柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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HDevelopment of fracture splitting connecting rodJSAE Review , 2002，23(1)：101-104。14 Bruce Badding; Manoj Bhalerao; John P. Dowell; Ramesh Gambheera; Sairam Sundaram Proc. A Method to Predict Fretting in Diesel Engine Connecting Rod Bearing Bores ASME. 37467; ASME 2004 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference:607-616.January 01, 2004.15 Arthur Francisco; Aurelian Fatu; Dominique Bonneau. Using Design of Experiments to Analyze the Connecting Rod Big-End Bearing Behavior, J. Tribol. 2008;131(1):011101-011101-13.附：文獻綜述或報告連桿是柴油發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，它工作的穩(wěn)定性、可靠性對柴油機的整機 質(zhì)量至關(guān)重要，質(zhì)量輕、精度高的連桿，有助于降低柴油機的能耗和噪聲。連桿主要受三種動載荷，連桿受拉，連桿受壓，連桿受彎曲應(yīng)力。所以要保證連桿的精度，使其有足夠的剛度，經(jīng)過閱讀文獻，連桿參數(shù)主要有如下幾個：（1） 連桿大、小頭孔中心距；（2） 連桿大頭端中心面和小頭端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；（3） 連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（4） 連桿大、小頭孔平行度；（5） 連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。根據(jù)我國柴油機連桿加工的現(xiàn)狀，以及連桿結(jié)構(gòu)的 特點和精度要求，文獻中分析了如何對連桿加工基準進行合理選擇；如何確定夾緊力的方向 和著力點；如何合理選擇連桿各部位加工方式及工藝流程；給出了各工序加工余量的 確定方法。從對柴油機連桿機械加工工 藝過程、加工余量和工序尺寸的計算、柴油機連桿的鏜孔質(zhì)量和柴油機連桿脹斷工藝 等方面進行了深入的分析和研究，為連桿的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。其中為了提高連桿精度，對連桿的研究主要是在其材料和鍛造方式，改進其定位方式，以及定位基準的選擇上。在連桿的加工過程中，為了減輕連桿的重量提高其精度，利用金屬混合粉末作為原材料，采用粉末鍛造工藝進行制造成為今后的發(fā)展趨勢。【1】柴油機連桿利用金屬混合粉末作為原材料，采用粉末鍛造工藝進行制造是今后的發(fā)展趨勢；柴油機粉末鍛造連桿在設(shè)計、技術(shù)和工藝上都優(yōu)于鋼鍛和鑄造連桿，具有很大發(fā)展前途。粉末鍛造是將傳統(tǒng)的粉末冶金和精密鍛造結(jié)合發(fā)展起來的一種少無切削的近凈成形的加工工藝。粉末鍛造技術(shù)以粉末為原料，采用粉末冶金方法獲得預(yù)型件。連桿粉末鍛造工藝流程短，生產(chǎn)工序少，與鋼鍛相比，疲勞周次能提高十倍，質(zhì)量輕 10% 以上。為了保證連桿的精度，在加工過程中如何對連桿加工基準進行合理選擇、如何合理選擇連桿各部位加工方式及工藝流程、如何確定工序加工余量就顯得尤為重要。例如連桿小頭側(cè)面定位基準加工的定位問題和鉆孔的中心線與連桿小段外形對稱問題。為了解決連桿小頭側(cè)面定位基準加工的定位問題,針對D114 柴油機連桿現(xiàn)有的問題提出了新的解決方法。2首先可以粗加工采用雙 V 塊定位，如圖 1、圖 2，再以小頭孔定位加工小頭側(cè)面兩定位基準，但是這種方式很難控制軸線位置。所以直接采用小頭側(cè)面的工藝搭子作為定位基準加工小頭孔，再以小頭孔定位加工小頭孔精基準。其加工工藝流程是：先以連桿小頭外圓定位，擴，鏜小頭孔，再以加工過的小頭孔定位加工小頭側(cè)面兩定位基準【4】。這樣能夠很好地解決了定位基準問題。圖 1圖 2為了保證鉆孔的中心線與連桿小段外形對稱，可以采用三爪錐形壓塊是連桿小端自動定心的方式定位，3如圖 2.2 所示。同時連桿大端兩側(cè)面外圓車削工序也存在同樣問題，為保證加工后兩側(cè)面與大端孔中心線對稱，選擇大端孔作為定位基準，如圖3 所示。圖 3為了滿足基準重合原則，選擇以 a,b,c,d 作為定位精基準，如圖 4 所示，這樣既滿足了基準重合原則和基準統(tǒng)一原則，又保證了對稱精度。