汽車后橋半軸淬火機升降部分與尾座設計說明書

1、第一章 緒論1.1研究意義表面淬火是熱處理的一種工藝，僅對零件的表面進行處理，以達到零件表面的性能，而保持心部的性能不變。正確選擇表面淬火工藝必須了解工件的工作情況和服役條件，零件的結構、形狀以與使用的材料等各個方面，從生產和實用角度去考慮解決方案。原則是從實際出發(fā)且經濟有效。在許多情況下，采用表面淬火處理能夠較理想地解決表面和心部性能要求不一致的矛盾，即既能改善表面強度、硬度和耐磨性，又能保持心部大塑性和韌性，使材料的潛力得到充分的發(fā)揮，滿足生產技術要求。1.2國外研究現狀1.2.1國際先進的感應淬火技術(1) 電源國外IGBT、MOSFET和SIT全固態(tài)晶體管電源技術逐步成熟，并已商品化、

2、系列化，目前有1200kW、50kHz；50100kHz、30600kW；100kW、80kHz；低頻段有取代晶閘管電源趨勢；MOSFET多采用并聯振蕩電路，SIT多采用串聯諧振電路，功率高達1000 kW、頻率200kHz和400kW、400kHz。它們都是電子管式高頻電源的理想替代產品。當輸出功率與電子管電源一樣時，節(jié)電35%40%，節(jié)省安裝面積50%，節(jié)約冷卻水40%50%。隨著科技的進步，在高頻感應淬火領域，MOSFET有望取代SIT。(2) 淬火機床感應淬火機床更加趨向自動化，CNC控制逐漸增多，自動分檢零件與自動識別進機零件功能的機床增多。 1）通用淬火機床通用淬火機床朝柔性化方向

3、發(fā)展，一臺淬火機床可以對不同性能要求的不同零件感應加熱淬火。德國研制的一種曲軸淬火機床，法蘭件感應淬火柔性加工系統(tǒng)略加調整能處理不同尺寸的相似工件；對于軸類零件在一定直徑圍（如30mm）與長度300800 mm圍，對于相似淬火要求的軸類零件，淬火機能自動編制14種程序，自動識別進機零件；Robotron.Eiotherm最近推出了雙主軸立式淬火機，在一個緊湊的工藝單元進行工件的淬火與回火，能處理輪軸、三槽套與其他萬向節(jié)件，轉換工件只需25min，用計算機編程，根據工件號在2 min就可調出有關工藝數據；一汽引進的GH公司數控淬火設備通用性強、自動化程度，在復雜零件上可實現多段變功變速，編程容易

4、、操作方便。圖1是GH公司的數控淬火機床。圖1 GH公司的數控淬火機床2）專用淬火機床專用淬火機床更加專用化，采用機械手上下零件，加熱、淬火、回火、校直、檢查完全自動進行。先進的計算機控制技術可以監(jiān)控并屏幕顯示淬火過程和工藝參數，跟蹤全部操作過程，如發(fā)現故障或工藝參數偏離給定值，便自動修正或自動列出不合格零件，使控制系統(tǒng)暫停工作并報警，同時屏幕上顯示故障性質和所要修正的動作。更先進的控制系統(tǒng)還適應材料化學成分的波動，并自動調整比功率或加熱時間，以保證感應淬火零件的質量。例如日本高周波熱煉株式會社川崎工廠的臥式半軸淬火機床，上尾廠可同時淬三根半軸，群馬廠可同時淬兩根半軸，機床實際上是感應熱處理生

5、產線，全過程除校直、熒光探傷檢查需一名工人外，其余全部自動進行。 3）機器人的應用日本高周波熱煉株式會社制造的一臺立式通用淬火機床上配置一臺機器人，機器人將一個二匝的感應器進行依次平面掃描，使一塊塑料板變色，雖然使用電源功率只3 kW，但也可以看出機器人在感應熱處理中的應用趨勢。 4）機電一體化將電源、淬火機床、冷卻系統(tǒng)組成成套裝置，具有占地面積小、生產效率高、一次安裝調試容易等優(yōu)點。國外最近問世的曲軸固定加熱淬火裝置占地面積僅為組合式成套裝置的1/4。(3) 淬火工藝1）靜止式曲軸感應淬火采用靜止式曲軸感應淬火新技術的最初的兩臺裝置在福特公司V6和V8曲軸淬火和回火工藝中得以應用，表現出了良

