核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计论文(编辑修改稿)

核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

由于夹具加工精度的提高有一定限度，因此采用两种定位方式组合定位时，应以一种定位方式为主，减轻另一种定位方式的干涉。 从本质上说，这也是另一种提高夹具定位面精度的方法。 （3） 利用工件定位面和夹具定位面之间的间隙和定位元件的弹性变形来补偿误差，减轻干涉。 在分析和判断两种定位方式在误差作用下属于干涉还是过定位时，必须对误差、间隙和弹性变形进行综合计算，同时根据工件的加工精度要求才能作出正确判断。 从广义上讲，只要采用的定位方式能使工件定位准确，并能保证加工精度，则这种定位方式就不属于过定位，就可以使用[6]。 夹具夹紧原理介绍（1） 设计夹紧机构，必须首先合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点[14]。 （2） 夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故，采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。 当设计机动（如气动、液压、电动等）夹紧装置时，则需要计算夹紧力的大小。 以便确定动力部件（如气缸、液压缸直径等）的尺寸。 （3） 进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。 根据工件在切削力、夹紧力（重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力）作用下处于静平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。 实际夹紧力一般比理论计算值大2～3倍[14]。 实际生产中一般很少通过计算求得夹紧力，因为在加工过程中切削力随刀具的磨钝、工件材料性质和余量的不均匀等因素而变化，而且切削力的计算公式是在一定条件下求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是仍然很难计算准确，对于关键性的夹具，往往通过实验的方法来测定所需要的夹紧力。 （4） 夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题。 必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。 叶片夹具类型由于叶片根部和端部的形状不同，且叶片较长，精度要求高，刚性要求高，所以其夹具需分别设计制造。 叶片夹具分析与设计 叶片夹具设计分析由于叶片是被夹持在机床上进行铣削加工，该类叶片汽道型面较长且出汽侧较薄（），在这样的工件上加工容易出现变形及颤动，这样导致部分叶片报废。 因此，需要考虑克服叶片汽道型面较长、出汽侧较薄、粗加工后表面粗糙度较低、不均匀和加工前后中心高高度的变化等因素所带来的影响。 因此需要设计出具有以下特点：（1） 消除或减小变形——于汽道型面上作用一拉伸力并加强刚度（辅助支撑）；（2） 消除或减小颤动，——液压自动控制浮动、拉伸并加强刚度（浮动支撑）；（3） 装夹方便、快捷和准确。 基于以上考虑，结合叶片具有叶根、叶茎和叶冠的结构特点设计一套组合夹具，分别为叶根夹具和叶冠夹具，考虑叶根和叶冠的形状、位置和作用，叶根夹具为固定支撑，叶冠夹具为辅助支撑。 由于叶片质量较大，长度较长，厚度较薄，所以，叶冠夹具采用液压自动浮动支撑和拉伸作用。 这样既可以增加叶片在加工时的刚度，也可以减少叶片加工过程中的颤动，可以较好的保证精度和高效率的设计目标。 叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。 定位基准的选择叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。 叶根三维图 为了减少误差和定位方便，我们选择平面平面平面2和平面4作为定位基准。 六点定位原理分析如下：相应夹具定位基准如下：，平面1和平面3限制了工件Z方向的移动，X轴的转动和Y轴的转动；平面2限制了工件X方向的移动和Z轴的转动；平面4限制了工件Y方向的移动。 定位基准面 （）平面1和平面3平面2平面4空间自由度限制（）Z方向移动 X、Y轴转动X方向移动 Z轴转动Y方向移动通过六点定位原理的分析，可以得出工件在空间的自由度为0，因此工件定位正确。 定位误差分析工件以平面定位时，需要三个互成一定角度的平面作为定位基准，其中限制三个自由度的平面起主要定位作用，称主要定位基准；限制两个自由度的平面起次要定位基准，称导向定位基准；限制一个自由度的平面称止动定位基准[14]。 因此，平面1和平面3为主要定位基准；平面2为导向定位基准；平面4为制动定位基准[6]。 铣削加工时，由于在Y方向是铣削整个截面，所以可简化为计算在X、Z方向的定位误差。 由《机械制造技术基础》[6]得：在X方向定位基准时，尺寸X方向的工序基准和定位基准均是X方向定位基准面，基准重合，所以 （41）X方向定位基准面有角度制造误差，根据基准定位误差的定义有： （42）所以 （43）在Z方向定位基准时，尺寸Z方向的工序基准和定位基准均是Z方向定位基准面，基准重合，所以 （44）Z方向定位基准面有角度制造误差，根据基准定位误差的定义有： （45）所以 （46）因叶片的加工精度为一般精度177。 