柴油机连杆毕业设计（共8篇）
柴油机连杆毕业设计 篇1
贵州大学本科毕业论文（设计）第 1 页
本科毕业论文（设计）
文献综述
论文（设计）题目：105系列高速柴油机连杆工艺总体方案及指定工装设计
学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机自047班 学 号：0403011715 学生姓名： 杨建立 指导教师： 张宇光
2008年 6 月 15 日
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文献综述
一.柴油机连杆加工工艺分析
主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线，连杆加工工艺的分析和改进，以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题
反映连杆精度的参数主要有五个：（1）.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称（2）.连杆大小头孔中心距尺寸精度（3）.连杆大小头孔平行度;（4）.连杆大小头孔的 尺寸精度、形状精度;（5）.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。传统加工路线：
连杆工艺设计注意问题： 工序安排
定位基准：
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夹具使用
二．发动机连杆的粉末锻造
主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等；国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些
1.特点：粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形，无飞边，节省加工工时和设备。具有粉末冶金和机械精锻的优点。粉末锻造可实现烧结材料的高密度化，是材料具有高强度和无明显各向异性。a.避免不必要的机械加工，如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工，而粉锻连杆仅需一道机加工。b.质量偏差小，模锻3%-5%，粉锻连杆仅0.5%。c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量，密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。e.节约能源50%，节约材料40%，有利于环境保护。
2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→ 压制成预制坯→ 烧结成锻坯→ 快速送入预热的锻模→ 致密化闭模锻造→ 锻件脱模→ 在可控气氛中冷至室温→ 热处理→ 喷丸强化
3.原料参数：德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余为Fe.4.主要工艺参数：
a.配料及混料 经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀；
b.压制预制坯 要对预制坯的设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制，避免过负荷损坏模具；
c.烧结预制坯 在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行，烧结温度1120—1130℃，至完全合金化，后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温；
d.锻造 有两种：利用烧结体预热保温至锻造温度时立即进行锻造，以节省能源。二是在烧结体冷却至室温后，经高频或真空加热进行锻造，其消耗能源较大。烧结体在1000℃时，迅速送入预热至300℃的锻模中进行致密化封闭锻造，可将80%理论密度的烧结体至100%理论密度。烧结坯在出炉时应尽量缩短停留时间，立即送入锻造工序，若锻
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造温度过低，在连杆表层残留微孔隙增多，使连杆密度下降；若停留时间过长连杆内部易被氧化，均会导致连杆冲击韧性和疲劳强度下降。
在热处理时在惰性气体（如氩等）中加热至淬火温度870℃时，立即在油中淬火，后进行570℃回火。
三.连杆大头胀断工艺：
本文主要什么是胀断工艺、胀断工艺的特点、优点、采用的材料、热扩散工艺（TD）及TD处理的使用现状，胀断工艺处理工艺流程等。
1.胀断工艺概念：对连杆大头孔的断裂线处预先加工出两条V型应力集中槽或在毛坯加工时就做出沟槽（图1），然后对其侧面施加径向力（图2），使其在槽处出现裂缝，在径向力的继续作用之下，裂缝继续扩散，最终达到连杆盖从连杆体上分离下来。
图 1
据德国Krebsoege公司研究结果，烧结粉末金属连杆的可胀断性较好，铸铁连杆材料最宜使用GTS65-70，锻钢连杆材料是70号钢，但70号钢锻造连杆在胀断时如何保证不带塑性变形的脆性断裂以及其切削加工是该工艺的难点。
2.胀断工艺的优点：2.1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.1.1.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离
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面的磨削加工；2.1.2.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。
2.2.改善了连杆总成的大头孔变形，为采用前分离面以及螺栓孔加工误差以0.01mm单位来计算；而采用胀断工艺之后其误差是以0.001mm单位来计算的.德国Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel两位工程师的研究确定：在粗加工后连杆大头孔不圆都约在12μm左右，在胀断后约在40μm左右，其变形量约为28μm。又据美国Gidding & Lewis Co.的研究：测试50个零件的分析结果，；连杆大头孔的平均直径在胀断前与后的平均变形仅为23μm。
2.3.减少了连杆生产的设备、生产面积以及制造费用，3.1.省掉连杆盖与连杆分离面的磨削加工和螺栓孔经加工的设备投资和这些机床占地面积以及制造费用3.2.在传统工艺中切断后的连杆盖需要单独自动运输装配，而采用胀断工艺后可立即装配。
3.热扩散涂层可提高工具的使用寿命 热扩散工艺可显著硬化材料表面，其硬化层厚度为0.02-0.2mm，该层十分紧密地与基体结成一体，可显著地延长工具的使用寿命，如落料模、冲模、锻模、拉伸模、冷镦模、折弯模和冲头模等。其处理是把零件浸入盐浴里，加热到899-1056℃，加热1-8小时。4.胀断加工工艺路线：
四.涨断连杆爆口原因分析：
本文就连杆涨断后爆口这一最大问题从激光胀断加工工艺、材料试验等角度进行了详细地分析连杆爆口产生的原因，得出S含量低于材料标准要求是产生爆口的关键因素。
1.胀断加工过程中存在的主要问题：影响脆性断裂的因素主要有断裂速度、预加工
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应力槽及材料。影响爆口的重要参数是应力槽的几何形状和深度。
应力槽加工有两种方法，拉刀拉削或激光割削，从原理上看，激光割削避免了拉刀变钝导致应力槽形状不符的要求，因此激光加工应力槽是省时省钱的现代化加工方式。但当激光调焦不精确的话应力槽也会边浅，应力槽作用减小，胀断时的速度及引起断裂的冲击力也变小。因此胀断工艺的材料、应力槽深度、胀断速度、压力等是胀断后连杆大头变形和爆口的主要原因。
经过相关试验分析（有分析数据和图解）：S含量低，材料脆性增强，长生爆口的倾向增大。
2.最后得出总的结论：
（1）连杆大头变形和爆口是胀断工艺中的主要问题，为确保正常使用，连杆大头变形必须在允许的范围内，并使爆口异常尽可能的少。
（2）爆口异常主要原因可能是应力槽深度过浅，材料过脆。
（3）对比现实生产情况可知，爆口工废率出现异常的可能原因为连杆材料问题，其中毛坯的S含量低于材料标准要求导致材料脆性增大是产生爆口的关键因素。
（4）锻钢件的热处理工艺也是影响零件机械加工性能的原因之一，对于连杆毛坯采取确当的工艺方法进行热处理，可有效的改善连杆的性能。五.用常规粉末冶金工艺制造汽车连杆
本文从连杆造价与重量方面的改进、连杆设计、材料的选择分析、研制铁基粉末冶金材料的生产参数、应力分析、回火温度与耐久极限及切削加工性能的关系、疲劳试验、铸造与烧结连杆重量的比较等方面进行分析和总结。
采用胀断工艺有如下优点：1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工； 3.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。
所以与传统连杆加工方法相比，胀断工艺具有很大的优势，其减少了加工工序、节省精加工设备、节省刀具磨损、节材料和能源、降低生产成本等，连杆胀断加工技术还可提高连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有很重要作用。
五.发动机连杆裂解制造工艺及设备
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裂解连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好，即在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。
用于裂解连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁及可锻铸铁，其中C70S6 高碳微合金非调质钢连杆和粉末烧结锻造连杆应用最广。
C70S6 高碳微合金非调质钢的金相组织为珠光体’断续的铁素体，其成分特点是：低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫，合金元素的范围较窄，具有较好的切削加工性能。C70S6 裂解连杆锻件在锻造过程中无特殊要求，应在1150摄氏度锻造后采取强风冷却。
裂解连杆锻造毛坯形状和尺寸与普通连杆毛坯无太大区别，但为减少裂解过程中的裂解力及裂解时的大头孔变形，在不影响断裂面啮合的情况下，应尽量减少大头孔中心处断裂截面积。
此外，断裂剖分的结合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、连杆杆身和连杆盖的定位精度、装配质量大幅度提高。
采用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓 合理设计裂解槽，可有效提高缺口效应与应力集中系数、降低裂解力、提高断裂效率与质量。裂解槽形状与尺寸由张角、曲率半径、槽深、槽长等4 个参数决定。
国内常用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，美国RA YCON、德国AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工
YAG固体激光器加工裂解槽具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、易裂解、重复精度高的特点，可降低裂解力、减少大头孔裂解变形。但由于激光器的输出功率与模式、重复频率与脉宽、切割速度、光斑直径与焦点位置、光束入射角、辅助气体压力等加工参数，以及熔点、沸点、导热性和对激光的吸收等材料特性，均对槽宽均匀性、槽深一致性以及槽面质量产生很大影响，因此激光器的选择、加工参数的调整非常重要。
