活塞的机械加工工艺,典型夹具及其CAD设计

目 录
前言
一 制造技术毕业设计的目的 (4)
二 制造技术毕业设计的基本任务与要求.................................... (4)
2.1 设计任务 (4)
2.2 毕业设计基本要求 ......................................................... 4 三 毕业设计说明书的编写 (4)
四 工件的结构分析 (5)
五 工艺工序安排 (7)
六 切削用量的确定 (9)
七 夹具体的设计......................................................................10 5 配油盘受力分析与设计 (13)
5.1配油盘受力分析 (14)
5.1.1压紧力y p (16)
5.1.2分离力f p (17)
5.2配油盘设计 (17)
5.2.1过渡区设计 (17)
5.2.2配油盘主要尺寸确定 (17)
5.2.3验算比压p ﹑比功pv ..................................................................... 17 6 缸体受力分析与设计 (17)
6.1缸体的稳定性 (17)
6.2缸体主要结构尺寸的确定 (18)
6.2.1通油孔分布圆半径f R 和面积F (18)
6.2.2缸体内﹑外直径1D ﹑2D 的确定 (18)
6.2.3缸体高度H .............................................................................. 18 7柱塞回程机构设计.........................................................19 8 斜盘力矩分析 (19)
8.1柱塞液压力矩1M (19)
8.2过渡区闭死液压力矩 (19)
8.2.1具有对称正重迭型配油盘 (20)
8.2.2零重迭型配油盘 (21)
8.2.3带卸荷槽非对称正重迭型配油盘 (21)
8.3回程盘中心预压弹簧力矩3M (22)
8.4滑靴偏转时的摩擦力矩4M (22)
M (22)
8.5柱塞惯性力矩
5
M (23)
8.6柱塞与柱塞腔的摩擦力矩
6
M (23)
8.7斜盘支承摩擦力矩
7
M (24)
8.8斜盘与回程盘回转的转动惯性力矩
8
M (24)
8.9斜盘自重力矩
9
9 变量机构 (26)
9.1手动变量机构 (26)
9.2手动伺服变量机构 (27)
9.3恒功率变量机构 (27)
9.4恒流量变量机构 (27)
结论 (29)
参考文献 (30)
致谢 (31)
前言
用以控制流体（液体、气体、气液或固液混合体）流量、压强和流向的装置。

简称阀。

通常由阀体、阀盖、阀座、启闭件、驱动机构、密封和紧固件等组成。

阀门的控制功能是依靠驱动机构或流体驱使启闭件升降、滑移、旋摆或回转以改变流道面积的大小来实现的。

广泛用于工农业生产和日常生活器具中。

阀门的基本参数是工作压力、工作温度和口径。

工业管道的各种阀门，常用公称压力pN（在规定温度下允许承受的最大工作压力）和公称通径DN（阀体与管子联接端部的名义内径）作为基本参数。

阀门主要有密封、强度、调节、流通、启闭等性能，其中前二者是一切阀门最基本最重要的性能。

为了保证阀门的密封和强度，除了必须遵守有关标准规定合理地进行结构设计、确保工艺质量外，还必须正确地选用材料。

Abstract：
This design components are a beam holder.Selects the QT40-10 steel. According to the components shape, the size precision, the production economic efficiency and so on various aspects multianalysis its processing craft, uses the special purpose machine processing much. Through to the components analysis, this axis required accuracy is high, the working procedure suitable centralism, the request is smooth, therefore selects the tool and the size wants.Finally carries on the examination to the components.In order to achieve the components precision the request.
Key word：Jig, examination, technological design
1制造技术毕业设计的目的
机械制造技术毕业设计是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节，它要求学声能全面综合的运用所学的理论和时间知识，进行零件机械加工工艺规程和工艺装备的设计。

其基本目的是：
（1）培养工程意识。

（2）训练基本技能。

（3）培养质量意识。

（4）培养规范意识。

2 制造技术毕业设计的基本任务与要求
2 .1、设计任务
（1）设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程；
（2）设计一个专用夹具；
（3）编写设计说明书。

2 .2、毕业设计基本要求
（1）内容完整，步骤齐全。

（2）设计内容与说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规范，简图应简洁明了，正确易懂。

（3）正确处理继承与创新的关系。

（4）正确使用标准和规范。

（5）尽量采用先进设计手段。

3 毕业设计说明书的编写
说明书要求系统性好、条理清楚、语言简练、文字通顺、字迹工整、图例清晰、图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书。

