夹具设计及计算说明书优秀版

夹具设计计算说明书
（重卡转向节）
系别:机械工程学院
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目录
一、夹具设计原始条件： (1)
二：选择定位方式： (1)
2.2 两孔定位 (2)
三.定位误差的分析与计算： (2)
3.1：工件以组合表面定位时的定位误差 (3)
3.2:转角误差 (3)
四. 夹紧装置的设计 (4)
4.1.夹紧力的确定 (4)
4.1.1夹紧力的方向 (4)
4.1.2夹紧力的作用点 (5)
4.1.3夹紧力大小的确定 (5)
4.2 钻削切削力的计算 (6)
4.2.1 钻削力矩 (6)
4.2.2钻削力 (6)
4.3 校核 (6)
五．参考书目 (7)
一、夹具设计原始条件：
1：生产纲领：5000件/年，属于中批生产 2：生产工序：工序11，钻扩铰2×30φ孔
(1):钻15φ孔 （2）：钻28φ孔
（3）：扩孔钻扩29.85φ孔 （4）：铰30φ孔，保证尺寸30H8
二：选择定位方式：
由于转向节法兰盘底部已加工较大平面并且在法兰盘上有两个垂直于底部平面的孔。

在30φ之间有一个12φ的工艺孔，所以可以选取法兰盘底部大平面与两个孔进行一面两孔定位。

法兰盘底部大平面作为第一定位基准限制工件的,,z x y 三个自由度定位元件为支撑板。

12φ工艺孔的中心线作为第二定位基准，限制工件,x y 两个自由度，定位元件为短圆柱销。

10φ工艺孔的中心线作为第三定位基准，限制工件z 一个自由度，定位元件是短菱形销。

这样工件可以完全定位。

2.1平面定位：
平面定位采用支承板定位。

由于与支承板接触的工件的面的形状并且表面粗糙度Ra3.2。

根据《机床夹具设计手册》的表2-1-10选取支承板的型号为B12×80 GB 2236-80。

具体尺寸如下：
在本次设计中需采用两个支承板分别支承工件的两边，在设计中采用多个支承板定位一个面时，必须保证一组支承板等高。

故支承板的工作面，装配后在一道工序中精磨，保证等高。

一组支承板，与精基准面接触形成平面定位副，相当于三个支承钉或三个点定位副，限制三个自由度。

2.2 两孔定位
根据零件孔的尺寸和《机床夹具设计手册》GB2259-80《机床几句零件及部件技
术条件》，选择圆柱销型号A12 f7×14GB2203-80，定位部分尺寸及公差为0.016
0.03412--，棱形销B10f7×12GB2203-80，其定位尺寸及公差为0.0130.02810--，（《互换性与技术测量》
华中科技大学出版社 第三版）
A 型圆柱销的具体尺寸：
B 型棱形销的具体尺寸：
定位时用的12φ的工艺孔用钻头直接钻出，其公差等级为IT14，与圆柱销定位部
分配合的尺寸为0.43012φ+
同理，定位时用的10φ的工艺孔用钻头直接钻出，其公差等级为IT14，与圆柱销定位部分配合的尺寸为0.36
10φ+。

三.定位误差的分析与计算：
两个30φ孔，加工要求为30φH8，基孔制，IT=0.03mm 。

3.1：工件以组合表面定位时的定位误差
（1）12φ的工艺孔中心1O 的基准位移误差：
12φ的工艺孔中心1O 的基准位移误差在任何位置上均为：
1()w O ∆= 1max 111min D d X T T X =++= max min D d -= 0.430.034+=0.464mm
（2）10φ的工艺孔中心2O 的基准位移误差：
在垂直于两孔连线方向X 上，存在最大配合间隙2max X ，产生的基准位移误差：
2()X w O ∆= 2max 222max D d X T T X =++= max min D d -=0.36+0.028=0.388mm
3.2:转角误差
根据工程图样：可计算两定位销的距离L:
186.02L ==
由于1max 2max X X 和的存在，在水平面内，两孔连线12O O 产生基准转角误差。

12O O 两种极限状态分别如下： （1） 单向移动 基准转角误差为：
2max 1max =arctan
2X X L β-∆=0.4640.388
arctan 42''2186.02
-=⨯
（2） 交叉状态
2max 1max =arctan
2X X L α+∆=0.4640.388
arctan 7'52''
2186.02+=⨯
角度误差要求为±30′，由工件定位误差引起的最大转角误差为
7'52''30'/3<,所以满足定位要求。

