滑叉设计说明书

机械设计课程设计说明书

设计题目：下万向节滑叉夹具设计

分院：机电与能源工程分院

专业班级： 08机制1班

姓名：马浩斌

学号： 3080611018

指导老师：华顺明

设计日期： 2011年12月6日

目录

1零件的工艺分析及生产类型的确定 (2)

1.1零件的用途 (3)

1.2 零件的技术要求 (3)

1.3 审查滑叉的工艺性 (4)

1.4 确定滑叉的生产类型 (4)

2确定毛坯、绘制毛坯简图 (4)

2.1选择毛坯 (4)

2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 (4)

2.3 绘制滑叉的毛坯简图 (5)

3 拟定滑叉工艺路线 (6)

3.1 定位基准的选择 (6)

3.2 表面加工方法的确定 (6)

3.3 加工阶段的划分 (6)

3.4 工序的集中与分散 (6)

3.5工序顺序的安排 (6)

3.6 确定工艺路线 (6)

4 机床设备及工艺装备的选用 (7)

4.1 机床设备的选用 (7)

4.2 工艺装备的选用 (7)

5 工序2加工余量、工序尺寸和公差的确定 (7)

6 工序2切削用量、时间定额的计算 (8)

6.1 切削用量的计算 (8)

6.2 时间定额的计算 (9)

7 工序2专用夹具设计分析 (10)

7.1 工序2钻削切削力大小的计算与夹紧力分析 (11)

7.2 工序2钻扩铰Φ24H8孔专用夹具设计 (11)

7.3 定位方案的分析和定位基准的选择 (12)

7.4 定位误差分析及计算 (12)

7.5导向元件设计 (14)

7.6夹具设计及操作的简要说明 (14)

8 参考文献 (15)

1零件的工艺分析及生产类型的确定

图1-1滑叉零件图

图 1-2滑叉零件三维图

1.1 零件的用途

该万向节滑叉是汽车后桥上的一个重要的零件，它具有传递扭矩，调整传动轴长度的作用。从而使汽车在前进中获得动力，以及当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，零件可以

调整传动轴的长短及其位置。滑叉的两个叉头上有两个Φmm 018.0024+内孔用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴器的作用。滑叉Φ45mm 外圆内为Φ0.033024mm +内孔与传动

轴端部的轴通过键相配合，用于传递动力的作用。

1.2 零件的技术要求

表 1-1

1.3审查滑叉的工艺性

由图知上下耳φ24mm内孔，顶部φ24mm内孔，上下耳上φ8mm孔和M8孔的端面

均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（上下耳内孔φ24mm，顶部内孔φ24mm）外，其余表面加工精度均较低，

不需要高精度机床加工，可以通过铣削，钻扩的粗加工就可以达到加工要求，而主要工作表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下采用较经济的方法保质保量地加工出来，故知该零件工艺性较好。

1.4 确定滑叉的生产类型

计算零件生产纲领的公式：

N=Q*n(1+&%)(1+β%)

其中： Q=10000辆/年（产品的年产量）

n=1件/辆（每辆汽车该零件的数量）

&=3（零件的备品率）

β=0.5（零件的废品率）

则 N=10000x1x(1+3%)x(1+0.5%)=1035105（件/年）

滑叉重量为1.406kg，由表1-3知，滑叉属于轻型零件;由表1-2确定该零件为大批生产。

2 确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1选择毛坯

由于滑叉在工作过程中永受交变载荷和冲击载荷，为了增强滑叉的强度和刚度，故选用铸件。滑叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批量生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用砂型铸造机器造型和壳型制毛坯。

2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

又表2-1和表2-5可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定以下各因素。

1.公差等级

由滑叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级

2.铸件的材质

该滑叉材料为球墨铸铁，毛坯质量为2.128kg,零件质量为1.406kg

3.零件表面粗糙度

由零件图知，该滑叉各加工表面的粗糙度Ra均大于3.2μm。根据上述因素，可查表确

定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果如下表2-1所示：

表 2-1

项目/mm 机械加工余量/mm

尺寸公差

/mm

备注

长度142.5

3.6( 1.8

1.8+-)

表2-3 3.3

表2-4 宽度100

3.2( 1.61.6+-)

表2-3 3.3

表2-4 上下耳宽度20

2.4( 1.21.2+-)

表2-3 3.3

表2-4 上下耳厚度47

2.8( 1.41.4+-)

