汽车后制动蹄夹具设计与装配工艺规划（有cad源图等）.doc

汽车后制动蹄夹具设计与装配工艺规划（有cad源图等） 本科毕业设计论文 题目:汽车后制动蹄夹具设计与装配工艺规划 院 (系): 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 学 生: 学 号: 指导教师: 72013年 5月 汽车后制动蹄夹具设计和装配工艺规划摘 要 根据制动蹄夹具设计的加工要求,本设计的主要内容汽车后制动蹄夹具设计和装配工艺规划,工件在加工前必须首先使它工件装夹的实质,就是在工件上进行定位和夹紧,装夹工件的目的,就是通过定位和夹紧而使工件过程中始终保持其正确的加工位置,以保证达到该工序所规定的的加工技术要求,定位和夹紧分别是工件装夹的一个环节,只有将二者综合结合起来,先点位再夹紧,才是装夹。全面考虑夹具设计所需的部件以及各个部件的布局,明确各个部件的作用以及技术要求,从工件出发,分析及确定加工用量,根据切削用量选择动力部件设计传动链,一方面,夹具设计是工件能否在夹具上加工的关键,根据工件技术要求,分析定位,挡板,支撑板定位,限制了工件的六个自由度,保证加工要求。本设计设计出了器械和汽车后制动蹄夹具设计和装配工艺规划,解决了工件夹具以及夹具上难加工的工件,制动蹄片是汽车后制动器系统的一个重要部件,制动蹄片的质量是直接影响制动性能的零件,基准是用于确定生产对象上几何要素间的几何系所依据的点,线,面,在加工中用以定位的基准称为定位基准。 关键词:夹具;工件;制动蹄片After the car brake shoe fixture design and assembly process planningAbstract According to the requirements of the brake shoe fixture design and processing, the main content of the design of automobile rear brake shoe fixture design and assembly process planning, the workpiece before processing must first make it the essence of the workpiece clamping, positioning and clamping on the artifacts, is the purpose of the clamping workpiece, through the positioning and clamping and machining process always maintain the correct position, to ensure the processing technical requirements specified in the process, positioning and clamping workpiece clamping of a link, only combine the comprehensive point first, then the clamping, is clamped. Required fixture design fully consider the layout of the components and parts, clear, and technical requirements of parts, from artifacts, analysis and determine the treatment dosage, according to the cutting parameter selection design of component of power transmission chain, on the one hand, fixture and machining can on the jig design is the key, according to the requirements artifacts technology, analysis of positioning, baffle, the support plate positioning, limits the six degrees of freedom of workpiece, processing requirements. After this design to design the