核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计(论文)(51页).docx

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1、-核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计_本科毕业设计(论文)-第 42 页Southwest university of science and technology 本科毕业设计（论文）核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计学院名称制造科学与工程学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师二一三年六核电大叶片用液压快速装夹传动盘的设计摘要：叶片加工过程中，一些叶片汽道型面较长且出汽侧较薄，在这样的工件上加工容易出现变形及颤动，这样就出现质量控制难的问题，于此特设计一种液压自动控制、浮动拉伸、快速装夹的传动盘，从而提高产品合格率，减少操作人员劳动强度，实现自动控制，缩短其生产周期，降低

2、其生产成本，并且其结构强度也完全能满足使用。由于传动盘需要连接机床主轴或尾座，且需要具有夹具定位和夹紧功能，故传动盘应具有传递动力和定位、夹紧功能。因此，特设计两部分结构，一部分为传动盘体，另一部分为夹具体，并将两者连接，从而满足功能需求。根据所需功能和结合现有的使用情况及工件加工公差，从而选用恩派克公司的工模具液压成套解决方案的产品，由此选用摆动油缸、弹簧支撑油缸、油路块油缸等液压元件，并根据所设计的液压系统图组装传动盘。同时，根据液压系统图、夹具功能要求、设计经验、精度要求、定位基准和相关计算等，设计夹具体的结构，同时相应地设计传动体的结构。设计中通过相关实验获得重要数据。设计结束后，通过

3、评审，制定加工工艺，试制产品，并实验修正，最后大量生产。关键词：叶片；传动盘；液压自动控制；合格率；Design of nuclear power blade with hydraulic quick clamping drive disk Abstract：Blade machining process, some road-surface steam leaves the steam side is long and thin, in such a workpiece machining prone to distortion and vibration, so that the diff

4、icult problem of quality control, this particular design of a hydraulic automatic control floating stretch, quick clamping disk drive, thereby improving product yield and reduce labor intensity of operators, and automatic control, shorten the production cycle, reducing its production costs, and its

5、structural strength is also fully able to meet with. Since the drive tray need to connect the machine spindle or tailstock, and the need to have the fixture locating and clamping function, it should have the power transmission drive plate and positioning, clamping function. Therefore, the special de

6、sign of the structure of two parts, a part of the drive plate body, another part of the specific folder, and the two are connected, to meet the functional requirements. Depending on the desired functionality and combined with the existing usage and workpiece machining tolerances, so choose Enerpacs

7、hydraulic complete tooling solutions products, which use swing cylinders, spring-loaded cylinders, manifold cylinders and other hydraulic components, and depending on the design of the hydraulic system diagram disk drive assembly. Meanwhile, according to the hydraulic system diagram fixture function

8、al requirements and design experience, accuracy, positioning reference and related calculation, design specific folder structure, while the corresponding design of the structure of the drive body. Design by relevant experimental access to important data. After the design, through the assessment, the

9、 development process, prototype products, and experiment corrected final mass production.Key words: Blade； Drive plate； Hydraulic automatic control； Pass rate目 录第1章 绪 论11.1概述11.2汽轮机介绍11.2.1国际发展状况11.2.2我国发展状况31.2.3汽轮机工作原理31.2.4汽轮机配套设施41.3汽轮机叶片介绍41.4汽轮机叶片汽道型面介绍51.5传动盘介绍51.6本章小结5第2章 课题分析62.1课题目标及难点62.2

10、课题实施方案62.3课题预期效果及重要技术经济指标62.4本章小结6第3章 总体方案设计83.1设计目标83.2总体方案设计83.3夹具设计思路83.4叶片加工相关数据参数93.5夹具设计相关数据参数93.6本章小结9第4章 部件方案设计104.1液压夹具介绍104.1.1液压夹具的工作原理和构成104.1.2液压夹具的设计104.1.3液压夹具的应用104.2夹具定位原理介绍104.2.1工件的定位类别114.2.2工件定位的实质114.2.3工件避免过定位的措施124.3夹具夹紧原理介绍124.4叶片夹具类型134.5叶片夹具分析与设计134.5.1叶片夹具设计分析134.5.2定位基准的

