杠杆夹紧器说明书.docx

焊接工装课程设计 气动杠杆夹紧器专业：焊接技术与工程班级：2008级2班姓名： 目 录1. 夹具设计任务 3 1.1夹具设计的基本要求 42定位方式及元器件选择 4 2.1夹紧方式及元器件选择 63设计与计算 6 3.1 材料的选择 6 3.2 尺寸设计 6 3.3 气杆尺寸校核与确定 84. 基座设计 14 4.1材料选择 14 4.2尺寸设计与确定 14 4.3基架设计 14 4.4其他零部件设计 155.气动杠杆夹紧器 15 5.1 工装卡具概述 15 5.2 气动杠杆夹紧器的组成 15 5.3 气动杠杆夹紧器的特点 16 5.4 气动杠杆夹紧器的设计要点 17 5.5 气动杠杆夹紧器的设计原则 17参考文献 18 1.夹具设计任务焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面： （1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 （2）有效的防止和减轻了焊接变形。 （3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。 （4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。 （5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。1.1夹具设计的基本要求（1）工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。（2）夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。（3）焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态（4）便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。 （5）良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。2.定位方式及元器件选择（1）定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。工件的定位原理自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。（1）以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位（2）工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器（3）工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器（4）利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用样板定位器主焊件“撑杆”用挡板和挡销定位。挡销限制了X方向的平动自由度，挡板限制了Y方向的平动自由度，夹具体限制了Z方向的平动自由度，挡铁螺旋夹紧器件限制了Z方向的转动自由度，螺旋夹紧机构限制了X、Y方向的转动自由度，共限制了6个自由度。件“发动机衬管”两件用插销机构定位。插销机构限制了X、Y、Z方向的平动自由度，快撤式螺旋夹紧器件限制了Y、Z方向的转动自由度，共限制了5个自由度。螺母M6和喇叭支座的组件用锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位。“撑杆”限制了Z方向的平动自由度，螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽限制了Z方向的平转动自由度，锥头销钉限制了X、Y方向的平动自由度，螺旋夹紧机构限制了X、Y方向的转动自由度，共限制了5个自由度。夹紧方式及元器件选择夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。2.1夹紧机构的基本要求（1） 夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。（2）夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量（3）夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。（4）结构力求简单，便于制造和维修。3. 设计与计算3.1材料选择理的合金调质钢40Cr制成，热处理硬度值为200HB，抗拉强度，屈服强度，具有一定的耐磨性。3.2尺寸设计本设计的螺旋夹紧器螺杆尺寸可根据使用要求及条件确定。螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋夹紧器选择滑动螺旋副。螺纹类型有矩形，梯形和锯齿形。矩形螺纹牙型为正方形，传动效率高，但生产精度较低；梯形螺纹牙根强度高，螺纹工艺性好，易加工，强度适中，传动性能可靠；锯齿螺纹牙根出有相当大的圆角，减小了应力集中，提高了动载强度，工作效率比梯形螺纹高,但生产成本高。根据机械设计手册，选择具有单向受力优点的梯形单线螺纹，右旋，以达到自锁要求。滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，使其小于材料的许用压力。1、按耐磨性计算螺纹尺寸值：根据机械设计任务书技术指标给出最大夹紧力为25KN,所以本设计的轴向力可以定为，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，受力比较均匀，所以螺纹圈数不宜过多，故取1.22.5，此处取2。螺杆螺母材料分别为钢青铜，滑动速度为手动低速，查机械设计手册1825，取。由机械设计手册查的梯形螺纹公式： （3-1）将上述数据带入（3-1）式得：查机械设计手册，取外螺纹大径，螺距，牙顶间隙的梯形螺纹。 牙底圆角：螺旋升角：当量摩擦系数与当量摩擦角：牙型角，螺杆与螺母材料为钢与青铜，查机械设计手册有摩擦因数0.080.10，取。3.3 气杆尺寸校核与确定气杆在全部旋出降至最低位置时, 其受力情况最为不利,且螺杆为一压杆，同时承受压力及扭矩, 因此应分别按照耐磨性、自锁条件、抗压强度及稳定性对螺杆进行校核计算。