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重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車輪轂安裝孔鉆床夾具的設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 ………………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………………4
1 緒論………………………………………………………………………………5
1.1 汽車輪轂……………………………………………………………………5
1.2 機(jī)床夾具……………………………………………………………………8
2 設(shè)計(jì)分析…………………………………………………………………………12
2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求……………………………………………………………12
2.2 設(shè)計(jì)說明……………………………………………………………………13
2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………13
3 氣缸………………………………………………………………………………14
3.1 氣缸的介紹…………………………………………………………………14
3.2 氣缸的選擇…………………………………………………………………15
4 零件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………17
4.1 工作臺(tái)………………………………………………………………………17
4.2 卡爪…………………………………………………………………………17
3.2 連接板………………………………………………………………………18
3.2 圓形機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………19
3.2 氣缸…………………………………………………………………………19
3.2 連接板2與連接桿…………………………………………………………20
3.2 支撐板………………………………………………………………………21
3.2 隔離筒………………………………………………………………………22
3.2 整體裝配圖…………………………………………………………………23
5 總結(jié)………………………………………………………………………………
6 致謝………………………………………………………………………………24
7 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………25
8 文獻(xiàn)綜述…………………………………………………………………………26
摘要
本文首先對汽車輪轂作了介紹，再通過對夾具組成和主要作用的介紹，對夾具設(shè)計(jì)的基本要求做了簡要的說明。通過對本次設(shè)計(jì)的分析，制定出了夾具的工作原理并完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 輪轂 夾具
Abstract
This paper first introduces the automobile wheel hub, through the fixture structure and main function are introduced, the basic requirements of the fixture design are briefly discussed. Through the analysis of the design, the jig working principle and completed the design of the whole system.
Keywords: hub fixture
1 緒論
1.1 汽車輪轂
1.1.1輪轂介紹及其主要參數(shù)
輪轂是汽車的重要組成部分，很多初學(xué)者還是有時(shí)候比較難以正確去看清，有好多人會(huì)去叫它“輪胎”或者“轱轆”這樣的話，事實(shí)上，“輪轂”和“輪胎”是完全不相同的兩樣汽車部件。所說的“輪胎”就是車“轱轆”當(dāng)中的橡膠部分，它本身是軟體的，所以輪胎內(nèi)廓支撐輪胎的圓桶形的、中心 是裝在軸上的部件就叫輪轂。如圖1所示為輪轂。
圖1 輪轂
車輪轂的主要參數(shù)有：輪轂尺寸、PCD、偏距ET、中心孔
輪轂尺寸有兩個(gè)參數(shù)組成：胎環(huán)直徑和胎環(huán)寬度。表示方式有15x6.5 ； 15x6.5JJ ；15x6.5J ；1565 等等,在格式上沒有硬性的規(guī)定。前面的"15"表示胎環(huán)直徑,代表輪轂的胎環(huán)直徑是15英寸,后面的"6.5"(或者是6.5J、6.5JJ、65)是表示胎環(huán)寬度,代表輪轂的胎環(huán)寬度是6.5英寸。輪轂尺寸通?？梢栽谳嗇灥谋趁婵套稚险业健?