11、选择144.5.3定位误差分析164.5.4本工序加工按铣削估算夹紧力174.6叶根夹具224.6.1叶根图224.6.2叶根介绍224.6.3叶根夹具图234.6.4叶根夹具体结构图244.6.5叶根夹具体的弯曲应力及强度分析254.6.6叶根夹具体有限元分析314.7叶冠夹具设计344.7.1叶冠图344.7.2叶冠夹具344.7.3叶冠夹具体结构图364.7.4叶冠夹具体的弯曲应力及强度分析374.7.5叶冠夹具体的有限元分析374.8本章小结39第5章 夹具液压元件405.1夹具设计动作405.2叶根夹具液压元件405.2.1摆动油缸405.2.2蓄能器425.2.3顺序阀465.2.

12、4其他液压元件的选择485.3叶冠夹具液压元件495.3.1油路块油缸495.3.2弹簧支撑油缸515.3.3其他液压元件的选择535.4本章小结54结论55致谢56参考文献57附录58第1章 绪 论1.1 概述 由于叶片分厂用现有的夹具加工40英寸（及其以上）叶片时，辅助支撑调整时间较长（大约在40分钟左右），且难度较大，对操作工的经验及技术要求较高，不利于批量加工；且该类叶片汽道型面较长和出汽侧较薄（最薄的地方可以达到0.8mm左右），在这样的工件上加工容易出现变形及颤动，这样导致部分叶片报废，给单位造成巨大损失；如上所述叶片汽道型面较长且出汽侧较薄，这样就出现质量控制难的问题，目前叶片专

13、家讨论希望能设计一种夹具能在汽道型面上作用一拉伸力，来控制该类叶片变形，介此我们特设计一种液压自动控制浮动拉伸传动盘，从而提高产品合格率，减少操作人员劳动强度，实现自动控制，缩短其生产周期，降低其生产成本，并且其结构强度也完全能满足使用。1.2 汽轮机介绍汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械能的叶轮式旋转原动机。汽轮机是将蒸汽能转换为机械功的动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。主要用于发电原动机，也可以直接驱动各执行部件。同时还可以利用其排汽或中间抽汽满足供热需要。汽轮机是高温高压高速旋转的机械，尤其是发电用汽轮机，且也是大功率输出的原动力机械。而目前我国发电用汽轮机以300600MW居多，体积

14、庞大，结构精细复杂。绝大多数为发电用汽轮机均为多级轴流式汽轮机，因为多级轴流式汽轮机绝热焓降大，能够充分利用蒸汽的热能。汽轮机本体主要由静止部分和转动部分组成。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。因此汽轮机的制造工艺主要为上述部件的制造工艺。汽轮机制造工艺的特点为：属单件生产，生产期长，材料品种多，材料性能要求高，零件种类多，加工精度高，设备要求高，操作技能要求高，机械加工工种齐全，设计冷热工艺且面广，检测手段齐备要求高，计量设备、测量工具齐全而且要求高 采用专门工装多2。1.2.1 国际发展状况1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台

15、单级冲动式汽轮机，随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机。目前世界各国都在研究大容量、高参数汽轮机的研究和开发，如俄罗斯在研究2000MW汽轮机。主要是大容量汽轮机有如下特点：A. 降低单位功率投资成本。如800MW机组比500MW汽轮机的千瓦造价低17%；1200MW机组比800MW机组的千瓦造价低15%20%。B. 提高运行经济性。如法国的600MW机组比国产的125MW机组的热耗率低276kj/kW.h，每年可节约燃煤4万吨。C. 加快电网建设速度，满足经济发展需要。D. 提高电网的调峰能力。汽轮机按照工作原理分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。汽轮机是一种以蒸汽为

16、动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。汽轮机具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。冲动式汽轮机蒸汽主要在静叶中膨胀，在动叶中只有少量的膨胀。反动式汽轮机蒸汽在静叶和动叶中膨胀，而且膨胀程度相同。图1.1由于反动级不能作成部分进汽，因此第一级调节级通常采用单列冲动级或双列速度级。目前世界上生产冲动式汽轮机的企业有：美国通用公司（GE）、英国通用公司（GEC）、日本的东芝（TOSHIBA）和日立、俄罗斯的列宁格勒金属工厂等。制造反动式汽轮机的有美国西屋公司（WH）、日本三菱、英国帕森斯公司、法国电器机械公司（CMR）等，德国（SIEMENS）。冲动式汽轮

