【導(dǎo)讀】黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 涂膠機(jī)輔助設(shè)計(jì) 工件的夾具設(shè)計(jì) 要求對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊設(shè)計(jì)。在對(duì)工件的夾具設(shè)計(jì)中我采用了以下兩種方案：鉸鏈桿的夾緊機(jī)構(gòu)和斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。圖 是方案一；圖 是方案二。 圖 鉸鏈桿的夾緊機(jī) 構(gòu) 圖 斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 方案一和方案二都能實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊，兩種的結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單。但是設(shè)計(jì)中要求定心、對(duì)中夾緊才能保證涂膠的位置準(zhǔn)確。方案一中自鎖性能差很難保證自鎖。并且定位和夾緊這兩種作用是在工件被夾緊的過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，夾具上與工件定位基準(zhǔn)相接處的元件，既是定位元件，也是夾緊元件。難免會(huì)出現(xiàn)誤差和偏差相對(duì)于所定心或?qū)χ械奈恢?。故此我在設(shè)計(jì)中選擇了一個(gè)定位基準(zhǔn)是固定的，利用斜楔的斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。保證定位準(zhǔn)確。并且斜楔夾緊機(jī)構(gòu)自鎖性能好。 確定定位方案 ,設(shè)計(jì)定位元件 此工件 是要求在自動(dòng)生產(chǎn)線上定位夾緊，是用機(jī)械手把工件較準(zhǔn)確的放在工作臺(tái)夾具體的正確位置。然后進(jìn)行自動(dòng)夾緊?；谶@種情況，定位元件有 V 型塊、斜導(dǎo)板、支承釘。 V 型塊以二斜面與工件的外圓面接觸起定位作用。工件的定位面是外圓柱面，但其定位基準(zhǔn)是外圓軸線。即 V 型塊也起了定心的作用。并且限制了兩個(gè)自由度。而工件的本身有凸緣與平面的夾具體相接觸。起到了平面定位的作用限制了三個(gè)自由度。而圍繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的自由度根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以不用限制。 自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的選取 設(shè)計(jì)中采用了氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)工件進(jìn)行迅速夾緊。氣動(dòng)原理圖見 43. 圖 氣動(dòng)原理圖 1氣源 2分水濾氣器 3減壓閥 4油霧器 9壓力表 6換向閥 7調(diào)速閥 8氣缸 此氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)由氣源、氣缸、油霧器、減壓閥、單向閥、換向閥、調(diào)速閥、壓黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 力表等元件組成。 －－－ 由氣源送來的壓縮空氣，先經(jīng)霧化器，使霧化器中的潤(rùn)滑油被吸上升霧化而隨之進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)，以便利用油霧對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行充分潤(rùn)滑。 －－－ 將氣源送來的壓縮空氣壓力，減至氣動(dòng)夾緊裝置所要求的工作壓力。 －－－ 主要起安全保護(hù)作用。防止氣源供氣中斷或壓力突 降而使夾緊機(jī)構(gòu)松開。 －－－ 控制壓縮空氣對(duì)氣缸的進(jìn)氣和排氣。 －－－ 調(diào)節(jié)壓縮空氣進(jìn)入氣缸的流量，以控制活塞的移動(dòng)速度。 －－－ 將壓縮空氣的工作壓力轉(zhuǎn)換為活塞的移動(dòng)，由此推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作。 氣動(dòng)夾緊具有以下特點(diǎn)： 因?yàn)闅庠磯毫梢钥刂啤? 氣流的速度很快，氣動(dòng)速度也就很快。這就有利于縮短輔助時(shí)間。從而提高生產(chǎn)效率。 利用氣動(dòng)夾緊后，操作只需轉(zhuǎn)動(dòng)換向閥手柄，而不象手動(dòng)夾緊那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因而大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。夾具方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì) 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中采用的是斜楔氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。工件是以底面、側(cè)面和端面在夾具的底面、定位 V 形塊和支承釘上定位的?；钊麠U伸出時(shí)，與活塞桿連接的斜楔的斜面便沿著斜導(dǎo)板移動(dòng)，由于斜面的作用使斜楔的直面向工件移動(dòng)直至夾緊工件為止。