四. 夹紧装置的设计
夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧原件和夹紧机构所组成。

设计夹紧装置时一般应满足一下基本条件。

夹紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置。

夹紧力的大小适当，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动，又要使工件不产生不允许的变形或损伤，
夹紧装置的自动化程度，应与工件的生产批量相适应。

结构要简单，力求体积小、重量轻、并有足够的强度；工艺性好便于制造与维修。

使用性能好、操作方便、省力、安全可靠。

根据以上要求，工件在加紧时可以选择螺旋加紧机构。

用转动手轮，使压板下移与工件中心的锥孔配合压紧工件。

由于工件定位平面在锥孔下部，所以加紧机构加紧时不会引起工件的变形。

采用手动夹紧。

中间传递机构为螺纹螺柱配合，传动作用力。

加紧元件为螺柱底部的压板。

4.1.夹紧力的确定
4.1.1夹紧力的方向
加紧力的方向应有助于定位，不应该破坏定位。

螺旋夹紧机构只能提供一个夹紧力，同时该夹紧力垂直于主要定位支撑面---法兰盘下表面。

并且该夹紧力方向方便装夹和有利于减少夹紧力，并且与重力方向一致。

所以从加紧力方向看该螺旋加紧机构符合夹紧力的要求。

4.1.2夹紧力的作用点
采用螺旋夹紧机构作用点的位置有利于保持工件稳定，不会引起工件发生位移或偏转。

夹紧力作用点落在定位元件支撑范围之内，有利于工件的定位。

4.1.3夹紧力大小的确定
夹紧力的大小必须适当。

若过小，则工件在加工过程中会发生移动，破坏定位；若过大，则会使工件和夹具产生加紧变形，影响加工质量。

用螺杆直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，称为螺旋夹紧机构。

它具有结构简单、通用性好、夹紧可靠、增力比大、行程不受限制等优点，在夹具中得到广泛的应用，其中有关元件和结构多数已标准化、规格化和系列化。

其缺点是夹紧和松开时用时较多。

综合各种因素，本次设计采用螺旋夹紧机构。

螺旋加紧力的计算与斜楔类似，螺旋实际是绕在圆柱上的斜楔，将其展开即为一斜楔。

本次设计采用螺杆端面为圆周接触，根据《机械加工工艺装备设计手册》表3-43 简单螺旋夹紧机构的类型与夹紧力的计算: 有公式：212
2/[tan()]3
W QL d fd αϕ=++
α——螺纹升角（0ϕ——摩擦角（0）；
f ——摩擦系数。

4.2 钻削切削力的计算
4.2.1 钻削力矩
根据夹具体的加工条件，夹具体属于铸铁，用硬质合金麻花钻，根据《现代机床夹具设计》（化学工业出版社）表4-19，可知切削力矩公式为
20.80.34p M d f K =
其中p K 为修正系数约为0.75
(/736)b σ,所以1p K ≈
M ——切削力矩NM f ——每转进给量,mm d ——钻头直径,mm
代入数据20.8
0.34280.351115M N M =⨯⨯⨯=⋅
4.2.2钻削力
根据夹具体的加工条件，夹具体属于铸铁，用硬质合金麻花钻，根据《现代机床夹具设计》（化学工业出版社）表4-19，可知钻削力公式为
0.7667f p F df K =
f ——每转进给量,mm d ——钻头直径,mm
其中p K 为修正系数约为0.75
(/736)b σ,所以1p K ≈
代入数据：
0.7667280.351f F =⨯⨯⨯=8956N
4.3 校核
根据钻削的切削条件，钻削时由于麻花钻与工件的摩擦和相对运动，产生了竖直向下的钻削力f F 和使工件转动的转矩M ，其中钻削力f F 在竖直方向与工件重量和夹
具体对工件的支撑力平衡，因此只需校核水平方向上由于钻削产生的力矩与夹紧机构夹紧产生的力矩平衡，使得工件固定在夹具体上，不会因为钻削力使工件移动，影响加工质量。

根据上述计算，夹紧力F=5700N ，取摩擦系数取f 取0.15
所以夹紧产生的力矩为'M Ffl =（其中l 为夹紧机构中心线与钻头中心线的距离） 代入数据：'M Ffl == '57000.150.188160M N M =⨯⨯=•>101.6NM 因此，工件可以在夹具体上按要求平稳加工。

五．参考书目
1.李凯岭 机械制造技术基础 清华大学出版社
2.吴拓 现代机床夹具设计 化学工业出版社
3.曹岩 机床夹具手册与三维图库 化学工业出版社
4.谢铁邦等 互换性与技术测量 华中科技大学出版社
5.燕山大学，洛阳工学院 机床夹具设计手册 上海科学技术出版社。