17、机为隔板型；反动式汽轮机为转鼓型（或筒型）。 汽轮机按照蒸汽参数（压力和温度）分为： 低压汽轮机：主蒸汽压力小于1.47Mpa； 中压汽轮机：主蒸汽压力在1.963.92Mpa； 高压汽轮机：主蒸汽压力在5.889.8Mpa； 超高压汽轮机：主蒸汽压力在11.7713.93Mpa； 亚临界压力汽轮机：主蒸汽压力在15.6917.65Mpa； 超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于22.15Mpa； 超超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于32Mpa；由于冶金技术的不断发展，使得汽轮机结构也有了很大改进。目前的大机组普遍采用了高中压合缸的双层结构，高中压转子采用一根转子结构，高、中、低压转子全部采用整锻结构

18、，轴承较多地采用了可倾瓦结构。目前各国都在进行大容量、高参数机组的开发和设计。1.2.2 我国发展状况中国汽轮机发展起步比较晚。上海汽轮机厂是中国第一家汽轮机厂，在1995年开始与美国西屋电气公司合作成立了现在的STC。哈尔滨汽轮机厂1956年建厂，先后设计制造了中国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机，80年代从美国西屋公司引进了300MW和600MW亚临界汽轮机的全套设计和制造技术，于1986年制造成功了中国第一台600MW汽轮机，目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产。东方汽轮机厂1965年开始兴建，1971年制造出第一台汽轮机，目前的主力机型为600MW

19、汽轮机。北京北重汽轮电机有限责任公司做为后起之秀，以300MW机组为主导产品，它是由始建于1958年的北京重型电机厂通过资产转型在2000年10月份成立的又一大动力厂，目前2台600MW汽轮机也已经在今年投入生产。目前中国四大动力厂以600MW和1000MW机组为主导产品。1.2.3 汽轮机工作原理汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。1.2.4 汽轮机配套设施汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作，是一种

20、较为精密的重型机械，一般须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、发电机(或其他被驱动机械)以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。1.3 汽轮机叶片介绍汽轮机叶片分为动叶片和静叶片。隔板用于固定静叶片，并将汽缸分成若干个汽室。动叶片安装在转子叶轮或转鼓上，接受喷嘴叶栅射出的高速气流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。汽轮机叶片一般由叶型、叶根和叶顶三个部分组成。叶型是叶片的工作部分，相邻叶片的叶型部分之间构成汽流通道，蒸汽流过时将动能转换成机械能。按叶型部分横截面的变化规律，叶片可以分为等截面直叶片、变截面直叶片、扭叶片、弯扭叶片。等截面直叶片：断面型线和面积沿叶高是相同的，加工方便

21、，制造成本较低，有利于在部分级实现叶型通用等优点。但是气动性能差，主要用于短叶片。弯扭叶片：截面型心的连线连续发生扭转，可很好的减小长叶片的叶型损失，具有良好的波动特性及强度，但制造工艺复杂，主要用于长叶片。叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。它应保证在任何运行条件下的连接牢固，同时力求制造简单、装配方便。 T形叶根：加工装配方便，多用于中长叶片。 菌形叶根：强度高，在大型机上得到广泛应用。 叉形叶根：加工简单，装配方便，强度高，适应性好。 枞树型叶根：叶根承载能力大，强度适应性好，拆装方便，但加工复杂，精 度要求高，主要用于载荷较大的叶片。汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连在一

