螺旋夹紧器机构方案设计.docx

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螺旋夹紧器机构方案设计

摘要

螺旋夹紧器是利用人力作用使螺杆上下做直线运动为原理的简单机械机构,使用起来比较方便，可用于科研、化工、工业等场所。

本设计是用于较小工件、零件等机加工时常用的螺旋夹紧器装置,它可以将螺旋运动转换为直线运动，实现使用较小的人力去固定和夹紧物体，从而达到减轻人类劳动、提高劳动生产效率。

其工作原理是通过人力作用，将动力传导到螺旋副，使螺杆上下作直线运动达到固定和夹紧作用。

所设计的螺旋夹紧器是以零件的设计计算与校核为主要内容的设计，包括螺旋副、螺杆和螺母的设计计算与校核及其它零部件的选择确定，最后运用AutoCAD软件分别画出所设计的螺旋夹紧器的各个零部件及装配图。

关键词：

螺旋，夹紧器，设计

ABSTRACT

ScrewClampistheuseofhumanroletoscrewupanddowntodoasimplelinearmotionmachineryfortheprincipleofagency,sothatitismoreconvenienttooperate,canbeusedforresearch,chemicals,industryandotherplaces.Thisdesignisusedforspiralclampingdevicewheresmallpartsandmachinepartsareprocessed,whichcanconvertthespiralmovementtolinearmotion.Itcanmakeanachievementofusingsmallermanpowertofixandclampobjects.Therefore,humanlaborisrelievedandworkingproductivityisimproved.Itsprincipleisthatthroughthemanpower,thepoweristransmittedtothescrewtomakeitupanddowninastraightlinetoreachtheeffectoffixingandclamping.Themaincontentofthedesignofthespiralclampiscalculationandcheckingofmachineparts,whichincludescrewpair,screwandnutandotherparts’selection.FinallyusingAutoCADsoftwarerespectivelyworkoutallthepartsandassemblydrawingoftheScrewClampdesign.

KEYWORDS:

screw,clamp,design

前言

人类在长期的生产实践中创造了机器，并使其不断发展形成了当今多种多样的类型。

20世纪80年代以来，以微电子、信息、新材料、系统科学等为代表的新一代科学技术的发展及其在机械工程领域中的广泛渗透、应用和衍生，极大地拓展了机械产品设计制造活动的深度和广度，改变了现代制造业的产品设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织模式，产生了一大批新的机械设计制造方法和制造系统。

在现代生产和日常生活中，机器已成为代替或减轻人类劳动、提高劳动生产率的主要手段，也是完成人类难以承担的各种复杂和危险劳动的重要工具。

机器在现代社会中的应用随处可见，如起重机、汽车、车床、电动机、内燃机等，使用机器进行生产的水平是衡量一个国家的技术水平和现代化程度的重要标志。

机械是人类生产和生活的基本工具要素之一，是人类物质文明最重要的一个组成部分。

机械工业担负着向国民经济各部门，包括工业、农业和社会生活各个方面提供各种性能先进、使用安全可靠的技术装备任务，在国家现代化建设中占有举足轻重的地位。

随着机械化生产规模的日益扩大，除机械制造部门外，在动力、采矿、冶金、石油、化工、轻纺、食品等许多生产部门工作的工程技术人员，都会经常接触各种类型的机械。

螺旋夹紧器是利用人力作用使螺杆上下做直线运动为原理的简单机械机构,使用起来比较方便，可用于科研、化工、工业等场所。

本设计是工业等各个领域常用的螺旋夹紧器装置，是以零件的设计计算为主要内容的设计。

螺旋夹紧器装置可以将螺旋运动转换为直线运动，实现使用较小的人力去固定和夹紧物体，从而达到减轻人类劳动、提高劳动生产效率。

其原理是通过人力作用，将动力传导到螺旋副，使螺杆上下作直线运动达到固定和夹紧作用。

主要设计内容包括螺旋副、螺杆和螺母的设计计算与校核及其它零部件的选择确定。

设计过程综合机械设计基础的大部分内容，通过设计进一步掌握机械传动部件和简单机械装置的设计，具备运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，提高机械设计能力，为日后从事技术革新创造条件。

第1章课题要求

1.1主要内容与要求

1、方案的拟定

2、材料选择

3、零部件及结构的初步设计

4、受力件的校核计算

5、零部件及结构设计的最终确定

6、编写设计说明书

7、绘制零件图及装配图

1.2主要技术指标

1、最大夹紧力为25KN

2、夹持物最大尺寸为150mm

第2章方案的拟定

螺旋传动是通过螺杆和螺母的旋合传递运动和动力，主要用来把回转运动变为直线运动。

1、按使用要求的不同可分为以下三类：

（1）传力螺旋，以传递动力为主，要求用较小的力矩转动螺杆（或螺母）而使螺母（或螺杆）产生轴向运动和较大的轴向力，这个轴向力可以用来做起重和加压等工作。

（2）传导螺旋，以传递运动为主，并要求具有很高的运动精度，它常用作刀架或工作台的进给机构。

（3）调整螺旋，用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。

2、按摩擦性质的不同可分为以下三类：

（1）滑动螺旋，常用梯形、矩形或锯齿型螺旋副，滑动螺旋结构简单、便于制造、易于自锁，应用广泛。

（2）滚动螺旋，在螺杆和螺母之间有可滚动的钢球将两者隔开，将螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦。

