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河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
題目名稱： 基于solidworks的臺虎鉗結(jié)構(gòu)的改造及其功能的拓展
學生姓名
馮剛
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學號
20050334130
指導(dǎo)教師姓名
杜家熙
所學專業(yè)
機械設(shè)計與制造
職稱
副教授
完成期限
2009年2月16日至2009年2月27日
一、選題的目的意義
機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機同和手用兩種， 都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲扛、螺母傳送機械力的原理。其結(jié)構(gòu)簡單，裝夾迅速，所以被人們稱道。但是臺虎鉗也有其不足之處，如襲夾外形較為復(fù)雜和不規(guī)則工件時，就力不從心了。主要原因是臺虎鉗鉗口是平直的， 不適于裝夾球形，特別是圓柱形工件。機加工時工件易位移，有時工件還會飛出機床臺面。為此，特對臺虎鉗的鉗口進行結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計，以滿足其使用功能的要求，使其更加的實用化。
利用普通臺虎鉗的特性，對其使用功能的拓展，是臺虎鉗的功能更加全面化。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
臺虎鉗屬于夾具的一個類別，臺虎鉗的發(fā)明創(chuàng)造使得加工圓柱件時便得很方便，而且還省時省力，節(jié)省了人力物力，提高了加工效率、加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量。其結(jié)構(gòu)簡單，裝夾迅速，所以被人們稱道，在生產(chǎn)車間可以看到它的普遍適用性。
普通臺虎鉗由于其結(jié)構(gòu)的簡單性，必定會在有些使用功能上有些缺陷，現(xiàn)在很多設(shè)計人員已經(jīng)研發(fā)出大量滿足特定功能或者使某一功能更加優(yōu)化的臺虎鉗。如快速加緊臺虎鉗、升降臺虎鉗、快速凸輪自鎖臺虎鉗等等。
臺虎鉗是靠夾緊力來加緊工件，來滿足加工的要求，是工件穩(wěn)定，減少加工誤差。另一方面，關(guān)于臺虎鉗夾緊下工件定位穩(wěn)定性的快速算法，也可以大力的幫助加工零件。
根據(jù)使用條件的不同，加工環(huán)境的不同，人們還會對臺虎鉗進行進一步的改進創(chuàng)新，會有越來越多不同的結(jié)構(gòu)使臺虎鉗的使用功能多樣化、全面化。
三、主要研究內(nèi)容
1.對普通臺虎鉗結(jié)構(gòu)的分析熟悉，利用三維軟件solidworks對其進行實體造型設(shè)計。
2.利用普通臺虎鉗鉗口的開度可以調(diào)節(jié)以及兩塊鋼制鉗口表面的直線度、平面度、硬度、比較高的特點，在對小件圓柱體材料進行粗加工畫線時，可以把它當V形塊使用。
3. 普通臺虎鉗鉗口的夾緊力，用它來夾緊彈簧的鋼絲一端，配合其它工具就能繞制結(jié)構(gòu)簡單的彈簧。
4. 利用普通臺虎鉗鉗口夾緊力的大小，可以校正不同規(guī)格的小鋼材。
5. 對臺虎鉗的鉗口進行結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計，以滿足其使用功能的要求，使其更加的實用化。
四、畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究方法或技術(shù)路線
1.對臺虎鉗的結(jié)構(gòu)熟悉分析，全面的了解臺虎鉗的結(jié)構(gòu)、工作原理。
2.結(jié)合參考書籍利用三維軟件solidworks對臺虎鉗的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
3為了某一項使用功能，對臺虎鉗的某個部位進行改造。例如：鉗口的改進設(shè)計，以滿足圓柱件的夾緊、加工。
4臺虎鉗功能的拓展：當V形塊使用、手工繞制彈簧、校正小鋼材
五、 主要參考文獻與資料
[1] 廖念釗，古瑩艷，莫雨松，李碩根，楊興駿，等.互換性與技術(shù)測量（第五版），中國計量出版社。
[2] 朱張校。工程材料（第三版），清華大學出版社。
[3] 何翌苼,陳涉,陸利峰，等.Solidworks基礎(chǔ)及應(yīng)用教程，電子工業(yè)出版社。
[4] 黃觀堯,劉寶河，等.機械制造工藝基礎(chǔ)，天津大學出版社。
[5] 張春林,曲繼方、張美麟，等.機械創(chuàng)新設(shè)計，機械工業(yè)出版社。
[6] 楊巧絨,張克義，等.AutoCAD工程制圖，中國林業(yè)出版社、北京大學出版社。
[7] 王蘭美，等.機械制圖，高等教育出版社。
[8] 濮良貴，紀名剛，等.機械設(shè)計（第八版），西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室。
[9] 孫恒，陳作模，葛文杰，等.機械原理（第七版），西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室。
[10] 陳立德，等.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計，高等教育出版社。
[11] 陳明，等.機械制造工藝學，機械工業(yè)出版社。
[12]鄧文英，等.金屬工藝學（第四版），高等教育出版社。
[13]中華人民共和國國家標準 機床夾具零件及部件V形塊（The pats and units of jigs and fixtures V-block） ＧＢ／Ｔ２２０８—９１ 中華人民共和國機械電子工業(yè)部機械標準化研究所。
