鱼尾板液压夹具设计及总装图

成都学院学士学位论文（设计）本科毕业设计题目鱼尾板液压夹具设计及总装图学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化2015年5月14日成都学院学士学位论文（设计）1零件的工艺分析1.1零件的功能、结构及生产类型的确定1.1.1零件的作用图示为鱼尾板的零件图,材料为ZG25Mn的铸件,生产纲领是6000-10000件/年。图1-1鱼尾板工件图零件是鱼尾板,图示1-1所示为鱼尾板的形状，它的作用主要是起一个连接的效果，连接塔吊之间的零件。1.1.2零件的工艺分析通过对零件图分析，知原图是正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全的。其基准面B面要求较高。。该零件主要就A和B两面进行加工，各表面的加工暂时不做要求。A，B两面面加工采用铣刀铣。加工不成问题。可以说零件的工艺性好。1.1.3零件的生产类型依照设计题目可知：该零件的生产纲领为6000-7000件/年，查表可知生产类型是大批量的生产。1.2主要加工面及要求（1）B面的平行面为基准面：与A面呈现90度的垂直角度，表面的粗糙度Ra为25um，（2）A面的平行面：与B面呈现90度的垂直角度，表面的粗糙度Ra为25um,平面度公差为0.15,与A面的平行度为0.1。2基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面的选择是否真确与合理关系到零件的加工质量,以及生产效率的高低。如果选择不当,在加工过程中出现很多问题,更可能造成零件的大批报废使生产无法进行。2.1粗基准的选择对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准,根据这个原则,现在取B面的正对面为粗基准，通过压板压下，保证与B面平行度为0.4的面和A面的垂直度为90度2.2精基准的选择主要应先考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这选择的设计基准与工序基准重合。3夹具总体分布图3.1夹具的大致分布通过对加工工件的分析，初步夹具夹紧方式及其分布如下图所示，图3-1为主视图，3-2为俯视图。图3-1夹具视图图3-2夹具俯视图3.2切削力及夹紧力的计算切削力，是指在切削过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的讲：在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。切削力有三个垂直的分力:1、切削力(主切削力)Fe:在主运动方向上的分力。它是校验和选择机床功率，校验和设计机床主运动机构、刀具和夹具强度和刚性的重要依据。2、背向力（切深抗力）Fp：垂直于工作平面上的分力。使工件产生弹性弯曲，引起振动。它是影响加工精度、表面粗糙度的主要原因。3、进给力（进给抗力）Ff：进给运动方向上的分力，它是校验进给机构强度的主要依据。切削力(3-1)式中——铣削深度——每齿进给量——铣刀直径——铣削深——转数——齿数由设计得知得到切削力夹紧力（3-2）式中——工件与夹具间摩擦力因素——工件与定位间摩擦力因素取 ，所以夹紧力4夹具的结构设计4.1液压缸的设计4.1.1液压缸的工作原理及结构①液压缸的工作：液压缸用于把液体转换成直线运动的大多数用途，有时也被称为直线执行器。液压缸被制成不同的直径、行程长度和安装方式。它们可按结构分成四种类型：拉杆式、螺纹式、焊接式和法兰式．有时也被制成使用卡坏．面积＝π／4xD2或面积：0.7854×D2当计算返回行程所建立的力时，压力么有作用在活塞的杆面积上，因而须从总活塞面积减去杆面积。图4-1液压缸工作原理图②液压缸基本结构：油缸的主要零件有缸头、缸盖、缸简、活塞、活塞杆、导向套、密封件和拉杆。缸头和缸盖通常由轧钢或铸铁制作。缸筒通常是采用无缝钢管，内孔加工到很高的表面光洁度，可减小内摩擦力和延长密封件寿命。活塞大多数由铸铁或钢制作作，采用若干种方法把活塞固定于活塞杆上。缓冲在大多数缸上是一个有货的选项并且往往可以加设而不改变轮廓尺寸。活塞杆一般是高强度钢，经表面渗碳淬火、磨削、抛光和镀硬铬以便耐磨损和耐腐蚀。腐蚀性气氛条件通常需要不锈钢的杆．该杆可以镀铬以便耐磨损。导向套用以活塞杆前后移动时支承它，大多数用球墨铸铁制作而且通常无须拆开整个缸即可拆下。杆密封装置通常在外侧包括一个防尘圈以便从杆上去除尘土和污染．并防止被吸入，一个主密封件用来密封缸压力，高压油缸还需在主密封前增加油压缓冲圈，降低主密封圈承受的油压，提高主密封圈的密封效果及寿命．密封件一般由丁晴橡胶、聚氨脂、氟橡胶或填充聚四氟乙烯（PTFE）制作。一般来说，O形圈用于静密封场合如缸筒与导向套、活塞与杆等，Y形密封圈、V形密封圈或组合密封用来密封活塞和活塞杆。