耕田机地轮的制造工艺编制及焊接模具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩耕田机地轮的制造工艺编制及焊接模具设计摘要：地轮是耕田机关键部位，关系到该装置的使用效率与寿命，主要由轮圈、撑管、中心孔、加强筋、叶片五个零件焊接而成。本毕业设计主要研究耕田机地轮的生产制造过程，为了能够使该耕田机地轮大批量生产，设计地轮的组合焊接模具，使地轮的焊接生产过程模块化，有利于提高整个耕田机的生产水平，促进农业生产机械化水平的提高。关键词：耕田机；地轮；焊接；模具机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩Plow Machine and Wheel Manufacturing Process Preparation and Welding Mold DesignAbstract: Wheel is a key part to the plow machine which relates to the use efficiency and life of the device.The wheel mainly welded by the rims, bracing tube, center hole, the stiffener and the leaf five parts together. This graduation design is mainly study of wheel cultivator in manufacturing processe.In order to make the plow machine be able to mass production,design wheel combination welding mould, to made the land wheel of the modular production.To improve the production level of the cultivator, promote the improvement of mechanization of agricultural production.Key words: Plow machine; Wheel; Welding; The mold机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目 录摘要 .1关键词 .11 前言 .11.1 选题研究意义 .11.2 国内外研究的现状及发展趋势 .22 模具的设计选择 .32.1 叶片模具设计方案的选择 .32.1.1 冲载力的计算 .32.1.2 方案的比较及确定 .42.1.3 可调间隙方案的选择 .52.2 冲压模具的设计与方案选择 .52.2.1 冲载间隙的选取 .52.2.2 尺寸与公差的选取 .52.2.3 模具作用力中心的计算与确定 .72.2.4 凹模的设计方案的计算与确定 .72.2.5 凸模的设计方案的计算与确定 .72.2.6 凹凸模的固定方案的选择 .82.2.7 凹凸模的材料选择及工艺 .83 焊接夹具的设计选择 .83.1 焊接工艺概述 .83.2 夹具设计概述 .93.2.1 夹具的定义 .93.2.2 夹具的应用 .93.2.3 夹具的作用 .93.2.4 夹具的组成 .103.3 轮圈点焊夹具方案 .103.3.1 方案对比及确定 .103.3.2 方案设计计算 .11机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.4 点焊轮辐杆夹具 .133.4.1 方案的确定 .133.4.2 设计与分析 .143.5 叶片点焊夹具设计 .153.5.1 焊接夹具设计的意义目的及要求 .153.5.2 方案的分析与选择 .164 结论 .17参考文献 .18致谢 .19附录 .19机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩1 前言1.1 选题研究意义农业是国民经济的关键产业，关系到人民的生存大计，农业的发展状况直接影响着、左右着国民经济全局的发展 1。农业是国民经济中最基本的物质生产部门。