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摘 要
本設(shè)計(jì)是柴油機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，連桿是柴油機(jī)至關(guān)重要的組成部分，它主要用來傳遞運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度要高，質(zhì)量要輕。
本設(shè)計(jì)安排了柴油機(jī)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(zhǔn)，確定重要加工表面采用的加工方法以及加工步驟。然后計(jì)算了兩端面和小頭孔的加工余量，并進(jìn)行工序尺寸的計(jì)算，驗(yàn)算了加工余量。進(jìn)行了切削用量，切削速度等的計(jì)算，繪制并填寫了工藝卡。
進(jìn)行了磨結(jié)合面的磨床夾具的設(shè)計(jì)。對(duì)連桿的尺寸和形位要求進(jìn)行分析，確定定位方案，選取了定位元件，進(jìn)行定位誤差的計(jì)算，確定了對(duì)刀元件，進(jìn)行對(duì)刀尺寸的計(jì)算，計(jì)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(jì)滿足工作量，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：柴油機(jī) ；連桿； 加工工藝； 夾具設(shè)計(jì)
II
ABSTRACT
The 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 fixture
III
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目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 柴油機(jī)的介紹 1
1.2 連桿機(jī)構(gòu)的介紹 2
1.3 連桿加工現(xiàn)狀 2
1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容....................................................................................3
2 柴油機(jī)連桿加工工藝設(shè)計(jì) 5
2.1 連桿的技術(shù)要求 5
2.2 連桿材料的選擇 6
2.3 工藝路線的安排 6
2.4 連桿的加工工藝流程 6
2.5 定位基準(zhǔn)的選取 7
2.6 加工余量的計(jì)算.............................................................................7
2.7 加工方法及工序尺寸的計(jì)算 .......................................................8
2.8 切削用量的計(jì)算...........................................................................10
2.9 典型工序尺寸的計(jì)算...................................................................11
3機(jī)床夾具的設(shè)計(jì) 15
3.1 設(shè)計(jì)要求的分析 15
3.2 總體方案的設(shè)計(jì) 16
3.3 定位誤差的分析...........................................................................16
3.4 對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì) .........................................................................17
3.5 夾緊裝置的選擇及夾緊力的計(jì)算...............................................18
4 環(huán)保分析...................................................................................................22
結(jié) 論 23
參 考 文 獻(xiàn) 24
附錄1 25
附錄2 28
致謝 32
1 緒論
1.1 柴油機(jī)的介紹
柴油機(jī)是一種提供動(dòng)力的裝置，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是扭矩大、經(jīng)濟(jì)性能好。它作為一種動(dòng)力裝置，目前在我國(guó)各行各樣都有廣泛的應(yīng)用。如圖1.1為柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
圖1.1 柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖
如圖1.1所示的柴油機(jī)構(gòu)造：氣門搖臂、凸輪軸鏈輪、氣門彈簧、噴油器、排氣門、進(jìn)氣門、活塞、燃燒室、曲軸、連桿、曲軸鏈輪。
柴油機(jī)由機(jī)體、燃油系統(tǒng)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、配氣機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等主要組成部分。
柴油機(jī)的工作過程包括做功行程、壓縮行程、進(jìn)氣行程、和排氣行程四個(gè)沖程。
1.2 連桿機(jī)構(gòu)的介紹
連桿是柴油機(jī)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(jìn)而將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此連桿的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)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(duì)形位精度要求較高，對(duì)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(jìn)后一次裝夾來鉆兩孔，并采用互為基準(zhǔn)原則加工，這樣將工藝改進(jìn)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(zhǔn)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(shí)，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(jìn)行額外的磨削加工。在進(jìn)行連桿與連桿蓋裝配時(shí)，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(diǎn)：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(duì)焦不準(zhǔn)確時(shí),漲斷時(shí)會(huì)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(jì)中，采用連桿的小頭孔和一個(gè)側(cè)面作為主要基準(zhǔn)面，另一個(gè)基準(zhǔn)面則選用大頭孔的一個(gè)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(zhǔn)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(jìn)行尺寸鏈的計(jì)算，確定出誤差。