载荷施加方式、大小、速度对断裂有重要影响。试验表明，采用“背压”裂解方法，并施加瞬态阶跃裂解主动载荷，有利于保证裂解质量。
在装配螺栓过程中需保证裂解后的连杆杆身与连杆盖完全啮合、不错位。为防止错位或施加扭矩不一致，应同时进行两侧螺栓的装配。装配螺栓需要进行螺栓预装配及定扭矩装配。螺栓预装配可强化断裂面。预装配后将扭矩卸载，使连杆杆身与连杆盖分离，对断裂面进行吸尘或采用高压气体清渣，然后按连杆的技术要求重新装配螺栓至所要求的
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扭矩。
一般裂解槽深度小于等于0.7mm，圆角半径小于等于0.3mm，裂解后大头孔直径平均变化量小于等于0.08mm
柴油机连杆毕业设计 篇2
夹具是机械制造过程中用来将加工对象固定在正确位置,以接受加工和检测并保证加工要求的机床附加装置[1]。在实际生产中夹具主要是起定位夹紧、保证加工精度、提高生产效率和扩大机床使用范围等作用。
某机器厂与某内燃机研究所联合设计、研制的4E135型柴油机连杆零件,材料为40Cr,硬度约为1 000 HBS,年生产量定为500件,生产类型为中批生产。要求设计在钻床上钻、扩、铰连杆小头孔的专用夹具,以满足零件图上各项尺寸精度要求和形位公差要求,本道工序的工序简图见图1。
2零件的加工工艺分析
零件图中对小头孔加工精度的要求如下:①小头孔孔壁表面粗糙度为1.6 μm;②小头孔圆柱度为0.015 mm;③小头孔与大头孔的孔距为360 mm±0.1 mm;④小头孔对连杆中心线的对称度为0.5 mm;⑤两端面对小头孔轴线垂直度为0.1/100。
分析该零件的工艺特点如下:工件的轮廓尺寸较大,结构形状复杂,工件在夹具上装夹不方便,且定位夹紧也不好布置;本工序是在连杆两端面已加工的基础上进行加工的,所以以连杆一端面做主要定位基准可获得精度比较高的定位基面;由于工件的生产类型为中批生产,工件重量比较大,所以所设计的夹具应结构简单,装夹方便,并采用两工位的方式,以提高生产效率,减少加工成本[2]。
本工序在Z575立式钻床上加工,工步如下:采用YT15硬质合金钻头钻直径为Φ53 mm的孔,采用YT15硬质合金扩孔钻扩直径为Φ53.75 mm的孔,选择d0=53.75 mm套式机用铰刀粗铰小头孔、选择d0=54 mm套式机用铰刀精铰小头孔至图纸要求。
3定位夹紧方案的确定
根据加工要求分析必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。为保证小头孔的圆柱度应限制x、y两个方向的转动;为保证小头孔钻孔加工余量的均匀性应限制x、y两个方向的平动,故理论上应限制的自由度有:x、y方向的平动和转动。
但是实际上为了使夹具结构简单、定位夹紧方便,我们以连杆一端面做主要定位基准,这样限制了x、y两个方向的转动和z向的平动;以连杆小头孔外壁定位限制x、y两个方向的平动;另外由于钻孔时存在一定的扭转力,为防止工件在加工时发生旋转,增加一防转定位,即限制z向的转动。
由以上分析可知,实际上限制的自由度为:x、y、z三个方向的平动和转动。
根据工件的结构特点,其防转定位,限制z向转动的方案有两种:①以连杆毛坯大头孔的工艺凸台定位限制z方向旋转自由度;②以连杆毛坯大头孔定位限制z方向旋转自由度。
比较上述两种方案可以看出它们各有优缺点。方案①虽然定位比较简单,但由于是采用固定钻模板,受到高度的限制,所以加工时装卸工件不容易实现,若改为活动钻模板会使夹具的结构变得复杂;方案②定位比较容易,用短圆销限位,限制两个自由度,但由于连杆是分开锻造的,所以连杆的大头孔毛坯只有一半,故不会产生过定位,故本设计采用方案②。
4钻小头孔夹具结构设计
图2是钻小头孔夹具的三维结构图。
4.1 固定V形块的设计
沿x方向的固定V形块限制x、y方向的平动。由于V形块具有良好的对中性,可使连杆小头孔加工后的位置不受连杆毛坯精度的影响,而处于毛坯外缘的对称平面内。根据连杆小头的尺寸选择固定V形块,具体参见参考文献[3]。
4.2 定位板的设计
由于连杆的大、小头厚度不相等,有一个6.5 mm±0.2 mm的厚度差,所以不能直接做定位面。现有两种定位方式:①直接在夹具座上加工一个高度差6.5 mm±0.2 mm的凸台定位;②夹具座上的凸台高度相同,在夹具座上装两个高度差6.5 mm±0.2 mm的圆柱垫板。
直接采用夹具座定位虽然比较容易,但夹具座的材料是铸铁,很容易磨损且高度不一样也不容易加工,所以采用方案②。另外,在连杆和连杆盖装配之后,为使连杆体与连杆盖的两端面在同一平面内,还要增设一道磨大头面的工序,所以由于工艺需要在磨连杆大、小头时高度差增加0.1mm,为6.6mm。
4.3 定位销的设计
由于钻、扩、铰连杆小头孔时存在一定的钻屑旋转力,为了使定位更可靠,需要限制一个旋转的自由度,所以在连杆大头内孔处增加一定位销。定位销本可以限制两个自由度,但连杆体与连杆盖是分开的,大头只有一半,所以只限制一个自由度。
4.4 工件夹紧装置的设计
(1)根据定位夹紧方案可初步选用M20的球头厚螺母,在连杆大头孔的上端面通过压板夹紧工件,这样切削力方向与夹紧力方向一致,可减少夹紧力,同时,夹紧力方向指向定位面,使定位可靠[4]。
(2)由于生产批量属于中批生产,加工量较多,所以夹紧方式应简单方便一点。连杆夹紧机构示意图见图3,采用气缸或液压缸夹紧,通过压紧螺钉推动楔形压杆,楔形压杆在导套内做前后移动,向下压拉杆,拉杆向下移动带动压板压紧工件;当气缸或液缸回油时压杆靠弹簧回到原处,松开工件。
1-连杆;2-平垫圈;3,6-六角螺母;4-六角头螺栓;5-压板;7-带肩六角螺母;8-拉杆;9-定位套筒;10-定位衬套;11-开槽圆柱头螺钉;12-弹簧;13-圆柱销;14-滚轮;15-内六角圆柱头螺钉;16-导套;17-导杆
4.5 液压系统设计
工件在夹紧时需要一个具有低于系统压力调定值的稳定的工作压力,所以在回路上串接一个减压阀。此外为了防止进给系统压力下降引起夹紧压力的变化,在减压阀后再串接一个单向阀作保压作用。
夹紧回路仅有松开、夹紧两种工作状态,故可以用二位四通电磁阀;为使夹紧安全可靠,油路应采用失电夹紧或采用带机械定位的电磁换向阀。液压系统图见图4。
1-油箱;2-滤油器;3-叶片泵;4-减压阀;5-单向阀;6-二位四通电磁阀;7-单向节流阀;8-液压缸
5结束语
本文在对4E135型柴油机连杆零件加工工艺进行分析的情况下,得出了结构简单、装夹方便、生产成本低的零件夹具设计方案。本方案的突出特点是利用气动或液动夹紧,减轻了劳动强度,提高了生产效率。
参考文献
[1]周宏铺.机械制造技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M].北京:机械工业出版社,1998.
[3]刘文剑,曹天河.夹具工程师手册[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1987.
柴油机连杆锻造切冲校复合模设计 篇3
关键词 连杆;变形;切冲校复合模
中图分类号 TG315 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0097-01
0 前言
锻件在锻造成型后的切边、冲孔变形是影响锻件质量的一个重要原因。对于体盖整体锻造的连杆毛坯,切边和冲孔导致的变形主要有以下两种:一是因为切边造成的连杆盖螺栓孔处的拉切变形,该处的变形会使连杆加工后螺栓孔的壁厚不均匀,影响连杆质量,严重的会造成连杆的报废。二是因冲孔造成的孔部变形,该处的变形会使连杆加工后大头孔壁厚不均,还因变形使加工量不均匀,对加工过程也会产生一定影响。为了提高连杆毛坯的质量,必须解决上述问题。
如何解决切边、冲孔的变形问题呢?经了解,现在大部分的厂家采取切边、冲孔后校正的方式。就我厂来说,也是采用切边、冲孔后校正,或切边后冲孔校正复合的方式。根据多年的生产经验,采用上述方式并不是非常理想。原因如下:一是采用校正的方式不能使变形完全恢复,只是使连杆毛坯加工后尽量减少废品出现。二是对校正模的要求很高,校正模稍有变形就会导致废品产生。后来根据变形的方向和部位,采用对锻模的相关部位进行修磨,增加锻件在这部分的材料,变形后仍能保证加工量的方式,可有效提高校正模的使用寿命,降低废品率。但是这会增加很大的工作量,并且因为变形程度受切边、冲孔时的温度和锻模的使用状态等影响,波动很大,修磨量难以掌握。
为彻底解决切边冲孔的变形问题,决定进行切边、冲孔、校正复合模的设计开发,以提高锻件质量,降低制造成本。现以R系列连杆为例,对切冲校复合模的设计进行分析和说明。
1 切、冲、校复合模的设计原理
根据大量的实際经验得出,锻件在锻造过程中,除锻打时因锻件出模困难造成弯曲变形外,在锻造过程中一般不会出现变形的情况。也就是说,大部分的变形是因为在切边、冲孔过程中,受到切边、冲孔剪切力影响产生的变形。可以设想如能在切边、冲孔的过程中,不仅消除在锻造过程中产生的弯曲变形,还使锻件不再产生变形,也就不需要校正,从而达到了校正的目的。根据经验及相关资料,我们认为,只要在切边、冲孔过程中给锻件一定的压紧力,可消除切边、冲孔过程中的剪切力影响,从而使锻件不产生变形或变形程度控制在要求的范围内,达到校正后的效果。根据这一原理,进行了切冲校复合模的设计。
2 切冲校复合模的设计
2.1 设计计算
根据有关资料,经计算得出,该连杆所需的切边力为120.4吨,冲孔力为19.6吨,该连杆生产线所配的切边设备为250吨曲柄压力机,因此设备能力足够。
2.2 压紧力的选择
选择合适的压紧力是切、冲、校复合模设计成功与否的关键。在查阅大量的资料后,确定可作为压紧力的装置有两种。
弹簧压紧:根据相关的资料得出,能够满足切、冲、校复合模使用要求的只有喋形弹簧。但是喋簧的伸缩量太小,即使多个叠加也只能达到很小的伸缩量。伸缩量太小会造成下一步设计困难,在制造完成后的生产过程中调整很不方便。
气缸压紧:与碟形弹簧相比,气缸所能提供的压力和伸缩量的选择范围大,使用和调整更加灵活和方便,所以选择气缸作为压紧力的装置。
2.3 气缸形式的选择
在确定使用气缸作为压紧力的装置后,又对气缸的结构形式进行了选择对比:
密闭式气缸:气缸内的气体完全密封,依靠调节气缸内气体的压力来调节气缸的压力。优点:体积小,可提供的压力大。缺点:气缸压力随着压下量的增大而增大,而模具的闭合点被模具包围,从外面观察不到,一旦压下量过大,容易出现事故。因为气缸所受的压力较大,所以要求加工质量高。
一般气缸:在气缸的底部通入压缩空气,在压缩空气压力固定的情况下,只能靠改变气缸活塞的直径改变压力。优点:加工质量相对要求低,提供的压力稳定。缺点:体积大、压力小。
通过对比,尽管密闭式气缸在使用方面优点较多,但是因为该类模具没有设计、制造经验,出于安全方面的考虑,采用一般气缸的结构形式,如果压力方面达不到要求,可以在此基础上改为密闭式。
2.4 气缸设计
考虑到力量平衡,采用左右各一个气缸提供压力。考虑到安装尺寸等原因,确定气缸内径为260mm,行程为50mm,底部通入5Kg/cm2压缩空气,单个气缸可提供压力为2.86吨。
切边凸模、校正下模按切边模热锻件图制造,使锻件在切边和冲孔的过程中完全包含在其中,在气缸的压力下,防止产生变形;切边凹模按照切边模热锻件图制造。考虑到锻模的变形情况,将其设计为分体式,以便于调整;为了方便切边凹模的调整和增加底座的使用寿命,设计了凹模底座;在气缸充气状态下,校正下模与切边凹模基本平齐,以方便在切边前放锻件,并且在切边、冲孔后使锻件容易取出;在校正下模处于最高点和最低点时,气缸的活塞距离缸盖(上)和缸盖(下)有不小于5mm的距离,以保护气缸;为防止校正下模在工作时顶歪,损坏切边凹模,增加了导向柱,使其在和冲孔冲头座共同作用下,使校正下模垂直升降;为防止在特殊情况下气缸的压力不能顶出锻件,增加了拉杆、拉板,以拉出锻件,保护模具;使二个气缸的作用力的中心尽量与锻件切边、冲孔力的中心重合,使其受力平衡。将气缸直接固定在下模座上,方便模具的装卸;将冲孔冲头设计比切边凹模低7mm,以分散切边、冲孔的剪切力。