活塞支撑环使用派克生产的特殊高分子材料产品。拉杆通常是带有切削或搓制螺纹的高强度钢。用适当的扭矩预应力处理以防承受压力是零件分离并降低对锁紧螺母的需要，尽管有时使用锁紧螺母。③液压缸的基本作用形式：标准双作用：动力行程在两个方向并且用于大多数应用场合：单作用缸：当仅在一个方向需要推力时，可以采用一个单作用缸；双杆缸：当在活塞两侧需要相等的排量时，或者当把一个负载连接于每端在机械有利时采用，附加端可以用来安装操作行程开关等的凸轮．弹簧回程单作用缸：通常限于用来保持和夹紧的很小的短行程缸。容纳回程弹簧所需要的长度使得它们在需要长行程时很讨厌；柱塞式单作用缸：仅有一个流体腔，这种类型的缸通常竖直安装，负载重置使缸内缩，他们又是被称为为“排量缸”，并且对长行程是实用的；多级伸缩缸：最多可带4个套简，收拢长度比标准缸短．有单作用或双作用，它们与标准缸相比是比较贵的，通常用于安装空间较小但需要较大行程的场合串联缸：一个串联缸足由两个同轴安装的缸组成的，两个缸的活塞由一个公共活塞杆链接，在两缸之前设置杆密封件以便使每个缸都能双作用，当安装宽度或高度受限制时．串联缸可以增加出力；双联缸：一个双联缸是由两个同轴安装的缸组成的．两个活塞不相连接．在两缸之间设置杆密封件以便使每个缸都能双作用，两个缸可以活塞杆对活塞安装（如图)或者背靠背安装．通常用来提供三位置工作。4.1.2一号液压缸钢筒的设计①缸筒结构的选择图4-2钢筒链接方选取连接方式为法兰式连接，并且法兰和缸筒用螺纹方式连接，如图4-2。其优点就是结构简单，易选取、易装卸。②缸筒的要求有足够的强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用。③缸筒材料的选取及强度给定部分材料的机械性能如下表4-1所示。表4-1材料机械性能表钢筒常用无缝钢管材料机械性能材料204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo10085012本次设计选取45号钢从表中可以得到：缸筒材料屈服强度=360MP；缸筒材料抗拉强度=610MP；现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力[σ]=/n=360/5=72MP。其中n=5是选取的安全系数，来源于下表4-2。表4-2液压缸安全系数材料名称静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢，锻铁35812④一号号缸筒的计算一号液压缸效率：油缸的效率η是由以下表中三种效率组成的：（A）油缸的效率是由以下三种效率组成的,在额定的压力下0.9.（B）容积效率，由各密封件泄露造成，通常容积效率为：装弹性密封圈时装活塞环事（C）作用效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。所以取0.9所以总效率=0.9。一号缸筒内径、壁厚、外径的计算：由公式（4-1）（；；；）解得根据GB2348-1993标准可知，圆整成标准值后，得一号液压缸内径D=60mm表4-3液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348-1993）840125（280）1050（140）3201260160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250注：括号内数值为非优先选用者。表4-4液压缸、气缸的活塞杆外径尺寸系418451102805205012532062256140360825631601028701801232802001436902201640100250注：超出本系列400mm的活塞杆外径尺寸应按GB/T321-1980R20系列选用。本设计的内径D为60mm,查液压设计手册液压缸的外径D1为80,缸壁的厚度为10mm。一般按正规的方法选取液压缸壁厚都能满足其强度，但为安全起见我们还要进行校核。由于D=60mm，外径D1=80mm，则，可按第一强度理论，即按照薄壁圆筒的中径公式计算，则有（4-2）式中缸筒壁厚；缸筒内径；缸筒试验压力，液压缸的额定压力时的，额定压力时的；材料许用应力为材料的抗拉强度，n为安全系数,,这里取。选用45号钢，并且调质，查阅《材料力学》刘静香著可知４５号钢的抗拉强度，现取，故：由于液压缸的工作压力,故取所以因为10mm>0.314685mm，故强度足够一号活塞杆的设计与计算：活塞杆是液压缸专递动力的主要零部件，它要承受拉力、压力、弯力和震动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。（1）活塞杆直径的计算根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。受压力作用时：