表2-3 3.3

表2-4

2.3 绘制滑叉的毛坯简图

由上表所得结果，绘制毛坯简图如下图2-1所示

图 2-1

3拟定滑叉工艺路线

3.1 定位基准的选择

定位基准要先选精基准，再选粗基准。故选择滑叉顶部φ24H8的内孔作为精基准，选择顶部φ45mm外圆作为粗基准。

3.2 表面加工方法的确定

具体加工方法查看表1-1

3.3 加工阶段的划分

加工阶段分为粗加工和半精加工。

在粗加工阶段，首先将精加工准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣两耳的内外端面，滑叉B槽，两耳上的两个平面。在半精加

工阶段，完成槽板上钻φ10mm扩φ12mm孔和攻M10螺纹，以及两耳上平面内钻攻M8。3.4 工序的集中与分散

该滑叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且利用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。

3.5 工序顺序安排

工序的安排顺序为：基准加工（粗铣顶平面--钻扩铰孔?24H8）——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工（镗?30内孔--粗铣两耳内、外端面--钻扩铰孔2x?24H7--粗铣两耳上的两个平面）——主要表面半精加工和次要表面加工（钻两耳平面上的2—?8孔--攻M8螺纹--粗铣滑叉B槽--钻孔?10--攻M10螺纹--粗铰?12孔）——零件加工完后的处理（去毛刺—检验—校直—清洗—终检）

3.6确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，列出滑叉的工艺路线如下表3-1：

表 3-1

工

序

号

工序名称机床设备刀具量具

1 粗铣顶平面立式铣床X51 高速钢套式面铣刀游标卡尺

2 钻扩铰孔?24H8立式钻床Z525 莫氏锥柄麻花钻、锥柄扩孔钻、

锥柄机用铰刀

游标卡尺、塞规

3 镗?30内孔立式钻床Z535 硬质合金镗刀游标卡尺、塞规

4 粗铣两耳外端面卧式铣床X61 三面刃铣刀游标卡尺

5 粗铣两耳内端面卧式铣床X61 三面刃铣刀游标卡尺

6 钻扩铰孔2—?24H7立式钻床Z525 莫氏锥柄麻花钻、锥柄扩孔钻、

锥柄机用铰刀

游标卡尺、塞规

7 粗铣两耳上的两个平面立式铣床X51 高速钢套式面铣刀游标卡尺

8 钻两耳平面上的2—?8孔立式钻床Z525 直柄麻花钻游标卡尺、塞规

攻M8螺纹立式钻床Z525 直柄丝锥游标卡尺、塞规

9 粗铣滑叉B槽立式铣床X51 锯片铣刀游标卡尺

10 钻孔?10立式钻床Z535 直柄麻花钻游标卡尺、塞规

攻M10螺纹立式钻床Z535 直柄丝锥游标卡尺、塞规

粗铰?12孔立式钻床Z535 直柄机用铰刀游标卡尺、塞规11 去毛刺台虎钳锉刀

12 检验游标卡尺、塞规、百分表等

13 校直台虎钳手锤

14 清洗清洗机

15 终检游标卡尺、塞规、百分表等

4机床设备及工艺装备的选用（前移）

4.1 机床设备的选用

设备的选用可以参考上面表3-1，因为在表上都已经列好每道工序所需的设备

4.2 工艺装备的选用

工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。刀具和夹具可以参考上面表3-1，因为在表上都已经列好每道工序所需的道具和夹具。

滑叉的生产为大批生产，所以选用的夹具均为专用夹具。

5 工序2加工余量、工序尺寸和公差的确定

工序2——钻-扩-铰Ф24H8孔的加工余量，工序尺寸和公差的确定

由查表2-28可查得，铰孔的余量Z铰=0.2mm，扩孔的余量Z扩=1.8mm，钻孔的余量Z 钻=22mm。查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，铰孔：IT8﹔扩孔：IT10﹔钻孔：IT12。根据上述结果，再查标准公差值表2-40可确定各工步的公差值分别为，铰孔：0.033mm﹔扩孔：0.084mm﹔钻孔：0.21mm。

综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，铰孔：Ф+0.033

24mm﹔扩孔：

Ф+0.084023.8mm ﹔钻空：Ф+0.21

022mm ，它们的互相关系如下图5-1所示：

图 5-1

6 工序2切削用量、时间定额的计算

6.1 切削用量的计算

工序2——钻，扩，铰Ф24H8孔 （1） 钻孔工步

1）背吃刀量的确定 取p a =11mm

2）进给量的确定 由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.48mm/r

3）切削速度的计算 由表5-22，按工件材料为球墨铸铁的条件选取，切削速度v 可取为18m/min 。由公式（5-1）n=1000v /d π可求得该工序钻头转速n=260.4r/min ， 参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min 。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=n d/1000=272r/min 22mm/1000=18.8m/min ππ?? （2） 扩孔工步