3 切冲校复合模的验证
在制造完成后,将该模具进行了验证。验证情况如下:
1)能顺利完成切边、冲孔动作,锻件可在气缸压力作用下自动顶出,达到设计要求。
2)因为气缸压力设计偏小,锻件出现轻微变形,但与以前工艺过程(锻件在切边后,进行冲、校)相比,变形程度明显减小,锻件质量有了明显提高,完全满足锻件的要求。在积累一定经验后,可将气缸改为密封式,以增大气缸的压力,使锻件的变形更小,质量更好。
3)与以前的工艺相比,将两道工序合并成一道工序完成,劳动强度降低,可节约人工1人。
4 结束语
切、冲、校复合模设计是在没有相关资料的状态下,独立完成的,试验获得圆满成功,已经应用于批量生产,它可以有效提高锻件质量,降低锻造成本。尤为重要的是,该复合模的成功设计为其他类似产品的工艺开发提供了宝贵的经验,它可以在所有具有切边、冲孔工序的锻件中推广应用,具有非常高的实用价值。
参考文献
[1]锻模设计手册.
[2]机械设计手册.
作者简介
对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇4
论文题目：运用Pro/E对活塞连杆机构进行
运动学分析姓 名：** 学 号：********* 院 系：机电工程学院 专 业：机械制造及自动化
班 级：机自一班 指导老师：***
完成时间：2012年*月*日
目录
内容摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 关键字„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Key words „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1选题的依据及其意义
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2国内外研究现状及发展趋势 „„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3课题内容
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.机构简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1活塞连杆机构的基本构造
„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.pro/e装配与运动仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.1 Pro/E简介 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2装配 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3运动仿真及分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
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内容摘要:活塞连杆是机械行业中常见的曲柄滑块机构，应用该机构最典型的实例就是发动机气缸，它可以将燃气能源转换为机械动能，它的作用是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。广泛应用到动力机械的动力源，如汽车、轮船、飞机等。本次设计是通过这些特点对活塞连杆进行Pro/E三维建模，并对模型进行整体装配，并完成传动部分的运动仿真，并对其进行运动分析。
关键词:活塞连杆机构、三维建模、装配、运动学分析
Abstract:The piston rod is in the machinery industry common crank slider mechanism.the device Application of the most typical examples is engine cylinder.It can be a gas energy is converted to mechanical energy.It is the role to bear gas pressure.and the force transmitted to the connecting rod by the piston pin to drive the rotation of the crankshaft.Widely applied to mechanical power source, such as automobiles, ships, aircraft and other.This design is through these features of piston rod for Pro/E three-dimensional modeling.the whole assembly model.then the completion of the transmission part of the motion simulation.and its motion analysis.Key words : Piston connecting rod mechanism、Three dimensional modeling、Assembly、Kinematic analysis、机电工程学院
1．绪论
1.1选题的依据及其意义
在产品的开发过程中,有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能，甚至维护性能等等许多问题都需要在开发过程的前期解决。一般，人们借助理论分析、CAD和各种比例的实物模型，或参考前期产品的开发经验来解决有关新产品开发的各种问题。由于有关装配、操作和维修的问题往往只会在产品的后期或在最终产品试车过程中、甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来，尤其是有关维修的问题往往是在产品已经售出很长时间以后才被发现。为了解决这些问题，有事产品就不得不返回设计构造阶段以便进行必要的设计变更。这样的产品开发程序不但效率低、耗时，费用也高。
为了解决这些问题，虚拟仿真技术应运而生。仿真技术是利用计算机技术对所要进行的生产和制造活动进行全面的建模和仿真，包括产品的设计、加工、装配、各参数的设计改进等等。在产品的设计阶段就实时地模拟出产品的形状和工作状况、制造过程、检查产品的可制造性和设计合理性，以便及时修改设计，更有效地灵活组织生产，缩短产品研制周期，获得最好的产品质量和效益。
在Pro/E环境下，对活塞连杆机构建立了精确的参数化模型。通过定义各种约束，在装配模块中确定了原动件与从动件的关系。并使用机构运动分析模块，通过定义机构的连接与伺服电机，实现了活塞的运动过程仿真。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装配虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖，可以有效地提高产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能够及时地发现设计中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配、运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次建模与运动仿真分析实现了活塞摇杆的电子样机设计，对现实发动机制造过程有一定的指导意义。
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1.2国内外研究现状及发展趋势
当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。九十年代以来，随着以计算机技术为主的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大，加快市场竞争日趋激烈，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，为了缩短产品的设计周期、提高生产的质量、降低生产成本，就需要在产品的设计阶段进行预测。计算机辅助设计，将难以用语言表达的复杂的机械结构，应用多媒体技术以多样化的方式表现的屏幕上，达到了以直观和形象的形式学习机械设计知识的目的。九十年代后随着CAD技术的发展，其系统性能提高，价格降低，pro/e开始在设计领域全面普及，成为必不可少设计工具，pro/e之所以在短短的时间内发展如此迅速，是因为它是人类在二十世纪取得的重大科技成就之一，它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度。应用pro/e技术业进行产品设计，能使设计、生产维修工作快速成而高效地进行，所带来的经济效益是十分明显的。Pro/e技术的发展与应用水平已成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，pro/e技术已经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用pro/e技术的研究和开发工作起步相当较晚，自八十年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后pro/e也有了应用，国家逐步认识到开展pro/e应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广pro/e技术，同时展开pro/e技术的不断研究，开发与广泛应用，对pro/e技术提出越来越高的要求，因此pro/e从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化和标准化,也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。
1.3课题内容
本课题是利用Pro/E软件的仿真功能对活塞的运动过程进行动画模拟，并对活塞、连杆等进行一些简单的数据分析及计算，以确定设计的合理性，可行性，最终完成设计。
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该设计具体研究方法及主要内容是使用Pro/E软件仿照发动机气缸活塞连杆机构，绘制出活塞、摇杆、及其他零部件实体图。绘制好活塞连杆机构后，然后对设计进行仿真，包括运动干涉检测、活塞运动轨迹、速度及加速度的检测。
2.机构简介
2.1活塞连杆机构的基本构造
活塞连杆组是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销及连杆等组成活塞连杆组把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力；活塞的顶部还与汽缸盖、汽缸比共同组成燃烧室。
2.2工作原理
活塞的顶部直接与高温燃气接触，活塞的温度也很高，高温使活塞的机械性能下降，热膨胀量增加；活塞在作功行程中，承受燃气的高压冲击（3~5mP），活塞在汽缸中高速运动，平均速度达到8~12m/s，要求活塞质量小，热膨胀系数小，导热性好和耐磨。一般采用铝合金，个别柴油机也采用高级铸铁或耐热钢。
3.Pro/E的装配与运动仿真
3.1Pro/E简介
Pro-E是Pro/Engineer的简称，更常用的简称是ProE或Pro/E，Pro/E是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。pro-e作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
(1).参数化设计
