變速叉鉆孔夾具設(shè)計(jì)_夾具設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)說明

1、機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)19o0045題 目：變速叉鉆孔夾具設(shè)計(jì)院 別：機(jī)電學(xué)院專 業(yè)：10 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：日 期： 2013年6月20日目錄一、設(shè)計(jì)題目 1二、零件的分析 22.1零件的作用2.2零件的工藝分析三、定位方案設(shè)計(jì) 43.1 方案一 43.2方案二63.3方案的比較和選用 6-3.4定位元件的選取四、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)74.1導(dǎo)向裝置的選用4.2鉆套的安裝84.3鉆套的要求和配合4.4鉆套的選用 五、夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 95.1夾緊機(jī)構(gòu)的選用 5.2夾緊元件的設(shè)計(jì)5.3鉆削力的計(jì)算5.4夾緊力的計(jì)算 125.5校核強(qiáng)度135.6夾緊元件的選用14六、夾具體設(shè)計(jì)

2、14七、其他設(shè)計(jì)14-7.1底面定位支承板的設(shè)計(jì) 167.2帶U槽的旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計(jì)17八、總裝配圖17-九、總結(jié)19-十、參考資料19一、設(shè)計(jì)題目圖1.1為CA10B解放汽車第四速及第五速變速叉（零件號(hào)831011 ）,本次 課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)19。0.045孔專用鉆床夾具圖1變速叉零件圖進(jìn)度要求：17、18周兩周。1、完成零件分析、繪制2、完成夾具設(shè)計(jì)、繪制總裝圖、零件圖3、完成設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯4、最后一天答辯最后提交的資料：1、零件圖1張2、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖1張3、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件圖1-2張4、課程設(shè)計(jì)說明數(shù)1份、零件的分析2.1零件的作用零件是解放汽車第四速及第五速變速叉，它位于變速箱中

3、，主要重用是撥動(dòng)變 速箱中的齒輪，使汽車達(dá)到變速的目的。已知材料為20鋼，毛坯為鑄件，工件的 工藝路線如表1所示，此次夾具設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)第5個(gè)工序：鉆19o0045 mm孔 專用鉆床夾具。2.2零件的工藝分析零件的工藝路線如下表所示工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容車間0毛坯1銑粗銑 16 0 0.24 mm 槽；金工2銑粗銑16°0.24mm槽的兩側(cè)面;金工3銑粗銑19 00.045 mm孔上端兩端面金工4車16 00.24 mm 槽 1.5*45 0 倒角金工1、鉆孔18.5 00045 mm ;5鉆2、鉸孔19 0 0.045 mm ;金工3、19 00.045 mm 孔倒角 1*4506

4、鉆鉆M10螺紋孔并倒角1200金工7攻螺紋攻螺紋M10 ;金工8銑粗銑82.2 01mm孔端面金工9鏜粗鏜81.7 J mm孑L;金工10鏜精鏜82.2 01 mm孔;金工11車082.2 01 mm 孔 1*45 0 倒角金工12銑精銑82.2 01mm孔的兩端面;金工13檢驗(yàn)入庫表1零件工藝路線由工藝路線和零件圖要求可知，主要是以1900-045 mm孔位為基準(zhǔn)，來加工 16mm槽,M10螺紋，槽的兩側(cè)面。對鉆1900.045 mm孔的加工沒有特殊要求，只 有1900。45 mm孔的中心軸與1900.045 mm孔上端兩端面有一個(gè)12的線性定位尺寸要求，因此定位方案和誤差分析時(shí)主要考慮此要

5、求圖2加工尺寸 1900.045 mm0.045變速叉的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可以用于定位的平面有 19° mm孔兩端面和182.20 mm孔兩端面，但不在同一平面，需要用不同的支承元件去定位，其中0.045定位19 0mm孔兩端面的支承板需要帶凹槽。0.045190 mm孔的兩側(cè)剛好有兩平面，因此可以采用一側(cè)定位，另一側(cè)夾緊 的方案，左側(cè)的平面較長，利于定位，但有一個(gè)凸塊，因此采用V型塊或采用 支承釘?shù)姆绞綄ψ髠?cè)進(jìn)行定位，對右側(cè)進(jìn)行夾緊。除了這些平面定位，還需要限制Z自由度，可以采用定位銷進(jìn)行定位。圖3可定位平面分析三、定位方案設(shè)計(jì)3.1方案一以28外圓及端面和叉口外側(cè)為定位基準(zhǔn)，用V形塊、

