《机械制造技术课程设计-CA10B解放汽车第四速及第五速变速叉加工工艺及钻M10螺纹孔夹具设计【全套图纸】》

1、机械制造技术课程设计题 目：变速叉钻 M10螺纹孔夹具设计院别： 机电学院专业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：指导教师：日 期： 2013年 月 日目录目录2.课程设计任务书 3.序言4.一、零件的分析4.零件的作用5.零件的工艺分析5.二、夹具的定位结构方案设计 .7.设计定位方案及定位误差分析7.方案一9.方案二9.方案三10确定定位方案11三、定位元件的设计1.1i .定位心轴的设计 1.1ii .定位销的设计 12四、导向装置设计13i .快换钻套选用 1.4ii .钻套用衬套选用 1.5iii .钻套螺钉选用 15五、夹紧机构设计 16确定夹紧机构1.6 夹紧元件的设计 1.

2、6火紧力的计算1.8校核夹紧的强度20六、夹具体设计 20七、绘制总图及确定主要尺寸、公差和技术要求 2 1八、总结22九、参考资料23机械制造技术基础课程设计任务书3卡门璘】/牯M1 口接蚊孔夹具设计说明书-24页叨机械工艺过程卡期工艺设计说明书-27页4*至t不提*Am，零件圉A2学具体,A2-M工。爆波孑屎具装配圄全套图纸，加 153893706设计题目设计CA10B解放汽车第四速及第五速变速叉加工M10螺纹孔的专用钻床夹具设计内容：1、零件图1张2、夹具结构设计装配图1张3、夹具结构设计零件图 1 2张4、课程设计说明数1份序言机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技

3、术基础可以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学 习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题的能里，为今后参加祖国的现代化建设打 下一个良好的基础。、零件的分析零件的作用题目所给定的零件是CA10B解放汽车第四速及第五速的变速叉（见图1-1）, 应用在汽车变速箱的换挡机构中。叉头以 19孔套在变速叉轴上，并以螺钉经 M10孔与叉联结，叉脚夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆， 变速操纵机构就通过叉头

4、的槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动改变档位，从而改变汽车的行驶速度。mt"者比 LJfcLiA尺寸的解刻不文于门去所制t啻的仲度加TMIMfitI 11化好舞度。2 苗特府盟覆不K千丁1.小而用fl!白MMCA10B汽车变速爻L±±u去斤it弓1盅仅理工大学图1-1 CA10B 变速叉穹件图零件的工艺分析如图1-2所示为CA10皎速叉攻螺纹孔的工序图，该工件材料为 20钢，毛 坯为锻造件，重量为1.5kg,中批量生产，现要求设计加工该零件上尺寸为 M10 螺纹孔所用的钻床夹具。图1-2 CA10蛮速叉攻螺纹孔的工序简图0

5、.0450.24工件已加工过的尺寸有通孔49° mm及其两端面45mm ,槽160 mm及 其两端面1000.2mm,变速叉槽口径为.820to.1mm及其两端面8*2mm。在加工螺纹孔时，先要加工一个 帕.4mm通孔，然后攻M10螺纹，尺寸可以由刀具直接保证，而螺纹孔的位置则和设计的夹具有关。螺纹孔的位置包括两方面的要求：0.045M10螺纹孔的中心线和通孔190 mm左端面距离保证20mm，该尺寸 公差未标注。M10螺纹孔的中心线与槽口 .82-1mm的左端面距离保证6312由上可知加工的位置精度要求不高二、夹具的定位结构方案设计设计定位方案及定位误差分析如图2-1所示，工件在通

6、孔则9上加工的螺纹孔为通孔，保留沿Z轴的不定 度并不影响该工序的加工精度要求，但在设计夹具选用定位元件时，无论是采用 长心轴或者长V形块，在限制了沿Y、X轴和绕X、Z轴四个不定度的同时，也 自然的限制了沿Z轴的不定度。零件图上没有标注垂直度公差，从理论上分析， 这一绕Z轴方向的不定度可以不被限制，但在夹具设计和使用时，往往为了安 装螺钉可以紧贴螺纹孔口表面，仍在夹具上设置一个定位销起定位作用， 限制绕 Y轴的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定 位误差对加工精度的影响。由于工件比较复杂，使用车床钻孔比较麻烦，因此选用立式钻床进行加工， 那么加工螺纹孔时必须使螺纹孔口