6、好的市場前景。其特點是：加熱時間短，一般僅為1.54s，傳統(tǒng)工藝是712s；電效率高、成本低；感應器與工件之間允許有較大間隙，調整方便；操作簡單、重復性好、易于維護；占地面積小，僅為原來的20%左右。 2）低淬透性鋼齒輪淬火現在俄羅斯許多汽車工廠廣泛采用低淬透性鋼進行整體感應加熱表面淬火，已大量應用于汽車、拖拉機后橋齒輪、挖掘機齒輪、傳動十字軸、火車車廂用滾動軸承、汽車板簧、鐵路螺旋彈簧等，取得了較大的經濟效益。 3）雙頻感應加熱淬火國外雙頻淬火主要用于齒輪。20世紀90年代，美國用10kHz中頻和150kHz高頻電源，先讓齒輪在中頻感應器中加熱，然后迅速降到高頻感應器中加熱，最后落入油中淬火

7、。進入21世紀，此工藝又有新進展，如GH公司采用電力電子開關轉換頻率，使齒輪的齒頂和齒跟的加熱更加均勻，更好地保證了齒輪的淬火質量。1.2.2我國汽車工業(yè)應用感應熱處理技術現狀1 電源電源是感應加熱的關鍵設備之一，隨著感應加熱技術的發(fā)展，經歷了機械式中頻發(fā)電機組和真空管式高頻電源、晶閘管中頻電源與全晶體管電源三個發(fā)展階段。在20世紀80年代后期，在工業(yè)發(fā)達國家，晶閘管中頻電源已完全取代了中頻發(fā)電機組，我國自90年代中期也已逐步取代。同機械式中頻發(fā)電機組相比，晶閘管（SCR）中頻電源具有以下優(yōu)點：體積小、重量輕、材料消耗少；電效率高，逆變停止時幾乎不消耗電能，逆變效率可達90%以上；無機械運動、

8、噪音小、運行可靠、負載匹配容易，可以根據負載情況確定電源的頻率；啟動停止方便，頻率能自動跟蹤以保持最佳運行狀態(tài)；產品設計簡單、制造周期短；安裝容易，不需要特殊的基礎；維修方便等。我國的晶閘管中頻電源的共同特點是全集成化控制線路數字化程度高于90%、啟動成功率幾乎達到100% 、除具有常規(guī)的水壓不足、快熔熔斷、過流、過壓等保護功能外，還具有限流、限壓等保護功能、功能較齊全的晶閘管電源還配置逆變失敗、水溫監(jiān)視等可選功能，其頻率最高可以作到8kHz，額定功率可以作到1000kW左右，如果在裝配工藝上再進一步改進的話，可以接近世界先進水平。隨著技術的進步，跟蹤80年代國際感應加熱技術水平，我國于90年

9、代中期開發(fā)出第一臺電效率較高的50kW/50kHz IGBT電流型超音頻感應加熱電源(圖2)。目前可做到頻率0.450kHz、最大功率可達到800 kW，頻率達到100kHz時功率達到100 kW 。圖2 IGBT電流型超音頻感應加熱電源IGBT應用同期，我國還成功研制出20 kW/300kHz MOSFET高頻電源，縮小了同國際先進水平的差距，隨著大功率MOSFET器件的問世，大功率的晶體管高頻電源有望年在感應淬火中應用。 2 淬火工藝隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，我用感應淬火的零件的種類和品種不斷增加。目前我國汽車零件感應淬火用材料包括：45#、40Cr、55MnVS、40MnB、42CrMo、

10、35#、ZG45、球鐵、合金鑄鐵等。感應加熱淬火介質包括：水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介質、UCON、豪富頓251等。所采用的加熱方式與應用主要包括：橫向磁場靜止一次加熱淬火（銷軸類零件、凸輪軸）；橫向磁場連續(xù)加熱淬火（減振器桿、變速叉軸、扭桿等）；橫向磁場多段連續(xù)加熱淬火（起動機軸、空壓機軸等）；縱向磁場整體一次加熱淬火（半軸等）；仿形感應器零件旋轉加熱淬火（球頭銷）；感應接觸加熱淬火（轉向齒條）；孔的一次與連續(xù)加熱淬火（輸出法蘭、鐘型殼腔）；階梯軸類零件的旋轉加熱淬火（小紅旗后輪轂軸、轉向節(jié)）；平面類零件的一次與連續(xù)加熱淬火（鋼板彈簧橫向限位板）；薄壁類復雜零件一次與連續(xù)加熱淬火（前輪轂、

