毕业设计（论文）-拉刀机构设计说明书.doc

目 录摘要ABSTRACT.第1章 绪论.1第2章 总体结构分析.22.1 拉刀机构设计目的.22.2 机构原理分析.2第3章 机械零件的设计与计算.53.1 机械零件设计的性质和任务.53.2 机械零件设计步骤和准则53.3 主轴主要参数的确定.63.3.1主轴前轴颈D1的选取.63.3.2主轴内孔直径d的确定73.3.3主轴前端悬伸量a的确定.73.3.4主轴支承跨距L的确定.93.4 碟形弹簧的选择与计算.103.4.1碟形弹簧的特点.103.4.2碟形弹簧的选取与计算.123.4.3碟形弹簧的技术要求.123.5 拉杆的设计与计算.133.5.1标准钢球的选取.133.5.2拉杆的尺寸确定及校核173.6 螺纹联接的设计与计算.203.6.1螺纹基本尺寸的确定.203.6.2螺母的选取.233.6.3垫片的选取.243.7 拉杆套的设计与计算.253.8 液压缸的设计与计算.253.8.1液压缸的载荷组成与计算.253.8.2液压缸主要参数的确定263.8.3活塞及活塞杆的设计.273.8.4缸筒的设计.303.8.5缸盖的设计33第4章 液压系统的设计.354.1 液压系统设计概述.354.2 液压传动特点.354.3 液压传动原理.364.4 液压元件的选择.374.4.1 确定液压泵的最大工作压力Pp374.4.2 确定液压泵的流量Qp384.4.3 选择液压泵的规格384.4.4 液压阀的选择.384.4.5 油箱容量的确定.394.5 液压系统的性能验算.394.5.1 回路压力损失验算394.5.2 油液温升验算.39第5章 PLC的控制与编程.415.1 行程程序控制概述.415.2 PLC的选型及编程.415.2.1 PLC的概述415.2.2 PLC的编程425.2.3 PLC的接线图.44第6章 结论.45参考文献.47致谢.48 第一章 绪论 近年来，随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状和结构不断的改进，机电产品日趋精密复杂。产品精度要求越来越高、更新换代周期也越来越短，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适应生产对象频繁变化的需要，特别是对于宇宙航行、航空等部门中的加工批量不大、生产周期要求短、改型短、改进频繁、形状复杂、精度要求又很高的这一类零件的加工。如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低产品成本及改善劳动条件已成为目前迫切需要解决的问题。数控机床是综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量及机床结构设计等各种技术的最新成就而发展起来的一种新型机床。它具有通用性、灵活性及高度自动化的特点，具有提高劳动生产率和加工精度、缩短生产准备周期、减轻体力劳动强度、减少设备周期、降低生产成本等优点，已被广泛应用于机械制造、航空工业、造船和车辆工业、金属加工部门等。数控机床机构主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。其加工原理是按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开、冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其他辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。此次设计的课题，就是在拉刀力为12000N、主电机功率为5.5KW的条件下设计一个50#刀柄的拉刀机构。其中主要应用三个原理：机构原理、液压驱动原理、电器控制原理。所以在设计过程中分别应用了与之相对应的知识。一方面加深了对所学理论知识的认识，另一方面在老师的指导下，学会运用所学知识去分析和解决一些实际问题，学会应用手册、标准、规范等资料。做此设计主要解决的问题就是对整个机构工作原理的理解并对各个部分进行设计与计算。通过改造设计使此装置在满足技术性能的前提下又能获得最佳的经济效益。此说明书共分为五大部分：总体结构分析、机械零件的设计与计算、液压系统设计、电气自动控制设计、总结。设计过程中参考了诸多文献，列表附说明书末页第二章 总体结构分析2.1拉刀机构设计的目的机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而拉刀机构设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。 拉刀机构的设计涉及：机械、液压、气压、电气等相关基本理论知识。 设计目的：1.培养查阅文献、运用资料的基本能力；2.培养学生的机电产品设计的基本能力；3.扩展学生的知识结构，加强理论与实践相结合的能力；2.2 机构原理分析 50刀柄拉刀机构为大型机床主轴内部刀具自动夹紧机构。