7、面朝上。 再根据位置度要求进行定位设计，所 以定位方式着重考虑如下三种可能的方案：(a)图2-1定位方案设计方案一：遵守基准重合原则，如图 2-1 (a)所示，以已加工过的通孔 则9及其右端面为定位基准，在夹具体上的带有小台肩的长心轴定位，限制工件的五个不定度，长心轴限制沿X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度；小台肩限制沿 Y轴的不定度。另外通过叉口帕2.2的内廓安装一个定位销钉，可限制绕 Y轴的不定度，从而实现完全定位。优点是基准不重合，结构相对简单。定位误差分析:由零件的分析可知：定位方案和误差分析时主要考虑设计基准I#"mm孔的左端面与M10螺纹孔的中心线距离为20的线性定位尺寸要求

8、。该尺寸未注公差，根据查线性和角度尺寸未标注公差可得20的定位尺寸的公差为 ±0.21 mm。l =20±0.21mm尺寸的定位误差：设计基准是工件左端面，定位基准也是工件的左端面(紧靠心轴的定位工作端面),设计基准和定位基准重合，4bi =0 ,又Ajwi = 0 ,因此定位误差为-dw1 = 0方案二:遵守基准重合原则，如图2-1 (b)所示，同第一个方案差不多，先以已加工过的通孔419及其左端面为定位基准，在夹具体上的带有小台肩的长心轴定位，限制工件的五个不定度，长心轴限制沿 X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度;小台肩限制沿Y轴的不定度。另外限制绕 X轴的不定度通过安装一

9、个定位销在槽口 16的一个端面上，进而实现完全定位。优点是基准不重合，结构较简单。定位误差分析: 乙 、，、1、19 0.045由零件的分析可知：定位方案和误差分析时主要考虑设计基准190mm孔的左端面与M10螺纹孔的中心线距离为20的线性定位尺寸要求。该尺寸未 注公差，根据查线性和角度尺寸未标注公差可得 20的定位尺寸的公差为 ±0.21 mm。l =20±0.21mm尺寸的定位误差：设计基准是工件左端面，定位基准也是工件的左端面(紧靠心轴的定位工作 端面),设计基准和定位基准重合， 5b2=0,又4w2=0,因此定位误差为"- dw2 = 0方案三：从保证工件

10、定位稳定的观点出发，如图2-1 (c)所示，以已加工过的通孔*19、 叉口帕2.2及其右端面为定位基准，在夹具体上的长心轴、定位销和支承钉定位。 长心轴限制沿X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度，定位销限制绕 Y轴方向的不定 度，支承钉限制沿Y轴方向的不定度，从而实现完全定位。优点是工件安装稳定。 缺点是基准不重合，造成的误差相对较大，结构相对复杂。定位误差分析：由零件的分析可知：定位方案和误差分析时主要考虑M10螺纹孔的中心线距叉口左端面的距离为63%2mm的线性定位尺寸要求。如果支承钉在叉口左端 面，对零件的安装拆卸有很大的阻碍，因此改换支承右端面。0.045-0 0.1通孔190 mm的左端面

11、到叉口 82.20 mm右端面距离为91mm ,未注 尺寸公差，故根据查线性和角度尺寸未标注公差可得91的定位尺寸的公差为 ±0.43mm mm 。 0L 63".2mm尺寸的定位误差：该尺寸的设计基准是叉口 82.200.1mm左端面，定位基准是叉口 82.200.1mmQ 0.3右端面，定位基准和设计基准不重合，两者的联系尺寸是叉口厚度8Mmm ,故基准不重合误差为：.：jb3 =0.3 -0.2 -0.1mm工件内孔何9?.045 mm的左端面是定位基准，螺纹孔轴线是调刀基准，因此一批工件的定位基准相对夹具的调刀基准在 L尺寸方向上的基准位移误差为：1 Ljw3=0.

12、21 2 -= 0.14mm J3因此，定位误差为：dw3 =Ajb3 +&jw3 =0.1 + 0.14 = 0.24mm 1111由于定包误差=0.24mm<0.43父2父-宋0.326mm,即定包误差小于线性定包 3尺寸的公差的三分之一，则该定位方案能够保证夹具的正确定位。确定定位方案根据分析定位方案和定位误差，方案一和方案二的定位误差均为零，而方案 三由于基准不重合产生了较大的误差，所以不应选用方案三。考虑到工件重量为1.5公斤，相对较重，应尽可能使定位稳定，根据初定夹紧元件选用螺旋夹紧机构，方案二的定位销只能限制单向转动，而方案一可以使变速叉不发生绕 Y轴转 动，相对方