[14] 何翌苼、陳涉、陸利峰,等.Solidworks基礎(chǔ)及應(yīng)用教程，電子工業(yè)出版社。
[15] 蔡慧林，戴建強，席晨飛,等.基于Solidworks的應(yīng)力分析和運動仿真的研究。
[16] 藍榮香，等.Solidworks零件設(shè)計技術(shù)與實踐（2007版）,電子工業(yè)出版社。
[17]宋愛平，等.《CAD/CAM技術(shù)綜合實訓(xùn)指導(dǎo)書》，機械工業(yè)出版社。
[18]邢啟恩，等.《SolidWorks2007國標工程圖精粹 》機械工業(yè)出版社。
[19] 魏錚，等.《SolidWorks2004模具設(shè)計》，機械工業(yè)出版社。
[20]詹維迪，等.《SolidWorks高級應(yīng)用教程》，機械工業(yè)出版社。
[21]王隆太，等.《機械CAD/CAM技術(shù)》，機械工業(yè)出版社。
六、 指導(dǎo)教師審批意見
簽名：
年 月 日
目 錄
1 緒論 1
2 普通機用臺虎鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1
2.1 機用臺虎鉗的工作原理 1
2.2 對臺虎鉗各個零件的設(shè)計 2
2.2.1 固定鉗座的設(shè)計 2
2.2.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
2.2.3 方塊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5
2.2.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
2.2.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 7
2.2.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 8
2.2.7螺母M10的選擇設(shè)計 9
2.2.8銷的選擇設(shè)計 10
2.2.9螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.2.10 螺桿的強度校核計算 11
2.2.11墊片的選擇設(shè)計 12
3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結(jié)構(gòu)改進 12
3.1 鉗口的分析設(shè)想 12
3.2 V形鉗口的分析 14
3.3 V形鉗口的選擇設(shè)計 15
3.4 V形鉗口的實例設(shè)計 16
3.5緊固螺釘?shù)倪x擇 16
4 臺虎鉗結(jié)構(gòu)的裝配 17
4.1 臺虎鉗的爆炸視圖 17
4.2裝上V形鉗口的臺虎鉗效果示意圖： 17
5臺虎鉗使用功能方法的拓展 18
5.1當V形塊使用 18
5.2 手工繞制彈簧 18
5.3 校正小鋼材 18
6 結(jié)論 19
致謝 20
參考文獻 21
1 緒論
機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機同和手用兩種， 都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲扛、螺母傳送機械力的原理進行工作的。臺虎鉗結(jié)構(gòu)簡單，裝夾迅速。加工時省時省力，提高了加工效率、加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量。但是臺虎鉗也有其不足之處，如不能較好的裝夾外形較為復(fù)雜和不規(guī)則工件。主要原因是臺虎鉗鉗口是平直的， 不適于裝夾球形，特別是圓柱形工件。機加工時工件易位移，有時工件還會飛出機床臺面。為此，特對臺虎鉗的鉗口進行結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計，以滿足其使用功能的要求，使其更加的實用化。
普通臺虎鉗的主要功能是夾緊工件，以使加工方便、快捷。本論文利用普通臺虎鉗的特性，對其使用功能進行了拓展，如充當劃線平臺、繞制彈簧、校正小鋼材等。使臺虎鉗的功能更加全面化。
根據(jù)使用條件的不同，加工環(huán)境的不同，人們還會對臺虎鉗進行進一步的改進創(chuàng)新和功能的拓展，會有越來越多不同的結(jié)構(gòu)使臺虎鉗的使用功能多樣化、全面化。
2 普通機用臺虎鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 機用臺虎鉗的工作原理
機用虎鉗是一種在機床工作臺上用來夾持工件、以便于對工件進行加工的夾具。機用臺虎鉗裝配圖采用了俯視圖、主視圖、三維立體圖和一個表示單獨零件的爆炸視圖來表達。主視圖采用了全剖視圖，反映臺虎鉗的工作原理和零件間的裝配關(guān)系。俯視圖反映了固定鉗身的結(jié)構(gòu)形狀。
主視圖基本上反映了臺虎鉗的工作原理：旋轉(zhuǎn)長軸帶動活動鉗身作水平方向左右移動，夾緊工件進行切削加工。
主視圖反映了主要零件的裝配關(guān)系：長柄螺母將導(dǎo)向座與長柄連接，螺桿竄過套筒通過螺桿螺母與活動鉗身連接，長柄螺母將固定鉗身和長柄連接，螺釘將兩塊鉗口板分別與固定鉗身和活動鉗身連接。
機用虎鉗（圖1）由固定鉗座1、鉗口板2、活動鉗身4、螺桿8和方塊螺母9等零件組成。當用扳手轉(zhuǎn)動螺桿8時，由于螺桿8的左邊用開口銷卡住，使它只能在固定鉗座1的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，而不能沿軸向移動，這時螺桿8就帶動方塊螺母9，使活動鉗身4沿固定鉗座1的內(nèi)腔作直線運動。方塊螺母9與活動鉗身4用螺釘3連成整體，這樣使鉗口閉合或開放，便于夾緊和卸下零件。（圖1）
固定鉗座1在裝配件中起支承鉗口板2、活動鉗身4、螺桿8和方塊螺母9等零件的作用，螺桿8與固定鉗座1的左、右端分別以Φ12H8/f7和Φ18H8/f7間隙配合。活動鉗身4與方塊螺母9以Φ20H8/f7間隙配合[1]。