油缸接到松刀信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞推动拉杆向左移动，同时使碟形弹簧压紧。拉杆的左移使左端的钢球的分布直径变大，解除了刀杆上的拉力，机械手便取出刀杆。当刀具由机械手或用其他方法装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端，当接到夹紧信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸左腔，活塞向右移动，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端圆周上的钢球在主轴锥孔的逼迫下收缩分布直径，将刀柄拉钉紧紧拉住。另外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准确安装。 图2-1是该机构的总体结构图。 刀杆采用7：24的大锥度锥柄，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。大锥度的锥柄既利于定心，也为松夹带来了方便。在碟形弹簧5的作用下，拉杆4始终保持约10000N的拉力，并通过拉杆左端的刚球3将刀杆的尾部轴颈拉紧。换刀前必须首先将刀柄松开，即将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞11推动拉杆4向左移动，同时使碟形弹簧5压紧。拉杆4的左移使左端的钢球3位于套筒的喇叭口处，解除了刀杆上的拉力。机械手便取出刀杆。当活塞处于左右两个极限位置时，相应的限位行程开关发出松开和夹紧的信号。图2-1总体结构1-BT型刀柄 2-P型拉钉，3-钢球、4-拉杆、5-碟形弹簧、6-拉杆套、7-垫片、8-螺母、9-缸盖、10-缸筒、11-活塞 自动清除主轴孔中的切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏了刀具正确的定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图1.1的活塞11的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经过活塞主轴孔内的空气喷嘴吹喷出。将锥孔清理干净。喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果。此结构采用的是7：24圆锥刀柄，这种标准的7：24锥联接有许多优点：因为自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴孔内支承刀具，可以减少刀具的悬伸量；这种联结只有一个尺寸即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且可靠，多年来应用较广泛。但是，7：24锥联结也有一些缺点：锥度较大，锥炳较长，锥体表面同时要起两个作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联结刚度，由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位。所以标准的7：24刀/轴锥联结在主轴端面和刀柄法兰端面有较大的间隙。7：24锥度联结的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化很敏感，当拉力增大48倍时联结的刚度可提高20%50%。但是过大的拉力在频繁的换刀过程中，会加速主轴内孔的磨损，使主轴内孔膨胀影响主轴前轴承的寿命。在了解了设计结构的基础上，我将从三方面对起进行设计与计算。首先在机构方面设计相关的零件，如碟形弹簧、拉杆、拉杆套、拉钉、活塞、缸筒等，并对标准件进行选型；其次是对其气、液压部分进行气、液压系统的设计；最后是对PLC控制部分的设计与编程。第三章 机械零件的设计与计算3.1机械零件设计的性质和任务机械是人类用来减轻体力劳动和提高劳动生产率的工具。机械化程度的高低是衡量一个国家社会生产率发展水平的重要标志。在新技术革命中，最大限度的提高劳动生产率和产品质量，为工业、农业、国防、轻工、化工、交通、能源及能源开发以及新的科学实验基地提供更多的先进设备，这是机械工业的伟大历史使命。不论是制造新的机械设备还是改进原有的机械设备，都要进行大量的机械设计工作。“机械”是一个总称，习惯上包括机构和机器。机构是由相对运动的构件组成的。它的作用是传递运动并变换运动形式和改变运动量；机器是由若干基本单元构成的，构成机器的这些单元称为机械零件，如轴、齿轮和螺栓等。通常又把为完成同一使命的零件组合在一起，构成一套协调工作的整体，这个整体称为部件，如联轴器、减速器等。由此可知，机械零件是组成机械的基本单元。机械零件设计是根据零件在机器中的工作条件，阐明其设计原则，设计方法和设计规范的。