equipment and automobile brake shoe fixture design and assembly process planning, solve the difficult processing artifacts on work-piece jig and fixture, brake shoe is after the car brake system, an important part of the brake shoe is directly affect the quality of the braking performance of the parts, the benchmark is used to determine the production object between geometric elements on the point which is the basis of the geometric series, line, surface, used to positioning in the processing of datum is called positioning datum Key words: Fixture;artifacts;brake shoe 目 录1 绪论11.1前言21.2 夹具的概况41.3国内外研究51.4本文主要研究内容52 汽车后制动蹄形式的选择及原理的确定62.1汽车后制动蹄的性能确定62.1.1汽车后制动蹄结构设计原则72.1.2汽车后制动蹄性能及参数的确定82.2 汽车后制动蹄原理确定83 汽车后制动蹄方案设计93.1设计工具的选择93.1.1造型功能103.1.2绘图功能113.1.3装配功能113.2汽车后制动蹄方案的设计114 汽车后制动蹄主要零部件的结构设计124.1制动蹄装置零件的结构设计12 4.1.1制动蹄的结构设计134.1.2汽车后制动蹄的结构设计154.2定位、夹紧装置、平衡零件的结构设计205 汽车后制动蹄的计算分析215.1制动蹄的分析与计算215.1.1制动蹄的分析235.1.2.制动器制动力矩计算245.1.3制动器计算245.2汽车后制动蹄的定位及精度分析255.2.1工件的定位255.2.2制动力矩分析256 汽车后制动蹄的装配工艺设计与仿真266.1装配的基本概念276.2汽车后制动蹄的装配286.3汽车后制动蹄的装配工艺规划296.3.1汽车后制动蹄装配流程296.3.2装配工艺过程296.4装配运动仿真306.4.1装配仿真的概念306.4.2产品装配仿真的实现306.4.3装配后操作306.5汽车后制动蹄的运动演示316.5.1动态爆炸视图316.5.2汽车后制动蹄运动演示317 结论32参考文献34致 谢36毕业设计(论文)知识产权声明37毕业设计(论文)独创性声明38若需要cad图等其他文件,请加Q:1985639755主 要 符 号 表 M 制动器摩擦力矩 Af 每齿进给量 V 铣削速度 D 制动蹄内径B 摩擦衬片宽度 A 制动衬片工作面积 d 制动器中心到张开力F的作用线的距离 Vf 进给量 L 切削长度 N 机床主轴转速 K 制动器效力因素 F 摩擦力 P 制动蹄端推力 R 制动鼓工作半径 MPaA 制动蹄贴靠压力 MPa 制动蹄片与制动鼓内工作表面接触面积1 绪论1.1前言 一个的产品受制于多种因素,其中产品设计是基础,工艺设计是保障,这两者相铺相成,缺一不可。夹具设计是机械产品工艺设计的重要内容,是机械工艺师应具备的主要能力之一1。现代社会,科学技术迅速发展,产品市场融为一体,机械工业化生产是主要特征;产品,制造系统和经营管理是运作制造企业的三个基本要素。在当代买方市场条件下制造系统经常成为新产品快速上市,按订单进行产品变换生产和运作管理的瓶颈所在。 从系统工程的观点按系统结构而言,将制造系统的静态结构定义为:制造系统是由生产设施,机床,夹具,物料传送装置,工人和其他附属装置组成的统一集合体,由生产信息/知识,技术,方法和软件支持它。它实现从生产对象(原材料与零配件)转变成有规定功能与适合顾客需要的产品,从而满足市场的需求。 由此可见夹具是制造系统中与工件直接接触部分,因此为了解决制造系统的快速重组,快速响应以及质量,可靠性等问题,夹具起到重要的作用。所谓机床夹具,是指用来装夹工件,使工件固定在机床上,利于加工成标准件的一种装置。机床夹具作为机械制造业中不可或缺的重要环节,对整个机械制造业的水平提升有着极其蕈要的影响,甚至有些时候是关键性的影响。如果要实现机械制造的现代化,必须首先提高机床夹具的现代化水平,提高机床灾具的制造效率,实现机床夹具的标准化。