PCD：是指輪轂螺栓孔的節(jié)圓直徑。表示方式如5x114.3、10x100/114.3，"5"是表示螺栓孔的數(shù)目,代表有5個(gè)螺栓孔。"114.3"表示螺栓孔的節(jié)圓直徑是114.3mm
偏距：(也叫偏位或ET)是安裝面與輪轂中心線的距離，通常在輪轂的背面可以找到這個(gè)參數(shù)。偏距是用來調(diào)節(jié)輪距和保證車輪不與車體不干涉。
中心孔：就是輪轂中間的那個(gè)大孔，注意中心孔尺寸是從背面去測量才是正確的數(shù)據(jù)。各車都不一樣，BENZ一般66.6MM, BMW一般72.6MM.如輪圈的輪軸孔大，一定要用中孔套環(huán)，否則高速時(shí)車輪會(huì)抖動(dòng)。
1.1.2輪轂分類及其優(yōu)劣
輪轂按照材質(zhì)分類的話，可以分為鋼輪轂和合金輪轂這樣兩類。這兩類輪轂有其優(yōu)點(diǎn)也有其缺點(diǎn)。
鋼質(zhì)輪轂主要的優(yōu)點(diǎn)就是制造工藝非常簡單，成本相對與合金輪轂來說的話較低，而且它的抗金屬疲勞的能力很強(qiáng)，也就是我們經(jīng)常說的的便宜又結(jié)實(shí)。但鋼質(zhì)輪轂的缺點(diǎn)也相對比較突出就是外觀丑陋，可以說沒什么外觀可言，重量較大相同的，就是說輪轂鋼材質(zhì)要比鋁合金材質(zhì)重很多，慣性阻力較大，散熱性也比較差，而且非常容易生銹。
而相對與合金輪轂來說，合金材質(zhì)輪轂正好可以彌補(bǔ)這樣的問題，較輕的重量，因而它的慣性阻力就較小，雖然要求的精度比較高，但輪轂在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的變形量就很小小，這樣有利于提高汽車的直線行駛的能力，減少了阻力，從而減少了耗油量。合金材質(zhì)的導(dǎo)熱性能又是鋼的的幾倍，所以散熱性好，對于車輛的各個(gè)系統(tǒng)的熱衰減都起到一定的作用。目前市場上的原廠車的合金輪轂都已鋁合金為主，當(dāng)然很多改裝輪轂為了達(dá)到一定的特殊要求以及視覺的提升會(huì)選擇鉻、汰等元素作為基本材料。不過，跟鋼材質(zhì)輪轂比起來，合金輪轂的價(jià)格要貴出不少，所以往往在很多中低端級(jí)別的原廠車中，鋼質(zhì)輪轂會(huì)出現(xiàn)在低配車型上，而合金輪轂則出現(xiàn)在高配車型上，成為了大多車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。
在實(shí)際使用的時(shí)候，鋼圈使用的時(shí)間很長、或者是經(jīng)常行駛在一些顛簸路段的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一定的變形，而鋁合金輪轂就不會(huì)存在這種情況的，鋁合金輪轂在沒有受到很大的力的情況下基本上是不會(huì)變形的。這兩種輪轂正常使用基本不存在安全性、油耗這方面的區(qū)別；四個(gè)鋁合金輪轂的價(jià)格大概在2000元。
用合金輪轂的汽車，其緩沖和吸震性能比一般輪轂要好，所以汽車在不平的路上也非常的舒適。
鋁合金的導(dǎo)熱性是鋼的幾倍，散熱效果非常好，提高了輪胎的使用壽命，有效的保證了汽車的行駛安全。
鋁合金輪轂相比鋼制輪轂重量更輕，散熱效果更好，更耐磨損，抗打擊能力更強(qiáng)，韌性、延展性等各項(xiàng)參數(shù)都明顯比鋼制要好。
所以價(jià)格也明顯高于鋼制輪轂。不過從性價(jià)比來看的話，大多人會(huì)選擇后者，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼制輪轂已逐漸被合金輪轂所取代。
1.1.3 輪轂的制造方式
鋁合金輪轂的制造方法有三種：重力鑄造、鍛造、低壓精密鑄造。
1、重力鑄造法 利用重力把鋁合金溶液澆注到模具內(nèi)，成形后經(jīng)車床處理打磨，即可完成生產(chǎn)。制造過程較簡單，不需精密的鑄造工藝，成本低而生產(chǎn)效率高，但是容易產(chǎn)生氣泡（砂眼），密度不均勻，表面平滑度不夠。吉利有相當(dāng)一部車型配用的就是這種方法生產(chǎn)的輪轂，主要是早期生產(chǎn)的車型，新車型多已換用新款的輪轂。
2、鍛造法 整塊鋁錠由千噸的壓力機(jī)在模具上直接擠壓成型，好處是密度均勻，表面平滑細(xì)致，輪轂壁薄而重量輕，材料強(qiáng)度最高，比鑄造方法高三成以上，但由于需要較精良的生產(chǎn)設(shè)備，而且成品率只有五到六成，制造成本較高。
3、低壓精密鑄造法 在0.1Mpa的低壓下精密鑄造，這種鑄造方式的成形性好，輪廓清晰，密度均勻，表面光潔，既能達(dá)到高強(qiáng)度、輕量化，又能控制成本，而且成品在九成以上。是高品質(zhì)鋁合金輪轂的主流制造方法。
1.1.4 輪轂的選擇
