學號 ： 業(yè) 設 計題 目 ： 滑 移 式 起 重 夾 鉗 裝 置 主 機 的 加 工 工 藝 設 計作 者 ： 鈕 科 屆 別 ： 201屆院 別 ： 機 械 工 程 學 院 指 導 教 師 ： 譚 湘 夫?qū)?業(yè) ： 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 職 稱 ： 副 教 授完 成 時 間 ： 201年 5月 15日機 械 夾 鉗 機 構(gòu) 是 機 械 制 造 裝 備 的 重 要 組 件 ,當 夾 鉗 機 構(gòu) 鉗 口 開 口 因 夾 持 不 同尺 寸 大 型 工 件 而 有 較 大 變 化 時 ,存 在 夾 持 力 波 動 很 大 的 情 況 ,因 而 很 難 保 證 夾 持 的可靠性 ,甚至造成夾持機構(gòu)功能失效。本 文 詳 細 介 紹 了 夾 鉗 裝 置 設 計 過 程 和 一 些 零 件 加 工 工 藝 方 法 ,快 速 成 型 加 工和 數(shù) 控 加 工 ， 薄 壁 零 件 在 加 工 過 程 中 容 易 變 形 ,加 工 精 度 難 以 保 證 ,如 果 能 采 用 合適加工工藝 ,完全可以解決這一問題。本 文 針 對 典 型 的 軸 類 零 件 數(shù) 控 加 工 工 藝 的 分 析 ,給 出 了 對 于 一 般 零 件 數(shù) 控 加工工藝分析的方法。 關鍵字： 夾持力； 夾鉗裝置； 加工工藝設計； 摘 要 .重夾 鉗 國內(nèi)外發(fā)展情況 .起重夾鉗加工的發(fā)展情況 .研究的主要內(nèi)容及解決的主要問題 .100 裝置機構(gòu)的結(jié)構(gòu) .100 裝置機構(gòu)的基 本 原理 .料選擇 .100.起重夾鉗裝置主機的鉗臂的材料選擇 .起重夾鉗裝置主機的鉗口的材料選擇 .夾鉗機構(gòu)運動過程的可靠性研究 . 夾鉗裝 置 主要部件 的 加工工 藝 設計 .利用快速成型進行加工設計 .軸類零件的數(shù)控加工工藝設計 .薄壁零 件 加工工藝設計 .用線切割加工吊臂的加工設計 . 文獻 . .文） 國內(nèi)外發(fā)展情況工 業(yè) 革 命 之 后 ， 隨 著 工 業(yè) 化 的 大 步 發(fā) 展 ， 各 種 起 重 夾 鉗 的 應 用 也 逐 漸 廣 泛 起來了。在 90年代， 國外一些工業(yè)強國對夾鉗的研究已有了較大突破。1996年 ， 日 本 三 菱 商 事 株 式 會 社 （ 與 太 原 重 型 機 械 集 團 公 司 合 作 ， 研制 成功 七臺 板坯 夾鉗 搬運 起重 機， 該 產(chǎn)品 已達 到 90年 代初 國外 同類 產(chǎn)品 的先 進水平1。 國 內(nèi)的 起重 夾鉗 的研 究起 步較 晚 ， 在 新中 國成 立以 前 ， 中 國基 本上 沒有 自主研 發(fā) 的 能 力 。 1993年 2月 16日 太 原 重 型 機 器 廠 舉 行 了 70 開 閉 式 板 坯 夾 鉗 試車 演 示 會 。 在 試 車 演 示 會 上 ， 該 產(chǎn) 品 通 過 了 空 載 和 負 荷 試 車 的 考 驗 ， 性 能 達 到 了設 計要 求 ， 可 供連 鑄廠 和熱 連軋 廠用 作板 坯起 吊或 一般 取物 作業(yè) 。 該 夾鉗 裝置 采 用， 有 多重 電氣 保護 和重 新起 動回 路， 能 檢測 和顯 示鉗 口開 度和 板坯 厚度 ，比我國經(jīng)常使用的重力夾鉗的生產(chǎn)率高， 操作方便而且安全可靠 2。20年 寶山 鋼鐵 股份 有 限 公 司 生 產(chǎn)的 一 種 鉗 式起 重機 夾 鉗 在 傳 統(tǒng)的 鉗式 起重機 夾 鉗 的 結(jié) 構(gòu) 基 礎 上 ， 將 夾 鉗 的 二 個 鉗 腿 中 的 一 個 鉗 腿 的 中 部 拐 角 處 自 上 而 下 形成 分 叉狀 并構(gòu) 成二 個支 鉗腿 ， 二 個支 鉗腿 與另 一個 鉗 腿 仍呈 交 叉 狀 ， 以 此形 成 了 “ 三鉗 腿 ” 的 結(jié) 構(gòu) 。 在 起吊 長規(guī) 格模 具 鋼 時 ， 依 靠一 個鉗 腿中 的二 個 支 鉗腿 以 及 另 一 個鉗 腿 可 以 牢 固 地 接觸 到模 具鋼 側(cè)面 ， 增加 了鉗 腿與 模 具 鋼 側(cè)中 的 接 觸 點 和 面積 ，較 傳統(tǒng) 的夾 鉗 相 比 ， 本 實 用 新型 的夾 鉗更 適 合 于 進行 起 吊 模 具 鋼 ， 它 既避 免了 起吊 的模 具 鋼 發(fā)生 傾 翻 現(xiàn)象 ， 又 提 高 夾鉗 的使 用功 能 ； 2006年 山西 某公 司生 產(chǎn) 的 熱板 坯 動 力 夾 鉗 起 重 機 其 夾 鉗 的 技 術 關 鍵 ： (1)利 用 螺 桿 傳 動 實 現(xiàn) 鉗 以 臂 水 平 開 閉運 動 。 (2)通 過優(yōu) 化設 計和 模 擬 試驗 確 定 了 合 理 的傾 斜角 ， 使 夾持 力足 夠大 ， 而 外形 尺寸 最小 。 (3)夾 鉗的 開閉 機構(gòu) 采 用 了磁 粉 離 合 器 和 零 速檢 測開 關 ， 控 制鉗 口對板 的 初 始 夾 緊 力 和 鉗 口 的 初 始 夾 緊 運 動 ， 并 實 現(xiàn) 對 電 動 機 過 載 的 保 護 。 (4)首 次采 用 了 多 對 鉗 臂 ， 實 現(xiàn) 對 長 、 短 板 的 夾 取 ， 這 在 國 外 也 是 首 創(chuàng) 3。 （ 5） 采 用 兩大 套 獨 立 的 開 閉 機 構(gòu) ， 可 以 實 現(xiàn) 斜 坯 的 夾 取 ； 2008年 河 南 某 公 司 生 產(chǎn) 的 100 旋 轉(zhuǎn) 鋁 鑄 錠 夾 鉗 起 重 機 主 要 創(chuàng) 新 點 是 多 種 吊 具 更 換 完 成 多 種 作 業(yè) ， 夾 鉗 部 分采 用 了 全 液壓 裝置 ， 液 壓旋 轉(zhuǎn) 、 液 壓夾 緊 、 松 開 ， 鉗 齒的 形狀 和 材 料 耐 高 溫 耐磨 ，任 意板 寬 均 有 齒尖 相接 觸 ； 采 用繞 性鋼 繩斜 拉三 角 形 防擺 等 ， 均 為國 內(nèi)領 先 水 平 。湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）2同 年 太 原重 型 機 械 集團 有限 公 司 生 產(chǎn) 的 六 爪式 動力 板坯 夾 鉗 ， 其 上 橫梁 分別 通過三 個 連 接 鉸 軸 與 三 個 開 閉 梁 連 接 ， 每 個 開 閉 梁 安 裝 有 開 閉 機 構(gòu) 和 雙 向 螺 桿 及 螺母 ， 雙 向 螺 桿 及 螺 母 上 的 軸 連 接 鉗 臂 ， 開 閉 機 構(gòu) 通 過 驅(qū) 動 裝 置 帶 動 鏈 輪 、 鏈 條 傳動 雙向 螺 桿 ， 雙 向螺 桿回 轉(zhuǎn)使 螺 母 帶動 一對 鉗臂 作開 閉運 動。 本發(fā) 明與 現(xiàn)有 技 術相 比 ， 不 僅適 用板 坯 規(guī) 格 范圍 大 ， 板 坯堆 取更 加靈 活方 便 ， 而 且尺 寸小 、 自 重輕 。大 連華 銳股 份有 限公 司 生 產(chǎn) 的 防 搖板 坯夾 鉗起 重 機 包 括 橋架 、 大車 行運 機構(gòu) 、 小車 、 卷 筒、 吊 架、 動 滑輪 ， 鋼 絲 繩 ， 板 坯夾 鉗， 特 征 是 ： 所 述 的 “ 十 ” 字 形吊 架由 相互 垂 直 的兩 個 直 梁 構(gòu) 成 ， 于 兩 直 梁 的 兩 端頂 面 處 依 序 設 I#、 I#、 點 ， 于 I#、 I#、 點處 分別 裝設 由 支 座支 承 的 兩 個 動 滑 輪 ， 與 小車 I#、I#卷 筒相 對應 的動 滑 輪 上 、 分 別用 鋼絲 繩經(jīng) 纏繞 連接 構(gòu) 成 四 繩 四 邊 “ V” 字 形式的 鋼絲 繩系 ； 于 “ 十 ” 字 型吊 架的 某一 直 梁 的兩 端 底 面 對 稱 連接 板 坯 夾鉗 ； 本 實用 新型 不僅 設計 合理 ， 結(jié) 構(gòu)緊 湊 ， 在 大車 及 小 車 運 行 方 向上 既 不 搖擺 ， 又 不旋 轉(zhuǎn) ，使 得 板 坯夾 鉗定 位準 確 、 夾 取迅 速 ， 而 且提 高作 業(yè)生 產(chǎn)效 率 ， 以 及具 有操 作 安 全 ，使用十 分 方便等優(yōu) 點 4。國 外起 重夾 鉗技 術 發(fā) 展要 比 我 國 早 很 多， 而 且 因 此其 技術 也日 趨成 熟。 荷蘭公 司 1985年 的起 重鉗 產(chǎn)品 樣 本 就 列 有 521種 不同 規(guī)格 的各 種 用 途起 重 鉗 ， 最 大 起重 量 已 達 40噸 ， 可用 于鋼 鐵廠 、 造船 廠、 化 工廣 、 鐵路 、 碼頭 和倉 庫等 部門 ， 進行 快 速 吊運 和 裝 卸 各 種 墊 材 ， 以 及焊 接和 裝 配 構(gòu)件 ， 鋪 設 軌 道 ， 維 修 設 備 等 作 業(yè) ，能 提 高 工 教 ， 減 輕 勞 動 強 度 。 荷 蘭 、 日 本 、 瑞 典 、 英 國 等 國 都 有 專 業(yè)廠 家 生 產(chǎn) 各種起重 鉗5。