機械制造課程設計--氣門搖臂軸支座

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機械制造課程設計 氣門搖臂軸支座 姓名： 吳富偉 學號： 201003050909 班級： 10級機械工程及自動化 3班 指導教師： 閔 潔 日期： 2013年5月 課程設計學生成績評定表 評 分 指 標 滿分值 評分 合計 總成績 平時表現(xiàn) （權重25%） 學習態(tài)度和努力程度 5 獨立工作能力 5 工作作風嚴謹性 5 文獻檢索和利用能力 5 與指導教師探討能力 5 設計的數(shù)量和質量 （權重30%） 方案選擇合理性 3 方案比較和論證能力 3 設計思想和設計步驟 3 設計計算及分析討論 3 設計說明書頁數(shù) 5 設計說明書內容完備性 3 設計說明書結構合理性 2 設計說明書書寫工整程度 2 設計說明書文字內容條理性 2 設計是否有應用價值 2 設計是否有創(chuàng)新 2 工藝規(guī)程卡（權重15%） 填寫是否認真規(guī)范 5 工藝過程是否正確合理 10 圖紙 （權重10%） 圖樣標準化程度及圖面質量 5 圖樣表達正確程度 5 答辯 （權重20%） 表達能力 4 報告內容 8 回答問題情況 6 報告時間 2 指導教師評語： 指導教師（簽字）： 年 月 日 課程設計主要內容： 1. 繪制零件的零件圖及毛坯圖 2. 設計零件的機械加工工藝規(guī)程，并填寫： （1） 整個零件的機械加工工藝過程卡； （2） 最重要表面所屬工序的機械加工工序卡； 3. 編寫設計說明書。 設 計 指 導 教 師 （簽字）： 教學基層組織負責人（簽字）： 年 月 日 摘要：現(xiàn)貨機械加工行業(yè)發(fā)生著結構性變化，工藝工裝的設計與改良已成為企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件，工藝工裝的設計與改良直接影響著氣門搖臂軸支座的質量與性能。柴油機行業(yè)作為一個傳統(tǒng)而富有活力的行業(yè)，近十幾年取得了突飛猛進的發(fā)展，在新經(jīng)濟時代，柴油機行業(yè)呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，由此對其它的質量，性能立生了新的變化。 第一章 氣門搖臂軸支座的機械加工工藝規(guī)程設計 1.1零件的作用 氣門搖臂之座是柴油機的重要零件之一。該零件是1105柴油機中氣門搖臂座結合部的氣門搖臂軸支座，Φ18mm孔裝搖臂軸，軸上兩端各裝一進，排氣門搖臂，Φ16mm孔內裝一減壓軸，用于降低氣缸內壓力，便于起動柴油機，兩孔間距為56mm可保證減壓軸在搖臂上打開氣門，實現(xiàn)減壓，該零件通過Φ11mm孔用M10螺桿與氣缸蓋相連。 1.2 零件的工藝分析 其材料為HT200，該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。 該零件主要加工面為Φ18mm，Φ16mm兩圓柱孔，Φ18mm孔的平等度為0.05直接影響搖臂軸的接觸精度及密封，Φ16mm孔的平行度為0.05，粗糙度都為1.6，所以對軸與孔的接觸精度及密封還是比較高的。 有關面和孔加工的經(jīng)濟精度用機床能達到的位置精度可知，上述技術要求是可達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 第二章 選擇毛坯種類，繪制毛坯圖 2.1 選擇毛坯種類 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，毛坯的鑄造方法選用砂型機器造型，一般成批生產15到30件，由參考文獻知，用查表法確定各表面的總余量如表所示。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。 各加工面總余量 加工表面 零件尺寸 加工余量等級 總余量 36底面 36 H 4 Φ22頂面 Φ22mm H 2．5 Φ28mm兩側面 Φ28mm H 4 Φ26mm兩側面 Φ26mm H 3．6 主要毛坯尺寸及公差 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 尺寸偏差 底面 36 —— 0.5 頂面 Φ22mm —— 0.5 頂面距底面 39 2+2.5 0.5 Φ28mm兩側面間距 37 2+2 0.1 Φ26mm兩側面間距 16 1.8+1.8 0.5 Φ28mm Φ26mm兩孔間距 56 —— 0.05 2.2 畫毛坯零件圖 第三章 工藝規(guī)程設計 3.1表面加工方法的確定 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。