1、大小 輪轂的大小不能隨意選擇。有些人為了提升汽車性能而增加輪轂的直徑，如果在輪胎外徑不變的狀況下，大的輪轂必定要配合寬而扁的輪胎，雖然車的橫向擺動(dòng)減小了，穩(wěn)定性得以提高，過彎的時(shí)候輕輕掠過。但是車胎越寬越扁的話，它的厚度越薄，減震的性能就會(huì)降低，舒適性的方面就會(huì)大大的降低。而且路段上稍微有一些石子等小的路障，輪胎就會(huì)很容易損壞。因而不顧后果的加大輪轂的代價(jià)不容忽視。 一般來說，根據(jù)原車輪轂的大小加上大一個(gè)兩個(gè)號(hào)最為適合的。
2、三距 就是說挑選輪轂的時(shí)候不能夠不顧一切選擇自己喜愛的外部形狀，要聽從技工師父的建議去考慮這三距是否合適與車相配合。
3、形狀 結(jié)構(gòu)相對來說復(fù)雜、密集的輪轂很美觀，顯得比一般的好，但在洗車的時(shí)候，洗車的人不會(huì)幫你洗，或者收費(fèi)較高。因?yàn)樗雌饋磔^麻煩。反之，簡單的輪轂反而顯得干凈利落。深得民心的的鋁合金輪轂，與過去的鋼制輪轂比較，抗變形的能力有了很大的提高，重量也是大大的減輕，跑起來快，省油散熱性好，深受廣大車主用戶的喜愛。但是在這里要提醒一下，有一些汽車的經(jīng)營商為了滿足車主的喜愛，在銷售汽車之前，先把一般的輪轂改換成鋁合金輪轂，在價(jià)格上卻狠的敲上一筆。因而從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的角度上去考慮，買車的時(shí)候不要太在意輪轂的材質(zhì)這些細(xì)節(jié)，反正買好車后，可以按照自己的喜好來換，而在價(jià)錢上就可以節(jié)省一些。
1.2 機(jī)床夾具
1.2.1夾具的組成及作用
機(jī)床夾具是在機(jī)械制造過程中用來固定加工，如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口虎鉗等。
機(jī)床夾具的組成：
1、定位元件或定位裝置：起定位作用，保證工件相對于夾具的位置。
2、夾緊裝置：保證在加工時(shí)保持所限制的自由度。
3、導(dǎo)向元件或?qū)Φ堆b置：保證刀具相對于夾具的位置。
4、連接元件：保證夾具和機(jī)床工作臺(tái)之間的相對位置。
5、夾具體：用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個(gè)整體的裝置。
6、其他元件及裝置：如動(dòng)力裝置的操作系統(tǒng)等。
機(jī)床夾具的主要作用有：
1、保證加工精度；采用夾具裝夾可以準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床的相對位置，并且工件的正確位置在加工中不致發(fā)生變動(dòng)，因此能較穩(wěn)定地保證工件的加工精度。
2、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；使用夾具能夠快速地裝夾工件。
3、擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍；在普通機(jī)床上配置適當(dāng)?shù)膴A具可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍、實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。
4、降低對工人的技術(shù)要求和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
夾具不同于其他環(huán)節(jié)，他在工藝系統(tǒng)中有著特殊地位，夾具的整體剛度對工件加工的動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生著非常特殊的影響。當(dāng)夾具的整體剛度遠(yuǎn)大于其他環(huán)節(jié)，工件加工的動(dòng)態(tài)誤差基本上只取決于夾具的制造精度和安裝精度。因此設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對夾具的整體剛度應(yīng)給予足夠重視。如因工藝系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的剛度不足而引起較大的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差時(shí)，也可以采取修正夾具定位元件的方法進(jìn)行補(bǔ)償。這就是夾具的能動(dòng)作用。
1.2.2夾具的分類
機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設(shè)計(jì)、制造和管理的方便，往往按某一屬性進(jìn)行分類。
1、按機(jī)床夾具的通用特性分類按這一分類方法可將夾具分為通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和隨行夾具等五大類。它反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。