11、滑動軸叉）；復雜形狀零件的一次加熱淬火（鐘型殼變截面軸）；槽口一次淬火（變速叉）；復雜回線工件旋轉一次加熱淬火（曲軸）等。 3 淬火機床為了適應多品種的批量生產，在汽車生產應用中，我國引進的感應淬火機床種類由傳統(tǒng)的專用設備逐步向柔性化程度較高的通用設備和專用淬火自動生產線發(fā)展。通用淬火機床方面，一汽技術中心開發(fā)的臥式數控淬火機床（圖3）主驅動采用交流伺服電機拖動，移動速度穩(wěn)定均勻、定位準確、重復精度高；零件旋轉采用變頻調速，能適應多方面工藝要求；采用能量和數控技術對不同性能要求的不同零件感應加熱淬火，甚至在同一零件上實現多段變功變速，編程容易可操作性強。圖3 通用數控淬火機床專用淬火機床方面，

12、二汽和天舒機電科技經過多年努力，攻克一個個難關，采用功率脈沖分配技術、尾座自由頂尖技術、薄型淬火變壓器技術、獨立懸掛技術、懸掛平衡技術等分別研制成功曲軸全自動淬火機床（圖4），與電源、水冷系統(tǒng)組成成套淬火設備可對車用燃機曲軸進行各軸徑的圓角+軸徑淬火、軸徑淬火自回火，采用計算機控制，通過顯示屏對設備的加熱、淬火工藝參數諸如電壓、電流、頻率、時間、壓力、流量溫度等進行監(jiān)控和顯示，目前國多家采用。第2章 汽車后橋半軸淬火機機體結構確定2.1機床總體設計總體設計，是確定所設計機床的工藝方法、運動與其分配、傳動和控制、結構和性能，最后畫出機床總體布局圖等機床設計工作。2.2工藝分析2.2.1 工藝方案

13、的確定上的工藝方法多種多樣，其對機床的結構和性能影響很大。工藝方法的改革常導致機床的運動、傳動、布局、結構、性能以與經濟效果等方面的一系列變化。本機床是用來加工汽車后橋半軸淬火專用組合機床，具體工藝見工藝過程卡片和工序卡片，此機床設計的是專用淬火的組合機床。2.2.2 夾具方案的擬定機床，夾具是針對某特定工件而設計的，它是專用機床的一個重要部件，夾具方案的擬定是專用機床總體方案設計的組成部分，本機床夾具用專用液壓夾具，用限位裝置，V 形塊定位，來夾緊汽車后橋半軸進行旋轉，淬火。2.2.3 機床運動的確定運動的確定 是要確定機床運動的數目、運動的類型以與運動的執(zhí)行件。 來說，工藝方法決定機床運動

14、，上述專用組合機床的工藝方法是先將未淬火的汽車后橋半軸至于V形塊上，然后升降臺升起，將工件的中心線與主傳動的頂尖中心線位置在同一水平線上，然后尾座氣缸工作，尾座氣缸驅動頂尖，與主傳動的頂尖共同頂住汽車后橋半軸，然后底座氣缸工作，使得導輪在導軌上向上有一個滑動的過程，使工件順利的進入到感應線圈中。導軌為有一定上升角度的導軌，因為主傳動的頂尖后端有一法蘭盤，為了避免該法蘭盤進入到感應線圈中故選用此導軌。2.3機床總體布局總體布局是確定機床的組成部件以與各個部件和操縱。機床共包括，主傳動機構，工作臺升降部分，機床整體升降部分，尾座氣缸加緊機構，V形塊安裝在工作臺上，工作臺由進給氣缸驅動，沿床身導軌作

15、縱向進給運動，行程開關等分別設在機床中適當部位。2.3.1 運動的分配上的工藝方法確定后，在加工時的相對運動亦隨著被規(guī)定了，機床運動的合理分配是由多方面因素決定的，對于一般旋轉均由完成比較方便，為了提高被加工孔中心線的直線度，須將回轉主運動分配給工件，不過此設計的組合機床即是一般情況即可。配置型式與結構方案的確定根據上述工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既考慮到實現工藝方案，保證加工精度、技術要求與生產率;又考慮到機床操作、維護、修理、排屑的方便性，還注意到被加工零件的生產批量。影響組合鉆床配置型式和結構方案的主要因素有:加工精度 在選擇專用淬火機床的結構方案時，首先必須

16、注意到能否保證穩(wěn)定的加工精度。通常根據經驗數據進行機床配置型式的選擇。固定式夾具組合鉆床能達到的鉆孔位置精度最高，采用固定導套一般能達士0.20mm，當嚴格要求主軸與導向的同軸度，減少鉆頭與導套間的間隙，導向裝置靠近工件時，可達到士0.15mmo根據工件的生產類型，完全可以采用單工位固定夾具的機床型式。被加工件的尺寸、形狀、加工部位的特征根據被加工零件的特點，適于采用臥式機床，臥式機床可使定位基面與設計基面重合。操作的方便性合理確定裝料高度以使操作方便。在現階段，設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在8501180mm 之間選取，由于被加工件較小，裝料高度可稍高些。夾具形式對機床方案的影響從工

