关 键 词：

机械毕业设计全套

资源描述：

GY01-154@机床夹具柔性化技术研究及设计,机械毕业设计全套

内容简介：

圆柱 钢球增力机构在液压夹具中的应用孙宾 1 钟康民 21. 济南大学 机械工程学院 , 山东 济南 250022 ; 2. 苏州大学 机电工程学院 , 江苏 苏州 215021摘要 :介绍了大半圆孔约束圆柱 - 钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具系统 ,给出了其输出力和增力系数的计算公式 ;并与双钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具系统进行了比较。关键词 :无杆液压缸 ; 增力机构 ; 夹具中图分类号 : TH13719 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2265(2003) 09 - 0036 - 02The application of cylinder - ball force amplif ier in hydraulic f ixtureSUN Bin ZHON G KangminAbstract :Hydraulic fixture system consisting of force amplifier with cylinder - ball limited within over - half cylindrical hole androdless hydraulic cylinder was introduced. Calculating formula for output force and force gain coefficient were given. It was com2pared with that system consisting of double - ball amplifier and rodless hydraulic cylinder.Key words :rodless hydraulic cylinder ;force amplifier ;fixture1 引言在夹具设计中 ,机械的增力结构与液压传动技术的相结合 ,可有效地降低液压系统的工作压力 ,延长其使用寿命。但是 ,将常见的杠杆增力机构、铰杆增力机构和斜楔增力机构用于液压夹具时 ,往往造成夹具结构不紧凑 ,或摩擦损失较大。我们一直致力研究新颖结构 ,在原有的钢球液压增力式夹具基础上 ,进一步结构优化出大半圆孔约束圆柱 钢球增力液压夹具 ,使其更具优越性。2 圆柱 钢球增力液压夹具2. 1 工作原理图 1 所示为大半圆孔约束圆柱 钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具 ,其工作原理 :活塞中部铣扁 ,并在铣平的平面上加工一个圆孔 ,在沿垂直于孔的轴线方向上铣去孔的 3/ 8 ,然后 ,在大半圆孔内放置一个圆柱。当换向阀在图示位置时 ,压力油通往液压缸的左腔 ,活塞向右运动 ,圆柱推动其右上方的钢球向上运动 ;其右上方的钢球以输出力推动夹具上的夹紧元件来对工件进行夹紧。当换向阀切换至右位工作时 ,活塞向左运图 1 圆柱 - 钢球增力机构11 力作用线 21 缸体 31 活塞 41 圆柱 51 钢球图 2 双钢球增力机构11 力作用线 21 缸体 31 活塞 41 嵌钢球 51 钢球(下转第 39 页 )动 ,使工件松开。2. 2 力学计算经建立力学模型如图所示 ,进行分析后可知 ,如果忽略力传递过程中的摩擦损失 ,系统的理论输出力 Ft(单位 N ) 、理论增力系数 it 的计算公式为Ft = d2 p/ tg t (1)it = Ft/ ( d2 p/ 4) = 1/ tg t (2)式中 d 活塞直径 , mmp 液压缸左腔压力 , MPa t 理论压力角 ,rad 或 ( )系统实际输出力 Fp (单位 N) 及实际增力系数 ip ,可由下面的近似公式求得。F d2 p/ 4tg t + tg (3)ip Fp d2 p/ 4 = 1tgt + tg(4)式中 为活塞与液压缸内壁之间的摩擦角 ,单位为 rad 或 ( ) ,即 = arctg ( 为活塞与液压缸内壁之间的摩擦系数 ) 。3 与双钢球增力机构的比较图 1 和图 2 所示两种增力机构的技术性能比较如下 :大半圆孔约束圆柱 - 钢球增力机构具有结构更紧凑 ,结构刚性更优越 ; 运动的稳定性上可以看出 ,显然图 1 的运动的稳定性优于图 2 ,图 1 中大半圆柱的运动只有沿中心线的直线运动 , 而图 2 中活塞内的钢球运动为复合运动。