【導(dǎo)讀】由于大型節(jié)筒坡口加工設(shè)備的使用范圍受到時間和空間上。足國防建設(shè)之所需，產(chǎn)品的質(zhì)量安全也無從保證。艇的生命力、可靠性和整體性能。強(qiáng)度、節(jié)筒受力變形和其加工誤差進(jìn)行分析。坡口割炬角度及靠背輪調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)....

　　

【正文】 輪 調(diào)整裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 割具角度調(diào)整裝置用來調(diào)整割具的工作角度，關(guān)鍵要解決兩方面內(nèi)容 。一是 角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 二是 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。筆者設(shè)計(jì)的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)是一個平 面四連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)連桿驅(qū)動滑塊在角度調(diào)整支承架上 0176。 ～ 60176?；⌒尾壑谢瑒樱瑝K上固定著割具，滑塊沿弧形槽滑動使得割具的角度得到調(diào)整，控制系統(tǒng)通過程序的設(shè)置與控制脈沖激發(fā)驅(qū)動平面四連桿的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)割具工作角度的精確調(diào)整。 引入靠背輪裝置是為了保證節(jié)筒加工時，靠背輪始終和節(jié)筒內(nèi)（或外）表面相接觸，實(shí)現(xiàn)割具相對節(jié)筒的加工定位，保證切割的節(jié)筒坡口等寬，達(dá)到加工形狀的精確控制?？勘齿喲b置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、絲杠螺母相結(jié)合的傳遞方式。加工過程中，靠背輪緊貼著內(nèi)（或）外節(jié)筒表面，當(dāng)遇到節(jié)筒壁形狀有變化時，會有力作用在靠背輪 上，靠背輪通過銷軸把力傳遞給靠背輪支架，然后通過螺母、絲杠傳給軸承、端蓋，端蓋把力傳給座套，座套和底板連為一體。靠背輪裝置的底板與縱向升降裝置的上底板連接，使割具做出相應(yīng)的位移變化，達(dá)到加工形狀的 精確控制的目的。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 4章 機(jī)床夾緊 裝置的計(jì)算與分析 定位夾緊裝置桿類構(gòu)件的受力計(jì)算與穩(wěn)定性分析 加工不同規(guī)格的節(jié)筒時，工件定位夾緊裝置的擺動臂與節(jié)筒內(nèi)表面的接觸狀態(tài)是不同的，使得工件定位夾緊裝置的各個桿類構(gòu)件的受力不同，從而對節(jié)筒的受力變形有所影響。加工直徑較小、高度較小的節(jié)筒時，擺動臂與節(jié)筒是部分接觸；加工直徑較大、高 度較大的節(jié)筒時，擺動臂與節(jié)筒是全接觸。為此加工大節(jié)筒即擺動臂與節(jié)筒全接觸時，把擺動臂與節(jié)筒間的接觸應(yīng)力的分布簡化為近三角形線性分布，記為接觸狀態(tài)一；加工小節(jié)筒即擺動臂與節(jié)筒部分接觸時，把擺動臂與節(jié)筒間的接觸應(yīng)力的分布簡化為近平行四變形線性分布，記為接觸狀態(tài)二。建立兩種接觸狀態(tài)下的力學(xué)模型如圖 41所示。 圖 41 狀態(tài)一構(gòu)件力學(xué)模型和狀態(tài)二構(gòu)件力學(xué)模型 其中： F1 表示下支臂對擺動臂的支持力， F2 表示下擺桿對擺動臂的壓力，F(xiàn)3 表示上擺桿對擺動臂的壓力， Ff 表示節(jié)筒與擺動臂之間的摩擦力， G0 表示擺動臂自重， N1 表示節(jié)筒對擺動臂的等效壓力， L L L3 分別表示力 N Ff、 F3 對 o 點(diǎn)的轉(zhuǎn)動力臂。 根據(jù)上述力學(xué)模型，建立求解方程為 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 00( ) 0ixiyoiFFMF? ??? ??? ?????? （ 4－ 1） 即存在方程組 1 3 2 11 2 3 01 1 2 3 3000x x xy y y ffxN F F FF F F F GN L F L F L? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ?? （ 4－ 2） 由力學(xué)模型圖，可以看出加工不同的節(jié)筒，各個桿件擺動的角度不同，受力也隨之改變，由此可以寫出 力 F1 、 F2 和 F3 關(guān)于角度 1? 、 2? 、 3?的矩陣方程式為 ?FM? ? （ 4－ 3） 式中 ? 是角度矩陣， F 是未知力矩陣， M 為常量矩陣。 根據(jù)已知條件補(bǔ)充方程 1 1cossinix i iiy i ifFFFFF N f G??????????? （ 4－ 4） 式中， i= 3， G1 表示 1/8 節(jié)筒的重量。 由此可以得到表明力與角度關(guān)系的矩陣方程式 1 2 3 1 11 2 3 2 03 3 3 1 1 2c os c os c ossi n si n si n0 0 c os ffFNF G Fl F N l F l? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 4－ 5） 求解得到 1 1 2 3 1 1 21 2 0 233112 t a n ( )( ) s i n c o ss i n ( )ff fN l F l N l F lN G FllF???????? ? ?????? ? （ 4－ 6） 1 1 2 3 1 1 21 1 0 133212 t a n ( )( ) s i n c o ss i n ( )fN l F l N l F lN G FllF???????????? ? （ 4－ 7） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 1 1 23 33cos fN l F lF l ?? （ 4－ 8） 根據(jù)已知 的 結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到第一種極限狀態(tài)時 壓力為 F1 =? 104N， F2=? 104N， F3=? 104N； 第二種極限狀態(tài)時 壓力 F1 =? 103N， F2=? 103N， F3=? 103N。 結(jié)合力學(xué)模型可知，求解得到的上擺桿和下擺桿對擺動臂的作用力方向均與預(yù)設(shè)置的壓力的方向相反，因此，上擺桿和下擺桿承受拉力的作用；而下支臂對擺動臂的作用力的方向與預(yù)設(shè)置的壓力的方向相同，說明二力桿下支臂承受壓力的作用，因此，下支臂除了要滿足強(qiáng)度要求外，還必須滿足壓桿穩(wěn)定性的要求，需要對其進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性分析。 下支臂的穩(wěn)定 性可以簡化為第一類壓桿穩(wěn)定性問題，主要考慮下支臂結(jié)構(gòu)的平衡路徑發(fā)生分支的情況。下支臂是兩端鉸接約束，根據(jù)兩端鉸接支撐壓桿歐拉公式得到壓桿下支臂穩(wěn)定臨界載荷 FPcr： 22 522 2 . 1 7 8 1 0 N()Pcr E I E IF u l l??? ? ? ? （ 4－ 9） 加工直徑 D=Φ2800mm、高度 H=3000mm 的最大節(jié)筒時，下支臂承受的軸向力 F 最大，最容易使下支臂產(chǎn)生不穩(wěn)定的問題，其中 F=。把 F 數(shù)值代人到壓桿穩(wěn)定性條件式，可以得到： 451 . 4 8 1 0 2 . 1 7 8 1 0 NP c rF N F? ? ? ? ? （ 4－ 10） 下支臂壓桿穩(wěn)定系數(shù)為 5 10 10Pc rst Fn F ?? ? ?? （ 4－ 11） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 液壓缸體壓強(qiáng) 液壓缸體受力模型如圖 4–2 所示。由于液壓缸體的壓強(qiáng)與作用在下拉桿上的拉力 tF 有關(guān)，由模型可得相應(yīng)力的參數(shù)。 根據(jù)力學(xué)平衡條件存在： ????? ???? 00iyixFF （ 4–9） 即存在方程組： ??? ? ?? 21 t21 sinco s NF FGF ?? （ 4–10） 式中： N2 為缸體外筒對下拉桿底端壓力； F1 為下支臂對下拉桿作用力； Ft為下拉桿承受的拉力； G2 為下拉桿自重。 1．下拉桿； 2．下支臂； 3．中央立柱； 4．活塞體； 5．液壓缸體 圖 4–2 液壓缸體受力簡化模型 將已知結(jié)構(gòu)參數(shù)代入求解方程，在第一種極限狀態(tài)時，有 θ=， N2=104 N， Ft=104 N 在第二種極限狀態(tài)時，有 θ=， N2=103 N， Ft=103 N 活塞體是環(huán)形面結(jié)構(gòu)，可以得到壓強(qiáng) p： 2m in2m a x tt 88 rr FkSFkp pp ??? （ 4–11） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 式中： kp 為壓強(qiáng)安全系數(shù)； rmin、 rmax 為缸體環(huán)面內(nèi)、外半徑。 取 kp=2，代入各參數(shù)值，得到第一種極限狀態(tài)時 p= MPa；第二種極限狀態(tài)時 p= MPa，這種壓力值屬于低壓范圍。 中央立柱的強(qiáng)度分析 1. 絲杠的校 核計(jì) 算 由于本設(shè)計(jì)中絲杠所受的載荷較小，所以選取的絲杠完全能夠滿足性能要求，故僅列舉部分計(jì)算方法。 本設(shè)計(jì)中所選用的絲 杠的各項(xiàng)參數(shù)如下： 絲杠的工作載荷為 zx dMfFF 2?? （ 4－ 15） 其中 xF 為零 預(yù)期額定動載荷為 100603 wmtmam fFtnC ?? （ 4－ 16） 絲杠的壓曲臨界載荷 P 按歐拉公式計(jì)算 aL EIbp ??? （ 4－ 17） 此設(shè)計(jì)中絲杠為兩端固定，故取 a=。 2. 導(dǎo)桿的校核計(jì)算 本設(shè)計(jì)中所選用 的導(dǎo)桿所能承受的最大彎矩為 根據(jù)weee dMWM ][ 13 ???? ??,得 eM = ? 由于本設(shè)計(jì)中導(dǎo)桿所受載荷較小，所以選用的導(dǎo)桿完全能滿足要求。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 節(jié)筒加工誤差分析 節(jié)筒加工精度主要受到機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)筒徑向受力變形以及立柱小角度傾斜 3 個方面因素的影響。 支承件剛度引起的節(jié)筒加工誤差為中央立柱引起的節(jié)筒加工誤差δz1= 與回轉(zhuǎn)支撐和底座引起的節(jié)筒加工誤差 δz2 = 的代數(shù)和 12 0 .0 1 5 5 m mk z z? ? ?? ? ?。 