然而,传统的机床夹具还占据着机械制造业的绝对主导地位,这成为了机械制造业的现代化进程的障碍因素。由于机床具的优劣,决定着机电产品标准件的质量和制作精度,机床夹具设计对机电产品的质量有着非常重要的现实意义,随着机械制造领域理论研究的日益深入,机床夹具的设计必将迎来充分发展的时期。而传统的夹具就成为制约产品快速上市的瓶颈.企业迫切需要提高夹具设计的效率。因此,必须认真解决传统的机床夹具存在的问题,促进机电产品的规模化生产。1.2 夹具的概况 夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具是工艺装备的主要组合部分,在机械制造中占有重要地位。夹具对保证生产质量,提高生产率,减轻劳动强度,扩大机床使用范围,缩短产品周期等都具有重要意义。目前,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中,要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性,以缩短生产准备时间、降低生产成本,所以,按单一品种设计专用夹具的方法已不能满足生产发展的要求,而组合夹具正是适应这一生产模式的柔性工装设备2。它对缩短工艺装备的设计、制造周期,以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业的主要发展。 夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置,是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、引导元件、其他装置、连接元件和连接表面及夹具体组成。机床夹具按夹具特点分为通用夹具、专用夹具、可调夹具;按使用机床分为车床夹具、磨床夹具、铣床夹具、刨床夹具、钻床夹具、镗床夹具、自动线夹具和其他夹具;按夹紧动力源分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具真空夹具和其他夹具3-4。 在机床夹具设计中,主要任务是根据客户提出的设计任务要求, 结合被加工零件、金切设备及其切削方式和参数, 合理选择定位方式, 设计合理的定位支承元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等装置或元件。其设计流程的关键点是: 首先应分析使用夹具时, 造成被加工零件表面位置的加工误差因素, 合理分配夹具定位精度; 其次要根据加工过程中被加工零件受到的切削力、惯性力及重力等外力的作用, 合理选择定位方式、支承点、夹紧点、夹紧力大小及其作用方向, 设计合适的夹紧机构, 以保证被加工零件的既定位置稳定可靠; 第三是设计夹具对定; 最后校核夹具关键零件强度和设备进刀抗力等, 最终完成全套夹具图设计5。对上面的夹具设计过程进行归纳,可以把以上夹具设计步骤归纳为三步, 安装规划, 夹具规划和夹具构形设计6 工件定位的实质,就是要使工件在夹具中占有某个位置。工件定位的基本原理是六点定位原理,即 一个物体在空间直角坐标系中具有六个自由度?沿三个互相垂直的坐标轴的移动自由度及绕三个坐标轴的转动自由度?,要使工件在夹具中占有确定位置,就要用六个定位支撑点与工件接触,并保证支撑点合理分布,每个定位支撑定位点限制一个自由度,使工件六个自由度完全受到限制。工件定位表面有各种形式,总是采用一定的定位结构元件。而这些定位元件一定要与工件的精度相适应;要有足够的刚度、不允许受力后发生变形;要有耐磨性,以便使用中保持精度。典型的定位方式有:以平面定位、以圆孔定位、以外圆柱面定位及组合定位等7。1.3国内外研究 夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前,Joneja以及Ferreira等人在进行CAPP 方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计CAFD 就夹具方面也作了一些工作:Chou YC ,Chandru V等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;De Meter EC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;Markus A等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计 AFCD 中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD 研究者都承认,在一个成功的AFCD 系统中, 工件的几何形状是一个关键因素。