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1、学号 密级 公开 本科毕业设计管道法兰焊接凸轮夹紧机构 学 院 名 称： 专 业 名 称：焊接技术与工程学 生 姓 名：指 导 教 师：二一四年五月 The Clamp Mechanism for Pipe Flange Welding College： 借鉴aSubject： Welding Technology and EngineeringName： Directed by： May 2014借鉴a郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内
2、容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 借鉴a摘 要随着我国焊接行业的快速发展，越来越多的高精度焊接产品成为焊接生产企业的主要生产内容，在焊接过程中采用合理的夹具结构有利于科学安排流水线生产，便于平衡工位时间，减少非生产用时。采用焊接工装夹具，准确、可靠的定位和夹紧可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。由于焊件在夹具中可强行夹固或预先给予反变形，所以能控制或消除焊接变形。由于法兰在焊接装夹时找正比较费时，定位精度不易保证，导致生产率低。针对该问题,本课题以方
3、便法兰的装夹为出发点设计了一种结构紧凑、定位精度高 、装夹方便、效率高的法兰焊接专用夹具。关键词：法兰盘夹紧；双面偏心轮；焊接工装夹具借鉴aABSTRACTWith the rapid development of the welding industry, a growing number of high-precision welding products become a major manufacturer of welding production content, using reasonable fixture structure during welding productio
4、n lines conducive to scientific arrangements to facilitate balancing station time, reduce non-production time. Welding fixture, accurate and reliable positioning and clamping can reduce or even abolish the cutting and marking work. Reduce product size deviation, improved accur -acy and parts interch
5、angeability. Since the clamping force weldment can be given in advance or reverse deformation in the fixture, they are able to control or eliminate welding deformation. Since the clamping flange alignment during welding time-consuming, difficult to ensure accuracy, resulting in low productivity. To
6、solve this problem, in order to facili- tate the task of clamping flange design as a starting point a compact, high positioning accuracy, easy clamping, high efficiency welding flanges special fixture.Key words: Flange clamp；Double eccentric；Welding fixture借鉴a目 录第1章 绪论1.1选题依据及课题意义11.2国内外研究现状及发展趋势11.
7、2.1焊接法兰简介11.2.2 焊接工装夹具的现状和发展21.3本课题的研究内容2第2章 夹紧机构的设计2.1定位原理及装夹特点42.2夹具主要组成部分42.3夹具运动过程及原理5第3章 夹具设计3.1 夹紧力的确定73.1.1 夹紧力方向的选择73.1.2 夹紧力计算73.2底座的设计83.3双面偏心轮的设计93.3.1圆偏心夹紧机构的自锁条件93.3.2 圆偏心夹紧机构的受力分析113.3.3圆偏心夹紧机构夹紧力的计算123.4夹爪的设计123.5旋转轴的设计133.6拉伸弹簧的设计与选择14第4章 主要零件校核计算4.1螺栓强度校核154.1.1支撑耳螺栓强度校核154.1.2弹簧连接螺
8、栓强度校核154.2旋转轴的强度校核164.3关键部件的优化设计思路17结论18参考文献19致谢20借鉴a第1章 绪论1.1选题依据及课题意义现在，随着科学技术的进步，焊接结构正朝着超大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，除提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺外，还要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动条件、提高生产率、促进文明生产的目的。在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。
9、为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面：（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。（2）有效的防止和减轻了焊接变形。（3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。（5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。总之，焊接机械装备对焊接生产的有利作用是多方面的。总括而言，就是保证焊接质量，提高焊接生
10、产率，改善工人的作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程四个方面。因此，无论在焊接车间或是在施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从而获得了广泛的应用。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1焊接法兰简介法兰又称法兰盘或者突缘，通常是指在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西的一种零件。焊接法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。管道法兰指管道装置中配管用的法兰，用在设备上指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰盘由英国传入我国。法兰盘在我国机械行业、建筑行业和水利
11、水电行业应用及其广泛，自上世纪90年代以来，日本在我国开辟法兰市场之后，紧接着韩国和欧美等国也蜂拥而至，导致我国法兰市场的份额大增。近几年来，我国在法兰的制造领域和研发领域取得了一定的突破，因产业链和市场的影响，加上政策的支持，大量的工厂和个人加工作坊开始大批量的生产和销售法兰成品。经调查发现，近几年全球在法兰方面的市场容量联创新高，产销规模大幅增加，价格也居高不下。由此导致的研究领域在开发法兰产品方面也加快了步伐，各种类型和功能的法兰产品层出不穷。焊接法兰连接是管道施工的重要连接方式。 法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。 在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是
12、低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是焊接法兰连接的管道和器材。1.2.2 焊接工装夹具的现状和发展夹具最早出现在18世纪后期, 在机械加工过程中，夹具占有非常重要的地位，它可靠地保证了工件的加工精度，提高了加工效率，减轻了劳动的强度。随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。在多种生产的企业中，每隔35年就要更新50%80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%20%左右。德国demmeler（戴美乐）公司孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少配
13、套元件，即能组装成多种多样焊接夹具1。元件功能强，使夹具通用性好，元件少而精，配套费用低，经济实用才有推广应用价值。焊接夹具正朝着更加广泛、科学高效的方向发展。1.3本课题的研究内容本课题设计了一种管道法兰焊接所用的凸轮夹紧机构。由于法兰在焊接装夹时找正比较费时，定位精度不易保证，导致生产率低。因此，针对该问题，本课题设计了一种结构紧凑、定位精度高、装夹方便、效率高的工装夹具。专用夹具应用可以减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求，因为在夹具上安装好以后，工件的位置就是由夹具来保证的，而法兰盘安装在夹具体上很简单，所以对工人要求不是很高。本夹具的作用可以简述如下：法兰直接在夹具上安装，可以避免
14、加工时造成的工件的误差太大，例如，法兰在装夹过程中，如果采用三爪卡盘夹紧工件，那么由于三爪卡盘有一定的误差，就设计了专用夹具进行装夹。第2章 夹紧机构的设计2.1定位原理及装夹特点工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与定位器的工件表面接触或配合来实现的。在设计夹具时首先应根据工件的形状选择合理的基准，尽量选用粗糙度适宜的零件表面作为基准，工件上被选作定位基准的表面常有平面、外圆柱面、圆孔、圆锥面、型面等，定位方法和定位器的具体结构应与之相适应。同时又要使一个基准具有多种用途以减少基准的数量，从而简化夹具，因此在选择基准时常常将设计基准作为定位、装配和测量基准，即遵循基准重合原则。法兰为回转类零件，对圆跳动有要求。根据夹具定位“六点定则”2,3，可采取定位销与定位孔配合进行定位。其中，采用圆柱销时，可限制工件的4个自由度。箱体上表面可限制2个自由度。（1）直接安装法法兰加工可直接安装在通用夹具(如三爪卡盘、平口钳、电磁吸盘等标准附件)上，不另行找正即夹紧，例如用三爪卡盘直接夹紧法兰的外圆或撑内孔，用这种方法安装工件时，找正比较费时，因此辅助时间会多一些，且定位精度的高低要取决于所用工具或仪表的精度，以及工人的水平，定位精度不易保证，生产率较低4。（2）专用夹具安装对于生产批量较大的法兰加