其主要任务包括：进行基本的力学计算，确定零件的最适当外形尺寸；选择材料、精度等级和表面质量以及制造上的技术要求等，最后绘制工作图。3.2 机械零件设计准则和设计步骤 设计的机械零件既要工作可靠，又要成本低廉。要解决前一个问题，零件在其强度、刚度、表面质量等方面必须满足一定的条件，这些零件是判断零件工作能力的准则。要降低零件的制造成本，必须从设计和制造两方面着手。就设计而言，设计时要正确选择材料、合理规定公差等级及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。具体说来设计机械零件时必须考虑以下要点：1.设计的机械零件要确实能满足机器的使用要求，充分发挥其机能，具有各方面的可靠性。2.使用寿命要长，要能耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、耐蠕变、耐高温等。3.结构要简单，制造费用要低廉。4.重量要尽可能轻，尺寸要尽可能小，占地面积要尽可能少。5.尽量使所设计的机械零件标准化、系列化、通用化。根据上述要点，机械零件设计的一般步骤为：1.了解设计要求，收集有关设计资料，拟订最好的结构形式。2.根据零件的结构和受力情况建立力学模型，据此算出作用在零件上的外载荷大小和变化性质，求出计算载荷。3.对由计算载荷产生的应力和变形进行计算，选取满足要求的材料，用计算方法确定零件的基本尺寸，确定热处理方法。4.进行强度校核计算，确定零件的全部结构尺寸。5.绘制工作图和编制技术条件。3.3 主轴主要参数的确定此次设计主轴不用详细设计，但该参数对后面的机械零件的设计相关，故在此对其有用部分进行说明。主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈D1、D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数直接影响旋转精度和主轴刚度。3.3.1主轴前轴颈D1的选取一般按机床类型、主轴传递的功率或最大的加工直径（参考表（3-1）选取D1，后轴颈D2（0.70.85）D1。表3-1 主轴前轴颈直径功率P/KW1.472.52.63.63.75.55.67.3车床608070907010595130升降台铣床50906090609575100外圆磨床506055907080功率P/KW7.4111114.714.818.418.522车床110145140165150169220升降台铣床90105110115外圆磨床75907510090100105 由设计任务书上数据知主机功率P=12KW，故可选取D1=115mm,D2=0.8D1=92mm,在此取主轴外径D=100mm.3.3.2 主轴内孔直径d的确定很多机床的主轴是空心的，内孔直径与其用途有关，如车床主轴内孔用来通过棒料或安装送夹料机构。铣床主轴内孔通过拉杆来拉紧刀杆等。为不过多的削弱主轴的刚度，铣床的主轴孔径d可比刀具拉杆直径大510mm。在此初步定d孔=35mm。由于主轴内孔直径在一定范围内对主轴刚度影响很小，若超出此范围，则能使主轴刚度急剧下降，由材料力学知识可知刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径间有下列关系，即 （3-1） d，D主轴内外径K0，I0空心主轴的刚度和截面惯性矩K，I实心主轴的刚度和截面惯性矩一般取0.7对刚度影响不大，若0.7将使刚度下降，这里=35/100=0.350.7，故满足刚度要求。 由上知一般主轴孔径比拉杆直径大510mm，故现在预取拉杆外径D拉杆=25mm。在后面的拉杆设计与计算过程中将对其进行刚度校核。3.3.3 主轴前端悬伸量a的确定 主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴颈径向支反力作用中点（或前径向支承中点）的距离，它主要取决于主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响很大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。此次设计的机构主轴前端部结构主要是507：24大锥度的标准锥柄及与之相对应的标准化的拉钉的结构，由这两者的尺寸可初步选取a=130，刀柄及拉钉的结构与尺寸见下图： 图3-1 BT型刀柄表3-2 BT型刀柄规格图3-2 P型拉钉表3-3 P型拉钉规格规格Type P30T-1P30T-2P40T-1P40T-2P40T-3P50T-1P50T-2P50T-3 43 43 60 60 60 85 85 85 23 23 35 35 35 45 45 45 18 18 28 28 28 35 35 35 16.5 16.5 23 23 23 38 38 38 12.5 12.5 17 17 17 25 25 25 45 60 45 60 90 45 60 90 M12 M12 M16 M16 M16 M24 M24 M24 13 13 19 19 19 30 30 30其中选择的刀柄号是50#BT型刀柄，拉钉型号相对应的是P型拉钉，值取。