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相对于产品而言，可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。
(2).基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 系列化快餐托盘设计[1]腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活，特别是在设计系列化产品上更是有得天独到的优势。
(3).单一数据库
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
(4).直观装配管理
Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“贴合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
(5).易于使用
菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
3.2装配
(1)组装活塞
选择菜单栏的【文件】→【设置工作目录】,系统弹出“选取工作目录”对话框，选择活塞零件图所在文件夹，单击【确定】按钮，完成工作目录的设置。
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选择菜单栏的【文件】→【新建命令】，系统弹出【新建】对话框，点选【组件】，取消【使用缺省模版】的选择，单击【确定】按钮，系统弹出新文件选项对话框，如图
单击【确定】按钮，选择mmns-asm-design,单击【确定】，进入装配设计模块。
(2).创建骨架模块
单击【创建按钮】，系统弹出元件创建对话框，如图1.2
在“元件创建”对话框中，单选【骨架模型】，单击【确定】，系统弹出“创建”选项，单击【空】，单击【确定】，进入元件创建。
单击工具栏【轴】按钮，系统弹出“基准轴”对话框，如图1.3。双选FRONT.RIGHT两个基准面作为参照面，所创建的基准轴穿过两个参照面，单击【确定】，创建基准轴完成。
(3).装配活塞
选择菜单栏的【窗口】→【激活】，激活现在装配模块。
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单击工具栏【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt001,单击【打开】，就将活塞添加到当前模块了.在【将约束转化为机构连接】框中选择“滑动杆”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择上面创建的基准轴和活塞垂直轴线，单击【旋转】，选取活塞的DTM1基准面和组件的RIGHT基准面。
在【放置】的【状态】的“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.6
(4).装配底座
单击【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt006，单击【打开】，底座就添加在组件模块中了。
选择【将约束转化为机构连接】中的“用户定义”，单击【放置】，在3D模型中选择底座的基准面和组件的基准面，然后在将其他两个基准面进行约束。
在【状态】框中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.7
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(5).装配输出轴
单击【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt0005，单击【打开】，轴就添加在组件模块中了。
选择【将约束转化为机构连接】中的“销钉”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择底座轴线和输出轴的轴线，单击【平移】，在3D模型中选择曲柄的侧面和底座的内侧面。
在【状态】框中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1
(6).装配连杆
单击【装配】，系统弹出“打开”，选择元件prt0004.单击【打开】，连杆就添加在组件模块中了。
选中【将约束转化为机构连接】中的“销钉”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择输出轴的轴线和连杆空轴线，单击【平移】，在3D模型中选择输出轴曲柄侧面和连杆外侧面。
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单击【放置】→【新建集】，即创建了一个新的连接。
选择【将约束转化为机构连接】中的销钉，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择活塞孔的轴线和连杆孔的轴线，单击【平移】，在3D模型中选择活塞内侧面和连杆外侧面。
在【状态】中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.10
装配完成。
3.3 运动仿真及分析
运动分析对活塞连杆机构进行运动仿真,可以进一步分析其运动是否合理,结构是否发生运动干涉等信息.(1).添加伺服电机
选择菜单栏的【应用程序】→【机构】，系统进入机构平台。单击【伺服电动机】，系统弹出“伺服电动机”对话框，如图2.1.点选【从动图元】的【运动轴】，单击【选取】，选取旋转轴。如图2.2
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在伺服电动机定义中，单击【轮廓】，选择【规范】中的“速度”，选择【模】中的“常数”，在【A】框中输入50，单击【确定】。完成伺服电动机的创建。
注：速度为50mm/s。(2).自由度分析
单击【机构分析】，系统弹出“分析定义”对话框，如图2.3.选择【类型】中的“力平衡”，单击自由度中的【DOF】右边的按钮，在文本框中显示的数即为自由度。如果没有伺服电动机，自由度则为1.注：一个自由度的机构，只需要一个伺服电动机就能驱动它。
(3).动画
单击【机构分析】，系统弹出“分析定义”对话框，选择【类型】中的“运动学”，在【终止时间】框中输入50.注：给定时间为50秒。
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单击【运行】，模型就开始运动。如下图：
注：生成的视频文件截图
(4).运动包络
单击【回放】，系统弹出“回放”对话框。单击【创建运动包络】，系统弹出“创建运动包络”对话框，单击【读取元件】中的【选取】，在3D模型中选择连杆，单击【预览】。如图2.4
注:连杆的运动轨迹
(5).分析测量结果
单击【测量】，系统弹出“测量结果”对话框，单击【创建新测量】，系统 11
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弹出“测量定义”对话框。
在“测量定义”对话框中，选择【类型】中的“位置”，单击【点或运动轴】中的【选取】，在3d模型中选择活塞的孔轴线，如图2.6
在“测量定义”对话中【测量】中的“measure1”,选中【结果集】中“analysisdefinition3”选项，单击【检测选定结果集所选测量的图形】，系统弹出图形工具对话框。如图框中，单击【确定】，返回“测量结果”对话框
点“测量” 即生成位移曲线。同时可生成速度和加速度曲线。如图1、2、3 12
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图1 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞位移
分析： 该图为活塞位移曲线图。活塞顶端为零点，以-90处为中心点，活塞从初始值为-86.9928处开始运动做往复运动，经过50秒在-93.0072处结束运动。可以看出，活塞的总位移成余弦规律，位移图比较平稳。
图2 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞速度
分析： 该图为活塞速度曲线图。活塞由最下端以速度为13.0607mm/s开始向上做减速运动，后由0开始做加速运动，由此反复运动，50秒后到最下端结束运动。可以看出，活塞的速度曲线成余弦规律，具有周期性变化规律。
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图3 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞加速度
分析： 该图为活塞加速度曲线图。加速度代表活塞的速度快慢的变化.它是速度的导数，因此权限与速度曲线的变化规律基本一致，可以看出,活塞的加速度曲线成正弦规律.仍然具有周期性变化规律。
.注：位移、速度、加速度合图。
分析：由活塞位移、速度和加速度对应曲线可以得出结论：位移达到峰值的时候，加速度也达到了反向的峰值，这时候速度刚好为零。
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参考文献：
【1】 乔建军,proe 5.0动力学与有限元分析从入门到精通,机械工业出版社,2010,340～357.【2】肖继德、陈宁宁，机床夹具，机械工业出版社，2011,5～13 【3】刘建华、杜鑫,机械设计基础,北京交通大学出版社,2010,14～38.【4】魏增菊、李莉,机械制图,科学出版社,2007 【5】林清安,proe机构设计，2004 【6】孙印杰,proe基础与实例教程,北京电子工业出版社,2008 【7】孙恒，机械原理，高等教育出版社，2003 【8】施平，机械工程专业英语，哈尔滨工业大学出版社，2011 【9】孙印杰等，野火中文版Pro/ENGINEER Widfire基础与实例教程【M】，北京，电子工业出版社，2004.机电工程学院
致谢：
柴油机连杆毕业设计 篇5
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课 程 设 计
课程名称：机械制造技术及装备课程设计 设计课题：小连杆机械加工工艺规程设计
专业：机械工程
班级： 0513107
姓名： 朱闫
学号： 051310732
评分：
指导老师：（签字）
2016年 6 月 20日
绪论
机械制造业是一个古老而永远充满生命力的行业“机械制造工艺”和“机床夹具设计”课程设计是机械类专业学生的重要实践性环节之一。这次设计是我们在学习完了大学的全部基础和专业课程之后进行的。这是我们在走入社会走上工作岗位之前对所学的课程的一次深入的综合性的复习。是一次理论联系实际的训练，也是我们大学的全部所学的考察。
就个人而言，我希望通过这次课程设计对自己将来从事的工作进行一次适应性的训练。从中锻炼自己处理生产工艺问题的能力。掌握机械加工工艺规程设计和机床夹具设计的方法。从而进一步巩固有关的理论知识，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。当然无法期望通过一次课程设计就成为合格的工程师。但起码可以籍此领略机械工程专业的大概，为今后参加工作打好基础。由于能力有限。设计尚有许多不足之处，请各位评申老师给予指正。
目录
第1章零件工艺的分析
1.1零件的分析-----1 1.1.1零件作用的分析------------------------------1 1.1.2零件的工艺性分析----------------------------1 1.2工艺规程设计----2 第2章拟定零件加工的工艺路线
2.1定位基准的选择---2
2.1.1粗基准的选择--2 2.1.2精基准的选择--3 2.2制定工艺路线-----4 第3章机械加工余量及工序尺寸的确定
