汽車前照燈實驗工裝夾具設(shè)計【含SW三維及2張CAD圖】
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1汽車前照燈實驗工裝夾具設(shè)計摘 要汽車在行駛過程中，由于行駛的路面狀況，天氣條件以及突發(fā)狀況，汽車會受到各種沖擊，安裝在車上的各種零件會受到相應(yīng)影響，而汽車前照燈作為汽車的門面，作為保障汽車在夜間行駛的重要零部件，不僅關(guān)系到汽車的外在形象，同時作為司機夜間和惡劣天氣行駛的保障，如何使汽車照明在初期可以實現(xiàn)檢測和實驗就成為一個十分緊迫而又有重大現(xiàn)實意義的課題。本設(shè)計是以畢業(yè)設(shè)計為前提，主要介紹了前照燈發(fā)展簡史及其種類，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計與其實驗相關(guān)的夾具。通過完成對工裝夾具的設(shè)計，可以深刻理解和掌握工裝的組成和工作原理、機械設(shè)計與機械制圖的相關(guān)知識。在論文的最后，對本次畢業(yè)設(shè)計進行了總結(jié)，提出了一些尚待解決的問題，為今后的進一步完善提出了參考意見。關(guān) 鍵 詞：汽車，前照燈，工裝夾具1AbstractDuring the running of the car, due to the road conditions, weather conditions and unexpected conditions, the car will be subjected to various impacts, and various parts installed on the car will be affected accordingly, and the automobile headlights will be used as the front of the car. The important parts that ensure the car’s driving at night are not only related to the external image of the car, but also serve as a guarantee for the driver’s night and bad weather. How to make the car lighting in the early stage can realize detection and experiment becomes a very urgent and important Realistic issues.This design is based on the premise of graduation design. It mainly introduces the brief history of headlamp development and its types, and designs fixtures related to its experiments on this basis. By completing the design of fixtures, you can gain a deep understanding and knowledge of the composition and working principle of the tooling, and the knowledge of the mechanical design and mechanical drawing.At the end of the paper, the graduation design was summed up, some problems still to be solved were put forward, and reference suggestions were made for further improvement in the future.Key words: car, headlamp, tooling, mechanical design1目錄第一章、緒論 .............................................................................................................................11.1 課題的來源、設(shè)計的目的和意義 ..............................................................................11.2 汽車車燈國內(nèi)外發(fā)展歷史 ...........................................................................................11.3 研究內(nèi)容 .......................................................................................................................3第二章、前照燈簡介 .................................................................................................................32.1 汽車前照燈簡介 ...........................................................................................................32.2 汽車前照燈的種類 .......................................................................................................32.3 