6、支承板和定位銷實(shí)現(xiàn)完全定位。其中兩個(gè)支承板限制3個(gè)自由度（Z, X,Y）, V形塊共限制2個(gè)自由度（X,Y ），定位銷限制1個(gè)自由度（Z）。如圖1-2所示：圖4定位方案一1由零件的分析可得：定位方案和誤差分析時(shí)主要考慮 1900.045 mm孔的中 心軸與19o0.045 mm孔上端兩端面12的線性定位尺寸要求，而計(jì)算所得的定位 誤差 需小于線性定位尺寸的公差的三分之一 1,定位方案才可靠。2. 由定位方案可得，線性定位要求主要由V型塊限制，根據(jù)定位誤差的兩種 計(jì)算方法：1） 分別求出基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，再求出代數(shù)和；2）根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的兩個(gè)極限位置，根據(jù)幾何關(guān)系求出兩位置距離，投影到

7、 加工尺寸方向上來求出定位誤差；由于此定位方案較復(fù)雜，因此選擇第二種計(jì)算方法計(jì)算定位誤差。3. 查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6414-1999 大批量生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級(jí) 可得：材料為鋼且砂型鑄造手工造型的毛坯的公差等級(jí)為IT1114，則在此將變速叉的毛坯尺寸設(shè)為14級(jí)（最低，公差最大），則V形塊所定位的38外圓的 公差為0.62mm。4. 由于定位要求沒有給出公差，通過網(wǎng)絡(luò)查詢標(biāo)準(zhǔn)線性和角度尺寸未標(biāo)注公差，查得線性尺寸12的公差為0.4mm ,即該零件的線性定位尺寸的公差為0.4mm。5. 如圖所示，分別畫出V型塊限制的38外圓的兩個(gè)極限位置di 37.69和 di 38.31 ,而兩圓在投影到加工

8、尺寸方向（即水平方向），測量其距離，可以 得到定位誤差為 =0.128mm 。圖5定位誤差分析6. 結(jié)論：定位誤差 =0.128mm < 0.4mm/3,即定位誤差 小于線性定位尺 寸的公差的三分之一，則該定位方案能夠保證夾具的正確定位13.2方案二方案二的思路與方案一的思路類似，但左側(cè)不是以V型塊定位，而是直接采用 兩個(gè)支承釘來定位，改用支承釘來限制X,Y自由度。雖然這個(gè)方案的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，水平方向X定位誤差為0，在丫 的定位會(huì)有較大的偏差，很難保證該方向的定位，對鉆孔的中心度誤差很大， 且這方案不利于加緊，容易發(fā)生受力集中的情況圖6定位方案二俯視圖3.3方案的比較和選擇從方

9、案一和方案二的分析和誤差分析結(jié)果可以看出：兩個(gè)定位方案都能夠 保證主要線性定位尺寸12的定位（所得的定位誤差都小于線性定位尺寸的公差的三分之一），但是方案二存在著垂直方向定位不準(zhǔn)確且不利于壓緊的缺 點(diǎn)，第一種方案定位和壓緊都比較可靠，因此最終選擇第一種定位方案。3.4定位原件選取4定位元件說明圖示選型V形塊V形塊共限制2個(gè)自由度（X,Y）V形塊32JB/T 8018.1支承板1共同限制3個(gè)自由度（乙X ,Y）支承板A12x120JB/T 8029.14tI 1 $ |StjSTjjJL支承板2()r *|<TT丫 Ji r非標(biāo)準(zhǔn)件詳看7-1底面定位支承板的設(shè)計(jì)41定位銷限制1個(gè)自由度（Z