P＜5MPa时，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa时，d=0.6～0.7DP>7MPa时，d=0.7D因为P=3MPa，D=60根据下表可知活塞杆直径d=30mm表4-3活塞杆直径系列mm（GB/T2348-93）456810121416182022252830364045505663708090100110125140160180200220250280320360400（2）活塞杆强度校核1按强度条件校核由公式（4-3）式中d活塞杆的直径；F活塞杆上的作用力；活塞杆材料许用应力，，为材料的抗拉强度，为安全系数，一般取。由45号钢的许用应力，得，而，故活塞杆强度符合要求。2按弯曲稳定性校核当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到液压缸支撑点之间的距离时，应进行稳定性校核。引文L＜10d，所以不必进行玩去稳定性校核最小导向长度H的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过短。将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。对于一般液压缸，最小导向长度应满足下式要求：（4-4）式中L最大工作行程；D缸筒内径。液压缸工作行程的确定：升降液压缸的最大升起高度为230mm

，依据表4.4选取液压缸工作行程为：20mm

。表4.4液压缸活塞行程参数系列mm（GB/T2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故L=20mm,D=60mm,代入公式得：活塞宽度B的计算：取。导向套滑动面的长度A,由公式由前面的数据可知，，故取取。中隔圈K的长度C:由公式（4-5）得：。⑤（缸筒端部）法兰厚度计算法兰厚度根据下式进行计算：(4-6)式中F法兰在钢筒最大内压下所承受的轴向力（N）;法兰外圆半径（m）。式中其他意义见下图4-5图4-5法兰高度示意图所以法兰承受的最大压力为：F=P×A=7437N接下来选取其它参数：Ra=52.5mmd=6mmb=5mm许用应力在选取材料的为：[σ]=/n=100/5=20MP将以上各量带入式中得到：h=7.6mm为保证安全，取法兰厚度为10mm。⑥（缸筒端部）法兰连接螺栓直径计算（4-7）式中F液压缸的负载Z固定螺栓个数K螺纹拧紧系数许用应力材料屈服极限n安全系数查表F=1963NZ=4K=1.2=110由上面算出d≥2.98mm故取d=84.1.3二号液压缸钢筒的设计①二号液压缸效率：（A）油缸的效率是由以下三种效率组成的,在额定的压力下0.9.（B）容积效率，由各密封件泄露造成，通常容积效率为：装弹性密封圈时装活塞环事（C）作用效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。所以取0.9所以总效率=0.9。②二号缸筒内径、壁厚、外径的计算由公式（4-8）（；；；）解得。根据GB2348-1993标准可知，圆整成标准值后，得一号液压缸内径D=40mm表4-4液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348-1993）840125（280）1050（140）3201260160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250注：括号内数值为非优先选用者。表4-5液压缸、气缸的活塞杆外径尺寸系418451102805205012532062256140360825631601028701801232802001436902201640100250注：超出本系列400mm的活塞杆外径尺寸应按GB/T321-1980R20系列选用。本设计的内径D为40mm,查液压设计手册液压缸的外径D1为60,缸壁的厚度为10mm。一般按正规的方法选取液压缸壁厚都能满足其强度，但为安全起见我们还要进行校核。由于D=40mm，外径D1=60mm，则，可按第一强度理论，即按照薄壁圆筒的中径公式计算，则有（4-9）式中缸筒壁厚；缸筒内径；缸筒试验压力，液压缸的额定压力时的，额定压力时的；材料许用应力。为材料的抗拉强度，n为安全系数,,这里取。选用45号钢，并且调质，查阅《材料力学》刘静香著可知４５号钢的抗拉强度，现取，故：由于液压缸的工作压力,故取所以因为10mm>0.314685mm，故强度足够③二号活塞杆的设计与计算活塞杆是液压缸专递动力的主要零部件，它要承受拉力、压力、弯力和震动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。1活塞杆直径的计算根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。受压力作用时：

P＜5MPa时，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa时，d=0.6～0.7DP>7MPa时，d=0.7D因为P=3MPa，D=60根据表4.5可知活塞杆直径d=25mm2活塞杆强度校核（1）按强度条件校核图4-6液压缸示意图由公式（4-11）式中d活塞杆的直径；F活塞杆上的作用力；活塞杆材料许用应力，，为材料的抗拉强度，为安全系数，一般取。由45号钢的许用应力，得，而，故活塞杆强度符合要求。按弯曲稳定性校核当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到液压缸支撑点之间的距离时，应进行稳定性校核。引文L＜10d，所以不必进行玩去稳定性校核④最小导向长度H的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过短。将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。对于一般液压缸，最小导向长度应满足下式要求：（4-12）式中L最大工作行程；D缸筒内径。液压缸工作行程的确定：升降液压缸的最大升起高度为230mm

