钱收云

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

带筋制动鼓夹具改进设计

钱收云

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通过对原来制动鼓加工工作原理及相关理论进行分析，根据实际应用情况提出改进设计方案，通过实践验证本次改进成功，提高了产品质量和生产效率。

辅助夹紧；弹簧；夹具；制动鼓加工

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

引言

随着世界汽车行业的不断发展，市场对汽车各项性能指标要求越来越高，对汽车各部件零件的加工要求也在不断的提高。制动鼓在汽车制动中是一个重要的部件，制动鼓设计和加工质量的好坏直接决定制动的各项指标，零件加工是否达到设计精度要求，直接影响产品质量。制动鼓设计不当，受热时易变性；制动鼓受力不平衡，也会产生机械变形，使蹄与鼓接触不良，导致踏板力和行程增大；制动鼓工作面的圆柱度过大时，还会引起自锁并产生振动、噪声。因此制动鼓应有足够的壁厚，并在制动面的外表面铸出轴向的加强筋以提高强度。这些加强筋又起散热的作用，可减低摩擦面温度、缩短制动器冷却时间，使能量容量提高35%～40%。但这种带筋制动鼓给加工带来困难，很难夹紧，工件容易甩出，加工的带筋制动鼓容易引起工件的颤动，降低零件的加工精度。因此如何提高制动鼓加工精度是一个亟待解决的问题。

本文针对带筋制动鼓特点，基于原夹具存在问题，研究设计出一种夹具，该夹具采用主夹紧与辅助夹紧一体方法，提高零件加工精度，保证产品质量，提高生产效率。

1、原夹具夹紧原理和工艺要求

制动鼓属于薄壁的零件夹压时易变形，我们利用12点浮动夹压，该夹具结构是卡盘上有三个卡爪，每个卡爪体（如图1所示）上安装一个大转臂，每个大转臂两端有个浮动小转臂，小转臂上有两个夹紧点，这样每个卡爪分4个夹紧点，三个爪一共分12个点，均匀在制动鼓的外圆夹持面上，工件夹紧时，各点受力均匀，很大程度地减小了工件的变形。制动鼓在本道加工内容为制动刹车面、制动鼓与前轮毂配合孔以及配合面。该工序以底部台阶横向定位面，纵向面为定位夹紧面（见图2），三爪卡盘自定心夹紧在纵向面。由于夹紧位置距离加工位置较远，加工时容易产生振动以及离心力导致制动面全跳动参数超差。

图1 原夹具卡爪

图2 加工工艺图

2、原夹具存在问题

由于制动鼓外表面带筋，夹紧位置只能设定在工件的底部或顶部；夹紧设置在顶部时，因制动鼓是属于薄壁类，在夹紧后制动鼓将产生弹性变形，在车削加工后孔尺寸达到设计要求，但松开卡爪后，由于制动鼓孔壁的弹性恢复使已车削成圆形的孔的尺寸超差；当夹紧位置设置在底部处，在加工时易产生振动和制动面跳动大，甚至失圆现象，产品精度无法保证；另外由于夹紧力小机床高速旋转时，在离心力的作用下，制动鼓有可能从机床飞出安全事故。

3、夹具改进方案

针对原夹具存在问题，我们重新设计了一种工装，在液压三爪卡盘上增加一个增加辅助夹紧装置（见图3）。在三爪卡盘的大转臂上加工两个螺纹孔，设计辅助夹紧装置安装在大转臂上。

图3 改进后夹具整体结构

夹具工作原理：将制动鼓放置在三个均布的定位支撑块上，利用自定心三爪卡盘12个均匀分布夹紧点夹压在制动鼓底部，另外在液压三爪卡盘夹紧过程中，辅助夹紧装置中支撑销与制动鼓顶部处接触（见图4），支撑销开始压缩弹簧，当卡爪夹紧时，弹簧压缩量最大，产生弹簧力作用在制动鼓顶部，作用力有效消除和克服加工振动、平衡制动鼓旋转时离心力和提高加工安全性。