當(dāng)活塞桿退回時(shí)，斜楔便退出，實(shí)現(xiàn)松夾操作。 斜楔機(jī)構(gòu)夾緊時(shí)，斜楔的受力情況見圖 （ a） 。圖中 Q 是施加在斜楔上的作用力， J 是斜楔受到工件的夾緊反力， F1 是斜楔直面（即夾緊工作面）與工件被夾壓面的摩擦阻力（等于 Jtg 1? ）， J 與 F1的合力為 P。 N 是斜導(dǎo)板對(duì)斜楔斜面的反作用力，其方向和斜面垂直， F2是斜導(dǎo)板和斜楔間的摩擦阻力（等于 Ntg 2? ）， N與 F2的合力為R0斜楔夾緊時(shí)，此 Q、 P、 R 三力應(yīng)處于靜力平衡，見圖 。由圖可得出 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 （ a） (b) 圖 斜楔的受力情況 Q=Jtg(a+ 2? )+Jtg 1? () J= Ntgatg Q 12 )( ?? ?? () 式中 J－－－斜楔產(chǎn)生的夾緊力， N Q－－－施加于斜楔上的作用力， N a－－－斜楔傾角 1? －－－斜楔與工件的摩擦 角 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 2? －－－斜楔與斜導(dǎo)板間的摩擦角 一般取 1? ＝ 2? ＝ 60；為了增加行程 a 角盡量選擇大的 a＝ 012 。代入上式得 J=00 1212 250tgtg ?＝ 250? ＝ N 可見斜楔夾緊機(jī)構(gòu)是增力機(jī)構(gòu)，隨著斜角 a的減小增力比相應(yīng)增大，但 a角受夾緊行程的影響不能太小，因而其增力相應(yīng)的受到限制，此外， a 角過小還會(huì)造成斜楔退不出的問題。 斜楔夾緊后應(yīng)能自鎖，圖 表示作用力消失后斜楔保持自鎖的情況，當(dāng)作用力消失后，由于 N 力的水平分力的影響，斜楔企圖按照虛線箭頭方向退出，此時(shí)系統(tǒng)的摩擦阻力若能克服使斜楔退出的作用力，即能保持自鎖狀態(tài)。摩擦阻力 F1和 F2的作用力方向應(yīng)和斜楔移動(dòng)方向相反。 N和 F2的合力為 R。根據(jù)自鎖條件并由圖 得 圖 斜楔自鎖條件的分析 F1≥ Rsin（ a 2? ） () 但 J=Rcos（ a 2? ）， F1= Jtg1? 代入上式得 tg 1? ≥ tg（ a 2? ） 21 ??? ≥ a 這是保證斜楔夾緊自鎖的條件。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 一般 1? ＝ 2? ＝ 60，則 a≤ 120?？紤]到斜角和斜面平直制造誤差等因素，具有自鎖性能和盡量較大的行程，斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的斜楔角取 120。 由于斜楔的夾緊作用是依靠斜楔的軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，夾緊行程 S 和相應(yīng)斜楔軸向移動(dòng)距離 L 有如下關(guān)系： S＝ Ltga () S＝ 200 ＝ 42mm 由式可知：要增大斜楔的夾緊行程就應(yīng)相應(yīng)增加 L 或 a。增大移動(dòng)距離 L 勢(shì)必要增長(zhǎng)斜楔的長(zhǎng)度，這就受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制；增大 a 要受自鎖條件的限制。因此斜楔的夾緊行程是較小的。 定位誤差分析計(jì)算 V 型是一個(gè)定心定位元件， 定位外圓柱面時(shí)起定心作用。工件的定位面雖然是外圓柱面，但定位基準(zhǔn)是外圓軸線。 V 型塊體現(xiàn)的涂膠基準(zhǔn)則是 V 型塊理論圓（它的直徑尺寸等于工件定位外圓直徑的平均尺寸）的軸線。當(dāng)一批工件外圓在 V 型塊上定位時(shí)，由于外圓直徑的變化引起定位基準(zhǔn)相對(duì)于理論圓軸線發(fā)生位置變化 ? E 如圖 。圖中 O 是理論圓的中心，其直徑 ad 等于 d 的平均尺寸， ?? 和 ?? 分別是外圓直徑為 maxd和 mind 時(shí)的圓心位置。由圖得 圖 V型塊定位外圓時(shí)的定位誤差分析計(jì)算 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 E? =2aSinOO??＝222minmaxaSindd ?＝22)( aSindT () 若以理論圓圓心為基點(diǎn)，則 24)(2 aSindTE ???? () 因?yàn)槔碚搱A是一個(gè)直徑為常量的圓，所以在定位誤差分析計(jì)算中常常省略它而直接計(jì)算出外圓直徑為最大和最小時(shí)引起的 E? . 氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的計(jì)算 氣源壓力應(yīng)考慮供氣系統(tǒng)管道的沿程壓力損失和局部壓力損失 ,氣源壓力應(yīng)高于設(shè)備中最高工作壓力的 20%左右 ,并以此壓力來選空壓機(jī) .也可以根據(jù)氣缸的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)來確定其使用壓力范圍 .設(shè)計(jì)中采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的氣缸 .氣缸類型 :雙作用氣缸 . 表 10Y1V LB50N800SAY 氣缸經(jīng)查表數(shù)據(jù) 缸徑 最短行程 最大行程 使用壓力范圍 耐壓力 使用速度范圍 50mm 37mm 800mm 50500 MPa ① 雙作用氣缸輸出壓力 FPU=()D2P () = 106=250N FPU───汽缸輸出壓力 N； D───汽缸的內(nèi)徑 。 