成都學院學士學位論文（設計）本科畢業設計題目魚尾板液壓夾具設計及總裝圖學院機械工程學院專業機械設計制造及其自動化2015年5月14日成都學院學士學位論文（設計）1零件的工藝分析1.1零件的功能、結構及生產類型的確定1.1.1零件的作用圖示為魚尾板的零件圖,材料為ZG25Mn的鑄件,生產綱領是6000-10000件/年。圖1-1魚尾板工件圖零件是魚尾板,圖示1-1所示為魚尾板的形狀，它的作用主要是起一個連接的效果，連接塔吊之間的零件。1.1.2零件的工藝分析通過對零件圖分析，知原圖是正確，完整，尺寸，公差及技術要求齊全的。其基準面B面要求較高。。該零件主要就A和B兩面進行加工，各表面的加工暫時不做要求。A，B兩面面加工采用銑刀銑。加工不成問題。可以說零件的工藝性好。1.1.3零件的生產類型依照設計題目可知：該零件的生產綱領為6000-7000件/年，查表可知生產類型是大批量的生產。1.2主要加工面及要求（1）B面的平行面為基準面：與A面呈現90度的垂直角度，表面的粗糙度Ra為25um，（2）A面的平行面：與B面呈現90度的垂直角度，表面的粗糙度Ra為25um,平面度公差為0.15,與A面的平行度為0.1。2基準的選擇基準的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基準面的選擇是否真確與合理關系到零件的加工質量,以及生產效率的高低。如果選擇不當,在加工過程中出現很多問題,更可能造成零件的大批報廢使生產無法進行。2.1粗基準的選擇對于零件而言,盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于若干個不加工表面的工件,則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準,根據這個原則,現在取B面的正對面為粗基準，通過壓板壓下，保證與B面平行度為0.4的面和A面的垂直度為90度2.2精基準的選擇主要應先考慮基準重合的問題,當設計基準與工序基準不重合時,應該進行尺寸換算,這選擇的設計基準與工序基準重合。3夾具總體分布圖3.1夾具的大致分布通過對加工工件的分析，初步夾具夾緊方式及其分布如下圖所示，圖3-1為主視圖，3-2為俯視圖。圖3-1夾具視圖圖3-2夾具俯視圖3.2切削力及夾緊力的計算切削力，是指在切削過程中產生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的講：在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產生的阻力。切削力有三個垂直的分力:1、切削力(主切削力)Fe:在主運動方向上的分力。它是校驗和選擇機床功率，校驗和設計機床主運動機構、刀具和夾具強度和剛性的重要依據。2、背向力（切深抗力）Fp：垂直于工作平面上的分力。使工件產生彈性彎曲，引起振動。它是影響加工精度、表面粗糙度的主要原因。3、進給力（進給抗力）Ff：進給運動方向上的分力，它是校驗進給機構強度的主要依據。