1)通用夾具通用夾具是指已標(biāo)準(zhǔn)化、無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可用于裝夾不同工件的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。這類夾具已商品化，且成為機(jī)床附件。采用這類夾具可縮短生
產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少夾具品種，從而降低生產(chǎn)成本。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難裝夾形狀復(fù)雜的工件，故適用于單件、小批量生產(chǎn)中。
2)專用夾具專用夾具是專門為某一工件的一定工序加工而設(shè)計(jì)制造的夾具。其特點(diǎn)是針對性極強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，但是沒有通用性。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度
，因此適用于產(chǎn)品固定、批量較大的加工過程。
3)可調(diào)夾具可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。在加工完一種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個(gè)別元件，即可裝夾加工形狀相似、尺寸相近的工件。多用于中小批量生產(chǎn)。它一般又分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。通用可調(diào)夾具的通用范圍大、適用性廣，加工對象不太固定。成組夾具是專門為成組工藝中某組零件設(shè)計(jì)的，調(diào)整范圍僅限于本組內(nèi)的工件。
4)組合夾具組合夾具是根據(jù)成組加工工藝的原則，按工件一定工序的要求，由一套預(yù)先制造好的通用標(biāo)準(zhǔn)元件和可更換調(diào)整元件組合而成的夾具。組合夾具使用完后，可進(jìn)行拆卸或重新組裝新夾具，具有縮短生產(chǎn)周期，元件能重復(fù)多次使用，減少專用夾具的品種、數(shù)量和存放面積等優(yōu)點(diǎn)。適用于新產(chǎn)品試制和單件、中小批多品種生產(chǎn)。
5)隨行夾具隨行夾具是自動(dòng)生產(chǎn)線夾具的一種。除了具有一般夾具所擔(dān)負(fù)的裝夾工件的任務(wù)外，還在使用中隨著工件一起運(yùn)動(dòng)，完成將工件沿著自動(dòng)線從一個(gè)工位移至下一個(gè)工位進(jìn)行加工的任務(wù)。
2、按工序所用機(jī)床分類這是專用夾具設(shè)計(jì)所用的分類方法。按工序所用的機(jī)床分類，可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等。
3、按夾具動(dòng)力源來分類按夾具夾緊動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具和機(jī)動(dòng)夾具兩大類。為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和確保安全生產(chǎn)，手動(dòng)夾具應(yīng)有擴(kuò)力機(jī)構(gòu)與自鎖性能。常用的機(jī)動(dòng)夾具有氣動(dòng)夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具、
真空夾具和自夾緊夾具等。
1.2.3夾具現(xiàn)狀及發(fā)展方向
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。
1、標(biāo)準(zhǔn)化：機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。
2、 高效化：高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見的高效化夾具有自動(dòng)化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控加床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。
3、精密化：隨著機(jī)械產(chǎn)品精密度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精密度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達(dá)±0.1；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。
4、柔性化：機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過調(diào)整、組合等方式 ，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要