图 1 中零件的结构工艺性优于图 2 中零件的结构工艺性 ,大半圆孔及活塞结构的加工更容易实现。63 组合机床与自动化加工技术nts当 L 0 时 ,需要优化确定冲压方向。3 冲压方向优化的算法3. 1 转角的多目标优化模型假设 Z 轴负向为冲压方向 ,零件只绕 X 轴和 Y 轴旋转。在优化冲压方向时 ,首先沿着 X 轴按一定步距截取若干个平行于 Y - Z 平面的截面 ,对于每个截面进行分析 ,确定设计变量 角的可行域。求所有截面可行域的交集 ,得到 X 方向上设计变量的公共可行域。在公共可行域内 ,对每一个截面的冲压方向进行优化。最后 ,将所有截面的转角值加权平均 ,得到拉延件绕X 轴旋转的角度 x 。同理 ,沿 Y 轴取平行于 X - Z 平面的截面 ,采用同样的方法可求得拉延件绕 Y 轴旋转的角度 y 。拉延件沿着 X 轴截取了 M 截面 ,沿着 Y 轴截取了 N 截面 ,分别确定各轴转角的可行域。然后 ,根据公式 (1) (6) ,求出各个截面的最佳转角 i 。最后 ,加权平均确定绕 X 轴或 Y 轴的转角 x 或 y ,即 = mi = 1 i i (7)其中 , i 为权系数。设 ( i) 为与 i 对应的评价函数值 ,令 gi =1/ U ( i) ,则 i = gig1 + g2 + + gm(8)这种权系数的取法 ,表明对应于 i 的评价函数的值越小 ,则其图 6 冲压方向优化设计流程图图 7 计算实例权值越大。3. 2 优化转角的搜索根据冲压方向优化模型和大型冲压件截面的特点 ,我们采用了遍历法求解问题。首先 ,输入冲压件零件模型 ,然后确定需要计算转角的坐标轴。沿着该轴截取 N 个截面 ,计算每个截面的可行域 ,并判断其是否满足工艺要求 ,不满足则退出。在计算完 N 个截面可行域后 ,求它们的公共可行域 ,判断是否满足工艺要求。如果满足 ,则根据公共可行域的域宽 L ,确定求解的步数 K。将 截面变换到公共可行域起始位置 ,以 L / K 为步长优化各个分目标函数 , 形成评价函数 , 并对评价函数优化。随着截面形状的转动 ,不断地以近优值替代当前值 ,最后获得最优值对应的最佳转角 i , 加权平均求 N 个截面的最佳转角 。接着 , 按照相同过程计算另一个坐标轴的最佳转角 ,最后将计算的结果输出。冲压方向优化的程序流程图如图6 所示 。4 实例验证图 7a 所示为轻型货车驾驶室前围挡板零件 ,可以作为一个典型的复杂冲压件来分析。根据前围挡板形状特征 ,沿 X 轴取6 个截面 ,沿 Y 轴取 5 个截面 ,对其冲压方向进行优化计算 ,得到转角为 x = $ 81. 2 , y = 0 (图 7b) ,计算结果与实际生产情况很接近 ,基本满足生产要求。参考文献 1 第一汽车制造厂工装设计室 1 汽车覆盖件冲模 1 北京 :机械工业出版社 ,19792 苏步青 ,刘鼎元 1 计算几何 1 上海 :上海科技出版社 ,19843 邓陟 ,王先进 ,陈鹤峥 1 金属薄板成形技术 1 北京 :兵器工业出版社 ,19934 肖景容等 1 模具计算机辅助设计与制造 1 北京 :国防工业出版社 ,1990收稿日期 :2003 - 03 - 05作者简介 :尤飞 (1972 - ) ,男 ,安徽全椒人 ,江苏技术师范学院讲师 ,工程硕士。 (编辑 江复 )(上接第 36 页 )4 结束语大半圆孔约束圆柱 - 钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统 ,结构简单紧凑 ,制造工艺简便 ;缺点仍是接触件的接触为点接触 ,不宜承受过大的载荷。大半圆孔约束圆柱 - 钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统 ,综合性能优于双钢球双钢球增力机构与无杆液压缸组合而成的夹具系统 ,设计夹具时应优选。参考文献 1 林文焕 , 陈本通 . 机床夹具设计 . 北京 :国防工业出版社 ,19872 钟康民 ,宋强 ,郭培全 . 钢球增力液压夹具 . 制造技术与机床 ,1999 (11)3 Zhong Kangmin , Guo Peiquan , W ang Zichang. Research onorthogonal reinf orcement cent rif ugal mechanism . Proceed2ings of international conf erence on mechanical t ra