切削力(3-1)式中——銑削深度——每齒進給量——銑刀直徑——銑削深——轉數——齒數由設計得知得到切削力夾緊力（3-2）式中——工件與夾具間摩擦力因素——工件與定位間摩擦力因素取 ，所以夾緊力4夾具的結構設計4.1液壓缸的設計4.1.1液壓缸的工作原理及結構①液壓缸的工作：液壓缸用于把液體轉換成直線運動的大多數用途，有時也被稱為直線執行器。液壓缸被制成不同的直徑、行程長度和安裝方式。它們可按結構分成四種類型：拉桿式、螺紋式、焊接式和法蘭式．有時也被制成使用卡壞．面積＝π／4xD2或面積：0.7854×D2當計算返回行程所建立的力時，壓力么有作用在活塞的桿面積上，因而須從總活塞面積減去桿面積。圖4-1液壓缸工作原理圖②液壓缸基本結構：油缸的主要零件有缸頭、缸蓋、缸簡、活塞、活塞桿、導向套、密封件和拉桿。缸頭和缸蓋通常由軋鋼或鑄鐵制作。缸筒通常是采用無縫鋼管，內孔加工到很高的表面光潔度，可減小內摩擦力和延長密封件壽命。活塞大多數由鑄鐵或鋼制作作，采用若干種方法把活塞固定于活塞桿上。緩沖在大多數缸上是一個有貨的選項并且往往可以加設而不改變輪廓尺寸。活塞桿一般是高強度鋼，經表面滲碳淬火、磨削、拋光和鍍硬鉻以便耐磨損和耐腐蝕。腐蝕性氣氛條件通常需要不銹鋼的桿．該桿可以鍍鉻以便耐磨損。導向套用以活塞桿前后移動時支承它，大多數用球墨鑄鐵制作而且通常無須拆開整個缸即可拆下。桿密封裝置通常在外側包括一個防塵圈以便從桿上去除塵土和污染．并防止被吸入，一個主密封件用來密封缸壓力，高壓油缸還需在主密封前增加油壓緩沖圈，降低主密封圈承受的油壓，提高主密封圈的密封效果及壽命．密封件一般由丁晴橡膠、聚氨脂、氟橡膠或填充聚四氟乙烯（PTFE）制作。一般來說，O形圈用于靜密封場合如缸筒與導向套、活塞與桿等，Y形密封圈、V形密封圈或組合密封用來密封活塞和活塞桿。活塞支撐環使用派克生產的特殊高分子材料產品。拉桿通常是帶有切削或搓制螺紋的高強度鋼。用適當的扭矩預應力處理以防承受壓力是零件分離并降低對鎖緊螺母的需要，盡管有時使用鎖緊螺母。③液壓缸的基本作用形式：標準雙作用：動力行程在兩個方向并且用于大多數應用場合：單作用缸：當僅在一個方向需要推力時，可以采用一個單作用缸；雙桿缸：當在活塞兩側需要相等的排量時，或者當把一個負載連接于每端在機械有利時采用，附加端可以用來安裝操作行程開關等的凸輪．彈簧回程單作用缸：通常限于用來保持和夾緊的很小的短行程缸。容納回程彈簧所需要的長度使得它們在需要長行程時很討厭；柱塞式單作用缸：僅有一個流體腔，這種類型的缸通常豎直安裝，負載重置使缸內縮，他們又是被稱為為“排量缸”，并且對長行程是實用的；多級伸縮缸：最多可帶4個套簡，收攏長度比標準缸短．有單作用或雙作用，它們與標準缸相比是比較貴的，通常用于安裝空間較小但需要較大行程的場合串聯缸：一個串聯缸足由兩個同軸安裝的缸組成的，兩個缸的活塞由一個公共活塞桿鏈接，在兩缸之前設置桿密封件以便使每個缸都能雙作用，當安裝寬度或高度受限制時．串聯缸可以增加出力；雙聯缸：一個雙聯缸是由兩個同軸安裝的缸組成的．兩個活塞不相連接．在兩缸之間設置桿密封件以便使每個缸都能雙作用，兩個缸可以活塞桿對活塞安裝（如圖)或者背靠背安裝．通常用來提供三位置工作。4.1.2一號液壓缸鋼筒的設計①缸筒結構的選擇圖4-2鋼筒鏈接方選取連接方式為法蘭式連接，并且法蘭和缸筒用螺紋方式連接，如圖4-2。其優點就是結構簡單，易選取、易裝卸。