資料全套-水泵后側(cè)蓋的工藝編制及鉆4-Φ12孔專用夾具設(shè)計(jì)-錐形蓋【含6張CAD圖紙】
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XX學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 水泵后側(cè)蓋的加工工藝設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 所在學(xué)院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)老師 年 月 日27摘 要水泵后側(cè)蓋零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對零件進(jìn)行分析,了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu),并選擇好零件的加工基準(zhǔn),設(shè)計(jì)出零件的工藝路線;接著對零件各個工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算,關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量;然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì),選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個組成部件,如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件;計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差,分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處,并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。關(guān)鍵詞:工藝,工序,切削用量,夾緊,定位,誤差A(yù)bstract The fixture design of a certain type of motor armature bracket parts processing and drilling machine is design process design, including the parts processing process design and the three part special fixture. In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning,目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 序 言1第2章 零件的分析22.1零件的形狀22.2零件的工藝分析2第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)33.1 確定毛坯的制造形式33.2 基面的選擇33.3 制定工藝路線43.3.1 工藝路線方案一43.3.2 工藝路線方案二53.3.3 工藝方案的比較與分析53.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備63.4.1 機(jī)床選用63.4.2 選擇刀具63.4.3 選擇量具63.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定63.6確定切削用量及基本工時(shí)8第4章 鉆4-12孔夾具設(shè)計(jì)164.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置164.2 夾具的導(dǎo)向174.3 切削力及夾緊力的計(jì)算174.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙204.5 鉆模板204.6定位誤差的分析204.7 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用214.8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)224.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明23總 結(jié)24致 謝25參 考 文 獻(xiàn)26 第1章 序 言機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品,并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用,也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備,社會上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè),因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè),是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講,機(jī)械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。水泵后側(cè)蓋零件加工工藝及鉆床夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等的基礎(chǔ)下,進(jìn)行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位,夾緊以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題,并設(shè)計(jì)出專用夾具,保證尺寸證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論,又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要,只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合,才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)水平有限,其中難免有缺點(diǎn)錯誤,敬請老師們批評指正。第2章 零件的分析2.1零件的形狀題目給的零件是水泵后側(cè)蓋零件,主要作用是起連接作用。零件的實(shí)際形狀如上圖所示,從零件圖上看,該零件是典型的零件,結(jié)構(gòu)比較簡單。具體尺寸,公差如下圖所示。 圖2-1 水泵后側(cè)蓋2.2零件的工藝分析由零件圖可知,其材料為HT20-40,該材料為灰口鑄鐵,具有較高強(qiáng)度,耐磨性,耐熱性及減振性,適用于承受較大應(yīng)力和要求耐磨零件。水泵后側(cè)蓋零件主要加工表面為:1.車外圓及端面,表面粗糙度值為3.2。2.車外圓及端面,表面粗糙度值3.2。3.車裝配孔,表面粗糙度值3.2。4.半精車側(cè)面,及表面粗糙度值3.2。5.兩側(cè)面粗糙度值6.3、12.5,法蘭面粗糙度值6.3。水泵后側(cè)蓋共有兩組加工表面,他們之間有一定的位置要求。現(xiàn)分述如下:(1)左端的加工表面: 這一組加工表面包括:左端面,59外圓,80外圓,45.5內(nèi)圓。粗車后半精車就可以達(dá)到精度要求。而鉆工沒有精度要求,因此一道工序就可以達(dá)到要求,并不需要擴(kuò)孔、鉸孔等工序。(2).右端面的加工表面: 這一組加工表面包括:右端面;110的外圓,粗糙度為1.6鉆中心孔。其要求也不高,粗車后精車就可以達(dá)到精度要求。第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)本水泵后側(cè)蓋,假設(shè)年產(chǎn)量為10萬臺,每臺車床需要該零件1個,備品率為19%,廢品率為0.25%,每日工作班次為2班。該零件材料為灰口鑄鐵 ,考慮到零件在工作時(shí)要有高的耐磨性,所以選擇鑄鋁鑄造。依據(jù)設(shè)計(jì)要求Q=100000件/年,n=1件/臺;結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,備品率和 廢品率分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=2XQn(1+)(1+)=238595件/年3.1 確定毛坯的制造形式零件材料為灰口鑄鐵 ,鑄件的特點(diǎn)是液態(tài)成形,其主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng),即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件,也適用于不同的金屬,還特別適應(yīng)制造形狀復(fù)雜的鑄件。考慮到零件在使用過程中起連接作用,分析其在工作過程中所受載荷,最后選用鑄件,以便使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達(dá)成批生產(chǎn)水平,而且零件輪廓尺寸不大,可以采用砂型鑄造,這從提高生產(chǎn)效率,保證加工精度,減少生產(chǎn)成本上考慮,也是應(yīng)該的。