变速叉钻孔夹具设计_夹具设计_毕业设计说明

1、.专业整理 .机械制造技术课程设计1900.045题目：变速叉钻 孔夹具设计院别：机电学院专业： 10机械设计制造及其自动化姓名：学号：指导教师 ：日期：2013 年 6月20日. 学习帮手 .专业整理 .目录1 2 2.1 2 2.2 24 3.1 43.263.363.4 7 7 4.1 74.284.384.4 9 9 5.1 9 5.2 10 5.3 11 5.4 12 5.5 13 5.6 1415 16 7.1 167.2U 17 17 19 19. 学习帮手 .专业整理 .一、设计题目图 1.1 为 CA10B 解放汽车第四速及第五速变速叉 （零件号 831011 ），本次课程设

2、计是设计 1900 .045 孔专用钻床夹具 。. 学习帮手 .专业整理 .图 1变速叉零件图进度要求 ：17、18 周两周 。1、完成零件分析 、绘制2、完成夹具设计 、绘制总装图 、零件图3、完成设计说明书 ，准备答辩4、最后一天答辩最后提交的资料 ：1、 零件图1张2、 夹具结构设计装配图1张3、 夹具结构设计零件图1-2张4、 课程设计说明数1份. 学习帮手 .0.045.专业整理 .二、零件的分析2.1 零件的作用零件是解放汽车第四速及第五速变速叉 ,它位于变速箱中 ,主要重用是拨动变速箱中的齿轮 ,使汽车达到变速的目的 。已知材料为 20 钢，毛坯为铸件 ，工件的工艺路线如表 1

3、所示，此次夹具设计任务是设计第 5 个工序：钻190 mm 孔专用钻床夹具 。2.2 零件的工艺分析零件的工艺路线如下表所示工序号工序名称工序内容车间0毛坯1铣粗铣 1600.24 mm 槽；金工2铣粗铣 1600.24 mm 槽的两侧面 ；金工3铣粗铣 19 00.045 mm 孔上端两端面金工4车16 00.24 mm 槽 1.5*45 0 倒角金工1、 钻孔 18.5 00 .045 mm ；5钻2、 铰孔 19 00.045 mm ；金工3、 19 00.045 mm 孔倒角 1*45 06钻钻 M10螺纹孔并倒角 120 0金工7攻螺纹攻螺纹 M10 ；金工8铣粗铣 82.2 01

4、mm 孔端面金工. 学习帮手 .专业整理 .9镗粗镗 81.7 01 mm 孔；金工10镗精镗 82.2 01 mm 孔；金工11车82.2 01 mm 孔 1*45 0 倒角金工12铣精铣 82.2 0 1 mm 孔的两端面 ；金工13检验入库表 1 零件工艺路线由工艺路线和零件图要求可知 ，主要是以 190 0.045 mm 孔位为基准 ,来加工 16mm 槽 ,M10 螺纹 ,槽的两侧面 。 对钻 1900.045 mm 孔的加工没有特殊要求 ，只有 1900 .045 mm 孔的中心轴与 190 0.045 mm 孔上端两端面有一个 12 的线性定位尺寸要求，因此定位方案和误差分析时主

5、要考虑此要求 。图 2 加工尺寸 1900.045 mm0.045变速叉的结构较复杂 ，可以用于定位的平面有 19 0mm 孔两端面和 . 学习帮手 .定位 19 00. 045.专业整理 .182.2 0 mm 孔两端面 ，但不在同一平面 ，需要用不同的支承元件去定位，其中mm 孔两端面的支承板需要带凹槽。0.04519 0 mm 孔的两侧刚好有两平面 ，因此可以采用一侧定位 ，另一侧夹紧的方案，左侧的平面较长 ，利于定位 ，但有一个凸块 ，因此采用 V 型块或采用支承钉的方式对左侧进行定位 ，对右侧进行夹紧 。除了这些平面定位 ，还需要限制 Z 自由度，可以采用定位销进行定位。图 3 可定

6、位平面分析三、定位方案设计3.1 方案一以28 外圆及端面和叉口外侧为定位基准 ，用 V 形块、支承板和定位销实现完全定位 。其中两个支承板限制 3 个自由度 ( Z , X ,Y )， V 形块共限制 2 个自由度（ X,Y ），定位销限制 1 个自由度 ( Z )。如图 1-2 所示：. 学习帮手 .专业整理 .图 4 定位方案一1.由零件的分析可得 ：定位方案和误差分析时主要考虑190 0.045 mm 孔的中心轴与 1900.045 mm 孔上端两端面 12 的线性定位尺寸要求 ，而计算所得的定位误差需小于线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 ，线性定