固定鉗座1的左、右兩端是由Φ12H8和Φ18H8水平的兩圓柱孔組成，它支承螺桿8在兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，其中間是空腔，使方塊螺母9帶動活動鉗身4沿固定鉗座1作直線運動。
圖1 普通臺虎鉗的裝配圖
2.2 對臺虎鉗各個零件的設(shè)計
2.2.1 固定鉗座的設(shè)計
根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為T200[2]。
固定鉗座的零件圖（圖2）:
圖2固定鉗座的零件圖
固定鉗身的三維實體圖（圖3、圖4）：
圖3 固定鉗身（上視） 圖4 固定鉗身（下視）
2.2.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為T200[2]。
活動鉗身的零件圖（圖5）：
圖5活動鉗身的零件圖
活動鉗身的三維實體圖（圖6、圖7、圖8不同視角的三維圖）：
圖6 活動鉗
圖7 活動鉗身
圖8 活動鉗身
2.2.3 方塊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)方塊螺母的零件圖畫出三維實體圖[3]，選取材料為Q235。
方塊螺母的零件圖[6]（圖9）：
圖9 方塊螺母的零件圖
方塊螺母的三維實體圖（圖10）：
圖10 方塊螺母
2.2.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45 。
鉗口板的零件圖（圖11）：
圖11 鉗口板零件圖
鉗口板的三維實體圖（圖12）：
圖12 鉗口板
2.2.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標準件螺釘——GB/T 68—M8X20，選取材料為Q235。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得鉗口板用螺釘?shù)娜S實體圖（圖13）：
圖13 固定鉗口板用螺釘
2.2.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D畫出三維實體圖。
固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D（圖14）：
圖14 固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D
固定活動鉗身用螺釘?shù)娜S實體圖（圖15）：
圖15 固定活動鉗身用螺釘
2.2.7螺母M10的選擇設(shè)計
根據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標準件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]，選取材料為35。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得螺母M10的三維實體圖（圖16）。
圖16 螺母M10
2.2.8銷的選擇設(shè)計
根據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標準件y圓錐銷——GB/T 91—3x14，選取材料為Q235。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得銷的三維實體圖（圖17）。
圖17 銷
2.2.9螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)螺桿的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45。
螺桿的零件圖（圖18）：
圖18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實體圖（圖19）：
圖19 螺桿（絲杠）
2.2.10 螺桿的強度校核計算
進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應(yīng)力。本設(shè)計中，螺桿主要是扭矩，則應(yīng)該按扭轉(zhuǎn)強度條件計算。
這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa；T——軸所受的扭矩，N.mm；
· ——軸的抗扭截面系數(shù)， n——軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——軸傳遞的功率，d——計算截面處軸的直徑，mm；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa。
根據(jù)國家標準，選取許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實際扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設(shè)計使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
2.2.11墊片的選擇設(shè)計
為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個墊圈，一個用于和M10螺母的配合使用，另一個用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。
和M10螺母配合使用的彈簧墊圈（圖20）選用標準件，按GB 93—87，相關(guān)尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0
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