Nnaji B ,Alladin S等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost 和Goldberg 提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多研究者大多借鉴了Brost 和Goldberg 的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,Yu and Goldberg 的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai 等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger 与DeMter 提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。 目前中国制造业发展迅猛,以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样的零部件,导致改型和生产个零部件周期较长。随着我国制造业发展和各种各种零件的需求与日俱增,加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上,因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。当然,在满足了柔性的条件下、也有着不同的解决方案,如:模块化、可变换化、可重新配置化、在线兼容性等。不论采用哪种方案,使用高性能的液压夹具都显得尤为重要,现在,柔性专机、可重新配置的机床及专用加工中心的组合应用,使得发动机零件的加工变得越来越柔性化,具体情况取决于每个加工项目的产量配额。 在21世纪的时代,计算机辅助设计技术在夹具领域内应用十分广泛。计算机辅助夹具设计方法大体上有描述方法、夹具分析方法、夹具综合方法9。在国外CAFD研究内容在装夹规划,夹具构形设计及夹具性能评价等方面。在装夹规划方面: 基于快速夹具构形设计系统研究了定位方法在自动组合装夹规划系统中对夹具元件和工件的几何关系进行了分析 , 对自动组合装夹规划中的夹装精度, 夹紧规划, 夹具可及性及夹紧稳定性进行了研究, 一旦装夹规划确定了, 分析结果会应用到夹具设计的性能评价中。在夹具构形设计方面: 从装夹规划到夹具构形设计,对CAFD进行了深入而广泛的研究, 开发了基于孔系的自动组合夹具构形设计系统,在快速反应制造中开发了自动定制夹具构形设计系统。在夹具性能评价方面: 提出了一种基于遗传算法GA的夹具布局优化技术,可以减少由于夹紧力和切削力所引起的加工表面的变形,以及提出了基于约束和遗传算法的定位和夹紧布局优化。国内夹具CAD的研究起源于20 世纪80年代中期。目前, 对夹具CAD研究的内容越来越深入和具体, 参与研究的学术单位和团体也越来越多。近年来, 国内夹具CAD研究的主要内容大部分集中在装夹规划和夹具构形设计方面, 部分对夹具性能评价的研究穿插于上述两方面。装夹规划方面:开发了从数据库中选择定位和夹紧元件进行夹具的组装方法; 针对孔系组合夹具采用了工件外轮廓规约化方法, 确定工件可行夹紧点方案集合, 对夹紧方案的自动规划方法进行了研究等等。构形设计方面:实现了夹具原件的快速装配等11-12。 由于其现有的制造和标准化生产的广泛应用,在很多关于CAFD研究和应用的报道中,模块化夹具的原则被通用夹具设计所采用。早期的CAFD技术在模块化夹具中仅仅用了一个CAD系统中装配的起草能力。如支撑板,定位器,支持器和夹具元素存储在数据库中。在夹具概念的基础上,首先,设计人员指定主定位面(点)及其定位的位置,合适的夹紧面和位置,然后选择并放置在所需的位置适当的夹具元件。虽然是在采取产生夹具装配的总时间减少,但是最终的设计在很大程度上取决于设计者的经验。因此,他们只能提供给夹具工程师们一个简单的工具,根据商业CAD软件的一些扩展功能来做手工夹具设计。因此,当前工业的CAFD应用非常有限,即使有许多报告的研究成果。 在过去的十年中,许多重点一直放在计算机辅助夹具设计的智能方法,寻求一种专门贯穿嵌入更多的设计技术到半自动化或自动化CAFD系统。目前,即使众多的技术集中在夹具设计中,并取得了一些成绩,但是成熟的商业化CAFD应用也很有限。夹具设计在目前的制造业推广中仍是主要关键所在。