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发动机连杆大头孔精加工夹具设计

摘要
本课题的任务是设计一套能够生产连杆大头镗孔的专用夹具。从发动机连杆的工作环境出发,了解发动的工作原理,依据连杆的设计特点和加工流程,该夹具能够胜任特定的加工工序,满足一定的形位公差要求,并且发挥专用夹具高效,便捷的特点,可以满足企业的生产效率,减低生产成本,减轻劳动强度,是实现生产过程自动化。使用专用夹具还可以改变原机床的用途和扩大机床的适用范围,实现一机多能,所以,机床夹具在机械加工中发挥着重要的作用,大量专用机床夹具的采用为大批量生产提供了必要的条件。在设计夹具时,我们从六点定位原理出发,确定一孔一面定位方案,这种方法简单,可靠。选择钩形压板作为夹紧元件,这种夹紧元件稳定性高。
 

关键词:专用夹具;精加工;连杆

Abstract The task of this project is to design a set to be able to produce the big end of the connecting rod boring clamp. From the point of view of engine connecting rod working environment, to understand the working principle of the launch, according to the design characteristics and process of the connecting rod, the fixture capable of specific processing procedures, to meet certain shape and position tolerance requirements, and play a special fixture for efficient, convenient features, can meet the enterprise production efficiency, reduce production costs, reduce labor intensity, is the automation of the production process. The scope of use of special fixture can also change the original machine and expanding machine, to achieve a machine tool fixture can, therefore, play an important role in mechanical processing, the use of a large number of special machine tool fixture for mass production to provide the necessary conditions.In the design of fixture, we start from the six point location principle, determine the hole side positioning method, this method is simple, reliable. Select the hook clamp plate as the clamping element, the clamping element with high stability.