3.2 基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一,基面選擇的正確與合理,可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)效率得以提高。否則,不但使加工工藝過程中的問題百出,更有甚者,還會造成零件大批報(bào)廢,使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。粗基準(zhǔn)的選擇,對像水泵后側(cè)蓋這樣的零件來說,選好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。對本零件來說,如果外圓的端面做基準(zhǔn),則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱,按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時(shí),應(yīng)以這些不加工表面做粗基準(zhǔn),若零件有若干個不加工表面時(shí),則應(yīng)以與加工表面要求相對應(yīng)位置精度較高的不加工表面做為粗基準(zhǔn))。對于精基準(zhǔn)而言,主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題,當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí),應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算,這在以后還要專門計(jì)算,此處不在重復(fù)。3.3 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。3.3.1 工藝路線方案一10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時(shí)效處理30粗車粗車右端面,粗車外圓110,注意各外圓留1mm的半精車余量40粗車掉頭,粗車左端面,粗車外圓59,粗車外圓80端面,粗車各外圓臺階及圓弧圓角,注意各外圓留1mm的半精車余量50精車精車右端面,精車外圓110,達(dá)到圖紙尺寸公差要求60精車精車左端面,精車外圓59,精車外圓80端面,達(dá)到圖紙尺寸公差要求70車車5X2.5槽80車車內(nèi)孔98孔、45.5孔90車車內(nèi)孔3X48.5油槽孔100鉆孔攻絲鉆圓周鉆孔4-12 110銑槽銑槽 120鉗去毛刺,清洗130終檢終檢入庫3.3.2 工藝路線方案二10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時(shí)效處理30粗銑粗銑右端面,粗銑外圓110,注意各外圓留1mm的半精車余量40粗銑掉頭,粗銑左端面,粗車外圓59,粗車外圓80端面,粗車各外圓臺階及圓弧圓角,注意各外圓留1mm的半精車余量50精車精車右端面,精車外圓110,達(dá)到圖紙尺寸公差要求60精車精車左端面,精車外圓59,精車外圓80端面,達(dá)到圖紙尺寸公差要求70車車5X2.5槽80車車內(nèi)孔98孔、45.5孔90車車內(nèi)孔3X48.5油槽孔100鉆孔攻絲鉆圓周鉆孔4-12 110銑槽銑槽 120鉗去毛刺,清洗130終檢終檢入庫3.3.3 工藝方案的比較與分析上述兩個方案的特點(diǎn)在于:方案一的定位和裝夾等都比較方便,但是要更換多臺設(shè)備,加工過程比較繁瑣,而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數(shù),但是要及時(shí)更換刀具,因?yàn)橛行┕ば蛟谲嚧采弦部梢约庸?,鏜、鉆孔等等,需要換上相應(yīng)的刀具。而且在磨削過程有一定難度,要設(shè)計(jì)專用夾具。因此綜合兩個工藝方案,取優(yōu)棄劣,具體工藝過程如下:10鑄造鑄造出毛坯20熱處理毛坯熱處理,時(shí)效處理30粗車粗車右端面,粗車外圓110,注意各外圓留1mm的半精車余量40粗車掉頭,粗車左端面,粗車外圓59,粗車外圓80端面,粗車各外圓臺階及圓弧圓角,注意各外圓留1mm的半精車余量50精車精車右端面,精車外圓110,達(dá)到圖紙尺寸公差要求60精車精車左端面,精車外圓59,精車外圓80端面,達(dá)到圖紙尺寸公差要求70車車5X2.5槽80車車內(nèi)孔98孔、45.5孔90車車內(nèi)孔3X48.5油槽孔100鉆孔攻絲鉆圓周鉆孔4-12 110銑槽銑槽 120鉗去毛刺,清洗130終檢終檢入庫3.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備3.4.1 機(jī)床選用.工序是粗車、粗鏜和精車、精鏜。各工序的工步數(shù)不多,成批量生產(chǎn),故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大,精度要求屬于中等要求,選用最常用的CA6140臥式車床。參考根據(jù)機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡明手冊表4.2-7。.工序鉆孔,選用Z525搖臂鉆床。3.4.2 選擇刀具.在車床上加工的工序,一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質(zhì)合金車刀,它的主要應(yīng)用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性,可選用可轉(zhuǎn)位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.鉆孔時(shí)選用高速鋼麻花鉆,參考機(jī)械加工工藝手冊(主編 孟少農(nóng)),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。3.4.3 選擇量具本零件屬于成批量生產(chǎn),一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種:一是按計(jì)量器具的不確定度選擇;二是按計(jì)量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“水泵后側(cè)蓋” 零件材料為灰口鑄鐵 ,查機(jī)械加工工藝手冊(以后簡稱工藝手冊),表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較,灰口鑄鐵的硬度HB為143269,表2.2-23 灰口鑄鐵的物理性能,灰口鑄鐵 密度=7.27.3(),計(jì)算零件毛坯的重量約為2。表3-1 機(jī)械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì)生產(chǎn)類別同類零件的年產(chǎn)量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)輕型(零件重100kg)單件生產(chǎn)5以下10以下100以下小批生產(chǎn)510010200100500中批生產(chǎn)1003002005005005000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書上的數(shù)據(jù),該零件的月工序數(shù)不低于3050,毛坯重量21202506.04.0頂、側(cè)面底 面鑄孔的機(jī)械加工余量一般按澆注時(shí)位置處于頂面的機(jī)械加工余量選擇。根據(jù)上述原始資料及加工工藝,分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。3.6確定切削用量及基本工時(shí)切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先是確定切削深度、進(jìn)給量,再確定切削速度?,F(xiàn)根據(jù)切削用量簡明手冊(第三版,艾興、肖詩綱編,1993年機(jī)械工業(yè)出版社出版)確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號,與機(jī)械制造設(shè)計(jì)工工藝簡明手冊的表區(qū)別。3.6.1 工序30粗車右端面,粗車外圓110,注意各外圓留1mm的半精車余量所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故 = (3-1).確定進(jìn)給量根據(jù)切削加工簡明實(shí)用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時(shí), 進(jìn)給量=0.51.0按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.29)在機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊可知: =0.7確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表130,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174207時(shí),=時(shí),徑向進(jìn)給力:=950。