1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
（1）柴油機(jī)連桿工作參數(shù)分析。
連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，所以連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。
（2）柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)。
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(jī)連桿機(jī)械加工工藝規(guī)程計(jì)，編寫工藝卡、工序卡和檢驗(yàn)卡等工藝文件。
（4）設(shè)計(jì)磨結(jié)合面的機(jī)床夾具并進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算。
（5）相關(guān)外文資料翻譯。
（6）撰寫說明書。
2柴油機(jī)連桿加工工藝設(shè)計(jì)
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: 195±0.05mm。
（2）小孔面粗糙度Ra1.6, 大孔面粗糙度Ra1.6。
（3）小孔尺寸：Φ42mm,大孔尺寸：Φ74mm。
（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Φ13.5mm。
（6）連桿蓋大頭孔圓柱度要求0.0006。
2.2連桿材料的選擇
國(guó)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(gè)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(gè)國(guó)家都有快速發(fā)展。在毛坯原料方面，國(guó)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(jì)中柴油機(jī)連桿選用的材料是45鋼，因?yàn)?5鋼是中碳鋼，它具有很高的硬度和和高的強(qiáng)度，而且45鋼在進(jìn)行淬火處理后它的后硬度還會(huì)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(jī)連桿的材料。
2.3工藝路線的安排
連桿對(duì)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(shí)候容易產(chǎn)生變形。所以，在安排工藝時(shí)，需要分開進(jìn)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(dá)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(kuò)、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(shí)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(kù)
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(kuò)、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(kuò)、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(kù)
選擇流程1，因?yàn)橐孕☆^孔定位時(shí)選擇的定位銷尺寸要小一些，而以大頭孔定位時(shí)需要的定位銷尺寸太大，不便于加工。
2.5 定位基準(zhǔn)的選取
在加工連桿的時(shí)候，以小頭孔大頭孔的側(cè)面以及端面作為定位基準(zhǔn)。滿足先基準(zhǔn)后其他的原則。
2.6 加工余量的計(jì)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(jí)(mm)
工序尺寸（mm）
公差（mm）
粗銑
3
IT11
45.32（）
0.16
精銑
3
IT11
42.32（）
0.16
粗磨
0.2
IT10
42.12（）
0.1
精磨
0.2
IT10
41.92（）
0.1
毛坯尺寸A0=48.32±1.5
驗(yàn)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=0.1>0 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(jí)(mm)
工序尺寸（mm）
公差（mm）
鉆
30.8
IT13
30.8（）
0.33
擴(kuò)
9
IT10
39.8（）
0.1
鉸
0.2
IT8
42（）
0.039
精鏜
0.2
IT6
42.02（）
0.015
毛坯尺寸A0=30.8
驗(yàn)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=42.02
A4=42 解尺寸鏈得到：
Z4=0.2
Zmin=0.2-0.039=0.0161>0 故選擇合理。
2.7 加工方法及工序尺寸的計(jì)算
（1）加工大頭孔：經(jīng)過加工大頭孔要達(dá)到尺寸 ，采用的加工方法和各個(gè)工序尺寸如下:
①粗鏜 粗鏜大頭孔到尺寸。
②半精鏜 半精鏜大頭孔到尺寸。
③精鏜 精鏜大頭孔到尺寸。
④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(dá)到尺寸。
采用的加工方法和各個(gè)工序尺寸如下：
①鉆 鉆小頭孔到尺寸φ。
②擴(kuò) 擴(kuò)小頭孔到尺寸 。
③鉸 鉸小頭孔到尺寸。
④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(gè)尺寸如下：
①銑體螺栓座面 銑體螺栓座面，保證到分開面的距離為37。
②鉆螺栓孔及定位孔 鉆螺栓孔φ13.7,定位孔φ12,兩定位孔中心距88.5±0.10。
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：
①銑兩端面 銑兩端面到尺寸 。
②粗磨兩端面 粗磨兩端面到尺寸 。
③精磨兩端面 精磨兩端面至41.92。
④車大頭孔兩側(cè)面 車大頭孔側(cè)面保證尺寸φ109±0.03。
⑤磨分開面 磨體分開面保證到小頭孔中心195±0.05。
2.8 切削用量的計(jì)算
（1）銑兩端面
選用X52k機(jī)床，根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》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/Πd=475r/min
所以取機(jī)床n=500r/min 故實(shí)際V=2.67m/s
查表可知L=3mm
故t=LπD/Vf=0.11min
（2）粗磨端面
選用M7350磨床，根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》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/Πd=158.8r/min 取n=100r/min
