设计进程
作者：cad 提交日期：2009-7-4| 分类: | 访问量：
设计进程
本帖被 goldfluid 执行取消精华操作(2007-05-22)
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十一刚过，接到了一个新任务，做一个30T拉伸试验机的夹具，先发一个效果图，在之后的一段时间里，我会随着任务的开展，把我的心得和遇到的问题也逐步的写进来，在其中肯定会遇到很多问题，也请各位高手指点！谢谢！
最后要出一个动画的示意，我做这个实在是不行，尤其涉及到弹簧，希望做到动画的时候能够得到大家的帮助！
[ 此贴被水中水在2006-11-23 17:02重新编辑 ]
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我最先做的是这里面最主要的零件，夹具体，请高手指点，那个地方应该修改，我感觉变形有点大，应力也有点大，我把源文件也发上来，请指教！在什么地方填加材料可以减弱零件体下端的应力集中呢？
[ 此贴被sniper1980在2006-10-08 13:46重新编辑 ]
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这个是夹块
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请问各位高手,这个卡块在在受力分析的时候力应该加到什么位置呢??
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引用第1楼sniper1980于2006-10-08 13:33发表的“”:
我最先做的是这里面最主要的零件，夹具体，请高手指点，那个地方应该修改，我感觉变形有点大，应力也有点大，我把源文件也发上来，请指教！在什么地方填加材料可以减弱零件体下端的应力集中呢？
还不知道这个东西被如何使用，也就说不出从构造上的事情...
但是，您这个东西打算怎样制造呢？我看了之后有些发愁。
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引用第4楼陈伯雄于2006-10-09 07:57发表的“”:
还不知道这个东西被如何使用，也就说不出从构造上的事情...
但是，您这个东西打算怎样制造呢？我看了之后有些发愁。
我也觉得这个结构加工比较困难，不知道您看了原理图后，是否了解了他的工作状况，请您帮忙给出一个比较合理的结构，非常感谢！
还有一点，试验机行业来说，最复杂的也就是卡具，和夹块，加工复杂点应该是可以接受的，
至于您说的加工问题，我想应该是这样加工的，家用钻头预钻孔，把他里面钻通，然后插，或者用线切割，因为他的内表面要求加工的光洁度不高，所以以上的两种加工方法是可以达到的要求的。
[ 此贴被sniper1980在2006-10-09 08:35重新编辑 ]
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这些问题，如果不是自己操刀，不好处理，设计有太多因素要考虑，要解决还是要很清楚各项条件才行。
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30T夹具体.rar (433 K) 下载次数:4
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个人观点：
1，这类零件材料抗拉强度和疲劳强度是关键因素，同时是否应该考虑锻打以细化晶粒度提高强度及减少组织不均匀的应力集中；故调质钢会更合适些（比如S53C等），而50CrVA不大合适锻打。
2，夹具体结构上是否可以考虑分两部分，采用C型锁紧：这样利于锻打胚料和加工（内腔可以刨、插或线割）
3，零件结构加上加强筋可以合理利用材料使应力分配平均些（经济性来说当然锻打出来就好，但可能涉及到生产量问题只好自己权衡了）
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too:水中水大哥，
1、伸卡具肯定是抗拉强度比较主要了，疲劳强度好象是要求差一些，我以前做了个10T的，用的是45锻打，目的就是为了细化晶粒，提高机械性能，但是这回主拉力曾大了3倍，您上面看到的那个材料是45，卡具体重16KG，全部装配完成后估计得30KG以上，象我这体格一个人更换卡具是相当困难了，50CrVA应该是轴承钢吧，他的综合机械性能应该是很高的吧，S53C这个我从来没用过，明天去单位查查手册；
2、以前有过卡具体做成俩部分的，但是效果很不好，实践检验有很多地方有比较大缺点，（最明显的是刚性不好）您说的那种C型结构，是现在很多试验机厂都采用的结构，是很但是他们也都没有解决变形大的问题；
3、这点是我最想知道了，请您费心指明在什么地方加上加强筋会比较合理呢！
