TL5弹性套柱销联轴器的工艺规程及零件夹具的设计

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This paper introduces the special coupling hole machining fixture design process, the fixture in use greatly shortened product processing time and reduce labor intensity and improve the equipment efficiency. Key words: Coupling, processing technology, hole machining, fixture. 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 录 3 前 言 5 第1章 材料的选择 6 第2章 毛坯的选择 8 2.1 确定毛坯种类 8 2.2 确定毛坯的形状 8 2.3 加工余量的确定 10 2.4 绘制毛坯—零件综合图 12 第3章 加工工序 15 3.1 对左联轴器毛坯的加工 15 3.2 对右联轴器毛坯的加工 19 第4章 联轴器的安装零件 25 4.1 螺母的选择 25 4.2 键的选择 26 4.3 弹性套、挡圈、柱销的选择 26 4.4 联轴器的许用补偿量 28 第5章 技术要求 29 5.1 联轴器零件材料 29 5.2 橡胶弹性套物理、机械性能 29 5.3 要求 31 5.4 检验规则 31 5.5 标志、包装、贮存 31 第6章 夹具的设计 32 6.1 夹具概述 32 6.2 机床夹具的分类 32 6.3夹具的组成 34 6.4 夹具的作用 35 6.5 选择夹具的类型 36 6.6 确定夹具的零件 37 6.7 实体建模 37 6.7.1 底座的设计 37 6.7.2 钻模板和钻套的设计 38 6.7.3 螺旋夹紧定位机构的设计 41 6.8 V型压头的设计 43 6.9 套筒和螺旋推进机构的设计 45 6.10 支承板的设计 46 6.12 夹紧装置的设计要求 47 总 结 49 参 考 文 献 50 致 谢 51 前 言 弹性套柱销联轴器是利用一端套有弹性套(橡胶材料)的柱销,装在两半联轴器凸缘孔中,以实现两半联轴器的联接，其功能是：连接两轴共同回转以传递转矩和运动、补偿所连两轴相对位移和改善系统传递动力学特性。弹性套柱销联轴器曾经是我国应用最广泛的联轴器,早在 20 世纪 50 年代末期即已制订为机械部标准, JB08 — 60 弹性圈柱销联轴器,是我国第一个部标准联轴器。 弹性套柱销联轴器结构比较简单,制造容易,不用润滑,不需要与金属硫化粘结,更换弹性套方便,不用移动半联轴器,具有一定补偿两轴相对偏移和减振缓冲性能。弹性套工作是受压缩变形,由于弹性套的厚度较薄,体积小,弹性变形有限,所以,弹性套柱销联轴器虽可补偿轴线位移和弹性,但轴线位移许用补偿量较少,弹性较弱。弹性套柱销联轴器是依靠柱销组的锁紧力而产生于接触面的摩擦力矩,并压缩橡胶弹性套来传递转矩。适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减振要求不高的中小功率轴系传动。 随着科学技术的进步和生产的发展，机械产品的种类日益增多，对其使用性能的要求也不断提高。为了适应各种不同工况的需要，要求有各种不同特性的联轴器，以获得预期的使用效果。近些年来，我国在联轴器的研制、学术探讨和标准化工作方面均有较大进展，但与先进国家相比尚有一定差距，主要是缺少自主开发的产品、缺乏动力特性试验数据。 机床夹具是机械制造过程中最常用的一种工艺装备。在机械制造过程中，它装在机床上，使工件相对刀具与机床保待正确的位置，并能承受切削力。机床夹具的主要作用是保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机械制造中占有很重要的地位。 在夹具设计过程中，三维建模图形文件的调用快捷、方便，虚拟装配过程简洁、明了，有利于提高设计效率，减少设计错误。 夹具的设计采用三维模型，不仅直观、减轻设计劳动，还可以借助动画检查各零件间有无干涉，提高设计质量;模拟加工过程中夹具装卸工件、夹紧工件、翻转钻模板等各种动作，提高设计的可行性。 减少了标准件的参数查找和绘图工作，有利于提高设计效率和质量。 第1章 材料的选择 1.1 材料 选用45钢，45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45＃钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。45钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板，导柱等，但须热处理。通过调质件淬火后得到硬度为HRC56-59,虽然截面大的可能性低，但不能低于HR出8.使其获得强度、塑性、韧性都比较好的综合机械性能。 