由 此 可 見 ， 隨 著 國 內(nèi) 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 入 世 以 后 ， 國 內(nèi) 的 起 重 夾 鉗 技 術 達到 了 一個相當?shù)母叨龋?有 一些甚 至 達到 了 國外的 水 平。目 前 世 界 銷 售 市 場 對 起 重 機 械 的 需 量 正 在 不 斷 增 加 ， 這 也 使 得 起 重 夾 鉗 也 得到 了快 速發(fā) 展 ， 從 而使 國外 各種 制造 起重 機 企 業(yè) 在 生 產(chǎn)中 更 多 地 采 用 優(yōu)化 設 計 、機 械自 動 化 和 自動 化設 備去 提 高 勞 動生 產(chǎn) 率 ， 這 對世 界銷 售市 場 、 制 造商 和用 戶都產(chǎn) 生了 巨 大 的影 響 。 近 年來 ， 美 國因 制造 技術 、 質(zhì) 量問 題和 價格 昂貴 等原 因 ， 降 低了其 在 世 界 上 的 競 爭 能 力 ； 聯(lián) 邦 德 國 德 馬 克 公 司 ， 由 于 實 行 了 生 產(chǎn) 技 術 振 興 ， 解 決了提高生產(chǎn) 的 工藝 手 段， 以 占 優(yōu)勢的新產(chǎn)品來保 持 其發(fā)展 的 優(yōu)勢 6。湖南理工學院畢業(yè)設計（論文） 在 國 內(nèi) 的 起 重 夾 鉗 的 運 用 情 況 基 本 上 就 三 種 ： 重 力 夾 鉗 、 電 動 開 閉 的 重 力夾 鉗 和 動 力 夾 鉗 三 種 夾 鉗 裝 置 。 在 這 三 種 當 中 ， 動 力 夾 鉗 因 其 成 本 較 高 ， 擴 大 推廣 受 到 一 定 的 影 響 ， 但 由 于 其 優(yōu) 越 的 工 作 性 能 ， 特 別 是 鉗 口 可 實 現(xiàn) 準 確 的 三 維 跟蹤 、 可 靠 夾 起 梯 形 坯 、 較 高 的 工 作 效 率 和 不 損 失 起 升 高 度 ， 為 實 現(xiàn) 冶 金 企 業(yè) 的 自動 化 具 有 無 可 比 擬 的 優(yōu) 點 。 因 而 我 們 認 為 動 力 式 夾 鉗 在 現(xiàn) 代 起 重 機 夾 鉗 發(fā) 展 上 將占越來越重要的作用 7。國外起重夾鉗技術的發(fā)展趨勢：(1)設計、 制作的計算機化、 自動化近 年 來 ， 隨 著 電 子 計 算 機 的 廣 泛 應 用 ， 許 多 國 外 起 重 機 制 造 商 從 應 用 計 算 機輔 助設 計系 統(tǒng) ( 提 高到 應用 計算 機進 行起 重機 的模 塊化 設計 ， 這 也使 得對 起重 夾 鉗 的 設 計 也 有 了 突 破 ， 根 據(jù) 市 場 調(diào) 查 預 測 的 統(tǒng) 計 數(shù) 字 和 積 景 的 資 料 、 圖 表 、圖 線 規(guī) 律 ， 在 嚴 密 的 科 學 理 論 指 導 下 ， 擬 定 起 重 夾 鉗 結(jié) 構(gòu) 、 機 構(gòu) 、 部 件 等 多 層 次的 標準 化 、 模 塊化 單元 。 對 起重 夾鉗 的改 進 ， 只 需針 對幾 個需 要修 改的 模塊 ,設 計新 的起 重夾 鉗只 需選 用不 同的 模塊 重新 進行 組合 ,提 高了 通用 化程 度 ， 可 使單 件小批 量 的 產(chǎn) 品 改 換 成 相 對 批 量 的 模 塊 生 產(chǎn) ， 亦 能 以 較 少 的 模 塊 形 式 ， 組 合 成 不 同 功能和不同規(guī)格的起重夾鉗， 滿足市場的需求， 增強競爭能力。 (2)新材料、 新工藝的應用由于鋼鐵工業(yè)新技術的應用 。鋼 材 質(zhì) 量 得 以 提 高 在 機 加 工 方 面 ， 盡 量 采 用 少 切 削 的 精 密 鑄 件 ， 尤 其 是 鋁 臺金 鑄 件 占 多 ， 加 工 設 備 大 量 采 用 高 精 、 高 效 的 加 工 中 心 ， 數(shù) 控 自 動 機 床 等 ， 既 保證 加 工 質(zhì) 量 ， 又 提 高 了 生 產(chǎn) 率 ， 降 低 了 成 本 。 同 時 在 工 藝 線 上 ， 使 用 機 械 來 代 替人 工 操 作 ， 如 焊 接 用 的 機 械 手 和 配 用 機 械 手 等 。 國 外 起 重 機 廠 商 為 了 能 迅 速 制 造和 裝配 出品 種多 樣化 的產(chǎn) 品來 ， 要 求企 業(yè)之 間密 切聯(lián) 系和 協(xié)調(diào) ， 企 業(yè)走 向?qū)?業(yè)化 ，標準化和系列化8。 