耐磨性条件校核：锯齿螺纹工作高度： 螺母高度从初步设计得： 轴向外载荷： 螺纹旋合圈数： 气动旋夹紧器滑动装置滑动速度较低，根据螺杆和螺母材料为钢青铜，查资料得其许用压强=1825。根据机械设计手册查的工作压强公式： （3-2）由式得： =1825由，得所选螺杆和螺母合适。气杆的自锁性验算：升角： 当量摩擦角： 有，即螺纹升角小于当量摩擦角，满足自锁条件。气杆的强度校核：气杆所受转矩： 由机械设计手册查得当量应力公式： （3-3）当量应力由公式算出： 确定许用应力，查表得（35）。因夹紧装置属于静载，许用应力可取较大值： 由以上计算有，故螺杆符合要求。气杆的强度校核:查机械设计手册有梯形牙根部宽度: 查机械设计手册得螺杆许用剪切应力，许用弯曲应力=（1.01.2）。由机械设计手册及相关资料查的螺杆的剪切强度和弯曲强度的公式如下：剪切强度公式： （3-4）弯曲强度公式: （3-5）剪切强度：确定许用应力，查表得（35）。因夹紧装置属于静载，许用应力可取较大值： 由，得所设计的气杆符合要求。弯曲强度： =（1.01.2）由，得所设计的气杆符合要求。气杆的稳定性校核：对于长径比大的受压气杆，当轴向压力大于某一临界值时，气杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，气杆承受的轴向力必须小于临界载荷。确定气杆的柔度值： （3-6）式中 -气杆的长度系数-气杆危险截面惯性半径(1)、气杆的长度系数的确定：气杆上部螺母端：在1.53.0内属于不完全固定，本设计所设计的螺旋夹紧器为一端固定一端为不完全固定，查机械设计手册，得。（2）、气杆危险截面惯性半径的确定：本设计的气杆夹紧器，其螺杆最大工作长度主要根据外界条件和人类身高因素等确定，所以本设计螺杆的最大工作长度可以取为。气杆的柔度值： 临界载荷：=2.54由可得稳定性条件满足。效率计算：气动夹紧器装置为回转运动转化为直线运动，由机械设计手册查的效率公式： （0.950.99） （3-7）系数（0.950.99）属于轴承效率，轴承形式为滑动轴承，取小值0.95。本设计的气杆夹紧器根据机械设计手册相关知识，只需要计算上升时效率，上升时支架载荷与运动方向反，取“+”号。 图1图2图34.基座设计4.1材料选择基座在本设计中具有将物体固定和夹紧的作用，他相当于钳子，是固定物体和夹紧物体的重要支柱，是螺旋夹紧器不可缺少的重要组成部分。根据机械设计常用规则，它对材料的选择没有严格要求,因此我们可以根据市场经济和加工成本等要求选择QT420铸铁。4.2尺寸设计与确定根据设计任务书技术指标给出夹持物的最大尺寸为，本次设计的气动夹紧器可设计成只运用于夹持圆柱体的夹紧器，根据夹紧物最大尺寸为150，所以我们可以把基座设计成V型形状且角度为。上基座可根据实际装机经验设计成“T”形直接装到螺杆上，下基座可用螺栓固定在工作台上。4.3机架设计材料选择机架是机械必不可少的重要组成部分，它对机械不仅取到了固定作用，而且是整个机械的脊髓。由于铸铁的铸造性能好、价廉以及吸振能力强，所以运用广泛。本设计是螺旋夹紧器的机架，可根据市场价格要求，可选择经济实惠的HT250铸铁。尺寸设计与确定根据使用场所、受力情况和螺母尺寸，螺旋夹紧器支架可设计成门框形式，并用螺栓固定在工作台上。4.4其它零部件设计1、根据设计要求螺母采用4个的螺钉固定在机架上，下基座和机架采用12个的螺栓固定在工作台上。2、根据设计需要，手柄与螺杆连接处可采用键连接，本设计采用半圆头普通平键，结合螺杆直径并查机械设计手册，选用的键为：，。 即 10962003。3、螺钉和螺栓连接处都采用垫圈，螺杆与螺母之间采用润滑油。 5.1工装卡具概述工装夹具是指将待装配的零件准确组对，定位并夹紧的工艺装备。 5.2工装夹具的组成工装夹具通常由各种定位器、夹紧机构、夹具体和装配平台组成。按照所装配的焊接结构，夹具体上可安装多个不同的夹紧机构和定位器。夹具体必须按所装配焊件的结构进行设计，而定位器，夹紧机构和装配平台，则大多数是通用的标准件。 5.3工装夹具的特点 由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。 在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固。为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩，因此，工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。 装焊完的结构，其尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了结构从夹具上卸下的难度。 对于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。 工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。 工装夹具一般比较大，其夹具上的夹紧点、定位点多达几十个，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和定位夹紧的质量。 工装夹具主要用来保证焊接结构各连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度，而其他（机床）夹具主要用来保证零件的加工精度。 除精密焊接所用的夹具外，一般工装夹具本身的制造精度及对焊件的定位精度均低于其他（机床）夹具的相应指标。 5.4工装夹具的设计要点正确的设计和选用夹紧夹具，可大大缩短装配和焊接的周期，减轻劳动强度，提高生产效率，保证焊件的装配和焊接质量。与相应的自动化焊接装配相配，可进一步发挥焊接装备的能力，有利于实现装配焊接的综合机械化和自动化。 5.5工装夹具的设计原则 应能快装、快卸、结构简单和操作方便。 应有足够的空间，便于装配和焊接操作，易于装卸焊件。 应夹紧可靠。 应按焊接工艺的要求装有适当的导热、导电、隔热、隔磁和绝缘等装置，以防止各种定位块夹紧机构对焊接过程产生不利的影响。 用于大型结构的夹紧夹具，应具有足够的刚度和强度，以保证焊件的装配焊接的精度。 夹具上的定位块、定位器夹紧机构，应尽量采用通用化和标准化的元件。 应易于制造和组装，同时又能达到所要求的制造精度。 气动和液压夹紧夹具，应设置必要的安全保护装置，以防止误操作引起的安全事 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