圖 4在本次設(shè)計中主要完成：（1） 柴油機連桿機械加工工藝規(guī)程設(shè)計，（2） 編寫工藝卡、工序卡和檢驗卡等工藝文件。（3） 某道工序的機床夾具設(shè)計并進行相應(yīng)的分析計算。而在柴油機連桿的加工工藝過程中，為了提高連桿精度，重點就是要準確的選擇定位基準以及合理的安排工藝流程。結(jié)合文獻的解決方案在本設(shè)計中擬安排的工序：（1） 粗銑大小端平面，粗鏜大小孔。（2） 加工連桿體和連桿蓋的結(jié)合面、螺栓面、螺栓孔。（3） 精加工主要表面，精磨平面、半精鏜、精鏜大小頭孔等。連桿的機械加工工藝過程大致為：粗銑兩端面鉆大小頭孔半精銑兩端面粗磨兩端面粗鏜大小頭孔半精鏜大小頭孔粗銑結(jié)合面鉆擴鉸螺紋孔精銑結(jié)合面精鏜大小頭孔。在選擇定位基準時，粗基準的選擇： 粗基準的選擇應(yīng)滿足以下要求：（1） 連桿大、小頭孔圓柱面及兩端面與桿身縱向中心線對稱。（2） 連桿大、小頭孔及兩端面應(yīng)有足夠而且均勻的加工余量。（3） 連桿大、小頭外形應(yīng)分別與兩孔中心線對稱。在本設(shè)計中，擬選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處一側(cè)的外表面作為另一基面。這是因為：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大頭孔、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準統(tǒng)一起來，減小了定位誤差。在確定好定位面等以后，擬進行尺寸鏈的計算，確定出誤差，然后進行廢品率等一系列計算。然后進行檢驗，如對連桿體對大頭孔中心線的對稱度的檢驗， 可以應(yīng)用專用檢具進行測量。最后進行銑連桿結(jié)合面機床夾具設(shè)計。由零件圖可知結(jié)合面要保證精度要求，位置要求，擬采用支撐板和銷定位來進行夾具設(shè)計，進而完成本次設(shè)計。指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）審核簽字：年月日意見教研室主任意見簽字：年月日學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見簽字：年月日公章：壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985摘 要本設(shè)計是柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計，連桿是柴油機至關(guān)重要的組成部分，它主要用來傳遞運動和力。連桿在復(fù)雜的外力作用下工作，很容易發(fā)生變形，這就需要連桿強度要高，質(zhì)量要輕。本設(shè)計安排了柴油機連桿加工工藝，首先分析了連桿的加工現(xiàn)狀，確定了兩套加工工藝路線，擇了加工的定位基準，確定重要加工表面采用的加工方法以及加工步驟。然后計算了兩端面和小頭孔的加工余量，并進行工序尺寸的計算，驗算了加工余量。進行了切削用量，切削速度等的計算，繪制并填寫了工藝卡。進行了磨結(jié)合面的磨床夾具的設(shè)計。對連桿的尺寸和形位要求進行分析，確定定位方案，選取了定位元件，進行定位誤差的計算，確定了對刀元件，進行對刀尺寸的計算，計算了磨削力，確定夾緊力以及加緊方案，繪制了連桿零件圖，磨床夾具體圖，夾具裝配圖，以及夾具體三維圖等。本次設(shè)計滿足工作量，能夠達到設(shè)計的標準要求。關(guān)鍵詞：柴油機 ；連桿； 加工工藝； 夾具設(shè)計IIABSTRACTThe design of diesel engine connecting rod processing technology and fixture design .Connecting rod is an important part of diesel engine, is one of the important artifact transfer movement and force. The connecting rod works under the complicated external force, it is easy to deform, which requires high strength and light quality.This design arranges the diesel engine connecting rod processing craft, first analyzes the connecting rod processing actuality, establishes two sets of processing craft route, chooses the processing localization datum, determine the important machining surface adopts the processing method and the processing step. Then calculate the machining allowance of both ends and small head holes, and calculate the