3.1确定毛胚的尺寸---4 3.2 铣端面---------6 3.3 钻ф7.94mm孔---6 3.4 钻倒角----------7
3.5钻φ3.15mm孔---7 3.6 钻φ3.7孔-------7 3.7 铣1mm槽-------8 3.8攻螺纹-----------8 3.9钻φ2.5mm孔-----9 3.10 工时定额-------9
第4章
夹具设计
4.1专用钻床夹具设计----------------------------18 4.1.1 定位方案---18 4.1.2 夹紧机构---18
结论----------------19 参考文献----------21
第1章零件工艺的分析
1.1零件的分析
图1 1.1.1零件作用的分析
题目所给的零件典型零件的一种—连杆。连杆在机械运动中起着传递动力和连接运动的重要作用。其在各类机械中都有着广泛的应用，如；车辆的转向连接处、起重机的推杆等等，而且他还可以承受一定的拉力，具有良好的平均载荷的能力。连杆的截面积很小，但是，却可以传递很大的力，且加
工简单，因此，在传递动力的场合大多选用连杆
1.1.2零件的工艺性分析
连杆结构总共有两类加工表面。现分述如下； 1.两连杆接头处的平面，即图中尺寸8和尺寸14两个厚度以及期间的距离1100.15.都是在加工两端面的过程中要考虑到的。其中尺寸线都出自小端的一边可以将该面作为端面加工的基准从而对与其相联系的相关尺寸进行控制及验收。
0.0162两个主要受力面即两个∮7.940的孔，两个孔是本零件的关键尺寸，和其位置尺寸39.35±0.1需首要保证的。以它们为基准加工其他部分才能保证本件的正确性。再就是三个润滑孔Ф
1、Φ2.5、Φ3.7和M3.5×3.5-H。由以上分析知道,对于这两组加工面而言,可以先半精加工其中两个Φ0.0167.940的面,找到该零件的精基准,然后借助于专用的夹具加工另一组表面,和打润滑孔,从而保证它们之间的位置精度要求。
3两个φ7.94mm 孔的孔面平行度应为 100:0.1;φ7.94mm 孔与外圆之间的同轴度为 0.006mm。
1.2工艺规程设计
确定毛坯的制造形式，零件材料为45钢,零件为连杆用来承受一定的拉压力并且受变换的载荷,再者考虑其生产纲领为大批量生产。而且它，的内外形状亦非太复杂,而且外型尺
寸不大。故选用金属型浇注成型,其大体形状铸出。
第2章拟定零件加工的工艺路线
2.1定位基准的选择
2.1.1粗基准的选择
粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面的相互位置精度.以及加工表面的余量分配。选择粗基准时必须注意以下几个问题
① 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置精度要求应以不加工表面作为粗基准。如果工件上由很多不需加工的表面则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。
② 必须首先保证工件上的某种要表面的加工余量均匀则应选择该表面作为粗基准。
③ 选作粗基准的表面应尽量平整光洁不应有飞边、浇口、冒口等缺陷。
④ 粗基准一般只能使用一次。
按照粗基准的选择原则,为保证不加工表面的和加工表面的位置要求,应选择不加工表面为粗基准,故此处选择杆壁左侧(无凸出)为第一毛基准;在加工φ7.94mm 孔时,为保证孔壁均
匀,选择φ12mm 的外圆表面为第二毛基准。
2.1.2精基准的选择
精基准的选择应重保证零件的加工精度,特别是加工表面的相互位置精度来考虑,同时也要考虑到装夹方便,夹具结构方便。选择精基准应遵循下列原则;
①“基准重合”原则：即应尽可能选用设计基准作为精基准。这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。
②“基准统一”原则：即应尽可能选择加工工件的多个表面时都能使用的一组定位基准作为精基准。这样就便于保证各加工表面的相互位置精度避免基准变换说产生的误差并能简化夹具的设计制造。
③“互为基准”原则：当两个表面相互位置精度以及他们自身的尺寸与形状精度都要求很高时。可以采取互为基准的原则，反复多次进行加工。
④“自为基准”原则：有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀,再加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准,而该表面与其他表面之间的位置精度则有先行工序保证。
综上所述,在φ7.94 mm 两孔加工以后,各工序则以该孔为定位精基准.这样就满足了基准重合的 原则和互为基准的原则.在加工某些表面时,可能会出现基准不重合,这时需要进行尺寸链的换算。
2.2制定工艺路线
由于大批大量的生产，故采用专用的夹具及尽量使工序集中来提高生产率，以降低成本。
工序1：下料 工序2：铸造 工序3：调制 工序4：磁性探伤
工序5：同时粗铣2-ф12mm的一端面 工序6：同时粗铣2-ф12mm的另一端面
工序7：精铣小头ф10mm的一端面至Ra20μm，大头ф10mm的一端面至Ra2.5μm 工序8：精铣小头ф10mm的一端面至Ra2.5μm，大头ф10mm的一端面至Ra20μm 工序9：钻、扩、铰ф7.94孔至ф7.94～7.956mm、Ra12.5μm 工序10：钻、扩、铰另一个ф7.94孔至ф7.94～7.956mm、Ra12.5μm 工序11：倒角至0.5mm、Ra10μm 工序12：钻ф3.15mm孔，扩孔至ф3.7mm 工序13：铣1mm槽 工序14：加工螺纹M3.5mm 工序15：钻ф2.5mm孔
工序16：清洗 工序17：检验、入库
机械加工工艺卡片见附录。
第3章机械加工余量及工序尺寸的确定 3.1确定毛胚的尺寸
此小连杆材料为 45钢。毛坯铸出后应进行调质，消除应力。查机械加工工艺手册确定铸件主要尺寸的公差,调整过后的零件毛胚图如下：
图2 零件的毛胚图
3.2 铣端面
端面由粗铣、精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀的规格为φ80*12(齿数为10)。由《机械加工工艺手册》查得精加工余量为0.5mm，粗加工余量为2.5mm。取粗铣的每齿进给量为0.2mm/z，取精铣的每转进给量为0.5mm/r，粗铣走刀一次αe=2.5mm，精铣走刀一次αe=0.5mm。取粗、精铣的主轴转速分别为235r/min和475r/min，又由前面选定的刀具直径φ80mm，故相应的切削速度分别为：
υ粗=πDn/1000=π*80*235/1000m/min=59.06 m/min υ精=πDn/1000=π*80*475/1000m/min=119.38 m/min 3.3 钻ф7.94mm孔
由钻扩铰加工完成，采用高速钢钻头，直径分别为φ7.5mm，φ7.94mm，尺寸8mm由钻模保证。钻孔：查文献（1）表5-21得进给量f=0.20mm/r,切削速度为20m/min。
转速n=1000v/πD=1000*20/π*7.5=848.83r/min 钻床为Z5025,九级主轴转速：250，300，420，620，740，850，1400，1800，2600。因此由机床选取实际转速为850r/min
实际切削速度为v=πDn/1000=π*7.5*850/1000=20.03m/min 扩孔：同上得f=0.20mm/r，n=850r/min v=πDn/1000=π*7.94*850/1000=21.20m/min 3.4 钻倒角
f,n与钻ф7.94mm孔相同
v=πDn/1000=π*8.5*850/1000=22.70m/min 3.5钻φ3.15mm孔
钻削加工，采用直径φ3.15mm高速钢钻头，尺寸8mm由钻模保证。查文献（1）表5-21，由工件材料为45钢，碳含量约为0.42%~0.50%，得进给量f=0.13mm/r,切削速度为20m/min。转速n=1000v/πD=1000*20/π*3.17=2021r/min 由机床选取实际转速为1880r/min 实际切削速度为：
v=πDn/1000=π*3.15*1880/1000=18.60m/min 3.6 钻φ3.7孔
钻削加工，采用直径φ3.7mm高速钢钻头，尺寸8mm由钻模保证。查文献（1）表5-21，由工件材料为45钢，碳含量约为0.42%~0.50%，得进给量f=0.13mm/r,切削速度为20m/min。
转速n=1000v/πD=1000*20/π*3.7=1721r/min 由机床选取实际转速为1880r/min 实际切削速度为：
v=πDn/1000=π*3.7*1880/1000=21.85m/min 3.7 铣1mm槽
1mm的槽面可用盘铣刀加工，铣刀规格为φ80*10。取每齿进给量为0.1mm/z，αp=1mm，αe=1mm；取主轴转速为375r/min，则相应的切削速度为：
υ=πDn/1000=π*80*375/1000m/min=94.25m/min 3.8攻螺纹
采用φ3.5mm精度6h的高速钢机动丝锥加工，尺寸8mm由钻模保证。由文献（1）表5-37，切削速度v=5~10m/min 由表5-38：选用精度高的高速钢机动丝锥，另v=9m/min,底孔为φ3.15mm，背吃刀量a =3.5-3.15=0.35mm,进给量即螺距，f=0.35mm/r.主轴转速n=1000v/πD=1000*9/π*3.5=812r/min 由机床选取实际转速为850r/min 实际切削速度为：
v=πDn/1000=π*3.5*850/1000=9.35m/min
3.9钻φ2.5mm孔
钻削加工，采用直径φ2.5mm高速钢钻头，尺寸8mm由钻模保证。查文献（1）表5-21，由工件材料为45钢，碳含量约为0.42%~0.50%，得进给量f=0.08mm/r,切削速度为20m/min。转速n=1000v/πD=1000*20/π*2.5=2546r/min 由机床选取实际转速为2600r/min 实际切削速度为：
v=πDn/1000=π*2.5*2600/1000=20.42m/min
3.10 工时定额 3.10.1铣削
3.10.1.1粗铣端面
A.机动时间
由文献<1>表5-43得铣削的计算公式为 T=(L+L1+L2)*i/fMz L1=【αe（D-αe）】0.5+（1~3）,L2=2~5,L为铣削长度 fMz为工作台的水平进给量 fMz=nf,i铣削次数
D=80mm,αe =2.5mm,αp=10mm,n=235r/min,f=2mm/r，i=1;取L1+L2=17mm
Tb =(10+17)*1/（2*235）=0.06min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降铣刀 0.015min 对刀 0.02min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min 装卸工件 1min 所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.02+0.04+0.1+1）min=1.21min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.06+1.21）min=1.27min D.常量工作场地时间Ts取α=3%,则 Ts= TBα=1.27*3% min =0.038min E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=1.27*3% min =0.038min F.单件时间
Tp=2*（Tb+Tα+ Ts+ Tr）=2*（0.06+1.21+0.038+0.038）min=2.69min 3.10.1.2 精铣端面
D=80mm, αe =0.5mm,αp=10mm，n=475r/min,f=0.5mm/r,i=1;
取L1+L2=12mm 同理