槽系組合夾具的介紹 ...................................................................................................8第三章 工裝夾具設(shè)計 .............................................................................................................113.1 夾具的總體方案構(gòu)思 .................................................................................................113.2 夾具的結(jié)構(gòu)形式選擇 .................................................................................................133.3 夾具實驗參數(shù)要求 .....................................................................................................143.4 夾具的材料選擇以及加工方式確定 .........................................................................16第四章 三維模型建立 .............................................................................................................174.1 前照燈夾具三維模型的試制 .....................................................................................174.3 夾具實驗的要求 .........................................................................................................214.4 工裝夾具實驗的理論基礎(chǔ) .........................................................................................22第五章 夾具的實驗結(jié)果和對比 .............................................................................................255.1 質(zhì)量的校核 .................................................................................................................255.2 傳遞性的校核 .............................................................................................................255.3 一階固有頻率的校核 .................................................................................................26全文總結(jié) ...................................................................................................................................26參考文獻 ...................................................................................................................................28致謝 ...........................................................................................................................................301第一章、緒論1.1 課題的來源、設(shè)計的目的和意義本次設(shè)計的題目是指導(dǎo)老師根據(jù)合作的項目，制定的一種實驗用的工裝夾具設(shè)計的設(shè)計方案。隨著汽車前大燈技術(shù)發(fā)展的越來越快，人們對前大燈的要求也是越來越高，汽車前大燈不僅要醒目亮麗，而且還要節(jié)能環(huán)保和相應(yīng)迅速。當(dāng)今社會現(xiàn)有的汽車前大燈夾具設(shè)計費用大、研究深度不高等問題，本文對汽車前大燈夾具進行了研究設(shè)計。1.1.1 本設(shè)計的主要工作本文設(shè)計一套夾具，能對多種不同形狀尺寸的汽車前照燈進行裝夾，再現(xiàn)汽車前大燈在汽車上的安裝狀態(tài)，進行對前照燈的實驗檢測。1.1.2 本設(shè)計索要解決的主要問題本次課題所要解決的問題有如下的幾種：1、滿足不同汽車前照燈2、夾具總體尺寸不超過 450*6003、夾具是否滿足進行實驗的特性參數(shù)1.2 汽車車燈國內(nèi)外發(fā)展歷史1887 年，一位司機在夜里行車時迷失了方向，一位農(nóng)民提著手提燈指引他回家，這是最早汽車前大燈雛形。1898 年，在美國哥倫比亞舉辦的第一屆汽車博覽會上，哥倫比亞號汽車首次將電用于汽車大燈，最初的車燈據(jù)這樣誕生了。