帶筋制動鼓夾具改進(jìn)設(shè)計

錢收云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

帶筋制動鼓夾具改進(jìn)設(shè)計

錢收云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通過對原來制動鼓加工工作原理及相關(guān)理論進(jìn)行分析，根據(jù)實際應(yīng)用情況提出改進(jìn)設(shè)計方案，通過實踐驗證本次改進(jìn)成功，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

輔助夾緊；彈簧；夾具；制動鼓加工

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-47-03

引言

隨著世界汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，市場對汽車各項性能指標(biāo)要求越來越高，對汽車各部件零件的加工要求也在不斷的提高。制動鼓在汽車制動中是一個重要的部件，制動鼓設(shè)計和加工質(zhì)量的好壞直接決定制動的各項指標(biāo)，零件加工是否達(dá)到設(shè)計精度要求，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。制動鼓設(shè)計不當(dāng)，受熱時易變性；制動鼓受力不平衡，也會產(chǎn)生機(jī)械變形，使蹄與鼓接觸不良，導(dǎo)致踏板力和行程增大；制動鼓工作面的圓柱度過大時，還會引起自鎖并產(chǎn)生振動、噪聲。因此制動鼓應(yīng)有足夠的壁厚，并在制動面的外表面鑄出軸向的加強(qiáng)筋以提高強(qiáng)度。這些加強(qiáng)筋又起散熱的作用，可減低摩擦面溫度、縮短制動器冷卻時間，使能量容量提高35%～40%。但這種帶筋制動鼓給加工帶來困難，很難夾緊，工件容易甩出，加工的帶筋制動鼓容易引起工件的顫動，降低零件的加工精度。因此如何提高制動鼓加工精度是一個亟待解決的問題。

本文針對帶筋制動鼓特點(diǎn)，基于原夾具存在問題，研究設(shè)計出一種夾具，該夾具采用主夾緊與輔助夾緊一體方法，提高零件加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

1、原夾具夾緊原理和工藝要求

制動鼓屬于薄壁的零件夾壓時易變形，我們利用12點(diǎn)浮動夾壓，該夾具結(jié)構(gòu)是卡盤上有三個卡爪，每個卡爪體（如圖1所示）上安裝一個大轉(zhuǎn)臂，每個大轉(zhuǎn)臂兩端有個浮動小轉(zhuǎn)臂，小轉(zhuǎn)臂上有兩個夾緊點(diǎn)，這樣每個卡爪分4個夾緊點(diǎn)，三個爪一共分12個點(diǎn)，均勻在制動鼓的外圓夾持面上，工件夾緊時，各點(diǎn)受力均勻，很大程度地減小了工件的變形。制動鼓在本道加工內(nèi)容為制動剎車面、制動鼓與前輪轂配合孔以及配合面。該工序以底部臺階橫向定位面，縱向面為定位夾緊面（見圖2），三爪卡盤自定心夾緊在縱向面。由于夾緊位置距離加工位置較遠(yuǎn)，加工時容易產(chǎn)生振動以及離心力導(dǎo)致制動面全跳動參數(shù)超差。

圖1 原夾具卡爪

圖2 加工工藝圖

2、原夾具存在問題

由于制動鼓外表面帶筋，夾緊位置只能設(shè)定在工件的底部或頂部；夾緊設(shè)置在頂部時，因制動鼓是屬于薄壁類，在夾緊后制動鼓將產(chǎn)生彈性變形，在車削加工后孔尺寸達(dá)到設(shè)計要求，但松開卡爪后，由于制動鼓孔壁的彈性恢復(fù)使已車削成圓形的孔的尺寸超差；當(dāng)夾緊位置設(shè)置在底部處，在加工時易產(chǎn)生振動和制動面跳動大，甚至失圓現(xiàn)象，產(chǎn)品精度無法保證；另外由于夾緊力小機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，制動鼓有可能從機(jī)床飛出安全事故。

3、夾具改進(jìn)方案

針對原夾具存在問題，我們重新設(shè)計了一種工裝，在液壓三爪卡盤上增加一個增加輔助夾緊裝置（見圖3）。在三爪卡盤的大轉(zhuǎn)臂上加工兩個螺紋孔，設(shè)計輔助夾緊裝置安裝在大轉(zhuǎn)臂上。

圖3 改進(jìn)后夾具整體結(jié)構(gòu)

夾具工作原理：將制動鼓放置在三個均布的定位支撐塊上，利用自定心三爪卡盤12個均勻分布夾緊點(diǎn)夾壓在制動鼓底部，另外在液壓三爪卡盤夾緊過程中，輔助夾緊裝置中支撐銷與制動鼓頂部處接觸（見圖4），支撐銷開始壓縮彈簧，當(dāng)卡爪夾緊時，彈簧壓縮量最大，產(chǎn)生彈簧力作用在制動鼓頂部，作用力有效消除和克服加工振動、平衡制動鼓旋轉(zhuǎn)時離心力和提高加工安全性。