有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需
要，擴(kuò)大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。
我國夾具設(shè)計(jì)和制造分散于各行各業(yè)的企業(yè)之中。只有機(jī)床附件中的通用夾具與組合夾具形成了專業(yè)化的夾具制造產(chǎn)業(yè)，建立了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作體系，制定了這兩類夾具的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其他門類的夾具，以及夾具標(biāo)準(zhǔn)件和功能部件等產(chǎn)
品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎空白，也沒有專業(yè)化制造企業(yè)。各種夾具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的缺位，不僅制約著夾具產(chǎn)品向?qū)I(yè)化、市場化轉(zhuǎn)化的進(jìn)程，同時(shí)造成社會(huì)認(rèn)知度低，對夾具產(chǎn)品缺乏具體的了解，導(dǎo)致市場營銷難度大，行業(yè)發(fā)展速度緩慢。夾具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作是亟待加強(qiáng)的基礎(chǔ)工作。
1.2.4設(shè)計(jì)夾具的要求
機(jī)械加工中“機(jī)床—刀具—夾具—工件”這一工藝系統(tǒng)中，四要素構(gòu)成了靜態(tài)/動(dòng)態(tài)的幾何關(guān)系。如圖2a所示的夾具和機(jī)床、刀具、工件之間的聯(lián)系關(guān)系。由于夾具由各元件和組件構(gòu)成，圖中點(diǎn)畫線框內(nèi)即為夾具的各元件、組件與其他三要素的聯(lián)系關(guān)系。圖2b為四要素之間相互直接聯(lián)系的尺寸/幾何關(guān)系。因此設(shè)計(jì)夾具時(shí)最基本的要求，就是保證圖2b中工件加工尺寸在工序完成后，達(dá)到工序尺寸/幾何精度要求。過去只考慮簡單的一維精度，隨著零件精度的設(shè)計(jì)提高今后必須研究和分析二維，少數(shù)情況下甚至三維的尺寸和形狀位置精度。在此基礎(chǔ)上考慮如何提高生產(chǎn)率和降低成本等其他問題
2 設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
設(shè)計(jì)內(nèi)容：
設(shè)計(jì)一臺(tái)汽車輪轂安裝孔鉆床的夾具，實(shí)現(xiàn)輪轂的精確定位及夾持，使操作方便，快捷，可靠，并能適用于不同直徑輪轂的夾持。
設(shè)計(jì)要求：
1、調(diào)研、收集資料，寫出文獻(xiàn)綜述；
2、擬定夾具的設(shè)計(jì)方案；
3、完成夾具的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)；
4、輸出各零件工作圖和總裝配圖；
5、完成夾具的三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真；
6、完成畢業(yè)論文的撰寫；
7、翻譯與本課題有關(guān)的外文資料，并撰寫外文摘要。
2.2 設(shè)計(jì)說明
機(jī)床夾具從產(chǎn)生以來，為了不斷滿足機(jī)械加工的需求，其種類在不斷的改變，發(fā)展非常迅速，因此為了提高工件加工的質(zhì)量與效率，能否設(shè)計(jì)出一種精密、高效、簡單、操作方便的的夾具是我們最為注重的。本次設(shè)計(jì)的是汽車輪轂安裝孔鉆床夾具，要求要比傳統(tǒng)夾具夾緊可靠，操作方便、快捷、可靠，并能適應(yīng)于不同直徑輪轂的夾持，工藝范圍較大。特別是采用的圓形機(jī)構(gòu)能保證加工的定心性要求，使其定心精度比其他夾具較高，采用一面兩銷定位，使其定位可靠。該夾具采用氣缸氣動(dòng)夾緊，利用氣缸作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)卡爪使其夾緊，再利用氣缸驅(qū)動(dòng)卡爪使其放松。
本次設(shè)計(jì)的夾具的原理相對其他同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)較簡單，為了提高難度，把重點(diǎn)放在了三維建模和三維運(yùn)動(dòng)仿真上。通過三維實(shí)體模型配合二維圖紙來表達(dá)，可以清楚的表達(dá)出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想，因此本論文的三維截圖較多。
圖紙軟件版本為：AutoCAD 2008；三維建模軟件版本為：solidworks 2012。