然而它并不具備調(diào)節(jié)燈光的能力，所以當(dāng)兩輛汽車迎面相遇時，雙方的燈光都非常的晃眼。人們通過在車燈上附加光度調(diào)節(jié)器來解決這個問題，雖然在一定程度上解決了前大燈垂直移動，不過必須有人工進行調(diào)節(jié)車燈的夾具裝置，仍然很不方便。1916 年，一個叫托馬斯的美國人為了讓司機能夠在黑夜行車時看清他的手勢，他手持發(fā)光的燈泡向?qū)Ψ綋]舞借此向?qū)Ψ絺鬟f信號，轉(zhuǎn)向信號燈便以這種幽默的形式走進了人們的視野。同一年，美國使用了行車燈。1938 年，別克汽車首次在尾燈安裝了轉(zhuǎn)向信號燈，兩年后在汽車前照燈上也應(yīng)用了轉(zhuǎn)向信號燈，同時具有隨時開關(guān)信號的功能。1906 年，汽車車燈首次將蓄電池作為發(fā)電的電源。1909 年，首次把乙炔燈作為變光裝置。1920 年，出于對倒車時的考慮，人們發(fā)明了倒車燈。與此同時，美國的通用汽車公司第一次安裝了內(nèi)燈。六年后，他把大燈變光開關(guān)從方向盤移到地板。 [1]1938 年，第一次采用封閉的內(nèi)燈。1898 年，美國電氣公司將電燈拋物面反射鏡推廣于大燈，側(cè)燈和尾燈。到目前為止，汽車前照燈的發(fā)展已經(jīng)有了近一百三十多年的歷史，前照燈已經(jīng)從最初的乙炔前照燈發(fā)展到 led 前照燈，前照燈的演變路程大致如下。2第一代--乙炔氣前照燈1925 年之前，用乙炔氣做燃料的汽車前照燈具有更高的亮度，幾乎領(lǐng)先了當(dāng)時以電為光源的 1 倍，所以當(dāng)時基本上都是乙炔前照燈。第二代--電光源前照燈1913 年，充氣的白熾燈首次開始應(yīng)用于汽車前照燈，雖然其較當(dāng)時電源前照燈有更好的亮度，為其帶來巨大的潛力，但是由于當(dāng)時汽車的電氣系統(tǒng)落后，依舊比不過乙炔式前照燈，直到十二年以后才被廣泛的應(yīng)用。第三代--雙光燈芯前照燈汽車的前照燈具備了更高的亮度并不全是好事，就當(dāng)時技術(shù)而言，由于其高強度的亮度，兩輛汽車迎面相遇時刺眼的強光對駕駛員視力形成干擾，導(dǎo)致車禍頻頻發(fā)生。因此，對于前照燈的設(shè)計便產(chǎn)生了一個新的設(shè)計要求：在其行駛的百米范圍內(nèi)，能夠清晰的照明路上高度在 2 米左右的障礙物，與此同時不對與其會車的駕駛員造成炫目的效果。這個難題在當(dāng)時一直是一棘手的問題。為了能夠攻克這一技術(shù)難題，1924年，歐洲美國針對這一問題嘗試發(fā)明了帶雙絲燈泡的前照燈，希望能解決這一問題。然而，他們所發(fā)明的前照燈原理都不同。不僅僅燈泡的形狀和其燈絲的位置不同；配光鏡的折光原理和圖案也不同，所以導(dǎo)致了配光系統(tǒng)的不同。兩大系統(tǒng)如何才能協(xié)調(diào)解決炫目的情況依然是當(dāng)時無法攻克的技術(shù)難題之一。第四代--不對稱近光前照燈不對稱型近光汽車前照燈是針對解決會車發(fā)生炫目而設(shè)計出來的，它的工作原理如下圖所示，以中心線為軸，會車時通過壓低光束，使得近處光照變低，防止會車時發(fā)生炫目現(xiàn)象，而另外一側(cè)由于抬高光束獲得了更遠的視距。圖 1-1 不對稱近光燈照明原理第五代--H4 鹵鎢前照燈1964 年，法國的“斯貝”公司首次將汽車前照燈的燈泡換成了鹵鎢燈泡，它的工作溫度較平常的白熾燈而言，超過了非常多，所以它的發(fā)光效果也比普通的白熾燈高了近一半，同時還具有更長的工作壽命。鹵鎢燈也叫鹵素?zé)?，其工作原理就是將碘?參雜進燈泡，利用高溫將蒸發(fā)出鎢原子與碘進行化學(xué)反應(yīng)，生成碘化鎢化合物，當(dāng)?shù)饣u化合物接觸到超過一千五百攝氏度的燈絲時，又會被分解還原為，鎢最后有重新附著在燈絲上，碘又重新進入氣體中，形成了一個無限循環(huán)。這樣一來，燈絲就很難被燒斷，同時也很難使燈泡變黑，者就是它為什么比傳統(tǒng)的白熾燈具有更高的壽命以及亮度的原因。所以從那以后，前照燈的燈泡大多采用鹵素?zé)襞菰怼５诹?-自由面反射鏡前照燈及氙氣燈顧名思義，即是利用凸透鏡聚光原理的一種前照燈。以其為代表的汽車前照燈結(jié)構(gòu)和材料的選擇上又一次發(fā)生了翻天覆地的變化。氙氣燈較鹵素?zé)舳粤炼茸優(yōu)?3倍，耗能卻減少三分之一，使用壽命更遙遙領(lǐng)先普通的鹵素?zé)?。氙氣燈不僅僅提高司機駕駛的安全性，海有利于緩解人們長時間駕駛的疲勞?，F(xiàn)代汽車前照燈的第一個推薦目標就是氙氣燈。。第七代--LED 前照燈LED 其實就是發(fā)光二極管的簡寫，以 PN 結(jié)為其工作原理。這種車燈的壽命長到可以在汽車壽命到達時都不需要更換，節(jié)能效果亦優(yōu)于鹵素?zé)簦渖珳厥纸咏展?，因此非常的有利于司機看清道路情況，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。1.3 研究內(nèi)容要求所設(shè)計汽車前照燈實驗工裝夾具具有較強適應(yīng)性，能夠滿足不同車燈的實驗要求。在完成夾具的三維模型建立以后，還要進行分析所設(shè)計的夾具是否有準確的效果。查閱相關(guān)資料，得到前照燈實驗項目關(guān)于機械強度方面的主要是振動方面的內(nèi)容。第二章、前照燈簡介2.1 汽車前照燈簡介前照燈即俗稱的前大燈，根據(jù)其安裝的光源，可分為兩種，一種工作方式以氣體放電叫氣燈，另一種采用燈絲發(fā)光的電燈。電燈又可以分成傳統(tǒng)白熾燈和注射惰性氣體碘的鹵鎢燈。目前，我國主要采用的是燈絲發(fā)光的電燈。近光燈和遠光燈都屬于前照燈。近光燈的作用是當(dāng)兩車相遇車時，不會因為光線過強而導(dǎo)致對方不舒服或者炫目而使用的近距離照明工具；遠光燈則是當(dāng)?shù)缆非懊鏇]有其它車輛而進行長距離照明的燈具。2.2 汽車前照燈的種類汽車前照燈按照不同的標準有不同的分類方法，第一種最直接的按照所安裝的燈泡數(shù)量分為兩燈制前照燈和四燈制前照燈。