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你的模型图如陈老师提到的加工可能存在很大问题，甚至夹块的安装都很难（至于只是用于应力分析另论），如fuzhan提到的，操刀人才知道。个人认为C型结构是较好些，针对变形大可以做些结构调整克服（这些调整主要在固定端，可以有效减低活动端重量）。
个人认为在底部缘边和受压两侧加上加强筋较能改善应力分布。
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其实我看到过类似机器上的设计，建议搂主先看看别人的成功设计，并总结其中的关键点，再做自己的。
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to:陈老师
我肯定是看了先有的卡具了，我们单位就是做这个的，我一会去明天去拍几个照片给您看一下，就是现在市场上所有做做电子拉伸试验机的卡具差不多都是象水中水大哥所说的C型结构，开口式的，但是他有很多的弊病，变形大，夹紧后，加载，然后将式样拉断，但是当想把工件取下来的时候问题就又出现了，松开卡块非常困难，这也是现在市面上能见到的卡头的通病，所以我想做一个封闭的结构，减小变形，然后增加导槽，可以强制打开卡块。
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这个就是现在市场上最常见的卡头
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1.想法是好的，可是容易“卸下”的另一个非常重要的因素是“楔角”，而这个“楔角”可能需要试验几次来确定一下（比如大于1：20等等）
2.好的想法需要好的手段去实现，比如可（易）加工性、可（易）操作性、重量、成本等等，设计是一个调和各种矛盾的过程，有时实在很难取舍，所以我赞同：“这些问题，如果不是自己操刀，不好处理，设计有太多因素要考虑，要解决还是要很清楚各项条件才行。”的观点。
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这样的结构是否可以考虑（附图示意）把夹具体分为上下两部分
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水中水大哥：我没太理解您的意思，兰色是卡头绿色是卡块？
还是和起来是一个卡头，如果将卡头分成上下俩个部分，我觉得受力情况是最不好的了，因为这是一个拉伸卡具，主要承受铅垂方向的载荷？如果一定要分开，还是左右分开的好，连接螺钉（或销钉）受力情况是不是会好一些？
TO：szguanbo19，
角度在11度到14度之间，受力情况是最好的，这个已经经过相当长时间的摸索，和实践的验证，是很肯定的。
另外您说的只有自己操刀才能权衡是肯定的了，最终拿主意的还是我自己，我只不过想是多听听意见，选择一个比较合理的方案，我现在已经完成装配，卡具体就是和上面发的带应力分析的差不多，还加了4个槽，只能用线切割加工了。
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个人还是认为13楼的原型结构较好
认同‘如果将卡头分成上下俩个部分，我觉得受力情况是最不好的了’；看过一台德国帘子布的测试机（拉力也挺大）采用这样结构，如果需要可以考虑作具体应力分析看看。
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Quote:
引用第17楼水中水于2006-10-12 11:42发表的“”:
看过一台德国帘子布的测试机（拉力也挺大）采用这样结构，如果需要可以考虑作具体应力分析看看。
水哥说的是你给出的结构,还是13楼的结构,
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15楼给出的
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引用第13楼sniper1980于2006-10-11 12:43发表的“”:
这个就是现在市场上最常见的卡头
这个设计还是比较合理的，是企图解决拉力越大、夹紧力也随之增大的问题。
这是改进设计中必保的第一约束条件。
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要做拉伸试验机13楼的结构较好，按楼主的机构用V型快夹持材料在一定的拉力下可能滑移，测量数据不准。13楼的结构可以避免。但是角度不可以太小，小于5-8度，可能自琐，到市取不下来。
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现在整个设计已经完成,工程图纸在审查阶段,很希望可以做个动画但是里面的弹簧实在是我有些头疼,请各位高手帮帮忙,我源文件发上来,请帮我做一下可以吗?里面没有标准件,直接跳过可打开,弹簧是别的软件的做的,因为不知道怎么样才可以让他动,威望设的较高,因为涉及单位的工作内容,不想让太多的人看到,请原谅!