这项工作目前是由一个以典型的设计师为中心的模式,即所有夹具设计相关的工作是依靠大量的夹具设计经验和知识。这种状况阻碍了生产力的提高,需要一个很长的时间来培养有经验的设计师,使夹具设计工作的一大关键薄弱。因此,新的智能化或自动化技术、传统的几何设计工具、设计知识和过去的设计案例,应吸引在学术机构和行业的兴趣13。 在装配工艺规划中,装配工艺文件作为一种工艺规程文件, 是装配工艺规程信息的载体, 是装配人员进行装配操作的指导依据,是装配工艺规划中的一个极其关键的环节。传统的手工制作装配工艺文件方式的效率低下, 劳动强度大, 难以满足企业在短时间内制作大量装配工艺文件的需求, 因此利用计算机辅助手段自动生成装配工艺文件, 从而提高企业的生产效率是广大企业的迫切要求。装配工艺文件自动生成的实质是用计算机来完成原来由工艺人员所从事的单调的重复工作。其中包含了以下几种关键性技术: 装配工艺文件模板个性化设计; b. 装配信息处理; c. 装配工艺示图自动生成; d. 装配工艺示图标注; e. 装配工艺文件编辑14。1.4本文主要研究内容 本课题主要研究汽车后制动蹄夹具的工艺分析;汽车后制动蹄适用零件工件工件的定位分析(自由度);汽车后制动蹄零件夹具定位误差计算、夹紧力的分析与计算;汽车后制动蹄零件夹具的工作原理;设计中存在的问题;汽车后制动蹄零件夹具装配工艺设计与仿真。 2 汽车后制动蹄形式的选择及原理的确定 设计需要经过概念设计、技术设计和详细设计三个阶段15。在概念设计阶段要完成汽车后制动蹄原理的确定、加紧部分形式的选择等。在技术设计阶段要完成汽车后制动蹄结构方面的设计,即从作用结构或原理出发,根据技术观点和经济观点来明确地、完整地拟定组合结构,对各主要零部件的主参数进行选择和计算。详细设计阶段是最终规定所有夹具零件的形状、尺寸和表面光洁度和确定材料等,并完成其在物质上实现所需的有关图纸和其它技术资料。2.1汽车后制动蹄的性能确定 据统计汽车交通事故的40%与汽车的制动性能有关,当然汽车制动性能就是人们关心的话题,那么为了改善其制动性能,设计新型的制动器成为新的课题。鼓式制动器主要参数的确定(制动鼓内径D、摩擦衬片宽度b、包角、制动器中心到张开力F的作用线的距离d、制动蹄支撑点位置坐标a和c 等)。鼓式制动器主要参数的确定(制动盘直径D、制动厚度h、摩擦衬片外半径R和内半径r、制动衬片工作面积A等)。2.1.1汽车后制动蹄结构设计原则 汽车后制动蹄的结构应该合理、可靠、高效、经济和安全的原则16。 1)汽车后制动蹄与机床的位置关系 汽车后制动蹄在机床上的安装位置和联接要正确可靠 2)汽车后制动蹄的刚度和强度 汽车后制动蹄零件和部件既要重量轻,又要具有足够的刚度和强度,尤其是汽车后制动蹄更应具有足够的刚度,以保证装在汽车后制动蹄体上的各元件的位置不变,并且在加工过程中不发生振动,从而保证工件的加工精度。 3)汽车后制动蹄操作和使用上要求 装卸工件方便,汽车后制动蹄在机床上安装要容易,没有可能失落的可卸小零件。避免汽车后制动蹄积存冷却液,也不要使冷却液留在机床外面。 4)安全和可靠性要求 汽车后制动蹄上的零件要防止在工作过程中松脱并加防护装置。汽车后制动蹄与机床的联接要安全可靠。工件在加工过程中不至于脱落。摩擦副和传动副要考虑适当的润滑。 5)汽车后制动蹄零件结构的工艺性 汽车后制动蹄零件在加工和装配时便于加工、测量和调整,维修方便。2.1.2汽车后制动蹄的性能确定a. 汽车制动蹄性能要求 汽车后制动蹄在性能方面应该满足下列要求17-18:功能方面:能快速夹紧、松开(比机械夹紧节省90%95%的时间), 降;产生并保持夹紧力;体积小,造型美观;适用范围广,即可用普通车床床,又可用数控机床,自动化程度高。 可靠性方面:故障率低(可达0.26);抗冲击振动。 材料及经济性方面:材料耐磨性好;价格便宜。使用方面:操作、安装、维护方便(结构简单,操作、安装用时短);工作安全可靠、使用寿命长。b. 汽车后制动蹄基本性能参数的确定表2.1 汽车后制动蹄的性能汽车后制动蹄参数 汽车后制动蹄的外径(mm) 汽车后制动蹄的工作压力(MPa) 汽车后制动蹄夹紧力 汽车后制动蹄重复装夹精度(mm) 使用寿命 210 0.21 不低于制动蹄0.050.10 20年2.2 汽车后制动蹄原理确定 汽车后制动蹄夹具设计主要研究的是夹紧,分度,定位。从能方便地进行加紧和定位,并能较为准确的实现分度而初步拟定两个方案方案1:案一:(1)工作原理:方案一通过紧固装置压紧工件,夹具结构简单,操作方便,便于装卡,但加工精度较低,是压板夹具。(2)组成结构:1?双头螺柱 2?带肩六角螺母 3?垫圈 4?压板 5?定位销 6?六角螺母1?双头螺柱 2?带肩六角螺母 3?