1.2 材料性能 材料牌号: 45 材料名称: 优质碳素钢 标 准 号: GB699-88 试样尺寸: 25 试样状态: 退火钢 抗拉强度: ≥600 (MPa) 屈服强度: ≥355 (MPa) 延 长 率: ≥16% 断面收缩率: ≥40% 布氏硬度: ≤197 (Hblack eye 化学成分: 材料化学成分组成 元素 比例(%) 碳 C : 0.42～0.50 铬 Cr ; ≤0.25 锰 Mn ; 0.50～0.80 镍 Ni ; ≤0.25 磷 P ; ≤0.035 硫 S ; ≤0.035 硅 Si ; 0.17～0.37 特性及应用: 未热处理时：HB≤229 热处理：正火 冲击功：Aku≥39J 强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油中淬火，焊接性差。 第2章 毛坯的选择 毛坯是根据零件所要求的形状、尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象。毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺工程、产品质量、材料消耗和生产成本有着直接的影响。 2.1 确定毛坯种类 机械零件常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件以及粉末冶金件和工程塑料件等。选用时应该考虑下列因素： ① 零件的材料及其机械性能。零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如，铸铁和青铜零件用铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂且机械性能要求不高时常用型材，机械性 能要求高时宜用锻件。 ② 零件的结构形状和外形尺寸。例如，阶梯轴零件各台阶直径相差不大时可用棒料，相差大时宜用锻件；外形尺寸大的零件一般用自由锻件或砂型铸造毛坯，中小型零件可用模锻件或特种铸造毛坯。 ③ 生产类型。大批量生产时应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。铸件应采用金属型铸造，锻件应采用模锻或精密锻造；单件小批生产则应采用手工铸造或自由锻造。 ④ 毛坯车间的生产条件。必须结合现有生产条件来确定毛坯。 ⑤ 利用新工艺、新技术、新材料的可能性。例如，采用精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等。 2.2 确定毛坯的形状 为了减少机械加工工作量和节约金属材料，毛坯应尽可能接近零件形状。最终确定的毛坯形状除了取决于零件形状、各加工表面总余量和毛坯种类，还应考虑： ① 是否需要制出工艺凸台以利于工件的装夹。 ② 是一个零件制成一个毛坯还是多个零件各制成一个毛坯。 ③ 哪些表面不要求制成（如孔、槽、凹坑等）。 ④ 铸件分型面、拨模斜度及铸造圆角；锻件敷、分模面、模锻斜度及圆角半径等。 根据《新编机械设计手册》 ，主编：路永明。可以查表得到部分数据，确定TL5弹性套柱销联轴器的数据，从而作出联轴器的图形。 TL5弹性套柱销联轴器： 公称扭矩： 125 N·M 许用转速（钢）： 4600r/min 轴孔直径： d1=30mm，d2=35mm，d z =35mm 轴孔长度J1型： L1=60mm，L=82 mm，D=130 mm，D1*=90 mm，D2*=56 mm，d3*=14 mm，d4*=28 mm，b*=38 mm，b1*=17 mm，S*=5 mm，A=45 mm，n*=6 mm。 标记示例： TL5联轴器J130×50/J235×50 GB/T 4323—1984 主动端：J1型轴孔、A型键槽，d=30mm，L=50mm； 从动端：J1型轴孔、A型键槽，d=35mm，L=50mm。 本联轴器具有一定补偿两轴线相对偏移和减振缓冲能力，适用于安装底座刚性好，冲击载荷不大的中、小功率轴系传动，可用于经常正反转、起动频繁的场合，工作温度为—20～+70℃。 由此，确定设计加工联轴器的左、右部分的图像如下2-1和图2-2所示： 图2-1 左半联轴器 图2-2 右半联轴器 2.3 加工余量的确定 加工余量的大小应按加工要求来确定，余量过大会浪费原材料和加工工时，增大机床和刀具的负荷；余量过小则不能修正前一道工序的误差和去掉前一道工序留下来的表面缺陷，造成局部表面切不到而影响加工质量，甚至造成废品。为了合理确定加工余量， 首先要明白影响最小余量的各项因素。影响加工余量的主要因素有： ① 前道工序加工后的表面上有微观的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Da，如图2-3所示。在本工序加工时要去除的这部分厚度是指表面粗糙层、表面缺陷层（铸件的冷硬层、气孔、夹渣层、锻件和热处理的氧化皮、脱碳层、表面裂纹或其它破坏层）和切削加工后的残余应力层等。它的大小与所采用的加工方法有关。 ② 前道工序的表面尺寸公差Ta。右于前道工序加工后，表面存在尺寸误差和形状误差，如图2-4 所示，这些误差的总和一般不超过前道工序的尺寸公差Ta。所以当考虑加工一批零件时，为了纠正这些误差，本工序的加工余量在不考虑其他误差的存在时，不应小于Ta。Ta的数值可从工艺手册中按加工方法的经济加工精度查得。 图2-3 表面粗糙度和缺陷层 图2-4 前道工序留下的形状误差的影响 ③ 前道工序的各表面间相互的空间误差ρa，如直线度、同轴度、垂直度误差等。前道工序加工后，还留下表面位置尺寸误差和表面间的相互位置误差，如图2-5所示的轴。由于前道工序轴线有直线度偏差δ，本工序加工余量需要增加2δ才能保证该轴在加工后无弯曲。