17、件形狀看，似乎可采用立式機床加工，但是考慮從裝配結合面鉆孔的必要性，主定位基面又是選用裝配結合面，不能改為相對面，這樣立式淬火夾具設計比較難，因而采用臥式加工方案。 使用廠的技術能力和工作環(huán)境為使鉆床在溫度過高時工作性能穩(wěn)定，而且由于被加工件不需多次進給，故選用機械通用部件配置專用淬火機床。第3章 汽車后橋半軸淬火機的參數確定3.1電動機的選擇3.1.1選擇電動機的類型按已知工作條件和要求，送料所用電動機選擇Y系列一般用途的三相交流異步電動機；控制回轉臺所用的電動機選擇伺服電動機，泵站所用電動機選擇Y系列的三相交流異步電動機。3.1.2選擇電動機的容量電動機的額定功率為Ped,電動機所需功率為

18、Pd，選擇要求為PedPd，而：上式中： Pw工作機的傳動功率（KW）;由電動機至工作機的總效率； F 工作機的阻力（N）； V 工作機的線速度（m/s）； Tw工作機的阻力矩（N/m）； nw工作機的轉速（r/min）；w工作機的效率；已知,滾動軸承效率r=0.97，取7級精度齒輪傳動（稀油潤滑）效率g=0.98，聯軸器效率為v=0.98，則總效率為：故 因為載荷平穩(wěn)，電動機的額定功率略大于或者等于Pd即可，查機械設計中表10-2中Y系列電動機技術數據，選交流電動機的額定功率Ped為1.5kw。3.1.3 確定電動機的轉速工作機轉速為,按機械設計課程設計中表2-4和表2-5推薦的各級傳動比圍

19、：二級展開式圓柱減速器傳動比圍,，總傳動比,Y系列異步交流電動機符合這一圍的同步轉速有, ,三種，伺服電動機可選MHM502,同步轉速,額定轉速；三相交流異步電動機可選同步轉速的Y系列異步電動機Y90S-2,額定功率1.5KW,滿載轉速為2840r/min。所以電機選用Y90S-2型電機3.2聯軸器的選擇聯軸器是機械傳動中常用的部件。它們主要用來連接軸或軸與其它回轉部件，以傳遞運動與轉矩，有時也可用作安全裝置。聯軸器所連接的兩軸，由于制造與安裝誤差，承載后的變形與溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而存在著某種程度的相對位移，這就是說在設計聯軸器時，要從結構上采取不同的措施，使之具有適應

20、一定圍的相對位移的功能。根據對各種相對位移有無補償能力（即能否再發(fā)生相對位移的情況下保持連接的功能），聯軸器分為剛性聯軸器和撓性聯軸器兩大類。絕大多數聯軸器已經標準化或規(guī)格化，所以我們一般只是選用補用設計。根據傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被連接兩部件的安裝精度等，參考各類聯軸器的特性，選擇一種合適的聯軸器類型。具體選擇時可考慮一下幾點：（1）所需傳遞的轉矩大小和性質以與對緩沖減震功能的要求。例如，對大功率的重載轉矩傳動。可選用齒式聯軸器，對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉震動的傳動，可選用輪胎式聯軸器等具有高彈性的聯軸器。（2）聯軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應選用平衡

21、精度高的聯軸器，例如膜片聯軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯軸器等等。（3） 兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯軸器。例如當徑向位移較大時，可選滑塊聯軸器，角位移較大或相交兩軸的連接可選用萬向聯軸器。（4） 聯軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬原件制成的不需潤滑的聯軸器比較可靠，需要潤滑的聯軸器，其性能易受到潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含橡膠等非金屬元件的聯軸器對溫度，腐蝕性介質與強光等比較敏感，而且容易老化。(5) 聯軸器的制造，安裝，維護和成本。在滿足使用性能的前提下，因選用拆裝方便，維護簡單，

22、成本低的聯軸器。例如剛性聯軸器不但結構簡單，而且拆裝方便，可用于低速，剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯軸器，由于具有良好的綜合性能，廣泛用于中小功率傳動. 3.2.1 聯軸器的選擇 根據選擇要求和使用條件選用YL8型聯軸器，它的尺寸與標準如下圖所示： 表3.1聯軸器參數型號公稱扭矩許用轉速周孔直徑(H7)軸孔長度L DGYH263 1000020 38130表3.1續(xù) 聯軸器的標準D1螺栓L0重量轉動慣量4O數量4直徑 M8861.720.00153.3 計算傳動裝置的運動和動力參數3.3.1 各級傳動比的確定上式中： nw- 工作機的轉速；所以采用一級同步帶傳動，二級齒輪傳動，三級齒輪