3.3.4 主轴支承跨距L的确定 合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一，支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽量减小，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前轴端较大的位移，因此存在一个最佳的跨距L0，在该跨距时主轴弯曲变形和支撑变形引起主轴前轴端的总位移量最小，一般取L0=（23.5）a，但在实际结构设计时，由于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于上述最佳跨距L0。故初步取L0=3a=3115=345mm，取L=360mm，则由整个机构的装配关系可预取=300mm。最后根据碟形弹簧及其他主轴部件的结构最终确定主轴的外形的尺寸，如图3-3所示： 图3-3主轴3.4 碟形弹簧的选择与计算3.4.1 碟形弹簧的特点 碟形弹簧是一种用于钢板冲压的截锥形的薄板压缩弹簧，如图3-4所示。其具有如下特点：1） 刚度大，缓冲吸振能力强。适用于负荷大，而轴向空间要求小的地方，例如，在机床的夹紧，卸载等装置中，得到了广泛的应用；2） 具有变刚度的特性。根据设计选用的内锥高度h0于碟簧厚度的比值可得到不同的弹簧特性曲线（图3-5）。当需要近似于线性特性时，可选用h0/t=0.40.8的碟簧片。当要求随着变形的增加，压力变化很小时，选用h0与t的比值大于1.4的碟簧片最为合适；3） 为满足大负荷或大变形量的要求，碟簧可按不同方式组合，可得到不同的负荷-变形特性曲线（表3-4）。 图 3-4 碟形弹簧表3-4碟簧的组合型式及特性曲线型式简图及特性载荷及变形的计算公式说 明叠合=f= +(-1)t单片弹簧的载荷（N）总载荷（N）单片弹簧变形量（mm）总变形量（mm）叠合层数对合层数单片弹簧的自由高度（mm）组合弹簧的自由高度（mm）单片弹簧的厚度（mm）对合 =复合= +(-1) 图3-53.4.2 碟形弹簧的计算弹簧一般用50CrV或602Mn的带，板材或锻造比不得小于2的锻造坯料制造。此材料回火淬硬后，综合力学性能好，强度高，冲击韧性好，高温性能稳定，能在250C300C以下工作。 根据设计任务书数据拉刀力F=12000N。则根据拉杆的外径=25mm及F值可选取弹簧尺寸如下表3-5所示：表3-5弹簧尺寸D/mmd/mmt/mmhoH/mmF/N变形量f/mm最大计算拉力/Mpa弹簧与导向件直径差/mm4020.42.250.93.1565000.6813300.4计算单片弹簧的受力情况：拟定预压缩量X0=0.2mm，由D/d=100/35=2.85，查机械零件设计手册（中）表25-21，并用插值法可求得K1=0.686，取K4=1（即无承载面），又E=2.06N/m。由公式： K= （3-2） 将上述数据代入公式（2-2）可得K=4025.3N/mm,取X=0.3mm，则预拉伸力=K（XO+X）=4025.3（0.2+0.3）=2012.6 N，所以复合碟簧的叠合层数：i=F/=12000/2012.65.962,故将i取整数得：i=6 。验算：F=62012.6=12075.6 N 12000 N。初步拟定行程量L=10mm，则对合碟簧片组数n为：n=L/=L/2(X+X)=10。则复合碟簧组的自由高度为：=nH+（i-1）t (3-3)将数据代入得=144 mm。 3.4.3 碟形弹簧的技术要求1参数的公差及偏差； 表3-6 参数的公差及偏差碟簧在=0.75x时的弹簧负荷公差，%厚度公差mm外径公差 Mm内径公差 mm内外径的同轴度mm自由高度公差mm +35 -15+0.18-0.22 (h14) (H14) 0.20+0.25-0.152 碟簧锥面加热前的光洁度，车削时不得低于5，磨削时不得低于7；对于级精度碟簧，在厚度4mm时，可按高级精度冷轧钢板供货表面状态；3 碟簧淬火次数不得超过两次，经两次淬火后的级精度碟簧应进行脱碳层深度检查。单面全脱碳层深度，当厚度3mm时，不得超过厚度的5%。碟簧的硬度应在HRC=4252范围内；4 碟簧表面不得有毛刷、发裂、斑疤等缺陷，淬火后应清除氧化皮，盐浴痕迹及其他污物。级精度碟簧表面允许有微笑的厚度公差范围以内的凹陷；5 所以碟簧应全部进行强压处理。处理方法为：一次持续压平，持续时间不小于12小时，短时压平，压平次数不少于5次。压平力不小于=0.75的二倍，自由高度应稳定；6 碟簧表面处理：（如镀锌、镀镉、磷化）的要求，根据需要在产品图样或有关文件中注明。