working procedure size, check the machining allowance. The calculation of cutting dosage, cutting speed, etc. is carried out and the process card is drawn.The grinding fixture design of the grinder-bonded surface is carried out. The dimension and shape of the connecting rod are analyzed, and the positioning scheme is determined. The positioning element is selected, the positioning error is calculated, the cutter element is calculated, the cutter size is calculated, the grinding force is determined, the clamping force is computed, the connecting rod parts drawing, the concrete drawing of the grinder clamp, the fixture assembly drawing, and the concrete 3d graph are drawn. This design meets the workload, can meet the design standard requirements.Keywords: Diesel engine ；connecting rod processing technology ；Machine tool fixtureIII壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985目 錄 摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 柴油機的介紹11.2 連桿機構(gòu)的介紹21.3 連桿加工現(xiàn)狀21.4設(shè)計主要內(nèi)容.32 柴油機連桿加工工藝設(shè)計52.1 連桿的技術(shù)要求52.2 連桿材料的選擇62.3 工藝路線的安排62.4 連桿的加工工藝流程62.5 定位基準的選取7 2.6 加工余量的計算.7 2.7 加工方法及工序尺寸的計算 .8 2.8 切削用量的計算.10 2.9 典型工序尺寸的計算.113機床夾具的設(shè)計153.1 設(shè)計要求的分析153.2 總體方案的設(shè)計163.3 定位誤差的分析.16 3.4 對刀裝置的設(shè)計 .17 3.5 夾緊裝置的選擇及夾緊力的計算.184 環(huán)保分析.22 結(jié) 論23 參 考 文 獻24 附錄125 附錄228 致謝321 緒論1.1 柴油機的介紹柴油機是一種提供動力的裝置，柴油發(fā)動機的特點是扭矩大、經(jīng)濟性能好。它作為一種動力裝置，目前在我國各行各樣都有廣泛的應(yīng)用。如圖1.1為柴油機發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖。圖1.1 柴油機發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示的柴油機構(gòu)造：氣門搖臂、凸輪軸鏈輪、氣門彈簧、噴油器、排氣門、進氣門、活塞、燃燒室、曲軸、連桿、曲軸鏈輪。柴油機由機體、燃油系統(tǒng)、曲柄連桿機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、配氣機、潤滑系統(tǒng)等主要組成部分。柴油機的工作過程包括做功行程、壓縮行程、進氣行程、和排氣行程四個沖程。1.2 連桿機構(gòu)的介紹連桿是柴油機重要的組成部分，它的作用是連接活塞和曲柄，氣體做的功通過連桿傳遞給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)，進而將往復(fù)直線運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，因此連桿的運動較為復(fù)雜。 圖1.2 活塞桿連桿組由圖1.2所示連桿是包括連桿襯套、連桿、連桿軸瓦、連桿螺栓、連桿蓋、連桿螺母。連桿工作的環(huán)境比較復(fù)雜，所以連桿本身強度要高、質(zhì)量要輕。為了保證連桿的精度，就必須要合理的安排工藝路線以及采用適當(dāng)?shù)膴A具，為此提出柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計的課題。1.3 連桿加工現(xiàn)狀連桿主要加工的是大小頭孔，結(jié)合面，兩端面和螺栓孔，采用的主要的加工方法有：磨削，鉆，鏜。雖然連桿本身的加工并沒有很大難度，但是連桿對形位精度要求較高，對加工要求較高，這給連桿的加工帶來不小的困難。在加工工藝的方面，以往的工藝路線是將大小頭孔的鉆、鏜分開，作為兩道工序，分成兩次來裝夾，工藝改進后一次裝夾來鉆兩孔，并采用互為基準原則加工，這樣將工藝改進之后能夠提高連桿大頭孔小頭孔中心距的尺寸精確度。