查《機械制造課程設計指導書》10頁表1-7、1-8、1-9，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下： 氣門搖臂軸支座各表面加工方案 加工項目 尺寸公差等級 粗糙度 加工方案 軸支座上端面 GB1804-C 12.5 粗銑 軸支座下端面 GB1804-C 6.3 粗銑 Φ11孔 IT11 12.5 鉆 φ18孔兩端面 IT7 3.2 粗銑—半精銑 φ16孔兩端面 IT11 12.5 粗銑 φ18孔 IT7 1.6 鉆—擴—鉸 φ16孔 IT7 1.6 鉆—擴—鉸 Φ3孔 IT11 12.5 鉆 3.2定位基準的選擇 毛坯選擇：根據(jù)零件材料、形狀、尺寸、批量大小等因素，選擇砂型鑄造。 基準分析：底面A是零件的主要設計基準，也比較適合作零件上眾多表面加工的定位基準。 零件安裝方案：加工底面A、頂面B時，均可采用虎鉗安裝（互為基準）；Φ11、Φ16、Φ18內孔表面加工均采用專用夾具安裝且主要定位基面均為A；加工斜孔仍采用專用夾具安裝，主要加工基準為Φ18孔兩端面。 零件表面加工：底面A、頂面B采用銑削加工。 3.3加工階段劃分 搖臂軸支座加工階段劃分 加工階段 加工內容 說明 基準面的加工 粗、精銑36下底面 互為基準，反復加工 粗銑Φ22上端面 粗、半精銑Φ18前端面 粗、半精銑Φ18后端面 粗加工 鉆擴Φ18的孔 以36下端面及Φ18的前或后端面、Φ11的孔定位 鉆擴Φ16的孔 鉆Φ3的孔 以Φ22的上端面及Φ18的前后端面為基準 精加工 精鉸Φ18的孔 以36下端面及Φ18的前或后端面、Φ11的孔定位 精鉸Φ16的孔 3.4制定工藝路線 機械加工工序的安排 在安排加工工序時，應根據(jù)加工階段的劃分、基準的選擇和被加工表面的主次來決定，一般應該遵循以下幾個原則： （1）先基準后其他：即首先應加工用作精基準的表面，再以加工出的精基準為定位基準加工其他表面 （2）先粗后精：各表面的加工順序，按加工階段，從粗到精進行安排 （3）先主后次：先加工主要平面，在加工次要平面 （4）先面后孔：先加工平面，后加工孔。因為平面定位比較穩(wěn)定、可靠，所以像箱體、支架、連桿等平面輪廓尺寸較大的零件，常先加工平面，，然后在加工該平面上的孔，以保證加工質量。 工序號 工 序 內 容 鑄造 時效 漆底漆 一 二 三 四 五 六 七 八 九 粗銑Φ22頂面 粗銑、半精銑36底面底面 鉆Φ11mm孔 粗Φ26mm 、Φ28mm前端面；半精銑Φ28mm前端面 粗Φ26mm 、Φ28mm后端面；半精銑Φ28mm后端面 鉆,鉸Φ16孔, 倒角1*45度 鉆,鉸Φ18, 倒角1*45度 鉆Φ3孔 去毛刺 清洗 檢驗 入庫 3.5 加工設備及工藝裝備選擇 氣門搖臂軸支座加工工序機床選擇 工序號 加工內容 機床設備 說明 一 粗銑Φ22頂面 臥式銑床X61 工作臺尺寸、機床電動機功率均合適 二 粗銑、半精銑36底面底面 臥式銑床X61 工作臺尺寸、機床電動機功率均合適 三 鉆Φ11mm孔 立式鉆床Z525 工作臺尺寸、機床電動機功率均合適 四 粗、精銑Φ26mm 、Φ28mm前側面 臥式銑床X61 工作臺尺寸、機床電動機功率均合適 五 粗、精銑Φ26mm 、Φ28mm后側面 臥式銑床X61 工作臺尺寸、機床電動機功率均合適 六 鉆,鉸Φ16孔, 倒角1*45度 TX617臥式鏜床 工件孔徑、機床電動機功率均合適 七 鉆,鉸Φ18, 倒角1*45度 TX617臥式鏜床 工件孔徑、機床電動機功率均合適 八 鉆Φ3孔 立式鉆床Z525 工件孔徑、機床電動機功率均合適 3.6切削用量以及額定時間的計算 工序一 粗銑Φ22頂面 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單位 計算（或確定）結果 1．切削深度 查[1]P208 表10-8 傳輸機為一般工作機速度不高 級 7 2．材料選擇 查[1]P180 表10-1 小齒輪40Cr(調質) 大齒輪45鋼(調質) 小齒輪280HBS,大齒輪240HBS 3．選擇齒數(shù)Z Z1=24 Z2=4.169x24 =100.056 U=117/24=4.167 個 ＝24 ＝100 U＝4.167 5．