13、案二定位稳定，因此最终确定选用方案一。三、定位元件的设计i .定位心轴的设计根据定位方案分析可知，确定通过带台肩长心轴进行定位。如图3-1所示为心轴尺寸图。心轴和孔 轲9采用间隙配合，长度比通孔长度短，并根据标准取标 准值为32mm ,开了一个力10.5的通孔，方便钻孔使用。定位轴肩根据h =(0.07 0.1)d =1.33 1.9mm ，取h=1.5mm ,长度要考虑工件的形状，因此取值为 10mm 。考虑到钻孔时，右端受到一定力的作用， 所以安装在夹具体的配合轴段取 d=18mm ,采取间隙配合，长度由夹具体壁厚 确定，根据导向装置的选定，确定壁厚为 15mm ,还有凸台距离都为5mm

14、,所 以长度小于壁厚加两个凸台距离 2 3mm ,并根据标准取值为22mm 。接着的螺纹段为了安装方便做成阶梯轴，尺寸取为M16,螺纹长度考虑螺母及垫圈宽度，再加点自由长度，因此取 25mm 。图3-1定位心轴ii .定位销的设计为了限制工件绕Y轴转动，所以通过定位销进行定位。定位销安装位置的确 定，将叉口 82.2的中心线和巾19孔的中心线在Y轴某一垂直平面上连接起来， 定位销的中心线则设计过此连线，使得定位销与叉口蚣2.2的表面相切，这样可以保证工件不会绕着Y轴左右转动。A10f7 22由于该销钉不需要受到很大的外力，因此我选用型号为定位销JB/T 8014.2 1999 ,如下图 3-2

15、 所示。四、导向装置设计钻床一般选用钻套作为导向装置，为便于钻套磨损后，可以迅速更换。由于此加工工序先钻孔后攻螺纹，需要在每加工一个零件更换一次钻套，因此采用快换钻套，如图4-1所示。钻套在安装时，为了提高加工时的稳定性以及加工时 的顺利排屑，对钻套高度H和排屑间隙h有一定的要求：钻套高度 H =(2.53.5)d =(2.5 3.5)父8.4 =21 29.4mm 121排屑间隙 h=(0.71.5)d =(0.7 1.5)父 8.4 = 5.88 12.6mm 121故取 H=25mm , h=9mmol = 08,4i.快换钻套选用4-2015F6根据钻套高度H=25mm 及钻孔大小d=

16、8.4mm 查JB/T 8045.3-1999图4-2快换钻套ii.钻套用衬套选用根据钻套轲5 mm外圆及其高度15mm 查JB/T 8045.4-1999 ,确定型号为 钻套衬套M 8 M16,如图4-3所示。J15HL图4-3钻套衬套iii .钻套螺钉选用根据查JB/T 8045.3-1999 钻套选用的尺寸型号，确定配用螺钉大小为 M6 ,再查JB/T 8045.5-1999 ,确定型号为钻套螺钉 M 6X4 ,如图4-4所示。五、夹紧机构设计确定夹紧机构考虑到要满足夹紧力应垂直于主要定位基准面，且便于加工的工件安装及拆 卸，所以选用手动夹紧装置一一螺旋式夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简

17、单、 容易制造、夹紧可靠、扩力比大、夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装 置中被广泛使用。其作用原理是螺旋夹紧机构中所用的螺旋， 实际上相当于把斜 契绕在圆柱体上，因此它的夹紧作用原理与斜契是一样的。夹紧元件的设计螺杆直接设计在心轴上，如图5-1所示为在夹紧螺母1下方增加开口垫圈2, 螺母的外径小于工件的孔径，只要稍许旋松螺母，即可抽出开口垫圈，工件便可 穿过螺母取出。因此根据定位孔119确定螺母型号为螺母 GB/T6172.1 M10，然后根据螺母尺寸选定快换垫圈，型号为 垫圈A10M30 JB/T 8008.5 1999。L D -I 1图5-1快速螺纹夹紧机构装置21 一带肩六角螺母

18、；2一开口垫圈钻削力的计算【4】根据高速钢标准钻头钻削力及功率的计算公式：切削扭矩M =Cm doXM fYM凡10丸N m)轴向力F =Cf doXF，fYF，Kf(N)其中 M为切削扭矩，F为轴向力Cm、Xm、Ym是常数，根据工件材料进行选取,Cf、Xf、Yf是常数，根据工件材料进行选取。d0为钻头直径，f为走刀量。根据工件材料为20钢，可得到：求切削扭矩 M: Cm =333.54; Xm =1.9 ; Ym =0.8求轴向力 F: Cf =833.85; Xf=1； Yf =0.7且 d0= 8.4mm, f= 0.4mm/r带入上面公式，即可得：切削扭矩M =Cm d0XM fYM