據(jù) 畢 業(yè) 設 計 的 目 的 和 要 求 ， 通 過 譚 老 師 的 精 心 指 導 及 查 閱 大 量 國 內(nèi) 外 文 獻資 料 ， 結(jié) 合 在 實 習 中 所 遇 到 的 問 題 和 用 戶 提 出 的 要 求 ， 100 夾 鉗 機 構(gòu) 要 求達 到 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 安 全 可 靠 、 操 作 方 便 和 效 率 高 的 目 的 。 分 析 其 合 理 性 與 可 行 性 ，為 設 計 的 開 展 打 好 基 礎 ， 擬 定 初 步 設 計 方 案 及 步 驟 。 本 次 設 計 中 ， 我 們 將 主 要 解湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）4決以下幾個方面的問題： (1)夾鉗裝置的總體 設 計；(2)主要的零部件結(jié) 構(gòu) 設計及 強 度分 析 ；(3)夾鉗機構(gòu)的設計；(4)夾鉗裝置主要零 部 件的材 料 的選 擇 以及其 工 藝過 程 ；(5)具體的設備裝配 方 案。 裝置機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖 1所 示 為 10夾 鉗 裝 置 機 構(gòu) ， 由 夾 鉗 加 持 部 位 、 定 滑 輪 、 三 角 支 撐架 、 底 座 及 其 底 座 下 面 的 動 力 旋 轉(zhuǎn) 裝 置 構(gòu) 成 ， 其 功 用 用 于 加 持 10 物 品 ，可 從物 品初 始 擱 置 區(qū)域 ， 夾 取物 件 ， 將 物件 放 到 指 定 區(qū) 域 ， 圖 2所 示為 底座 俯視圖 。圖 10 夾 鉗 裝 置 機 輪 支 撐架 電 機安 裝部 位4底 座 5傳 動輪湖南理工學院畢業(yè)設計（論文） 裝置機構(gòu)的基 本 原理夾 鉗裝 置是 起重 夾 鉗 設備 的 取 物 裝 置 ， 起 重夾 鉗設 備能 否可 靠 地 工作 ， 主 要取 決 于夾鉗的性能。 夾 鉗裝 置是 起重 夾 鉗 設備 的 取 物 裝 置 ， 它 與起 重設 備的 幾個 工 作 機構(gòu) 配 合 ，可 從 物 品初 始擱 置區(qū) 域， 夾 取物 件， 將 物件 放 到 指 定區(qū) 域。 此 外， 夾 鉗起 重 裝 備還 可 用 來 撥 移 物件 或夾 上其 它 無 關 物品 來 清 理 雜 物 。 夾 鉗起 重機 在完 成上 述 工 藝程 序 時 ， 由 于運 行 速 度較 快， 振 動大 ， 夾 持的 又往 往是 各種 各樣 的 物 品， 因 此夾鉗 裝置 的 各 個零 部 件 除應 有足 夠的 強度 外 ， 還 應 有良 好 的 夾 持 性 能 ， 保 證 夾 持 的物件 不 至從 鉗 口脫落。310 夾 鉗 是 一 種 工 作 效 率 很 高 、 適 應 性 極 強 、 用 途 非 常 廣 泛 的 設 備 。 起 重 夾鉗 的 機 構(gòu) 復 雜 、 運 動 過 程 難 以 預 測 、 夾 持 的 可 靠 性 難 以 把 握 、 作 業(yè) 場 地 的 危 險 性較大。 這 是設 計起 重夾 鉗的 一個 矛盾 ,恰 當?shù)?參數(shù) 既能 夠滿 足夾 鉗工 作的 安全 性 、 又使鉗體自重適當 ,因此很有實際意義。 圖 3為夾鉗裝置整體優(yōu)化流程圖。圖 3夾 鉗 裝 置 整 體 優(yōu) 化 流 程 圖湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）6要 保 證 夾 鉗 的 安 全 要 求 ,必 須 符 合 以 下 條 件 :(1)它 的 臨 界 摩 擦 因 數(shù) 必 須 小 于材 料的 實際 摩擦 因數(shù) ,否 則 ,帶 卷不 能被 夾持 起 。 更 為可 怕的 是 ,帶 卷被 瞬間 吊離 地面 后 從 鉗 口 滑 落 ,導 致 產(chǎn) 生 不 可 估 量 的 損 失 。 (2)夾 鉗 各 鉗 臂 所 受 應 力 必 須 滿 足 下式中 夾鉗所受的最大 應 力s 所選材料的屈服 極 限 安全系數(shù)夾 鉗 的 傳 遞 系 數(shù) 為 起 重 機 對 夾 鉗 及 帶 卷 的 吊 運 力 與 該 力 傳 遞 到 鉗 口 上 正 壓 力大 小的 比值 ,它 是夾 鉗本 身的 固有 屬性 ,由 夾鉗 的結(jié) 構(gòu)唯 一確 定 。 