切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實(shí)際進(jìn)給力為: =950=1111.5 (3-2)由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-3) =120 (3-4)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時(shí)實(shí)際切削速度為: = (3-5).校驗(yàn)機(jī)床功率切削時(shí)的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計(jì)算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時(shí), =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實(shí)際切削時(shí)間的功率為: =1.7=1.2 (3-6)根據(jù)表1.30,當(dāng)=時(shí),機(jī)床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:=3.75,=,=,=3.6.2 工序40掉頭,粗車左端面,粗車外圓59,粗車外圓80端面,粗車各外圓臺階及圓弧圓角,注意各外圓留1mm的半精車余量本工序仍為粗車。已知條件與工序相同,車端面及倒角,可采用工序相同的可轉(zhuǎn)位車刀。采用工序確定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本時(shí)間如下:a=2.5 f=0.65 n=3.8 v=50.4 T=563.6.3 工序50半精車右端面,半精車外圓100,半精車外圓85,半精車外圓58,半精車各外圓臺階及圓弧圓角所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故 = .確定進(jìn)給量根據(jù)切削加工簡明實(shí)用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時(shí), 進(jìn)給量=0.51.0按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.29)在機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊可知: =0.7確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表130,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174207時(shí),=時(shí),徑向進(jìn)給力:=950。切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實(shí)際進(jìn)給力為: =950=1111.5 由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-12) =120 (3-13)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時(shí)實(shí)際切削速度為: = (3-14).校驗(yàn)機(jī)床功率切削時(shí)的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計(jì)算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時(shí), =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實(shí)際切削時(shí)間的功率為: =1.7=1.2 根據(jù)表1.30,當(dāng)=時(shí),機(jī)床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:=1.25,=,=,=.計(jì)算基本工時(shí) (3-15)3.6.4 工序60精車左端面,精車外圓59,精車外圓80端面,達(dá)到圖紙尺寸公差要求所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,由于CA6140機(jī)床的中心高為200(表1.30),故選刀桿尺寸=,刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃傾角=,刀尖圓弧半徑=。.確定切削深度由于單邊余量為,可在一次走刀內(nèi)完成,故 = .確定進(jìn)給量根據(jù)切削加工簡明實(shí)用手冊可知:表1.4刀桿尺寸為,工件直徑400之間時(shí), 進(jìn)給量=0.51.0按CA6140機(jī)床進(jìn)給量(表4.29)在機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊可知: =0.7確定的進(jìn)給量尚需滿足機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的要求,故需進(jìn)行校驗(yàn)根據(jù)表130,CA6140機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許進(jìn)給力=3530。根據(jù)表1.21,當(dāng)強(qiáng)度在174207時(shí),=時(shí),徑向進(jìn)給力:=950。切削時(shí)的修正系數(shù)為=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故實(shí)際進(jìn)給力為: =950=1111.5 由于切削時(shí)進(jìn)給力小于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的進(jìn)給力,故所選=可用。.選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取為,車刀壽命=。.確定切削速度切削速度可根據(jù)公式計(jì)算,也可直接有表中查出。根據(jù)切削用量簡明使用手冊表1.11,當(dāng)硬質(zhì)合金刀加工硬度200219的鑄件,切削速度=。切削速度的修正系數(shù)為=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(見表1.28),故: =63 (3-12) =120 (3-13)根據(jù)CA6140車床說明書選擇 =125這時(shí)實(shí)際切削速度為: = (3-14).校驗(yàn)機(jī)床功率切削時(shí)的功率可由表查出,也可按公式進(jìn)行計(jì)算。由切削用量簡明使用手冊表1.25,=,切削速度時(shí), =切削功率的修正系數(shù)=0.73,=0.9,故實(shí)際切削時(shí)間的功率為: =1.7=1.2 根據(jù)表1.30,當(dāng)=時(shí),機(jī)床主軸允許功率為=,故所選切削用量可在CA6140機(jī)床上進(jìn)行,最后決定的切削用量為:=1.25,=,=,=工序80. 車內(nèi)孔98孔、45.5孔所選用的刀具為YG6X硬質(zhì)合金圓形鏜刀,主偏角為K=45,直徑為16mm的圓形鏜刀,其耐用度為。.確定切削深度 a.根據(jù)表1.5,當(dāng)半精鏜鑄料,鏜刀直徑為,a,鏜刀伸出長度時(shí),進(jìn)給量為:。 .確定切削速度 按表1.27的計(jì)算公式確定 V = (3-16)式中 C=189.8 m = 0.2 X=0.15 Y=0.20 V=124.6 選擇CA6140機(jī)床轉(zhuǎn)速:n= n =1200=20實(shí)際切削速度為: v = 2.08 .確定基本時(shí)間確定半精鏜孔的基本時(shí)間50s工序100 鉆圓周鉆孔4-12取 ()所以 ()按機(jī)床選取= ()所以實(shí)際切削速度 ()切削工時(shí)(一個孔): 工序110 銑槽機(jī)床的選擇:X52K型銑床(1)選擇刀具:查,根據(jù)表2.1-72,因?yàn)殂娤鲗挾?,可查得立銑?2)查,根據(jù)表2.1-20,選擇7:24錐柄立銑刀,標(biāo)準(zhǔn)系列L=198mm,標(biāo)準(zhǔn)系列l(wèi)=63mm,粗齒數(shù)為4。(2)選擇切削用量1)決定銑削深度 銑削深度由工序決定,因?yàn)槊看蔚你娤魃疃炔淮?,故均可以一次性走完,則粗銑削時(shí)為3.4mm。2)決定每齒進(jìn)給量 查,根據(jù)表2.1-72,當(dāng)銑削寬度=12mm時(shí),銑刀的每齒進(jìn)給量,取,所以。3)選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 查,根據(jù)表2.1-75,可選擇高速鋼立銑刀,粗銑,后刀面的最大磨損限度為0.30.5mm,查,根據(jù)表2.1-76,可選用的高速鋼立銑刀,其耐用度T=90min。