ρa的数值需要结合实际情况通过计算或实验统计求得。 ④ 本工序加工时的安装误差εb。安装误差包括定位误差和加紧误差。如图2-6所示用三爪卡盘加紧工件外圆来磨内孔时，由于三爪卡盘本身定位不准确，使工件中心和机床主轴回转中心偏移了一个e值，为了加工出内孔就需使磨削余量增大2e值。 图2-5 轴的弯曲对加工余量的影响 图2-6 三爪卡盘的安装误差 定位误差可按定位方法进行计算，加紧误差可根据有关资料查得。由于ρa和εb在空间可有不同的方向，因此他们的合成应为矢量和。 综上所述，可得出加工余量的计算公式： 对于单边余量 Zb = Ta + (Ra + Da) + |ρa + εb| 对于双边余量 2Zb = Ta + 2(Ra + Da) + 2|ρa + εb| 以上是两个基本计算式,在应用时需要根据具体情况进行修正。 为了防止工序余量不够而产生废品，所估余量一般偏大，对毛坯总量余量必须保证切除 毛坯制造时的缺陷，如铸造毛坯是有氧化层、脱碳层、高低不平、气孔和裂纹的深度等。铸钢件毛坯缺陷顶面为2～7mm，底面和侧面为2～4mm。 2.4 绘制毛坯—零件综合图 1. 左联轴器毛坯图： 详细标注可以参考零件图。 2．右联轴器毛坯图： 详细标注可以参考零件图。 毛坯由铸钢件组成，影响其铸钢件质量的因素很多： 第一、 铸件的设计工艺性。进行设计时，除了要根据工作条件和金属材料性能来确定铸件几何形状、尺寸大小外，还必须从铸造合金和铸造工艺特性的角度来考虑设计的合理性，即明显的尺寸效应和凝固、收缩、应力等问题，以避免或减少对铸铁件的成分偏析、变形、开裂等缺陷的产生。 第二、 要有合理的铸造工艺。即根据铸件结构、重量和尺寸大小，铸造合金特性和生产条件，选择合适的分型面和造型、造芯方法，合理设置铸造筋、冷铁、冒口和浇注系统等。以保证获得优质铸件。 第三、 是铸造用原材料的质量。金属炉料、耐火材料、燃料、熔剂、变质剂以及铸造砂、型砂粘结剂、涂料等材料的质量不合标准，会使铸件产生气孔、针孔、夹渣、粘砂等缺陷，影响铸铁件外观质量和内部质量，严重时会使铸件报废。 第四、 是工艺操作，要制定合理的工艺操作规程，提高工人的技术水平，使工艺规程得到正确实施。 第3章 加工工序 3.1 对左联轴器毛坯的加工 ① 首先选用普通车床对毛坯进行外圆的车削，用三角卡盘夹住左联轴器毛坯Φ62的外圆部分，然后选择90度外圆车刀对Φ136的外圆进行车削，加工余量为： 2Zb = da – db = 136 – 130 = 6mm Zb = 3mm 车削为粗车，得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的零件表面。得到如 图3-7所示零件： 图3-7 ② 接着，用同样的方法，选择90度外圆车刀对Φ72的外圆进行车削，加工余量为3mm，车削为粗车，得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的零件表面。得到如图3-8所示零件： 图3-8 ③ 选择45°左偏角端面车刀对左联轴器Φ130外圆的下端面进行端面车削，粗加工余量为3mm，保证端面的平整。得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为20um的表面。得到如图3-9所示零件： 图3-9 ④ 选择45°右偏角端面车刀对左联轴器Φ130外圆的上端面进行端面车削，粗加工余量为3mm，保证端面的平整且上下端面的宽度为17mm。得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的表面。 然后，对左联轴器Φ130外圆的上端面进行半精车的加工，得到加工精度要求为IT10、粗糙度Ra为6.3um的平整端面。 零件所示如图3-10： 图3-10 ⑤ 将毛坯取下车床并交换位置，使三角卡盘夹住左联轴器的Φ130外圆部分，使用车刀对毛坯Φ62的外圆进行外圆车削，加工余量为3mm，进行粗加工，得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的外圆表面。零件所示如图3-11： 图3-11 ⑥ 选择45°左偏角端面车刀对左联轴器Φ66外圆的上端面进行端面车削，粗加工 余量为3mm，保证端面的平整且上下端面的宽度为22mm。得到加工精度要求为IT12、粗 糙度Ra为50um的表面。 接着用同样的方法，对左联轴器Φ56外圆的上端面进行端面车削，粗加工余量为4mm，保证端面的平整且上下端面的宽度为43mm。得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的表面。 然后，对左联轴器Φ66外圆的上端面和Φ56外圆的上端面进行半精加工，得到加工精度为IT10、粗糙度Ra为6.3um的平整端面。 如图3-12所示： 图3-12 ⑦ 左联轴器的各外圆部分都进行了初步的粗加工，为了达到审美和感观的效果，提高光泽，需要对外圆表面进行半精加工和精加工的过程，以达到生产和销售的需要。 半精车得到加工精度为IT10、粗糙度Ra为12.5um的表面， 精车得到加工精度为IT7、粗糙度Ra为3.2um的表面。 ⑧ 选择摇臂转床对左联轴器进行扩孔和铰孔的加工，以Φ130孔的下端面为基准，对Φ24的孔进行扩孔的加工，加工余量为3mm，选用套式扩孔钻对Φ24的孔做进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度值，且可在一定程度上校正孔的轴线误差，此时扩孔的精度为IT9、粗糙度Ra为20um。 