经电镀处理的碟簧必须进行去氢处理；3.5 拉杆的设计与计算及相应的强度校核3.5.1 标准钢球的选择根据中华人民共和国国家标准GB308-2002，钢球的材料为高碳铬轴承钢，优先采用的钢球公差直径如下表3-7所示 表 3-7优先采用的钢球公称直径球公称直径 mm相应的英制尺寸（参考） in球公称直径 Mm相应的英制尺寸（参考） in球公称直径 Mm相应的英制尺寸（参考） in0.30.3970.40.50.5080.60.6350.680.70.7940.811.1911.21.51.5881.98422.3812.52.778 1/64 0.020 0.025 1/32 3/64 1/16 5/64 3/32 7/64 3 3.175 3.5 3.572 3.969 4 4.366 4.5 4.762 5 5.159 5.5 5.556 5.953 6 6.35 6.5 6.747 7 7.144 7.5 1/8 9/54 5/32 11/64 3/16 13/64 7/32 15/64 1/4 17/64 9/32 7.541 7.938 8 8.334 8.5 8.731 9 9.128 9.5 9.525 9.992 10 10.319 10.5 11 11.112 11.5 11.509 11.906 12 12.303 19/64 5/16 21/64 11/32 23/64 3/8 25/64 13/32 7/16 29/64 15/32 31/64 其技术要求为：1 材料及热处理钢球采用符合GB/T18254-2000，GB/T18579-2001规定的轴承钢制造，热处理质量应符合JB/T1255的规定；1 硬度几压碎载荷成品钢球硬度按表 3-8的规定，其中3mm50.8mm 。 表3-8成品钢球硬度 球公称直径/mm 成品钢球硬度 HRC 超过 到 30 6166 30 50 5964 50 5864钢球的压碎载荷值不应小于表3-9，其中3mm50.8mm 。1. 公差等级钢球按制造的尺寸公差，形状公差，规值及表面粗糙度可分成 3、5、10、16、20、24、28、40、60、100、200十一个等级，精度依次由高到低。2. 几何形状和表面质量对每一个公差等级钢球几何形状和表面质量，规定有以下几个方面：球直径变动差，见表3-10球星误差，见表3-10表面粗糙度，见表3-10 表3-9钢球的最小压碎载荷值球公称直径 /mm压碎载荷/N球公称直径 /mm压碎载荷/N球公称直径 /mm压碎载荷/N 3 3.175 3.5 3.572 3.969 4 4.366 4.5 4.7625 5.169 5.5 5.556 5.953 6 6.35 6.5 6.747 7 7.144 7.5 7.541 7.938 8 8.334 8.5 8.731 9 9.128 9.5 9.525 9.922 10 10.319 10.5 4 8005 8906 5706 8408 4308 5301015010780120501383014050159701627018130190102127022340240002587026950296902998032830333203617037630396904194043170468404704051120519405185056910 11 11.112 11.5 11.609 11.806 12 12.303 12.5 12.7 13 13.494 14 14.288 15 15.081 15.875 16 16.669 17 17.462 18 18.206 19 19.04 19.894 20 20.5 20.638 21 21.431 22 22.285 22.5 23 23.019 62 720 63 700 66 510 68 600 73 500 74 480 78 400 80 810 83 300 87 200 94 080 100940 104860 115640 118620 123380 131320 142100 147000 154840 164640 168560 182770 183260 198940 201880 211830 214620 221480 229810 241030 246960 252490 262640 263070 23.812 21 24.606 25 25.4 26 260194 260988 28 28.575 30 30.462 31.75 32 33 33.338 34 34.925 35 36 36.512 38 38.1 39.688 40 41.275 42.862 44.45 45 46.038 47.625 49.212 50 50.8281 260287 140300 700 309 680 318 500 328 200 337 940 357 700 385 740 396 900 439 040 441 000 487 060 491 900 524 070 584 100 557 620 582 420 588 000 617 400 632 100 683 040 689 000 735 820 745 780 798 700 852 600 911 400 931 000 972 840 1038800 1116620 1158400 1165200所以根据上述要求及结构要求预选其公称直径/mm为8mm 。 