為了保證小頭孔的尺寸以及形位精度，一般將小頭孔自己作為基準來加工。為了保證兩孔的平行度，將工藝改為先加工大頭孔和小頭孔，后磨端面，這樣就避免了在鉆孔時，破壞孔端面的平面度和平行度。在表面處理相結(jié)合的基礎(chǔ)上，采用最新的剝離技術(shù)，是一種新的連桿蓋面無屑斷裂的組合工藝，采用傳統(tǒng)的拉拔工藝，在完成螺栓斷裂后工序斷裂。選用漲斷工藝加工后，連桿蓋和連桿的切斷面能夠完全重合，這就很好地提高了連桿和連桿蓋切斷面的結(jié)合精度，所以二者的分離面不需要進行額外的磨削加工。在進行連桿與連桿蓋裝配時，也不需要在加入其他的定位，只用兩枚螺栓拉緊就可以。然而，一般使用激光切斷連桿斷裂，方法有明顯的缺點：激光不可見光，激光聚焦繁瑣。激光加工的過程中，表面附近的頭孔附近的斷裂溝槽表面形成的熔渣粘附硬，鏜削發(fā)生隨后的精鏜加工；當(dāng)激光對焦不準確時,漲斷時會產(chǎn)生爆口缺陷;目前，上海大眾和上海通用采用連桿漲斷工藝。如圖1.3為漲斷加工：圖1.3 漲斷加工在本設(shè)計中，采用連桿的小頭孔和一個側(cè)面作為主要基準面，另一個基準面則選用大頭孔的一個側(cè)面。這種選擇可以保證大頭孔和小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準都是統(tǒng)一的，起來，減小了定位誤差。在確定好定位面等以后，進行尺寸鏈的計算，確定出誤差。1.4設(shè)計主要內(nèi)容（1）柴油機連桿工作參數(shù)分析。連桿作復(fù)雜的平面運動，所以連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強度。（2）柴油機連桿機械加工工藝過程設(shè)計。連桿的主要加工表面為大小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及螺栓孔定位面。（3）柴油機連桿機械加工工藝規(guī)程計，編寫工藝卡、工序卡和檢驗卡等工藝文件。（4）設(shè)計磨結(jié)合面的機床夾具并進行相應(yīng)的分析計算。（5）相關(guān)外文資料翻譯。（6）撰寫說明書。2柴油機連桿加工工藝設(shè)計2.1連桿的技術(shù)要求連桿的加工過程中的主要加工的是大小頭孔，結(jié)合面，兩端面和螺栓孔，次要加工油孔、斜槽、螺栓座面、倒角、等。還有稱重重量，檢查，清洗和去毛刺工藝。主要加工方法有：磨削、鉆孔、鏜孔等。如圖2.1為連桿體：圖2.1 連桿體零件圖連桿的主要技術(shù)要求如下：（1）大小頭孔的中心距: 1950.05mm。（2）小孔面粗糙度Ra1.6, 大孔面粗糙度Ra1.6。（3）小孔尺寸：42mm,大孔尺寸：74mm。 （4）連桿大頭螺栓孔與結(jié)合面的垂直度0.02mm。（5）螺栓孔尺寸13.5mm。（6）連桿蓋大頭孔圓柱度要求0.0006。2.2連桿材料的選擇國內(nèi)外連桿毛坯的生產(chǎn)方式有：粉末冶金、鑄造、鍛造等。采用粉末鍛造生產(chǎn)的連桿質(zhì)量比較輕、各個精度都比較高、力學(xué)性能較高而且質(zhì)量誤差很小，近幾年這種技術(shù)各個國家都有快速發(fā)展。在毛坯原料方面，國內(nèi)傳統(tǒng)工藝連桿毛坯原料一般都使用35CrMo 、42CrMo 、45CrMnB等調(diào)質(zhì)鋼和 40MnS、35MnV等非調(diào)質(zhì)鋼。本設(shè)計中柴油機連桿選用的材料是45鋼，因為45鋼是中碳鋼，它具有很高的硬度和和高的強度，而且45鋼在進行淬火處理后它的后硬度還會顯著增加。此外，45鋼的韌性和塑性都很好，所以選擇用45鋼作為柴油機連桿的材料。2.3工藝路線的安排連桿對形狀精度、尺寸精度、定位精度有很高的要求。連桿自身的硬度比較差，在施加外力的時候容易產(chǎn)生變形。所以，在安排工藝時，需要分開進行粗加工精加工。這樣在加工過程中產(chǎn)生的形變就可以得到修正，最終達到零件的技術(shù)要求。擬定工藝路線如下：（1）粗銑大小端平面，粗鏜大小孔。（2）加工結(jié)合面、螺栓面、螺栓孔。（3）精加工主要表面，精磨平面、半精鏜、精鏜大小頭孔等。2.4連桿的加工工藝流程 總的工藝流程1： 銑、磨兩端面鉆、擴、鉸小頭孔銑大頭孔兩側(cè)粗鏜大頭孔銑斷連桿磨體結(jié)合面磨蓋結(jié)合面加工螺栓座面合把加工螺栓孔大頭孔兩端倒角精磨兩端面半精鏜大頭孔精鏜小頭孔鉆小頭油孔擠壓銅套孔倒角同時精鏜大頭孔和小頭襯套孔珩磨大頭孔檢查連桿的加工情況入庫 總的工藝流程2：銑兩端面磨兩端面鏜大頭孔銑大頭孔兩側(cè)面鉆、擴、鉸小頭孔銑斷連桿磨體結(jié)合面磨蓋得結(jié)合面加工螺栓座面鉆、擴、鉸螺栓孔銑大頭孔兩端倒角精磨兩端面鉆小頭油孔擠壓銅套孔倒角半精鏜、精鏜小頭襯套孔檢查連桿加工情況入庫選擇流程1，因為以小頭孔定位時選擇的定位銷尺寸要小一些，而以大頭孔定位時需要的定位銷尺寸太大，不便于加工。2.5 定位基準的選取在加工連桿的時候，以小頭孔大頭孔的側(cè)面以及端面作為定位基準。滿足先基準后其他的原則。