Keywords: special fixture, finishing, connecting rod
目录
  
摘要 6
目录 7
第一章 绪论 8
1.1发动机连杆的组成 8
1.2发动机连杆的作用 8
1.3发动机连杆的生产方式 8
1.3.1过去的生产方式 8
1.3.2国内外生产现状 9
1.3.3未来发展趋势 9
第二章 夹具设计原理 10
2.1工装夹具 10
2.2工件的定位方法及其定位元件 10
2.3定位误差的分析与计算 12
2.4夹紧力的计算 12
2.5夹具体的设计 13
第三章 发动机连杆大头孔镗夹具的设计 14
3.1连杆毛坯的选择 14
3.2连杆大头孔精加工工艺分析 15
3.3机床的选用 16
3.4刀具的选择 17
3.5夹具体的设计 17
3.6工装夹具定位方案的设计 18
3.7工装夹具定位误差的计算 22
3.8工装夹具夹紧力的计算 23
3.9工装夹具的装配与调试 27
3.10编制程序 27
结论 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1发动机连杆的组成
连杆分为三个部份:连杆小头,连杆体和连杆大头(包括连杆盖),连杆小头孔与活塞销相连,其作用是连接活塞与曲轴。连杆小头杆通过活塞销与活塞相连,连杆大头与曲轴的脸轴颈相连。连杆分为平分式和斜分式两种类型。
平分式,分面与连杆杆身轴线垂直,汽油机多采用这种连杆。因为一般汽油机连杆大头的横向尺寸都小于其钢尺寸,可以方便通过气缸进行拆装,故常用平切口连杆。
斜分式,连杆杆身与轴线成30~60夹角。柴油机多采用这种连杆。因为,采油机压缩比大,受力较大,曲轴的两岸轴颈较粗,相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸的直径,为了使连杆大头能通过气缸,便于拆装,一般都采用斜切口,最常见的是45夹角。
连杆盖是与连杆体相互配对,连杆与连杆盖配对加工,加工后,在他们同一侧打上配对标记,安装时不得互相调换或者更改方向。为此,在结构上采取了定位措施。平切口连杆盖与连杆的定位多采用连杆螺栓定位,利用连杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证。斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位,圆销定位,套筒定位,与止口定位。
连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起,连杆螺栓在工作中承受很大的冲击力。为此,连杆螺栓都采用优质合金钢,并精加工和热处理特制而成,安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时,要用扭力扳手分2~3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩。
1.2发动机连杆的作用
将活塞承受的力传给曲轴,从而使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动,连杆承受活塞销传来的气体的作用力以及本身摆动和活塞组往复运动时的作用力,这些力的大小和方向都是周期性变化的,因此,连杆受到的是压缩,拉升和弯曲的交变载荷。
1.3发动机连杆的生产方式
1.3.1过去的生产方式
数十年前,由于生产方式和生产力的落后,虽然发动机连杆作为汽车上必须使用的的一种零件,但是没有专门化的生产方式。连杆材料几乎普遍采用碳素调制钢和合金调制钢,这些材料的生产简单,可以大量获得。随着连杆的种类日趋繁多,场合也日渐不同,对连杆的力学性能和加工工艺要求也越来越高。然而,在很多企业,一台机床要完成发动机连杆加工的很多工序,再加上当时机床性能的落后,导致发动机连杆的形状和精度达不到要求,稳定性差,生产率低。例如,1959年,我国汽车生产总量为50万台,约需要连杆产量为300万个,而当时中国没有先进的机床,很多连杆的加工都是依靠普通车床加工完成,普通机床加工的零件速度慢,废品率高,造成资源的极大浪费,也制约着经济的发展。在此背景下,各国纷纷开始研发生产连杆的新方式。
1.3.2国内外生产现状
连杆的毛坯一般选用的是锻件,传统的材料为碳素调制钢和合金调制钢,20世纪70年代,由于石油危机,为节省能源,欧美,日本相继研发应用非调制钢。20世纪80年代,我国也开始研究非调制钢,并且也开发出了10多个型号。国外连杆毛坯的热处理方式多为感应加热,效率高,质量得到良好的保证。我国多数连杆厂采用空气锤制坯,因此我国连杆普遍存在的问题是锻件表面脱碳问题。现在,国内外普遍采用流水线的方式生产连杆,即将连杆的制造分为多个工序,每个工序都有专用的夹具和机床,这样可以方便的保证连杆的产量和质量。国外企业在连杆的生产技术方面有明显的优势,虽然都是采用流水线生产,但是他们使用的夹具精度,机床性能,刀具性能都较国内要高。例如,2012年日本丰田公司生产的连杆数量约为500万个,单个连杆的加工时间只有40s,生产效率是相当高,价格也相对便宜。同年,我国奇瑞汽车集团生产的连杆数量为600万个,虽然在生产的数量上与丰田差不多,但是质量上远不及丰田的水平。此外,我国在连杆轻量化方面的研究也达不到发达国家的水平。
1.3.3未来发展趋势
未来连杆的生产发展趋势主要取决于两大因素:材料和柔性制造系统。粉末冶金连杆和钛合金连杆会成为主流产品。粉末冶金连杆拥有更好的综合力学性能,而且有很好的环保要求,钛合金连杆质量较轻,加入些微量元素力学性能良好,适用于高要求场合。柔性制造系统的出现,会使连杆的生产方式彻底发生改变。现在在欧美,日本等国家,人力成本不断增加,人口老龄化严重,迫使工业生产不能很大程度依赖人的因素。所以,柔性化制造系统可以在未来节省大批的劳动力,提高连杆的生产率。在日本,欧美等发达国家,柔性化制造系统开始投入运行,但是由于系统开发费用过高,尚未普及。