接着对所扩孔进行铰孔的加工，换为套式机用铰刀，以Φ130孔的下端面为基准，对联轴器中心孔进行铰孔，铰孔精度为IT6、粗糙度Ra为3.2um，保证垂直度误差不超过0.05mm。得到如图3-13所示的零件： 图3-13 ⑨ 在左联轴器中心孔外圈，即Φ130外圆由图可知由8个形状大小一样的小圆锥孔组成，且这8个圆锥孔上端面的直径为Φ10mm，下端面的直径为Φ14.5mm，为了方便钻孔的加工和锥形孔的形成，应从较大端面开始经过钻孔和铰孔的加工过程。 首先，以Φ130外圆的圆点为圆心，以45mm为半径，在Φ130外圆的下端面用画针作好一个圆，并将该圆8等分，用画针做好记号，作为8个圆锥孔的圆心。然后，将Φ56圆的上端面为基准面，将左联轴器毛坯倒置放置，用夹具将其加紧固定，选用合适的麻花钻分别对8个圆心进行钻孔，钻孔直径为10mm，接着用锥形的铰刀分别对8个钻孔进行铰孔的加工处理，以达到加工出锥形孔和进行精加工的目的。 此时获得铰孔精度为IT6、粗糙度Ra为3.2um的圆锥孔，加工零件如图3-14所示。 图3-14 ⑩ 对左联轴器的加工还需要进行键槽的考虑，为了满足需要，根据《机械设计课程设计手册》 ，吴宗泽 主编，可以查表得到键槽的参考数据，键槽深度轴t公称尺寸为5mm，极限上偏差为+0.2mm，下偏差为0mm，t1的公称尺寸为3.3mm，极限上偏差为+0.2mm，下偏差为0mm。 选用插床对左联轴器进行键槽的加工，键槽宽度为10mm，长度为60mm，标注如图 3-15所示： 图3-15 3.2 对右联轴器毛坯的加工 对于右联轴器，从图形外观和内部结构来观察，两部分的构造结构大体相同，只是从外部外圆台阶上有了点差异，其工作性能和表面粗糙度的要求也是大体一致。 对于右联轴器毛坯，因为选用的是铸钢件，在其Φ136的大圆部分有着形状相同的8个圆柱孔，根据零件图需要，可以看出该8个圆柱孔的实际直径为Φ28mm，孔的高度 为38mm。如果说是对这8个孔，铸钢件Φ136外圆部分采用的是实心体结构，则加工将会用钻孔的方法进行起始的加工处理，则是不符合加工经济要求，因为这样的加工大大减少了材料和能源的消耗，并不符合环境保护要求，并降低了生产效率和提高了生产的成本。 为此，对于右联轴器毛坯的确定，应在Φ136外圆部分在铸造的时候，保留那8个孔的准确位置，其孔的直径选为Φ22m。 同时对这8个孔的加工位置确定也是非常重要的，即要准确的确定好这8个孔每个孔的中心线位置。因为联轴器左、右部分并不是独立的，他们是一个整体，对工作起着重要作用，因此必须保证左、右联轴器两部分的8个孔的中心线相对稳和。否则，因偏心后产生附加交变载荷对减速机造成振动大、噪声大、发热高、对电机造成轴瓦发热，以致影响二者寿命，而且这种加工方法使每套联轴器间也无互换性，为以后更换联轴器 带来了很大麻烦。 因此对于右联轴器的加工，我们可以参考左联轴器的加工方法，具体工序如下： ① 首先选用普通车床对毛坯先进行外圆的车削，用三角卡盘夹住右联轴器毛坯Φ62的外圆部分，用顶针顶着Φ136外圆的下端面，保证右联轴器中心孔中心线与水平线的平行，以提高生产质量。然后选择90°外圆车刀对Φ136的外圆进行车削，加工余量为： 2Zb = da – db = 136 – 130 = 6mm Zb = 3mm 初次车削为粗车加工，为的是除去铸钢件铸造出时自身表面的氧化层、脱碳层、高低不平、气孔和裂纹的深度等。得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的零件表面。 得到如图3-16示零件： 图3-16 ② 同样选择普通车床对右联轴器进行切端面的加工。选择45°左偏角端面车刀对右联轴器Φ130外圆的下端面进行端面车削，粗加工余量为3mm，保证端面的平整。因该端面是左、 右联轴器相对的端面，对工作的影响也不大，而且隐藏于两端面之间，所以对该端面的加工精度要求也不是很高，因此选择该端面的加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为20um。 得到如图3-17所示零件： 图3-17 ③ 将加工毛坯取下车床并交换上下端面位置，使用三角卡盘夹住右联轴器的Φ130外圆部分，使用圆头车刀对毛坯Φ62的外圆进行外圆车削，加工余量为3mm，进行粗加工，得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的外圆表面。零件所示如图3-18： 图3-18 ④ 选择45°左偏圆弧车刀对右联轴器Φ130外圆的上端面进行端面车削，粗加工余量为3mm，保证端面的平整且上下端面的宽度为38mm，并对Φ130和Φ56外圆的交界处进行倒圆，使其倒圆直径为4mm。所得端面的加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um，但根据零件图纸的需要，应对该端面进行半精加工的操作，加工精度要求为IT10、粗糙 度Ra为6.3um。 接着用同样的方法，选择45°左偏角端面车刀对右联轴器Φ56外圆的上端面进行端面车削，粗加工余量为4mm，保证端面的平整且上下端面的宽度为44mm。得到加工精度要求为IT12、粗糙度Ra为50um的表面。 然后，对右联轴器Φ56外圆的上端面进行半精加工，得到加工精度为IT10、粗糙度Ra为6.3um的平整端面。 