P───汽缸工作壓力 PA . 同理雙作用氣缸的拉力 FPO=() D2P= 106=200N ②缸徑的計(jì)算 D=() PpuF () = 250?= ③氣缸缸筒承受壓縮空氣的壓力，其壁厚按薄壁公式計(jì)算： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 δ =PPDP?2 () 但是按公式計(jì)算出的壁厚通常都很薄，加工比較困難，實(shí)際過程中一般都需按照加工工藝要求，適當(dāng)曾加壁厚。盡量選用標(biāo)準(zhǔn) 鋼管或鋁合金管。選鋁合金管，經(jīng)查表壁厚 。選 。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比D? ≤ 1/10. 此設(shè)計(jì)中D? = ≤ 101 。故符合要求。 在多數(shù)情況下活塞杠承受的是推力負(fù)載，細(xì)長(zhǎng)桿件受壓易產(chǎn)生彎曲變形，必須考慮壓杠穩(wěn) 定性。 活塞杠計(jì)算長(zhǎng)徑比 L/D≤ 10 時(shí)，一般按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑，可按照直桿的抗壓強(qiáng)度條件計(jì)算公式來計(jì)算活塞桿直徑： d≥PPUF??4 =PPUF? () L——— 活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度 m； d——— 氣缸的活塞桿直徑； p?——— 鋼筒材料的許用應(yīng)力，p?= nb? ； b? ——— 缸筒材料抗拉強(qiáng)度 Pa ； n——— 安全系數(shù)， n=68。 經(jīng)查表鋁合金抗拉強(qiáng)度 157MPa。 d≥ 610157 8250??≥ ；所以當(dāng) d取 25mm 時(shí)，則 L≤ 250mm，故 L取 150mm。 活塞桿的穩(wěn)定條件 是： FPU≤kKnF () FK——— 氣缸的壓桿穩(wěn)定的極限力， N kn——— 氣缸的壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取kn=26. 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)桿比 L/K＜ 85 m 時(shí)， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 m — —— 由安裝連接條件決定的系數(shù)，采用固定 固定式 m=4. FK=21??????? KLamfA =228125 0 0 0414????? ?= 104N () f——— 材料試驗(yàn)強(qiáng)度值 Pa。 f= 108 Pa a——— 系數(shù) a=50001 ； A——— 活塞桿橫截面面積 m2 A= 42d? ； 所以 FPU≤kKnF = 4? 經(jīng)驗(yàn)算推力 FPU=250N 小于kKnF 。 故活塞桿穩(wěn)定性滿足條件。 而細(xì)長(zhǎng)桿 L/K＜ 85 m 時(shí) ， L= ???????? ? 14PUk FnfAmad () =125mm。 供膠系統(tǒng)中對(duì)膠棒夾具的設(shè)計(jì) 考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)的平衡性，故將承載夾持部分的彎臂方向與 Y向電機(jī)在一條線上。因?yàn)槟z棒的夾持嚴(yán)格要求對(duì)心，以保證涂膠軌跡的準(zhǔn)確。故選用了 V 形塊對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下圖 ： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 圖 膠棒的對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)圖 工作原理就是使對(duì)中夾緊元件作等速位移來實(shí)現(xiàn)。兩個(gè) V 形塊由手輪控制帶動(dòng)左、右螺紋的螺桿作等速相向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)中夾緊。 涂膠彎臂的螺栓強(qiáng)度校核： 為了方便于供膠和涂膠在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了涂膠彎臂。因?yàn)閺澅塾胸Q直向下的載荷，所以以下對(duì)其進(jìn)行了校核計(jì)算 [15]。涂膠彎臂如下圖 ： A220F 圖 涂膠彎臂 ，由于 4個(gè)螺栓是對(duì)稱分布的，故剪切力可以認(rèn)為均分。 F = Nmg ??? NFFs ??? M P arFsAFs 3 4 ???? ??? () MPa75][ ?? ][???? d=12mm 完全可以符合要求。 ，其扭矩為： mNLFM ?????? 4 9 5 6 （ 1） 截面形心 ： 0?Xc ?cy （ 2）計(jì) 算截面慣性矩： 533 ?????? hbIz () （ 3）在截面的上下邊緣，分別作用有最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力 ： ??? ZBt IM / a x,? () MpIM ZBc , ???? () 取 [? ]=75Mpa ? 《 [? ] d=12mm 完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 本章小結(jié) 首先確定夾緊機(jī)構(gòu)方案，選用斜楔夾緊機(jī)構(gòu)； 然后確定定位方案，定位元件選用 V型塊； 選用氣動(dòng)方案對(duì)工件進(jìn)行迅速夾緊