立柱小角度傾斜引起的節(jié)筒加工誤差示意圖如圖 311。 圖 42 立柱傾斜引起加工誤差 圖中粗實(shí)線表示節(jié)筒的理想狀態(tài)位置，細(xì)虛線表示節(jié)筒處于小角度 θ 傾斜時的位置， o 點(diǎn)表示底座中心位置，也是節(jié)筒小角度傾斜基點(diǎn)， h0 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒下端部與 o 點(diǎn)間的距離， h 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒上端部與 o 點(diǎn)間的距離， θ0 表示理想狀態(tài)時節(jié)筒下端部最外側(cè)和 o 點(diǎn)連線與中央立柱中心線的夾角，對于不同規(guī)格的節(jié)筒即半徑 r 不同的節(jié)筒，傾斜時會引起下端部與 o 點(diǎn)的距離出現(xiàn)兩個極限值：最大 值 h2 和最小值 h1。 立柱小角度傾斜引起的節(jié)筒軸向加工誤差為 ? ?222 1 0 0 0 0c o s ( ) c o s ( ) 2q h h h r h? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 4－ 18） 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時確定的中央立柱的垂直度公差等級較高，由此引起的誤差對節(jié)筒加工精度影響很?。s為 ）。 節(jié)筒受力變形引起的軸向加工誤差最大值可以達(dá)到 δm=。 由上述三個方面的數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)筒的軸向加工誤差是上述三者的 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 代數(shù)和，約為 ，滿足加工技術(shù)的要求。 相關(guān)關(guān)鍵外購件的選取 這里主要涉及兩個方 面，一個是步進(jìn)電機(jī)的選取，另外一個是回轉(zhuǎn)支撐的選取。通過對機(jī)床相關(guān)構(gòu)件的受力計(jì)算和分析可知，本機(jī)床所涉及的驅(qū)動裝置所需的最大驅(qū)動力矩 2Nm 左右，基此選取了相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)；由于本機(jī)床基本上不承受傾覆力矩，垂直方向的受力約為 5x121. 04N。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 結(jié) 論 在這學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫過程中，我受益匪淺。通過老師的指導(dǎo)，使我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)并學(xué)習(xí)了很多知識。 由于傳統(tǒng)的加工機(jī)械存在加工方法生產(chǎn)率低下，成本高，難以保證加工精度的缺點(diǎn)，而且國內(nèi)尚無大型坡口加工裝置因此，為了適應(yīng)國防建設(shè)的發(fā)展和提高國防工業(yè)的水平，需要研 制一種效率高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大型坡口加工專用機(jī)械，以提升潛艇的生命力、可靠性和整體性能。該研究主要完成以下幾方面工作： 1．在深入了解目前大型節(jié)筒坡口加工機(jī)床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前較為成熟的坡口加工機(jī)床和坡口加工方法，通過技術(shù)分析與比較，選擇 機(jī)床結(jié)構(gòu)和加工方式。 2．對大型節(jié)筒坡口加工機(jī)械系統(tǒng)各組成部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成主要零部件的分析和選擇。重點(diǎn)對坡口加工機(jī)床的徑向進(jìn)給等重要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，闡明了各主要構(gòu)件的工作原理，實(shí)現(xiàn)了節(jié)筒坡口加工機(jī)床的功能。 3．根據(jù)設(shè)計(jì)和使用的要求， 對機(jī)床床身的剛度， 強(qiáng)度進(jìn)行校核；對進(jìn)給系統(tǒng)，割具調(diào)整系統(tǒng)，夾緊裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇及校核；對機(jī)床各主要部分進(jìn)行誤差分析 。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致謝 感謝尊敬的導(dǎo)師 劉榮濱老師 ，本論文的完成是在他的悉心指導(dǎo)和關(guān)心下完成的，從課題選擇、方案制定、工作實(shí)施到論文的修改，無不滲透著導(dǎo)師的心血。 導(dǎo)師給予了學(xué)生盡心盡力的指導(dǎo)、熱情的幫助和關(guān)懷。 劉 老師 淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度及敬業(yè)精神，時常激勵和鼓舞著我更加認(rèn)真的完成自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 值 此論文完成之際，謹(jǐn)向 劉 老師在設(shè)計(jì)