22、起，构成叶片组。长叶片刚在叶身中部用拉筋连接成组，或者成自由叶片。围带的作用：增加叶片刚性，改变叶片的自振频率，以避开共振，从而提高了叶片的振动安全性；减小汽流产生的弯应力；可使叶片构成封闭通道，并可装置围带汽封，减小叶片顶部的漏气损失。拉筋：拉筋的作用是增加叶片的刚性，以改善其振动特性。但是拉筋增加了蒸汽流动损失，同时拉筋还会削弱叶片的强度，因此在满足了叶片振动要求的情况下，应尽量避免采用拉筋，有的长叶片就设计成自由叶片。1.4 汽轮机叶片汽道型面介绍叶片型面分截面型线不变的直叶片型面和截面沿叶高变化的扭曲型面。叶片截面型面汽道分类：（1） 等截面直叶片汽道；（2） 有成型规律叶片汽道；（3

23、） 自由成型叶片汽道。叶片加工质量的高低直接影响着汽轮机的工作性能，叶片型面的加工量约占叶片加工量的1/2。1.5 传动盘介绍传动盘是用于机床与工件之间的过渡件，为回转体。作用是传递扭矩且夹紧工件。作为一种专用夹具，其工装设计精度与加工工件精度有直接关系，一般为工件精度的1/21/3。因此，传动盘需要有较高的精度和较高的强度。1.6 本章小结本章介绍了与此课题相关的液压夹具、汽轮机，汽轮机用叶片、汽轮机叶片汽道和传动盘等知识，同时也交代了此课题的背景和目标。第2章 课题分析2.1 课题目标及难点（1） 本课题目标是：制造一种液压夹具实现液压自动控制浮动夹紧叶片，并拉伸工件，从而达到减少加工过程

24、中的颤动、控制变形及减少操作人员劳动强度。（2） 本课题难点：由于我单位涉及液压传动经验较少，对该液压传动盘的油路及结构设计合理性难以控制，且对加工还处于摸索试验阶段。叶片分厂也希望能通过该夹具的测试了解拉伸加工对叶片的具体作用。2.2 课题实施方案结合现有的使用情况及工件加工公差，设计制造出满足要求的自动控制液压传动盘，其实施计划如下：（1） 了解机床及现加工情况，并对传动盘的其使用方法，定位基准，制造精度等情况进行调查和分析，工装结构初步设计方案评审；（2） 分析并设计出满足需求的传动盘结构及液压原理，完成工装图纸设计及会签；（3） 完成设计和总结报告。2.3 课题预期效果及重要技术经济指

25、标（1） 合格率提高20%，减少颤动，操作自动化程度提高60% ，装卡效率提高87%，且各相关方面吸取了、设计制造经验，提高相关人员工作水平，对今后设计、加工起到指导作用。（2） 据了解，叶片分厂现有可使用该传动盘机床约为18台机床，进口一套液压传动盘的费用约为26万元，按一年进口9套传动盘交替使用来计算，一年所需费用约为234万元，预期降低成本为进口传动盘费用的70%。（3） 如果通过此夹具证明拉伸力作用在叶片汽道型面上对叶片变形有至关重要的影响，那将会直接影响该类叶片（汽道型面较长且出汽侧较薄）今后的加工方式，开创出新的加工思路。2.4 本章小结本章主要介绍了课题的难点及目标，课题的实施方

26、案，课题的预期效果和经济指标，使我们对本课题有了清晰的认识，同时也明白了该课题的设计思路和相应的价值，重点介绍了其预期效果，利于我们比较全面、系统了解本课题。第3章 总体方案设计3.1 设计目标该课题是基于设计、制造一种液压夹具实现液压自动控制浮动夹紧叶片，并拉伸工件，从而达到减少加工过程中的颤动、控制变形及减少操作人员劳动强度。该课题重要的地方是液压系统的设计和选择相应的液压元件，同时也需要满足定位准确，定位快速，定位精度高，夹取方便，能够自控控制和浮动拉伸，基于空间上考虑，由于是基于机床的传动盘，所以尺寸需要合理，刚度，韧性等。该课题的开展是为了解决现实生产中所遇到的问题，并将用于批量生产