4)決定切削速度 查,根據(jù)表2.1-77可查得:=1.18,=1.0,=0.9,=1.2,=1.0,=1.25(銑削余量較小時(shí),) 銑削速度計(jì)算公式: 查,根據(jù)表2.1-77可查得: 所以 m/min r/min 查,根據(jù)表3.30,X52K萬能銑床的使用說明書,選擇: 這時(shí)實(shí)際切削速度為 m/min第4章 鉆4-12孔夾具設(shè)計(jì)4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過,其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。僅僅定好位在大多數(shù)場合下,還無法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對工件進(jìn)行夾緊,才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置,以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下,不發(fā)生移動和震動,確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)的,正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力,使之變?yōu)閵A緊力,并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件??紤]到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動夾緊。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式,利用螺旋桿直接夾緊元件,或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋,實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上,因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋,使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單;(2)擴(kuò)力比大;(3)自瑣性能好;(4)行程不受限制;(5)夾緊動作慢。夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置,在此套夾具中,中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動夾緊,通過螺栓夾緊移動壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn),通過螺栓夾緊移動壓板,實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板,通過精確的圓弧定位,實(shí)現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單,便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動,以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時(shí),實(shí)現(xiàn)工件的定心,使其定位基準(zhǔn)的對稱中心在規(guī)定位置上。在這次夾具設(shè)計(jì)中,定位是采用一根心軸和一個定位插銷來定位水平方向的。在垂直方向,用兩個同心半圓環(huán)來定位。當(dāng)被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后,用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進(jìn)行定位,把壓板壓緊,之后取出定位插銷。4.2 夾具的導(dǎo)向在鉆床上加工孔時(shí),大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置,用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加工位置,并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的剛性,從而保證零件上孔的精度,在鉆床上加工的過程中,導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等,因此,導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣,對于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套。在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套。鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套,可換鉆套,快換鉆套及特殊鉆套。因此套鉆夾具加工量不大,磨損較小,孔距離精度要求較高,則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。圖4.2 鉆套鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性,材料選擇20Mn2。淬火HRC110。相同的,為了防止定位銷與模板之間的磨損,在模板定位孔之間套上兩個固定襯套。選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號為12*18 GB2263-19134。材料仍選取T10A, 淬火HRC110。公差采用H7/p6的配合。4.3 切削力及夾緊力的計(jì)算刀具:鉆頭12。則軸向力:見工藝師手冊表28.4F=Cdfk3.1 式中: C=420, Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420轉(zhuǎn)矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù) K=KKKK式中 K基本安全系數(shù),1.5; K加工性質(zhì)系數(shù),1.1;K刀具鈍化系數(shù), 1.1;K斷續(xù)切削系數(shù), 1.1則 F=KF=1.5鉆削時(shí) T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F F所以,時(shí)工件不會轉(zhuǎn)動,故本夾具可安全工作。根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況,找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài),按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠,再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即:安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有:式中:為各種因素的安全系數(shù),查參考文獻(xiàn)5表可得: 所以有: 該孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心軸,故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則;參考文獻(xiàn),因夾具的夾緊力與切削力方向相反,實(shí)際所需夾緊力F夾與切削力之間的關(guān)系F夾KF軸向力:F夾KF (N)扭距:Nm在計(jì)算切削力時(shí)必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi),安全系數(shù)由資料機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊查表可得:切削力公式: 式(2.17)式中 查表得: 即:實(shí)際所需夾緊力:由參考文獻(xiàn)16機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊表得: 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算,由式(2.5)有:式中:為各種因素的安全系數(shù),見參考文獻(xiàn)16機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊表 可得: 所以 由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,決定選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。4.4 鉆孔與工件之間的切屑間隙鉆套的類型和特點(diǎn):1、固定鉆套:鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中,鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合,主要用于加工量不大,磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔徑甚小,孔距離精度要求較高的小孔。