10、）定位銷A20f7x22JB/T 8014.2表2定位元件四、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)4.1導(dǎo)向裝置的選用鉆床一般選用鉆套作為導(dǎo)向裝置，為便于鉆套磨損后，或需要不同工步時(shí)，可以迅速更換。根據(jù)工藝路線可知，此工序需要先鉆孔18.5o0.045 mm ,再 鉸孔19 00.045 mm ,因此選用快換鉆套。圖7導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)4.2鉆套的安裝鉆套在安裝時(shí)，為了提高加工時(shí)的穩(wěn)定性以及加工時(shí)的順利排屑，對鉆套高度H和排屑間隙h有一定的要求：H= （2.5 3.5） d h=（0.7 1.5）d其中d等于所要鉆的孔的直徑則取 H=47mm,h=15mm 。圖8鉆套的安裝4.3鉆套的要求和配合鉆套的選取需要配合鉆頭的大小

11、選取內(nèi)孔d=19的尺寸，長度要配合鉆套高度H和排屑間隙h。襯套和鉆套螺釘?shù)倪x取可以根據(jù)的鉆套的選型進(jìn)行相應(yīng)的選取。此外，為了保證鉆孔的精度和穩(wěn)定性，對鉆套、襯套和夾具體之間的配合 有要求，并且鉆套與夾具底面有垂直度要求3。由于此導(dǎo)向裝置是用于刀具切削部分引導(dǎo)因此選定：鉆套與鉆頭的配合為G7/h6鉆套與襯套的配合為H7/g6襯套與夾具體的配合為H7/n6由于工件加工孔對定位基面無特定的垂直度要求，因此將鉆套軸心線對夾 具安裝基面的垂直度要求定為 0.03。圖9導(dǎo)向裝置的配合要求4.4鉆套的選取標(biāo)準(zhǔn)件選用4可換鉆套：鉆套 42G7x19g6x35 (JB/T 8045.2-1999 )襯 套：襯套

12、 A30x30(GB/T 8045.4-1999 )鉆套螺釘：螺釘 M8x6 (GB 5782-1999 )五、夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1夾緊機(jī)構(gòu)的選擇通過前面的零件分析和定位方案的選取，選定了以38外圓的右側(cè)端面作 為夾緊的面，考慮到此端面是圓形結(jié)構(gòu)，因此采用壓塊壓緊方式?？紤]到工件的四周有定位零件及鉆套等零件的限制 ，如果再用固定壓板連 接壓板進(jìn)行壓緊的話，工件四周會(huì)形成封閉狀態(tài)，因此，為了便于工件安裝到 夾具內(nèi)，采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)，如圖所示。圖10夾緊機(jī)構(gòu)通過中間的調(diào)整螺釘和壓緊塊對工件 38外圓的側(cè)平面進(jìn)行壓緊，再通過 活節(jié)螺栓(GB/T 798-1988 )和帶U槽的旋轉(zhuǎn)板(非標(biāo)準(zhǔn))的配合

13、，實(shí)現(xiàn)壓板的旋 轉(zhuǎn)，使得工件能夠從右側(cè)放取。5.2夾緊元件的設(shè)計(jì)1. 壓塊的選型主要是通過 38外圓的側(cè)平面大小進(jìn)行選取，并盡量保證V型 塊的中心線重合，選取頂面直徑為14，螺紋為M8的壓塊；圖11壓塊壓緊2. 活節(jié)螺栓的選取是根據(jù)零件的的壓緊范圍選取的，由V型塊、零件、壓塊和螺釘?shù)奈恢茫蛇x定上方的活節(jié)螺栓長度為115，下方的活節(jié)螺栓長度為 140，再根據(jù)GB 798-1988活節(jié)螺栓的標(biāo)準(zhǔn)的長度范圍，上下都選取螺紋直徑 為16的活節(jié)螺栓。cz:ia- _ 一一 JL圖12活節(jié)螺栓3. 其他的螺栓和螺釘?shù)倪x取，可以根據(jù)活節(jié)螺栓、壓塊的尺寸進(jìn)行選型 5.3鉆削力的計(jì)算5根據(jù)高速鋼標(biāo)準(zhǔn)鉆頭鉆削力