Tb =(10+12)*1/（0.5*475）=0.09min Tα=1.21min TB=0.09+1.21=1.3min Ts=1.3*3%=0.039min Tr=1.3*3%=0.039min Tp=2*（Tb+Tα+ Ts+ Tr）=2*（0.09+1.21+0.039+0.039）min=2.76min 3.10.1.3 铣1mm槽
D=80mm, αe=1mm, αp=1mm,n=375r/min,f=1mm/r,i=5 由文献<1>表5-44 L1+L2=11mm Tb=(10+11)*5/(1*375)=0.27min Tα=1.21min TB=0.27+1.21=1.48min Ts=1.48*3%=0.044min Tr=1.48*3%=0.044min Tp= Tb+Tα+ Ts+ Tr=0.27+1.21+0.044+0.044）min=1.57min
3.10.2 钻削
3.10.2.1钻ф7.94mm孔
钻孔： A.机动时间
由文献<1>表5-43得钻削的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn L1=(1/2)Dcotk +（1~2）,L2=0 D=7.5mm, k =15°,f=0.2mm/r，L=8mm;Tb =(8+(1/2)7.5cot15°+1)/（0.2*850）=0.14min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 装工件 0.5min 所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.5）min=0.55min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.14+0.55）min=0.69min 扩孔： A.机动时间
由文献<1>表5-43得扩孔的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn L1=(1/2)*（D-d)cotk +（1~2）
D=7.94mm, k =15°,f=0.2mm/r，L=8mm,a =(7.94-7.5)/2=0.005mm,查表得L2=3mm;Tb =(8+(1/2)*（7.94-7.5）cot15°+1)/（0.2*850）=0.07min B.辅助时间同上 C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.07+0.55）min=0.62min 铰孔： A.机动时间
由文献<1>表5-43得绞孔的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn f=0.2mm/r，L=8mm,a =(0.016)/2=0.008m,查表得L1=0.1mm,L2=11mm;Tb =(8+0.1+11)/（0.2*850）=0.11min B.辅助时间同上 C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.11+0.55）min=0.66min 总的：
D.常量工作场地时间Ts取α=3% Ts= TBα=0.69*3% min
E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=0.69*3% min F.单件时间
Tp=（1+6%）*（0.69+0.62+0.66）min=2.24min
3.10.2.2 钻φ3.15mm底孔
A.机动时间
由文献<1>表5-43得铣削的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn L1=(1/2)Dcotk +（1~2）,L2=0 D=3.15mm, k =15°,f=0.13mm/r，L=14.2mm;Tb =(14.2+(1/2)3.15cot15°+1)/（0.13*1880）=0.09min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 装工件 0.5min 所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.5）min=0.55min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.09+0.55）min=0.64min
D.常量工作场地时间Ts取α=3%,则 Ts= TBα=0.64*3% min E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=0.64*3% min F.单件时间
Tp=(1+6%)*（0.64）min=0.68min
3.10.2.3 钻φ3.7mm孔
A.机动时间
由文献<1>表5-43得铣削的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn L1=(1/2)Dcotk +（1~2）,L2=0 D=3.7mm, k =15°,f=0.13mm/r，L=4mm;Tb =(4+(1/2)3.7cot15°+1)/（0.13*1880）=0.04min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清理铁屑0.04min 卡尺测量0.10min 卸工件 0.5min
所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+0.5）min=0.69min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.04+0.69）min=0.73min D.常量工作场地时间Ts取α=3%,则 Ts= TBα=0.73*3% min E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=0.73*3% min F.单件时间
Tp=(1+6%)*（0.73）min=0.77min
3.10.2.4 攻螺纹
A.机动时间
由文献<1>表5-43得铣削的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn+(L+L1+L2)/fn L1=（1~3）p,L2=(2~3)p L1=2p=0.7mm,L2=2p=0.7mm,f=0.35mm/r，n= n =850r/min,L=10.5mm;Tb =2*(10.5+0.7+0.7)/（0.35*850）=0.08min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min
主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min 装卸工件 1min 所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min1.19min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.08+1.19）min=1.27min D.常量工作场地时间Ts取α=3%,则 Ts= TBα=1.27*3% min E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=1.27*3% min F.单件时间
Tp=(1+6%)*（1.27）min=1.28min
3.10.2.5 钻φ2.5mm孔
A.机动时间
由文献<1>表5-43得铣削的计算公式为 T=(L+L1+L2)/fn L1=(1/2)Dcotk +（1~2）,L2=0 D=2.5mm, k =15°,f=0.08mm/r，L=2.1mm;
Tb =(2.1+(1/2)2.5cot15°+1)/（0.08*2600）=0.04min B.辅助时间由文献<1>确定 开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min 装卸工件 1min 所以辅助时间
Tα=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min1.19min C.作业时间
TB= Tb+ Tα=（0.04+1.19）min1.23min D.常量工作场地时间Ts取α=3%,则 Ts= TBα=1.23*3% min E.休息与生理需要时间Tr取β=3%,则 Tr=TBβ=1.23*3% min F.单件时间
Tp=(1+6%)*（1.23）min=1.30min 第4章
夹具设计
从前述的基准选择的分析及制定的工艺规程和工序卡。现选 择工序5工序9和工序10工序13来设计对应的专用夹具。
我的夹具是工序9的。
4.1专用钻床夹具设计
4.1.1 定位方案
由于工件被加工孔的轴线对两端面没有严格的垂直度要求, 为了简化夹具结构,采用大端台阶端面作为主要定位基准,在小端端面采用辅助支承，以此限制三个自由度;另选择工件外形两端圆弧在活动V形块和固定V形块之间定位。活动V形块限制一个自由度,固定V形块限制两个自由度.实现工件正确定位.对于两个加工孔φ7.94 而言,固定 V 形块,活动 V 形块定位基准都与工序基准重合,定 位误差Δdw(2-φ7.94)=0 由上述分析可知,该定位方案合理,可行.4.1.2 夹紧机构
针对大量生产的工艺特性,此夹具利用固定手柄压紧螺钉和活动V形块的一套夹紧机构把工件夹紧.本夹具结构简单,操作方便,适用于大量生产小型连杆类零件
结论
为期两个星期的课程设计结束了，在本次设计中，我查了大量的资料，在网上也搜索了很多相关的典型零件的工艺规程等内容，在我设计困难的时候，我得到了我的指导老师
和多位同学的指导和帮助，同学们也给了我很大的支持和启发，因此，我的设计与老师同学的帮助是分不开的，在这里，我对帮助过我顺利完成课程设计的老师和同学表示真挚的感谢。我的课题题目是，小连杆的工艺规程，这是我第一次全方位的对所学科目的运用，从中发现了很多以前没有注意到的问题，也学到了很多的处理生产问题的技巧和方法，我觉得本次课程设计对我而言非常重要。既是对我大学三年的学习总结，也是为以后在工厂工作打下基础。在本次设计中，在老师的指导下，我完成了本次设计，学习了新的知识，很感谢学校为我创造这个学习设计的机会。本次设计中，我查阅了大量的书籍，在此：对所有机械书籍的作者表示感谢。没有他们的辛勤劳动，不可能完成我的课程设计。由于我的知识有限，而且设计中实际生产的知识，因此，有很多缺点和错误，希望答辩时专家和老师们能给我指出，对此表示感谢。
在本次课程设计中，我们将设计主要分为两大部分进行，工艺编制部分和夹具设计部分。在工艺部分中我们涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速，和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。其中，工序机床的进给量，主轴转速和切削速度，需要计算并查手册确定。在夹具设计部分，首先需要对工件的定位基准进行确定，然后选择定位元件及工件的夹紧，在对工件夹紧的选择上，我用了两种不同的夹紧方法，即粗铣下平面用的是螺钉压板夹紧机构，粗铣前后端面时用的是气动夹紧机构，两种方法在生产中都有各自的优点和不足但都广泛运用在生产中。然后计算铣削力以及夹紧工件需要的夹紧力，这也是该设计中的重点和难点。通过这次课程设计，我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用也学到了许多上课时没涉及到的知识。尤其在利用手册等方面，对今后毕业出去工作都有很大的帮助。另外，在这次设计当中，指导老师武星老师在大多数时间牺牲自己的宝贵休息时间，对我们进行细心的指导，我对他们表示衷心的感谢，老师，您辛苦了。在这次课程设计中，我基本完成了课程设计的任务，达到了课程设计的目的，但是，我知道自己的设计还有许多不足甚至错误，希望老师们能够谅解谢谢.
