【導讀】由于大型節(jié)筒坡口加工設備的使用范圍受到時間和空間上。足國防建設之所需，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。強度、節(jié)筒受力變形和其加工誤差進行分析。坡口割炬角度及靠背輪調(diào)整裝置結構設計....

　　

【正文】 輪 調(diào)整裝置 結構設計 割具角度調(diào)整裝置用來調(diào)整割具的工作角度，關鍵要解決兩方面內(nèi)容 。一是 角度調(diào)整機構的設計； 二是 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。筆者設計的角度調(diào)整機構是一個平 面四連桿機構，機構連桿驅動滑塊在角度調(diào)整支承架上 0176。 ～ 60176?；⌒尾壑谢瑒?，滑塊上固定著割具，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)通過程序的設置與控制脈沖激發(fā)驅動平面四連桿的運動，實現(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，達到加工形狀的精確控制?？勘齿喲b置采用步進電機驅動、絲杠螺母相結合的傳遞方式。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?？勘齿喲b置的底板與縱向升降裝置的上底板連接，使割具做出相應的位移變化，達到加工形狀的 精確控制的目的。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 24 第 4章 機床夾緊 裝置的計算與分析 定位夾緊裝置桿類構件的受力計算與穩(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)下的力學模型如圖 41所示。 圖 41 狀態(tài)一構件力學模型和狀態(tài)二構件力學模型 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 點的轉動力臂。 根據(jù)上述力學模型，建立求解方程為 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（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 學院畢業(yè)設計（論文） 26 1 1 23 33cos fN l F lF l ?? （ 4－ 8） 根據(jù)已知 的 結構參數(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。 結合力學模型可知，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設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設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度要求外，還必須滿足壓桿穩(wěn)定性的要求，需要對其進行壓桿穩(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，主要考慮下支臂結構的平衡路徑發(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 學院畢業(yè)設計（論文） 27 液壓缸體壓強 液壓缸體受力模型如圖 4–2 所示。由于液壓缸體的壓強與作用在下拉桿上的拉力 tF 有關，由模型可得相應力的參數(shù)。 根據(jù)力學平衡條件存在： ????? ???? 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 將已知結構參數(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)形面結構，可以得到壓強 p： 2m in2m a x tt 88 rr FkSFkp pp ??? （ 4–11） 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 28 式中： kp 為壓強安全系數(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。 中央立柱的強度分析 1. 絲杠的校 核計 算 由于本設計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，故僅列舉部分計算方法。 本設計中所選用的絲 杠的各項參數(shù)如下： 絲杠的工作載荷為 zx dMfFF 2?? （ 4－ 15） 其中 xF 為零 預期額定動載荷為 100603 wmtmam fFtnC ?? （ 4－ 16） 絲杠的壓曲臨界載荷 P 按歐拉公式計算 aL EIbp ??? （ 4－ 17） 此設計中絲杠為兩端固定，故取 a=。 2. 導桿的校核計算 本設計中所選用 的導桿所能承受的最大彎矩為 根據(jù)weee dMWM ][ 13 ???? ??,得 eM = ? 由于本設計中導桿所受載荷較小，所以選用的導桿完全能滿足要求。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 29 節(jié)筒加工誤差分析 節(jié)筒加工精度主要受到機床的結構設計、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 圖中粗實線表示節(jié)筒的理想狀態(tài)位置，細虛線表示節(jié)筒處于小角度 θ 傾斜時的位置， o 點表示底座中心位置，也是節(jié)筒小角度傾斜基點， h0 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒下端部與 o 點間的距離， h 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒上端部與 o 點間的距離， θ0 表示理想狀態(tài)時節(jié)筒下端部最外側和 o 點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） 由于結構設計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 學院畢業(yè)設計（論文） 30 代數(shù)和，約為 ，滿足加工技術的要求。 相關關鍵外購件的選取 這里主要涉及兩個方 面，一個是步進電機的選取，另外一個是回轉支撐的選取。通過對機床相關構件的受力計算和分析可知，本機床所涉及的驅動裝置所需的最大驅動力矩 2Nm 左右，基此選取了相應的步進電機；由于本機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 學院畢業(yè)設計（論文） 31 結 論 在這學期的畢業(yè)設計論文撰寫過程中，我受益匪淺。通過老師的指導，使我完成了畢業(yè)設計并學習了很多知識。 由于傳統(tǒng)的加工機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，而且國內(nèi)尚無大型坡口加工裝置因此，為了適應國防建設的發(fā)展和提高國防工業(yè)的水平，需要研 制一種效率高、經(jīng)濟實用的大型坡口加工專用機械，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)筒坡口加工機床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎上，結合當前較為成熟的坡口加工機床和坡口加工方法，通過技術分析與比較，選擇 機床結構和加工方式。 2．對大型節(jié)筒坡口加工機械系統(tǒng)各組成部分的機械結構進行設計，完成主要零部件的分析和選擇。重點對坡口加工機床的徑向進給等重要部件進行設計，闡明了各主要構件的工作原理，實現(xiàn)了節(jié)筒坡口加工機床的功能。 3．根據(jù)設計和使用的要求， 對機床床身的剛度， 強度進行校核；對進給系統(tǒng)，割具調(diào)整系統(tǒng)，夾緊裝置進行設計選擇及校核；對機床各主要部分進行誤差分析 。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 32 致謝 感謝尊敬的導師 劉榮濱老師 ，本論文的完成是在他的悉心指導和關心下完成的，從課題選擇、方案制定、工作實施到論文的修改，無不滲透著導師的心血。 導師給予了學生盡心盡力的指導、熱情的幫助和關懷。 劉 老師 淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度及敬業(yè)精神，時常激勵和鼓舞著我更加認真的完成自己的畢業(yè)設計。 值 此論文完成之際，謹向 劉 老師在設計