2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、結(jié)構(gòu)原理選擇：
采用雙滑塊機(jī)構(gòu)的原理可以實(shí)現(xiàn)不同直徑輪轂的夾持
2、動(dòng)力源：
氣缸
3、工作原理：
先把輪轂放在工作臺(tái)上，通過工作臺(tái)中間的定位銷和輪胎氣門孔的拔銷定位，以實(shí)現(xiàn)基本的一面兩銷定位。輪轂放好之后，夾具開始進(jìn)入工作時(shí)間，這時(shí)氣缸作為動(dòng)力源開始運(yùn)行，氣缸的活塞桿通過連接驅(qū)動(dòng)其中的一個(gè)卡爪向輪轂運(yùn)動(dòng)。而這四個(gè)卡爪都通過連接板與圓形形機(jī)構(gòu)相連接。所以當(dāng)氣缸驅(qū)動(dòng)的卡爪向輪轂運(yùn)動(dòng)時(shí)，其他三個(gè)卡爪通過圓形機(jī)構(gòu)也與其一起同時(shí)向輪轂運(yùn)動(dòng)，也就實(shí)現(xiàn)了四個(gè)卡爪以同等大小的速度與位移向輪轂運(yùn)動(dòng)，并將其夾緊。在輪轂上的螺紋孔在加工過程中，四個(gè)卡爪夾緊輪轂不動(dòng)。當(dāng)加工完成之后，氣缸再次驅(qū)動(dòng)卡爪反方向運(yùn)動(dòng)，相同的四個(gè)卡爪再以同等大小的速度與位移遠(yuǎn)離輪轂，最后回到初始位置。其運(yùn)動(dòng)原理圖如下：
3 氣缸
3.1氣缸介紹
氣缸引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。
氣缸
氣缸是氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)的兩類（見圖）。做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。
①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。
③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。
④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等
3.2氣缸的選擇
1、氣缸內(nèi)徑、軸心內(nèi)徑的選擇
根據(jù)夾具的工作環(huán)境以及鋁輪轂的屈服強(qiáng)度等因素.綜合考慮取活塞桿的拉力為800N。
氣缸出力一覽表
通過上表，就可以選擇氣缸的內(nèi)徑為40mm，軸心內(nèi)徑為16mm，種類為復(fù)動(dòng)型。
2、氣缸行程的選擇
內(nèi)徑
標(biāo)準(zhǔn)行程
最大行程
容許行程
20
25 50 75 80 100 125 150 160 175 200 250 300
500
800
25
25 50 75 80 100 125 150 160 175 200 250 300 350 400 450 500
800
1200
32
25 50 75 80 100 125 150 160 175 200 250 300 350 400 450 500
800
1200
40
25 50 75 80 100 125 150 160 175 200 250 300 350 400 450 500
1000
1500
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)中卡爪的兩個(gè)極限位置和安裝的位置，由上表選取行程為125mm。
由上所述可定最后氣缸的型號(hào)為:MAL-U-40×125
4 零件設(shè)計(jì)
4.1 工作臺(tái)
該零件外形設(shè)計(jì)為盤狀，通過在圓柱體上加工出槽而形成，四個(gè)卡爪在相應(yīng)的四個(gè)槽上滑動(dòng)，在卡盤中心R238.5的地方有與上平面成53度的銷孔，直徑為11.5毫米，用于安裝插銷，上平面的軸線中心有一個(gè)與銷軸配合的空，在卡盤下表面有一個(gè)深10毫米直徑為40mm的銷孔，用于與另一個(gè)銷軸相配合。
工作臺(tái)的三維效果圖如下圖：
4.2 卡爪
該類卡爪一共四個(gè)，與上述工作臺(tái)的槽相配合。卡爪與輪轂接觸的部分與輪轂的弧線完全相同，可以保證與其輪轂表面緊密接觸，當(dāng)此卡爪與輪轂夾緊時(shí)，其夾緊效果會(huì)更好，配合得更加緊密，做成與輪轂弧線相同的好處是輪轂變形會(huì)更小，使其加工精度更高。卡爪最下面鉆有螺紋孔，用于與下文介紹的連接板通過螺釘相連接，連接板再通過螺栓與圓形機(jī)構(gòu)相連接。
卡爪的三維效果圖如下圖：
4.3 連接板
此類連接板一共有四個(gè)，連接板的兩端加工有通孔，通過螺釘與卡爪連接在一起，另一邊所加工的孔與螺釘為間隙配合，以保證支撐板在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)較靈活。同理，右端所加工的孔與螺栓的配合也為間隙配合。