如图3-19所示： 图3-19 ⑤ 右联轴器的各外圆部分都进行了初步的粗加工，为了达到审美和感观的效果，提高光泽，需要对外圆表面进行半精加工和精加工的过程，以达到生产和销售的需要。 半精车得到加工精度为IT10、粗糙度Ra为12.5um的表面， 精车得到加工精度为IT7、粗糙度Ra为3.2um的表面。 ⑥ 选择摇臂转床对右联轴器进行扩孔和铰孔的加工，以Φ130孔的下端面为基准，对Φ29的孔进行扩孔的加工，加工余量为3mm，选用套式扩孔钻对Φ29的孔做进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度值，且可在一定程度上校正孔的轴线误差，此时扩孔的精度为IT9、粗糙度Ra为20um。 接着对所扩孔进行铰孔的加工，换为套式机用铰刀，以Φ130孔的下端面为基准，对联轴器中心孔进行铰孔，铰孔精度为IT6、粗糙度Ra为3.2um，保证垂直度误差不超过0.05mm。得到如图3-20所示的零件： 图3-20 ⑦ 在右联轴器中心孔外圈，即Φ130外圆由图可知由8个形状大小一样的小圆柱孔组成，且这8个圆柱孔上、下端面的直径为Φ28mm，在之前也介绍了该8个孔的确定 情况，应依次采取扩孔和铰孔的加工方法。 首先，将Φ56圆的上端面为基准面，将右联轴器毛坯倒置放置，用夹具将其加紧固定，选用合适的套式扩孔钻分别对8个圆心进行扩孔加工，扩孔直径为28mm，扩孔所得精度为IT9、粗糙度为20um。 接着用带柄的套式铰刀分别对8个孔进行铰孔的加工处理，以达到精加工的目的。 此时获得铰孔精度为IT6、粗糙度Ra为3.2um，加工零件如图3-21所示。 图3-21 ⑧ 对右联轴器的加工还需要进行键槽的考虑，为了满足需要，根据《机械设计课程设计手册》 ，吴宗泽 主编，可以查表得到键槽的参考数据，键槽深度轴t公称尺寸为5mm，极限上偏差为+0.2mm，下偏差为0mm，t1的公称尺寸为3.3mm，极限上偏差为+0.2mm，下偏差为0mm。 选用插床对右联轴器进行键槽的加工，键槽宽度为10mm，长度为82mm，标注如图3-22所示： 图3-22 第4章 联轴器的安装零件 弹性柱销联轴器具有较大结构简单、合理,维修方便、两面对称可互换,寿命长,允许较大的轴向窜动,具有缓冲、减震、耐磨等性能。 其结构是由左、右半联轴器，螺母，垫圈，挡圈，弹性套，柱销组成的。因此对各零件的选择可以由周明衡主编《机械传动基础部件标准,联轴器手册》和吴宗泽主编《机械设计课程设计手册》参考相关数据可得联轴器各安装零件的选择。 4.1 螺母的选择 根据吴宗泽主编《机械设计课程设计手册》，可知： 允许制造型式（GB/T 6170） I型六角螺母（GB/T 6170—2000 摘录） 螺纹规格：D = M12，性能等级为04级，不经表面处理。 相关参数：damax = 13mm dwmin = 16.6mm emin = 20.03mm Smax 18mm cmax = 0.6mm mmax（六角螺母）= 10.8mm 技术条件：螺纹公差为6H。 4.2 键的选择 根据吴宗泽主编《机械设计课程设计手册》可知： 因左、右联轴器中心孔的公称直径分别为Φ30mm和Φ35mm，所以按照手册所给数 据要求，所选键的公称尺寸为b×h，即10×8，则b = 10mm，h = 8mm。 键尺寸的极限偏差b为h8，h为h11，L为h14。 键材料的抗拉强度应不小于590MPa。 A型键 4.3 弹性套、挡圈、柱销的选择 根据周明衡主编《机械传动基础部件标准,联轴器手册》可知： 弹性套、挡圈、柱销的型式和主要尺寸应符合图4-23、4-24、4-25和表4-1的规定。 图4-23 弹性套 图4-24 挡圈 图4-25 柱销 表4-1 弹性套、挡圈、柱销尺寸表（GB 4323—84） 型 号 弹性套 挡 圈 柱 销 d5 d6 L1 d7 S d8 L2 M TL5 26 14 28 20 5 14.5 72 M12 4.4 联轴器的许用补偿量 使用时被联接两轴容许相对偏移量不得大于表4-2的规定。 表 4-2 许用补偿量 许用补偿量 联轴器型号 TL5 径向△y mm 0.3 角向△a 1°30′ 第5章 技术要求 5.1 联轴器零件材料 联轴器零件材料应符合表5-1的规定。 表5-1 联轴器零件名称及材料 零件名称 材料 备注 半联轴器 铸钢ZG35Ⅱ GB 979—67《碳素钢铸件分类技术条件》 铸铁HT20—40 GB 976—67《灰铸铁件分类及技术条件》 锻钢35 — 螺母 按机械性能5级 GB 3098.2—82《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》 垫圈 65Mn GB 93—76《弹簧垫圈》 挡圈 A3 GB 700—79《普通碳素结构钢技术条件》 弹性套 橡胶 （合成胶、天然胶） 柱销 35 GB 699—65《优质碳素结构钢技术条件》 5.2 橡胶弹性套物理、机械性能 橡胶弹性套物理、机械性能不低于表5-2的规定。 表5-2 橡胶弹性套物理、机械性能 序号 性能要求 单 位 指 标 试验方法 1 邵尔硬度 A° 70±5 GB 531—76《橡胶邵尔A型硬度试验方法》 2 扯断伸长率 % ≥300 GB 528—76《橡胶扯断强度试验方法》 3 扯断强度 Kgf/c㎡ ≥150 GB 528—76 4 磨耗量 cm3/1.61kM ≤0.2 HG 4—843—76《橡胶阿克隆磨耗试验方法》 5 老化100℃×70h硬度变化 A° 0～10 HG 4—845—76《橡胶热空气老化试验方法》 6 压缩永久变形100℃×70h×20% % ≤70 HG 4—829—76《橡胶恒定压缩永久变形试验方法》 7 耐油100℃×70h30号油体积变化率 % ≤40 HG 4—847—76《橡胶耐介质试验方法》（体积和重量法） 5.3 要求 ① 弹性套外形要光滑平整。