垫圈 4?压板 5?定位销 6?六角螺母图2.21 制动蹄压板方案二:(1)工作原理:第二种方案,装卡相对繁琐,操作较繁琐,单加工精度较高,也是压板夹具,都是通过紧固装置压紧工件。(2)组成部分:1?双头螺柱 2?带肩六角螺母 3?垫圈 4?自锁弹簧 5?挡板 6、7?支撑块 8?紧定螺钉 9?定位销 10?压板? 1?双头螺柱 2?带肩六角螺母 3?垫圈 4?自锁弹簧 5?挡板 6、7?支撑块 8?紧定螺钉 9?定位销 10?压板图2.2.2 制动蹄挡板下面我们对两种方案的优缺点进行对比: 表2.2方案对比方案一方案二工件为一个整体两个单独的零件工件装夹简单方便较为繁琐定位元件少多定位误差低高加工精度低高夹紧元件多少加工难易较为容易容易加工两种方案均为压板夹具,具体结构如上两图所示。通过紧固装置压紧工件。第一种方案,夹具结构简单,操作方便,便于装卡,但加工精度较低。第二种方案,装卡相繁琐,操作较繁琐,单加工精度较高。通过比较决定采取第一种方案进行加工。3 汽车后制动蹄方案设计 在本章要完成汽车后制动蹄整体结构方面的设计,即从作用结构或原理出发,根据技术观点和经济观点来明确地、完整地拟定组合结构,对各主要零部件的主参数进行选择和计算,确定出汽车后制动蹄的具体结构形式,绘出其装配图。3.1设计工具的选择 目前,作为仿真技术的重要分支和应用,以CAD技术在我国的机械行业已经相当普及了,很多企业基本上实现了无图纸化生产,当前在市场竞争日益激烈的情况下,为了达到这个目的,企业必须在产品开发的早期就考虑产品的工艺性、可制造性、可装配性、力学特性等因素,只适合二维图形处理的CAD系统己经无法胜任这些工作。因此在市场上出现了很多三维实体以CAD系统生成的产品模型,可以直接输入到相应的系统中进行有限元分析、可制造性分析、加工模拟等工作,从而可以大大的缩短产品的开发周期。例如UG、Proe及Solidworks。在众多的三维CAD系统中,以创新著称的Windows原创的Solidworks软件独树一帜19-20。 Solidworks是一套基于Windows的CAD造型系统,是由美国Solidworks公司研制开发的,它采用了自顶向下的设计方法,可动态模拟装配过程,并且基于特征进行实体建模,100%的参数化设计与可修改性,同时实现空间曲面,曲线造型功能也十分强大。另外它开放的接口便于和其他软件的集成,目前包括SurfaceCAM,SmarTeam,CosmoWorks等与Soliwdorks集成的应用软件达200多个,形成了以设计自动化软件So1idworks为核心的基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM集成系统,总结起来Solidworks的特点主要有如下几点: 具有独特的特征管理员,提供的特征管理员设计历史树同具体的实体模 型是实时的动态联结。 具有强大的实体,曲面建模功能和直观的Windows用户界面 支持Windows的DDE机制和OLE技术 支持Internet技术,可以共享设计数据 双向关联的尺寸驱动机制 提供了VB,VC+和其他支持OLE的开发语言的接口 下面我们将从造型,绘图,装配三方面来着重介绍Solidworks:3.1.1造型功能So1idworks提供了新一代的造型功能,它包括了草图和实体,参数化特征造型技术,提供了丰富的基本特征,并且提供了用户子定义特征的功能,通过使用So1idworks所提供的各种标准或用户子定义的特征,可以方便的在设计任何阶段修改零件模型,并自动将这种修改传递至与之相关的各种模型包括装配零件模型,绘图模型。可以通过输出*.dsn文件,将建造好的零件特征模型传给SurfCAM系统,还可以传至iges标准文件与其他的CAD系统进行联结。3.1.2绘图功能 工程绘图系统drawing主要用于三维模型的工程图纸绘制与输出,可同时编辑多张图纸。当设计人员建图纸文件时,可以将part文件上的特征历史树的总结点用鼠标点取移动到图纸文件上,图纸文件上自动生成三视图,绘制的图纸上可以自动标注尺寸,图纸与模型是相互关联的,当模型上的尺寸或造型改变时,图纸也相应的变化。视图包括标准视图、投影视图、一般视图、局部视图以及剖面视图,是零件或装配体在图纸上的某种形式的投影。在视图上可以增加或删除符合国标的工程标注,系统随时维护三维模型与二维绘图的一致性。注释及辅助线段,圆注释和辅助的线段,圆用于给图纸增加一些视图中未给出的信息,如加工注意点,材料选择等。3.1.3装配功能 Solidworks中装配的功能是由用户指定装配体中各零件之间的装配约束关系,将零件装配成装配体。