連接板的三維效果圖如下圖：
4.4 圓形機(jī)構(gòu)
圓形機(jī)構(gòu)由相同的兩塊圓形方板組成。兩個(gè)圓板之間有類似套筒的東西將其兩塊板隔開，每塊圓形方板的四個(gè)角鉆有通孔，通過螺栓墊圈將其兩塊板連接起來，用圓形方板的工作原理是方板在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過連接板拉動(dòng)四個(gè)卡爪向卡盤的中心運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是使四個(gè)卡爪以相同大小的速度與位移向輪轂運(yùn)動(dòng)，使其夾緊，且運(yùn)動(dòng)的精確程度較高。方板的中心有一個(gè)通孔，用于與銷軸相配合，使其整個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度為1.以使其有確定的運(yùn)動(dòng)。圓形機(jī)構(gòu)用類似套筒的隔板的作用是使上下兩板不直接接觸，且兩塊板之間的距離稍微比連接板的厚度較大，螺栓的大徑比連接板的孔直徑較小，以使其在運(yùn)動(dòng)的過程中使連接板與正方形機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。
圓形機(jī)構(gòu)的三維效果圖如下圖：
4.5 氣缸
此夾具采用復(fù)動(dòng)型氣缸，通過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，活塞的行程可根據(jù)實(shí)際需要選定。雙作用的力和速度不同。為了使其受力均勻，加大機(jī)構(gòu)受力的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)氣缸，選用氣缸時(shí)選擇活塞桿端有螺紋的活塞桿，以使其與連接板2通過螺紋連接起來，氣缸的選擇以及行程已在上文中做具體介紹。氣缸的固定方式為：一端與連接板2相連接，另一端用支撐板和連接桿使其固定。選用兩個(gè)氣缸的優(yōu)點(diǎn)是定位較好，力學(xué)性能也較單個(gè)汽缸較好。
氣缸的三維效果圖如下圖：
氣缸的活塞桿通過連接板2的連接，連接板2又焊接在支撐板上，活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)就間接推動(dòng)卡爪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而夾緊和放松輪轂。
4.6 連接板2和連接桿
連接板2的兩端加工出螺紋孔，用于與活塞桿上的螺紋相配合，進(jìn)而下一步的連接。
連接板2的三維效果圖如下圖：
連接桿為圓柱形，用于與氣缸圓筒端的圓孔相配合，中間的部分與下述所述的支撐板的孔相配合，連接方式為焊接，使其固連在一起.
連接桿的三維效果圖如下圖：
活塞桿與連接板2及連接桿的配合效果圖：
4.7 支撐板
該類支撐板一共有四個(gè)，其中有兩個(gè)支撐板的上部分部為圓孔，用來與卡盤焊接在一起，使卡盤與其固連在一起。為了節(jié)約材料將其上邊的輪廓做成半圓形，，另外2個(gè)支撐板上部分為長方形孔，以與連接板2相連接，連接方式為固連，采用的方式為焊接。安裝時(shí)注意兩個(gè)之間的距離，最好是當(dāng)連接板在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不與此類支撐板發(fā)生干涉為宜。
支撐板的三維效果圖如下圖：
4.8 隔離筒
圓形機(jī)構(gòu)不能緊密接觸，否則會(huì)影響連接板的轉(zhuǎn)動(dòng)。在圓形機(jī)構(gòu)中加入隔離筒可以保證其上底板與下底板之間的相對距離， 隔離筒的安裝位置是空套在銷軸上，銷軸與卡盤底面的孔形成緊配合。以使圓形機(jī)構(gòu)的上下底板在銷軸上相對轉(zhuǎn)動(dòng)，隔離筒的作用就是如上所述。
隔離筒的三維效果圖如下圖：
其他的零件屬于標(biāo)準(zhǔn)件，可以在市場上直接購買或者選購。
4.9 整體裝配圖（仰視圖）
5 總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最重要的環(huán)節(jié)。也是最接近實(shí)際工作任務(wù)的一次訓(xùn)練，是我們步入社會(huì)參與實(shí)際工作設(shè)計(jì)的一次極好的演示。雖然每學(xué)期都安排了課程設(shè)計(jì)或者實(shí)習(xí)，但是沒有一次像這樣的課程設(shè)計(jì)能與此次相比：設(shè)計(jì)限定了時(shí)間長，而且是一人一個(gè)課題，要求更為嚴(yán)格，任務(wù)更加繁多、細(xì)致、要求更加嚴(yán)格、設(shè)計(jì)要求的獨(dú)立性更加高。要我們充分利用在校期間所學(xué)的課程的專業(yè)知識(shí)理解、掌握和實(shí)際運(yùn)用的靈活度。在對設(shè)計(jì)的態(tài)度上是認(rèn)真的積極的。