[ 此贴被sniper1980在2006-10-16 11:28重新编辑 ]
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这个设计还算成功，是不是用手动的？就不知道用手转上面的把手，下面那个头往上去夹紧时费不费力，
那根受拉伸的轴一般是多大？
我没有接触过类似的东西，说说吧。 
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引用第23楼fuzhan于2006-10-16 20:37发表的“”:
这个设计还算成功，是不是用手动的？就不知道用手转上面的把手，下面那个头往上去夹紧时费不费力，
那根受拉伸的轴一般是多大？
我没有接触过类似的东西，说说吧。
轴一般也就是30左右吧，卡具体的四个槽就是强制打开卡块的，Tr70X4的螺纹打开应该是不费太大的劲吧，别光评论啊，帮帮我做个动画可以吗，主要就是弹簧的处理！
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我不会做动画，有点令你失望了，我用AIP差不多一年了，还没有做过动画，应力分析亦只是试了试，设计时真要用到应力分析时AIP的功能都很难帮我了，这些我也要别人指点呢，有空还得学学。看其他人能不能帮你。
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夹紧的时候可能要加套筒吧？方案设计时有计算过需要的操作力吗？
计算路线：30T、摩擦系数→夹紧力、摩擦系数、斜面→夹紧所需轴向力、螺旋传动、手柄长度→夹紧力矩
这个计算值可供参考。
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卡具体的斜面角度11-14度都会出现自锁现象，
[ 此贴被sniper1980在2006-10-17 16:41重新编辑 ]
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用AIP11的机构仿真能不能进行楼主想要的动画效果呢?很想知道
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在做一个卡块受力分析的时候遇到问题
已知:工件与卡块摩擦力150KN,个接触面摩擦系数如图，弹簧拉力不计！
图3给出的受力分析是不对的,缺少一个力,
要不然卡块是无法平衡的,给出的方程也有问题！X、Y两方向解得的结果也是不一样的！
请高手帮着分析计算一下，看看差在什么地方，缺少的力是谁给的！
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Quote:
引用第26楼szguanbo19于2006-10-17 09:07发表的:
夹紧的时候可能要加套筒吧？方案设计时有计算过需要的操作力吗？
计算路线：30T、摩擦系数→夹紧力、摩擦系数、斜面→夹紧所需轴向力、螺旋传动、手柄长度→夹紧力矩
这个计算值可供参考。
您说的“摩擦系数、斜面→夹紧所需轴向力”这一部，是将卡块与卡具体之间的摩擦力直接投影到Y轴上，就是夹紧所需轴向力吗？如果是的话，那个力相当小了，肯定不用套管，因为卡块与卡具体的摩擦系数为0.02！中间有一个特殊的材料，摩擦系数就是这些！
如果不是，要加上30T的在Y轴上的分力的话，这个值有相当大！120NM！
[ 此贴被sniper1980在2006-11-22 19:03重新编辑 ]
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1.在退卸时，试样已经拉断（或者拉伸力已被释放），试样相对于夹块已经没有运动趋势，故f1等于0；
2.但是由于试样断头仍然被夹持住（由于夹块与夹具体之间自锁）所以F1仍然存在；
3.显然，F2也存在以抗衡F1；
4.此时如果要退卸，夹块必然产生相对夹具体斜向上的运动趋势，要抗衡此运动趋势就必然会存在一个摩擦力f2（此f2力与你图中的f2的方向相反
）
5.最后一个力：退卸机构提供给夹块的轴向向上的退卸力T，该力的大小未知
好了，一个已知力F1，三个未知力T、F2、f2，列方程组求解吧！
至于是否自锁，我不得而知（我不知道角度），如果不自锁，上述分析中的f2、F1、F2均不存在——机构自动退卸；
我从未完整见到你的结构，仅凭臆想，请慎重！！！
[ 此贴被szguanbo19在2006-11-21 18:50重新编辑 ]
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szguanbo19:您说的是工件断了以后的情况，那工件在夹持的时候呢？也就是说f1存在的时候。
另外在您说的那种情况中，F1已知是多少呢？30t/2除以摩擦系数吗？
还有我在上面的受力分析（工件没有断裂的情况）对吗？我在图中画的F力存在吗？如果存在是什么？
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1.整个工作机构的受力分析可以分成三个阶段考虑：
a.夹持：这个阶段的夹紧力大小没有什么特别的要求（因为这应该也必须是一个“自紧”的结构），所以对手柄长度要求应该不是太要紧，只要可以保证夹块与夹具体以及夹块与试样之间妥善接触即可，当然有兴趣也可算算看。
b.拉伸：这个阶段的主要目的是确定一个可以确保“自紧”的楔角；以及为后续分析提供已知条件（力F2、F1、f2等的大小）