兩燈制的前照燈每一個燈泡都擁有遠近雙光束；四燈制的則是內(nèi)側(cè)的一對燈泡只有遠單光束。而根據(jù)其前照燈的安裝方式：可分為外裝式和內(nèi)裝式。外裝式前照燈的燈具沒有辦法都安裝在車殼外面，而內(nèi)裝式前4照燈只將燈殼嵌于汽車車身內(nèi)。根據(jù)其不同的配光鏡形狀，汽車前照燈還可以分為圓形、矩形和異形前照燈三類。再依據(jù)發(fā)射的光束類型不同也可分為遠光前照燈、近光前照燈和遠近光前照燈三類。常用的汽車前照燈有 3 種: (1) 帶配光鏡的前照燈 (2) 自由曲面前照燈 (3) 多橢燈射燈和弧光燈 [2]。1、帶配光鏡的前照燈如圖 2.1 所示。我國目前用的最多的是戴配光鏡的前照燈, 桑塔納汽車的新老式車型以及夏利汽車等都是采用的此種前照燈；它是一種遠近光一體的汽車前照燈，主要組成結(jié)構(gòu)為 H4 燈、反射鏡（拋物面式的形狀）和配光鏡。 前照燈的照明原理如下面所述。為了遮擋直射光線, 以及減小反射鏡邊緣所帶來的誤差影響, 提高前照燈的照明效果，在其燈泡前安裝另一個遮光罩。圖 2.1 帶配光鏡的前照燈2、 自由曲面前照燈如圖 2.2 所示: 圖 2.2 自由曲面前照燈這種外形的汽車前照燈實在二十世紀末發(fā)展起來的一種汽車前照燈, 由于其的新穎創(chuàng)意，在當(dāng)時被國外的汽車廠家廣泛的應(yīng)用。 1998 年，由我國上海通用汽車公司設(shè)計的一款名為 BU ICK 轎車也開始采用了這種前照燈設(shè)計。自由曲面前照燈不同于以往的前照燈結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它取消了原先配光鏡而用一種平滑的玻璃來代替, 由反射鏡來起被取代的配光鏡的作用, 通過在反射鏡上形成一塊一塊5花紋,每一塊花紋的工作原理都起原先配光鏡的作用, 它們?nèi)际嵌际遣灰?guī)則的自由曲面, 使光線朝各個方位擴散或者只讓光線發(fā)生偏折現(xiàn)象。如圖 2.3 所示，通過自由曲面反射鏡反射后光線形成的配光分布大致如下，經(jīng)檢測，他是滿足照明標準的要求的。圖 2.3 測試面上形成的配光分布采用這種形式的汽車前照燈更加的容易契合流線型汽車車頭的發(fā)展潮流, 與原先的配光鏡相比較，在前表面傾斜時，它擁有更低的光線損失，更加適合設(shè)計較低型高度的的一體燈。而且它移除了遮擋燈絲的遮光罩, 大大的改善了光的利用效率，再加上其靈活的設(shè)計方式，可以滿足不同種光源的設(shè)計。然而由于它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，無法手繪必須使用計算機對它進行設(shè)計，依據(jù)光斑的分布自動的形成曲面, 然后采集數(shù)據(jù)在加工中心或數(shù)控銑床進行加工，所以要求了它必須采用同一套的 CAD 和 CAM 系統(tǒng)。3、多橢球射燈如圖 2.4 所示:圖 2.4 多橢球射燈多橢球射燈形式的汽車前照燈組成結(jié)構(gòu)為光源, 多橢球反射鏡, 遮光板及非球面透6鏡。它的曲面不屬于旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu), 經(jīng)過光軸的橢圓具型截面擁有不同的長短半軸, 因此光源在遮光板位置形成像，因為水平和豎直方向的倍率不同從而控制光斑尺寸與形狀。遮光板的作用可以產(chǎn)生清晰的明暗截止線, 最后采用非球面透鏡將光斑投射到需要照明的區(qū)域。多橢球射燈的燈泡選擇有很多，沒有過多的要求，鹵素?zé)艋蛘吒邏簹怏w都可以。 圖 2.4 所展示的便是采用高壓氣體作為其光源放電的一種形式，這種前照燈不僅僅高效，而其具有較好的發(fā)光強度。按光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)不同，可將前照燈分為半封閉式、封閉式兩種。1．半封閉式前照燈如下面兩幅圖 2.5、圖 2.6 所示，這種前照燈屬于半封閉的形式。它的配光鏡和反射鏡被后面的卡爪緊緊的壓在了一起．然后通過橡膠密封圈對其進行密封處理，所以在安裝燈源時，只能從后面進行安裝。如果配光鏡發(fā)生了故障，可以通過扳開后面的卡爪，更換新的配光鏡，然后再將卡爪重新卡緊。這樣大大降低了維修的難度，因此半封閉式的汽車前照燈慢慢的流行起來。2．封閉式的前照燈封閉式前照燈是一種一體型的車燈，直接整體并在里面充有惰性氣體。這樣設(shè)計雖然能夠完全根除反射鏡被污染，然而一旦出現(xiàn)故障后就必須將整個汽車前照燈完全替換，成本非常的高。圖 2.5圖 2.6 半封閉式前照燈隨著汽車前照燈的發(fā)展，人們對于前照燈的要求也越來越高，為了滿足汽車前照燈高亮度、遠距離、雅觀的要求，投射式前照燈和弧光燈開始漸漸的應(yīng)用于汽車前照7燈。(1)投射式前照燈投射式前照燈散光鏡設(shè)計時采用的是放大鏡的原理，因為其凸透鏡結(jié)構(gòu)的反射鏡，它的外徑一般情況都非常的小，如下面圖 2.7 所展示。將光源安裝在反射鏡的實焦點處，虛焦點在燈光中形成。虛焦點又與散光鏡的焦點重合在一起。光源發(fā)出的光通過反射鏡形成虛焦點（第二焦點），然后經(jīng)過散光鏡將光線發(fā)散到前方。投射式前照燈一般情況采用鹵鎢燈作為發(fā)光的燈泡。投射式前照燈還設(shè)有一個遮光板，通過遮擋半部分光，使他投射的光線能夠明暗兩種配光?；谒@種配光原理，遠光前照燈、近光前照燈以及霧燈都可以設(shè)計成投射式前照燈。（2）高亮度弧光燈如下圖 2.8 所展示，這是一種具有高亮度的弧光燈。不同于傳統(tǒng)的汽車前照燈，它的里面沒有燈絲，而是用 2 個電極來代替。石英管內(nèi)充有惰性氣體或者將金屬及其鹵化物附著在電極上，然后電離刺激惰性氣體使其導(dǎo)電進行發(fā)光。圖 2.7 投射式前照燈8圖 2.8 弧光燈它的組成結(jié)構(gòu)有三部分，分別為弧組件、電子控制器以及升壓器。其光源發(fā)出的光色可以達到 6000k，十分的接近日光，亮度極強，大致為當(dāng)前鹵鎢燈的 2.5 倍左右，壽命也遠遠的超過當(dāng)代的鹵鎢燈。