农业是人类社会的衣食之源，生存之本。农业是工业等其他物质生产部门与一切非物质生产部门存在与发展的必要条件。农业是工业特别是轻工业原料的主要来源。如何让农业得到更好的发展，其中，农业机械化是农业发展必经之路 2。耕田机是工程机械的主要机种之一，广泛应用于农田建设。耕田机具有专用型强，设备投资少，工作效率高等优点。特别是在地表不平整，又有杂草树枝石块等杂物，且地下情况比较复杂，耕地情况比较恶劣的农田，耕田机的使用对提高耕田的效率，减少人力和物力资源的浪费、提高劳动生产率有重要意义。耕田机的地轮是其关键部位，主要由轮圈、撑管、中心孔、加强筋、叶片五个零件焊接而成，而地轮的结构与工艺关系到该装置的使用效率与寿命，因此有必要对其进行深入研究 3。本毕业设计主要研究耕田机地轮的设计与生产，为了能够使该耕田机地轮大批量生产，设计地轮的组合焊接模具。1.2 国内外研究的现状及发展趋势耕田机的历史悠久，早期的犁铧工具就是耕田机的雏形，只不过没有动力驱动。到了上世纪50年代开始，伴随着机械化的普及，社会的发展，整个社会劳动生产力的提高，而且在一些相关的部件和结构原理没有成型和系统的的研究，一些发达国家开始使用机械耕地机进行大范围的农耕化作业，大大提高了劳动生产效率 4。现在随着技术的不断进步和日益增多的工作要求，耕地设备的研究走进了一个新时代，较为成型的耕地设备不断涌现。但国内的耕地机的研究和起步较晚，经历了从犁铧式、圆盘式、螺旋式和链式耕地机的发展。总体来说，在我国除了极少数单位引进国外的连续式耕地机外，国产耕地机仍处于设计研发的初步阶段，随着社会主义市场经济的建立和完善，人民生活水平的提高，对农业提出了更高、更多的要求。作为一名当代机械类专业本科毕业生，应当以人民的需要为己任，以自身的专业知识灵活运用于生活，为人民的生活水平的提高尽一份自己的力量。国外最早生产耕地机的国家主要是美国和苏联，其发展过程大致相同。在国外，机械化的耕田机使用非常普遍，目前，特别是美国，其农耕业机械化水平几乎达到了百分之九十以上 5。而且，农耕机的自动化水平远远超出我国目前农耕业。纵观目前耕田机的国内市场，国内耕田机品牌杂乱无章，质量参差不齐，并没有形成系统的结机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩构化的的市场。在社会分工日益精细的今天，一个行业要想得到更好的发展，标准化是必不可少的一个过程。而地轮作为耕田机上与地表直接接触工作的部件，其重要性不言而喻，但是，其又是耕田机中最容易损坏的部件。所以，如何让地轮的生产标准化，是其研究的重中之重，使得对于整个耕田机而言，其组成的各个部件都是标准化，这样有利于耕田机在损坏之后的维修与部件的更换，达到延长耕田机整体寿命的目的，从而使得整个农耕行业的机械化水平得到极大的提高。因此，本毕业设计基于这一出发点，为了能够使该耕田机地轮大批量生产，编制地轮的制造工艺，设计地轮的组合焊接模具，使之模块化，顺应耕田机发展的趋势与需要，农耕业水平的整体提高 6。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2 模具的设计选择2.1 叶片模具设计方案的选择2.1.1 冲载力的计算图 1 叶片零件图Fig 1 Leaf blade part drawing分析：仅从数据分析此方案可行，但是由数据 可见，第一道工序所需要的冲载力与设备所提供的冲载力相差不大，对于设备的要求比较高。虽然此方案较其他方案省时，且生产效率高，但其硬性要求过高，会造成隐性成本升高。而且，此方案在设计模具时，两端的支撑处距离过小，不方便原料的进给，由此，判定该方案不合适。第三种方案：35T 的冲载力远高于各个工序所需要的冲载力，完全满足加工需求，而且加工质量可以得到较好的保证,但是，如果采用这种方法，生产效率较低，模具的数量要增加一套，加工成本也随之增加。但是，鉴于生产质量是我们生产产品的首要满足条件，所以决定采取第三种加工方案。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2.1.3 可调间隙方案的选择图 3 轮圈中心孔Fig 3 The center hole of the rims第一种方案：导轨式调节；（1）优点：导轨调节方便，快捷；其滑动方向与需要调整的方向保持一致，可以较好地达到调整要求。 （2）缺点：导轨之间的精度以及位置度要求都很高，制作工艺难度大，成本较高，对于产品的推广不力。第二种方案：螺栓联接调节；（1）优点：制造工艺简单，基本可以满足使用质量要求；（2）缺点：调整过程费时繁琐，而且螺栓调节的可靠性不高，有可能松动，需要及时检查和紧固。 综上所述，虽然第一种方法对于间隙的调节可靠性较第二种方案高，但是其较为高昂的制造成本，最终决定选择第二种方案。2.2 冲压模具的设计与方案选择2.2.1 冲载间隙的选取根据资料，查表可得，间隙值为：0.850 至 1.150，由于在使用过程中模具有可能会因为磨损而使间隙变大，所以基于上述考虑，设计与制造模具时选用最小合理间隙。2.2.2 尺寸与公差的选取由于公差尺寸未标注出来，所以取 7 加工精度为 IT4则 A=10.8B= 625机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩d= 0.5216图 4 轮圈Fig 4 rim of a wheel（1）冲孔模具尺寸计算 根据资料查得，取 x=0.75，则可得： 凸模尺寸： 0.2()(260.752)0.639pdx（3）凹模尺寸：0.250 0(min)(26.758.)74d ddxZ （4）（2）圆角与边模尺寸计算凹模尺寸：0.350.350()(1.87)196dAdX（5） . .24B（6）凸模尺寸：000.25.25(min)(1.87)1dpZ（7） .68)dX（8）（3）冲筋模的尺寸计算 冲筋模的制造精度不要求很高，满足需要即可。因为制机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩造精度过高导致制造成本的增加，不利于整套工艺的推广和发展。凹模的深度、宽度以及圆弧半径等都应该以工件要求的尺寸另加板料的厚度 5mm，而凸模尺寸不需要，其尺寸即为工件要求尺寸，凹凸模按配合法加工而得。2.2.3 模具作用力中心的计算与确定冲载压力的的合力的作用点称作该冲压模具的作用力中心。因此，为了使模具和压力机的工作顺畅不受阻碍，应该使该套模具的作用力中心与模具的模柄轴线重合。（1）落料模的作用力中心：因为工件在这道工序当中加工过程关于 X 轴对称，所以可得=0 0y(41/2)7.85X因此，可以知道在此模具的作用力中心的坐标为（27.85,0）（2）冲压半圆孔的作用力中心 由于在此工序的加工过程中，工件呈半圆孔形状的筒形；凸冲压模具为圆柱形，因此，可以看出其作用力中心在其圆心，即坐标点为（0,0） （3）压筋模具的作用力中心 易得两条加强筋可以看做关于 x 轴对称，所以，则0y=48.5 (461)cos0x=即在此工序中，模具的作用力中心坐标为（48.5,0）2.2.4 凹模的设计方案的计算与确定（1）落料模具及冲筋模具的凹模形状刃口的形状应该与工件的形状保持一致，形状相同 7。 （2）冲孔模具的选择：由于冲压该孔的精度要求并不是很高，而且该孔的形状简单，所以采用锥筒式刃口凹模，简洁方便，加工成本低。 （3）整体式凹模尺寸的计算（以冲孔模具为例）：由公式凹模厚度 30.1HF根据计算结果和实际情况以及下模厚度取 H=45；（4）凹模上螺孔与外圆距离的选择与计算（以落料模具为例）:根据资料查得，选用 M10 的螺栓；又可知，取 =16。而 ，取 =15.1.3.10.3d121.5d22.2.5 凸模的设计方案的计算与确定（1）凸模的长度的计算： ，其中：L凸模的总体长度； 导尺厚123=l+1l度； 附加长度； 凸模固定板的厚度；取 ， ；则可得2l3l 12l=03lL=20+20+20=60 （2）凸模的强度校核 a、承压能力校核机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩（11）min(4)/(5340)/16.8dt而凸模直径 d=26 6.8，所以可得承载压力能力合格。=b、抗纵向弯曲应力校核而凸模长度 L=60 ，因此可以知道该模具抗纵向弯=maxL曲应力能力合格。综上所诉，凸模的强度校核合格，方案可以通过。2.2.6 凹凸模的固定方案的选择冲孔凸模与上模板采用 H7/m6 过盈配合的方法固定。具体方法是将凸模压入上模板，然后将其磨平。其次，冲孔凹模与下模板是采用 M10 的螺栓固定 8。