19、Km10(N m)1 90 83= 33.54 8.4 . 0.4 . 10 (N m)= 0.92(N m)轴向力 F =Cf d0XFf诈Kf(N)= 833.85 8.41 0.40.7(N):3688(N)则算出了钻牛8.4 mm孔时的切削扭矩和轴向力分别为：切削扭矩M =0.92(N m)轴向力F =3688(N)夹紧力的计算因螺旋式夹紧机构的夹紧力计算与斜契相似，故螺旋可以看作是绕在圆柱体 上斜契，螺纹开角即为契角。如沿螺旋中径展开，则螺旋相当于一个斜契作用在 工件与螺母之间，其受力情况如图 5-2所示。使用扳手给螺母施加原始力矩 Mq =Q L后，则工件对螺杆的反作用力有： 垂直

20、于螺杆端部的反作用力 W （即夹紧力）及摩擦力Fk （与接触形式有关）。 此两力分布于整个接触面上，计算时可视为集中于半径 r的圆环上，r为当量摩 擦半径。夹具体（即螺母）对螺杆的作用力有：垂直于螺纹面的正压力N及螺纹面上的摩擦力Fm,其合力为N',此力分布于整个螺纹面，计算时，可视为集中 在螺纹中经处。根据平衡条件，对螺杆中心线的力矩去零，即Mq-MnMf00 式中 MQ原始力矩，Mq=Q，L【2】；即可得式中Mn 螺母对螺杆的作用力矩；N sinQ+?)d2 Wtan©+9 1)d2 MN'-；=；22M F .工件对螺杆的摩擦力矩； 27M ?=FR，r'

21、;=Wtan52c ,Wtan(Q，q1)d2 、. 八Q L1-W tan 2 r' = 022QL(N) 匕(: i")r'tanj '2【2】W夹紧力，N;Q原始彳用力，N;L作用力臂，mm ;：螺纹升角；d2螺纹中径，mm ;i 螺纹处摩擦角；2螺杆端部与工件的摩擦角；中i”螺母与螺杆的当量摩擦角，Q" = arctan(1.15tan中1);r1螺杆端部与工件的当量摩擦半径，mm；由于此螺旋夹紧机构是圆环面接触形式，所以r'=1323D2 -D02，其中D和Do如图4-1所示。D -Do故夹紧力为:W 二QL里S2(5-1 )查 表

22、1-22 1-27可知Q=70N , L=120mm ,中2=8°32',叼=9口501, 口=3口1，r'=7.78mm将上面数据带入（5-1 ）公式得火紧力为W =3550N校核夹紧的强度查的表1-26可知，螺纹公称直径为M10时，其许用火紧力为3924N , 加载螺母上的夹紧扭矩为9.320 N m ,由于夹紧力计算得3550N小于许用值， 而扭矩计算得0.92 N m也小于许用值，因此强度满足要求。六、夹具体设计一-一 丁LJ图6-1夹具体设计的要点和依据【1】有：窜1.本夹具体毛胚采用铸造的制造方法，易于加工，抗压强度和抗震性较好，由于对材料无特殊要求，因此

23、选用 HT200 ;2 .结构形式采用半开式，便于工件的装卸、便于制造装配和检验，安装基面 形式采用两端接触，能提高夹具安装精度和减少加工面积；3 .夹具体安装各元件，为减少加工面积，一般铸造出 35mm凸台，在此 设计3mm的凸台，如图所示，共四处地方；4 .铸造结构壁厚一般选取830mm ,为了保证强度和避免受力集中，应保 证壁厚均匀，根据导向装置的设计，确定壁厚为 15mm ;5 .钻床的夹具体不需要安装另外的定位元件来确定夹具在工作台的位置，这一任务由夹具上的钻套完成；6 .已经在夹具体的左右两端设计耳座，为钻孔时能稳定固定夹具；7 .在夹具体的两侧是各有一个台阶，这个台阶的设计是用于安装活节螺栓， 保持壁厚均匀。8 .夹具体上的通孔、螺纹孔都是根据所装元件的要求来设计的。9 .技术要求有：1）铸件不得有裂纹、气孔、砂眼、缩松、夹渣等铸造缺陷，浇口、冒口、 结疤、粘砂应清除干净。2）铸件在机械加工前应经时效处理。3）未注明的铸造圆角R2 3mm 。七、绘制总图及确定主要尺寸、公差和技术要求当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整 体结构的型式，如图7-1所示，夹具行成框式结构，刚性较好。求。