参考文献
[1]陈蔚芳、梁睿君 主编 机械制造工艺学课程设计指导书 南京航空航天大学机电学院 2014年1月
[2] 叶文华 陈蔚芳 马万太 主编 机械制造工艺与装备 哈尔滨工业大学出版社 2011年2 月出版
[3]机械夹具设计手册 电子版
[4] 于大国 主编 机械制造技术基础与工艺学课程设计教程 国防工业出版社 2013年6月出版
[5] 任青剑 主编 精密机械制造工艺设计 北京理工大学出版社 2013年4月出版
[6] 刘品 张叶晗 主编 机械精度设计与检测基础 哈尔滨工业大学出版 2013年3月出版
柴油机曲轴的加工工艺毕业设计 篇6
曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。本次采用球墨铸铁QT600-2.设计的主要就是这两方面的在数控机床的加工。集合多种的曲轴加工后，深入分析了曲轴的加工工艺。
关键词：曲轴
主轴劲
连杆劲
数控加工。
一
曲轴的根底信息
1.1曲轴的作用
曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。
曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。
1.2曲轴的结构及其特点
图1-1
曲轴的结构图
曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
主轴颈是曲轴的支承局部，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。
连杆轴颈是曲轴与连杆的连接局部，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接局部，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一局部往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。
曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
1.3曲轴的主要技术要求分析
〔1〕.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，外表粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。
〔2〕.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03～0.08mm。
〔3〕.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。
1.4曲轴的材料和毛坯确实定
曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。
1.5曲轴的机械加工工艺过程
曲轴的尺寸精度、加工外表形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比拟差，容易产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。
曲轴需要加工的外表有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、外圆。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保存工艺搭子前。
根据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。
1.6曲轴机械加工工艺根本路线
（1）
根底锻造
（2）
热处理
（3）
铣两端面
（4）
车两端工艺搭子外圆
（5）
钻主轴颈中心孔
（6）
钻连杆轴颈中心孔
（7）
检验
（8）
粗车连杆轴颈
（9）
精车连杆轴颈
（10）
车工艺搭子两端面
（11）
粗车各处外圆
（12）
精车各处外圆
（13）
检验
（14）
磨削连杆轴颈外圆
（15）
磨削主轴颈
（16）
磨削外圆
（17）
磨削φ20
0
-00.021mm外圆
（18）
检验
（19）
车掉两端工艺搭子
（20）
车两端面
（21）
铣键槽
（22）
倒角
（23）
去毛刺
（24）
最后检验
二
曲轴的机械加工工艺过程分析
2.1曲轴的机械加工工艺特点
三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施
2.2曲轴的机械加工工艺特点分析
〔1〕该零件是多拐小型曲轴，生产批量不大，应选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈比例不再统一圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，到达用中心孔定位的目的。
〔2〕在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工φ32mm、圆周120°均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。
〔3〕该零件刚性较差，应按先粗后精的原那么安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以防止一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。
〔4〕由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保存工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的外表被碰伤。
2.3曲轴主要加工工序分析
〔1〕铣曲轴两端面,钻中心孔
本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，假设端面不平那么中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原那么。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外外表作为基准，因而毛坯外外表质量好坏直接影响孔的位置误差。
〔2〕曲轴主轴颈的车削
由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。
〔3〕曲轴连杆轴颈的车削
主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位〔两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度〕以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在1~1.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。
〔4〕键槽加工
这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。
〔5〕轴颈的磨削
由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，外表粗糙度1.6~0.8μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度外表粗糙度。
在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法根本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈那么以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。
由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15
mm内。
在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为防止曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否那么就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开始使用中心架。
磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准——中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。
三
机械加工余量、工序尺寸及公差确实定
3.1曲轴主要加工外表的工序安排
曲轴的主要加工外表为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工外表为两端面、键槽。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。
连杆各主要外表的工序安排如下：
〔1〕、主轴颈：粗车、精车、磨削；
〔2〕、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；
3.2确定工时定额
粗车七个连杆轴颈至φ。
〔1〕
被吃刀量：取=1mm，〔2〕
进给量f：取。
〔3〕
机床主轴转速:
取n=600r/min
〔4〕
切削速度：
〔5〕
计算切削工时：被切削层长度=3×22=66mm，因为粗车走刀两次，故tm=0.44min
精车三个连杆轴颈至φ24.50-0.033。
〔1〕
被吃刀量：取=0.65mm，〔2〕
进给量f：取f=0.3mm/r
〔3〕
机床主轴转速:
取n=800r/min
〔4〕
切削速度：
〔5〕
计算切削工时：被切削层长度=3×22=66mm，因为粗车走刀两次，故tm=0.55min
四
附录设备刀具
工序号
工序名称
设备名称型号
夹具、刀检具及辅具
005
铣端面
双面铣床
010
划线
可调V型架
015
打中心孔
中心孔钻床
可调中心架
020
粗车法兰外圆
C630
025
粗车主四
C630
030
粗磨主四
MQ8260
P900x38x305A46#P5V
035
车主颈及大小头
S1-206
卡瓦、成型车刀
040
粗磨主颈及小头
MQ8260
砂轮
045
精车大头
CA6140
050
车小头平端面
C3180
锥柄钻花
055
钻大头孔
C3180
锥柄麻花钻
060
铣定位面
065
车外端连颈
S1-217
卡瓦、成型车刀
070
车第二区连颈
S1-217
卡瓦、成型车刀
075
车中心区连颈
S1-217
卡瓦、成型车刀
080
粗磨连颈
MQ8260
三等分夹具、砂轮
085
半精磨小头
MQ8260
090
钻直油孔
Z35A
钻直油孔钻模
095
钻斜油孔
油孔钻床
钻斜油孔钻模
精磨主颈
MQ8260
砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板
精磨法兰
MQ8260
砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板
精磨连颈
MQ8260
砂轮、修整器、中心架、三等分夹具、中心高检具
115
探伤及退磁
JDC-900
120
氮化前抛光
砂纸150#
125
检验
130
校直
Y41-63
V型块
135
氮化
140
修中心孔、倒角
CA6140
145
精磨小头
MQ8260
表架、主一长度检具
150
精车轴承孔
CA6140
内径量缸表、校对规
155
钻法兰孔
Z35A
钻模、钻花、丝攻
160
铣键槽
X62W
铣键槽夹具
165
去毛刺
电开工具
170
油孔口抛光
橡胶锥及砂纸180#
175
动平衡及去重
动平衡机、Z35A
钻花
180
氮化后抛光
砂纸180#
185
检验
190
清洗、上蜡、包装
清洗机
柴油、清洗液、蜡
五
工序分析
〔1〕铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中心孔的质量。假设端面不平，那么中心钻上两个切削刃的受力不均，钻头引偏而折断。这也是“先面后孔〞原那么的具体应用。
〔2〕中心孔的重要性：中心孔除影响曲轴的质量分布外，它的重要性还在于它是曲轴加工的重要精基准，直接影响曲轴的加工精度，因此中心孔必须满足其质量要求。但工件经过粗加工后，中心孔的精度往往不可防止地受到影响，所以在精加工之前，必须对中心孔进行修研，确保符合其技术要求。可用油石或橡胶砂轮修研。
〔3〕打中心孔是采用找出曲轴的几何中心来代替质量中心，是以毛坯的外表作为基准。毛坯外表光洁圆整，那么打出的中心孔位置误差就小。
〔4〕按照S1-206车床的工装结构，必须先粗车和粗磨主颈四。主颈四是加工长度尺寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分均匀，否那么极易使整根曲轴的轴向尺寸发生偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一而致废。
〔5〕因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采用前后刀架同时横向进给的S1-206一次加工成型的机床，必须注意刀排分布应合理，车刀应常换常磨，进刀量应适中。
〔6〕车小头孔、平端面工序不容无视。因为小头是与起动爪相连的部位，在用人力起动发动机时,小头传递大力矩,所以首先要保证小头的有效深度，其次小头孔倒角应圆整光滑,角度正确,以保证精磨小头时外圆跳动合格,否那么就应重新精修小头孔倒角。
〔7〕钻大头孔工序。孔太深会影响第七主轴颈及法兰的强度,太浅会影响内装黄油的空间和装轴承的轴向位置。
〔8〕铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀，按照铸造毛坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量,故必须铣好定位面。不管定位面向那边有所偏移,都会严重改变铸件曲轴工序余量的均匀分布,严重偏移的致使连颈加工缺乏而致废。
〔9〕车连颈S1-217是成型车床，刀排分布合理、车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否到达工艺技术要求。故中心距、长度、宽度尺寸和圆弧、外圆尺寸等的调整必须在车床进入稳定加工状态后才可进行，防止工艺系统热变形影响太大。
〔10〕粗磨连颈是一道重要工序。粗磨连颈要进行曲轴120°的三等分,保证中心高尺寸。磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化，应仔细调整至适宜之处反锁固定。此外假设中心架调整不恰当会引起曲轴变形而致中心高超差，而砂轮进刀太快那么会引起角度偏移,甚至曲轴断裂。
致谢
我本次的毕业设计，得到邹竹青老师的亲切关心和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。首先要感谢的是我的指导老师邹竹青老师，在整个过程中他给了我很大的帮助。在完成初稿后，老师认真查看了我的设计内容和格式，指出了我存在的很多问题，让后我回去在查看资料，在反复的修改中我学到了不少知识，同时在请教别人的过程中我也增加了和同学老师之间的感情，使我们的友谊更进一步加深了，在此十分感谢邹老师的细心指导，才能让我顺利完成毕业设计。同时感谢所有任课老师三年来对我的培养。如果没有你们的精心培育我不可能有今天的没好时光，是你们在我有困难的时候帮我们解决困难，就包括这次的毕业设计有许多老师都给与了我们很大的帮助，不管是从材料的来源还是格式的指导都非常认真细心地给我们指引。同时也要感谢我的同学和朋友们，在设计过程中也得到了许多朋友的关心，不管是学哥学姐，都给予我们帮助，我将永远记得你们伴我走过的每一个有欢笑有泪水的日子，是你们的关心和帮助，让我感受到了家的温暖。
某柴油机连杆截止频率计算分析 篇7
连杆是柴油机的重要构件和主要运动件, 其结构形状和受力情况都比较复杂。连杆在一定程度上成为制约柴油机寿命的瓶颈。而随着发动机向高速度、高功率和高负荷的方向发展, 连杆的工作环境变得越来越恶劣。因此, 对连杆进行动力学分析来确定连杆的具体运动以及受力情况[1,2], 合理的计算连杆的结构强度和研究连杆的动态特性对连杆的设计和优化具有重要的意义。
传统计算连杆的结构强度都是在连杆上施加静载荷[3,4], 对连杆进行静力学分析, 这样的计算没有考虑到连杆的实际运动以及受力情况, 计算的结果有很大的误差。或者有的计算考虑到了连杆所受的动载荷[5,6], 根据图计算出连杆在一个工作循环内所受的动态载荷并对连杆进行动力学分析, 虽然这种计算相比于传统的静力学分析有很大的进步, 但是没有考虑到载荷频率对于连杆应力值的影响。
本文首先对连杆做了模态分析得到连杆的前五阶固有频率, 再用模态叠加法的瞬态动力学分析得到连杆在一个工作循环内危险点的应力最大值。最后通过谐响应分析得到危险点应力与截止频率的关系, 证明了该连杆的截止频率的合理性以及工作频率与危险点应力值误差的关系。
2 分析计算
2.1 有限元模型的建立
针对该连杆可以采用PROE直接建立几何模型, 将模型输出为STP格式文件, 然后应用ANSA软件对该连杆进行网格划分。本文对连杆模型采用广泛的非结构化的四面体网格。对于连杆的棱角处进行了加密处理。生成网格后, 使用HIDDEN命令对网格进行质量检查并修改, 直到网格质量得到保证。网格划分后, 最终生成四面体单元72830个, 节点数为13684。本次研究的连杆材料为钢, 其材料特性如表1所示。
2.2 模态分析
在ANSA软件中生成连杆有限元模型后, 将模型导入到ANSYS求解器中, 进行边界条件的设定。在连杆大头孔处施加固定约束, 运用分块兰索斯法对对连杆进行模态分析, 得到了连杆的前五阶固有频率如表2所示。
2.3瞬态动力学分析
在连杆小头孔施加向下的力, 力的大小根据图计算得出。根据读取的载荷步文件, 计算出连杆在最大爆发压力下的应力云图如图1所示, 由图可以看出连杆的最大应力发生在连杆小头附近的杆身, 其中2961号节点为危险点, 应力值达到169Mp, 远远小于连杆的屈服强度。
2.4 谐响应分析
任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应, 即谐响应。分析的目的是计算结构在一定频率范围下的响应, 并得到响应对频率的曲线。从这些曲线上可以找到"峰值"响应, 并进一步观察峰值频率对应的振幅。由前面的模态分析可知连杆的前5阶固有频率, 因此为了保证计算结果的精确性, 首先分析频率变化为0到100HZ时危险点2961号节点的应力变化, 如图2所示。
由图2可知应力值随截止频率的增大而增大, 且增大的越来越快。但是对于该机型转速为1800n/min, 即频率为30HZ, 该频率对应的应力值为162.32MP, 远远小于材料的屈服极限。所以该连杆的设计是合理的。在额定工况下也是能够安全运行的。
前面模态叠加法的瞬态动力学分析得出该节点所受的最大应力值为161.655MP, 随着频率的变化该应力值也越来越大。误差也越来越大。但是总体的误差小于1%, 说明了虽然随着截止频率的增加, 连杆的最大应力值也会增加, 但是在截止频率内连杆的最大应力值远远小于连杆的屈服极限, 证明了连杆结构设计的合理性。
为了分析连杆体的固有频率与外界激励载荷的关系, 再次分析了截止频率在166HZ到190HZ变化以及553HZ到640HZ变化时连杆危险点的应力变化, 如图3a为截止频率在166HZ到190HZ变化时连杆危险点的应力变化, 图3b为截止频率在553HZ到640HZ变化时连杆危险点的应力变化。
通过分析上图可知, 在截止频率接近连杆的固有频率时, 危险点的应力都有一个明显的扰动。当截止频率等于连杆的固有频率时, 连杆产生了共振, 危险点的应力急剧增大, 当截止频率远离固有频率时, 危险点的应力又回归到原来的水平。对于该机型转速为1800n/min, 即截止频率为30HZ, 该频率对应的应力值为162.32MP, 远远小于材料的屈服极限。所以该连杆的设计是合理的。在额定工况下也是能够安全运行的。
4 结论
(1) 本文采用ANSYS对连杆进行数值模拟, 虽然随着截止频率的增加, 连杆的最大应力值也会增加, 但是在截止频率内连杆的最大应力值远远小于连杆的屈服极限, 证明了连杆结构设计的合理性。
(2) 当连杆截止频率等于其固有频率时, 连杆产生了共振, 连杆的应力急剧增大, 当截止频率远离固有频率时, 危险点的应力又回归到原来的水平, 所以在设计连杆时必须对连杆进行模态分析, 避免工作时产生共振。
参考文献
[1]石建奎.汽车连杆的有限元模态分析[J].装备制造技术, 2009, 06:23-24.