1） 背吃刀量的确定 取p a =0.9mm

2） 进给量的确定 查《实用机械加工手册》中表4-81，选取该工步的每转进给

量f=0.6mm/r

3） 切削速度的计算 查《实用机械加工手册》 中表4-82，切削速度v 可取为29.5m/min 。由公式（5-1）n=1000v /d π可求得该工序扩钻转速n=394.6r/min ，参照表4-9

所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min 。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=n d/1000=545r/min 23.8mm/1000=40.8m/min ππ?? （3） 铰孔工步

1）背吃刀量的确定 取p a =0.1mm

2）进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.8mm/r

3）切削速度的计算 由表5-31， 切削速度v 可取为6m/min 。由公式（5-1）

n=1000v /d π可求得该工序扩钻转速n=79.6r/min ，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min 。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=n d/1000=97r/min 24mm/1000=7.3m/min ππ??

6.2额定时间的计算

1. 基本时间j t 的计算

工序2——钻，扩，铰Ф24H8孔

1） 钻孔工步 根据表 5-41 ， 钻孔的基本时间可由公式

j 1

2

t =/()/L f n l

l l f n =

++

求得。式中l

=75mm ﹔

2

l =1mm ﹔

122cot (12)cot 541922

r D mm

l mm mm κ?=

+=?+≈ ﹔

f

=0.48mm/r ﹔

n =272r/min 。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间j t =(7591)/(0.48/272

/m i n )

0.651m i n

m m m m

m m m m r

r s +

+?≈= 2） 扩孔工步 根据表 5-41 ， 扩孔的基本时间可由公式j 12t =/()/L fn l l l fn =++求

得

。

式

中

l

=75mm ﹔

2

l =3mm

﹔ 1123.822cot (12)cot 541 1.6522

r D d mm mm

l mm mm κ?--=

+=?+≈

﹔

f =0.6mm/r ﹔n =545r/min 。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间

j t =(75 1.653)/(0.6/545/min)0.244min 14.6mm mm mm mm r r s ++?≈=

3） 铰孔工步 根据表 5-41， 钻孔的基本时间可由公式

j 12t =/()/L fn l l l fn =++求得。式中1l 、2l 由表5-42按15r κ=?、p a =（D —d ）

/2=(24mm-23.8mm)/2=0.1mm 的条件查得1l =0.37mm ；2l =15mm ；而l =75mm ；f =0.8mm/r ；

n =97r/min 。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 j t =(750.3715)/(0.8/97/min) 1.16min 69.6mm mm mm mm r r s ++?≈=

2. 辅助时间t a 的计算

根据第五章第二节所述，辅助时间t a 与基本时间j t 之间的关系为j (0.150.2)t a t = ，

这里取j 0.15a t t =，则各工步的辅助时间分别为： 工序2钻孔工步的辅助时间：0.1539.1 5.9a t s s =?=； 工序2扩孔工步的辅助时间：0.1514.6 2.2a t s s =?=； 工序2铰孔工步的辅助时间：0.1569.610.4a t s s =?=；

3. 其他时间的计算

除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本零件万向节滑叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间b t 是作业时间的2％ 7％，这里取b t =4%；休息与生理需要时间x t 是作业时间的2％ 4％，这里取x t =3%，则各工步的其他时间（b t +x t ）可按关系式（4%+3%）?(t a +j t )计算，它们分别为：

工序2钻孔工步的其他时间：b t +x t =7%?（39.1s+5.9s ）=3.15s 工序2扩孔工步的其他时间：b t +x t =7%?（14.6s+2.2s ）=1.18s 工序2铰孔工步的其他时间：b t +x t =7%?（69.6s+10.4s ）=5.6s 4. 单件时间dj t 的计算

工序2的单件时间dj t 为三个工步单件时间的和，其中 钻孔工步dj t 钻=39.1s+5.9s+3.15s=48.15s ； 扩孔工步dj t 扩=14.6s+2.2s+1.18s=17.98s ； 铰孔工步dj t 铰=69.6s+10.4s+5.6s=85.6s ；

因此，工序2的单件时间dj t =dj t 钻+dj t 扩+dj t 铰=48.15s+17.98s+85.6s=151.73。

7 工序2专用夹具设计分析

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本工序2——钻扩铰Ф24mm 孔，本夹具将用于Z535立式钻床，采用扩孔钻头，铰刀，对轴孔进行加工。

7.1 工序2钻削切削力大小的计算与夹紧力分析

由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由《切削手册》得：

钻削力 0.8419d P

F f K = （4-1）

钻削力矩 20.80.21d P M f K = （4-2） （修正系数0.6

=P K （HB/150）） 式中：d 22mm = 0.60.6==190/150=1.15P K （HB/150）（）

0.48/f mm r =代入公式（4-1）和（4-2）得

∴0.8419220.48 1.155892.9F N =???=

2

0.8

0.21220.48 1.1564.976M N m =???=?