落料凹模、落料凸模、冲筋凹凸模的固定均采用螺栓固定的方式，但稍有区别，具体如图所示。2.2.7 凹凸模的材料选择及工艺根据资料可以查得，材料选用 Cr12，此材料的硬度为 HRC58-62以冲孔凹凸模具为例说明加工工艺过程。凹模的加工工艺过程如下：（1）下料：凹模毛坯采用轧制的刚料，然后在锯床上切断；（2）磨平：磨平上下两个平面；（3）划线：划出凹模中心线的各孔位置，然后划出型孔的轮廓线；（4）型孔粗加工：先按照之前画好的轮廓钻孔，除去废料，然后加工型孔，单面留精修余量 0.150.25mm；（5）型孔精加工：用已经加工好的凸模修整挫平以及压印；（6）孔加工：加工各个螺钉过孔以及销钉孔；（7）热处理；（8）重复第二道工序；（9）型孔精修：钳工研磨型孔，使其满足标准，达到使用技术要求。凸模的加工工艺过程如下：（1）下料：用轧制的圆棒料，在据床上切断；（2）固定部分加工：在车床上车出轴径为 ；（3）工作型面粗加工:在车床上车出凸模的轮廓，单面留出压印挫修0.259余量 0.150.25mm；（4）工作型面精加工：磨出工作面，并进行校验；（5）热处理；(6)精磨：研磨工作面使其满足标准，达到使用技术要求 9。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3 焊接夹具的设计选择3.1 焊接工艺概述焊接是现代工业生产中广泛应用的一种金属连接方法。它是通过加热或者加压（或二者并用） ，以及填充材料，使焊件形成原子或分子间结合的一种连接方法。焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接，被链接的焊接材料可以是同种金属或者不同种，同时也可以是非金属材料，从这里我们可以看到焊接的巨大优势。在焊接技术广泛运用以前，连接金属主要靠铆接。而与铆接相比，焊接具有节省金属材料、链接质量优良、生产率高等优点 10。在机械制造业中，广泛应用焊接技术制造各种金属结构件，如桥梁、船体、汽车、飞机、锅炉等；焊接也常用于制造机器零件或毛坯，如重型机械和冶金、锻压设备的机架、轴、齿轮等。此外，焊接还常用于修补铸件、锻件缺陷和局部受损坏的零件，经济意义十分显著。焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点不同，可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊方法的特点是将焊件连接处局部加热到融化状态，然后冷却凝固成一体，不加压力完成焊接；压焊的方法是在焊接过程中必须对焊件施加压力，可以加热也可以不加热的状态下，完成焊接。钎焊的方法是采用低熔点的填充金属即钎料熔化后，与固态焊件金属相互扩散形成原子间的结合而实现的连接方法 11。在我们耕田机地轮的焊接工艺中，一般采用钎焊的方法，不但可以满足质量要求，而且可以节约成本，操作简便，有利于推广。3.2 夹具设计概述3.2.1 夹具的定义为了加工出满足机械加工质量要求的工件，必须保证工件和刀具在机床上占有正确的位置和方向，并且在加工过程中得到保持，这种装置叫机床夹具，这一过程叫装夹或安装。如不特别说明，装夹或安装指对工件的装夹 12。装夹实际上包括了两个过程：一是使工件使工件相对机床、夹具或刀具处于正确位置，称为定位；二是对工件施加一定的外力使其保持这个位置在加工过程中不变，称为夹紧。3.2.2 夹具的应用夹具的应用十分广泛，按照夹具的应用范围可以分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具等。通用夹具用于对常见形状和精度要求不高的工件的装夹，对于形状较为复杂和加工精度较高的工件，不能满足使用要求。该种夹具调整能机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩力强，适用性广，主要适用于单件和小批量生产。专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。专用夹具由工厂专门设计和制造，能够提高装夹效率和加工精度，提高产品质量的稳定性，在大批量生产中的经济性远远高于使用通用夹具。成组夹具是根据成组加工工艺的原则，为一组形状相近的零件专门设计一种夹具，用于同一组多种零件的加工。