2、可換鉆套:主要用在大批量生產(chǎn)中,由于鉆套磨損大,因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個襯套,襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi),鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。3、快換鉆套:當(dāng)對孔進(jìn)行鉆鉸等加工時(shí),由于刀徑不斷增大,需要不同的導(dǎo)套引導(dǎo)刀具,為便于快速更換采用快換鉆套。4、特殊鉆套:尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套。鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C,使開始鉆孔時(shí),鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中,以免刮傷鉆套內(nèi)孔,如圖4.3。圖4.3 切屑間隙 C=(0.31.2)d。在本次夾具鉆模設(shè)計(jì)中考慮了多方面的因素,確定了設(shè)計(jì)方案后,選擇了C=8。因?yàn)榇算@的材料是鑄件,所以C可以取較小的值。4.5 鉆模板在導(dǎo)向裝置中,導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上,因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度,以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式,可分為固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動鉆模板等。在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板,在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下,鉆模板在夾具體上采用定位銷一面雙孔定位,螺栓緊固,鉆模精度較高。44.6定位誤差的分析制造誤差ZZ (1)中心線對定位件中心線位置精度. 取.(2)內(nèi)外圓同軸度誤差(查表P297).故,.則.知此方案可行。4.7 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套(其結(jié)構(gòu)如下圖所示)以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。為了減少輔助時(shí)間采用可換鉆套,以來滿足達(dá)到孔的加工的要求。表dDD1Ht基本極限偏差F7基本極限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101110162068+0.028+0.01112+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT150222635+0.033+0.017392630424625HT150563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.02059305667424811066485070740.040鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板,用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。4.8 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)對夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求(1)應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性在夾具體表面重要的面,如安裝接觸位置,安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的,足夠的精度,之間的位置精度穩(wěn)定夾具體,夾具體應(yīng)該采用鑄造,時(shí)效處理,退火等處理方式。(2)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度保證在加工過程中不因夾緊力,切削力等外力變形和振動是不允許的,夾具應(yīng)有足夠的厚度,剛度可以適當(dāng)加固。(3)結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯夾較大的工件的外觀,更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),之間的相互位置精度與每個表面的要求高,所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中,應(yīng)處理的工件,夾具,維修方便。再滿足功能性要求(剛度和強(qiáng)度)前提下,應(yīng)能減小體積減輕重量,結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。(4)應(yīng)便于鐵屑去除在加工過程中,該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累,如果不及時(shí)清除,切削熱的積累會破壞夾具定位精度,鐵屑投擲可能繞組定位元件,也會破壞的定位精度,甚至發(fā)生事故。因此,在這個過程中的鐵屑不多,可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間:對切削過程中產(chǎn)生更多的,一般應(yīng)在夾具體上面。(5)安裝應(yīng)牢固、可靠夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心,夾具應(yīng)盡可能低,支撐面積應(yīng)足夠大,以安裝精度要高,以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的,識別特定的文件夾結(jié)構(gòu),然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。加工過程中,夾具必承受大的夾緊力切削力,產(chǎn)生沖擊和振動,夾具的形狀,取決于夾具布局和夾具和連接,在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具,積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠,所以夾具設(shè)計(jì),必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外,夾點(diǎn)技術(shù),經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn),在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具,切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠,所以夾具設(shè)計(jì),必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。4.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明由于是大批大量生產(chǎn),主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí),需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì),用移動夾緊的大平面定位三個自由度,定位兩個自由度,用定位塊定位最后一個轉(zhuǎn)動自由度。此時(shí)雖然有過定位,但面是經(jīng)精銑的面,定位是允許的???結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了,時(shí)間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的,通過這次的設(shè)計(jì)使我們不再是只知道書本上的空理論,不再是紙上談兵,而是將理論和實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì),使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計(jì)的步驟和要領(lǐng),使我們更好的利用圖書館的資料,更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計(jì)手冊和AUTOCAD等制圖軟件,為我們踏入社會打下了好的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識到了只努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的,還應(yīng)該更好的做到理論和實(shí)踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo),使我們學(xué)到了很多,也非常珍惜大學(xué)給我們的這次設(shè)計(jì)的機(jī)會,它將是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的更出色的關(guān)鍵一步。