27、和投入工作中用于产品生产，具有现实意义，因此比较注重实用性和其所产生的效益，基于现实情况考虑，其相关十分详细的数据依据则会被经验数据或相关类似实验数据代替，同时液压元件选择和计算方面则会依据该厂常用的材料提供。3.2 总体方案设计夹具指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置14。图3.23.3 夹具设计思路图3.33.4 叶片加工相关数据参数图3.43.5 夹具设计相关数据参数图3.53.6 本章小结本章着重介绍了夹具总体方案设计，夹具设计的步骤，叶片加工精度和夹具设计精度要求。由此，对夹具设计、设计过程和设计要求有充分、详细和系统地理解，为后续工作做准备。

28、第4章 部件方案设计4.1 液压夹具介绍液压夹具是以液体压力将工件定位和夹紧的夹具。液压夹具作为夹具的一种，选用标准液压元件，根据加工零件特性设计机械部件并把其有机地装配连接在一起设计14。4.1.1 液压夹具的工作原理和构成液压夹具就是用液压元件代替机械零件实现对工件的自动定位、支承与夹紧的夹具。通过把选用的液压元件和设计的机械部分装配在一起，就可以得到所需要的夹具6。液压夹具能保证工件在规定的位置上准确的定位和牢固的夹紧，并能通过浮动支撑减少加工中的振动和变形，还能利用自动控制压板的压紧和抬起在加工中让开夹紧位置。液压夹具既能在粗加工时承受大的切削力，也能保证在精密加工时的准确定位，还能完

29、成手动夹具无法完成的支撑、夹紧和快速释放。4.1.2 液压夹具的设计不管是一套简单的液压夹具还是复杂的整体生产线，液压夹具的设计流程都是一样的，依次为总体方案的制定、液压缸类型规格的选择、控制阀的选择、机械部分的设计、泵站附件的选择、系统连接。4.1.3 液压夹具的应用恩派克液压夹具为各种加工过程提供强大的夹紧与定位力。恩派克油缸在自动化加工过程中用来冲孔和夹紧。支撑油缸可以防止产品加工中的变形。恩派克动力源可以为夹紧工件提供源源不断的动力。通过创新、责任和完善，恩派克动力源被设计成可适合任何一种应用场合3。4.2 夹具定位原理介绍夹具的定位主要依据六点定位原理。六点定位原理是指工件在空间具有

30、六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度 。因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度6。六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，如果违背这个原理，工件在夹具中的位置就不能完全确定。然而，用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同，宗旨是使用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。4.2.1 工件的定位类别（1） 完全定位工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限

31、制，而在夹具中占有完全确定的惟一位置，称为完全定位。（2） 不完全定位根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况称为不完全定位。不完全定位是允许的，（3） 欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工要求。（4） 过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用。各类钳加工和机加工都会用到。4.2.2 工

32、件定位的实质工件定位的实质就是使工件在夹具中占据确定的位置，因此工件的定位问题可转化为在空间直角坐标系中决定刚体坐标位置的问题来讨论。在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由度，即沿X、Y、Z轴移动的三个自由度和绕此三轴旋转的三个自由度。用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占据正确的位置，称为六点定位法则。当然，定位只是保证工件在夹具中的位置确定，并不能保证在加工中工件不移动，故还需夹紧6。定位和夹紧是两个不同的概念。图4.24.2.3 工件避免过定位的措施（1） 提高夹具定位面和工件定位基准面的加工精度是避免过定位的根本方法（2） 由于夹具加工精度的提高有一定限度，因此采用

33、两种定位方式组合定位时，应以一种定位方式为主，减轻另一种定位方式的干涉。从本质上说，这也是另一种提高夹具定位面精度的方法。 （3） 利用工件定位面和夹具定位面之间的间隙和定位元件的弹性变形来补偿误差，减轻干涉。在分析和判断两种定位方式在误差作用下属于干涉还是过定位时，必须对误差、间隙和弹性变形进行综合计算，同时根据工件的加工精度要求才能作出正确判断。从广义上讲，只要采用的定位方式能使工件定位准确，并能保证加工精度，则这种定位方式就不属于过定位，就可以使用6。4.3 夹具夹紧原理介绍（1） 设计夹紧机构，必须首先合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点14。（2） 夹紧力大小要适当，过大了会使

34、工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故，采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。当设计机动（如气动、液压、电动等）夹紧装置时，则需要计算夹紧力的大小。以便确定动力部件（如气缸、液压缸直径等）的尺寸。（3） 进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力（重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力）作用下处于静平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。实际夹紧力一般比理论计算值大23倍14。实际生产中一般很少通过计算求得夹紧力，因为在