輔助夾緊裝置（見圖4）主要克服制動鼓旋轉(zhuǎn)時的離心力和消除制動鼓振動。由于制動鼓外表面是非加工面，制動鼓質(zhì)量分布不均勻，在轉(zhuǎn)速比較高數(shù)控機(jī)床上加工會產(chǎn)生振動，制動鼓的加工精度要求比較高，需要通過輔助夾緊來消除加工時工件振動以及旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，從而提高制動鼓加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。輔助夾緊工作原理：輔助支撐座隨主夾緊卡盤一起運(yùn)動，制動鼓頂部橫環(huán)面（見圖5）擠壓支撐銷，支撐銷壓縮彈簧來使支撐銷產(chǎn)生反作用力在制動鼓上。制動鼓頂部橫環(huán)面非精加工面，表面比較粗糙，為了保證夾緊點(diǎn)有效，將支撐銷頭部設(shè)計為球形的。

圖4 輔助夾緊裝置

圖5 改進(jìn)后加工工藝圖

彈簧設(shè)計成兩端固定，兩端壓平的壓縮彈簧。為了提高生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗，液壓卡爪的行程盡可能小，但是該行程方便工件取出，故取h=20mm，由于結(jié)構(gòu)上原因，故彈簧外徑D≤20mm。數(shù)控車床轉(zhuǎn)為2500轉(zhuǎn)每分鐘，制動鼓靜不平衡量為1000g.cm，將其不均質(zhì)量折算在制動鼓頂部橫環(huán)面上，質(zhì)量為0.5kg，離心旋轉(zhuǎn)半徑為0.2m，產(chǎn)生的離心力為：

m表示不均衡質(zhì)量，kg

r表示離心運(yùn)動半徑，m

ω表示角速度，rad/s

支撐銷與制動鼓摩擦系數(shù)為：0.15～0.3

支撐銷夾緊力不小于為0.75KN～1.5KN，支撐銷的夾緊力為彈簧壓力。根據(jù)彈簧設(shè)計校核計算。其結(jié)果如下：

1）彈簧材：采用碳素彈簧鋼

2）彈簧剛度：K=750N/20=37.5

3）結(jié)構(gòu)要求彈簧外徑D≤20mm，即D=（C+1）d≤20mm，通常C=5～8，取C=7 根據(jù)以上要求，查表可得彈簧絲直徑d=2mm

4）彈簧外徑D=（C+1）d=（7+1）×2=16mm≤20mm，該彈簧符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

5）彈簧中徑D2=Cd=7×2=14mm

6）總?cè)?shù)n1：由于該壓縮彈簧兩端固定，所以彈簧兩端各取一圈并緊，作為支承圈并磨平，則彈簧工作圈數(shù)n=9，總?cè)?shù)n1=9+2=11

7）節(jié)距t，壓縮彈簧t=（0.28～0.5）D2，取t=5mm

8）壓縮彈簧自由高度H0=tn+1.5d=48mm

該彈簧是兩端固定的壓縮彈簧，由于壓縮彈簧圈數(shù)較多，工作時容易發(fā)生側(cè)向彎曲現(xiàn)象，產(chǎn)生失穩(wěn)，為了保持彈簧穩(wěn)定性，需要對彈簧的細(xì)長比進(jìn)行校核，計算可得壓縮彈簧穩(wěn)定性，b=H0/D2=3.4≤5.3（穩(wěn)定性的許用值）。可見該壓縮彈簧不會失穩(wěn)。

該夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理，彈簧校核滿足設(shè)計要求，夾具定位支撐塊通過機(jī)床自車保證等高，通過調(diào)整支撐銷長度來保證三個輔助支撐力一致性。

4、改進(jìn)夾具驗證

改進(jìn)夾具方案通過評審確定后，各零部件設(shè)計圖紙，組織相關(guān)單位制作，將夾具安裝在數(shù)控車床上，經(jīng)過反復(fù)加工調(diào)試，驗證后加工產(chǎn)品符合工藝精度要求。

5、結(jié)束語

此夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，自從投入使用后，加工平穩(wěn)，零件的尺寸精度及表面光潔度都能達(dá)到圖紙技術(shù)要求。此夾具對提高零件加工質(zhì)量、降低廢品率和提高生產(chǎn)效率發(fā)揮著應(yīng)有作用，解決了一直困擾我們的難題。此夾具其最大的特點(diǎn)是成本低、見效大，可以將有限的資源發(fā)揮出更大的效益，以達(dá)到事半功倍的效果。此夾具設(shè)計合理，自應(yīng)用以來沒有出現(xiàn)過大問題。此夾具在我公司已經(jīng)推廣應(yīng)用所有制動鼓加工以及其它產(chǎn)品加工上。

[1] 勞動部培訓(xùn)司組織編寫.鉗工工藝學(xué).中國勞動出版社.1986.

[2] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.1992.

[3] 楊叔子主編.機(jī)械加工工藝師手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[4] 李著信主編 機(jī)械零件的簡易設(shè)計與選用.北京.金盾出版社. 1984.

Improved design of drum fixture with corbel

Qian Shouyun
（Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Based on the original working principle of the brake drum processing and related theories are analyzed, According to the practical application of improved design scheme is put forward, Verify the improved success through practice, improve the product quality and production efficiency.

Auxiliary clamping; Spring; Fixture; Brake drum processing

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-47-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.017

錢收云，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心商用車研究院，主要從事底盤設(shè)計中前橋設(shè)計開發(fā)與研究工作。