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連桿加工夾具設(shè)計說明書.doc

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連桿加工夾具設(shè)計說明書.doc

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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)定位夾緊。夾具只有安裝到機(jī)床的工作臺上才能實(shí)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(shí)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(shí)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng),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(shí)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

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