（3）静压螺旋，螺杆与螺母螺旋面间被注入的压力油膜分隔开，螺旋副表面处于液体摩擦状态。

此设计为螺旋夹紧器装置，用于固定和夹紧物体，由于螺旋夹紧器结构简单、成本低，故选用传力螺旋且是滑动螺旋。

如图2-1，螺旋夹紧器装置在工件加工过程中使用极为普遍，属于夹具，是夹紧物体和固定物体的重要机械，主要由螺旋副、螺杆、螺母、手柄、基座和机架等组成。

螺母固定在机架上，以圆周运动摇动摇柄，摇柄将动力传给螺杆，螺杆在螺母中上下作直线运动，螺杆向上运动时，螺旋夹紧器处于不工作状态，螺杆向下运动时，被夹物体所受压力越来越大，从而达到固定和夹紧作用。

图2-1螺旋夹紧器

第3章螺旋副及其结构设计

螺旋副由螺杆和螺母组成，是螺旋夹紧器必不可少的重要组成部分。

螺旋副在工作中起到了决定性作用，因此选择材料时要严格按照要求。

螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐磨性外，还要求两者配合时摩擦系数小。

一般螺杆选用Q275、45、50钢等；重要螺杆可选用T12、40Cr、65Mn钢等，并进行热处理。

常用的螺母材料有铸造锡青铜ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5,重载低速时可选用强度高的铸造铝青铜ZCuAl10Fe3；在低速轻载，特别是不经常运转时，也可选用耐磨铸铁。

表3-1滑动螺旋副常用材料及应用范围

螺旋副

材料牌号

应用范围

螺杆

Q235、Q275、

45、50

材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速较低的传动

40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi

材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动

9Mn2V、CrWMn

38CrMoAl

材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动

螺母

ZCu10P1、

ZCu5Pb5Zn5

材料减摩、耐磨性好，用于一般传动。

ZCuAl9Fe4Ni4Mn2

ZCuZn25Al6Fe3Mn3

材料耐磨性好，强度高，用于重载低速传动。

对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金

滑动螺旋传动的主要零件是螺杆和螺母。

螺杆材料应有足够的强度和耐磨性，以及良好的加工性，对于精密传动螺旋，还要求热处理后有较好的尺寸稳定性。

螺母材料除应具有足够的强度外，还要求与螺杆配合传动时摩擦因数小、耐磨性好。

常用螺旋副材料如表3-1。

3.1螺杆设计与计算

3.1.1材料选择

本设计是常用的螺旋夹紧器，其特点是重载低速，螺旋副的传动螺杆采用经热处理的合金调质钢40Cr制成，热处理硬度值为200HB，抗拉强度，屈服强度，具有一定的耐磨性。

3.1.2尺寸设计

本设计的螺旋夹紧器螺杆尺寸可根据使用要求及条件确定。

螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。

滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋夹紧器选择滑动螺旋副。

螺纹类型有矩形，梯形和锯齿形。

矩形螺纹牙型为正方形，传动效率高，但生产精度较低；梯形螺纹牙根强度高，螺纹工艺性好，易加工，强度适中，传动性能可靠；锯齿螺纹牙根出有相当大的圆角，减小了应力集中，提高了动载强度，工作效率比梯形螺纹高,但生产成本高。

根据机械设计手册，选择具有单向受力优点的梯形单线螺纹，右旋，以达到自锁要求。

滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。

其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。

因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，使其小于材料的许用压力。

1、按耐磨性计算螺纹尺寸值：

根据机械设计任务书技术指标给出最大夹紧力为25KN,所以本设计的轴向力可以定为，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，受力比较均匀，所以螺纹圈数不宜过多，故取1.2～2.5，此处取2。

螺杆—螺母材料分别为钢—青铜，滑动速度为手动低速，查机械设计手册18～25，取。

由机械设计手册查的梯形螺纹公式：

（3-1）

将上述数据带入（3-1）式得：

查机械设计手册，取外螺纹大径，螺距，牙顶间隙的梯形螺纹，如图3-1。

图3-1梯形螺纹基本尺寸

基本牙型高度：

外螺纹牙高：

内螺纹牙高：

牙顶高：

外螺纹中经：

内螺纹中经：

外螺纹小径：

内螺纹小径：

内螺纹大径：

外螺纹牙顶圆角：

牙底圆角：

2、螺旋升角：

3、当量摩擦系数与当量摩擦角：

牙型角，螺杆与螺母材料为钢与青铜，查机械设计手册有摩擦因数0.08～0.10，取。

当量摩擦系数：

当量摩擦角：

3.1.3螺杆尺寸校核与确定

一、螺杆尺寸校核

螺杆在全部旋出降至最低位置时,其受力情况最为不利,且螺杆为一压杆，同时承受压力及扭矩,因此应分别按照耐磨性、自锁条件、抗压强度及稳定性对螺杆进行校核计算。

1、耐磨性条件校核：

锯齿螺纹工作高度：

螺母高度从初步设计得：

轴向外载荷：

螺纹旋合圈数：

螺旋夹紧器滑动装置滑动速度较低，根据螺杆和螺母材料为钢—青铜，查资料得其许用压强=18～25。

根据机械设计手册查的工作压强公式：

（3-2）

由式得：

=18～25

由，得所选螺杆和螺母合适。

2、螺纹的自锁性验算：

螺纹升角：

当量摩擦角：