内部组织要紧密，不得有杂质、气泡、裂纹、龟裂等缺陷。 ② 需要保护凸缘和圆柱柱销时由供需双方协议商解决。 ③ 高速工况条件下需作动平衡时，按有关主机轴系要求一起进行。 ④ 制动轮外圆表面淬火。 ⑤ 螺母应符合GB 52—76《六角螺母》的规定。 5.4 检验规则 联轴器制造厂技术检验部门应按符合本标准要求并经过规定程序批准的图样进行检查和验收，并应附有合格证。 根据用户的需要，弹性套制造厂应按规定提供弹性套合格证。 5.5 标志、包装、贮存 两个半联轴器应按要求分别打印型号标志。 联轴器清洗干净后进行防锈包装。 联轴器和弹性套应保存在干燥的环境，避免日晒、雨淋，与酸、碱有机溶剂等物质接触，弹性套在自由状态下贮存。 第6章 夹具的设计 6.1 夹具概述 夹具是指将工件迅速固定在正确位置上，完成切削加工、检验、装配、焊接和热处理等工作所使用的工艺装备。机床夹具（简称夹具）是指机床上用来完成工件装夹任务所使用的工艺装备。在机械制造的切削加工、检验、装配、焊接和热处理等工艺过程中，要使用大量的夹具来安装加工对象，使其占有正确的位置，以保证零件和产品的加工质量，并提高生产率，从而提高其经济性。 在批量生产中，为满足加工精度和生产率以及减轻工人劳动强度的要求，常根据工件形状和某一工序的具体要求，设计和制造专用夹具，利用夹具上的定位元件和夹紧机构，无需进行找正便可以迅速而精确地安装工件。 6.2 机床夹具的分类 随着机械制造技术的发展，夹具的种类不断增加。为了学习和掌握各类夹具的工作特点及设计原理，应对机床夹具的分类方法有所了解。机床夹具的分类方法很多，按所用的机床可分为车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、磨床夹具、镗床夹具、钻床夹具和组 合机床夹具、数控和加工中心机床及柔性制造单元和系统（FMC、FMS）用夹具等；按夹具动力源可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、气液联动夹具、真空夹具、磁力夹 具、电动夹具、离心力夹具、切削力（自紧）夹具等；而按夹具的使用范围可分类如下： ① 通用夹具 通用夹具是其结构、尺寸已标准化、规格化，在一定范围内具有较大通用性的夹具。由专业制造厂生产，有的已作为机床附件与通用机床配套供应。如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘，顶尖和鸡心夹；铣床上的平口虎钳、万能分度头和回转工作台；平面磨床上的磁力工作台等。这类夹具在使用上具有很大的通用性，无需调整或稍作调整就可用于装夹一定形状和尺寸的工件。 在机床切削加工中使用通用夹具可减少夹具品种，缩短生产准备周期，并降低零件的加工成本。但受操作者的技术水平限制，工件的定位精度较低，生产率也降低，常用于单件和中、小批量生产，以及结构比较简单及加工精度不是很高的工件的装夹。 ② 专用夹具 专用夹具指针对某一种工件的特定工序而设计制造的夹具。此类夹具的优点是针对性强、结构简单、刚性好，操作容易，装夹快捷，生产率高、定位精度高。专用夹具一般由使用厂自行根据工件的工艺特点设计和制造。其缺点是设计 制造周期长；产品更新换代时往往不能继续使用，适应性差；费用较高。专用夹具适用于产品固定及工艺过程较稳定时，批量较大的生产。 ③ 组合夹具 组合夹具是由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸，具有完全互换性、高耐磨性和高精度的标准元件及其合件，按不同工件的工艺特点组装而成的夹具。组合夹具是一种标准化、系列化和通用化较高的机床夹具。 组合夹具有基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、其他件、合件和部件等组合而成，它们是由专业生产厂家进行制造的。组合夹具使用完备后，可将其各组部分拆开、清洗和防护后入库管理，以备再次组装重复使用，减少了夹具存储空间。组合夹具是一中为某个工件的某道工序而组装的专用夹具。由于不需要专门设计和制造，节省了设计和制造夹具所用的工时、材料和相应费用，缩短了产品的生产准备周期， 在短时间内即可组装出一套夹具，组装后又可以得到较高的精度，特别适用于新产品试制和产品品种多的中小批量生产，对生产批量较大的产品也是适用的。采用组合夹具既能保证加工质量，提高生产率，又可降低成本。 ④ 成组夹具 成组夹具是运用成组技术的工程原理，由通用基础件和可调整元件组成，用于某一组尺寸、形状、结构以及工艺特征相似的工件的装夹，并根据组内的典型代表零件而设计制造。在使用时，只需要调整和更换少量的定位、夹紧、对刀和分度元件即可。即对某一组中的一种零件是专用的，而对组内其他零件时通用的。提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中的使用范围和经济性，成组夹具又称为专用可调夹具。成组夹具的结构有基础部分和可调整部分组成。