它既有一定的效率和精度，又有一定的可调整性。组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。使用组合夹具可以缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具等优点。随行夹具在使用中随着工件一起运动，夹具和工件一起沿着自动线从一个工位移至下一个工位，直至完成全部工序后才将工件从夹具中拆卸。随行夹具主要用在形状复杂且不规则、又无良好运输基面的工件装夹 13。3.2.3 夹具的作用夹具在生产中的作用也十分巨大，主要有以下几点：（1）准确确定工件、机床和刀具三者的相对位置和方向，达到较高的加工精度。 （2）缩短辅助加工时间，提高劳动生产效率。夹具的使用过程包括两个方面：一是依靠夹具上面的专门装置，实现夹具在机床上正确位置的安装；二是通过工件上的基准面与夹具上的定位元件的接触，确定工件在夹具上的正确位置和方向，并通过夹紧装置保持加工过程中正确位置不变。使用夹具后，不但工件安装时间大幅度减少，有时还能省去划线工序，进一步减少辅助时间；同时由于工件安装稳定，有可能减少加工时间，取得更好的经济效益。 （3）扩大加工工艺范围。 （4）降低对工人的技术要求，减轻工人劳动强度，保障安全生产的目的的实现，具有重要意义 14。3.2.4 夹具的组成虽然夹具的种类繁多，结构复杂，但其主要组成根据功能可以分成几个部分：（1）定位装置，用于确定工件在夹具中的正确位置，通过它保证工件在加工过程与刀具间保持正确的位置关系。 （2）夹紧装置，用于保证在加工过程中，工件在夹具的正确位置不发生变化。 （3）对刀与引导元件，用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为引导元件。 （4）夹具体，是夹具的基座和骨架，用以连接夹具中的元件和装置，使其构成一个整体，并用于与机床有关部位进行连接，以确定夹具相对于机床的位置。 （5）连接元件，确定夹具在机床上正确位置的元件。 （6）辅助装置，根据夹具功用需要的其他装置 15。在一个夹具中，定位装置、夹紧装置和夹具体是必须齐备的，其他部分可以根据需要而定。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.3 轮圈点焊夹具方案3.3.1 方案对比及确定（1）定位方案：零件要求保证尺寸为内径 ，一般思维应该采用三点定位的290方法，用内圈定位。但是，考虑到在此工序进行之前的绕圈工序，为了便于圈的取出，因此有拔模斜度的存在，即所绕圈的尺寸大小不一致。而假如采取内圈定位，对于内径小于 的圈则存在一个不可能有三点同时与定位元件接触的问题，不符合三点290定位原理；同时考虑到为了操作的简单方便，故采用外圆三点定位，通过保证外圆的尺寸要求间接达到内径 的技术要求。 （2）夹紧方案：方案 a：采用螺栓34290夹紧；方案 b：采用偏心轮棘轮机构装置夹紧；方案 c：采用压杆机构，在压杆的尾部用一弹簧拉住压杆。分析比较：方案 a 的特点是螺纹有自锁性能，可以使压紧效果可靠，能承受一定的工作载荷，但压紧动作慢，工作效率较低。方案 b 的特点是压紧省力，可利用偏心轮的自锁性以及棘轮机构的共同作用来实现夹紧，但此机构承受冲击载荷的能力不强，夹紧轻易松动，安全性能较差；同时该机构复杂的结构，导致制造的不方便，成本较高，不利于大范围推广使用。方案 c 的特点是夹紧省时又省力，调整方便，但是由于弹簧长时间处于冲击载荷作用下，容易失效，因此需要定期更换弹簧。鉴于操作对夹紧装置的要求是：抵抗 2000N 左右的冲击力，并且能够使压紧迅速可靠，省时省力，因此综合考虑，选择方案 C。3.3.2 方案设计计算根据之前的分析，方案的设计计算主要有以下几个方面：第一，弹簧的选用计算，主要计算弹簧所受的力的大小，选用弹簧的材料与型号。一般是根据弹簧的最大工作载荷 、最小工作载荷 、工作行程以及其他尺寸限制和工作条件等，确定弹簧maxFminF丝直径 d、工作圈数 n 以及其他几何尺寸，并绘制工作图；第二，螺栓的校核计算，首先是根据连接的类型、连接的装配情况（预紧或不预紧） 、载荷状态等条件，确定螺栓的受力；然后根据相应的强度条件计算螺栓危险截面直径（螺纹小径）或校核及强度。