傳 遞系 數(shù)越 大 ,鉗卷間所需產(chǎn)生的正壓力越大 ,帶卷越容易被夾持起 ,即所需要的臨界摩擦因數(shù)越小 ,然 而 ,夾 鉗 各 鉸 接 點 的 受 力 也 隨 之 增 大 ,導 致 鉗 臂 的 厚 度 必 須 增 加 ,從 而 使 夾 鉗 體積 龐 大 、 自 重 增 大 ； 傳 遞 系 數(shù) 若 是 減 小 ,機 構(gòu) 的 自 重 也 會 減 輕 ,但 降 低 了 工 作 過 程的 安 全 性 。 本 次 夾 鉗 的 整 體 優(yōu) 化 設 計 ,力 圖 能 夠 滿 足 所 有 的 設 計 要 求 ,并 使 設 計 目標 為最 優(yōu) ,例 如重 量、 面 積、 體 積、 應 力為 最小 3。 該 機構(gòu) 整體 優(yōu)化 設計 的流 程如圖 3所示。 的 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 化圖 2為 該 夾 鉗 的 單 邊 簡 化 機 構(gòu) 圖 。 從 上 往 下 依 次 定 義 為 上 鉗 臂 、 外 鉗 臂 、 下鉗臂。圖 4夾 鉗 機 構(gòu) 原 理 圖湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）7圖 中 為 夾 鉗 構(gòu) 件 的 幾 何 尺 寸 , 1、 2為 位 置 尺 寸 ,C、 表 示 夾 鉗 內(nèi) 、 外 鉗 口 伸 縮 的 移 動 副 ； 重 機 對 夾 鉗 及 帶 卷 的 吊 運 力 (吊運 力 作 用 在 圖 4所 示 的 吊 架 上 ), 表 示 內(nèi) 、 外 鉗 口 作 用 在 帶 卷 上 的 正 壓力。 臂 的 受 力 分 析忽略上鉗臂的自重 ,把它簡化為二力桿 ,如圖 4所示 ,它的受力大小為(/2)（ 3(/2) 3)（ 3-）式 中 :鉗 臂 受 力 ； 為 它 在 x、 的 分力 ； 鉗 和 帶卷的重力之和。 臂 各 支 點 的 力圖 5為外鉗臂的受力 圖 ,根據(jù)圖中關系得出4 5 1 4 1 1)= + （ 3 中 , 由上式 可 推 出 3個鉸接點的受力 大 小為（ 3（ 3（ 3（ 3-8） （ 3-9） （ 3 的 傳 遞 函 數(shù)圖 4中 標出 的為 外鉗 口和 內(nèi)鉗 口的 受力 大小 ,從 該機 構(gòu)原 理圖 的力 學關 系不 難推出 （ 3南理工學院畢業(yè)設計（論文）8（ 3得到夾鉗的傳 遞 函數(shù)表 達 式為2()/ 2()/BC =+= 45 1 4 1 14(4)2/wd w + （ 3定 義為 傳遞 函數(shù) ,表 示起 重機 對夾 鉗及 帶卷 的吊 運力 與該 力傳 遞到 鉗口 上正壓力大小的比值。圖 5外 鉗 臂 受 力 參 數(shù)定 義 夾 鉗 的 自 重 和 機 構(gòu) 的 臨 界 摩 擦 因 數(shù) 為 目 標 函 數(shù) ,定 義 機 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 (板件 的 長 度 、 寬 度 和 其 他 細 節(jié) 尺 寸 )為 設 計 變 量 。 鋼 對 鋼 的 靜 摩 擦 因 數(shù) 無 潤 滑 時 有 潤 滑 為 鋼 對 鋼 的 動 摩 擦 因 數(shù) 無 潤 滑 時 為 有 潤 滑 時 。 考 慮到 夾鉗 在實 際工 作時 鉗口 可能 有少 許帶 卷軋 制乳 化液 滲入 ,所 以設 計的 摩擦 因數(shù) 必須 小于 為 了保 證安 全可 靠性 ,根 據(jù)理 論分 析 ,把 夾持 最大 帶卷 外 徑 時 的 摩 擦 因 數(shù) 暫 定 為 滿 足 上 述 條 件 以 及 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 和 美 觀 的 條 件 下確 定 一 組 優(yōu) 化 設 計 參 數(shù) 、 1、 2。 在 滿 足 夾 鉗 的 核 心 參 數(shù) 條件 下 ,得 出 其 他 部 件 的 參 數(shù) ,用 虛 擬 建 模 軟 件 ， 根 據(jù) 生 產(chǎn) 實 際 和 工 作 要 求 建 立 夾 鉗的整體三維模型 ,見圖 6。湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）9圖 6夾 鉗 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖除應有足夠的強度外 ， 還應有良好的夾持性能 ， 保證夾持的物件不至從鉗口脫落 。 重 夾 鉗 是 一 種 工 作 效 率 很 高 、 適 應 性 極 強 、 用 途 非 常 廣 泛 的 設 備 。 