装配系统不但可以将零件装配起来,也可以读入已经装配好的装配体,作为子装配体进行新装配,子装配体在装配过程中可以视为一个整体,等效于一个零件,它可以模拟装配的全过程。由于Solidworks具有以上强大功能,还具有标准件库及Animator动画制作功能,可进行图形转换,因此设计中选用此软件进行设计。3.2汽车后制动蹄方案的设计 汽车后制动蹄的主要零件及说明如表3.2中所示。表3.2 汽车后制动蹄的主要零件图3.2汽车后制动蹄的总体结构汽车后夹具的结构多种多样,根据用途、使用的方法、所实现的功能的不同,其结构也不相同。汽车后制动蹄具的使用性比较广,可以根据结构不同,分别可以用于不同的机床中。汽车后制动蹄夹具的功能较多,前面性能参数确定部分以有说明,其功能大致如表所示:表3.2 汽车后制动蹄夹具功能列表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 结构功能 能快速松紧及夹紧 产生并保持夹紧力 自锁 自动化程度高 润滑 动力装置可以更换 体积小,造型美观 即可用于普通机床又可用于数控机床 本次设计的汽车后制动蹄并不能完全满足上面的功能,只能满足其中一部分,即1.能快速夹紧、松开;2.产生并保持夹紧力;3.自锁功能5.结构具有润滑功能;7.体积小,造型美观;8.既可用于普通机床又可用于数控机床。4 汽车后制动蹄主要零部件的结构设计 本章根据汽车后制动蹄的工作要求对主要零部件进行结构设计,并根据结构设计绘制装配图和零部件图。其具体参数及技术要求见附录二维图。4 装配图1 4装配图24.1传力装置零件的结构设计 4.1.1汽车后制动蹄的结构设计 汽车后制动蹄与机床主轴相连,与夹具体做成一体,其具体说明及图形表4.3中所示。表4.1 汽车后制动蹄的结构设计结 构 图 形功能材料重量要求安装方法用来连接主轴与夹具体;基本尺寸厚度为15mm,外圆半径R210mm,圆柱面高度125mm100N主要表面精度应达到0.01mm。孔应该与T型槽用螺钉之间隙应达到0.01mm,且两者之间应该运动灵活。采用T型槽用螺钉进行螺纹联接工作原理通过汽车后制动蹄与机床主轴相连,在与夹具体相连接。 结构说明 根据实用机械加工工艺师手册选用立式升降铣床X5012,已知要求端面尺寸15mmX15mm,粗糙度Ra6.3,所以本加工序为:粗铣?半精铣4.1.2汽车后制动蹄的结构设计 制动蹄是整个系统的支撑部件,其具体说明及图形如表中所示。 表4.1.2 汽车后制动蹄的设计 结 构 图 形 功能材料重量 要求安装方法用来支撑汽车后制动蹄这个系统查阅资料,制动蹄的尺寸为:基本尺寸厚度为15mm,外圆半径R210mm,圆柱面高度125mm200N夹具体和汽车后制动蹄,配合选用H7/h6,夹具体与制动蹄接触的面进行配合保证间隙0.0080.01。凹槽和T型槽专用螺钉工作原理装卡相对繁琐,操作较繁琐,单加工精度较高,也是压板夹具,都是通过紧固装置压紧工件。结构说明根据实用机械加工工艺师手册选用立式升降铣床X5012,已知要求端面尺寸15mmX15mm,粗糙度Ra6.3,所以本加工序为:粗铣?半精铣夹具体配合表面进行精加工,虽然制动蹄外圆表面不是配合面,但它是整个汽车各部分的加工基准和测量基准,也是装配时的装配基准,因此必须进行高精度加工,以备使用。4.1.3汽车后制动蹄的结构设计 汽车后制动蹄主要是将固定工件到,通过紧固压紧装置夹紧,便于装卡,但加工精度较低,是压板夹具,是实际中最重要的一部分。其具体说明及图形如表所示。表4.3 汽车后制动蹄的结构设计结 构 图 形功能材料重量要求安装方法1.用来对工件进行固定。2.直接与夹具体相连。R210119N两端面的精度要达到0.01mm,保证与夹具体和工件的连接。采用螺钉与夹具体固定钉,T型槽与凹槽相契合。工作原理将汽车后制动蹄固定在夹具体上,利用汽车制动蹄上的T型槽与夹具体上的凹槽相配合从而实现较稳定的回转。通过定位夹紧装置将工件固定。结构说明根据实用机械加工工艺师手册选用立式升降铣床X5012,已知要求端面尺寸15mmX15mm,粗糙度Ra6.3,所以本加工序为:粗铣?半精铣4.2定位、夹紧装置、平衡零件的结构设计 4.2制动蹄结构形式 如表,是对定位销,夹具体,工件的机构设计。其都应满足CAD图纸中的要求。 表4.2零件图的结构设计结构设计序号零件名称 结构图形功能安装及要求 材料1定位销主要用于工件定位45钢2夹具体固定在工作台上,起着稳定工件的作用HT2003工件主要功能是加工完3个孔,防止脱掉45钢4对刀块主要起到一个基准的作用45钢5挡块儿主要用于对加工工件进行加紧45钢6大圆柱销用来调节两个带有通孔的零件进行压紧程度45钢7M12螺栓起压紧工件的作用45钢8M12螺母定位连接配合固定销孔内45钢9M16螺栓压紧零件防止脱掉45钢10M16螺母通过螺母和螺栓的结合是零件紧密结合45钢 5 汽车后制动蹄的计算分析 本章主要针对汽车后制动蹄的结构进行受力等一系列分析计算,以及对轴承的设计校核和润滑的确定。 