23、傳動（帶傳動的傳動比一般為,推薦值為,二級齒輪減速器的傳動比圍為840，最大值不超過60）。3.3.2 各軸轉速伺服電動機軸轉速：；一軸的轉速:；二軸的轉速:；三軸（即輸出軸）轉速：3.3.3 各軸功率一軸功率：二軸功率：三軸（即工作機軸）第四章導軌的選擇4.1導軌的功用與分類導軌的功用是承受載荷和導向。它承受安裝在導軌上的運動部件與工件的質量和切削力，運動部件可以沿著導軌運動。運動的導軌稱為動導軌，不動的導軌稱為靜導軌或者支承導軌。動導軌相對于靜導軌可以作直線運動或者回轉運動。有用于保證主運動軌跡的，也有用于調整部件之間的相對位置的，后者在加工時沒有相對運動。動導軌相對于支承導軌只有一個自由

24、度的運動，以保證單一方向的導向性。通常動導軌相對于支承導軌只能作直線運動或圓周軌跡運動。實現直線運動的稱為直線運動導軌；實現圓周運動的稱為圓周運動導軌。導軌按結構形式可以分為開式導軌和閉式導軌。開式導軌是指在部件自重和載荷的作用下，運動導軌和支承導軌的工作面始終保持接觸、貼合，其特點是結構簡單，但不能承受較大顛覆力矩的作用，而閉式導軌借助于壓板使導軌能承受較大的顛覆力矩作用。本設計中，由于導軌必須承受較大的顛覆力矩作用，經過綜合考慮選用閉式導軌。根據導軌面的磨擦性質，導軌又可分為滑動導軌和滾動導軌?；瑒訉к壍慕Y構簡單，便于制造，精度和剛度易于保證，故在通用機床上得到廣泛的應用；但其摩擦因素較大

25、，易磨損，低速運動平穩(wěn)性較差。而滾動導軌的優(yōu)點是摩擦系數小，動靜摩擦系數很近，因此摩擦阻力小，運動輕便靈活，靈敏度高；運動所需功率小，摩擦生熱少，磨損也小，精度保持性高；低速運動平穩(wěn)性好，不易產生爬行，移動精度和定位精度都較高；滾動導軌的潤滑簡單，以與高速運動時不會像滑動導軌那樣因動壓效應而使導軌浮起等優(yōu)點。但由于滾動體與導軌面之間的接觸面積較小，不易形成油膜阻尼，因而剛度較低，抗振性也較差。如果對它進行預緊，可在原有剛度的基礎上提高數倍。滾動導軌的結構比較復雜，往往需要淬火的鑲鋼導軌，再加上滾動導軌的平直度和粗糙度比較敏感，導軌對臟物也比較敏感，因此制造精度也要求較高，而且需要有較好的導軌防

26、護裝置，故其制造成本較高。因此選用滑動導軌。又由于實現的是斜向上線運動，因此本設計中選用帶有一定弧度的導軌。4.2 導軌應滿足的要求機床導軌的質量，在很大程度上決定了機床的加工精度、工作能力與使用壽命。導軌一般情況下應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調整和維修、成本低等要求。下面3個要求更為突出：導軌在空載運動和切削條件下運動，都應具有足夠的導向精度。保證導軌運動的準確度，這是保證導軌工作質量的前提。影響導向精度的主要因素有：導軌的結構形式，導軌的幾何精度和接觸精度，導軌和基礎件的剛度，導軌的油膜厚度和油膜剛度，導

27、軌和基礎件的熱變形等。考慮到上面種種因素選擇如下導軌導軌圖4-1第5章 機床升降部分設計計算機床的升降部分主要由一個氣缸（動力源）、兩根導柱（起導向作用）、升降臺以與V形塊來組成的。其中工件重量約為14KG，工作臺重量約為26KG。工廠氣壓站提供的氣壓為0.60.8MPa。5.1升降臺氣缸的選擇升降臺氣缸氣缸為非標準件所以需要從新校核設計1. 本氣缸采用單作用氣缸，單活塞桿單作用氣缸是使用最廣泛的一種普通氣缸，見圖因其只在活塞一側有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側的有效面積不等，活塞左行時活塞桿產生推力F1，活塞右行時活塞桿產生拉力為F2F1=D²p-Fz（5-1）F2=(D