，依据表4.4选取液压缸工作行程为：20mm

。表4.4液压缸活塞行程参数系列mm（GB/T2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故L=70mm,D=40mm,代入公式得：活塞宽度B的计算：取。导向套滑动面的长度A,由公式由前面的数据可知，，故取取。中隔圈K的长度C:由公式,得：。⑤（缸筒端部）法兰厚度计算法兰厚度根据下式进行计算：(4-13)式中F法兰在钢筒最大内压下所承受的轴向力（N）;法兰外圆半径（m）。式中意义由一号缸设计时可知。所以法兰承受的最大压力为：F=P×A=7437N接下来选取其它参数：Ra=40mm=10mmb=10mm许用应力在选取材料的为：[σ]=sσ/n=100/5=20MP将以上各量带入式中得到：h=8.4mm为保证安全，取法兰厚度h=10mm。⑥（缸筒端部）法兰连接螺栓直径计算（4-13）式中——液压缸的负载——固定螺栓个数——螺纹拧紧系数——许用应力——材料屈服极限——安全系数查表可得F=3926N，Z=4，K=1.2，=110由公式4-9算出d≥2.98mm故取d=10mm4.2活塞环的结构设计4.2.1一号活塞环的结构设计活塞分为整体式和组合式，在此选用组合式活塞，形式如图4.7图4-7一号活塞4.2.2二号号活塞环的结构设计：如图4-8所示：图4-8二号活塞图4-9活塞杆结构图4.3活塞杆的结构设计4.3.1一号活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如图4-9所示。4.3.2、一号活塞杆与一号活塞环的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如图4-10所示。图4-10活塞活塞杆链接形式4.3.3一号活塞杆材料和技术要求①因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料。本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。②安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。③、活塞杆外圆粗糙度选择为1.6μm4.3.4二号号活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如图4-11图4-11二号活塞杆4.3.5、二号活塞杆与二号活塞环的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如图4-12：图4-12二号活塞与活塞杆的连接形式4.3.6二号活塞杆材料和技术要求①、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。②、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。③、活塞杆外圆粗糙度选择为1.6μm4.4液压缸的密封液压缸的主要用途是通过液压油推动活塞将能量传递给受力体。如果液压缸不密封，那么它的两个腔体就会互通，形成内漏就不能推动活塞运动了。

一般在活塞处、油缸的两端都有密封圈（包括油封和尘封）。

常见的密封圈有O型、Y型以及特种密封圈等。液压缸没有密封圈的会产生以下情况：

1.活塞杆出口处没有密封圈，可以顶出、不可缩回，而且缩回动作时液压油全部漏光

2.活塞内部没有密封圈，内部产生内泄，不能顶出、缩回，或是可以顶出、缩回但力道不够

因此液压缸必须要有密封圈。本次设计采用O型密封圈，采用O型密封圈有以下好处：①密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；

②有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封；

③密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；

④运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；

⑤尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。5夹具总图5.1夹具装配总图经过前面一系列设计，最后得出如图5-1的夹具总图图5-1夹具总图5.2铣床的装配总图经过小组组员的精心设计，铣床的装配总图如图5-2。图5-2铣床视图结论通过本次机械制造技术基础的夹具设计的课程设计，使我对这门课程有了更加全新的认识，这次课程设计是一个系统工程。它要求我所对以前的大部分专业课进行一次重新的复习、学习。像《机械制图》、《互换性与技术测量基础》、《材料力学》、《机械设计》等。使我再次意识到，在学习的过程中，要更加注重知识的连接性、衔接性、系统性，不能只站一处看问题，而是要站在高处纵览全局，将所学知识更加紧密的联系起来，应用于我们的实践。本次设计应该是我们大学三年来的最艰巨、最繁琐的一次的设计。老师曾提及到，本课程设计所要求的综合性，对专业知识的灵活性以及全面性掌握，是设计中的重点与难点，是我们必需所应该更加重视的。虽然我们有心理准备，但在设计过程中，还是遇到了不少意料之外的困难，这就更加要求我们要以一个坚强的意志来对待这些困难，对自己竖起信心，相信自己。通过查阅大量的相关的专业书籍与资料，以及在老师的细心指导下，使我们才恍然大悟，搞清了许多自己以前不是很懂的东西；同时也使我们对一个又一个知识点加深了学习，更加进一步的理解。尽管我们做出来的夹具还存在缺陷，但我们在这个设计的过程中，对夹具