起 重 夾鉗 的 機 構(gòu) 復 雜 、 運 動 過 程 難 以 預 測 、 夾 持 的 可 靠 性 難 以 把 握 、 作 業(yè) 場 地 的 危 險 性較 大 。 為 了 能 滿 足 安 全 要 求 ， 鉗 臂 的 選 材 要 求 有 較 高 的 強 度 和 抗 沖 擊 性 能 。 下 面我 們討 論幾 種工 程上 常用 的幾 種碳 鋼和 合金 鋼 。 普 通碳 素結(jié) 構(gòu)鋼 又稱 普通 碳素 鋼 。與 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 鋼 相 比 ， 對 含 碳 量 、 性 能 范 圍 以 及 磷 、 硫 和 其 他 殘 余 元 素 含 量 的 限 制較 寬 。 我 國和 某些 國家 根據(jù) 交貨 的保 證條 件 ， 把 普通 碳素 鋼分 為三 類 ： 甲 類鋼 （ ） ， 只 保 證 力 學 性 能 ， 不 保 證 化 學 成 分 ， 乙 類 鋼 （ ） ， 只 保 證 化 學 成分 ， 不 保 證 力 學 性 能 ； 特 類 鋼 （ ） ， 既 保 證 化 學 成 分 ， 又 保 證 力 學 性 能 。特類鋼常用于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。常用碳鋼的用途舉例： 用于鉚釘、 開口銷等及沖壓零件和焊接構(gòu)； 。用于螺栓、 螺母、 拉桿、 連桿及建筑、 橋梁結(jié)構(gòu)件；用于強度較高轉(zhuǎn)軸、 心軸、 齒輪等。合 金 鋼 按 用 途 分 可 分 為 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 、 合 金 工 具 鋼 、 特 殊 性 能 鋼 。 低 合 金 結(jié) 構(gòu)湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 0鋼 是 一 種 低 碳 、 低 合 金 含 量 的 結(jié) 構(gòu) 鋼 ， 其 碳 含 量 小 于 合 金 元 素 的 含 量 小 于3%。 這 類 鋼 與 含 碳 量 相 同 的 非 合 金 鋼 相 比 具 有 較 高 的 強 度 ， 還 有 較 好 的 塑 性 、 韌性 、 焊 接 性 和 耐 蝕 性 等 。 所 以 多 用 于 制 造 橋 梁 、 車 輛 、 船 舶 、 鍋 爐 、 高 壓 容 器 、油罐、 輸油管等。常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的用途： 用于油槽、 油罐、 車輛、 橋梁等；用 于 油 罐 、 鍋 爐 、 橋 梁 、 車 輛 、 壓 力 容 器 、 輸 油 管 道 、 建 筑 構(gòu)件等；用于船舶、 壓力容器、 電站設備、 車輛、 起重機械等、合 金高 強度 結(jié)構(gòu) 鋼， 有 較好 的塑 性、 韌 性， 多 用于 橋梁 、 車輛 、 壓力容器等， 能滿足要求， 所以選擇鉗臂的材料為 夾 鉗 用 于 搬 運 高 溫 鋼 坯 ， 所 以 鉗 口 的 材 料 要 求 耐 高 溫 ， 且 在 高溫 時 有 較 好 的 熱 硬 性 。 夾 鉗 在 工 作 時 鉗 口 的 受 力 和 磨 損 是 最 大 的 ， 所 以 在 選 取 鉗口 材 料 時 要 選 用 機 械 性 能 很 好 的 材 料 才 能 滿 足 要 求 。 在 這 里 我 們 選 用 熱 作 模 具 鋼 進 美 國 的 硬 化 熱 作 模 具 鋼 。 執(zhí) 行 標 準 1299 2000。 統(tǒng)一 數(shù) 字 代 號 牌 號 4化 學 成 分 %： C： V： 小 于等 于 等 于 熱 處理 ： 790度 預熱 ， 1000度 （ 鹽 浴 ） 或 1010度 （ 爐 控 氣 氛 ） 淬 火 ， 保 溫 5至 15 ， 再 進 行 5100度 中 溫 回 火 ； 其 性 能 、用 途 和 4 本 相 同 ， 但 因 其 釩 含 量 高 一 些 ， 故 中 溫 （ 600度 ） 性 能 比4是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號。熱作模具鋼 1） 高 的機 械性 能 。 尤 其在 受熱 條件 下 ， 保 持高 的屈 服強 度和 韌性 ， 從 而使模具的工作部分不發(fā)生變形和破壞， 為此要求有高的抗回火穩(wěn)定性。 （ 2） 優(yōu) 良的 耐熱 疲勞 性 。 從 熱作 模具 鋼斷 裂失 效形 式來 看 ， 大 多是 熱機 械疲勞 斷 裂 。 因 此 熱 作 模 具 鋼 應 具 有 高 的 熱 機 械 疲 勞 斷 裂 抗 力 指 標 。 