由于其工作原理為金屬電極電離導(dǎo)電，所以傳統(tǒng)的弧光燈都不能快速啟動，當(dāng)然，其最突出的還是其工作溫度，接近一千攝氏度的高溫對前照燈的材料性能要求非常的高。2.3 槽系組合夾具的介紹①基礎(chǔ)件 如圖 2.9 所示，有長方形、圓形、方形及基礎(chǔ)角鐵等。它們常作為組合夾具的夾具體。圖 2.9 基礎(chǔ)件②支承件 9如圖 2.10 所示，有 V 形支承、長方支承、加肋角鐵和角度支承等。它們是組合夾具中的骨架元件，數(shù)量最多，應(yīng)用最廣。它可作為各元件間的連接件，又可作為大型工件的定位件。圖 2.10 支承件③定位件 如圖 2.11 所示，有平鍵、T 形鍵、圓形定位銷、菱形定位銷、圓形定位盤、定位接頭、方形定位支承、六菱定位支承座等。主要用于工件的定位及元件之間的定位。圖 2.11 定位件④導(dǎo)向件 如圖 2.12 所示，有固定鉆套、快換鉆套、鉆模板、左、右偏心鉆模板、立式鉆模板等。它們主要用于確定刀具與夾具的相對位置，并起引導(dǎo)刀具的作用。10圖 2.12 導(dǎo)向件⑤夾緊件 如圖 2.13 所示，有彎壓板、搖板、U 形壓板、叉形壓板等。它們主要用于壓緊工件，也可用作墊板和擋板。圖 2.13 夾緊件⑥緊固件 如圖 2.14 所示，有各種螺栓、螺釘、墊圈、螺母等。它們主要用于緊固組合夾具中的各種元件及壓緊被加工件。由于緊固件在一定程度上影響整個夾具的剛性，所以螺紋件均采用細牙螺紋，可增加各元件之間的連接強度。同時所選用的材料、制造精度及熱處理等要求均高于一般標準緊固件。圖 2.14 緊固件⑦其它件 11如圖 2.15 所示，有三爪支承、支承環(huán)、手柄、連接板、平衡塊等。它們是指以上六類元件之外的各種輔助元件。圖 2.15 其他件⑧合件 如圖 2.16 所示，有尾座、可調(diào) V 形塊、折合板、回轉(zhuǎn)支架等。合件由若干零件組合而成，在組裝過程中不拆散使用的獨立部件。使用合件可以擴大組合夾具的使用范圍，加快組裝速度，簡化組合夾具的結(jié)構(gòu)，減小夾具體積。圖 2.16 合件以上簡述了各大類的主要用途。隨著組合夾具的推廣應(yīng)用，為滿足生產(chǎn)中的各種要求，出現(xiàn)了很多新元件和合件。可見，槽系組合夾具就是一種零部件可以多次重復(fù)使用的專用夾具。經(jīng)過生產(chǎn)實踐表明，與一次性使用的專用夾具相比，它是以組裝代替設(shè)計和制造，故具有以下特點：1. 靈活多變，適應(yīng)范圍廣，可大大縮短生產(chǎn)準備周期。2. 可節(jié)省大量節(jié)省人力、物力，減少金屬材料的消耗。3.可大大減少存放專用家具的庫房面積簡化了管理工作。第三章 工裝夾具設(shè)計3.1 夾具的總體方案構(gòu)思不同種汽車安裝的前照燈不同，如圖 3.1 截取不同種汽車前照燈的圖片。12圖 3.1 各種汽車前照燈截圖因為設(shè)計的夾具要滿足多種汽車前照燈的實驗要求，所以夾具的的設(shè)計應(yīng)該類似組合夾具的設(shè)計。汽車前照燈與汽車連接方式如圖 3.2 所示，前照燈主要通過螺栓與汽車車身連接。隨便選取一種前照燈作為本次畢業(yè)設(shè)計的范例如圖 3.3 所示，由此可以看出前照燈與汽車的連接點一共有四處，即上面一個主連接點 1，右側(cè)一個副連接點 2，以及底部的兩個副連接點 3 和 4。根據(jù)前照燈的安裝方式，參考槽系組合夾具的工作原理來對汽車前照燈進行定位裝夾 [4]。圖 3.2 汽車前照燈的連接方式13圖 3.3 本次設(shè)計前照燈正面圖由汽車前照燈與汽車車身的連結(jié)方式以及它的結(jié)構(gòu)形式，前照燈的的夾具結(jié)構(gòu)形式由一塊基礎(chǔ)板以及四個 L 型連接柱結(jié)構(gòu)組合而成。在 XOY 平面內(nèi)，由于槽無限位，連接柱通過鍵在槽中間的定位就能決定它在夾具中的準確位置，后續(xù)的連接柱通過在X 軸或者 Y 軸增加新的移動槽來保障其相對于其他連接柱的相對位置，這樣就解決了不同種汽車前照燈在平面內(nèi)的定位要求。至于連接柱在 Z 軸上的定位，可以通過支承塊、支承板或者墊片等對高度進行調(diào)節(jié)以實現(xiàn)不同高度的定位要求。因此，本次設(shè)計的夾具基本上滿足了不同種汽車前照燈的定位要求。3.2 夾具的結(jié)構(gòu)形式選擇夾具的結(jié)構(gòu)形式有很多種，主要有轉(zhuǎn)接板式、立方體式、錐形夾具、L 型夾具、T型夾具、盒式夾具等 [5]。夾具設(shè)計中最最常用的一種形式為轉(zhuǎn)接板式，而其一般都是以平板為主，當(dāng)然也有其他的諸如立方體的形狀等，這樣和工件一起向不同的方位移動。轉(zhuǎn)接板上鉆有與試驗臺連接的孔，還有可以直接將工件固定進行實驗的沉頭孔和槽。也可以連接其它結(jié)構(gòu)形式的夾具，比如 L 型的夾具，轉(zhuǎn)接板可以作為媒介連接實驗臺和其它夾具。為保證不同種前照燈尺寸的要求，L 型的夾具不選擇焊接或者采用整體材料加工的方式，而是選擇用螺紋進行連接，方便拆裝和組合。143.3 夾具實驗參數(shù)要求本次設(shè)計的工裝夾具主要是用來將前照燈固定在實驗臺上，那么要求設(shè)計的工裝夾具具有良好的傳遞性，同時夾具也不能對實驗形成干涉。汽車前照燈的實驗項目 [6]如下表所示。表 3-1 前照燈實驗項目分類 實驗項目特性實驗1. 光強分布（光線分布），最大光強，中心光強2. 色度3. 外觀4. 光泄露5. 尺寸6. 功能7. 抗絕緣耐熱實驗8. 高溫運行9. 熱循環(huán)Ⅰ10. 熱循環(huán)Ⅱ（溫度循環(huán)）11. 高溫試驗12. 連續(xù)運行Ⅰ13. 連續(xù)運行Ⅱ14. 由熱引起的光軸偏移15. 內(nèi)熱耐水及耐云斑實驗16. 耐潮濕Ⅰ17. 耐潮濕Ⅱ（濕氣）18. 噴淋19. 高壓沖洗20. 輻射云斑機械強度實驗21. 共振22. 振動性能23. 振動可靠性24. 高溫振動實驗（環(huán)境振動實驗）1525. 抗沖擊26. 透鏡壓力27. 強度抗化學(xué)物質(zhì)和抗腐蝕實驗 28. 抗溶解29. 抗腐蝕抗塵實驗 30.抗塵耐磨損實驗 31.