②缸筒的要求有足夠的強度，能夠承受動態工作壓力，長時間工作不會變形；有足夠剛度，承受活塞側向力和安裝反作用力時不會彎曲；內表面和導向件與密封件之間摩擦少，可以保證長期使用。③缸筒材料的選取及強度給定部分材料的機械性能如下表4-1所示。表4-1材料機械性能表鋼筒常用無縫鋼管材料機械性能材料204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo10085012本次設計選取45號鋼從表中可以得到：缸筒材料屈服強度=360MP；缸筒材料抗拉強度=610MP；現在利用屈服強度來引申出：缸筒材料的許用應力[σ]=/n=360/5=72MP。其中n=5是選取的安全系數，來源于下表4-2。表4-2液壓缸安全系數材料名稱靜載荷交變載荷沖擊載荷不對稱對稱鋼，鍛鐵35812④一號號缸筒的計算一號液壓缸效率：油缸的效率η是由以下表中三種效率組成的：（A）油缸的效率是由以下三種效率組成的,在額定的壓力下0.9.（B）容積效率，由各密封件泄露造成，通常容積效率為：裝彈性密封圈時裝活塞環事（C）作用效率，由出油口背壓所產生的反作用力而造成。所以取0.9所以總效率=0.9。一號缸筒內徑、壁厚、外徑的計算：由公式（4-1）（；；；）解得根據GB2348-1993標準可知，圓整成標準值后，得一號液壓缸內徑D=60mm表4-3液壓缸、氣缸內徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348-1993）840125（280）1050（140）3201260160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250注：括號內數值為非優先選用者。表4-4液壓缸、氣缸的活塞桿外徑尺寸系418451102805205012532062256140360825631601028701801232802001436902201640100250注：超出本系列400mm的活塞桿外徑尺寸應按GB/T321-1980R20系列選用。本設計的內徑D為60mm,查液壓設計手冊液壓缸的外徑D1為80,缸壁的厚度為10mm。一般按正規的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進行校核。由于D=60mm，外徑D1=80mm，則，可按第一強度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計算，則有（4-2）式中缸筒壁厚；缸筒內徑；缸筒試驗壓力，液壓缸的額定壓力時的，額定壓力時的；材料許用應力為材料的抗拉強度，n為安全系數,,這里取。選用45號鋼，并且調質，查閱《材料力學》劉靜香著可知４５號鋼的抗拉強度，現取，故：由于液壓缸的工作壓力,故取所以因為10mm>0.314685mm，故強度足夠一號活塞桿的設計與計算：活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。（1）活塞桿直徑的計算根據活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。受壓力作用時：