本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向垂直，故根据表10-1查得公式有

防止工件转动112a sin

2

=

a

f sin +f 2J KM F R R

（5-1）

防止工件移动234

a sin

2=

a f sin +f 2

J KF F （5-2） 式中:=3K ，64.976m M N =

，5892.9F N =,a=90 ，=22.5mm R ，1f =0.2，2f =0.2，3f =0.15，4f =0.15代入公式（5-1）和（5-2）得

防止工件转动112a 90sin 364.976sin

22==17943a 90f sin +f 0.222.5/1000sin +0.222.5/1000)22

J KM F N N R R ??=???

（）（ 防止工件移动234a 90sin 35892.9sin

22=48812a

90f sin +f 0.15sin 0.15

22

J KF F N N ??==?+

7.2 工序2钻扩铰Φ24H8孔专用夹具设计

本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔24mm φ。这个工艺孔有尺寸精度要求为0.033mm +，表面粗糙度要求，表面粗糙度为3.2m μ，与端面垂直，并用于以后加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工序为滑叉加工的第2道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

7.3 定位方案的分析和定位基准的选择

由下图7-1可知，工艺孔位于零件45mm φ的顶部除，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与外圆45mm φ同心。为了保证所钻、扩、铰的孔与外圆45mm φ同心并保证工艺孔能在后续的加工工序中使后续工序的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择已定好的粗基准，即45mm φ的外圆作为定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择45mm φ外圆端面和下端两耳底面为主要定位基准限制工件的五个自由度，另一个工艺孔轴向方向的自由度因限制要求不高，故由两V 型块的夹紧力来限制。

图 7-1 定位分析图

7.4 定位误差分析及计算

本工序选用的工件以外圆在V 形块定位。如不考虑V 形块的制造误差，则工件定位基准在V 形块的对称面上，因此水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件外圆有制造误差，而产生基准位移。

由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表8-13得

d dw =

2sin

2

T α

（A ） （8-1）

d dw 1

=-12sin 2T α??

???????? （B ） （8-2）

d dw 1

=+12sin 2T α??

????????

（C ） （8-3）

式中：=90α

，d =0.2mm T 代入式(8-1)、 (8-1) 和(8-1)得

d dw 0.2=

=

=0.1414mm 902sin

2sin

2

2

T α

?

（A ）

d dw 1

0.21=-1=-1=0.0414mm 9022sin sin 22T α????

?????

?????

???????? （B ） d dw 1

0.21=+1=+1=0.2414mm 9022sin sin 22T α????

?????

?????

????????

（C ）

图 7-2 误差分析图

7.5导向元件设计

加工要求：孔径0.033

024+Φ，垂直度公差为Φ0.01mm ，首先将工序尺寸

400.005g L =±mm 钻套位置尺寸为工序尺寸的平均尺寸，即L=40mm

尺寸L 的公差取工件工序尺寸公差的1/5~1/2，即取0.0025mm ，钻套位置尺寸为400.0025L =±mm 。

图7-3钻套位置尺寸

7.6夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于在钻床上加工滑叉顶部处的孔。工件以两耳底面和顶部处外圆为定位基准，由支承板和V 型块实现完全定位。采用活动V 型块采用快速夹紧装置来夹紧工件。安装夹具时应保证底面和工作台之间贴合紧密，定位和加紧完成后在调整辅助支撑。使用是应保证夹具的整洁，定期进行检查，保证定位精准。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。

图7-4夹具效果图

8 参考文献

[1] 邹青，机械制造技术基础课程设计指导教程，北京，机械工业出版社，2004

[2]曹岩.机床夹具手册,化学工业出版社,2010年

[3] 吴拓，现代机床夹具设计.第2版, 化学工业出版社,2011年

[4] 廖念钊等，互换性与技术测量，北京，中国计量出版社，2010

[5] 袁哲俊，金属切削刀具，上海，上海科学技术出版社，1991

[6] 李益民，机械制造工艺设计简明手册，北京，机械工业出版社，2002

[7] Hiram E Grant，夹具-非标准夹紧装置，北京，机械工业出版社，1985

[8]周世学. 机械制造工艺与夹具,北京理工大学出版社1999