2.6 加工余量的計算以大小頭端面和小頭孔為例(1) 大小頭端面確定加工余量表1 大頭孔加工方法加工方法加工余量z（mm）精度等級(mm)工序尺寸（mm）公差（mm）粗銑3IT1145.32（）0.16精銑3IT1142.32（）0.16粗磨0.2IT1042.12（）0.1精磨0.2IT1041.92（）0.1毛坯尺寸A0=48.321.5驗算磨削余量尺寸鏈： 圖2.2 精磨端面尺寸鏈 A3=42.12 A4=41.92 解尺寸鏈得到： Z4=0.2 Zmin=0.2-0.1=0.10 故選擇合理。（2）小孔確定加工余量表2 小頭孔加工方法加工方法加工余量z（mm）精度等級(mm)工序尺寸（mm）公差（mm）鉆30.8IT1330.8（）0.33擴9IT1039.8（）0.1鉸0.2IT842（）0.039精鏜0.2IT642.02（）0.015毛坯尺寸A0=30.8驗算精鏜加工余量相關(guān)尺寸鏈： 圖2.3 精鏜小頭孔尺寸鏈A3=42.02A4=42 解尺寸鏈得到： Z4=0.2 Zmin=0.2-0.039=0.01610 故選擇合理。2.7 加工方法及工序尺寸的計算（1）加工大頭孔：經(jīng)過加工大頭孔要達到尺寸 ，采用的加工方法和各個工序尺寸如下:粗鏜 粗鏜大頭孔到尺寸。半精鏜 半精鏜大頭孔到尺寸。精鏜 精鏜大頭孔到尺寸。 珩磨 珩磨大頭孔到尺寸 。圖2.4 大頭孔相關(guān)尺寸（2）小頭孔加工：經(jīng)過加工小頭孔要達到尺寸。采用的加工方法和各個工序尺寸如下：鉆 鉆小頭孔到尺寸。擴 擴小頭孔到尺寸 。鉸 鉸小頭孔到尺寸。精鏜 鏜小頭孔到尺寸 。 （3）螺栓孔加工：經(jīng)過加工后螺栓孔徑尺寸為，定位孔的尺寸為。 采用的加工方法和各個尺寸如下：銑體螺栓座面 銑體螺栓座面，保證到分開面的距離為37。鉆螺栓孔及定位孔 鉆螺栓孔13.7,定位孔12,兩定位孔中心距88.50.10。 圖2.5 螺栓孔相關(guān)尺寸（4）加工端面及分開面 采用的加工方法和尺寸如下：銑兩端面 銑兩端面到尺寸 。粗磨兩端面 粗磨兩端面到尺寸 。精磨兩端面 精磨兩端面至41.92。車大頭孔兩側(cè)面 車大頭孔側(cè)面保證尺寸1090.03。磨分開面 磨體分開面保證到小頭孔中心1950.05。2.8 切削用量的計算（1）銑兩端面 選用X52k機床，根據(jù)金屬機械加工工藝人員手冊表2.3-80 銑刀直徑D=100mm 切削速度vf=2.47m/s 切削寬度ac=60mm 切削深度ap=3mm 主軸轉(zhuǎn)速n=1000V/d=475r/min 所以取機床n=500r/min 故實際V=2.67m/s 查表可知L=3mm 故t=LD/Vf=0.11min（2）粗磨端面選用M7350磨床，根據(jù)金屬機械加工工藝人員手冊表2.4-172砂輪直徑D=40mm 磨削速度=0.33m/s 切削深度ap=0.3mm主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/d=158.8r/min 取n=100r/min則實際速度V=0.2m/s查表2.5-11知t=0.01min（3）鉆小頭孔選用鉆床z3080, 根據(jù)金屬機械加工工藝人員手冊表2.4-38鉆頭直徑D=20mm 切削速度V=0.99mm ap=10mm 轉(zhuǎn)速=0.12mm/r主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min 故速度v=1.04m/s由表2.5-7知L=10mm L1=1.5mm L2=2.5mm故t=L總/fn=0.12min其余計算見工藝卡片。2.9典型工序尺寸的計算（1）如圖2.6，為大小頭孔軸線方向上的相關(guān)尺寸：O為小頭孔中心線，O1為結(jié)合面方案一：銑斷連桿得到尺寸A1=195.10.2。以小頭孔定位磨連桿體結(jié)合面保證尺寸A2=1950.05。以小頭孔處定位加工螺栓座面，保證尺寸A=370.025。 封閉環(huán)為A, A2是增環(huán)，A3是減環(huán)37=195-A3，A3=158ES=0.05+EI(A3)=0.025 ,EI(A3)=-0.025EI=-0.05+ES(A3)=-0.025，ES(A3)=0.025故A3=1580.025磨削余量Z=195.1-195=0.1，Z為封閉環(huán)，A1是增環(huán)，A2是減環(huán)ES=0.2-(-0.05)=0.25EI=-0.2-0.05=-0.25Z=0.10.25方案二：如圖2.7銑斷連桿得到尺寸A1=195.10.2。以小頭孔定位磨連桿體結(jié)合面保證尺寸A2=1950.05。以結(jié)合面處處定位加工螺栓座面，保證尺寸A0=370.025。這種加工方案時，定位基準和設(shè)計基準是重合的，直接能夠得到尺寸A0,比方案一更好一些。圖2.6 大小頭孔軸線方向上尺寸鏈圖2.7 大小頭孔軸線方向上尺寸鏈（2）兩端面方向上的相關(guān)尺寸：0,01分別為兩端面的上下表面，兩端面互為基準加工。粗銑端面至尺寸A1=。精銑端至尺寸A2=。粗磨端面至尺寸A3=。精磨保證尺寸A4=,毛坯尺寸為A0。圖2.8 兩端面方向尺寸鏈 該加工可以直接保證尺寸A4，經(jīng)計算毛坯尺寸A0=48.321.5。磨削余量Z4=42.12-41.92=0.2ES=0.1-0=0.1EI=0-0.1=-0.1Z4=0.20.1(2) 螺栓孔軸線方向上的尺寸：0表示大頭孔一側(cè)面,01為中心線。