P＜5MPa時，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa時，d=0.6～0.7DP>7MPa時，d=0.7D因為P=3MPa，D=60根據下表可知活塞桿直徑d=30mm表4-3活塞桿直徑系列mm（GB/T2348-93）456810121416182022252830364045505663708090100110125140160180200220250280320360400（2）活塞桿強度校核1按強度條件校核由公式（4-3）式中d活塞桿的直徑；F活塞桿上的作用力；活塞桿材料許用應力，，為材料的抗拉強度，為安全系數，一般取。由45號鋼的許用應力，得，而，故活塞桿強度符合要求。2按彎曲穩定性校核當活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時，應進行穩定性校核。引文L＜10d，所以不必進行玩去穩定性校核最小導向長度H的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支撐面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度。如果導向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。對于一般液壓缸，最小導向長度應滿足下式要求：（4-4）式中L最大工作行程；D缸筒內徑。液壓缸工作行程的確定：升降液壓缸的最大升起高度為230mm

，依據表4.4選取液壓缸工作行程為：20mm

。表4.4液壓缸活塞行程參數系列mm（GB/T2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故L=20mm,D=60mm,代入公式得：活塞寬度B的計算：取。導向套滑動面的長度A,由公式由前面的數據可知，，故取取。中隔圈K的長度C:由公式（4-5）得：。⑤（缸筒端部）法蘭厚度計算法蘭厚度根據下式進行計算：(4-6)式中F法蘭在鋼筒最大內壓下所承受的軸向力（N）;法蘭外圓半徑（m）。式中其他意義見下圖4-5圖4-5法蘭高度示意圖所以法蘭承受的最大壓力為：F=P×A=7437N接下來選取其它參數：Ra=52.5mmd=6mmb=5mm許用應力在選取材料的為：[σ]=/n=100/5=20MP將以上各量帶入式中得到：h=7.6mm為保證安全，取法蘭厚度為10mm。⑥（缸筒端部）法蘭連接螺栓直徑計算（4-7）式中F液壓缸的負載Z固定螺栓個數K螺紋擰緊系數許用應力材料屈服極限n安全系數查表F=1963NZ=4K=1.2=110由上面算出d≥2.98mm故取d=84.1.3二號液壓缸鋼筒的設計①二號液壓缸效率：（A）油缸的效率是由以下三種效率組成的,在額定的壓力下0.9.（B）容積效率，由各密封件泄露造成，通常容積效率為：裝彈性密封圈時裝活塞環事（C）作用效率，由出油口背壓所產生的反作用力而造成。所以取0.9所以總效率=0.9。②二號缸筒內徑、壁厚、外徑的計算由公式（4-8）（；；；）解得。根據GB2348-1993標準可知，圓整成標準值后，得一號液壓缸內徑D=40mm表4-4液壓缸、氣缸內徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348-1993）840125（280）1050（140）3201260160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250注：括號內數值為非優先選用者。表4-5液壓缸、氣缸的活塞桿外徑尺寸系418451102805205012532062256140360825631601028701801232802001436902201640100250注：超出本系列400mm的活塞桿外徑尺寸應按GB/T321-1980R20系列選用。本設計的內徑D為40mm,查液壓設計手冊液壓缸的外徑D1為60,缸壁的厚度為10mm。一般按正規的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進行校核。由于D=40mm，外徑D1=60mm，則，可按第一強度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計算，則有（4-9）式中缸筒壁厚；缸筒內徑；缸筒試驗壓力，液壓缸的額定壓力時的，額定壓力時的；材料許用應力。為材料的抗拉強度，n為安全系數,,這里取。選用45號鋼，并且調質，查閱《材料力學》劉靜香著可知４５號鋼的抗拉強度，現取，故：由于液壓缸的工作壓力,故取所以因為10mm>0.314685mm，故強度足夠③二號活塞桿的設計與計算活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。1活塞桿直徑的計算根據活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。受壓力作用時：

P＜5MPa時，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa時，d=0.6～0.7DP>7MPa時，d=0.7D因為P=3MPa，D=60根據表4.5可知活塞桿直徑d=25mm2活塞桿強度校核（1）按強度條件校核圖4-6液壓缸示意圖由公式（4-11）式中d活塞桿的直徑；F活塞桿上的作用力；活塞桿材料許用應力，，為材料的抗拉強度，為安全系數，一般取。由45號鋼的許用應力，得，而，故活塞桿強度符合要求。按彎曲穩定性校核當活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時，應進行穩定性校核。引文L＜10d，所以不必進行玩去穩定性校核④最小導向長度H的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支撐面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度。如果導向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。對于一般液壓缸，最小導向長度應滿足下式要求：（4-12）式中L最大工作行程；D缸筒內徑。液壓缸工作行程的確定：升降液壓缸的最大升起高度為230mm

