸桿齒寬 b1 最大值即 11+0.1xZ2 為 17.2mm，由于蝸桿經(jīng)磨削，且模數(shù) m0.07d，取 h=2mm，則軸環(huán)處直 徑為 28mm，軸環(huán)寬度 b 1.

52、4h，取 b=5mm。 （5）軸承的選擇 軸承需要承受軸向力與徑向力，所以選擇應(yīng)用較為廣泛的滾子軸承。這里 根據(jù)情況選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù) d1-2=20 mm 與最新軸承手冊(cè)的表 8.1 選擇基本尺寸為 dxDxTxBxC=22mm x 44mm x 15mm x 15mm x 11.5mm 的單列 圓錐滾子軸承，軸承代號(hào)為 30000 型 320/22。 （6）鍵的選擇 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。首先選齒輪與軸配合使 用的鍵，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版6-1 表得到平鍵截面，鍵寬 bx 鍵高 h=8mmx7mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 20mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合

53、有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 H7/n6。選擇半聯(lián)軸器與軸配 合時(shí)的鍵步驟是一樣的，最后選擇鍵寬 bx 鍵高 h=5mmx5mm，長(zhǎng)度為 16mm，半聯(lián) 軸器與軸配合精度為 H7/k6。 （7）倒角與圓角 軸端倒角 2x45倒圓角為 R2，其余見(jiàn)二維圖。 2.大齒輪軸上 （1）初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表 15-3 取 A0=112。 大齒輪 P2=821W=0.821KW 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 28 d2=96mm T2=12.65N.m=12650 N.mm 由下面公式初算得 2 3 3 0 2 0.821 11212.

54、3 620 mm min P dA n （2）作用在大齒輪上的力分析 由下面的公式得到作用在大齒輪上的力： 2 2 22 12650 F263.5 96 T N d 由于是直齒圓柱齒輪，所以 ( 12) arccos0 2 1 m zz a 由于兩個(gè)齒輪的中心距 a1 為標(biāo)準(zhǔn)中心距，即 ( 12) a1 2 m zz 所以沒(méi)有進(jìn)行角度變位，嚙合角20 n 則 2 2 2 263.5N t T F d tan 96 cos n rt FFN tan0 at FFN 圓周力 Ft，徑向力 Fr，軸向力 Fa。 （3）聯(lián)軸器的選擇 軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。由于所選軸的最小直徑必須與聯(lián)

55、軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT2，查表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取 KA=1.3，則： 2 1.3 12.6516.445Nm16445Nmm caA TK T 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 必須小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩，查聯(lián)軸器、離 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 合器與制動(dòng)器設(shè)計(jì)選用手冊(cè)表 5-81，選用 LT3 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其標(biāo)準(zhǔn) 公稱轉(zhuǎn)矩為 31500Nmm，許用轉(zhuǎn)速為 6300r/min。半聯(lián)軸器孔徑 d1-1=16 mm，半 聯(lián)軸器推薦長(zhǎng)度 L=38 mm，與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 L1=30 mm，最大直徑 D=95 m

56、m。 （4）軸的其他尺寸 聯(lián)軸器需要軸向定位，所以需要一段軸肩，直徑大概比聯(lián)軸器孔徑 d1-1=16 mm 略大點(diǎn)，取 d1-2=32 mm。左端需要用擋圈定位。若安裝齒輪處的軸段直徑為 50mm，齒輪與軸承之間使用套筒定位。已經(jīng)算得大齒輪輪轂的寬度為 32mm，為 了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段考慮應(yīng)該略短于輪轂寬度，一般選擇 28mm。齒輪的另一端采用軸肩固定，軸肩高度 h0.07d，取 h=4mm，則軸環(huán)處直 徑為 58mm，軸環(huán)寬度，取 b=6mm。1.4bh （5）軸承的選擇 軸承需要承受軸向力與徑向力，所以選擇應(yīng)用較為廣泛的滾子軸承。這里 根據(jù)情況選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù) d

57、1-2=32 mm 與最新軸承手冊(cè)的表 8.1 選擇基本尺寸為 dxDxTxBxC=32mm x 52mm x 14mm x 14mm x 10mm 的單列圓 錐滾子軸承，軸承代號(hào)為 30000 型 329/32。 （6）鍵的選擇 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。首先選齒輪與軸配合使 用的鍵，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版6-1 表得到平鍵截面，鍵寬 bx 鍵高 h=16mmx10mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 22mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配 合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 H7/n6。選擇半聯(lián)軸器與軸 配合時(shí)的鍵步驟是一樣的，最后選擇鍵寬 bx 鍵高 h=5mmx5mm，長(zhǎng)

58、度為 22mm，半 聯(lián)軸器與軸配合精度為 H7/k6。 （7）倒角與圓角 軸端倒角 2x45，倒圓角為 R2，其余見(jiàn)二維圖。 3.中心軸上 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表 15-3 取 A0=112。 P3=639W=0.639KW 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 30 n3=10r/min T3=610N.m=610000 N.mm 由下面公式初算得 3 3 3 0 3 0.639 11244.7 10 min P dAmm n 軸承選用雙列圓錐滾子軸承，詳細(xì)尺寸見(jiàn)二維圖。 3.73.7 軸的校核軸的校核 （1）小齒輪軸的校核 轉(zhuǎn)速 n=1860 r/