c.退卸：分析的只要目的是确保手柄足够长（利用上一步的结果数据F1）——确保可以顺利退断头。
2.你图中的力F是哪里来的？谁提供的？由于什么原因提供的？（物理概念必须清楚）
3.如果你的图3是在分析拉伸过程，那么这里面有一个问题：f1不等于F1*u1而是等于300kN/2，按此计算出F1来校验是否大于300kN/2/u1，如果不是，说明结构不能“自紧”，需要调整u1、u2或者楔角
注意：以上分析均未考虑裕量。
提醒注意：夹块夹持部位的沟角很有研究分析的必要（直接影响到u1从而影响到整个机构的品质）。
[ 此贴被szguanbo19在2006-11-22 18:45重新编辑 ]
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如图是拉伸过程中的受力分析，F3一定存在，不然无法平衡（图中是列方程解出的力，严格按比例画的力矢量三角形），但是F3是由谁提供的呢？
其中u1=0.4；u2=0.02；u3=0.15。
[ 此贴被sniper1980在2006-11-23 08:56重新编辑 ]
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szguanbo19大哥，您真是慧眼，句句都说中要害，不知道您是做什么工作的？好象对这东西很熟悉！我们现在的牙型有以上几种，也不知道究竟哪中好！
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你没有看懂我在33楼的帖子啊！
说得直白一点吧：
1.F3和f3都一定不存在（除非你的结构图骗了我的眼睛或者我理解错了你的结构）
2.你29楼的方程组中多了一个方程：F1=f1*u1，三个未知数F1、F2、f2和一个已知数f1=150kN你却列了4个方程，你的方程还能够平衡可真是见了鬼了。
3.你的错误的根源在于物理概念不清晰，我举个例子你体会一下：
我初中时，老师问了我这样一个问题：一个绝对水平的平面上放着一个50kg的物体，物体与平面的静摩擦系数为0.2，请问物体受到多大的摩擦力？如果此时有一个人用5N的力去推这个物体，物体又该受到多大的摩擦力？如果人的推力为1kN呢？
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你做的这个东西我没有接触过，我提供的观点你应该慎重采用
牙型问题我的意见是：如果受力分析得结果允许梯形螺纹较好，如果不允许而确实有必要采用较小的螺距的话，大概也只能采用普通三角牙或系三角牙了，不然就的换结构。
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szguanbo19大哥:我说的是卡块的牙型!念了那么多年书,初中问题居然不会了,呵呵!
34楼给出的图中，,如果没有F3几f3的存在，只有其他4个力的存在的话，我有一个疑问请帮我解答！
F1与f1的合力的夹角应该是摩擦角，摩擦系数0.4，也就是arctg0.4=21.8度，大小方向都确定，
F2与f2的也合力的夹角应该是摩擦角，摩擦系数0.02（或者采用别的介质，可能0.15或者0.1），
这都不重要，重要的是合力的方向大小都确定，就得出arctg0.4=arctg0.02+卡块的斜角
问题出现了，卡块斜角是设计值，而摩擦角是一旦材料给定，是定值，这不是矛盾吗，
我想请教的就是这个问题！
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卡块的牙形阿，不好意思，理解错了。这个东西在你的行内应该有比较成熟的说法吧，要是我这个外外行看，好像中间的要好一点吧（易加工、角度可以大一些不易损坏）！
我不太明白你说的“矛盾”是什么。摩擦角就像“可能的最大摩擦力”一样是一个表示某种物理特性的可能的极限值，实际作用中超过它肯定不行（超过就打滑），但是也不一定就会达到这个极限值呀。所以，哪里来的“都确定了”？
没有运动的趋势也就没有静摩擦力，有多大的外力使物体产生运动的趋势就会产生多大的静摩擦力来抗衡这种趋势，但前提条件是这个外力因该小于一个极限值，这个极限值就是Fu，否则就不是运动趋势而是运动了。
29楼的方程组中去掉方程式3（f1=F1*u1）就可以得到答案了，但如果关于“摩擦力”的概念不清，你可能仍然没法理解并不知如何对“卡块斜角”的合适与否做出正确判断。
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szguanbo19大哥：
您一语道醒梦中人啊！佩服！呵呵，真是连初中的问题都不会啊，最基本的概念没搞清楚！谢谢，按您说的算了一下那u1等于0.26，不到0.4，也就是还是没到动摩擦，不对，表达不好，反正我理解您的意思了！谢谢！这几天一直没跳出来！谢谢！
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szguanbo19大哥，我和我师傅说了您的意思，但是我怎么就表达不清楚f1=F1*u1不存在这个事实了呢，您能帮我组织一下语言吗。哎，初中语文也没学好啊！
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36楼的物理题好经典的
谁说“f1=F1*u1”这个规律不存在？，只是f1可以小于F1*u1而已。
当试样相对于卡块将要滑动而未滑动之际，f1就=F1*u1；
语言组织的事我可能帮不太到你
，但如果你理解了，你应该会表达出来的，只不过可能会啰嗦一点儿而已。
