设计A型螺旋拉紧器工装.docx
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设计A型螺旋拉紧器工装
设计A型螺旋拉紧器工装
专业：
焊接技术与工程
班级：
07焊接1
姓名：
矫运赟
学号：
A0752128
指导教师：
张文明杨芙
时间：
2010年12月24日
摘要
焊接过程中，由于受热不均匀等因素会造成焊接变形，造成装配尺寸不精确，因此可以通过专用胎夹具提高焊件刚度，保证装配准确。
装配夹具是指在装配中用来对零件施加外力，使其获得可靠定位的工艺装备。
主要包括通用夹具和装配胎架上的专用夹具。
装配夹具按夹紧力来源分为手动夹具和非手动夹具两大类。
手动夹具包括螺旋夹具、楔条夹具、杠杆夹具、偏心轮夹具等；非手动夹具包括气动夹具、液压夹具、磁力夹具等。
这里主要介绍螺旋夹具中的螺旋拉紧器。
螺旋拉紧器是利用螺母在丝杆上的相对运动起拉紧作用，其结构形式有多种，如图0-1（a）、（b）所示为常见的螺旋拉紧器之一，旋转螺母，就可以起到拉紧作用。
图0-1（a）所示的拉紧器有两根独立的丝杆，丝杆上的螺纹方向相反，两螺母用扁钢连成一体，当旋转螺母时，便能调节两丝杆间的距离，起到拉紧作用。
图0-1（b）所示为双头螺栓的拉紧器，螺栓两端的螺纹方向相反，旋转螺栓时，就可以调节两弯头的距离，达到拉紧的目的。
（a）（b）
图0-1螺旋拉紧器
本设计编写的是A型螺旋拉紧器的设计，其结构形式及工作原理见正文。
关键词：
螺旋拉紧器、夹紧力、夹紧机构、压板夹紧机构
引言
焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。
在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；另一种是边装配边焊接。
我们把用来装配以进行定位焊的夹具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。
他们统称为焊接工装夹具。
焊接工装夹具的特定是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，其有如下特点：
1）由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，他们的定位和夹紧是一个个单独进行的。
2）在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的加固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。
因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都做刚性的夹固。
3）对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。
4）对于用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有时还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。
5）焊接工装夹具一般比机床夹具大。
装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和定位夹紧的质量。
6）除精密焊接所用的夹具外，一般焊接工装夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度均较低。
设计焊接工装夹具时，要充分考虑这些特点，使设计出来的夹具，能满足使用要求。
设计工装夹具时，还应满足如下设计要求：
1）焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。
特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。
2）焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。
3）夹紧可靠，刚性适当。
4）为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。
5）夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝衬垫等措施。
6）接近焊缝部位的夹具，应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机构和定位器表面的损伤。
7）夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。
8）注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹具提出的特殊要求。
9）用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。
10）在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。
11）工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。
12）尽量选用已通用化、标准化的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工艺夹具。
1A型螺旋拉紧器总体结构设计
1.1A型号螺旋拉紧器整体结构形式及工作原理
本篇设计的工装夹具为A型螺旋拉紧器，其基本结构组成如图1-1所示。