螺栓的其他部分（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，是根据等强度条件以及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按螺栓螺纹的公称直径由标准中选定。（1）弹簧的选用计算 根据资料机械设计手册查得，选用 LI 型弹簧。根据该型号弹簧的使用条件，查表可得，选用材料为 65Mn，其部分参数为 G=78.5GPa E=196GPa 受力分析：以压杆为研究对象，如下图所示机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 5 压杆受力简图Fig 5 Compressive bar stress diagram根据杠杆原理： 12PLF（12） 其中 P=200kg=1960N =335.5 =115012L代入可得 =571.8N1lim/0.874.5FN为了能够使加工更加安全，适当选用较大型号的弹簧，其基本参数为：材料直径d=4.5.弹簧中径 ，节距 p=7.01，工作极限载荷 ，单圈弹簧工作2Dlim846.3FN极限下变形量 fid=2.242，单圈弹簧刚度 =378N/minK在正常工作条件下，压杆的受载荷不是冲击载荷，而是静载荷 =20Kg=196N，在此情3况下弹簧受力 =196N4F如下图所示，求出压杆的挠度 f：图 6 挠度示意图Fig 6 The deflection diagram3/fPIE（13）其中 20N153.816.5L96EGPa44/Idm代入得 .f弹簧刚度 455()/KFf机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩其中 50F5f代入得 K=20.7N/mm弹簧的有效圈数343/8(7.10.5)/(820.7)18.25nGDK（14）取 n=18.5弹簧的自由高度01()(8.5)4.2.560.2Hnd（15）（2）地脚螺栓的校核 弹簧所受的拉力为两螺栓共同承担的总拉力，则各螺栓在冲击载荷的作用下所受工作拉力： 61/57.8/265.9FN则螺栓所受的总拉力6PQ（16）其中 为残余预紧力，取P 61.5PQF则可得 62.5.9247FNmin413/d（17）取 0.8.24019.s MPa代入得 ： min35d而选取的螺栓为 M6，其 ，因此，地脚螺栓合格。mind=3.4 点焊轮辐杆夹具3.4.1 方案的确定（1）定位方案的确定：此工序需确定方孔轴套与轮圈之间的距离，以保证轮辐杆能固定于其中。定位方式经过分析，决定选用心轴定位，即四方心轴定位 17，由于轮辐杆长短不一，因此对于轮圈而言，并不适合定位，所以，对于轮圈不采用定位装置。（2）夹紧方案的确定：进行此道工序时，有较大冲击载荷，使得工件有两种相对运动：a.方孔轴套往上运动。b.轮辐杆的外端往上翘，从而将轮圈往上抬起。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 7 轮辐杆点焊夹具示意图Fig 7 Spokes rod welding jig schematic diagram1. 定位支撑轴 2.底板 3.定位元件 4.支撑块1. positioning support shaft 2. base plate 3. locating element 4. Support block现阶段的主要问题是，如图 7 所示，定位元件 3 在径向上的长度太短，距离定位支撑轴太远，当加工时，将轮辐杆锸入预定位置时，杆的末端与轮圈接触端往上跷，使轮圈往上抬，造成加工质量不稳定。由夹具的基本知识可以知道，机床夹具通过工件的定位基准与夹具的定位元件相接触，保证刀具与工件在加工前能处于一个正确的位置，称为定位；通过夹紧装置，使刀具与工件在加工过程中保持定位过程所确定的正确位置保持不变，称为夹紧。根据对该点焊夹具主要存在的问题的分析，确定其主要问题根源，从定位与夹紧两方面着手，重新设计点焊夹具，修正存在的问题。综合考虑工艺条件以及加工成本等问题，提出主要解决方案是：针对问题 a，用于定位的四方心轴其上加上螺纹部分，在方孔轴套上放一压板，用螺母拧紧。针对问题 b，把六个定位块做成在轴向长度为 80，安装的时候尽可能与四分心轴相近，以保证轮辐条外端上跷的可能变小。