連桿加工夾具設(shè)計說明書.doc

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目錄 1、前言 2 2、設(shè)計任務(wù)及工況要求 2 3、連桿零件分析 2 4、設(shè)計條件 3 5、專用夾具的設(shè)計 4 5.1、本夾具的功用 4 5.2、設(shè)計方案分析比較 4 5.3、夾具工作原理 6 6、定位誤差計算 6 7、夾緊力的計算與強(qiáng)度校核 7 7.1、夾緊力的計算 7 7.2、強(qiáng)度校核 8 8、夾具特點(diǎn)及使用說明 8 9、心得體會 9 10、參考文獻(xiàn) 9 銑連桿小頭油槽夾具設(shè)計說明書 1、前言 連桿在工作過程中，連桿小頭油槽收集飛濺的潤滑油，并通過連桿小頭孔襯套上的小孔將潤滑油引導(dǎo)到活塞銷上，起到潤滑、冷卻活塞銷和活塞小頭孔襯套的作用。因此要求連桿小頭油槽不僅要位于連桿小頭頂部并銑穿，而且要有一定的對稱度；但在整個連桿加工過程中，銑連桿小頭油槽并不是一道非常重要的工序。連桿小頭油槽加工后形成的表面，在后續(xù)的工序中，不會用其做定位或夾緊使用，所以銑連桿小頭油槽的加工精度要求不高。 2、設(shè)計任務(wù)及工況要求 運(yùn)用所學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)等基本理論知識，正確解決連桿在加工時的定位和夾緊問題，選擇合理的方案，進(jìn)行必要的計算，為492Q汽油機(jī)連桿的機(jī)械加工中的“銑連桿小頭油槽”這一工序設(shè)計一套專用夾具，努力做到使其具有質(zhì)優(yōu)、高效、低成本的特點(diǎn)。 連桿作為汽車發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件，使用量很大，在連桿加工工廠通常采用中批量或大批量生產(chǎn)，實行生產(chǎn)流水線作業(yè)。因此加工連桿小頭油槽可以選用臥式銑床X51，液壓夾緊。 3、連桿零件分析 連桿是汽車發(fā)動機(jī)的主要傳動機(jī)構(gòu)之一，在發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)將活塞與曲軸連接起來，實現(xiàn)活塞與曲軸之間力的傳遞，將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動可逆地轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并實現(xiàn)功率的輸出。 連桿通常是一種細(xì)長的變截面非圓桿件，由從大頭到小頭逐步變小的工字型截面的連桿體、連桿蓋、螺栓及螺母等組成。不同結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)，連桿的結(jié)構(gòu)略有差異，但基本上都是由活塞銷孔端（小頭）、連桿身、曲柄銷孔端（大頭）三部分組成。連桿大頭孔套在曲軸連桿軸徑上，為了便于安裝，連桿一般自大頭孔處分開成連桿體和連桿蓋兩部分，然后用連桿螺栓連接。為了減少磨損，大頭孔內(nèi)裝有上下兩片軸瓦；連桿小頭孔與活塞銷相連，小頭孔內(nèi)壓入銅襯套，孔內(nèi)設(shè)有油槽，小頭頂部設(shè)有油孔，通過飛濺潤滑實現(xiàn)。為了減少慣性力，并有一定的剛度，連桿身采用工字型斷面。因此連桿工藝特點(diǎn)：外形復(fù)雜，不易定位；連桿的大、小頭是由細(xì)長的桿身相連，故剛性差，易彎曲、變形；尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求高。 連桿在工作過程中主要受三個方向的作用力：活塞頂上壓縮氣體力、活塞桿組的往復(fù)運(yùn)動慣性力，連桿高速擺動時產(chǎn)生的橫向慣性力 連桿的主要加工表面：連桿大、小頭孔；連桿大、小頭端面；連桿大頭剖分面及連桿螺栓孔等。 （1）大小端孔的精度要求：為了使大端孔與軸瓦及曲軸、小端孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱，采用分組裝配法。 （2）大小端孔中心線在兩個互相垂直方向的平行度：兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，增加活塞與汽缸的摩擦力，從而造成汽缸壁損加劇。 （3）大小端孔的中心距：大小端孔的中心距影響汽缸的壓縮比，所以對其要求很高。 （4） 大端孔兩端面對大端孔軸線的垂直度：此參數(shù)影響軸瓦的安裝和磨 損。 （5） 連接螺栓孔：螺栓孔中心線對蓋體結(jié)合面與螺栓及螺母坐面的不垂直，會增加連桿螺栓的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，并影響螺栓伸長量而削弱螺栓強(qiáng)度。 （6） 連桿螺栓預(yù)緊力要求：連桿螺栓裝配時的預(yù)緊力如果過小，工作時一旦脫開，則交變載荷能迅速導(dǎo)致螺栓斷裂。 （7） 對連桿重量的要求：為了保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連桿大、小頭重量和整臺發(fā)動機(jī)上的一組連桿的重量按圖紙的規(guī)定嚴(yán)格要求。 （8） 軸瓦槽：對槽頭的要求非常高。 由于連桿在工作中承受多種急劇變化的動載荷，所以要求其材料具有足夠的疲勞強(qiáng)度及剛度要求，而且還要使其縱剖面的金屬宏觀組織纖維方向應(yīng)沿連桿中心線并與連桿外形相符合，不得有裂紋、斷裂、疏松、扭曲、氣泡、氣孔、分層和雜質(zhì)等缺陷。 連桿成品的金相顯微組織應(yīng)為均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，不允許有片狀鐵素體。 4、設(shè)計條件 加工工序中，在“銑連桿小頭油槽”工序之前，已經(jīng)完成了對連桿雙端面和側(cè)面的精加工，并且完成了連桿鉆擴(kuò)小頭孔的加工工藝，因此在定位夾緊時可以選擇已加工表面作為定位基準(zhǔn)。 而連桿的加工在工廠實行生產(chǎn)流水線作業(yè)，進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，要求生產(chǎn)效率高，并且盡量降低工人勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。通用機(jī)床X51可以滿足本工序的加工要求，因此可設(shè)計與X51工作臺配套使用的夾具，并選用液壓自動夾緊的方式以降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。 5、專用夾具的設(shè)計 5.1、本夾具的功用 在機(jī)床上進(jìn)行加工工件工程中，為了使工件的表面以及各項指標(biāo)能夠達(dá)到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求，在加工前必須將工件定位、夾緊。本夾具主要用于銑連桿小頭油槽，它采用通用的定位元件，使被加工的連桿在夾具的安裝過程能夠迅速實現(xiàn)定位夾緊。夾具只有安裝到機(jī)床的工作臺上才能實現(xiàn)被加工工件的加工工序，因此本夾具的另一功用是連接安裝到臥式銑床X51的工作臺上。 5.2、設(shè)計方案比較分析 根據(jù)本工序“銑連桿小頭油槽”的加工工藝要求，選用臥式銑床X51，3mm盤狀銑刀進(jìn)行銑削加工。故被加工零件——連桿的定位夾緊，根據(jù)加工工藝方法，可以有多種方案。 方案一、 定位元件：支撐板、圓柱銷、削邊銷； 夾緊裝置：液壓自動夾緊，直壓板； 定位夾緊原理如下圖： 1、小頭支撐板 2、削邊銷 3、加緊壓板 4、大頭支撐板 5、圓柱銷 方案二、 定位元件：支撐板、圓柱銷、定位塊； 夾緊裝置：液壓自動夾緊，直壓板； 定位夾緊原理圖如下： 1、小頭支撐板 2、可換定位銷 3、夾緊壓板 4、定位塊 5、大頭支撐板 方案一中采用“一面雙銷”的定位方式，能夠限制使得夾具結(jié)構(gòu)簡單，但由于在本道工序之前，連桿大頭孔還是毛坯面，沒有進(jìn)行加工，因此基準(zhǔn)精度很低；且考慮到鍛造連桿時的模型錐度，用圓柱銷定位連桿大頭孔，還存在定位可靠性差的缺點(diǎn)。 方案二采用大小頭支撐板、定位銷和定位塊作為定位元件。在本道工序之前，連桿大小頭雙端面和側(cè)面及連桿小頭孔已經(jīng)進(jìn)行了精加工，選用上述已加工表面為定位面，基準(zhǔn)精度較高，定位準(zhǔn)確，可靠性高且安裝方便，只是夾具夾具結(jié)構(gòu)與方案一相比稍顯復(fù)雜。 綜上所述，方案二優(yōu)點(diǎn)明顯，好于方案一，故選用方案二作為本道工序“銑連桿小頭油槽”的夾具設(shè)計方案。 5.3、夾具工作原理 本工序“銑連桿小頭油槽”夾具設(shè)計原理方案如下圖所示。大小頭的支撐板支撐連桿端面，限制連桿的3個自由度；可換定位銷套在連桿小頭孔內(nèi)，限制2個自由度；定位塊與連桿大頭側(cè)面相連，限制1個自由度；因此本夾具可以實現(xiàn)“銑連桿小頭油槽”工藝的完全定位。 1、小頭支撐板 2、可換定位銷 3、夾緊壓板 4、定位塊 5、大頭支撐板 6、定位誤差計算 由于位于小頭頂部的定位面的定位尺寸為6.20.05，因此基準(zhǔn)不重合誤差ΔB為δD/2 。定位孔與軸可以在任意方向上接觸，此種情況下，定位基準(zhǔn)可以在任意方向上變動，其最大變動量為孔徑最大與軸頸最小時的間隙，所以基準(zhǔn)位移誤差 式中，δD、δd、Δ分別為定位孔、軸的尺寸公差和孔軸配合的最小間隙。 由于ΔB和ΔY變化方向相反，所以定位誤差 帶入數(shù)據(jù)：δD=0.012，δd=0.03，Δ=0.01，得到：ΔD=0.046mm。 