其主要构件包括右夹头、螺栓、左夹头、可转螺母、压紧螺钉等。
A型螺旋拉紧器通过手动调节左右夹头来调整工件间距离和错边量的夹紧机构。
通过调节压紧螺钉来调整工件错边量，通过调节可转螺母的位置来调整工件间的距离，将所装配的边缘拉到规定的尺寸。
通过使用该螺旋拉紧器实现装焊作业中拉紧工件，矫正工件形状，防止焊接变形。
图1-1手动螺旋拉紧器总体结构图
1—右夹头2—螺栓3—左夹头4—可转螺母5—压紧螺钉6—可转螺母
1.2A型螺旋拉紧器在产品中的应用
此A型螺旋拉紧器主要用于压力容器筒体纵缝的焊接。
如图1-2所示，通过改变两螺栓的位置，可以调整错变量h和装配间隙δ。
图1-2筒体卷制时的装配间隙及错变量
1.错边量h的调整
如图1-1所示，工作时，工件受压紧螺钉提供的压紧力的作用使工件固定，调整螺栓2，使其上旋或下旋，能够改变与左夹头的相对位置，进而改变工件错变量。
2.装配间隙δ的调整
如图1-1所示，工件在夹紧力的作用下固定，改变螺栓与左、右压头的相对位置，装配间隙便会发生变化。
生产中通过夹紧器来调整错边量和装配间隙，可以减少焊接变形，提高精度。
1.3构成螺旋拉紧器的各构件
1.右夹头
构成右夹头的零件包括侧板、肋板、夹嘴与加强板，其结构形式及设计尺寸见图1-3。
图1-3右夹头的结构形式及尺寸
1—侧板2—肋板50×50×83—夹嘴4—加强板
组合时应注意要将螺母件装入后进行加强板焊接，全部角焊缝尺寸不小于5mm，同时，焊后尖棱处要进行打磨。
工作时通过夹嘴的夹紧力夹紧焊件。
右夹头通过可转螺母与左夹头相连的螺栓连接，随着螺母旋转可控制装配间隙。
2.可转螺母
可转螺母与夹头或螺栓连接可进行旋转，改变装配间隙，其形式如图1-4。
图1-4可转螺母形式及设计尺寸
3.左夹头
左夹头的结构形式及设计尺寸见图1-5，其注意事项与右夹头相同。
夹嘴提供夹紧力，螺栓同左夹头通过螺纹连接，可改变错边量。
图1-5左夹头形式及设计尺寸
1—侧板2—螺母3—夹嘴4—加强板
4.压紧螺钉
压紧螺钉形式如图1-6，它是提供夹紧力的动力来源。
制造时头部需要淬火，硬度要求为HRC40~45。
通过旋紧螺钉可提高夹紧力使焊件固定。
图1-6压紧螺钉的结构形式及设计尺寸
2A型螺旋拉紧器受力分析
2.1夹紧力的计算
螺旋夹紧机构是以螺旋副扩力，直接或间接夹紧焊件的夹紧机构。
由于它的扩张力比大（60~140）、自锁可靠、结构简单、制作容易、派生形式多、适应范围广，已成为手动焊接工装夹具中的主要夹紧机构，约占各类夹紧机构总和的40%，在单件和小批量焊接生产中得到了广泛的应用。
以方牙螺旋为例：
Mt—原作用力Q绕螺旋轴线动作所产生的力矩；
Mt=Q·L；（2-1）
M1—螺母和螺杆间的摩擦力矩；
M1=F1·
=R′sin（α+φ1）
=W·tan（α+φ1）
；（2-2）
M2—螺杆端部阻力矩；
M2=F2·r′=W·tanφ2·r′；（2-3）
式中，d0—螺旋中径；
L—手柄臂长；
r′—当量摩擦半径；
φ1—取6°～10°；
φ2—螺杆端部与工件间的摩擦角；
α—螺旋外角；
α=arctan
（一般α=2°～4°）；
t—螺距；
W—夹紧力。
在夹紧时，外力矩保持平衡，即
Mt=M1+M2；（2-4）
此时方能夹紧工件。
2.2螺杆螺母的强度校核
在夹紧过程中，螺牙（螺杆）同时承受拉力和扭力。
在此只计算拉力一种情况：
设许用夹紧力为
Wc=[σ]
·
（2-5）
式中：
[σ]拉—许用拉应力；800㎏f/㎝2;
d0—螺纹中径；0.8dmm;
d—螺纹外径；mm；
将各数据带入上式，可得：
Wc=[σ]拉·
=0.64
·[σ]拉；
所以
Wc≈0.5d2·[σ]拉;（2-6）
根据此式可以求出16MnR在螺杆取某一直径时的螺杆所承受的最大夹紧力的大小。
在设计螺旋夹紧装置时，可根据计算所需的夹紧力W，然后与许用夹紧力Wc相比较，选取合适的螺杆直径。
其他形式螺纹于此相近，各种普通螺纹螺旋夹紧机构夹紧力见表2-1。
表2-1螺旋夹紧机构产生的夹紧力
序号
压脚接触类型
螺纹规格
手柄长度L/mm
外力Ws/n
夹紧力W/N
1
点接触
M10
120
25
4200
M12
140
35
5700
M16
190
65
10600
M20
240
100
16500
M24
310
130
23000
2
圆周接触
M10
120
25
3000
M12
140
35
4000
M16
190
65
7200
M20
240
100
11400
M24
310
130
16000
3
环面接触
M10
120
45
4000
M12
140
70
5800
M16
190
100
8500
M20
240
100
8500
M24
310
150
14600
3螺旋压板夹紧的设计
压板夹紧机构的夹紧力按下式计算：
W=
Q·η;（3-1）
式中：
—杠杆比；
η—效率；η≈0.95；
在选择设计上述机构时，要考虑以下几个方面：
①根据工件的夹紧部位；
②工件装卸的方便性；
③根据夹具的结构特点。
参考文献
[1]宗培言.焊接结构制作技术与装备[M].北京：
机械工业出版社，2007.
[2]王政.焊接工装夹具及变位机械——性能·设计·选用[M].北京：
机械工业出版社，2001.6.
[3]王政,刘萍.焊接工装夹具及变位机械图册[M].北京：
机械工业出版社，1992.
[4]路文涛.焊接胎夹具设计.焊接技术，1994，1：
40~41.
[5]北京有色金属设计研究总院.机械设计手册（第三版）.北京：
化学工业出版社，1993.
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