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收益不小,為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。但是,查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時(shí),數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊,由于經(jīng)驗(yàn)不足,在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題,不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見,在我遇到難題時(shí)給我指明了方向,最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)成績的取得,與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開的。在此,我衷心感謝我的指導(dǎo)老師,特別是每次都放下他的休息時(shí)間,耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題,她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項(xiàng)目的最終完成,他都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個日日夜夜,他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo),同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷,除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外,他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。參 考 文 獻(xiàn)1 東北重型機(jī)械學(xué)院,洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院,長春汽車廠工人大學(xué),機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊M,上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1980。2 張進(jìn)生。機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)。機(jī)械工業(yè)出版社,1995。3 李慶壽。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社,1991。4 李洪。機(jī)械加工工藝手冊。北京出版社,1996。5 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會。金屬切削手冊。上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2544。6 黃如林,劉新佳,汪群。切削加工簡明實(shí)用手冊?;瘜W(xué)工業(yè)出版社,2544。7 余光國,馬俊,張興發(fā),機(jī)床夾具設(shè)計(jì)M,重慶:重慶大學(xué)出版社,1995。8 周永強(qiáng),高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)M,北京:中國建材工業(yè)出版社,2542。9劉文劍,曹天河,趙維,夾具工程師手冊M,哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1987。10 王光斗,王春福。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊。上海科學(xué)技術(shù)出版社,2542。11 東北重型機(jī)械學(xué)院,洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院,長春汽車廠工人大學(xué)。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊.上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1984。 12 李慶壽,機(jī)械制造工藝裝備設(shè)計(jì)適用手冊M,銀州:寧夏人民出版社,1991。13 廖念釗,莫雨松,李碩根,互換性與技術(shù)測量M,中國計(jì)量出版社,2540:9-19。14 王光斗,王春福,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊M,上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2540。15 樂兌謙,金屬切削刀具,機(jī)械工業(yè)出版社,2545:4-17 機(jī)械原理基于局部平均分解的階次跟蹤分析及其在齒輪故障診斷中的應(yīng)用Junsheng Cheng, Kang Zhang, Yu Yang關(guān)鍵詞: 階次跟蹤分析 局部平均分解 解調(diào) 齒輪 故障診斷摘要:局部平均分解(LMD)是一種新的自適應(yīng)時(shí)頻分析方法,這種方法特別適合處理多分量的調(diào)幅信號和調(diào)頻(AM-FM)信號。通過使用LMD方法,可以將任何復(fù)雜的信號分解為一系列的產(chǎn)品功能PF分量(PFs),每個PF分量都是純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號的乘積,且通過純調(diào)頻信號可以獲得具有物理意義的瞬時(shí)頻率。從理論上講,每個PF分量都是一個單分量的AM-FM信號。 因此,可以將LMD的過程看作是信號解調(diào)的過程。齒輪發(fā)生故障時(shí),振動信號呈現(xiàn)明顯的AM-FM特征。因此,針對齒輪升降速過程中故障振動信號為多分量的調(diào)制信號,以及故障特征頻率隨轉(zhuǎn)速變化的特點(diǎn),提出了一種基于LMD和階次跟蹤分析的齒輪故障診斷方法。齒輪箱的故障診斷實(shí)驗(yàn)表明本文提出的方法能有效地提出齒輪故障診斷特征。1 引言齒輪傳動是機(jī)械設(shè)備中常見的傳動方式, 故對齒輪進(jìn)行故障診斷具有重要意義。齒輪故障診斷的關(guān)鍵一步是故障特征的提取。一方面,傳統(tǒng)的齒輪故障診斷方法的重點(diǎn)在一個固定的旋轉(zhuǎn)速度檢測振動信號的頻譜分析。 而齒輪作為一種旋轉(zhuǎn)部件, 其升降速過程的振動信號往往包含了豐富的狀態(tài)信息, 一些在平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)不易反映的故障特征在升降速過程中可能會充分地表現(xiàn)出來1,此外,來自齒輪振動信號的暫態(tài)過程中,速度依賴性總是顯示非平穩(wěn)特征。如果頻譜分析直接應(yīng)用于非平穩(wěn)振動信號,混頻將不可避免的發(fā)生,這將對故障特征提取帶來不良影響。在以往的研究中,為了跟蹤技術(shù),通常利用振動信號中添加旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸轉(zhuǎn)速信息,已經(jīng)成為一個在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷2,3的重要途徑。從本質(zhì)上講,階次跟蹤分析技術(shù)可以在時(shí)域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換成角域靜止,可以突出的旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的振動信息和抑制無關(guān)的信息。因此,階次跟蹤分析是在助跑過程中齒輪的故障特征提取和運(yùn)行了一個可取的方法 另一方面,當(dāng)發(fā)生故障的齒輪振動信號,拿起在運(yùn)行和運(yùn)行過程中始終存在的振幅特性調(diào)制和頻率調(diào)制(AMFM)。為了提取齒輪故障振動信號的調(diào)制特征,解調(diào)分析是最流行的方法之一 4,5 。然而,傳統(tǒng)的解調(diào)方法,如希爾伯特變換解調(diào)和傳統(tǒng)包絡(luò)分析有其自身的局限性 6 。這些缺點(diǎn)包括兩個方面:(1)在實(shí)踐中大多數(shù)的齒輪故障振動信號都是多組分是調(diào)頻信號。這些信號,在傳統(tǒng)的解調(diào)方法,他們通常是通過帶通濾波器分解成單組分是調(diào)頻信號的解調(diào),然后提取的頻率和振幅信息。