成组夹具使用范围广、设计制造成本低、产品制造的准备周期短，与组合夹具相比具有精度高、性能好，结构紧凑，调节方便、迅速等优点。 6.3夹具的组成 由于机床种类不同，以及被加工工件的形状和被加工表面的技术要求等的差异，机床夹具相应有不同的结构形式。归纳起来，机床夹具的结构由彼此功能相互独立而又相互联系的六个部分组成。 ① 定位元件或定位装置 确定工件在机床夹具中正确位置的元件为定位元件。如支承钉、支承板、V形块、定位轴、定位键、定位销等。只要把工件的定位基准面与夹具上的定位元件相接触或相配合，便将工件定位了，而且一批工件中的每个工件都处于夹具的同一位置。有些夹具是用一些零件组成定位装置将工件进行定位的。 ② 夹紧元件或夹紧装置 能夹紧工件，并使其在加工时在外力作用下仍然能保持工件在夹具正确位置的元件或装置，称为夹紧元件或夹紧装置。它一般由动力装置（如气缸、油缸等）、中间传力机构（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）和夹紧元件（如卡爪、压板、压块等）组成。 ③ 对刀及引导元件或装置 用于确定夹具和刀具正确位置的元件或装置，称为对刀、引导元件或装置。其作用是用来保证夹具相对刀具的相对位置，或引导刀具的方向。如对刀块、钻套、镗套、衬套、塞尺、对刀棒等。 ④ 夹具体 将夹具的元件或装置连接成一个具有装夹功能的整体的基础零件称为夹具体，如底座、本体等。夹具体与机床有关部位相连接，以确定夹具相对于机床的位置。 ⑤ 连接元件 确定夹具在机床中处于正确位置的定位元件及连接紧固件，连接夹具上所有零部件组成一个完整的夹具的元件统称为连接元件。如定位键、定位销、过渡盘、衬套、螺钉、螺栓等。 ⑥ 其他元件或装置 由工件的某些特殊加工要求而设置的其他元件或装置统称为其他元件或装置。如分度装置、靠模装置、上下料装置等。 以上夹具的个组成部分，并不是所有夹具上都应齐全，但定位元件、夹紧元件和夹具体却是每个夹具都必须具备的主要组成部分。 6.4 夹具的作用 ① 保证加工表面位置粗糙度，使加工质量稳定 由于工件在夹具中的定位和夹具在机床上的定位都有专门的元件保证，夹具相对刀具的位置又由刀及引导元件确定，所以采用夹具安装工件可以容易地保证工件加工表面的位置精度。由于工件在夹具中定位不易受各种主客观因素的影响，所以加工质量也很稳定。 ② 提高劳动生产率，降低加工成本 采用机床夹具，可使工件在机床上快速准确可靠地定位和夹紧，既可省去划线、找正、试切等工作，从而极大地减少了辅助时间；也可采用多件、多工位安装和采用气压、 液压、快速联动夹紧装置，使辅助时间与基本时间重合或缩短辅助时间；由于夹紧安全可靠，还可以采用强力、高速切削来缩短基本时间，使得总加工时间缩短，从而提高了生产率。使得机床夹具，既能使工件的加工质量得到保证，废品率减少，生产率提高，又可采用技术水平较低的操作者，故使生产成本大大降低。 ③ 减轻劳动强度，保证生产安全 采用机床夹具安装工件，工人操作简便、省时省力，从而减轻了工人的劳动强度，改善了工作条件。根据加工条件，夹具上还可设置安全防护装置，以保证生产安全。 ④ 扩大机床的工艺范围，实现一机多能 采用机床夹具，可扩大机床的加工范围。如在车床溜板上或在摇臂钻床工作台上安装镗模，便可以加工箱体类零件上的孔；在车床上安装拉削装置可以实现拉削加工。这 样既可在批量不大、工件的种类和规格增多，而机床的品种和数量有限的生产条件下，采用夹具，实现“一机多用”，也可在大批量生产条件下将闲置或负荷不足、精度不高的普通机床变为高效、高精度的专用机床，从而充分挖掘现有机床的潜力。 ⑤ 减少生产准备时间，缩短新产品开发周期 在机床经常采用通用、可调、成组和组合夹具，可以不必花费大量的专用夹具的设计和制造时间，因此减少了生产准备时间，这对多品种、小批量的生产方式特别适合；在新产品试制开发时采用同样的方法也能很好地减少开发试制时间；在大批量生产时也可采用这种方法。 ⑥ 在流水线的生产中，用于调整加工速度，平衡生产节拍 在机械加工工艺过程中，如果有的工序加工时间很厂，制约其他工序的顺利进行，成为加工工艺的瓶颈时，可采用多工位或高效夹具，缩短工序加工时间，提高生产效率，使其生产节拍与其他工序协调平衡。 6.5 选择夹具的类型 选择的夹具是用于在摇臂式钻床上加工Φ28孔的专用夹具。工件以Φ56外圆的上 端面为定位基准，在V形块和支承板上实现5点定位。采用快速螺旋夹紧机构推动V形压头夹紧工件。 6.6 确定夹具的零件 如图 6-26所示 图6-26 夹具的结构图 6.7 实体建模 6.7.1 底座的设计 根据加工和设计的需要，基本确定底座的形状为长方体，长为470mm，宽为280mm，高为30mm。 模型如图6-27所示： 主视图为： 俯视图为： 左视图为： 图6-27 底板的三视图 6.7.2 钻模板和钻套的设计 钻套： 钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置精度，并防止加工过程中刀具发生偏斜。钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。 钻套导向部分结构参数主要包括高度H、孔径D、钻套与被加工工件之间的距离h。钻套导向部分高度H越大，刀具导向性越好，但刀具与钻套的摩擦系数也越大，一般取 H = （1～1.5）D，孔径小时，精度要求越高，H取较大值。为了便于排屑，钻套下端与被加工工件间应留有适当距离h，但是h值不能取得太大，否则会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。