28、78;-d²)P-Fz（5-2）式中F1活塞桿推力（N） F2活塞桿的拉力（N）D活塞直徑（m） d活塞桿的直徑（m）p氣缸工作壓力（Pa）Fz氣缸工作時的總阻力（N）氣缸工作時的總阻力Fz與眾多因素有關，如運動部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。則氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為F1=D²p（5-3）F2=(D²-d²)p（5-4）計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取=0.30.5，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數要求一般，且工作頻率低，基本是勻速，其載

29、荷率可取=0.70.85。由式（1）（2）可求得氣缸直徑D當推力作用時 D=D=98 (5-5)當拉力作功時D= D=97 (5-6)用式（5-6）計算時，活塞桿直徑d可根據氣缸拉力預先固定，詳細計算見活塞桿的計算。估定活塞桿直徑可按d/D=0.160.4代入式（6），則可得 D=（1.011.09）D=98 (5-7)式中系數在缸徑較大時取小值，缸徑較小時取大值。以上公式計算出的氣缸徑D應圓整為標準值（1）綜合上值對D取整100mm（2）活塞桿的計算1. 按強度條件計算。當活塞桿的長度L較小時（L10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑d dd30 (5-8) 綜合考慮d取42式中 F1氣缸

30、的推力（N）活塞桿材料的許用應力（pa），=/S；材料的抗拉強度（pa）；S 安全系數，S1.4。2. 按縱向彎曲極限力計算。氣缸承受向壓力以后，會產生軸向彎曲，當縱向力達到極限力F1以后，活塞桿會產生永久性彎曲變形，出現不穩(wěn)定現象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑與行程有關。當長細比85時Fi=（5-9） 當長細比85時 Fi=（5-10）式中 L活塞桿計算長度（m）見表i活塞桿橫截面慣性半徑實心桿i=空心桿i=； (5-11)I活塞桿橫截面慣性距實心桿I= 空心桿I=； (5-12)空心活塞桿孔直徑（m）；A1活塞桿截面積實心桿A1=d² 空心桿A1=（d²-d

31、78;0）; (5-13)n系數，見上表E材料彈性模量，對鋼取E=2.11011Paf材料強度實驗值，對鋼取f=49107Paa系數，對鋼取a=1/5000。若縱向推力載荷（總載荷）超過極限力Fi，就應采取相應措施。在其他條件不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來解決（3）缸筒壁厚的計算缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與徑之比D110,所以通常可按薄壁筒公式計算= =8 (5-14)綜合考慮壁厚取10mm式中 氣缸筒的壁厚；D氣缸筒徑（缸徑）（m）；通常計算出的缸筒壁厚相當薄，但考慮到機械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸氣缸壁筒作適當加厚，且盡量選用標準徑和壁厚的鋼

32、管和鋁合金管，詳情見表所以氣缸D=100mm，d=43mm，壁厚為10mm5.2工作臺的選擇因為工件長度1070mm，采用V形塊支承，工作臺選用600mm長的，材料選用鑄鐵。第6章 尾座部分的設計尾座是臥式淬火機床的重要附件，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。汽車后橋半軸淬火機床的尾座采用的是整體式結構，整體式結構尾座由尾座體、芯軸結構、套筒、氣壓測力裝置、尾座和套筒移動機構、尾座和氣壓裝置等組成，芯軸結構選用高精度的進口軸承支承，動、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動均為機動，套筒和尾座的夾緊。氣壓放松的機動夾緊、放松結構，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡單、方便、

33、效率高。其優(yōu)點在于：(1)剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，采用整體式箱形結構設計，經有限元分析、計算，通過對尾座部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強度低應力鑄鐵鑄造，經良好的時效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座整體變形小，抗振性能好，滿足汽車后橋半軸淬火機床精度檢驗標準的要求。(2)結構更加簡單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，取消了分體式尾座聯結的定位鍵和把合螺釘，總零件數和標準件數更少，取消了分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的

34、裝配環(huán)節(jié)，加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費用，降低了尾座的總重量和總成本。6.1尾座套筒的設計汽車后橋半軸淬火機的尾座套筒的主要尺寸是根據尾座體的尺寸選擇的。套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用氣壓缸提供的壓力和莫氏錐度本身的結構特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時不會隨工件一起轉動。為了使套筒不隨工件一起轉動在套筒上部設計了滑鍵槽，在尾座體上設計有滑鍵。尾座工作時滑鍵在滑鍵槽中滑動，這樣套筒就不會跟著轉了，同時，頂尖在頂著工件加工時也不會隨工件一起轉動了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用氏錐度本身的結構特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座套筒上設計頂尖退