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对F3存在的解释：如果不计摩擦的情况下，F1和F2两个力是不可能平衡的！因此一定要有一个F3的存在，
才可以使他们平衡，F3的力我认为是这样产生的，旋转螺母带动丝杠的过程中，丝杠给卡块的F3，在拉伸工作开始的时候这力仍然存在，但是变化的，随着力逐渐的加大，F3消失！经过大量的计算得出，F3和U1，U2，和卡块斜角都存在着关系，而且
随着个摩擦系数的变化，会导致F3反向！
[ 此贴被sniper1980在2006-11-23 14:23重新编辑 ]
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好家伙，讨论了半天，你端出这么一段话，真让我大吃了一惊：
“如果不计摩擦的情况下，F1和F2两个力是不可能平衡的！因此一定要有一个F3的存在，才可以使他们平衡，”——如果不计摩擦和卡块等的自重又何来F1与F2，又何须谈平衡！
“F3的力我认为是这样产生的，旋转螺母带动丝杠的过程中，丝杠给卡块的F3，在拉伸工作开始的时候这力仍然存在，但是变化的，随着力逐渐的加大，F3消失！”——搞了半天你还没有弄明白我们讨论的是：拉伸过程中达到最大设计工作载荷30吨时的工况
“经过大量的计算得出，F3和U1，U2，和卡块斜角都存在着关系，而且随着个摩擦系数的变化，会导致F3反向！”——不知道你为何会有这种思路看问题，就在这个论坛里，我看到了一篇文章，题目好像叫作：力学与工程师培养http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=215&keyword=%B9%A4%B3%CC%CA%A6%C5%E0%D1%F8建议读读。
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描述：夹持
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描述：拉伸
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描述：推卸
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上面是我师傅的意思，他说是有那个过程的！
我按照上面的思路算了一下，结果和以前的计算结果差很多（带F2），
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不错，图上表示的很明确——鼓掌，只有一点小问题：
第三幅图上有可能还会存在一个F2和f2（在31楼被我称作T了）——这跟你的具体数据有关，如果u2=0.02的话，真的有可能不会存在F2与f2
*
您说的太对了，在u2=0.02时，T为-126KN，这是怎么回事。
szguanbo19大哥，其实这里面的力搞清楚了的话，很简单，
搞了我这么多天才真正搞清楚，我发现有的时候局外人看的话思路很清晰，天天搞的人反而考虑的太多，
联系实际中出现的问题，往往问题搞的复杂化了，比如我师父。他现在还是认为F2存在的，而且举了好多
实际出现的问题，证明他的观点，我把计算说明打了一份给他，他说回去研究一下，明天再说，呵呵，真的很谢谢您，有时候感觉这有这样学会的东西记得才扎实！真心的谢谢你，能告诉我您是做什么的吗？
在短消息里说也可以啊！
[ 此贴被sniper1980在2006-11-23 16:30重新编辑 ]
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20年的非标设计：石材加工设备、矿物加工设备、轻工、管道、容器都多少接触过。
你师傅没有说错，我对讨论结果（我认为正确的）总结一下：
整个工作过程分为3个主要阶段，第一个阶段是手工通过手柄和螺旋对试样进行预夹紧，简称为夹紧阶段，在该阶段的受力分析如45楼的第一图所示；第二个阶段是对试样进行拉伸，简称拉伸阶段，在该阶段中设备可能达到最大设计载荷30T这个状态，该状态的受力分析正如45楼的第二图所示；第三阶段是褪卸掉试样的断头，简称褪卸阶段，该阶段的受力状态与摩擦系数u2和斜角的tan值的大小有关（也即是否自锁），当不自锁时，机构自动退卸且没有力平衡状态出现，表现为T为负值（物理解释为：需要施加一个反向的力才能够保持平衡），使力状态如45楼之图3所示（另加一个虚拟力T），当机构自锁时，受力状态如31楼描述所示。
这里面有一点值得说明：在夹持阶段和拉伸阶段之间有一个过渡过程，该过程短暂且各受力皆较小，该过程的受力分析有点像你在43楼的描述（也就是你师傅所讲的：“是有那个过程”），但你的描述：“随着个摩擦系数的变化，会导致F3反向”确是极其错误的讲法——这种讲法体现出力学感念不清。
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szguanbo19大哥，刚好看到您来，还有一个问题需要请教，按上面说讨论的话U2应该是大一点好了，如果小了不自锁，通过上面的方程解得的关系来看，也是U2大好！但是实际中却不上这样，都在卡具体和卡块之间涂二硫化钼的， 为了是减小摩擦。所以才在这个改进方案中加了个特殊材料的板，让U2=0.02。这里面又该怎么解释呢？
*本文摘自：http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=118726&fpage=2