7、位要求主要由V 型块限制 ，根据定位误差的两种计算方法 1：1）分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出代数和 ；2）根据设计基准的两个极限位置，根据几何关系求出两位置距离，投影到加工尺寸方向上来求出定位误差；由于此定位方案较复杂 ，因此选择第二种计算方法计算定位误差。3.查标准 GB/T 6414-1999 大批量生产的毛坯铸件的公差等级可得：材料为钢且砂型铸造手工造型的毛坯的公差等级为IT11 14，则在此将变速叉的毛坯尺寸设为 14 级（最低，公差最大 ），则 V 形块所定位的 38 外圆的公差为 0.62mm 。4.由于定位要求没有给出公差，通过网络查询标准 线性和角度尺寸未标注.

8、 学习帮手 .专业整理 .公差，查得线性尺寸 12 的公差为 0.4mm ，即该零件的线性定位尺寸的公差为0.4mm 。5.如图所示 ，分别画出 V 型块限制的 38 外圆的两个极限位置d137.69和d1 38.31 ，而两圆在投影到加工尺寸方向 （即水平方向 ），测量其距离 ，可以得到定位误差为 =0.128mm 。图 5 定位误差分析6.结论：定位误差=0.128mm 0.4mm/3,即定位误差小于线性定位尺寸的公差的三分之一 ，则该定位方案能够保证夹具的正确定位1。3.2 方案二方案二的思路与方案一的思路类似 ，但左侧不是以 V 型块定位 ，而是直接采用两个支承钉来定位 ，改用支承钉来

9、限制 X,Y 自由度 。虽然这个方案的定位基准与设计基准重合 ，水平方向 X 定位误差为 0，在 Y 的定位会有较大的偏差 ，很难保证该方向的定位 ，对钻孔的中心度误差很大 ，且这方案不利于加紧 ，容易发生受力集中的情况 。. 学习帮手 .专业整理 .图 6 定位方案二俯视图3.3 方案的比较和选择从方案一和方案二的分析和误差分析结果可以看出 ：两个定位方案都能够保证主要线性定位尺寸 12 的定位（所得的定位误差 都小于线性定位尺寸的公差的三分之一 ），但是方案二存在着垂直方向定位不准确且不利于压紧的缺点，第一种方案定位和压紧都比较可靠 ，因此最终选择第一种定位方案 。3.4 定位原件选取 4

10、定位元件说明图示选型. 学习帮手 .专业整理 .V 形块共限制 2V形块 32个 自由度V 形块JB/T 8018.1（ X,Y）共同限制3 个自支承板 A12x120支承板由度(Z,X,Y )JB/T 8029.11非标准件详看支承板 27-1 底面定位支承板的设计限制 1 个自由度定位销A20f7x22( Z )定位销JB/T 8014.2表 2 定位元件四、导向装置设计4.1 导向装置的选用钻床一般选用钻套作为导向装置，为便于钻套磨损后 ，或需要不同工步. 学习帮手 .专业整理 .时，可以迅速更换 。根据工艺路线可知 ，此工序需要先钻孔 18.5 00.045 mm ，再铰孔 19 00

11、. 045 mm ，因此选用快换钻套 。图 7 导向装置设计4.2 钻套的安装钻套在安装时 ，为了提高加工时的稳定性以及加工时的顺利排屑，对钻套高度 H 和排屑间隙 h 有一定的要求 2 ：H= （ 2.53.5）dh=(0.7 1.5)d其中 d 等于所要钻的孔的直径则取 H=47mm,h=15mm。. 学习帮手 .专业整理 .图 8 钻套的安装4.3 钻套的要求和配合钻套的选取需要配合钻头的大小选取内孔d=19 的尺寸，长度要配合钻套高度 H 和排屑间隙 h。衬套和钻套螺钉的选取可以根据的钻套的选型进行相应的选取。此外，为了保证钻孔的精度和稳定性，对钻套、衬套和夹具体之间的配合有要求，并且