35、套孔，用于拆卸頂尖。當需要拆卸頂尖時，把退套楔插入頂尖退套孔，用小錘敲擊退套楔使頂尖松動并可以取出。退套楔的規(guī)格是S79-1 4。6.2尾座體的設計汽車后橋半軸淬火機的尾座體是尾座的主要的機械部分，設計時主要參看其他機床的尾座體和根據制造業(yè)在生產中所積累的經驗，稍加改造而成的。尾座體的壁厚要盡量均勻，拐角處要設計成圓角以減少集中應力。尾座體的材料采用HT250，鑄造加工而成。在尾座體的設計過程中考慮到加工工藝，需要設計出工藝凸臺和工藝孔。6.3尾座頂尖的設計機床的位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度，在使用中要使尾座的軸心線與機床主軸的軸心線保

36、證較高的同軸度在進行工件的加工過程中多采用前后頂尖來支承工件，來確定工件的旋轉中心并承受作用在工件上的扭轉力。頂尖是機械加工中的機床的重要部件，它可對端面復雜的零件和不允許打中心孔的零件進行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的孔，另一端則放入到尾座套筒。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和氣壓缸提供的壓力，加工時一般緊縮在尾座套筒。頂尖一般由專門的工廠生產，我們只要根據自己的需要買產品。由于汽車后橋半軸淬火機是中小型機械加工設備，尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏4號的頂尖。莫氏錐度是一個錐度的國際標準，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因為有錐度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原

37、理，在一定的錐度圍，工件可以自由的拆裝，同時在工作時又不會影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會出現轉動現象。又比如鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會影響鉆頭的中心位置。6.4尾座氣缸的設計尾座氣缸，氣缸為非標準件所以需要從新校核設計6.4.1氣缸類型的選擇因為氣缸所需要提供的支撐力不大所以本氣缸采用單作用氣缸，單活塞桿單作用氣缸是使用最廣泛的一種普通氣缸，見圖因其只在活塞一側有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側的有效面積不等，活塞左行時活塞桿產生推力F1，活塞右行時活塞桿產生拉力為F2 F1=D²p-Fz

38、（6-1） F2=(D²-d²)P-Fz （6-2）式中F1活塞桿推力（N）F2活塞桿的拉力（N） D活塞直徑（m） d活塞桿的直徑（m）p氣缸工作壓力（Pa）Fz氣缸工作時的總阻力（N）氣缸工作時的總阻力Fz與眾多因素有關，如運動部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。則氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為 F1=D²p（6-3） F2=(D²-d²)p（6-4）計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取=0.30.5，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數要求一

39、般，且工作頻率低，基本是勻速，其載荷率可取=0.70.85。由式（6-1）（6-2）可求得氣缸直徑D當推力作用時D= D=76 (6-5)當拉力作功時D=D=77 (6-6)用式（6-6）計算時，活塞桿直徑d可根據氣缸拉力預先固定，詳細計算見活塞桿的計算。估定活塞桿直徑可按d/D=0.160.4代入式（6-6），則可得D=（1.011.09） D=76 (6-7)式中系數在缸徑較大時取小值，缸徑較小時取大值。以上公式計算出的氣缸徑D應圓整為標準值（6-1）綜合上值對D取整80mm（2）活塞桿的計算1. 按強度條件計算。當活塞桿的長度L較小時（L10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑d d d

40、26 (6-8)綜合考慮d取34式中 F1氣缸的推力（N）活塞桿材料的許用應力（pa），=/S；材料的抗拉強度（pa）；S安全系數，S1.4。1. 按縱向彎曲極限力計算。氣缸承受向壓力以后，會產生軸向彎曲，當縱向力達到極限力F1以后，活塞桿會產生永久性彎曲變形，出現不穩(wěn)定現象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑與行程有關。當長細比85時Fi=（6-9）當長細比85時Fi=（6-10）式中 L活塞桿計算長度（m）見表 i活塞桿橫截面慣性半徑 實心桿i= 空心桿i= ; (6-11)I活塞桿橫截面慣性距 實心桿I= 空心桿I= ; (6-12)空心活塞桿孔直徑（m）；A1活塞桿截面積 實心桿A1=

41、d² 空心桿A1=（d²-d²0）; (6-13)n系數，見上表E材料彈性模量，對鋼取E=2.11011Paf材料強度實驗值，對鋼取f=49107Paa系數，對鋼取a=1/5000。若縱向推力載荷（總載荷）超過極限力Fi，就應采取相應措施。在其他條件不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來解決（3）缸筒壁厚的計算 缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與徑之比D110,所以通?？砂幢”谕补接嬎? =6.5 (6-14)綜合考慮壁厚取8mm式中 氣缸筒的壁厚；D氣缸筒徑（缸徑）（m）；通常計算出的缸筒壁厚相當薄，但考慮到機械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要