59、min 功率 p=855 w 轉(zhuǎn)矩 T=4.39 N.m 1 1 2 274N t T F d tan 100 cos n rt FFN tan0 at FFN 圖圖 3-23-2 小齒輪軸尺寸小齒輪軸尺寸 左平行面彎矩圖如校核圖（a） 支點(diǎn)反力: FHB=Ftx27/58=128 N 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 FHA=Ft-FHB=146 N I-I 截面的彎矩 MH1=14627=3942 N.mm 2-2 截面的彎矩 MH2=12831=3968 N.mm 作垂直面內(nèi)的彎矩圖（b） FVA=Fr/2-fad/2=50 N Fvb=fr-Fva=50 N I-I 截面的彎矩

60、MV1=Fva27=1350 N.mm 2-2 截面的彎矩 MV2=Fvb31=1550 N.mm 作合成彎矩圖（c） I-I 截面的彎矩 22 M14167N.mm HV MM 2-2 截面的彎矩 22 M24259N.mm HV MM 求轉(zhuǎn)矩圖（d） T1=9550p1/n1=95500.855/1860=4.39 N.m 確定危險(xiǎn)截面的校核 I-I 截面 22 1 1 7.71Mpa MT W 2-2 截面 22 1 2 4.5Mpa MT W 查表=60mpa,故設(shè)計(jì)的軸強(qiáng)度滿足。b 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 32 圖圖 3-33-3 小齒輪軸校核圖小齒輪軸校核圖 （2

61、）大齒輪軸的校核 轉(zhuǎn)速 n=620 r/min 功率 p=821 w 轉(zhuǎn)矩 T=12.65 N.m 2 2 2 264N t T F d tan 96 cos n rt FFN tan0 at FFN 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖圖 3-43-4 大齒輪軸尺寸大齒輪軸尺寸 左平行面彎矩圖如校核圖（a） 支點(diǎn)反力: FHB=Ftx41/96=113 N FHA=Ft-FHB=151 N I-I 截面的彎矩 MH1=15141=6191 N.mm 2-2 截面的彎矩 MH2=11355=6251 N.mm 作垂直面內(nèi)的彎矩圖（b） FVA=Fr/2-fad/2=48 N Fvb=fr

62、-Fva=48 N I-I 截面的彎矩 MV1=Fva41=1968 N.mm 2-2 截面的彎矩 MV2=Fvb55=2640 N.mm 作合成彎矩圖（c） I-I 截面的彎矩 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 34 22 M16496N.m HV MM 2-2 截面的彎矩 22 M26785N.m HV MM 求轉(zhuǎn)矩圖（d） T1=9550p1/n1=95500.821/620=12.65 N.m 確定危險(xiǎn)截面的校核 I-I 截面 22 1 1 4.42Mpa MT W 2-2 截面 22 1 2 1.17Mpa MT W 查表=60mpa,故設(shè)計(jì)的軸強(qiáng)度滿足。b 校核圖如下圖 3

63、-5。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖圖 3-53-5 大齒輪軸校核圖大齒輪軸校核圖 3.83.8 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖 裝配圖見(jiàn)下圖 3-6，3-7。 圖圖 3-63-6 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖主視圖回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖主視圖 火箭燃料貯箱 FSW 焊接用組合夾具設(shè)計(jì) 36 圖圖 3-73-7 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖俯視圖回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖俯視圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 第第 4 4 章章 筒狀體夾具設(shè)計(jì)筒狀體夾具設(shè)計(jì) 4.14.1 機(jī)械加工工藝分析機(jī)械加工工藝分析 （1）加工形面：筒體與半球面體結(jié)合面 （2）形面尺寸：筒體圓柱度 0.02 mm （3）相互位置：筒體右

64、端與半球面體底面接觸重合，薄壁筒體與半球面體同軸。 （4）可用于定位的形面：底面支撐輪，薄壁筒體左端夾具，右端夾具。 筒體外圓輪廓直徑：2250+0.2 mm，粗糙度 Ra=3.2m 筒體內(nèi)圓輪廓直徑：2230-0.4 mm，粗糙度 Ra=3.2m （5）相互位置：薄壁筒體與半球面體同軸。 4.24.2 夾具的結(jié)構(gòu)方案夾具的結(jié)構(gòu)方案 （1）確定定位方案 由于工件使用攪拌摩擦焊焊接，考慮到攪拌頭軸向壓力的存在，在焊縫處 應(yīng)該有承力擋板。以中心軸為基準(zhǔn)，根據(jù)左端夾具與右端夾具確定薄壁筒體在 x 軸方向上的位置，以底面支撐輪和中心軸高 H 定位筒體在 Y 軸上的高度，以 左右兩端夾具定位筒體的 Z 軸坐標(biāo)。 （2）確定夾緊機(jī)構(gòu) 夾具零件之間選擇螺栓固定，工件與夾具之間使用重力自壓緊與壓塊幾何 壓緊。壓塊既可增大夾緊接觸面積，又能防止回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生 偏轉(zhuǎn)而破壞定位并且損傷工件表面。 （3）定位面與加工面的關(guān)系分析 定位誤差計(jì)算：由加工工序知，加工面為半球面體底