12、钻套与夹具底面有垂直度要求3。由于此导向装置是用于刀具切削部分引导因此选定 ：钻套与钻头的配合为G7/h6钻套与衬套的配合为H7/g6衬套与夹具体的配合为H7/n6由于工件加工孔对定位基面无特定的垂直度要求，因此将钻套轴心线对夹具安装基面的垂直度要求定为0.03。图 9 导向装置的配合要求. 学习帮手 .专业整理 .4.4 钻套的选取标准件选用 4可换钻套 ：钻套 42G7x19g6x35 （JB/T 8045.2-1999 ）衬套：衬套 A30x30 （GB/T 8045.4-1999 ）钻套螺钉 ：螺钉 M8x6（GB 5782-1999 ）五、夹紧机构设计5.1 夹紧机构的选择通过前面的

13、零件分析和定位方案的选取 ，选定了以 38 外圆的右侧端面作为夹紧的面 ，考虑到此端面是圆形结构 ，因此采用压块压紧方式 。考虑到工件的四周有定位零件及钻套等零件的限制 ，如果再用固定压板连接压板进行压紧的话 ，工件四周会形成封闭状态 ，因此，为了便于工件安装到夹具内，采用螺旋压板夹紧机构 1，如图所示 。. 学习帮手 .专业整理 .图 10 夹紧机构通过中间的调整螺钉和压紧块对工件 38 外圆的侧平面进行压紧 ，再通过活节螺栓 （GB/T 798-1988 ）和带 U 槽的旋转板 (非标准 )的配合，实现压板的旋转，使得工件能够从右侧放取 。5.2 夹紧元件的设计1.压块的选型主要是通过 3

14、8 外圆的侧平面大小进行选取 ，并尽量保证 V 型块的中心线重合 ，选取顶面直径为 14 ，螺纹为 M8 的压块；图 11 压块压紧2.活节螺栓的选取是根据零件的的压紧范围选取的 ，由 V 型块、零件、压块和螺钉的位置 ，可选定上方的活节螺栓长度为 115 ，下方的活节螺栓长度为140，再根据 GB 798-1988 活节螺栓的标准的长度范围 ，上下都选取螺纹直径为 16 的活节螺栓 。. 学习帮手 .专业整理 .图 12 活节螺栓3.其他的螺栓和螺钉的选取，可以根据活节螺栓 、压块的尺寸进行选型 。5.3 钻削力的计算 5根据高速钢标准钻头钻削力及功率的计算公式：切削扭矩M CM ? d0X

15、 M ? f YM ? K M 10 3 (N ?m)轴 向 力F CF ?d0 X F ? f YF ? K F (N )其中M 为切削扭矩 ， F 为轴向力CM 、 X M 、YM 是常数，根据工件材料进行选取 ，CF 、 X F 、 YF 是常数，根据工件材料进行选取 。d0 为钻头直径 ， f 为走刀量 。根据工件材料为20 钢，可得到：求切削扭矩 M ： CM333.54 ； X M1.9 ； YM 0.8求轴向力 F： C F833.85； X F1； YF 0.7且d0 19mm ， f0.4mm/ r带入上面公式 ，即可得：切削扭矩M C?dX MY3N ? m0? f M ?

16、 KM 10(M)33.54 ?191.9 ?0.40.8 ?10 3(N ?m). 学习帮手 .专业整理 .43.10(N ?m)轴 向 力FCF ? d0 X F ? f YF ? K F ( N )833.85 ?191 ?0.40.7 (N )8342.26( N )则算出了钻 1900. 045 mm 孔时的切削扭矩和轴向力分别为：切削扭矩M43.10( N ? m)轴 向 力F8342.26(N )5.4 夹紧力的计算 6如下表 2 所示是经典的夹紧形式夹紧力的计算公式 ，这种方式刚好与上述的 V 型块定位 ，压板夹紧工件的情况相同 。表 3 经典夹紧形式夹紧力计算公式如表所示 ，

17、有两种危险情况会破坏加工 ：工件转动和工件移动 。在此分别对应的的是钻头的切削扭矩和轴向力 。因此将夹紧力分为两部分计算：1）防止工件转动KMsin计算公式 ：WK 12u1 R sinu2 R2. 学习帮手 .专业整理 .2）防止工件移动KF sin2计算公式 ：WK 2u3 sinu 42其中 u1 - 工件和压板间在圆周方向的摩擦系数；u2-工件与 V 形块间在圆周方向的摩擦系数 ；u3-工件与压板间在轴向方向的摩擦系数；u4-工件与 V 形块间在轴向方向的摩擦系数 ；R -定位外圆的直径 ；-V 形块的工作面的夹角 ；K -安全系数 ，应不小于 2.5已知90 ； R19mm； K2.