14、及功率的計(jì)算公式：切削扭矩 M Cm ?doXM ?fYM ?Km103(N ?m)軸向力 F Cf ?doXF ?八？Kf(N)其中 M為切削扭矩，F(xiàn)為軸向力Cm、XM、ym是常數(shù)，根據(jù)工件材料進(jìn)行選取，Cf、Xf、Yf是常數(shù)，根據(jù)工件材料進(jìn)行選取。do為鉆頭直徑，f為走刀量。根據(jù)工件材料為20鋼，可得到：求切削扭矩 M : Cm 333.54 ； Xm 1.9 ； Ym 0.8求軸向力 F: Cf 833.85 ； Xf 1 ； Yf 0.7且 do 19mm， f 0.4mm/r帶入上面公式，即可得：切削扭矩M Cm ?doXM ?fYM ?KM103(N?m)33.54?191.9?O

15、.4o-8 ?10 3(N ?m)43.10(N ?m)軸向力 F CF?doXF?fYF?KF(N)833.85 ?191?0.40.7(N)8342.26( N)則算出了鉆19oo.o45mm孔時(shí)的切削扭矩和軸向力分別為：切削扭矩 M 43.10(N?m)軸向力 F 8342.26( N)5.4夾緊力的計(jì)算如下表2所示是經(jīng)典的夾緊形式夾緊力的計(jì)算公式，這種方式剛好與上述的V型塊定位，壓板夾緊工件的情況相同。圧鎮(zhèn)典鴛匚fl前n表3經(jīng)典夾緊形式夾緊力計(jì)算公式如表所示，有兩種危險(xiǎn)情況會(huì)破壞加工：工件轉(zhuǎn)動(dòng)和工件移動(dòng)。在此分別 對應(yīng)的的是鉆頭的切削扭矩和軸向力。因此將夾緊力分為兩部分計(jì)算：1) 防止

16、工件轉(zhuǎn)動(dòng)KM sin 2計(jì)算公式：WK1-u1Rsi n u2 R2）防止工件移動(dòng)KF sinWk 22計(jì)算公式：u3 sinu43 2 4其中U1-工件和壓板間在圓周方向的摩擦系數(shù)；U2 -工件與V形塊間在圓周方向的摩擦系數(shù)；U3 -工件與壓板間在軸向方向的摩擦系數(shù)；U4-工件與V形塊間在軸向方向的摩擦系數(shù)；R-定位外圓的直徑；-V形塊的工作面的夾角；K -安全系數(shù)，應(yīng)不小于2.5已知 90 ； R 19mm； K 2.5根據(jù)工件材料是20鋼，V形塊材料也為20鋼，壓塊材料為45鋼，網(wǎng)上查 詢材料相互間的摩擦系數(shù)，得：u1 u3 0.5, u2 u4 0.5可算出夾緊力Wki和Wk 2 :W

17、kiKM sin 72.5 43.1090sin2Wk 2u1Rsi nu2R2KF sin 2u3 s in u420.5 19sin 902.5 8342.260.5.90sin24.7N0.5 19.90sin20.517277 .39 N則最終確定所需要的夾緊力為：Wk 17277.39N5.5校核螺栓的強(qiáng)度由所需要夾緊力Wk2 17277.39N可求出螺釘和壓塊的強(qiáng)度是否符合要求丿i/1圖13壓塊和螺釘校核由于壓塊和螺釘主要受壓，則要校核其屈服強(qiáng)度，使其不超過壓塊和螺 釘?shù)那O限，具體計(jì)算如下：85.93MPa 355MPaFWK17277.39N2 2A,r(8 0.001)34