5.1制动蹄的分析与计算5.1.1制动蹄的分析 夹紧力的大小对于保证定位稳定、夹紧可靠以及确定夹紧装置的结构尺寸都有很大的关系。夹紧力过小, 在加工过程中将发生工件移动而破坏定位; 夹紧力过大, 将使工件变形, 增大夹紧装置的结构尺寸。由于该工件车孔孔径较小, 切削力产生的扭矩较小, 所需的夹紧力较小, 所以综合考虑工件形状、重量、夹紧结构等因素。5.1.2.制动器制动力矩有关计算整车质量:空载:1550Kg 满载: 2000Kg质心位置:a1.35m,b1.25m质心高度:空载:hg0.95m满载: hg0.85m轴距:L2.6m轮距:LO1.8m最高车速:v160km/h车轮工作半径:r370m轮胎:195/60r14 85H同步附着系数:5.1.3制动器计算a. 静态夹紧力分析 工件以平面定位,夹紧力与切削力方向一致,受到的其他切削分力较少,所以在静态时只需要较小的夹紧力防止工件在加工过程中发生振动和转动。 图5.1.3受力简图式中Wk?实际所需切削力(N)F?切削力(N)K?安全系数1?夹紧元件与工件间的摩擦因数2?工件与夹具支承面间的摩擦因数b. 制动器制动因数计算 图5.1.3 简化受力图根据公式 h/b2;c/b0.85.2汽车后制动蹄的定位及精度分析5.2.1工件的定位 工件定位的实质,就是要使工件在夹具中占有某个位置。工件定位的基本原理是六点定位原理,而这些定位元件一定要与工件的精度相适应;要有足够的刚度、不允许受力后发生变形;要有耐磨性,以便使用中保持精度。工件的定位是用回转盘上的两个对定销和对定销通过定位孔和分度孔进行定位。铣尾部端面夹具根据实用机械加工工艺师手册选用立式升降铣床X5012,已知要求端面尺寸15mmX15mm,粗糙度Ra6.3,所以本加工序为:粗铣?半精铣1:粗铣刀具选用D50,d18的三面刃铣刀,齿数为12 每齿进给量af0.15-0.25mm/z,取0.2mm/z铣削速度查的:V15-20mm/min0.25-0.33m/s 取V0.3m/s 机床主轴转速为:n1000V/D1000*0.3/3.14/50114.63r/min 查机械加工工艺手册取n110r/min 实际切削速度vDn/10000.298m/s0.3m/s 进给量VfafZn0.212110/604.4mm/s 工作台每分进给量fm4.460264mm/min 被切削层长度L15mm 刀具切入长度L10.5D+(12)52mm 刀具切出长度L2取2mm 走刀1次,机动时间为:Tj1(L+L1+L2)/fm(15+52+2)/2640.26min2:半精铣 刀具选用不变仍选用D50,d18的三面刃铣刀,齿数为12 每齿进给量取af0.15mm/z 切削速度取V0.25m/s 机床主轴转速为:n1000V/D10000.25/3.14/5095.5r/min 查机械加工工艺手册取n95r/min 实际切削速度vDn/10000.249m/s0.25m/s 进给量VfafZn0.151295/602.85mm/s 工作台每分进给量fm22.8560171mm/min 被切削层长度L15mm 刀具切入长度L10.5D+(12)52mm 刀具切出长度L2取2mm 走刀1次,机动时间为: Tj2(L+L1+L2)/fm2(15+52+2)/1710.41min 图2 夹具装配图5.2.2制动力矩的确定由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩:式中:?该车所能遇到的最大附着系数; ?制动强度; ?车轮有效半径; ?后轴最大制动力矩; ?汽车满载质量; ?汽车轴距;其中:故后轴故后轮的制动力矩为:前轴 6 汽车后制动蹄的装配工艺设计与仿真 零件图表达的是单个的零件,而装配体是由若干个零件所组成的部件。它表达部件或机器的工作原理和装配关系,装配体在进行设计、装配、调整、检验、安装、使用和维修过程中都是非常重要的。一般来说一个物体总是由多个零件组成的。在各个零件设计完成之后就必须对零件进行装配。在Solidworks中可在零件与零件之间、零件与子装配之间、子装配与子装配之间进行重合配合、同轴配合、垂直配合、相切配合、平行配合、距离配合、角度配合等。装配过程中还可以对装配体进行干涉检查30。6.1装配的基本概念 任何一台机械产品,无论其多么复杂,都是由许多零件