通過15周的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，學(xué)會(huì)怎樣收集、查閱資料；怎樣制定方案和對方案進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過三個(gè)多月的忙碌和學(xué)習(xí)，給我最深的感受就是使我的設(shè)計(jì)思維得到了很大的鍛煉與提高。作為一名設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意而功能齊全的產(chǎn)品，就必須做一個(gè)生活的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，只有這樣感性認(rèn)識(shí)豐富了，才能使我們的設(shè)計(jì)思路具有創(chuàng)造性。
通過本次設(shè)計(jì)我學(xué)到的不僅僅是對鋁輪鉆床夾具這單一方面的了解，讓我熟悉了設(shè)計(jì)的各個(gè)方面的流程，學(xué)會(huì)了把自己大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中的方法。從以前感覺學(xué)的許多科目沒有實(shí)際意義，到現(xiàn)在覺得以前的專業(yè)知識(shí)不夠扎實(shí)，所學(xué)知識(shí)中的很多細(xì)節(jié)根本沒有掌握，但卻是設(shè)計(jì)所重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。給自己的設(shè)計(jì)過程帶來了或多或少的麻煩。通過本課題的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了自己的綜合能力、自學(xué)能力，從而適應(yīng)未來社會(huì)的需要與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要。培養(yǎng)了自己綜合的、靈活的運(yùn)用的發(fā)揮所學(xué)的知識(shí)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，由于在設(shè)計(jì)方面經(jīng)驗(yàn)的不足，理論知識(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)各種問題，如：在選擇計(jì)算校核標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤差，在查表和計(jì)算上精度不夠準(zhǔn)等等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，意味著我的大學(xué)生涯也即將結(jié)束。四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對又一次征程的開始。
6 致謝
四年的求學(xué)生涯在老師們的下，走得辛苦卻也收獲滿囊，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師胡榮麗老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，特別感謝我的指導(dǎo)老師胡榮麗老師給我的細(xì)心指導(dǎo)，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。給我提供很多相關(guān)的參考資料；對我所設(shè)計(jì)的方案提出不足的地方并加以改正，共同攻克一些設(shè)計(jì)難點(diǎn)等；耐心批改設(shè)計(jì)圖紙中的每一個(gè)錯(cuò)誤。讓我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能按時(shí)按要求完成，讓我此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)取得第一階段的成功，讓我圓滿的完成大學(xué)中最后的一門課程。我此次的畢業(yè)能取得的成功與胡老師的指導(dǎo)息息相關(guān)，胡老師在這15周中對我的指導(dǎo)起著舉足輕重的作用。
胡老師細(xì)心地糾正我圖紙中的錯(cuò)誤，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)識(shí)淵博、思想深邃、視野雄闊。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我接受了全新的思想觀念和領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
最后也同樣感謝參與畢業(yè)答辯審核的老師們，謝謝你們對我大學(xué)里最后一次的考核與教導(dǎo)！
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