辅助夹紧装置（见图4）主要克服制动鼓旋转时的离心力和消除制动鼓振动。由于制动鼓外表面是非加工面，制动鼓质量分布不均匀，在转速比较高数控机床上加工会产生振动，制动鼓的加工精度要求比较高，需要通过辅助夹紧来消除加工时工件振动以及旋转时产生离心力，从而提高制动鼓加工精度，保证产品质量。辅助夹紧工作原理：辅助支撑座随主夹紧卡盘一起运动，制动鼓顶部横环面（见图5）挤压支撑销，支撑销压缩弹簧来使支撑销产生反作用力在制动鼓上。制动鼓顶部横环面非精加工面，表面比较粗糙，为了保证夹紧点有效，将支撑销头部设计为球形的。

图4 辅助夹紧装置

图5 改进后加工工艺图

弹簧设计成两端固定，两端压平的压缩弹簧。为了提高生产效率和节能降耗，液压卡爪的行程尽可能小，但是该行程方便工件取出，故取h=20mm，由于结构上原因，故弹簧外径D≤20mm。数控车床转为2500转每分钟，制动鼓静不平衡量为1000g.cm，将其不均质量折算在制动鼓顶部横环面上，质量为0.5kg，离心旋转半径为0.2m，产生的离心力为：

m表示不均衡质量，kg

r表示离心运动半径，m

ω表示角速度，rad/s

支撑销与制动鼓摩擦系数为：0.15～0.3

支撑销夹紧力不小于为0.75KN～1.5KN，支撑销的夹紧力为弹簧压力。根据弹簧设计校核计算。其结果如下：

1）弹簧材：采用碳素弹簧钢

2）弹簧刚度：K=750N/20=37.5

3）结构要求弹簧外径D≤20mm，即D=（C+1）d≤20mm，通常C=5～8，取C=7 根据以上要求，查表可得弹簧丝直径d=2mm

4）弹簧外径D=（C+1）d=（7+1）×2=16mm≤20mm，该弹簧符合结构设计要求

5）弹簧中径D2=Cd=7×2=14mm

6）总圈数n1：由于该压缩弹簧两端固定，所以弹簧两端各取一圈并紧，作为支承圈并磨平，则弹簧工作圈数n=9，总圈数n1=9+2=11

7）节距t，压缩弹簧t=（0.28～0.5）D2，取t=5mm

8）压缩弹簧自由高度H0=tn+1.5d=48mm

该弹簧是两端固定的压缩弹簧，由于压缩弹簧圈数较多，工作时容易发生侧向弯曲现象，产生失稳，为了保持弹簧稳定性，需要对弹簧的细长比进行校核，计算可得压缩弹簧稳定性，b=H0/D2=3.4≤5.3（稳定性的许用值）。可见该压缩弹簧不会失稳。

该夹具结构设计比较合理，弹簧校核满足设计要求，夹具定位支撑块通过机床自车保证等高，通过调整支撑销长度来保证三个辅助支撑力一致性。

4、改进夹具验证

改进夹具方案通过评审确定后，各零部件设计图纸，组织相关单位制作，将夹具安装在数控车床上，经过反复加工调试，验证后加工产品符合工艺精度要求。

5、结束语

此夹具结构设计合理，自从投入使用后，加工平稳，零件的尺寸精度及表面光洁度都能达到图纸技术要求。此夹具对提高零件加工质量、降低废品率和提高生产效率发挥着应有作用，解决了一直困扰我们的难题。此夹具其最大的特点是成本低、见效大，可以将有限的资源发挥出更大的效益，以达到事半功倍的效果。此夹具设计合理，自应用以来没有出现过大问题。此夹具在我公司已经推广应用所有制动鼓加工以及其它产品加工上。

[1] 劳动部培训司组织编写.钳工工艺学.中国劳动出版社.1986.

[2] 徐灏主编.机械设计手册.机械工业出版社.1992.

[3] 杨叔子主编.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社,2001.

[4] 李著信主编 机械零件的简易设计与选用.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

钱收云，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心商用车研究院，主要从事底盘设计中前桥设计开发与研究工作。