，依據表4.4選取液壓缸工作行程為：20mm

。表4.4液壓缸活塞行程參數系列mm（GB/T2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故L=70mm,D=40mm,代入公式得：活塞寬度B的計算：取。導向套滑動面的長度A,由公式由前面的數據可知，，故取取。中隔圈K的長度C:由公式,得：。⑤（缸筒端部）法蘭厚度計算法蘭厚度根據下式進行計算：(4-13)式中F法蘭在鋼筒最大內壓下所承受的軸向力（N）;法蘭外圓半徑（m）。式中意義由一號缸設計時可知。所以法蘭承受的最大壓力為：F=P×A=7437N接下來選取其它參數：Ra=40mm=10mmb=10mm許用應力在選取材料的為：[σ]=sσ/n=100/5=20MP將以上各量帶入式中得到：h=8.4mm為保證安全，取法蘭厚度h=10mm。⑥（缸筒端部）法蘭連接螺栓直徑計算（4-13）式中——液壓缸的負載——固定螺栓個數——螺紋擰緊系數——許用應力——材料屈服極限——安全系數查表可得F=3926N，Z=4，K=1.2，=110由公式4-9算出d≥2.98mm故取d=10mm4.2活塞環的結構設計4.2.1一號活塞環的結構設計活塞分為整體式和組合式，在此選用組合式活塞，形式如圖4.7圖4-7一號活塞4.2.2二號號活塞環的結構設計：如圖4-8所示：圖4-8二號活塞圖4-9活塞桿結構圖4.3活塞桿的結構設計4.3.1一號活塞桿桿體的選擇此次設計選用的是實心桿件，形式如圖4-9所示。4.3.2、一號活塞桿與一號活塞環的連接形式此次設計采用的是鎖緊螺母型連接，如圖4-10所示。圖4-10活塞活塞桿鏈接形式4.3.3一號活塞桿材料和技術要求①因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料。本次設計中活塞桿只承受壓應力，所以不用調制處理，但進行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。②安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導向的卡滯現象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產生歪斜。③、活塞桿外圓粗糙度選擇為1.6μm4.3.4二號號活塞桿桿體的選擇此次設計選用的是實心桿件，形式如圖4-11圖4-11二號活塞桿4.3.5、二號活塞桿與二號活塞環的連接形式此次設計采用的是鎖緊螺母型連接，如圖4-12：圖4-12二號活塞與活塞桿的連接形式4.3.6二號活塞桿材料和技術要求①、因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料，本次設計中活塞桿只承受壓應力，所以不用調制處理，但進行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。②、安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導向的卡滯現象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產生歪斜。③、活塞桿外圓粗糙度選擇為1.6μm4.4液壓缸的密封液壓缸的主要用途是通過液壓油推動活塞將能量傳遞給受力體。如果液壓缸不密封，那么它的兩個腔體就會互通，形成內漏就不能推動活塞運動了。

一般在活塞處、油缸的兩端都有密封圈（包括油封和塵封）。

常見的密封圈有O型、Y型以及特種密封圈等。液壓缸沒有密封圈的會產生以下情況：

1.活塞桿出口處沒有密封圈，可以頂出、不可縮回，而且縮回動作時液壓油全部漏光

2.活塞內部沒有密封圈，內部產生內泄，不能頂出、縮回，或是可以頂出、縮回但力道不夠

因此液壓缸必須要有密封圈。本次設計采用O型密封圈，采用O型密封圈有以下好處：①密封部位結構簡單，安裝部位緊湊，重量較輕；

②有自密封作用，往往只用一個密封件便能完成密封；

③密封性能較好，用作靜密封時幾乎可以做到沒有泄露；

④運動摩擦阻力很小，對于壓力交變的場合也能適應；

⑤尺寸和溝槽已標準化，成本低，便于使用和外購。5夾具總圖5.1夾具裝配總圖經過前面一系列設計，最后得出如圖5-1的夾具總圖圖5-1夾具總圖5.2銑床的裝配總圖經過小組組員的精心設計，銑床的裝配總圖如圖5-2。圖5-2銑床視圖結論通過本次機械制造技術基礎的夾具設計的課程設計，使我對這門課程有了更加全新的認識，這次課程設計是一個系統工程。它要求我所對以前的大部分專業課進行一次重新的復習、學習。像《機械制圖》、《互換性與技術測量基礎》、《材料力學》、《機械設計》等。使我再次意識到，在學習的過程中，要更加注重知識的連接性、銜接性、系統性，不能只站一處看問題，而是要站在高處縱覽全局，將所學知識更加緊密的聯系起來，應用于我們的實踐。本次設計應該是我們大學三年來的最艱巨、最繁瑣的一次的設計。老師曾提及到，本課程設計所要求的綜合性，對專業知識的靈活性以及全面性掌握，是設計中的重點與難點，是我們必需所應該更加重視的。雖然我們有心理準備，但在設計過程中，還是遇到了不少意料之外的困難，這就更加要求我們要以一個堅強的意志來對待這些困難，對自己豎起信心，相信自己。通過查閱大量的相關的專業書籍與資料，以及在老師的細心指導下，使我們才恍然大悟，搞清了許多自己以前不是很懂的東西；同時也使我們對一個又一個知識點加深了學習，更加進一步的理解。盡管我們做出來的夾具還存在缺陷，但我們在這個設計的過程中，對夾具