35、加工过程中切削力随刀具的磨钝、工件材料性质和余量的不均匀等因素而变化，而且切削力的计算公式是在一定条件下求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是仍然很难计算准确，对于关键性的夹具，往往通过实验的方法来测定所需要的夹紧力。（4） 夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题。必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。4.4 叶片夹具类型由于叶片根部和端部的形状不同，且叶片较长，精度要求高，刚性要求高，所以其夹具需分别设计制造。图4.44.5 叶片夹具分析与设计4.5.1 叶片夹具设计分析由于叶片是被夹持在机床上进行铣削加工

36、，该类叶片汽道型面较长且出汽侧较薄（最薄的地方可以达到0.8mm左右），在这样的工件上加工容易出现变形及颤动，这样导致部分叶片报废。因此，需要考虑克服叶片汽道型面较长、出汽侧较薄、粗加工后表面粗糙度较低、不均匀和加工前后中心高高度的变化等因素所带来的影响。因此需要设计出具有以下特点：（1） 消除或减小变形于汽道型面上作用一拉伸力并加强刚度（辅助支撑）；（2） 消除或减小颤动，液压自动控制浮动、拉伸并加强刚度（浮动支撑）；（3） 装夹方便、快捷和准确。基于以上考虑，结合叶片具有叶根、叶茎和叶冠的结构特点设计一套组合夹具，分别为叶根夹具和叶冠夹具，考虑叶根和叶冠的形状、位置和作用，叶根夹具为固定支

37、撑，叶冠夹具为辅助支撑。由于叶片质量较大，长度较长，厚度较薄，所以，叶冠夹具采用液压自动浮动支撑和拉伸作用。这样既可以增加叶片在加工时的刚度，也可以减少叶片加工过程中的颤动，可以较好的保证精度和高效率的设计目标。叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。4.5.2 定位基准的选择叶片结构分叶根、叶冠，根据叶片的结构和形状，选取叶根为主定位部位，叶冠为辅助定位机构。叶根三维图 图4.5.1为了减少误差和定位方便，我们选择平面1、平面3、平面2和平面4作为定位基准。六点定位原理分析如下：图4.5.2相应夹具定位基准如下：图4.5.3根据图4.5.1，平面

38、1和平面3限制了工件Z方向的移动，X轴的转动和Y轴的转动；平面2限制了工件X方向的移动和Z轴的转动；平面4限制了工件Y方向的移动。定位基准面 （图4.3.1）平面1和平面3平面2平面4空间自由度限制（图4.3.2）Z方向移动 X、Y轴转动X方向移动 Z轴转动Y方向移动表4.5.2通过六点定位原理的分析，可以得出工件在空间的自由度为0，因此工件定位正确。4.5.3 定位误差分析工件以平面定位时，需要三个互成一定角度的平面作为定位基准，其中限制三个自由度的平面起主要定位作用，称主要定位基准；限制两个自由度的平面起次要定位基准，称导向定位基准；限制一个自由度的平面称止动定位基准14。因此，平面1和平

39、面3为主要定位基准；平面2为导向定位基准；平面4为制动定位基准6。铣削加工时，由于在Y方向是铣削整个截面，所以可简化为计算在X、Z方向的定位误差。由机械制造技术基础6得：在X方向定位基准时，尺寸X方向的工序基准和定位基准均是X方向定位基准面，基准重合，所以 （4-1）X方向定位基准面有角度制造误差，根据基准定位误差的定义有： （4-2）所以 （4-3）在Z方向定位基准时，尺寸Z方向的工序基准和定位基准均是Z方向定位基准面，基准重合，所以 （4-4）Z方向定位基准面有角度制造误差，根据基准定位误差的定义有： （4-5）所以 （4-6）因叶片的加工精度为一般精度0.15和镜面加工精度0.02，且夹