按齒面接觸疲勞強度設計 （1）試選Kt 試選1.3 Kt=1.3 (2)計算小齒輪傳遞的轉矩T1 T=9550XP1/n1 T=9550x70307/1460=5.90706X10 N/mm T1=5.9071X10 (3)齒寬系數(shù)Фd 由[1]P201表10-7 d=0.7~1.15 Фd=1 (4)材料的彈性影響系數(shù)ZE 由[1] P201表10-6 鍛鋼 MP1/2 ZE=189.8 (5) 齒輪接觸疲勞強度極限 由[1]P210圖 １０－２１ｄ 600 550 600 550 （6）應力循環(huán)次數(shù)N 由[1]式１０－１３ N1=60n1jLh= 60X1460X24X330X10＝6.937908X109 =6.93792X109/4.169=1.275X109 N1=6.93792X109 N2=1.664X109 （7）接觸疲勞強度壽命系數(shù)KHN 由[1]P203圖10-19 KHN1 = 0.90 KHN2 = 0.95 KHN1 = 0.90 KHN2 = 0.95 （8）計算接觸疲勞強度許用應力[σH] 取失效概率為１％，安全系數(shù)為S=1，由[1]式１０－１２得 [σH]1= =0.90X600/1=540 [σH]2= =0.95X550/1=522.5 [σH]1= 540 [σH]2= 522.5 （9）試算小齒輪分度圓直徑 按[1]式（10－21）試算 ＝53.935 mm 53.935 （10）計算圓周速度v V=3.14X53.935X1460/60X1000=4.121034 m/s V=4.121 （11）計算齒寬B b = φdd1t B1=153.935 mm B1=53.935 （12）模數(shù) ＝53.935/24＝2.247 h = 2.25mnt =5.05125 b/h =53.935/5.05125=10.678 度 =2.247 h =5.05125 b/h= 10.678 （13）計算載荷系數(shù)K 由[1]表10-2查得使用系數(shù) 根據(jù)v= 4.121級精度，由[1]P190圖10-8查得動載荷系數(shù)1.20 由[1]表１０－４P194查得 KHβ=1.12+0.18(1+0.6φd2) φd2+0.2310-3b=1.12+0.18(1+0.6X)+ 0.23X10-3X53.935=1.42 由[1]圖１０－１３P195查得KFβ=1.34假定，由[1]P195表10-3查得1.2故載荷系數(shù)K=KAKVKHαKHβ=1X1.10X1.2X1.42=2.0448 K=2.0448 （14）按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑 由[1]式10-10ａ d1=d1t= 62.725 d1=62.725 （15）計算模數(shù) ＝62.725/24=2.61 mm mn=2.61 6．按齒根彎曲疲勞強度設計 （1）計算載荷系數(shù)K K=KAKVKFα KFβ K＝1x1.10x1.2X1.35=1.944 K＝1.944 (2)齒形系數(shù)Fsa 由[1]P200 表10-5 Fsa1=2.65 Fsa2=2.20+(2.18-2.20)(99-90)/(100-90)=2.182 Fsa1=2.65 Fsa2=2.182 （3）應力校正系數(shù)YSa 由[1] P197 表１０－５ YSa1=1.58 YSa2=1.78+(1.79-1.78)(99-90)/(100-99)=1.789 YSa1=1.58 YSa2=1.789 （4）齒輪的彎曲疲勞強度極限 由[1]P204 圖１０－２０ｃ 500 380 500 380 （5）彎曲疲勞強度壽命系數(shù) 由[1]P202 圖１０－１８ 0.84 0.88 0.84 0.88 （6）計算彎曲疲勞許用應力[σF] 取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.35，由式10-12得 [σF]1= ＝ 0.85X500/1.35=314.8148 [σF]2=＝ 0.88X380/1.35=247.7037 [σF]1=314.815 [σF]2=247.704 （7）計算大小齒輪的并加以比較 ＝2.65x1.58/314.815=0.013299 ＝2.182x1.804/247.704=0.01577499結論：取0.01577 ＝0.01330 =0.01577大齒輪值大 （8）齒根彎曲強度設計計算 由[1]式１０－5　 =1.845 mm 1.845 結論：對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取＝ 2mm，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，須按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1= 62.725應有的齒數(shù)。