銑大頭孔兩側(cè)保證尺寸1090.1。以大頭孔側(cè)面定位加工螺栓孔保證尺寸44.250.05。如圖2.9所示，A0為封閉環(huán)，A1為增環(huán)，A2為減環(huán)。A1=54.450.05,A0=44.250.05故A2=54.45-44.25=10.2ES=0.05-(-0.05)=0.1EI=-0.05-0.05=-0.1A2=10.20.1基準不重合誤差為0.2。發(fā)現(xiàn)誤差太大所以需要在銑端面前，再加上一個半精銑，這樣可以A1的尺寸為54.450.03則A2=10.20.02，完全可以保證加工精度。在這種情況下會產(chǎn)生廢品：ES=0.05-(-0.10)=0.15EI=-0.05-0.10=-0.15A0=44.250.15則6=0.15*2=0.3，=0.05 Z1=(44.4-44.25)/0.05=3 Fz=0.49865Z2=|(44.1-44.25)/0.05|=3 Fz=0.49865F=0.49865*2=0.9973合格率為99.73%。 圖2.9 螺栓孔方向上的尺寸鏈3機床夾具的設(shè)計3.1設(shè)計要求的分析本設(shè)計對第7序磨分開面的磨床夾具夾具進行設(shè)計。上一道工序加工加工到至小頭孔中心196.10.2mm，本道序加工余量為0.1mm，磨結(jié)合面，要保證大頭孔小頭孔的中心距為1950.05，垂直度誤差為0.04。如圖3.1，圖3.2為連桿體連桿蓋的定位情況。圖3.1 連桿體加工要求以及定位 圖3.2 連桿蓋的加工要求以及定位3.2 夾具總體方案的設(shè)計如圖3.3，將連桿體放在夾具體上，同時磨兩個零件的結(jié)合面。夾具中小頭孔的定位銷和右側(cè)擋塊，是連桿體的主要定位元件，夾定位銷限制了繞x軸轉(zhuǎn)動，z方向的2個自由度，右側(cè)擋塊限制y向移動。夾具體表面，兩個定位銷，是主要用來連桿蓋的定位。夾具體限制了x方向，繞y軸轉(zhuǎn)動，繞z軸轉(zhuǎn)動3個自由度，兩個定位銷限制了繞x軸轉(zhuǎn)動，y軸方向，z軸方向3個自由度。采用對刀塊和塞尺進行對刀，利用螺栓來進行夾緊。圖3.3夾具的總裝圖3.3定位誤差的分析定位誤差主要是由兩方面引起的：（1）定位基準與設(shè)計基準不重合（2）定位副制造不準確。本設(shè)計中定位基準統(tǒng)一，由基準不重合引起的誤差為零。定位銷的選取：小頭孔尺寸為，中心距k=1950.05根據(jù)互換性與測量技術(shù)p18表2-2圓銷尺寸選f6則定位銷尺寸由配合引起的誤差為：jw=1/2(D+d)=1/2(0.03+0.016)=0.0243.4對刀裝置的設(shè)計把連桿切開，尺寸為，在本序中，要加工尺寸到。本設(shè)計中利用對刀塊來進行對刀。這樣保證了加工的尺寸要求。對刀塊的上表面到小頭孔中心的距離為，再選用1mm的塞尺，進而滿足加工要求。圖3.4連桿體對刀尺寸如圖3.4，A1=1950.05,C為對刀尺寸，故對刀尺寸=1/3A1=1950.016 圖3.5對刀塊圖3.6對刀塊相關(guān)尺寸鏈如圖3.5，圖3.6對刀塊的相關(guān)尺寸，L2=1850.008，L塞尺=10.003解尺寸鏈得到ES=0.016+0.003+0.008=0.027EI=-0.016-0.003-0.008=-0.027L1=110.027圖3.7連桿蓋對刀尺寸如圖3.7，A1=38.50.025,，故對刀尺寸=1/3A1=12.80.0083.5夾緊裝置的選擇及夾緊力的計算采用M7350磨床，采用周磨的方式。（1） 磨削力分解如圖3.8所示磨削力F可分解為三個分力，徑向磨削力Fr，軸向磨削力Fa，切向的切向磨削力Fv。 圖3.8 力的示意圖通過經(jīng)驗公式來計算磨削力。根據(jù)金屬機械加工工藝人員手冊p937表10-211經(jīng)驗公式如下： 式中:Fr 徑向磨削力（N）； - 磨削深度（背吃刀量） K-有關(guān)常數(shù)； - 工件速度； - 砂輪線速度（m/s）- 進給量； - 砂輪寬度根據(jù)公式得： Fv/Fr的比值取0.5 , ，F(xiàn)=696N夾緊力的公式如下：系數(shù)K取1.5 所以=1.5*1392=2088N圖3.9 各種直徑螺栓的許用夾緊力及夾緊扭矩實際加緊力P=2088N，選用螺栓螺母配合加緊的方式進行加緊。根據(jù)圖3.9對螺栓直徑進行選擇。按標準，查得螺栓直徑為24，這時的許用應(yīng)力為2316N，工作是可靠的。（2）校核如圖20所示，在b處夾緊，分別分析在a,b,c三點處對o的力矩，分析可得在a點出兩個力矩方向是相反的，而在c處力矩方向是相同的，故在c處是最大的。在a點處和力矩為0有：(Ff表示摩擦力）-569*54.5+284*195=Ff*195故Ff=124.97N根據(jù)Ff=F*,取=0.6故此時夾緊力F=208N在b點出和力矩為0有：-284*195= Ff*195此時Ff=-284N,方向與規(guī)定正方向相反。根據(jù)Ff=F*,取=0.6故此時夾緊力F=473N在c點出和力矩為0有：-569*54.5-284*195= Ff*195故Ff=443N根據(jù)Ff=F*,取=0.6故此時夾緊力F=738N經(jīng)比較在c點處產(chǎn)生的力是最大的。