18、3.7 MPa 355MPa，并且壓塊和螺釘選用的材料都FWK17277.39NA2r2(4 0.001)2其中A1、A是壓塊和螺釘?shù)慕佑|面積是45鋼，通過查GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定45鋼抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈 服強(qiáng)度為355MPa，伸長率為16%,斷面收縮率為40%,沖擊功為39J。則在此設(shè)計(jì)是安全的，夾緊方式可靠。5.6夾緊元件的選取4壓 塊：壓塊 A8 (GB/T 8009.1 )調(diào)整螺釘：螺釘 M8x35(GB 67-85 )活節(jié)螺栓：螺栓 M16X115( GB 798-2000 )螺 栓：M16X140(GB 798-2000 )螺 母：M16(JB 8004.1 )

19、M16X1.5(GB/T 6171 )帶U槽的旋轉(zhuǎn)板：非標(biāo)準(zhǔn)件，詳看7-2帶U槽的旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計(jì)六、夾具體設(shè)計(jì)圖14夾具體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和依據(jù)有：1本夾具體毛胚采用鑄造的制造方法，易于加工，抗壓強(qiáng)度和抗震性較好，由于對材料無特殊要求，因此材料選用HT200 ；2.結(jié)構(gòu)形式采用半開式，便于工件的裝卸、便于制造裝配和檢驗(yàn)，安裝基面 形式采用兩端接觸，能提高夾具安裝精度和減少加工面積；3夾具體安裝各元件，為減少加工面積，一般鑄造出35mm凸臺(tái)，在此 設(shè)計(jì)3mm的凸臺(tái)，如圖所示，共四處地方；4鑄造結(jié)構(gòu)壁厚一般選取830mm，為了保證強(qiáng)度和避免受力集中，應(yīng)保 證壁厚均勻，且由于有M16的螺紋孔，因此選取3

20、0mm的壁厚；5. 鉆床的夾具體不需要安裝另外的定位元件來確定夾具在工作臺(tái)的位置，這 一任務(wù)由夾具上的鉆套完成；6. 已經(jīng)在夾具體的左右兩端留有壓板的夾緊位置，因此不再設(shè)計(jì)耳座；7. 在夾具體的兩側(cè)是各有一個(gè)臺(tái)階，這個(gè)臺(tái)階的設(shè)計(jì)是用于安裝活節(jié)螺栓， 保持壁厚均勻。8夾具體上的通孔、螺紋孔都是根據(jù)所裝元件的要求來設(shè)計(jì)的。9.技術(shù)要求有：1）鑄件不得有裂紋、氣孔、砂眼、縮松、夾渣等鑄造缺陷，澆口、冒 口、結(jié)疤、粘砂應(yīng)清除干凈。2）鑄件在機(jī)械加工前應(yīng)經(jīng)時(shí)效處理。3）未注明的鑄造圓角R3mm。4）未注倒角1x45 °。七、其他設(shè)計(jì)7.1底面定位支承板的設(shè)計(jì)圖15底面定位支承板0.045定位1

21、90孔底面時(shí),需要使用支承板進(jìn)行定位，但是由于定位的高度較高，且要求鉆通孔，因此設(shè)計(jì)此底面定位支承板，要求同時(shí)滿足高度要求，并 且在中心有足夠的空間進(jìn)行鉆孔19 °.°45頂面的設(shè)計(jì)主要是針對底 190孔的底面尺寸，可設(shè)計(jì)成矩形，也可以設(shè)計(jì)成圓柱形，高度是根據(jù)尺寸在夾具上的定位高度來設(shè)計(jì)的，也要在中間加工一個(gè)凹槽或圓柱孔，便于鉆通孔，通過螺釘與夾具體進(jìn)行連接7.2帶U槽的旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計(jì)圖16帶U槽的旋轉(zhuǎn)板此零件用于螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)，起到一個(gè)連接活節(jié)螺栓和安裝頂塊的作 用，并且還設(shè)計(jì)了一個(gè)U形槽，便于活節(jié)螺栓與旋轉(zhuǎn)板的分離，實(shí)現(xiàn)工件的順 利放取。U形槽與右邊螺紋孔根據(jù)與其配合的活節(jié)螺栓尺寸設(shè)計(jì)，中間的螺紋孔根據(jù)壓塊所用螺釘尺寸設(shè)計(jì)。