177。 ，且夹具体平面度≤177。 ，垂直度≤，定位槽对称度≤；所以可以不考虑定位基准面和定位元件的制造误差[6]。 因根据经验，工件以平面定位时，在大多数情况下，不考虑定位基准面和定位元件的制造误差。 综上所述： （47） 本工序加工按铣削估算夹紧力根据《机械制造技术基础》[6]P214可得：若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。 夹紧力的方向应方便装夹，有利于减小夹紧力和使工件夹紧后的变形小。 当夹紧力的方向确定后，夹紧力作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧力的变形。 对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面。 力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移和偏转。 为此，作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。 夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，这样可以使工件变形量最小。 夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。 工件结构形状使加工表面远离夹紧力的作用点时，可以增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动[6]。 通过综合分析，选取一下夹紧方式：通过实验方法测定，此铣削加工工序中所需的夹紧力相当于M20螺栓不承受任何工作载荷作用时的紧固力。 因此以M20螺栓不承受任何工作载荷作用时的紧固力为计算和设计依据。 由《机械设计》[5]得：。 尽管该联接并不承受任何工作载荷作用，但是由于装配时已经将螺母拧紧，因此，螺栓必须受到预紧力F′和螺纹副摩擦力矩T1的作用。 预紧力F′使螺栓危险截面上产生拉应力 （48）螺纹副摩擦力矩T1则使螺栓危险截面上产生剪应力 （49）对于M10～M68的普通螺纹，取dd2和λ的平均值，取 （410）可得 （411）按照第四强度理论，螺栓危险截面上的当量应力为 （412）故螺栓螺纹部分的强度条件为 （413）或 （414）式中[σ]——紧螺栓的许用拉应力，MPa由上可得 （415） 根据《机械设计》[5]：S=3~2 （416）根据《机械设计》[5]性能级别螺栓、螺柱、螺钉屈服强度极限σS（MPa）推荐材料公称Min180190Q2152402401Q235320340Q2153003002354004201Q23548048045*640640356406603572072034590094040Cr、15MnVB1080110030CrMnSi、15MnVB，可得： （417）根据 （418）得许用应力： （418）根据实验可知：d1=20mm （419）可得： （420）取：F39。 = （421） 叶根夹具 叶根图叶根图 叶根介绍轮机叶根的作用是作为工件的定位基面与汽轮机主轴轮盘卡槽紧配合。 为保证叶片工作性能，其形状设计为由若干变曲度曲面连接形成，各曲面间采用圆弧过渡。 轮机叶片根部结构复杂，定位精度高。 传统的机械加工工艺繁杂，效率较低，刀具损耗大，成本高，加工难度大[1]。 汽轮机叶根主要分为以下6种形式：① T形叶根② 外包凸肩T形叶根③ 菌形叶根④ 双T形叶根⑤ 叉形叶根⑥ 纵树形叶根此叶根种类为叉形叶根。 叉形叶根，加工简单，装配方便，强度高，适应性好。 这种叶根及轮缘加工简单，叶片的拆卸比较方便。 但装配比较费工，钻孔非常不便。 一般在整体锻造转子及焊接转子上不采用这种叶根[1]。 叶根夹具图根据以上主定位部件的选择为叶根，、4面为定位基准面，所以夹具需要定位基准部件与之相应，参照公司的设计生产经验[2]，选取在满足功能要求的情况选最适合公司的结构设计。 同时考虑本次设计的主要目的是提高加工效率、夹持效率和减轻人员劳动程度，所以选取了液压系统，同时根据液压系统的结构要求和参照公司常用或常联系的厂家的工模具液压件的结构特点和功能特征[3]和加工空间、工件位置的要求，设计液压结构图如下所示：根据叶根定位要求和定位基准面的选择、夹具结构的设计，设计出如下所示夹具结构。 叶根夹具体结构图根据叶根夹具液压结构图和夹具结构，设计夹具体的结构如下图所示进油口 叶根夹具体的弯曲应力及强度分析（1） 弯曲应力分析由《机械设计》[5]可得：由于此结构竖板固定在机床旋转轴A上的，其自由度为0，所以此结构可简化为梁结构。 ，悬臂梁的固定约束了端截面的移动和转动，故有垂直反力RA和反作用力偶MA。 由平衡方程=0和=0，求得 （422）。 在距原点为x的横截面的左侧，有支反力RA、反作用力偶MA和集度为q的均布载荷，但在截面的右侧只有均布载荷。 所以，宜用截面右侧的外力来计算剪力和弯矩。 这样，便可不必首先求出支反力，而直接算出Q和M：QX=qlx （423） （424）（1）式表明，剪力图是一条斜直线（线性变化），只要确定两点就可以定出这一条斜直线。 ②式表明，弯矩图是一条抛物线，要多确定曲线上的几点，才能画出这条曲线。 例如： （425） （426） （427） （428）将实际数据代入方程。 梁结构的剪力图和弯矩图（2）。