耐磨損燈泡工作壽命實驗 32.裝配狀態(tài)下的靜態(tài)壽命瞄準實驗 33. 瞄準的范圍34. 瞄準的偏差光軸可檢測性實驗 35.光軸可檢測性反射器失效實驗 36.反射器失效燈泡互換性實驗 37.燈泡互換性考慮到本人所學(xué)的涉及到課目，以機械強度實驗為主要參考來選擇夾具的材料，而且汽車在行動過程中，經(jīng)常由于公路的狀況受到不同的振動沖擊，因此安裝在車身上的汽車前照燈同樣會接收到不同的沖擊載荷，所以本次設(shè)計的工裝夾具主要以共振、振動可靠性、振動性能、強度實驗項目來確定工裝夾具的特性參數(shù)。而在振動實驗中，要還原汽車前照燈實際受載情況的話，夾具要盡可能不失真的傳遞載荷和振動，那么所設(shè)計的夾具應(yīng)該滿足下面的要求。1. 夾具應(yīng)該具有較大的剛度和較小的阻尼，這樣夾具的傳遞性能好，平穩(wěn)性高。2. 為了避免夾具和前照燈產(chǎn)生共振現(xiàn)象，夾具的頻率應(yīng)該大于前照燈的固有頻率3 到 5 倍，同時應(yīng)該大于振動頻率的 3 倍。3. 夾具的重心應(yīng)該盡可能的低，以保證有較好的傳遞效果。4. 為了穩(wěn)固，夾具的質(zhì)量應(yīng)該不低于前大燈質(zhì)量的 2 到 3 倍，同時在保障其它屬性的情況下盡可能的減小質(zhì)量。為了測定前照燈夾具的固有頻率，模擬前照燈的振動情況，在前照燈上安裝一個傳感器，給予它一個加速度作為振動信號，頻譜圖如下圖 3.4 所示，可以看出振動的范圍在 70Hz 左右，而前照燈一般在 10Hz 左右，綜上所述前照燈夾具的一階固有應(yīng)該大于 210Hz。16圖 3.4 振動信號響應(yīng)圖3.4 夾具的材料選擇以及加工方式確定夾具的常用材料有如下幾種。 [7]1、Q235 Q235 又叫做 A3 鋼是建筑及工程用的非合金結(jié)構(gòu)鋼，成本低，具有較好的工藝性能，主要用來生產(chǎn)一般的機械零件，可以不用熱處理在熱軋狀態(tài)直接使用，下表 3-2分別列出了四種 Q235 鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能。屈服強度/M Pa 抗拉強度/M Pa 溫度溫度 /°C鋼材厚度直徑 /mm<16 16~40 40~60 60~100Q235AQ235B 20Q235C 0Q235D235 225 215 205 375~460-202、45 鋼45 鋼屬于優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼，相比較 A3 鋼而言，它具有較高的強度，一般情況下都是經(jīng)過熱處理以后使用，來發(fā)揮它優(yōu)秀的性能潛力。被用來用于加工能夠承受高載荷，小面積的調(diào)質(zhì)件,以及對心部強度要求不高的表面淬火件,如曲軸、傳動軸、齒輪、蝸桿、鍵、銷等 [8]。3、40Cr40Cr 屬于合金調(diào)制鋼的一種，用于制造在重載荷作用下同時又受沖擊載荷的一些重要零件，要求的零件具有高強度、高韌度相結(jié)合的良好綜合性能。必須要通過熱處17理以降低硬度，便于切削加工 [9]。本次夾具設(shè)計的基礎(chǔ)板選用 45 號鋼，為保證其硬度，耐磨，選擇淬火到 HRC50~60，為了防銹蝕，加工熱處理后可以做發(fā)藍處理，不影響精度。支承塊和連接柱選用 40Cr 和鋁材，鋼做發(fā)黑處理。第 4 章 三維模型建立4.1 前照燈夾具三維模型的試制根據(jù)設(shè)計的要求，最先想到的便是槽系組合夾具，通過槽的調(diào)節(jié) [10]，很容易滿足不同的尺寸要求。而根據(jù)不同的要求，一共具有三種規(guī)格 [11]，如下表 4-1 所示。表 4-1 槽系夾具的組要參數(shù)依據(jù)汽車前照燈的形狀和大小，中型的規(guī)格最符合本次設(shè)計的要求，查閱相關(guān)資料，中型槽系夾具的基礎(chǔ)板數(shù)據(jù)如下表所示18表 4-2a 長方形基礎(chǔ)板 Z1110 系列表 4-2b 正方形基礎(chǔ)板 Z1010 系列由于本實驗工件為前照燈，從其形狀大小考慮，基礎(chǔ)板的較小遍應(yīng)該大于 200mm，而越大的基礎(chǔ)板意味著擁有越高的質(zhì)量。課題限制工裝夾具的質(zhì)量不超過 20kg，故若直接從標準的基礎(chǔ)板中選擇，則只有 Z101010 這一種符合要求，然而尺寸過小，只能滿足少數(shù)小型的前照燈，與課題大多數(shù)相違背，所以參考標準，取消兩側(cè)面的 T 型槽，然后減少其厚度來降低其質(zhì)量 [12]。初步?jīng)Q定尺寸為 300*480*20 的基礎(chǔ)板作為前照燈實驗工裝夾具的夾具體?；A(chǔ)板的模型圖如下所示。圖 4.1 基礎(chǔ)板模型根據(jù)零件圖所給的的數(shù)據(jù)，以連接柱 4 為參考點建立空間坐標系，則其余三個連接柱的相對位置如下表所示。表 4.1 連接柱相對位置19X 軸 Y 軸 Z 軸連接柱 1 -66.2 +5 +310連接柱 2 -10 +170.5 +211.5連接柱 3 0 +143 0圖 4.2 前照燈后部結(jié)構(gòu) 汽車前照燈的后部結(jié)構(gòu)如上圖所示，根據(jù)上面表所計算的數(shù)據(jù)，以連接柱 3 為定位基準，建造的汽車前照燈三維模型如下圖所示。連接柱 1 為汽車前照燈受力的主要支承柱，位列于汽車前照燈的最上面，連接方式屬于垂向連接。受到汽車前照燈形狀的影響，同時為了避免對汽車前照燈實驗形成干擾，采取懸臂梁的構(gòu)造形成主連接柱1 和其上的連接平板。同時由于主連接柱長度很長，極其容易在實驗中因為受力過大導(dǎo)致大幅度的變形，所以在其側(cè)面添加筋板來提高它的支承 [13]。二號連接柱位于前照燈右側(cè)面，屬于縱向連接，為副的連接點，受到力遠小于主連接柱，但由于其長度較長，也在其周圍添加筋板，連接點可以直接在連接柱上攻螺紋以作連接。3 號連接柱和 4 號連接柱都位于前照燈底部，和 2 號連接柱一樣都屬于縱向連接，跨度短，可以直接使用帶有單筋板的直柱用以支承。