然而,這兩個數(shù)載波頻率的載波頻率成分和幅值都難以在實(shí)踐中被確定,所以帶通濾波器的中心頻率的選擇具有主體性,將解調(diào)誤差和使它提取機(jī)械故障振動信號的特征是無效的;(2)由于希爾伯特不可避免的窗口效應(yīng)變換,當(dāng)使用希爾伯特變換提取調(diào)制信息,目前的非瞬時(shí)響應(yīng)特性,即,在調(diào)制信號被解調(diào)以及打破中間部分的兩端會再次產(chǎn)生調(diào)制,使振幅指數(shù)衰減的方式得到的波動,然后解調(diào)誤差將增加 7 。為了克服第一個缺點(diǎn),一個合適的分解方法應(yīng)尋找獨(dú)立的多分量信號為多個單組分是調(diào)頻信號的包絡(luò)分析之前。由于EMD(經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解)自適應(yīng)復(fù)雜多分量信號分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)(IMF)的瞬時(shí)頻率的物理意義 8,9 ,基于EMD的階比跟蹤方法已廣泛應(yīng)用于齒輪故障診斷 13 。然而,仍然存在許多不足之處 14 ,如在EMD的端點(diǎn)效應(yīng)和模態(tài)混 15 ,仍在進(jìn)行。此外,對原信號通過EMD分解,產(chǎn)生了由希爾伯特變換(上面提到的)缺點(diǎn)是不可避免的在IMF進(jìn)行希爾伯特變換的包絡(luò)分析。此外,有時(shí)無法解釋的負(fù)瞬態(tài)頻率時(shí)會出現(xiàn)瞬時(shí)頻率計(jì)算每個IMF進(jìn)行希爾伯特變換 16 局部均值分解(LMD)是一種新型的解調(diào)分析方法,特別適合于處理多組分的幅度調(diào)制和頻率調(diào)制(AM調(diào)頻)信號 16 。用LMD,任何復(fù)雜的信號可以分解成許多產(chǎn)品功能(PFS),每一種產(chǎn)品的包絡(luò)線信號(獲得直接由分解)的PF瞬時(shí)振幅可以得到一個純粹的頻率調(diào)制信號從一個良好定義的瞬時(shí)頻率可以計(jì)算。在本質(zhì)上,每個PF正是一種單組分我調(diào)頻信號。因此,LMD的程序可以,事實(shí)上,作為解調(diào)過程。調(diào)制信息可以通過頻譜分析的瞬時(shí)振幅(包絡(luò)信號,直接獲得通過分解)每個PF分量進(jìn)行希爾伯特變換,而不是由PF分量。因此,當(dāng)LMD和EMD方法分別應(yīng)用到解調(diào)分析,與EMD,LMD的突出優(yōu)點(diǎn)是避免希爾伯特變換。此外,LMD迭代過程中所采用的手段和當(dāng)?shù)氐姆炔黄交牡胤接肊MD的三次樣條的方法,這可能帶來的包絡(luò)的誤差和影響的精度瞬時(shí)頻率和振幅。此外,與EMD端點(diǎn)效應(yīng)相比并不明顯,因?yàn)樵贚MD方法更快的速度和算法的迭代次數(shù)更少 17 。 基于以上分析,階次跟蹤和解調(diào)技術(shù),LMD最近的發(fā)展,科學(xué)相結(jié)合,并應(yīng)用于齒輪故障診斷過程中各軸速度。首先,訂單跟蹤技術(shù)被用于將從時(shí)間域的齒輪振動信號角域。其次,分解角域重采樣信號的PF系列LMD,因此組件和相應(yīng)的瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)頻率可以得到的。最后,進(jìn)行頻譜分析的故障信息含有顯性PF分量的瞬時(shí)幅值。從實(shí)驗(yàn)的振動信號,表明該方法能有效地提取故障特征和分類準(zhǔn)確齒輪工作狀態(tài)的分析結(jié)果。 本文的組織如下。第2節(jié)是一個給定的LMD方法理論。在第3節(jié)中的齒輪故障診斷方法中,以技術(shù)和LMD跟蹤相結(jié)合的提出和實(shí)踐應(yīng)用表明,提出的方法。此外,LMD和基于EMD的比較也在第3節(jié)提到了基礎(chǔ)的方法。最后,我們得出了第4部分的結(jié)論。2 LMD 方法 LMD方法的本質(zhì)是通過迭代從原始信號中分離出純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號,然后將純調(diào)頻信號和包絡(luò)信號相乘便可以得到一個瞬時(shí)頻率具有物理意義的PF分量,循環(huán)處理直至所有的PF分量分離出來對任意信號x(t),其分解過程如16: ( 1) 確定原始信號第i個局部極值及其對應(yīng)的時(shí)刻,計(jì)算相鄰兩個局部極值和的平均值 (1) 將所有平均值點(diǎn)mi在其對應(yīng)的時(shí)間段,內(nèi)伸一線段,然后用滑動平均法進(jìn)行0平滑處理,得到局均值m11(t) 。 ( 2) 采用局部極值點(diǎn)計(jì)算局部幅值 : =| -|/2 (2)將所有局部幅值點(diǎn)ai在其對應(yīng)的時(shí)間段,內(nèi)伸成一條線段,然后采用滑動平均法進(jìn)行平滑處理,得到包估計(jì)函數(shù)a11(t) 。 ( 3) 將局部均值函數(shù)m11(t)從原始信號x(t)中分離來, 即去掉一個低頻成分,得到 h11(t)=x(t)-m11(t) (3) ( 4)用h11(t)除以包絡(luò)估計(jì)函數(shù)A11( t)以對h11(t)進(jìn)行解調(diào),得到 s11(t)=h11(t)/A11(t) (4) 對s11( t)重復(fù)上述步驟便能得到s11(t)的包絡(luò)估計(jì)函數(shù)A12(t),若A12(t)不等于1,則s11( t)不是一個純調(diào)頻信號需要重復(fù)上述迭代過程n次,直至s1n(t)為一個純調(diào)頻信號,即 s1n(t)的包絡(luò)估計(jì)函數(shù) A1(n+1)(t)=1,所以,有 (5) (6)為理論上, 迭代終止的條件 (7) 在實(shí)踐中,一種變體會提前確定。如果1a1(n + 1)(t)1 +and1s1n(t)1,然后迭代過程將停止( 5) 把迭代過程中產(chǎn)生的所有包絡(luò)估計(jì)函數(shù)相乘便可以得到包絡(luò)信號( 瞬時(shí)幅值函數(shù)) : (8)( 6) 將包絡(luò)信號A1(t)和純調(diào)頻信號s1n(t)相乘便可以得到原始信號的第一個PF分量: PF1(t)=a1(t)s1n(t) ( 9)PF1(t)包含了原始信號中頻率值最高的成分,是一個單分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,PF1(t)的瞬時(shí)幅值就是包絡(luò)信號A1(t),PF1(t)的瞬時(shí)頻率f1(t)則可由純調(diào)頻信號s1n(t)求出,即: (10) ( 7)將第一個PF分量PF1(t)從原始信號x(t)中分離出來, 得到一個新的信號u1(t),將u1( t)作為原始數(shù)據(jù)重復(fù)以上步驟,循環(huán)k次,直到 uk為一個單調(diào)函數(shù)為止,即: (11) 原始信號x(t)能夠被所有的PF分量和uk重構(gòu),即: (12) 產(chǎn)品功能p的數(shù)量在哪里.此外,相應(yīng)的完整的時(shí)頻分布可以通過組裝瞬時(shí)幅度和瞬時(shí)頻率的PF組件。3 基于階次跟蹤分析與 L M D 的齒輪故障診斷3.1 階次跟蹤分析 階次跟蹤分析首先根據(jù)參考軸的轉(zhuǎn)速信息對時(shí)域信號進(jìn)行等角度重采樣, 將時(shí)域非平穩(wěn)信號轉(zhuǎn)換為角域平穩(wěn)信號, 再對角域平穩(wěn)信號進(jìn)行譜分析得到階次譜。階次跟蹤分析能夠提取信號中與參考軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的信息, 同時(shí)抑制與轉(zhuǎn)速無關(guān)的信號, 因此非常適合分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械在變轉(zhuǎn)速過程下的振動信號。實(shí)現(xiàn)階次跟蹤分析技術(shù)的關(guān)鍵在于, 如何實(shí)現(xiàn)被分析信號相對于參考軸的等角度重采樣, 即階次重采樣。常用的階次重采樣方法有硬件階次跟蹤法 6、計(jì)算階次跟蹤法 7和基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的階次跟蹤法 8等。硬件階次跟蹤法直接通過專用的模擬設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號的等角度重采樣,實(shí)時(shí)性好,但只適用于軸轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定的情況,且成本很高;基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的階次跟蹤法不需要專門的硬件設(shè)備,無需考慮硬件安裝問題,且成本較低, 但是不適用于分析多分量信號,而實(shí)際工程信號大多為多分量信號, 因此其實(shí)際應(yīng)用意義不大;COT法通過軟件的形式實(shí)現(xiàn)等角度重采樣,分析精度高, 對被分析的信號沒有特別的要求,并且無需特定的硬件, 因此是一種應(yīng)用廣泛的階次跟蹤分析方法。