圖3.10 力的示意圖環(huán)保分析目前，人們的生活生產(chǎn)中對環(huán)保的要求越來越高，目前也都有越來越嚴格的環(huán)境保護法，產(chǎn)品有無良好的環(huán)保已經(jīng)成為判斷產(chǎn)品好壞的一個標準。環(huán)保型工程首先采用能再生利用的材料和資源，在各系統(tǒng)及部件設(shè)計中所選用的材料主；應(yīng)是可回收，易分解，能再生，且在加工過程中對環(huán)境無害的材料，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。 在柴油機連桿生產(chǎn)過程中會有粉塵污染，這是是無法避免的，可以加上除塵裝置，這樣可以把粉塵的污染盡量降到最低，使操作工人有個良好的工作環(huán)境。 工作過程中會產(chǎn)生噪聲污染，要把各部分連接件擰緊，設(shè)備試運行一段時間，然后停機檢查，對松動的連接件要及時擰緊，而后繼續(xù)啟動工作，然后再檢測，直到?jīng)]有松動的地方。在投入生產(chǎn)后，要及時對設(shè)零件檢查，這樣既能大大減輕噪聲，同時也使零件的使用壽命增加，減小因松動而引起沖擊力使零件實效。- 25 -結(jié) 論連桿是柴油機的很重要的一部分，對它的加工工藝要求較高。本次設(shè)計在安排工藝時采用小頭孔和端面以及大頭孔側(cè)面為基準面，這樣選擇定位誤差為零，選擇合理。在設(shè)計磨床夾具時采用一面一銷定位，這樣的定位方案使得基準不重合誤差為0，只有圓銷和小孔單邊接觸產(chǎn)生的誤差為0,024，小于設(shè)計要求的三分之一，滿足設(shè)計要求。采用對刀塊和塞尺進行對刀，對刀尺寸為110.027，保證了加工精度。在選擇夾緊裝置時，由于零件受力比較小，選擇螺栓夾緊。整個夾具的設(shè)計操作簡單，能夠滿足大頭孔小頭孔中心距1950.05，也能夠保證垂直度。整體來說本次設(shè)計能夠滿足設(shè)計要求。參考文獻1宋笑塵.柴油機連桿的制造現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢J.中國機械,2015,（24）121-122.2顏懷祥，連桿小頭側(cè)面定位基準加工的定位問題J.柴油機設(shè)計與制造,2004， （1）36-38.3賀長生. 柴油機連桿加工工藝研究C.長春理工大學(xué)：2009.10:3-5.4張學(xué)華.連桿制造工藝技術(shù)及改善J.柴油機設(shè)計與制造,2009,16(2):38-42. 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Tribol. 2008; 131(1):011101-011101-13.附錄1：外文原文附錄2：外文翻譯隨機有限元法對柴油機連桿疲勞強度分析摘要本文用攝動隨機有限元法 (PSFEM) 分析了柴油機連桿 (cr) 的應(yīng)力。柴油機的疲勞損失判據(jù)提出了柯爾頓多蘭疲勞累計損傷理論。根據(jù)疲勞失效判據(jù)和隨機應(yīng)力分析結(jié)果，一次二階距法被應(yīng)用于疲勞強度可靠性的分析。通過與蒙特卡羅模擬的比較,證明了隨機有限元法在隨機應(yīng)力分析中的有效性和準確性。這一分析表明,某型柴油機連桿的可靠性是 0.99917,這與工廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是相符的。簡介在傳統(tǒng)的柴油機連桿的設(shè)計參數(shù)中例如，結(jié)構(gòu)尺寸，材料性能，外部載荷等經(jīng)常被視為確定性變量。事實上，制造和使用時，考慮到許多不確定因素，這些參數(shù)又會有不確定性。為了解釋不確定性的影響,常用的方法是應(yīng)用安全系數(shù)，但如何選擇正確的安全系數(shù)是困難的。.當(dāng)安全系數(shù)較小時,結(jié)構(gòu)可能不安全。當(dāng)安全系數(shù)大時, 結(jié)構(gòu)可能很重。除上述影響以外,安全因素還不能為設(shè)計改進提供幫助。為了避免任何安全因素的負面影響, 本文采用了可靠性分析法。在可靠性分析中,經(jīng)常使用蒙特卡羅模擬(Astill et al 1972)。為了得到準確的結(jié)果,必須有大量的樣品,這就意味著極大的計算量,特別是在高可靠性結(jié)構(gòu)中。在本文中,有一個不同的方法, PSFEM (Nakagiri 和 Hisada, 1982) 結(jié)合AFOSM 方法 (Hasofer 和琳德, 1974), 用于疲勞柴油機 連桿的強度可靠性分析。在分析中,燃燒峰值壓力,活塞組質(zhì)量,曲軸轉(zhuǎn)速,小端孔和葉套管之間的干涉幅度,彈性模量和泊松比被認為是隨機的變量。應(yīng)力的平均值、方差和協(xié)方差通過PSFEM得到。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于通過AFOSM 方法的可靠性分析中。為了展示這個方法的特征提供一個例子和實驗。應(yīng)力分析上述提到的方法是應(yīng)用在固定型號的柴油機連桿的疲勞強度分析中的。