18、5根据工件材料是20 钢，V 形块材料也为 20 钢，压块材料为 45 钢，网上查询材料相互间的摩擦系数 ，得：u1u30.5,u2u40.5可算出夹紧力 WK 1 和WK 2 ：KMsin2.543 .10sin 90WK 12sin 9024.7 Nu1 R sinu 2 R0.5190.5 1922KF sin2.5 8342 .26sin 90WK 22sin 90217277 .39 Nu3 sinu 40.50.522则最终确定所需要的夹紧力为： WK17277.39 N5.5 校核螺栓的强度 7由所需要夹紧力 WK 217277.39 N 可求出螺钉和压块的强度是否符合要求。.

19、学习帮手 .专业整理 .图 13 压块和螺钉校核由于压块和螺钉主要受压，则要校核其屈服强度 ，使其不超过压块和螺钉的屈服极限 ，具体计算如下 :FWK17277 .39N85.93MPa355MPaA1r 2(80.001) 2FWK17277 .39N343.7MPa355MPaA2r 2( 40.001) 2其中 A1、 A2 是压块和螺钉的接触面积，并且压块和螺钉选用的材料都是 45 钢，通过查 GB/T699-1999 标准，规定 45 钢抗拉强度为 600MPa ，屈服强度为 355MPa ，伸长率为 16，断面收缩率为 40 ，冲击功为 39J。则在此设计是安全的 ，夹紧方式可靠

20、。5.6 夹紧元件的选取 4压块：压块 A8 （ GB/T 8009.1 ）调整螺钉 ：螺钉 M8x35（GB 67-85 ）活节螺栓 ：螺栓 M16X115（ GB 798-2000 ）螺栓：M16X140（ GB 798-2000 ）螺母：M16（JB 8004.1 ）M16X1.5（ GB/T 6171 ）带 U 槽的旋转板 ：非标准件 ，详看 7-2 带 U 槽的旋转板的设计. 学习帮手 .专业整理 .六、夹具体设计图 14 夹具体设计设计的要点和依据 1 有：1.本夹具体毛胚采用铸造的制造方法 ,易于加工 ，抗压强度和抗震性较好 ，由于对材料无特殊要求 ，因此材料选用 HT200 ；

21、2.结构形式采用半开式 ，便于工件的装卸 、便于制造装配和检验 ，安装基面形式采用两端接触 ，能提高夹具安装精度和减少加工面积 ；3.夹具体安装各元件 ，为减少加工面积 ，一般铸造出 3 5mm 凸台，在此设计 3mm 的凸台，如图所示 ，共四处地方 ；4.铸造结构壁厚一般选取 830mm ，为了保证强度和避免受力集中 ，应保证壁厚均匀 ，且由于有 M16 的螺纹孔 ，因此选取 30mm 的壁厚；5.钻床的夹具体不需要安装另外的定位元件来确定夹具在工作台的位置，这一任务由夹具上的钻套完成；6.已经在夹具体的左右两端留有压板的夹紧位置，因此不再设计耳座 ；7.在夹具体的两侧是各有一个台阶，这个台

22、阶的设计是用于安装活节螺栓，保持壁厚均匀 。. 学习帮手 .专业整理 .8.夹具体上的通孔 、螺纹孔都是根据所装元件的要求来设计的。9.技术要求有 ：1）铸件不得有裂纹 、气孔、砂眼、缩松、夹渣等铸造缺陷 ，浇口、冒口、结疤、粘砂应清除干净 。2）铸件在机械加工前应经时效处理。3）未注明的铸造圆角R3mm 。4）未注倒角 1x45 。七、其他设计7.1 底面定位支承板的设计图 15 底面定位支承板定位 1900. 045 孔底面时 ，需要使用支承板进行定位 ，但是由于定位的高度较高，且要求钻通孔 ，因此设计此底面定位支承板 ，要求同时满足高度要求 ，并且在中心有足够的空间进行钻孔 。0.045顶面的设计主要是针对底 190 孔的底面尺寸 ，可设计成矩形 ，也可以设计成圆柱形 ，高度是根据尺寸在夹具上的定位高度来设计的 ，也要在中间加工. 学习帮手 .专业整理 .一个凹槽或圆柱孔 ，便于钻通孔 ，通过螺钉与夹具体进行连接。7.2 带 U 槽的旋转板的设计图 16 带 U 槽的旋转板此零件用于螺旋压板夹紧机构，起到一个连接活节螺栓和安装顶块的作用，并且还设