20如下面的演示流程所示，單槽長方形支撐柱 3 的高度為 60cm，鍵用螺栓可以在高度范圍為 0~60 的范圍內(nèi)自由移動，就達成了在不同高度的自由調(diào)動，同理，類支撐角鐵 2 即所謂的副連接柱 2 的高度為 240cm，即車身所有的縱向連接都可以在此高度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。圖 4.3 演示圖 1最終，夾具的整體三維圖 4.4 如下所示，汽車前照燈的三維圖如下所示，由于個人水平有限，汽車前照燈的三維實體圖畫不出啊來，所以并未在三維裝配圖上顯示，不過裝配用的連接螺釘位置已大致表現(xiàn)出來。21圖 4.4 三維裝配圖4.3 夾具實驗的要求汽車前照燈的工裝夾具主要用來輔助前照燈進行實驗，所以夾具對前照燈進行實驗所具有的特性是否干擾以及能否再現(xiàn)其安裝在車上的情況重現(xiàn)具有很嚴格的要求。那么前照燈實驗夾具的設(shè)計應(yīng)該滿足下面的要求： 1、前照燈實驗夾具的整體重心不宜太高，所以本次設(shè)計初步將前照燈裝夾在距離基礎(chǔ)板 20mm 高處。 2、實驗夾具的總體質(zhì)量不宜太大，它和汽車前照燈的總體質(zhì)量同時應(yīng)該不超過實驗臺的承受上線。3、工裝夾具為了避免與激勵信號和前照燈發(fā)生共振現(xiàn)象，由上面得出，夾具的一階固有頻率應(yīng)該大于 210Hz[14]。4、.在長時間的實驗中，工裝夾具不能出現(xiàn)損壞。隨著汽車前大燈工裝夾具模型初步建立，對其一階固有頻率，剛度，傳遞性進行22分析校核。4.4 工裝夾具實驗的理論基礎(chǔ)(1)模態(tài)分析的介紹本次設(shè)計討論的實驗驗證主要是關(guān)于振動實驗的。而模態(tài)是一個固有的特性，而與模態(tài)有關(guān)的參數(shù)為固有頻率、阻尼比以及固有振型。通過計算或者實驗得到這一參數(shù)的過程被稱為模態(tài)分析。有 2 種方法可以取得這些參數(shù)，一種可以直接通過有限元計算的方法來取得這些數(shù)據(jù)，另外一種是通過試驗來采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。(2)模態(tài)分析的基本原理 [15]將一個結(jié)構(gòu)離散化，則它的動力特性就可以用一個 N 階的矩陣微分方程來表示。（1）)(.. tfKxCM??式中：M——質(zhì)量C——剛度K——阻尼矩陣、 、 ——N 維的位移、速度、加速度.x.——激振力方向)(f假定輸入的初始信號為 0，對（1）式兩邊進行拉氏變換，得到新的矩陣代數(shù)方程。（2）)(][2sFXKCsM??通過所有測點的傳函，利用最小二乘法估計出矩陣 M,K,C 式中的矩陣。（3）][)(2ssZ?反映了系統(tǒng)動態(tài)特性，稱為系統(tǒng)動態(tài)矩陣，其逆矩陣（4）12][)(??KCssH稱為廣義導(dǎo)納矩陣，也就是傳遞函數(shù)矩陣。由式（2）可知道（5）)()(sFsX?在上公式中令 ，即可得到系統(tǒng)在頻域的輸出（響應(yīng)向量 ）和輸入（激?j )(?X振向量 ）的關(guān)系式)(F23（6）)()(?FHX?式中： ——頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣。 矩陣中第 i 行 j 列的元素)(?H（7）??iijF等于僅在 j 坐標激振（其余坐標激振為零）時，i 坐標響應(yīng)與激振力之比在（3）式中令 ，可得阻抗矩陣?js?（8）??CjMKZ??2利用實對稱矩陣的加權(quán)正交性，有????????? rTm? ????????? rTkK?其中矩陣 稱為振型矩陣，假設(shè)阻尼矩陣 C 也滿足振型正交關(guān)系??N?,21????????? rTcC?代入（8）式得到 ??????????? rTzZ??式中 rrrcjmkz???2因此 ??TrzZH???????????1（10） ????????Nr rrrjiijm12)(???上式中： ，rrk2?rc?2——第 r 階模態(tài)質(zhì)量，又稱為廣義質(zhì)量rm24——第 r 階模態(tài)剛度，又稱為廣義剛度rk——第 r 階模態(tài)頻率r?——第 r 階模態(tài)阻尼比r?——第 r 階振型r?由此可以得出一個結(jié)論：N 階自由系統(tǒng)的頻率響應(yīng)可以看成 N 個單自由度系統(tǒng)頻率響應(yīng)的的線性疊加。因此確認，對于全部的模態(tài)參數(shù)，只需要測量一行或者一列就足以得出所有的結(jié)果 [16]。所以實驗?zāi)B(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識別的任務(wù)就是由一定頻率的實測頻率響應(yīng)函數(shù)數(shù)據(jù)確定形同的模態(tài)參數(shù)。對前照燈夾具的三維模型進行有限元模態(tài)分析，經(jīng)過分析，前照燈夾具的一階固有頻率為 296Hz，滿足大于 210Hz 的要求，前照燈夾具的模態(tài)圖如下圖所示，可以看出其具有較好的剛度，能夠滿足試驗的要求。（3）夾具傳遞效果進行振動實驗時，為了能保證實驗效果，工裝夾具不能夠?qū)嶒炐盘栐斐商蟮臏p損，而其能夠?qū)⑿盘栒鎸嵉膫鬟f給前照燈。所以工裝夾具是否擁有一個良好的傳遞效果關(guān)系到整個實驗是否準確，需要對夾具的傳遞效果進行測試與驗證。為了了解響應(yīng)信號與激勵信號在不同頻率下的聯(lián)系，通過做實驗來測得。實驗方法為采集他們的加速度信號，然后進行分析，計算出它們的加速度并進行比較就得出一個值，改變頻率，得到一系列點，將其連成一條平滑的曲線，便是所要得到的譜線圖。通過對汽車進行道路實驗來采集它的普信號。試驗的方法是，在汽車前照燈處安裝一個加速度傳感器，然后在在道路某一處安裝測量傳感器。對其相應(yīng)的結(jié)果進行編輯，保存為模擬的譜 [17]。