表3-10形状误差和表面粗糙度等 级球直径变动量 Max球形误差max 表面粗糙度 Max G3 G5 G10 G16 G20 G24 G28 G40 G60 G100 G2000.080.130.250.40.50.60.711.52.55 0.08 0.13 0.25 0.4 0.5 0.6 0.7 1 1.5 2.5 5 0.010 0.014 0.020 0.025 0.032 0.040 0.050 0.060 0.080 0.100 0.150注：表中示值未考虑表面缺陷，因此，测量中应避开这样的缺陷。3.5.2 拉杆的尺寸确定及校核从价格比及性能上可选取材料为45号优质碳素结构钢，则=600，=300，=140,由整个机构的工作原理可将拉杆的结构设计如下图所示： 图3-6 拉杆结构 对拉杆轴向尺寸确定的说明：根据拉刀机构主轴的尺寸及其内部零件的装配关系可以初步拟定拉杆的轴向尺寸为L=290mm，拉杆的外径D=20mm，根据机构的工作原理知拉杆的受力分析如下： 拉刀时：拉杆受力如图3-7所示： 图3-7 松刀时受力分析其中， 危险截面m-m处受力最大、最危险，但是右端BC很短，即使在受压条件下也不能轻易被弯曲，故此情况下不作为拉杆稳定性校核的依据。所以可以根据装配图的机构来确定拉杆的最终尺寸为：L=290mm 。 拉刀时：拉杆受力如图3-8所示：图3-8 拉刀时受力分析初步设计拉杆的内径d=8mm 。 校核：1） 刚度校核 A= （3-4）将D=20mm，d=8mm代入得 A=263.9 (3-5)将F=12000N代入得=45.5 = (3-6)将数据代入得=167 。因为，所以强度满足要求，故初选的拉杆内径d=8mm安全可以采用。其中的S是最小许用安全系数，（根据机械设计（第四版）P15表3.2可知，表3-11），在此取S=1.5。表3-11 最小许用安全系数S值0.450.550.550.700.700.90铸件S1.2-1.51.4-1.81.7-2.21.6-2.5拉杆左边部分锥孔的设计与相应的强度校核：根据拉刀机构的原理及其装配图的结构可以初步设计拉杆的锥孔外形尺寸和位置尺寸，如图 3-9所示：图 3-9 拉杆锥孔尺寸1 锥孔与钢球接触部分的挤压强度校核： = （3-7）带入数据得=3001.25=240其中为许用挤压安全系数。对于刚来说=11.25，这里取1.25 。 = （3-8）其中F=120004=3000N 。 A=X1X2 （3-9）其中X1为钢球的直径，X2为拉杆头的厚度，计算得X1=8mm,X2=5.5mm 。带入数据计算得A=44，将数据带入（3-8）得：=68.1。所以锥孔部分的挤压强度满足要求。 2.锥孔与钢球接触部分的剪切强度校核： = （3-10）其中A=X1X3，X3由锥孔的形状及位置尺寸确定，计算得X3=7mm 。代入数据得=53.5=140所以锥孔部分的剪切强度满足要求 。综合上面之设计可知拉杆锥孔部分设计满足要求，可以采用。3.6 螺纹联接的设计与计算 在机器设备上，常用螺纹与螺纹联接件实现机件与机件之间的联接。螺纹联接的结构简单、形式多样、联接可靠、装拆方便、成本低廉，因此得到广泛应用。 螺纹种类繁多，根据用途可分为传动螺纹和联接螺纹。传动螺纹主要用来传递运动和动力，它的牙型常采用梯形、矩形、锯齿型。螺纹联接的牙型常采用三角形，因为三角形之间摩擦力大、自锁性好、联接牢固可靠。 螺纹根据螺距的不同可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹一般用于联接，细牙螺纹的小径较大，螺杆强度高，但螺纹牙齿细小，所以螺纹牙的强度比粗牙螺纹低，由于细牙螺纹的螺距小，螺纹深度浅，导程和升角小自锁性能好，因此它适用于薄壁零件及微调装置。3.6.1 螺纹基本尺寸的确定 根据拉杆的外径可选择螺纹的型号及基本尺寸：如图3-10，初步拟定螺纹的长度为：L=26mm，其余径向尺寸的选择见表3-12 D-内螺纹大径；d-外螺纹大径；内螺纹中径； -外螺纹中径；内螺纹小径；外螺纹小径； P-螺距；H-原始三角形高度 图3-10 普通螺纹的基本牙型 表3-12 螺纹基本尺寸 公称直径D 螺距P 中径， 小径， 20 2.5 18.376 17.294螺纹危险截面的强度校核： H0.866P=0.8662.5=2.165mm 螺纹部分危险截面的计算直径=H6=17.294-2.1656=15.129=16.933mm螺纹部分的强度条件为： （3-11）其中的是许用力， F=+KX (3-12)其中X根据碟形弹簧松刀时的行程计算可得： X=0.3mm，又=12000N，代数据可计算出F=12000+4025.30.3=13207.6N。又将F的值代入公式（3-11）得：4F=413207.6（3.14）=73.5又螺纹的许用拉应力=3004=75其中根据螺纹尺寸及材料可选取范围42.5，这里取4 。因为满足式（3-11），所以其强度满足要求。 由机械设计知识可知，螺纹螺距变化差主要靠旋合各