根據(jù)試驗(yàn)條件采用COT法實(shí)現(xiàn)信號的階次重采樣,其具體步驟如下:1. 對振動信號和轉(zhuǎn)速信號分兩路同時(shí)進(jìn)行等時(shí)間間隔(間隔為$t)采樣,得到異步采樣信號;2. 通過轉(zhuǎn)速信號計(jì)算等角度增量 $H 所對應(yīng)的時(shí)間序列ti ;3. 根據(jù)時(shí)間序列ti的值,對振動信號進(jìn)行插值,求出其對應(yīng)的幅值,得到振動信號的同步采樣信號,即角域平穩(wěn)信號;4.使用LMD分解平衡角重采樣信號,因此sPF系列組件和相應(yīng)的瞬間振幅和瞬時(shí)頻率可以獲得5.光譜分析應(yīng)用于每個PF的瞬時(shí)振幅組件,然后我們有訂單譜3.2 齒輪故障診斷實(shí)例升降速過程中的齒輪故障振動信號通常是多分量的調(diào)幅-調(diào)頻信號,并且故障特征頻率會隨著轉(zhuǎn)速的變化而改變。針對升降速過程齒輪故障振動信號的這些特點(diǎn), 提出了基于階次跟蹤分析和 LM D 的齒輪故障診斷方法。首先采用階次跟蹤分析將齒輪升降速過程的時(shí)域振動信號轉(zhuǎn)換成角域平穩(wěn)信號;然后對角域信號進(jìn)行LMD分解,得到一系列PF分量,以及各個PF分量的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)頻率; 最后對各個PF分量的瞬時(shí)幅值進(jìn)行頻譜分析,便可以有效地提取出齒輪故障特征。為了驗(yàn)證方法的正確性,在旋轉(zhuǎn)機(jī)械試驗(yàn)臺上進(jìn)行了齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的試驗(yàn)。該系統(tǒng)中, 電機(jī)輸入軸齒輪齒數(shù)z1=55, 輸出軸齒輪齒數(shù)z2 = 75。在輸入軸齒輪齒根上加工出小槽,以模擬齒根紋故 障, 因此齒輪嚙合階次xm=55,故障特征階次xc=1。圖1和圖2所示分別為由轉(zhuǎn)速傳感器測得的輸入軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速n(t),以及由振動傳感器測得的齒輪故障 振動加速度a(t),其中采樣頻率為8192H z,采樣時(shí)間為20s從圖1可以看出,輸入軸轉(zhuǎn)速首先從150r/min逐漸加速至1410r/min, 然后再減速到820r/min,而加速度信號的幅值也隨著作出了相應(yīng)的變化。不失一般性,截取圖2中5 7s升速過程的信號 a1(t)進(jìn)行分析。 圖 1 輸 入軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速 n ( t )圖 2 齒輪故障振動加速度信號 a( t )值在秩序O=55和O=110相應(yīng)的齒輪嚙合秩序和雙。因此這意味著頻率混淆現(xiàn)象已經(jīng)在很大程度上消除。然而,為j1()仍然是一個多個組件MA-MF信號。因此,一邊頻帶反映故障特征頻率模糊。有效地提取故障特征,應(yīng)用LMD j - 1(),因此七PF組件和殘?jiān)梢缘玫綀D6所示,這意味著LMD解調(diào)的進(jìn)展。因此,它是可以提取齒輪故障特性,利用頻譜分析的瞬時(shí)振幅PF組件包含主要故障信息。通過分析,我們知道失敗的主要信息包括在第一個PF組件。因此,無花果。7和8給瞬時(shí)振幅a1()的第一個PF組件PF 1()和相應(yīng)的秩序光譜的a1(),很明顯,有不同的光譜峰值在第一順序(O = 1)對應(yīng)齒輪階次跟蹤功能,符合齒輪的實(shí)際工況。圖9和圖10顯示轉(zhuǎn)速信號的n(t)和振動加速度信號的時(shí)域波形s(t)齒輪分別與破碎的牙齒,采樣率為8192 Hz和總樣品時(shí)間是20年代。斷齒故障引入輸入軸上的齒輪與激光切割槽的牙根。首先,一段信號s1(t)5 s-7年代為進(jìn)一步分析的進(jìn)步是攔截;其次,假設(shè)樣本點(diǎn)每旋轉(zhuǎn)400;第三,角域信號為j1()圖11所示可以通過執(zhí)行命令重采樣s1(t);第四,LMD適用于j-1();最后,相應(yīng)的秩序頻譜圖12所示的瞬時(shí)振幅首先PF組件PF 1()可以了,很明顯,有不同的光譜峰值(比在圖8)在第一順序(O = 1)階次跟蹤分析對應(yīng)于齒輪故障功能,符合齒輪的實(shí)際工況。同樣的,我們同樣可以做正常的齒輪。轉(zhuǎn)速信號n(t)和振動的時(shí)域波形加速度信號s(t)的正常齒輪分別列在無花果。13和14,采樣率為8192 Hz和總樣品時(shí)間是20多歲。在上述相同的方法應(yīng)用于原始信號圖14所示,結(jié)果無花果所示。15和16。圖15顯示了角域j - 1()執(zhí)行順序重采樣后的信號部分(5s-7年代在籌備進(jìn)展)的原始信號。圖16顯示了相應(yīng)的瞬時(shí)振幅譜第一個PF組件,很難找到齒輪故障特征,也符合實(shí)際的工作狀態(tài)的裝備。目前,多組分的另一個競爭解調(diào)方法AM-FM信號,即經(jīng)驗(yàn)?zāi)J椒纸?EMD)存在,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于信號解調(diào)分析(7、22)。為了比較兩個EMD方法,取代LMD,我們能做的同樣使用EMD進(jìn)行重采樣信號無花果所示。圖4、11和15 圖 3 齒輪故障振動加速度信號的頻譜圖 4 階次重采樣后的齒輪故障振動 加速度信號圖5 j1()的階次譜分別,因此可以獲得一系列國際貨幣基金組織(IMF)組件。此外,相應(yīng)的瞬時(shí)振幅和國際貨幣基金組織每個組件的瞬時(shí)頻率可以通過希爾伯特變換計(jì)算。通過分析,我們知道,IMF主要特征信息包含在第一個組件。因此,只有應(yīng)用于瞬時(shí)頻譜分析第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的振幅。無花果。17日至19日給訂單頻譜對應(yīng)三種振動信號的破解斷層、斷齒故障和正常的齒輪,分別,很明顯,訂單跟蹤分析基于EMD也可以提取齒輪故障特性,確定齒輪的工作狀態(tài)。盡管EMD和LMD都可以分解原始信號實(shí)際上,兩種方法之間的差異仍然存在。EMD方法比較,如第一節(jié)中所述,LMD有更多迭代次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn),不明顯的效果和更少的瞬時(shí)頻率的虛假成分,可以使用更多的應(yīng)用在實(shí)踐中。 圖 6 角域信號j1( )的LMD分解結(jié)果圖 7 PF1()的瞬時(shí)幅值A(chǔ)1()圖 8 第1個PF分量的幅值譜圖 9 輸入軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速 n(t)圖 1 0 正常齒輪的振動加速度信號 a(t)圖11 階次重采樣后的正常齒輪振動加速度信號j1()圖 12 第一個PF分量的幅值譜圖13 輸入軸轉(zhuǎn)速r(t)正常齒輪前和過程中圖圖14 齒輪的振動加速度信號(t)在正常狀態(tài)圖15 相應(yīng)的振動加速度信號為j1()角域通過應(yīng)用順序重采樣tos(t)圖14所示。圖17 第一個IMF分量的幅值譜 圖 18 第一個IMF分量的幅值譜3 結(jié)論 在齒輪故障診斷技術(shù)、階次跟蹤是一個著名的技術(shù),可用于故障檢測的旋轉(zhuǎn)機(jī)器采用振動信號。針對齒輪故障振動信號的調(diào)制特點(diǎn)在助跑和破敗的和缺點(diǎn)在齒輪經(jīng)??梢园l(fā)相關(guān)軸轉(zhuǎn)速在瞬態(tài)過程中,階次跟蹤和技術(shù)LMD相結(jié)合用于齒輪故障診斷。從理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果以下幾點(diǎn)得出結(jié)論: ( 1) 在分析齒輪變轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的振動信號時(shí),轉(zhuǎn)速波動會引起頻譜圖出現(xiàn)頻率混疊, 而階次跟蹤分析通過對信號進(jìn)行階次重采樣能夠在很大程度上消除頻率混疊, 使頻譜圖的譜線清晰可讀。 ( 2) 齒輪故障時(shí)的振動信號為一多分量的調(diào)幅- 調(diào)頻信號, 采用LMD方法能將其分解為若干個PF分量之和,同得到各個PF分量的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)頻率, 實(shí)現(xiàn)了原信號的解調(diào)。對含有齒輪故障特征的PF分量的瞬時(shí)幅值進(jìn)行頻譜分析, 能夠準(zhǔn)確地提取出齒輪故障特征信息。 圖19 階次的第一個國際貨幣基金組織(IMF)組件的正常使用EMD齒輪 ( 3) 對齒輪正常和齒根裂紋兩種工況的振動信號進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明, 本文方法能夠準(zhǔn)確地反映出齒輪的實(shí)際工況。References1 S.K. 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