第二章 夹具设计原理
2.1工装夹具
在机械制造过程中,我们常常需要设计一种装置来有效地约束各个方向的自由度,并且保证在加工时不产生移动,振动,通常我们称之这种装置为工装夹具。                       工装夹具一般是由三大部分组成,即由定位元件,夹紧元件,夹具体组成,当然,现代化的夹具还有其他的辅助元件,可以实现自动化。
工装夹具按用途可分为通用夹具和专用夹具,通用夹具使用的场合较广,可以完成多种零件的不同工序的加工,在很多生产企业都可以见到;专用夹具使用的范围相对较小,一般情况只能完成机械加工的一道工序或者一组工序,依据加工零件的形状和尺寸大小不同,很多专用夹具是由夹具生产商为某些用户定制的。因此,专用夹具价格昂贵,但是,它具有很高的生产效益,这是通用夹具无法完成的。
 2.2工件的定位方法及其定位元件
在设计工装夹具时,一般需要考虑工件放置的方式,依据放置的方式限制每个方向的自由度。工件的定位方法实质是限定每个方向的自由度,六点定位是普遍使用的工件定位方法。根据自由度被约束的情况,工件定位可分为以下几种情况:
(1)完全定位:
完全定位即要求空间中的六个自由度均被约束,一般情况下,当工件在x,y,z,方向上均有尺寸和位置要求时,采用根据所设计夹具的精度和位置限定六
个自由度,如图2-1所示。
(2)不完全定位:
所设计的夹具对自由度的限制要求要求不满足六个称之为不完全定位,不完全定位的夹具有很多,在车床上应用比较普遍,例如,车床上常用的三爪定心卡盘,其限制的自由度就是四个,即不需要限制y方向移动和y方向旋转,这样也能满足加工的要求,如图2-2所示。
 根据工件加工工艺,应该约束的自由度没有被完全约束的定位成为欠定位。在实际加工过程中,欠定位无法满足形位公差的要求,应该避免。
 (3)过定位:
     夹具上两个或两个以上的定位元件重复约束同一个自由度的现象,称为过定位。过定位会引起定位干涉,因此应该消除过定位。
定位元件的选择需要考虑多方面的因素。之前需要确定定位方法,定位方法确定后,按照定位方法所需要的定位基准,选择满足该定位基准的定位元件。定位元件的型号不同,定位精度也不尽相同,我们应根据设计的夹具精度,选择特定型号的定位元件。定位选件的布局应该合理,确保稳定,便与排屑。
典型的定位元件有,平面定位元件,包括固定支撑,可调支撑,自由支撑,辅助支撑;外圆柱面定位元件,包含V型架,定位套,半圆定位座,孔定位元件,包含定位销,圆柱心轴,小锥度心轴。表2-1为常用定位元件约束的自由度:
2.3定位误差的分析与计算
工件在定位的过程中,主要存在两种误差,一是定位基准与设计基准不重合误差,二是定位基准与工序基准不重合产生的误差。工件的定位误差一般为机械加工误差的1/5~1/3。
定位误差的计算方法有多种,主要依据选择的定位方式及定位元件,以及零件在加工过程中选择的参照基准。
2.4夹紧力的计算
夹紧力的大小计算,主要考虑力的三要素,即大小,方向,受力点。夹紧力主要方向应该与定位基准面一致,夹紧力的大小保证工件在加工时不发生位移,减少振动,不产生变形,夹紧力的受力点应该放置在刚性较好之处,减小磨损。实际的夹紧力的计算是一个复杂繁重的过程,只能估算,一般情况下根据受力模型进行分析,会帮助我们简化计算。常用的夹紧力计算公式为
式中 -实际所需的夹紧力,;
     -在一定条件下,由静力平衡力算出的理论夹紧力,;
     -安全系数,粗略计算时,粗加工取=2.5~3,精加工取1.5~2。
参考文献
[1]倪森寿,机械制造工艺与装配(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2009.1
[2]华红芳,孙燕华,机械制图与零部件测绘[M].北京:电子工业出版社,2012.8
[3]徐景华,孙维恒,紧固件产品选用手册[M].北京:中国标准出版社,2010
[4]吴拓,简明机床夹具设计手册[M].北京:化学工业出版社,2010
[5]顾京,数控机床加工程序编制[M].北京:机械工业出版社,2009.1
[6]范大伟,柏艳学,proe5.0产品设计与渲染表现[M].北京:化学工业出版社,         2013.8
[7]余程辉,姜晶,机械制造工艺与夹具[M].上海:上海科学技术出版社,2010.7
[8]姜敏风,董芳,于玲,机械工程材料及成形工艺(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2014.7
[9]浅谈铝质材料在轻轿车发动机连杆上的应用_百度文库
?url=5rhj8tkn4H_TDIz5l1uMCv1l27UHy-wpdl6c04KuUaWB1kHWuWiXjGCzUj0JCRqKNxhfmsW3iQ9Hu8JarCx3P2CzrKTKwO83CCbNeoWRoPe
[10]连杆_百度百科
?url=rOYB9cxaTxDiUTll53OXguQoM2PwiLvImV81kbdCMsqErmhLkN592U69RkjEprgBBpMK1ymvoS1UrkOHvRLUcK
[11]连杆加工工艺及镗大头孔夹具设计说明书
?url=TFiqI3AKeFSftBxHGozsUYgDd_oP5zo0xh6MF6Wpv26LDUNpiWaf3Ok-12hLxZ8S0gFpvaSZKLtuHyb_zN3ENHKO1vSL6iCMPXwxzFdDAQe
[12]连杆加工工艺及夹具设计

[13]XH714加工中心基本参数
?id=60
     


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