25采集汽車前大燈在實際實際行駛所受到的實際加速度變化為參考，然后與試驗中采集到的信號進行對比，如果兩條譜線的波形相差不是很大，就可以說明前大燈夾具具有良好的傳遞效果，可以作為實驗夾具進行使用。第 5 章 夾具的實驗結(jié)果和對比5.1 質(zhì)量的校核通過將設(shè)計的三維模型加工成事物，獲得的夾具質(zhì)量為大概 17kg，（因為條件限制無法加工實物獲得質(zhì)量，通過體積*密度大致算了一下質(zhì)量，查資料得鋼的密度為 7.85g/cm3），所以實物中質(zhì)量也是符合要求的。5.2 傳遞性的校核通過將前照燈夾具安裝在實驗臺上，進行實際實驗的數(shù)據(jù)取得。在獲取參數(shù)時，分別在 4 個連接點的連接柱下面安裝傳感器。以實驗臺的信號為輸入信號，試驗后，通過將采集的實際振動信號的譜線進行比較，如果振動譜線相差幅度不是很大，波形偏離幅度在五分之一以內(nèi)，那么說明工裝夾具的實際傳遞性和剛度良好，是符合要求的。26圖 5-1 實際與理論對比5.3 一階固有頻率的校核實際實驗中，對于前照燈固有頻率的數(shù)據(jù)采集，可以通過錘擊前照燈的方法進行實驗，然后將所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析比較，如果數(shù)據(jù)相差的額度不大，那么則說明夾具的設(shè)計是合理的。階數(shù) 仿真數(shù)據(jù) 實際數(shù)據(jù) 誤差百分比1 296表 5-1 仿真與實際的數(shù)據(jù)對比綜上所述，本次設(shè)計出的汽車前照燈工裝夾具是合理的，具有實際應(yīng)用的意義的。全文總結(jié)本次設(shè)計，圍繞前照燈實驗的工裝夾具這一課題進行展開，首先介紹了汽車前照燈的發(fā)展史，然后介紹了不同種類的汽車前照燈。通過對汽車前照燈種類進行分析和截圖，初步對其工裝夾具進行了方案的構(gòu)思。在進行夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，參考組合夾具的原理，對多個方案進行比較，分析，最終確定了夾具體的選擇。然后一步步的對課題的要求進行滿足，最終確定了夾具三維模型最初的狀態(tài)。其次對所設(shè)計的工裝夾具的可行性進行分析和檢測。通過查資料找到前大燈所要進行的實驗種類，分析概括出滿足實驗夾具所需要具備的特性和參數(shù)，然后對夾具的27材料進行了選擇。然后對工裝夾具所要求的特性參數(shù)進行驗證，驗證了各個參數(shù)是否達到了實驗的要求，還檢測了夾具是否具有良好的傳遞能力，證明之前所驗證的并不是無用功。從理論上驗證了夾具方案的可行性。完成了對汽車前照燈夾具的構(gòu)思，建模，檢驗。.當(dāng)然，由于本人能力不足，水平有限，設(shè)計中存在著許許多多錯漏以及不夠好的內(nèi)容，還需要進一步對設(shè)計進行深入的研究，待解決的問題因本人學(xué)術(shù)水平的限制，本文尚有很多的不足之處，所作的工作還有很多需要進一步驗證。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、工裝夾具并不能完全的反映汽車前照燈與車身相連的連接處受所設(shè)計的只能反映主要的受力的情況，所以存在著一定的偏差。2、部分結(jié)論只是通過理論而驗證合格，由于條件限制，無法進行實際實驗，導(dǎo)致結(jié)論缺乏說服力。 3、由于跟人的水平有限，對組合夾具了解的不夠深入，所以三維模型的設(shè)計存在著很大的弊端，只能借用部分其相關(guān)的原理。4、經(jīng)過裝配時發(fā)現(xiàn)，由于夾具支承設(shè)計的有點大，導(dǎo)致裝配時，對支承柱比較近 近的車燈空間可能形成干擾，可以考慮在連接中添加墊圈類拉長他們的距離，還待后續(xù)驗證。5、車燈的三維造型復(fù)雜，畫不出來，所以導(dǎo)致整個模型優(yōu)點抽象，看起來不形象生動。28參考文獻[1] 汽車前照燈發(fā)展簡介[J].汽車維修與保養(yǎng),2008(05):82[2] 杜利光,駱敏舟,劉偉,杜鵬超.汽車自適應(yīng)前照燈控制系統(tǒng)設(shè)計與驗證[J].自動化與儀器儀表,2012(02):173-175[3] 蘇勝君,陳祥熙,施偉斌,朱維濤.基于大功率 LED 的汽車多橢球前照燈設(shè)計[J]. 半導(dǎo)體技術(shù),2007(08):673-676[4] 鄭術(shù)力，常少莉等 .振動試驗夾具設(shè)計研究 [J].可靠性設(shè)計與工藝控制，2006，24（5）：14-17[5] 鄭松林,高晨,馬扎根,胡文偉.汽車前大燈振動試驗夾具設(shè)計[J].現(xiàn)代制造工程,2013(04):62-66.[6] 王丹,陳積先,武華堂,讓松,覃北階,孟輝,來永芳,李德玉.國內(nèi)外汽車前照燈標準及試驗方法對比[J].汽車電器,2014(08):49-53.[7] 丁德權(quán)主編，金屬工藝學(xué)[M]北京：機械工業(yè)出版社，2000.5[8] 蘇旭平，王建華等主編，工程材料[M]湘潭：湘潭大學(xué)出版社,2015.2[9] 孟成.45 號鋼的概況及熱處理方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(09):125-126.[10]永佑增.試論槽系組合夾具定位尺寸的無級調(diào)整[J].航空工藝技術(shù),1995(06):16-18.[11]王素琴,錢瑾紅.組合夾具的研究狀況與應(yīng)用[J].電子機械工程,2004(05):22-24.[12]李紀雄. 基于熱成形高強鋼板的車身結(jié)構(gòu)輕量化分析與優(yōu)化[D].華南理工大學(xué),2014.[13]余璐慶. 海上風(fēng)機桶形基礎(chǔ)安裝與支撐結(jié)構(gòu)動力特性研究[D].浙江大學(xué),2014.[14]Tobias S. 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