為 此 鋼 材 必 須 有合 理 的 合 金 化 和 具 有 高 的 斷 裂 刃 性 。 此 外 模 具 鋼 應 有 良 好 的 導 熱 性 和 可 能 小 的 膨脹 系 數(shù) ， 還 要 有 較 高 的 臨 界 溫 度 。 使 模 具 在 工 作 溫 度 下 不 發(fā) 生 相 變 以 減 小湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 1應力值。 （ 3） 高 的淬 透性 。 保證 較大 尺寸 的熱 變形 模具 沿整 個截 面有 均勻 一致 性能 ，尤其是韌性。 （ 4） 抗氧化能力。 尤其是受熱較高的模具。熱 作 模 具 鋼 對 硬 度 要 求 適 當 ， 側(cè) 重 于 紅 硬 性 （ 熱 硬 性 ） ， 導 熱 性 ， 耐 磨 性 。因 此 含 碳 量 低 ， 合 金 元 素 以 增 加 淬 透 性 ， 提 高 耐 磨 性 、 紅 硬 性 為 主 。 以 上 良 好 的機械性能保證了夾鉗鉗口的各種使用要求， 所以我們選用它作為鉗口材料。 的 機 構(gòu) 復 雜 ,夾 持 的 可 靠 性 難 以 把 握 。 當 夾 持 小 物 體 時 ,在 起 重 機 放 下 夾鉗 后 鉗 體 有 可 能 會 卡 死 ,導 致 鉗 體 不 能 在 自 重 下 復 位 。 如 圖 7所 示 ,當 起 重 機 放 下物 體時 ,外 鉗 臂 受 的力 和物 體的 自重 產(chǎn)生 的力 矩之 和使 外鉗 臂產(chǎn) 生順 時針 的轉(zhuǎn) 動 ,且 能克 服下 鉗臂 施加 給外 鉗 臂 時 針的 阻力 矩 ,使 外鉗 臂 繞 時 針轉(zhuǎn)動 ,則實現(xiàn)了夾鉗的復位 ,即須滿足下式 :1 2 3 (3 7外 鉗臂 決定 復位 的可 靠性經(jīng)分析后可得出 下 面兩種 情 況將 導 致夾鉗 不 能在 自 重下復 位 :湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 2(1)若 外 鉗 臂 所 受 的 各 種 力 對 生 的 力 矩 的 代 數(shù) 和 使 外 鉗 臂 繞 時針轉(zhuǎn) 動 ,即 滿足 :1 2 3 （ 3 么 ,當 夾 鉗 被 起 重 機 放 下 時 ,鉗 卷 將 會 貼 在 一 起 ,即 內(nèi) 、 外 鉗 口 不 能 松 開 。但 通 過 虛 擬 模 型 的 仿 真 發(fā) 現(xiàn) ,這 種 現(xiàn) 象 沒 有 發(fā) 生 ,也 就 是 說 夾 鉗 機 構(gòu) 不 能 運 動 到相應的極限位置。 (2)若 外 鉗 臂 點 受 的 外 力 和 自 重 產(chǎn) 生 的 主 動 力 矩 之 和 不 能 克 服 下 鉗 臂施加 給 外鉗臂 ,當夾鉗被起重機 放 下 時 ,鉗體將會卡 死 ,即 :1 2 3 （ 3 圖 7可 看 出 ,若 夾 持 的 物 體 直 徑 越 小 ,外 鉗 臂 繞 時 針 轉(zhuǎn) 動 的 角 度 越大 ,因 此 , 小 , 大 ,導 致 鉗 體 越 容 易 卡 死 。 所 以 要 使 夾 鉗 避 免 產(chǎn)生 卡 死 現(xiàn) 象 ,只 須 保 證 在 夾 持 最 小 物 體 時 不 出 現(xiàn) 卡 死 。 圖 上 標 明 了 外 鉗 臂 對 有 力 臂 ,下 面 研 究 在 什 么 條 件 下 夾 鉗 不 會 出 現(xiàn) 卡 死 現(xiàn) 象 9。 架 傳 遞 到鉗 臂 上的 力 ,由下式確 定 :/2 = + （ 3中 :G 吊架的重量。 由結(jié)構(gòu)可知 :7是由力矩守恒可得 :56（ 3 5） 其 中 :上鉗臂 的 重 量 ； l 上鉗臂 兩 交 警 鏈 間 的 距 離 ； 上鉗臂 重 心對 。聯(lián) 立 (4)、 (5)可以解出 的值 ,于是可 得 := = （ 3南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 3圖 9下 鉗 臂 受 力 簡 圖由圖 8可 得 :)xd =+=+ （ 3圖 9可 得 :湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 4( s =+= + （ 3 中 :下鉗臂在豎直方 向 的正壓 力 。 于 是 可 得 := (3足不憋死的條 件 是 :1 2 ? 5 3 4cx cy + (3 (1)即 可 判 斷 夾 鉗 是 否 會 產(chǎn) 生 卡 死 現(xiàn) 象 。 代 入 參 數(shù) 計 算 得 ,當 摩 擦 因 數(shù) 大 夾 鉗 將 會 在 復 位 過 程 中 卡 死 。 