7、夾緊力的計算和強(qiáng)度校核 7.1、夾緊力的計算 由【1】知：銑削切削力計算公式為： P = Cpt0.86Sz0.72D-0.86Bzkp 由于本工序“銑連桿小頭油槽”使用臥式銑床X51，盤狀銑刀，直徑D為75mm,寬度B為3mm，模數(shù)m 為3.50；連桿材料為40Cr，屬于中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，σb為980MPa； 故由【1】知： Cp = 808 N Sz = 0.01 mm D = 75 mm B = 3 mm z =12 kp =(σb/736)0.8 由連桿加工工藝圖可知：t = 8.3 mm 所以可以得出： P = Cpt0.86Sz0.72D-0.86Bzkp = 8088.30.860.010.7275-0.86312(980/736)0.8 N = 200 N 由【2】知：鋼與鋼的摩擦因數(shù)μ=0.3，理論夾緊力F: F = Fμ 即 F = P/μ 所以可以得出： F = P/μ = 200/0.3 = 667 N 由【1】知：夾緊力計算公式為： Fk = FK K = KoK1K2K3K4K5K6 由工藝規(guī)程可知Ko = 1.4 K1=1.2 K3 = 1.0 K4 = 1.0 K5 = 1.0 K6 = 1.0 故可知實際所需夾緊力Fk: Fk = FK = FKoK1K2K3K4K5K6 = 6671.41.21111 = 1120 N 7.2、強(qiáng)度校核 壓板強(qiáng)度校核： 由理論力學(xué)知識，對壓板受力分析可知，壓板所受的最大力矩M M = FkL = 11200.86 Nm = 963.2 Nm 由于壓板厚度厚度H 為20mm，壓板寬度B2為50mm。所以彎曲應(yīng)力σp為： σp = M/S = M/(HB2) = 963.20.20.5 = 9632 Pa 而壓板材料為45鋼材，【σp】 為600 MPa，故壓板強(qiáng)度足夠。 壓板螺釘強(qiáng)度校核： 有理論力學(xué)知識可知，壓板螺釘為M16，所受的拉力同為5880 N ,所以壓板螺釘所受的拉應(yīng)力σp為： σp = Fk /(πr2) = 1120π0.162 = 13926 Pa 而壓板螺釘?shù)牟牧?Q235 的【σb】為375—500 MPa ，故壓板螺釘?shù)膹?qiáng)度足夠。 8、夾具特點(diǎn)及其使用說明 本工序“銑連桿小頭油槽”所用的夾具，定位元件由大小頭支撐板、可換定位銷、大頭定位塊組成，定位精確可靠，結(jié)構(gòu)比較簡單，安裝使用方便；且由于使用液壓自動夾緊，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。夾具在使用過程中，要注意定期維護(hù)檢測 9、心得體會 伴隨著機(jī)械制造工程學(xué)課程設(shè)計的開始，我們也踏入了大學(xué)的最后一年。雖然我們進(jìn)入了大四，雖然我們在開學(xué)時僅僅有這一項學(xué)習(xí)任務(wù)，雖然我們課程設(shè)計的要求不如機(jī)械設(shè)計制作系的高，但由于種種的原因，我還是感覺到時間的緊迫。還好這一切幾乎都在計劃中進(jìn)行，雖不能說是忙而不亂，有條不紊，但還是漸漸地完成了各項任務(wù)。而這其中機(jī)械制造工程學(xué)課程設(shè)計則是其中一項比較有意義的收獲。 我課程設(shè)計的任務(wù)是“銑連桿小頭油槽”加工工序的夾具設(shè)計，雖然是較為簡單的一項，但麻雀雖小，五臟俱全。從方案的設(shè)計制定，到定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)的選用，再到定位誤差與夾緊力的計算與校核，每一個步驟都認(rèn)真地查閱資料，從中收獲頗豐。 這次課程設(shè)計不僅是對學(xué)過知識的復(fù)習(xí)與鞏固，也是一種實踐的檢查和聯(lián)系，更是一種對設(shè)計研究的探索和嘗試。我們的大學(xué)生活，快要結(jié)束了，很快就要走上工作崗位或從事研究工作。我相信經(jīng)過大學(xué)這樣一次又一次的課程設(shè)計，未來的路雖然很漫長，但我們有能力克服前進(jìn)路上的一切困難，迎來勝利的曙光！ 10、參考文獻(xiàn) 【1】 《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造系 【2】 《機(jī)械零件手冊》 周開勤 主編 高等教育出版社 【3】 《機(jī)械制造工程學(xué)》 李偉、譚豫之 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】 《切削用量簡明手冊》 艾興、肖詩 主編 機(jī)械工業(yè)出版社