42、，往往將氣缸氣缸壁筒作適當加厚，且盡量選用標準徑和壁厚的鋼管和鋁合金管，詳情見表所以氣缸D=80mm，d=34mm，壁厚為8mm6.5尾座撓度、轉角、鎖緊力的計算與校核 機床尾座的尾座受力簡圖:圖6 尾座受力圖根據工件最大長度和最大旋轉外徑假設工件最大重量 Q=2760N 頂尖和三爪卡盤支撐工件可簡化為簡支梁，因此尾座負重 Q/2=1380N 尾座主軸伸出尾座體最大長度 130mm尾座套筒直徑 80mm鋼的彈性模量 E = 2.1×106kgf/cm2斷面慣性矩 I=201×104mm4頂尖伸出套筒長 109mm根據公式(6-15)查表可知單位切削力 = 2305N/mm2

43、 = 0.3mm/r = 3.4mm故切削力 = 2370N機床加工如此重的工件時，尾座主軸一般緊縮在尾座體，現在假設尾座主軸伸出為尾座主軸伸出尾座體最大長度的1/2，即伸出65mm，懸臂65mm+109mm=174mm。6.5.1撓度的計算(6-16)許用撓度, 在圍之。6.5.2轉角的計算(6-17)許用轉角 ，在圍。6.5.3壓板處螺栓直徑的校核在機床尾座上通過一組兩個一樣的螺栓連接尾座和導軌的，并用壓板固定。壓板的作用是連接尾座和導軌，并通過連接螺栓的緊固或松開來確定尾座在導軌上的位置。下面我們來確定連接螺栓的直徑。選用螺栓的材料為35號鋼，則許用抗拉強度=540Mpa，由作用力與反作

44、用力定理可知尾座的上部和下部之間的摩擦力等于通過頂尖作用在尾座上的軸向力，即，旋轉時產生的軸向分力。(0.10.6)，。為了滿足加工后的工件的精度要求，在工件重量較大和扭轉力較大的情況下機床不發(fā)生共振，取軸向力。,取摩擦系數為由可知作用在下箱體上的壓力(6-18)從而可得轉動凸輪軸端的方形部分所需要的力至少為15.7，那么作用在每個螺栓上的力為(6-19)因為壓板與導軌之間的連接形式為松連接，由公式 ：(6-20)于是可得：現螺栓直徑為，故螺栓選擇合理。其長度可以根據尾座體和螺栓所在尾座體來確定，取。6.5.4尾座鎖緊力的驗算 由于尾座芯軸的頂緊力為20，故壓板和床身的摩擦力F要大于20，?。?/p>

45、由公式(6-21)得： 摩擦系數，導軌材料為鑄鐵，活塞材料為銅，取0.15， 尾座重量，取250,尾座軸向力主要由尾座頂桿承擔，鎖緊壓板主要承受的是傾覆力矩，故應完全能夠滿足要求。第七章機床底座設計7.1機床底座材料設計機床底座整體采用方鋼，結構如下圖7.2機床底座升降部分氣缸選擇因其只在活塞一側有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側的有效面積不等，活塞左行時活塞桿產生推力F1，活塞右行時活塞桿產生拉力為F2F1=D²p-Fz（7-1）F2=(D²-d²)P-Fz（7-2）式中F1活塞桿推力（N） F2活塞桿的拉力（N）D活塞直徑（m）d活塞桿的直徑（m） p氣缸工

46、作壓力（Pa）Fz氣缸工作時的總阻力（N）氣缸工作時的總阻力Fz與眾多因素有關，如運動部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。則氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為F1=D²p（7-3）F2=(D²-d²)p（7-4）計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取=0.30.5，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數要求一般，且工作頻率低，基本是勻速，其載荷率可取=0.70.85。由式（1）（2）可求得氣缸直徑D當推力作用時D= D=98 (7-5)當拉力作功時 D=D=105 (7-6)

47、用式（6）計算時，活塞桿直徑d可根據氣缸拉力預先固定，詳細計算見活塞桿的計算。估定活塞桿直徑可按d/D=0.160.4代入式（6），則可得 D=（1.011.09）D=98 (7-7)式中系數在缸徑較大時取小值，缸徑較小時取大值。以上公式計算出的氣缸徑D應圓整為標準值（1）綜合上值對D取整110mm（2）活塞桿的計算1. 按強度條件計算。當活塞桿的長度L較小時（L10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑d dd30 (7-8)綜合考慮d取40式中 F1氣缸的推力（N）活塞桿材料的許用應力（pa），=/S；材料的抗拉強度（pa）；S安全系數，S1.4。2. 按縱向彎曲極限力計算。氣缸承受向壓力以后，會產生軸向彎曲，當縱向力達到極限力F