[2]杜鹏, 刘辉.基于ANSYS的发动机连杆动态特性分析[J].汽车零部件, 2010, 01:63-64+83.
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[5]刘昌领, 罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J].机械设计与制造, 2013, 03:26-29.
柴油机连杆毕业设计 篇8
关键词：铰链四连杆；模块化；Makeblock
一 绪论
1.1 研究现状
铰链四连杆（RSSR）机构能够用来获得运动的空间定向轴之间的机械输入输出关系[1]。一个空间四杆机构具有把连接固定连杆任意取向的两个旋转接头或两个球形接头曲柄连接到耦合器连结的功能[2]。其曲柄机构具有的摆动运动相对于锥齿轮的非线性关系，由输入和输出之间的联系获得。与齿轮联轴器相比，它们轴之间具有相对大的距离修长。分析一个空间四连杆机构的合成是一个有吸引力和挑战性的问题。一些作者已在刚性连接机制方面做出显著的贡献[3]。
获得部分或全部通过灵活的偏转机制被列为柔顺机构，柔性机构已经经过调查发现其具有显著优点。铰链四连杆机构是其中一种，铰链四连杆机构的另一个优点是可以存储为变形弹性能，所以没有必要对弹簧机构返回到的原始位置进行计算[5]。合规机制可以划分为完全兼容和部分兼容两种机制。近年来，一些研究人员已经完成了分析设计铰链四连杆机构的工作。但是，也有基于铰链四连杆机构一些缺点的研究，其中之一是因为应力局限导致相对小的位移。因此，铰链四连杆的设计是柔顺机构研究的一个重要部分。文献中已经存在用于分析和柔性机构设计的几种方法，Matlab技术可以连接关节和扭转弹簧[6]。由此看来可以用于当柔性机构符合一定规律的设计计算，这样，链接可以假定由刚性和弯曲枢轴两部分组成，机制可以假定为扭转弹簧。该技术适用于刚体开发和技术标准的设计。
1.2 铰链四连杆（RSSR）运动学分析
在标准的RSSR分析之前，刚性RSSR运动学分析过程是必需的.图1显示了PRBM的应用。无论绕其轴线耦合器（其也被约束在柔顺RSSR）如何旋转，该机构都具有一度的自由度[7]。一个RSSR和一个约轴旋转转换成空间的二轴旋转。根据不同的比例，运动可以是双曲柄，曲柄摇杆或双摇杆式的。参照图1，A2 =驱动曲柄（联系2），A3 =的长度耦合链路（链路3），A4 =从动连杆的长度（联系4），p的长度=| OC|的垂直转动对的轴之间的共同长度，F =从共用的脚垂直于通过点A所描述的曲柄圆的中心的距离，G =| CG|（从x轴正方向），ξ=从共同的脚垂直于由点B中所述的曲柄圆的中心的距离，θ=曲柄角（逆时针方向测量）χ=从动连杆的位移的轴线之间的角度（x轴正方向）。
二 开源平台的设计
2.1 MAKEBLOCK软件系统
为了从机器人的模拟间断网络抽样，一个名为“MAKEBLOCK”的'软件系统被开发出来，使用的是Borland Delphi5.0软件开发工具。
MAKEBLOCK的主要功能有：
1.提供一个友好的用户界面；
2.通过蒙特卡罗模拟的方法模拟一个网络中断技术，在几何拟合分布讨论不连续套参数；
3.判断来自模拟间断网络机器人三维动作；
4.计算电子模块的顶点，体积，三维尺寸和三维形状指数的坐标；
5.分析电子模块的预测大小和形状分布；
6.用于输入，编辑和排序3D和2D图形块并提供了一个多功能的图形环境；
7.使用内置的数据库管理所有的数据。
MAKEBLOCK的典型界面示见图2。
2.2 开源硬件平台
气缸网用来设计树模型，在搅拌机和圆飞机被用于设计树中离开。材料和几何形状加入到树模型。在这之后，树模型导出2个文件，材料和.mesh。然后将这些2个文件保存在质地中，转化为.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夹，以便可以起到内装机器人仿真作用。
立方体平面缩放可细分为10个模块，然后选择相应的小方块运行，并将其挤压至0.5mm的设计高度内。室外环境不平整的地面是在机器人仿真内提交的，并一步表示出来。材料和几何形状加入到该环境模型中。在此之后，环境模型输出2个文件，材料和.mesh。然后将这2个文件保存在质地并转化为.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夹，以便它可以在机器人仿真内被装载。
2.3移动应用控制器
该应用程序使用了Android设备，蓝牙模块控制无论是从触摸按键的输入或使用加速度计，都通过倾斜的Android device.In的两种模式，这是“按钮模式”，由麻省理工学院应用Inventor软件机构开发设计的，这在图5和图6分别指出[8]。在“加速度模式”下，需要在Android设备上予以倾斜，并按下“ON”按钮，输入并发送到移动夹持机器人。机器人的运动将与Android设备的倾斜同步，每次按下“ON”按钮，在“按钮模式”的Android设备将会从触摸屏读取输入发送特定的输入移动机器人。在这种模式下，夹持器的控制将被用来包括加速计模式在内的比较，并控制机器人的运动。升降机按钮放下后，抓手、抓地力和释放夹子是可用的。而在这种模式下，包括其它用于避免障碍的超声波传感器的检测。与超声波接通时，移动把持机器人将自动终止输入，顺序通过来自传感器的读数向前移动，并可以打开任一方式。
该机器人的控制系统采用Arduino和蓝牙模块超声波传感器技术，增强了机器人的移动夹持能力。添加的蓝牙模块具有特定MAC地址，在Android应用程序中起编程作用，因此应用程序将无需用户搜索或扫描，可用蓝牙自动连接到移动夹持机器人。同时，超声波传感器可以用于检测遇到的机器人，以便它可以避开障碍物。机器人控制流程示见图4。
2.4图像处理
首先，用户需要确定目标对象（垃圾）的颜色和形状。通过跟踪图像处理调整色彩RGB[9]。除此之外，光强度变化的直方图显示色调设置。 还有，精确的边缘检测器与超声波传感器一起工作的技术已经运用，并避免了障碍。接着，机器人运动将与图像处理同步运行。
此外，该机器人安装的手臂和夹持器能够夹住并拿起对象。因为，这项目只是一个原型的机器人，夹具不具有抓握物体的重量大于5公斤的能力。表明用户能够使用机器人将受害者从灾难中救出，采摘放射性物质，或改善战略环境中的测试技术并且在制造组件中一起使用。
第四章 结论
本文证明，用简单的Android和RSSR设备和另外一个Android应用程序，可以被用来控制移动机器人。已经有关于使用Android设备的记录，但该项目的主要目的是为了显示源五金（Android版，Arduino的）和软件如何打开（jMonkey，贾西姆平台），可以集成到教学和学习创建一个框架，控制移动机器人等研究项目。
机器人仿真成功在于JmonkeyEngine正确运行。不同的环境是编程模拟里面不同的场景。该机器人仿真能够访问外部网络摄像头的实时视频，并且能够用于导航和目标检测。
机器人能够成功地检测目标对象，并且可以识别真实机器人以及视觉机器人的位置。用户可以通过流媒体直播的机器来监控并使用机器人。
参考文献：
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