40、具体平面度0.015定位面与中心高0.01，垂直度0.01，定位槽对称度0.01；所以可以不考虑定位基准面和定位元件的制造误差6。因根据经验，工件以平面定位时，在大多数情况下，不考虑定位基准面和定位元件的制造误差。综上所述： （4-7）4.5.4 本工序加工按铣削估算夹紧力根据机械制造技术基础6P214可得：若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。夹紧力的方向应方便装夹，有利于减小夹紧力和使工件夹紧后的变形小。当夹紧力的方向确定后，夹紧力作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧力的变

41、形。对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面。力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移和偏转。为此，作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，这样可以使工件变形量最小。夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。工件结构形状使加工表面远离夹紧力的作用点时，可以增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动6。通过综合分析，选取一下夹紧方式：图4.5.4图4.5.5通过实验方法测定，此铣削加工工序中所需的夹紧力相当于M20

42、螺栓不承受任何工作载荷作用时的紧固力。因此以M20螺栓不承受任何工作载荷作用时的紧固力为计算和设计依据。由机械设计5得：图4.5.5为不承受任何工作载荷作用的紧螺栓联接。尽管该联接并不承受任何工作载荷作用，但是由于装配时已经将螺母拧紧，因此，螺栓必须受到预紧力F和螺纹副摩擦力矩T1的作用。预紧力F使螺栓危险截面上产生拉应力 （4-8）螺纹副摩擦力矩T1则使螺栓危险截面上产生剪应力 （4-9）对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，取 （4-10）可得 （4-11）按照第四强度理论，螺栓危险截面上的当量应力为 （4-12）故螺栓螺纹部分的强度条件为 （4-13）或 （4-14）式中紧

43、螺栓的许用拉应力，MPa由上可得 （4-15） 根据机械设计5教材P52表2.4得碳素钢紧螺栓联接时的安全系数：S=32 （4-16）根据机械设计5教材P52表2.3取表4.5.1性能级别螺栓、螺柱、螺钉屈服强度极限S（MPa）推荐材料公称Min3.618019010、Q2154.624024015、Q2354.832034010、Q2155.630030025、355.840042015、Q2356.8480480458.8*640640358.8640660359.872072035、4510.990094040Cr、15MnVB12.91080110030CrMnSi、15MnVB根据表

44、取5.6级螺栓，可得： （4-17）根据 （4-18）得许用应力： （4-18）根据实验可知：d1=20mm （4-19）可得： （4-20）取：F=24.2KN （4-21）4.6 叶根夹具4.6.1 叶根图叶根图 图4.6.1叶根介绍轮机叶根的作用是作为工件的定位基面与汽轮机主轴轮盘卡槽紧配合。为保证叶片工作性能，其形状设计为由若干变曲度曲面连接形成，各曲面间采用圆弧过渡。轮机叶片根部结构复杂，定位精度高。传统的机械加工工艺繁杂，效率较低，刀具损耗大，成本高，加工难度大1。汽轮机叶根主要分为以下6种形式： T形叶根 外包凸肩T形叶根 菌形叶根 双T形叶根 叉形叶根 纵树形叶根此叶根种类为叉

45、形叶根。叉形叶根，加工简单，装配方便，强度高，适应性好。这种叶根及轮缘加工简单，叶片的拆卸比较方便。但装配比较费工，钻孔非常不便。一般在整体锻造转子及焊接转子上不采用这种叶根1。4.6.2 叶根夹具图根据以上主定位部件的选择为叶根，且如图4.5.1以叶根的1、2、3、4面为定位基准面，所以夹具需要定位基准部件与之相应，参照公司的设计生产经验2，选取在满足功能要求的情况选最适合公司的结构设计。同时考虑本次设计的主要目的是提高加工效率、夹持效率和减轻人员劳动程度，所以选取了液压系统，同时根据液压系统的结构要求和参照公司常用或常联系的厂家的工模具液压件的结构特点和功能特征3和加工空间、工件位置的要求，设计液压结构图如下所示：图4.6.1根据叶根定位要求和定位基准面的选择、夹具结构的设计，设计出如下所示夹具结构。 图4.6.24.6.3 叶根夹具体结构图根据叶根夹具液压结构图和夹具结构，设计夹具体的结构如下图所示进油口图4.6.34.6