于是由=62.725/2 =31.36，取Z1=31,Z2 = Z1i齒1 =31x4.169=129 取Z2 =129 3．幾何尺寸計算 （1）計算中心距a A=(31+129)2/2= 160 mm a=160 （2）計算齒輪的分度圓直徑d d=zmn d1=2x31=62 d2=2x129=258 mm d1=62 d2=258 3）計算齒輪的齒根圓直徑df =62-5=57 =258-5=253 mm df1=57 df2=199 （4）計算齒輪寬度B b = φdd1 圓整后?。? B1 = 65 B2 = 60 mm B1 = 65 B2 = 60 （5）驗算 =2x59886/62N =1905.52N =1x1905.52/60N/mm = 31.76N/mm＜100N/mm 合適 第四章 氣門搖臂軸支座零件專用夾具的設計 4.1夾具選擇 夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產率，降低制造成本，一直都是生產廠家所追求的目標。正確地設計并合理的使用夾具，是保證加工質量和提高生產率，從而降低生產成本的重要技術環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。 （夾具裝配圖4—1） 4.2 夾具設計 4.2.1 定位分析 （1）定位基準的選擇 據(jù)《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。故加工φ11圓柱孔時，采用曲柄右端面和φ12孔內圓柱面作為定位基準。 （2）定位誤差的分析 定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為一個面與兩個孔定位，因為該定位元件的定位基準為孔的軸線，所以基準重合△b=0，由于加工向下孔即不存在基準位移誤差△j=0。 4.3夾具操作說明 此次設計的夾具夾緊原理為：通過φ22孔的下端面為定位基準，在螺栓、平面實現(xiàn)完全定位，以鉆模板引導刀具進行加工。采用壓緊塊夾緊工件。 定位元件： 定位元件是用以確定正確位置的元件。用工件定位基準或定位基面與夾具定位元件接觸或配合來實現(xiàn)工件定位。 4.4.確定導向裝置 本工序要求對被加工的孔依次進行鉆的加工，最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求，故選用可換鉆套作為刀具的導向元件，查表9-13，確定鉆套高度H=d=1.411=15.4mm，排泄空間h=0.7d=7.7mm。d：基本偏差F7(0.010—0.022);D=10mm，偏差m6（0.001—0.010）。 第四章 總結 在本次設計中，要用到許多基礎理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習知識，因此設計之前就對大學里面所涉及到的有關該課題的課程認真的復習了一遍，開始對本課題的設計任務有了大致的了解，并也有了設計的感覺。同時，由于設計的需要，要查閱并收集大量關于機械制造方面的文獻，進而對這些文獻進行分析和總結，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運用能力和分析解決實際問題的能力。通過本次設計還使我更深切地感受到了團隊的力量，在與同學們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調能力得到了提高，團隊合作精神也得到了增強?？梢哉f，畢業(yè)設計體現(xiàn)了我們大學四年所學的大部分知識，也檢驗了我們的綜合素質和實際能力。同時也跨出了我的工程師之路的第一步。  第五章 參考文獻 1.崇 凱 主編. 機械制造技術基礎課程設計指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006 2.鄒 青 主編.機械制造技術基礎課程設計指導教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004 3.李洪 主編 《機械加工工藝手冊》 北京出版社 4.艾興 主編 《切削用量簡明手冊》 機械工業(yè)出版社 15