五、工艺工序安排
1、以下我们对些零件进行工艺安排：
下料→车削→车削→钻孔→铣削→钻孔→去毛刺→检验→油封
下料：Φ96x62
车削：车左端面及外圆Φ90。

粗台阶、Φ80。

车削：粗车右端面至56。

钻孔：钻孔3个Φ6深8孔。

铣削；铣外形的6个分布均匀的肋板及顶面。

钻削：钻Φ37.5、扩孔Φ37.85、铰孔Φ38H9。

钳工：去毛刺。

检：检验。

油封：清理、油封、入库。

六、切削用量的确定
正确地确定切削用量,对保证加工质量、提高生产率、获得良好的经济效益，都有着重要的意义。

在确定切削用量时，应综合考虑零件的生产纲领、加工精度、和表面粗糙度、材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。

单件小批量生产时，为了简化工艺文件，常不具体规定切削用量，而由操作者根据实际情况，凭经验确定合理的切用量。

成批及大量生产时，特别是组合机床、自动机床及多刀加工工序的切削用量，应科学地、严格地确定，确定的一般原则为：
粗加工时，由于要求的加工精度较低、表面粗糙度较大，切削用量的确定应该尽可能保证较高的金属切除北和必要的刀具耐用度，以达到较高的生产率。

提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率，但在这三个要素中，切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，影响最小的是切削深度。

所以在确定粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的切削深度，其次考虑采用较大的进给量，最后根据刀具的耐用度要求，确定合理的切削速度。

具体数据的确定可
参阅有关手册。

半精加工、精加工时，确定切削用量首先要考虑的问题是保证加工精度和表面质量同时也要兼顾必要的刀具耐用度和生产率。

半精加工、精加工时的切削深度一般根据粗加工后留下的加工余量来确定，而进给量主要根据表面粗糙度来确定。

为了减少工艺系统的弹性变形和已加工表面的残留面积高度，半精加工和精加工时一般多采用较小的切削深度和进给量。

在切削深度和进给量确定之后，再确定合理的切削速度。

在采用组合机床、自动机床等多刀具同时加工的工序时，其加工精度、生产率和刀具的寿命与切削用量的关系很大，为保证机床正常工作，不经常换刀，其切削用量要比采用一般机床加工时低一些。

以下是Φ38H9切削加工：
曲面挖槽粗加工生成一系列平面铣削，是一种最常用的曲面粗加工方法。

它还可以使刀具从零件毛坯外开始加工，防止刀具直接埋入工件材料。

调出图形文件：曲面挖槽粗加工、图六。

七、夹具体的设计
为了保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。

1、定位方式的选择
根基准统一的原则，我们采用设计基准来作为我们的定位基准，即采取一面二孔的形式进行定位。

2、夹紧方式的选择
夹紧方式的确定，起初我考虑各种各样的方案，但是都没有成形，最后我考虑用3个螺纹孔来夹紧。

5 配油盘受力分析与设计
配油盘是轴向柱塞泵主要零件之一，用以隔离和分配吸﹑排油油液以及承受由高速旋转的缸体传来的轴向载荷。

它设计的好坏直接影响泵的效率和寿命。

5.1配油盘受力分析
不同类型的轴向柱塞泵使用的配油盘是有差别的，但是功用和基本构造则相同。

图5.1是常用的配油盘简图。

液压泵工作时，高速旋转的缸体与配油盘之间作用有一对方向相反的力；即缸体因柱塞腔中高压油液作用而产生的压紧力y p ；配油窗口和封油带油膜对缸体的分离力f p 。

1—吸油窗 2—排油窗 3—过度区 4—减振槽
5—内封油带 6—外封油带 7—辅助支承面
图5.1 配油盘基本构造
5.1.1压紧力y p
压紧力是由于处在排油区是柱塞腔中高压油液作用在柱塞腔底部台阶上，使缸体受到轴向作用力，并通过缸体作用到配油盘上。