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 8 轮圈组合图Fig 8 combined figure of the rims1.中心孔 2.撑管 3.轮圈1. Center hole 2. Stay tube 3. Rims3.4.2 设计与分析定位轴及四方心轴与地板之间配合关系的设计：通过分析，有三种方案可以考虑方案 a：采用 H7/g6 配合，即间隙配合，外加螺栓、垫圈，用螺母固定。方案 b：采用 H7/g6 配合，同方案 a，但是其连接方式采用焊接加工成不可拆卸连接。方案 c：采用 H7/m6 配合，及过盈配合，外加螺栓压板、垫圈、螺母固定 16。通过分析可知：方案 a 的特点是：装配容易，有较好的互换性，在使用时间不长的情况下能保证加工质量。但是随着时间的增长，螺纹连接无可避免地会出现松动，在冲击载荷的作用下，四方心轴出现偏斜，导致定位不准确，达不到定位要求，加工质量下降。方案 b 的点是：能较好地解决方案 a 中出现的螺栓的松动的问题，但是不具有互换性，即当四方心轴磨损，达不到加工工艺要求时，不能再使用的时候，只能将整个底板更换，才能继续工作。方案 c 的特点是：此方案能够较好解决方案 a 出现的螺栓松动的问题以及方案 b 中不具有互换性的问题，符合工艺要求，同时具有经济效益的优势，但是在装配时的过程较方案 a 与方案 b 难。纵观上述方案，分析其优缺点，结合对生产质量以及经济效益的要求，决定采用方案 c，符合本设计的设计初衷。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.5 叶片点焊夹具设计3.5.1 焊接夹具设计的意义目的及要求焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。在焊接结构生产中，把用来装配并进行定位焊件的夹具称之为装配夹具；而专门用来焊接焊件的夹具称之为焊接夹具；把既用于装配也用于焊接的夹具称之为装焊夹具；它们统称为焊接工装夹具 17。对焊接工装夹具的要求：（1）焊接工装夹具应动作迅速，操作方便，操作位置应处在工人容易接近，最易操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最容易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时应能自锁。（2）焊接工装夹具应有足够的装配焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸，所有的定位元件和夹紧装置应与焊道保持适当或者布置在焊件的下方和侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。（3）夹紧可靠，刚性适当，夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大，产生较大应力。（4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置 21。（5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或对压头行程进行限位，加大压头接触面积，添加铝铜衬垫等措施。（6）接近焊件部位的夹具，应考虑操作手柄的隔热和防止焊接飞溅对夹紧机构和定位元件表面的损伤。（7）夹具的施力点应位于焊件的支撑处或者布置在靠近支撑处的地方，要防止支撑反力与夹紧力，支撑反力与重力形成力偶。（8）注意各种焊接方法在导热导电隔磁绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。（9）用于大型板焊接结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度，尺寸精度影响较大。（10）在一个夹具上，定位元件和夹紧机构的的结构形式不宜过多，并且尽量选用一种动力源。（11）工装夹具本身具有较好的制造工艺和较高的机械效率。（12）尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来制作工装夹具 18。