在應(yīng)力分析中,連桿的所受的外界壓力,燃燒峰值壓力,活塞組質(zhì)量,曲軸轉(zhuǎn)速,小端孔和葉套管之間的干涉幅度,都被列入考慮范圍之內(nèi)。通過計算機應(yīng)用AFOSM 方法在分析連桿的可靠性時，我們得到在柴油機連桿上的一些疲勞強度危險點，它表明了，在壓力條件下這個地方的可可靠性是最低的。在計算時,考慮到兩個條件: 在TDC上最大的壓力條件和在TDC附近最大的拉力條件下。舉例來說,我們只分析了小端的應(yīng)力,因為它經(jīng)歷了更高的應(yīng)力。另外,計算模型時簡化了三個方面。第一, 外部載荷是對稱的。柴油機連桿軸在最大拉力和最大壓力的條件下,只使用小端的一半用于計算。第二，活塞銷施加在小端孔上的作用力假定為在余弦分布，分布角為160，在拉力條件下180。圖3拉力條件的應(yīng)力分布，圖4壓力條件的應(yīng)力分布。第三, 采用平面應(yīng)力模型。柴油機連桿被當(dāng)作二維模型在不同的零件中是具有不同厚度的。在自動有限元網(wǎng)格生成中, 連桿分為多個區(qū)域有不同厚度。三線網(wǎng)格是通過前沿法在每個區(qū)域中生成(Peraire et al, 1987)。負載分布連同 FE網(wǎng)格顯示在圖 2。根據(jù)計算, 最大應(yīng)力振幅發(fā)生在連桿可傳遞弧在小端和小腿之間的外邊界。在圖中指出了應(yīng)力幅度較大的點2。這些積分用于可靠性分析。盡管 連桿的壓力是在二維狀態(tài), 這些 危險 點的重量在一維狀態(tài)。但是它要么是壓應(yīng)力要么是拉應(yīng)力，因為 危險 點位于柴油機連桿體的自由邊界。柴油機連桿表面分布的應(yīng)力情況顯示在3和圖4。 為了與 PSFEM 進行比較, 還進行了蒙特卡羅模擬。兩種方法的應(yīng)力統(tǒng)計如表2所示。表明兩種方法的結(jié)果彼此重合。然而,蒙特卡洛模擬非常耗時。當(dāng)樣品的數(shù)量為 200, 時間在蒙特卡羅模擬上花費的時間是PSFEM花費時間的20倍。除了壓力統(tǒng)計, PSFEM 提供的壓力對于每個基本隨機變量的響應(yīng)靈敏度也是有影響的。從表2中可以看出, 燃燒峰值壓力和轉(zhuǎn)速在壓力狀態(tài)下表現(xiàn)的更敏感。因為燃燒壓力只存在于壓力條件下, 而在拉力條件下燃燒峰值壓力的靈敏度為零。 實驗在柴油機連桿的可靠性分析中,準確的獲得應(yīng)力的數(shù)據(jù)是非常重要的。本文中應(yīng)力的平均值和方差是由 PSFEM 獲得的。為了檢查數(shù)據(jù)的準確性和該方法的可靠性, 應(yīng)用單光束激光散斑干涉法進行了柴油機連桿形變實驗。實驗是在萬能材料試驗機上進行的。在實驗中幾個柴油機連桿被測試。測試點和載荷的情況在下圖中顯示。位移計算和實驗所收到的分數(shù)顯示在表6中。為了消除剛性運動的影響,點1和2被采取作為約束點，而且他們的位移是零。因為點5和6是對稱的,只有它們位移的平均值被給出了。結(jié)果表明:這兩種方法是相似的, 這證實了PSFEM 的可靠性。 結(jié)論攝動隨機有限元方法使用高級的一次二階矩法對柴油機連桿疲勞強度可靠性進行分析。PSFEM 的優(yōu)點是剛度的反演矩陣只能做一次, 這使 PSFEM 非常有效。它給出了柴油機連桿的疲勞失效判據(jù)。標準是直接從耐候-杜蘭理論推導(dǎo)出的,與 FE建模無關(guān)。但是,當(dāng)壓力在一個復(fù)雜狀態(tài)的時候，例如在連桿身體 (非表面), 應(yīng)力振幅和應(yīng)力平均值必須用有效的應(yīng)力振幅和有效平均值來代替應(yīng)力。這種復(fù)雜狀態(tài)下更多的細節(jié)可以在 surech 的書中找到(1991)。根據(jù)這個標準, 我們不僅可以分析可靠性下正常分布的應(yīng)力, 而且可以分析任何形式下的可靠性應(yīng)力。此外,根據(jù)這個標準,我們可以分析可靠性隨時間變化的方式。在這一分析中, 我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)力對燃燒峰值壓力、旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)運都是敏感的。此外控制這些參數(shù)的波動將提高柴油機連桿的可靠性。 致謝通過本次的柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計，我對自己所學(xué)的專業(yè)知識有了更深刻的理解，更直觀的認識，把以前上課學(xué)的知識應(yīng)用到自己的設(shè)計中。本次設(shè)計主要是工藝路線的安排，以及計算相關(guān)尺寸鏈。在安排路線時，安排兩套路線，通過計算分析出哪套方案更合適，并完成相關(guān)工藝卡的填寫。在設(shè)計夾具的過程中，主要安排定位，夾緊以及相關(guān)誤差計算。在整個設(shè)計過程感謝中于靖華老師對我進行的指導(dǎo)，老師總是親切詳細的回答我每一個問題，并且告訴我設(shè)計過程中存在的問題，老師對專業(yè)知識嚴謹?shù)膽B(tài)度給我很深的感觸，我知道自己在以后的工作崗位中也要認真對待自己的工作，不能讓自己在專業(yè)方面出錯。再次感謝于老師和幫助我的同學(xué)們。 - 36 -