根据经验，加工钢件时，取h = （0.7～1.5）D；加工铸铁件时，取h = （0.3～0.4）D；大孔取较小的系数，小孔取较大的系数。 为了满足加工联轴器孔Φ28的要求，因此将钻套的外圆直径D取为34mm，则此时， 通过计算可以得，H = 34～51mm，h = 23.8～51mm，则选取H = 40mm，h = 30mm。 钻模板： 钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模上的正确位置。 为了减少加工时对联轴器12个孔进行不断换刀的时间，也为了提高加工所需要的精度，应此在钻模板上设定了12个孔用于对孔的加工，用以一次性将零件夹紧，通过移动刀具的位置进行效率的加工。 为此钻套的图形如图6-28所示: 主视图为： 俯视图为： 左视图为： 图6-28 钻套三视图 钻模板如图6-29所示： 图6-29 钻模板的主视图 钻模板和钻套组合如图6-30所示： 图6-30 钻模板和钻套的组合 虽然钻模板和钻套进行了组合，但考虑到因将钻套固定在钻模板上，所以在钻套的四个方向上添加了螺钉进行了固定。如图6-31所示： 图6-31 钻套的固定 6.7.3 螺旋夹紧定位机构的设计 支承块的设计： 考虑到底座对钻模板的支撑只有一端而导致另一端因重力而产生向下偏移的情况，影响加工精度，也为了减少钻模板一端受力过大而降低寿命的情况，应此在支承块的上端打了2个螺栓孔以固定和支承钻模板。为了便于观察，将支承块的模型图分为了2部分，支承块第1部分如图6-32所示。 三视图： 图6-32 支承块第1部分 上图中1为V型压头的安装位置，2为连接钻模板的螺栓孔的位置，3为连接底座的螺栓的位置。 支承块第2部分三视图如图6-33所示： 图6-33 支承块第2部分 图中的4表示上下部分可以分离，用于套筒的安装，上下部分的连接则是通过螺钉的连接来完成。 于是将支承块的1、2部分连接起来可以得到如图6-34所示图形。 主视图： 俯视图： 图6-34 支承板 6.8 V型压头的设计 V型压头模型如图6-35所示： 主视图： 左视图： 俯视图： 图6-35 V型压头 V型压头不是独立的，他和V型块组合形成夹具，对联轴器进行了夹紧的工作，它的动力则是来源于螺旋推进机构，因此V型压头是和螺旋推进机构紧密连接起的，为了方便两者之间的安装，需要对V型压头的内部结构进行令内的设计。 先对A线进行切割得到如图6-36所示图形： 沿B平面切割所得图形： 图6-36 图中1设计为倒梯形是为了防止因2号部件经过长久的旋转而使1号部件磨损而向下沉。同时将2号部件抬起也能使1号部件从V型压头顺利脱落，便于对V型压头和螺旋推进机构的更换。2号件则是连接V型压头和螺旋推进机构的零件。 6.9 套筒和螺旋推进机构的设计 模型如图6-37和6-38所示： 图6-37 套筒和螺旋推进器 图6-38套筒和螺旋推进器 套筒上突出的小棒部分则是为了防止套筒因螺旋推进器旋转产生摩擦而使自身产生旋转磨损的现象，这样也就延长了套筒的使用寿命。 6.10 支承板的设计 除此之外，还应考虑对支承板的设计，支承板与联轴器端面相接触，则限制了1个自由度。加工时应尽量保证支承板的干净，防止因铁屑与联轴器端面接触而影响加工精度。 在使用之前，还应该对联轴器与钻套进行孔的校正，以保证联轴器和钻套各8 个孔的中心线能够相重合，便于孔的加工，这样就能保证一次性加工完所要求的8个孔， 而不用不停的对联轴器更换位置与对孔。为此，需要设计出一个专用柱销进行孔的校正。设计如图6-39所示： 图6-39 其中1用于悬挂和手指拿放，2根据联轴器8个孔的直径确定为Φ28mm，3根据联轴器毛坯的直径确定为Φ22mm。这样将柱销插入联轴器毛坯和钻套的孔内，在将夹具夹紧，使联轴器毛坯固定，便能保持各孔中心线的重合。校正后，将柱销取出便可以进行孔的加工了。 经过对夹具各部位和模型的分析，由此可以得出所设夹具的装配图如图6-40所示： 图6-40 6.12 夹紧装置的设计要求 夹紧装置的设计是否合理，对于保证工件加工精度、提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度都极为重要。为此，要正确地设计合理的夹紧装置，必须满足以下基本要求： ① 确保工件的既定位置不变。在夹紧过程中，不得破环工件在夹具中的既定位置。 ② 夹紧力的大小要适当。对工件所施夹紧力的大小，既要确保在加工过程中不因外力而产生移动和振动，又要保证工件不产生不允许的变形和损伤，并能在一定范围内进行调整。 ③ 夹紧机构性能可靠。手动夹紧要有可靠的自锁性，机动夹紧要考虑其自锁性和 夹紧力的稳定性。 ④ 夹紧装置应便于使用。夹紧装置应操作简便、动作灵活、行程合理、安全省力，并具有足够的强度和刚度。 ⑤ 夹紧装置应有良好的工艺性。结构简单，制造容易，安装、维护方便，经济性好，运行成本低，标准化、系列化程度高。 总 结 通过本次毕业设计，我在理论学习上和上机操作上有了很大的进步，对机械方面的设计有了更进一步的认识和了解，并对大学期间所学的知识有了更进一步的深化，如机械设计技术、机构设计、机械加工工艺、Auto CAD 2008、机械制造技术、机械制图、机械设计等。 通过本次设计，我将所学课程进行了综合的归纳的运用，在通过计算机绘图，使自己将所学过的知识在理论上得到巩固，在实践操作中得到加深。但是在进行设计时，