3.5.2 方案的分析与选择该道工序的目的在于把叶片以及加强筋焊接在轮圈上，完成该道工序对夹具的要机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩求：保证叶片与地板垂直，夹紧动作迅速，省时省力。图 9 地轮装配示意图Fig 9 Wheel assembly diagram1. 加强筋 2. 叶片 3.轮圈1. To strengthen 2. The blade 3. The wheel rim（1）定位方案的确定：根据叶片点焊的位置可知，该道工序要求保证叶片与地板垂直，因此需要采用的定位元件是一个与地板垂直的挡板，同时能够对叶片上的加强筋进行限位。（2）夹紧方案的确定：此工序要完成 11 快叶片以及 11 条加强筋的点焊，因此考虑到叶片与加强筋的数量较多，首选方案是可以一次性把叶片夹紧的机构设计。在夹紧方案上，提出三种思路：方案 a 在每个小挡板上加上一个螺钉，通过旋动螺钉夹紧每个叶片；方案 b：采用旋转盘联动结构，整个轮圈置于改旋转盘上，在旋转盘的延伸的 11 条横杆的末端同样也做一块与地板垂直的挡板，同时在其中任何一个挡板上加入一个螺栓，通过联动结构，只需要固定一处，即可将 11 块叶片同时固定；方案 c：采用改变夹紧力的方式来设计夹紧装置，通过斜锲联动机构一次夹紧 19。仅仅从加工质量要求的来看，以上三种方案均能达到要求，但各有其特点：方案a：结构简单，制造成本低，但费时费力 20。方案 b 和方案 c 的显著特点是：11 块叶片夹紧的动作一次性完成，大大提高了功效，但是两种方案的结构较方案 a 的结构复杂。此外，方案 b 与方案 c 相比，方案 c 的结构更为复杂，加工成本也更高。综合以上考虑，方案 b 无疑为最优选择。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 10 焊接夹具组合示意图Fig 10 Combination of welding jig schematic diagram1.底盘 2.固定件 3.连接件 4.转动盘 5.挡块 6.紧固件 7.螺栓1.the chassis 2.connector 4. Rotating disk 5. Block is 6. Fasteners 7. Bolt机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩4 结论本次毕业设计主要完成耕田机地轮的焊接夹具设计，在整个设计中，需要我们对耕田机地轮的制造过程进行全面具体的研究和规划，不仅要合理实用，而且尽可能便利和降低生产成本 21。总的来说，本毕业设计的课题范围很宽，因为设计者作为一名未出校门的在校大学生，故从中选取焊接夹具的方向进行研究。在设计中，根据夹具的的设计准则和设计要求，通过严格的计算和审核，然后查规范手册使各个部件达到最佳选择，设计计算力求认真准确，设计制图方面采用新的国家标准和行业标准 22。此次所做的设计，一方面是用书本的知识如机械原理，机械设计，材料力学，理论力学，工艺学，机械制图等来做一套设备，提高自己的实践设计能力，在设计时对所学的知识能有一个全面地加深，从而对自己的专业知识有更深的了解，尤其是在设计遇到困难的时候，可以针对自己的不足，有针对性去改正自己的缺点，提高自己的不足；另一方面这是对探求真理、强化社会意识、进行科学研究的基本训练，提高我们的综合素质和实践能力有不可替代的作用，是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现，是培养我们实践能力，创新意识的摇篮 23。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩参考文献1 王同洲.制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2000： 67-89.2 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2004：77-90.3 华南农业大学.农业生产机械化M.北京：中国农业出版社，2001：64-98.4 邹慧君.机构系统设计与应用创新M.北京：机械工业出版社，2008：122-140.5 胡石玉.模具制造技术M.南京：东南大学出版社，1997：89-93.6