对于奇数柱塞泵，当有1(1)2
Z +个柱塞处于排油区时，压紧力1y p 为
2261max 191.39101256024150()2424y z b y Z p d p p N ππ-++===⨯⨯⨯⨯= 当有1(1)2Z -个柱塞处于排油区时，压紧力2y p 为
2262min 191.39101256019320()2424
y z b y Z p d p p N ππ---===⨯⨯⨯⨯= 平均压紧力y p 为
1211()(2415019320)21735()22
y y y p p p N =+=+=
5.1.2分离力f p
分离力由三部分组成。

即外封油带分离力1f p ，内封油带分离力2f p ，排油窗
高压油对缸体的分离力。

对于奇数泵，在缸体旋转过程中，每一瞬时参加排油的柱塞数量和位置不同。

封油带的包角是变化的。

实际包角比配油盘油窗包角0ϕ有所扩大，如图5.2所示。

当有1(1)2
Z +个柱塞排油时，封油带实际包角1ϕ为 1011222(1)(91)22993
Z a a πππϕ=-+=⨯-⨯+= 当有1(1)2
Z -个柱塞排油时，封油带实际包角2ϕ为 2011228(3)(93)22999
Z a a πππϕ=-+=⨯-⨯+= 平均有2
Z 个柱塞排油时，平均包角p ϕ为 120111287()(2)()222399
p Z a a πππϕϕϕ=+=-+=+=
式中 a ——柱塞间距角，2a Z
π= ； 0a ——柱塞腔通油孔包角，这里取029
a π=。

① 外封油带分离力1f p
外封油带上泄漏流量是源流流动，对封油带任仪半径上的压力y p 从2R 到1R 积分，并以p ϕ代替2π，可得外封油带上的分离力1f p 为
图5.2 封油带实际包角的变化
22122121
2()
24ln p p f b b R R p P R p R R ϕϕ-=-
226
2677(1715)1099125601110125601724ln 15
ππ--⨯-⨯=⨯-⨯⨯⨯ =3.4()N
外封油带泄漏量1q 为
33
171270.00112560992()1712210ln 12ln 15p b p q ml R R πϕδμ-⨯⨯===⨯⨯⨯ ②内封油带分离力2f p
内封油带上泄漏流量是汇流流动，同理可得内封油带分离力2f p 为
22342233
4()
24ln p p f b b R R p p R P R R ϕϕμ-+=+
=22626777(911)10991110125601124210ln 9ππ---⎛⎫⨯-⨯ ⎪+⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭
5.2()N =
内封油带泄漏量2q 为
33273470.001125609147()1112210ln 12ln 9p b p q ml R R πϕδμ-⨯⨯===⨯⨯⨯ ③排油窗分离力3f p
22223237()(1511)12560 1.6()229
p f b p R R p N ϕπ=
-=⨯-⨯=⨯ ① 配油盘总分离力1f p
123 3.4 5.2 1.610.2()f f f f p p p p N =++=++=
总泄漏量q 为
1292147239()q q q N =+=+=
5.2配油盘设计
配油盘设计主要是确定内封油带尺寸﹑吸排油窗口尺寸以及辅助支承面各部分尺寸。

5.2.1过渡区设计
为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封，大多数配油盘采用过渡角1a 大于柱塞腔通油孔包角0a 的结构，称正重迭型配油盘。

具有这种结构的配油盘，当柱塞从低压腔接通高压腔时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲击压力；当柱塞从高压腔接通底压腔时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。

这种高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质，产生噪音和功率消耗以及周期性的冲击载荷。

对泵的寿命影响很大。

为防止压力冲击，我们希望柱塞腔在接通高低压时，腔内压力能平缓过渡从而避免压力冲击。

5.2.2配油盘主要尺寸确定（图5.3）
图5.3 配油盘主要尺寸确定
（1）配油窗尺寸
配油窗口分布圆直径一般取等于或小于柱塞分布圆直径f D 配油窗口包角0ϕ，在吸油窗口包角相等时，取
1202
a a a ϕππ+=-
=- 为避免吸油不足，配油窗口流速应满足 []002
2.33/tb Q m s F υυ==≤= 满足要求。