而 實 際 摩 擦 因 數(shù) 小 于 以 ,夾 鉗不 會 發(fā)生卡 死 現(xiàn)象。410 夾鉗裝 置 主要部件 的 加工工 藝 速成 型 機 (簡 稱 圖 （ 10） 技 術是 基于 材料 累加 法的一種產(chǎn)品高新設計與制造技術8。它 將 計 算 機 輔 助 設 計 ( 計 算 機 輔 助 制 造 ( 計 算 機 數(shù) 字 控 制 、 精 密伺 服 驅(qū) 動 和 新 材 料 等 先 進 技 術 集 于 一 體 ， 能 快 速 將 模 型 制 成 實 物 原 型 ，不 僅 提 高 了 的 可 視 性 和 直 觀 性 ， 還 可 用 于 功 能 測 試 。 將 快 速 成 型 技 術 與精 密 鑄 造 和 塑 料 加 工 工 藝 結(jié) 合 起 來 ， 可 以 快 速 、 經(jīng) 濟 地 制 造 小 批 量 生 產(chǎn) 用 模 具 ，從而為新產(chǎn)品試制提供良好的條件。 如圖 10為快速成型制造技術原理圖。湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 5圖 10快 速成型 機原 型概 念 設計 數(shù) 據(jù) 采 集 設 反 求獲 取 數(shù) 據(jù) 處 理 集 成 制 造 圖 形和 零 件圖 1快 速原 型制 造技 術原 可以分 為 激光 技 術、 微 滴 技術 和 激光微 滴 技術。(l)激 光 的 快 速 成 形 工 藝 稱 為 光 造 型 或 三 維 光 刻 ； 稱 為 實 體 磨削 固 化 ； 稱 為 分 層 實 體 制 造 ； 間 接 稱 為 間 接 選 擇 性 激 光 燒 結(jié) ； 直接 性激光 燒 結(jié)。(2)微滴的快速成型 工 藝稱 為無 木模 鑄 造 ； 稱 為熔 融堆 積 成 形 ； 稱 為彈 道粒子 制造 ； 固化 ； 藝。(3)l)縮 短了 產(chǎn)品 研制 開發(fā) 周期 。 快速 成型 技術 的應 用使 設計 與制 造融 為一 體 ，湖南理工學院畢業(yè)設計（論文）1 6設 計方 案能 很快 變成 實物 ， 以 便盡 快驗 證 、 定 型和 得到 用戶 的認 可 。 (2)可 以大 大提 高 新 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的 一 次 成 功 率 ， 降 低 研 發(fā) 成 本 。 可 以 在 短 時 間 內(nèi) (如 一 周 至 兩 周 )對 設計 進行 反復 多次 修改 、 核實 和優(yōu) 化。 (3)降 低產(chǎn) 品復 雜程 度對 制造 的限 制 。 由于 快 速 成 型 技 術 是 分 層 制 造 ， 因 此 可 以 將 產(chǎn) 品 制 造 過 程 分 解 為 簡 單 的 二 維 制 造 ，不受產(chǎn)品復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制 ， 降低了制造的難度 ， 并解決了制造精度的問題 10。C 用 快速 成型 技術 研制 夾鉗 夾鉗 是廣 泛應 用于 冷軋 帶鋼 生產(chǎn) 工藝 流程 中的 一種 機 械 吊 運 裝 置 ， 主 要 用 于 搬 運 軸 線 垂 直 于 水 平 面 且 立 式 放 置 的 冷 軋 帶 卷 ， 此 類吊 具 一 般 由 多 個 空 間 復 雜 連 桿 機 構(gòu) 組 成 。 在 傳 統(tǒng) 的 制 造 技 術 中 ， 要 使 帶 卷 的 搬 運軸 線 垂 直 于 水 平 面 是 很 難 做 到 的 ， 因 此 ， 應 用 快 速 成 型 技 術 來 研 制 夾 鉗 以 降 低 風險 是 完 全 必 要 的 。 下 面 以 利 用 三 維 和 粉 末 材 料 選 擇 性 法 (如 圖 12所 示 )為例， 來闡述夾鉗的設計開發(fā)過程。模 型 處 理 切 片分 層 處理 激 光 掃 描 燒 結(jié) 三 維產(chǎn) 品 樣品 表 面 處 理圖 12粉 末 材 料 選 擇 性 燒 結(jié) 法 工 藝 流 程三 維 建 模 ： 由 于 快 速 成 型 系 統(tǒng) 只 能 接 受 計 算 機 構(gòu) 造 的 產(chǎn) 品 三 維 模型 ， 然 后 才 能 進 行 切 片 處 理 ， 因 此利 用計 算機 三 維 造型 軟 件 生 成 一 個三 維 計 算 機圖 形以 及 對 應 的 數(shù) 據(jù) ， 是 快速 成 型 的 前提 條件 。 自 由 建 模 是 利 用 計 算 機 三 維 建 模軟 件 所 提 供