式中 tb Q ——泵理论流量；
2F ——配油窗面积，220
223()2F R R ϕ=-；
[]0υ——许用吸入流速，[]0υ=2～3m/s 。

由此可得
2223R R -=
[]002t Q v ϕ （2）封油带尺寸
设内封油带宽度为2b ，外封油带宽度为1b ，1b 和2b 确定方法为：
考虑到外封油带处于大半径，加上离心力的作用，泄漏量比内封油带泄漏量大，取1b 略大于2b ，即
1120.125z b R R d =-=
234(0.10.125)z b R R d =-=
当配油盘受力平衡时，将压紧力计算示与分离力计算示带入平衡方程式可得
2222234121324
(1).2ln ln z p R R R R Zd R R R R πϕϕ----= 联立解上述方程，即可确定配油盘封油带尺寸117R mm =﹑215R mm =﹑311R mm =﹑ 49R mm =。

5.2.3验算比压p ﹑比功pv
为使配油盘的接触应力尽可能减小和使缸体与配油盘之间保持液体摩擦，配油盘应有足够的支承面积。

为此设置了辅助支承面，如图5.3中的5D ﹑6D 。

辅助支承面上开有宽度为B 的通油槽，起卸荷作用。

配油盘的总支承面积F 为
2222514123()()4F D D D D F F F π
=-+--++
式中 1F ——辅助支承面通油槽总面积；
15()F KB R R =-（K 为通油槽个数，B 为通油槽宽度）
2F ﹑3F ——吸﹑排油窗口面积。

根据估算：21034()F mm =
配油盘比压p 为 []512()284y t
p p KB R R p pa p F l d
∆+-===≤ 式中 y p ∆——配油盘剩余压紧力；
t p ——中心弹簧压紧力；
[]p ——根据资料取300pa ；
在配油盘和缸体这对摩擦副材料和结构尺寸确定后，不因功率损耗过大而磨损，应验算pv 值，即
[]p pv pv pv =≤
式中p v 为平均切线速度，p v =
42()D D n
π+。

2422284()(1820)458600/1500p pv D D Kgf cm n ππ⨯=+=⨯+=< []pv 根据资料取2600/Kgf cm 。

6 缸体受力分析与设计
6.1缸体的稳定性
在工作过的配油盘表面上常看到在高压区一侧有明显的偏磨现象，偏磨会使缸体与配油盘间摩擦损失增大，泄漏增加，油温升高，油液粘性和润滑性下降，而影响到泵的寿命，造成偏磨的原因，除了可能有受力不平衡外，主要是缸体力矩不平衡，使缸体发生倾倒。

6.2缸体主要结构尺寸的确定
6.2.1通油孔分布圆半径f R '和面积F
图6.1 柱塞腔通油孔尺寸
为减小油液流动损失，通常取通油孔分布圆半径f R '与配油窗口分布圆半径f r 相等。

即 2315111322
f R R R mm ++'=== 式中2R ﹑3R 为配油盘配油窗口内﹑外半径。

通油孔面积近似计算如下（如图6.1所示）。

2220.2150.4539684()a a a a F l b b mm =-=⨯=
式中 a l ——通油孔长度，a z l d ≈；
a b ——通油孔宽度，0.5a z b d ≈；
6.2.2缸体内﹑外直径1D ﹑2D 的确定
为保证缸体在温度变化和受力状态下，各方向的变形量一致，应尽量使各处壁厚一致（如图6.2），即123δδδ==。

壁厚初值可由结构尺寸确定。

然后进行强度和刚度验算。

缸体强度可按厚壁筒验算
[]2222
22222(3922)3912560129(/)(3922)39
w z b w z d d p kgf cm d d σσ++⨯+==⨯=≤-+⨯- 式中w d ——筒外径，2w z d d δ=+。

[]σ——缸体材料许用应力，对ZQAL9—4：[]σ=600～8002(/)kgf cm
图6.2 缸体结构尺寸
缸体刚度也按厚壁筒校验，其变形量为
[]39()(20.312560)0.0038221034
z b d P mm F δσμδ∆=+=+⨯=≤∆⨯
式中 E ——缸体材料弹性系数；
μ——材料波桑系数，对刚质材料μ=0.23～0.30，青铜μ=0.32～0.35；
[]δ∆——允许变形量，一般刚质缸体取[]δ∆0.0065mm
≤，青铜则取[]δ∆0.0048mm
≤。

符合要求。

6.2.3缸体高度H
此处省去NNNNN需要更多更完整的图纸和说明书请联系秋。