則實(shí)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(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》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(jì)算見工藝卡片。
2.9典型工序尺寸的計(jì)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：
①銑斷連桿得到尺寸A1=195.1±0.2。
②以小頭孔定位磨連桿體結(jié)合面保證尺寸A2=195±0.05。
③以小頭孔處定位加工螺栓座面，保證尺寸A=37±0.025。
封閉環(huán)為A, A2是增環(huán)，A3是減環(huán)
37=195-A3，A3=158
ES=0.05+EI(A3)=0.025 ,EI(A3)=-0.025
EI=-0.05+ES(A3)=-0.025，ES(A3)=0.025
故A3=158±0.025
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)=0.25
EI=-0.2-0.05=-0.25
Z=0.1±0.25
方案二：如圖2.7
①銑斷連桿得到尺寸A1=195.1±0.2。
②以小頭孔定位磨連桿體結(jié)合面保證尺寸A2=195±0.05。
③以結(jié)合面處處定位加工螺栓座面，保證尺寸A0=37±0.025。
這種加工方案時(shí)，定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(zhǔn)加工。
①粗銑端面至尺寸A1=。
②精銑端至尺寸A2=。
③粗磨端面至尺寸A3=。
④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(jì)算毛坯尺寸A0=48.32±1.5。
磨削余量Z4=42.12-41.92=0.2
ES=0.1-0=0.1
EI=0-0.1=-0.1
Z4=0.2±0.1
(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。
①銑大頭孔兩側(cè)保證尺寸109±0.1。
②以大頭孔側(cè)面定位加工螺栓孔保證尺寸44.25±0.05。
如圖2.9所示，A0為封閉環(huán)，A1為增環(huán)，A2為減環(huán)。
A1=54.45±0.05,A0=44.25±0.05
故A2=54.45-44.25=10.2
ES=0.05-(-0.05)=0.1
EI=-0.05-0.05=-0.1
A2=10.2±0.1
基準(zhǔn)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(gè)半精銑，這樣可以A1的尺寸為54.45±0.03則A2=10.2±0.02，完全可以保證加工精度。
在這種情況下會(huì)產(chǎn)生廢品：
ES=0.05-(-0.10)=0.15
EI=-0.05-0.10=-0.15
A0=44.25±0.15
則6δ=0.15*2=0.3，δ=0.05
Z1=(44.4-44.25)/0.05=3 Fz=0.49865
Z2=|(44.1-44.25)/0.05|=3 Fz=0.49865
F=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(jī)床夾具的設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求的分析
本設(shè)計(jì)對(duì)第7序磨分開面的磨床夾具夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。上一道工序加工加工到至小頭孔中心196.1±0.2mm，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195±0.05，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(jì)
如圖3.3，將連桿體放在夾具體上，同時(shí)磨兩個(gè)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(dòng)，z方向的2個(gè)自由度，右側(cè)擋塊限制y向移動(dòng)。
夾具體表面，兩個(gè)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(dòng)，繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)3個(gè)自由度，兩個(gè)定位銷限制了繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)，y軸方向，z軸方向3個(gè)自由度。
采用對(duì)刀塊和塞尺進(jìn)行對(duì)刀，利用螺栓來進(jìn)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(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合（2）定位副制造不準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)中定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，由基準(zhǔn)不重合引起的誤差為零。
定位銷的選?。?
小頭孔尺寸為，中心距Δk=195±0.05
根據(jù)《互換性與測(cè)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：
Δjw=1/2(ΔD+Δd)=1/2(0.03+0.016)=0.024
3.4對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)
把連桿切開，尺寸為，在本序中，要加工尺寸到。本設(shè)計(jì)中利用對(duì)刀塊來進(jìn)行對(duì)刀。這樣保證了加工的尺寸要求。對(duì)刀塊的上表面到小頭孔中心的距離為，再選用1mm的塞尺，進(jìn)而滿足加工要求。
圖3.4連桿體對(duì)刀尺寸
如圖3.4，A1=195±0.05,C為對(duì)刀尺寸，故對(duì)刀尺寸=1/3A1=195±0.016
圖3.5對(duì)刀塊
圖3.6對(duì)刀塊相關(guān)尺寸鏈
如圖3.5，圖3.6對(duì)刀塊的相關(guān)尺寸，L2=185±0.008，L塞尺=1±0.003解尺寸鏈得到ES=0.016+0.003+0.008=0.027
EI=-0.016-0.003-0.008=-0.027
L1=11±0.027
圖3.7連桿蓋對(duì)刀尺寸
如圖3.7，A1=38.5±0.025,，故對(duì)刀尺寸=1/3A1=12.8±0.008
3.5夾緊裝置的選擇及夾緊力的計(jì)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(gè)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(yàn)公式來計(jì)算磨削力。根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》p937表10-211經(jīng)驗(yàn)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(jìn)給量；
-- 砂輪寬度
根據(jù)公式得： Fv/Fr的比值取0.5 , ，
F=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(shí)際加緊力P=2088N，選用螺栓螺母配合加緊的方式進(jìn)行加緊。
根據(jù)圖3.9對(duì)螺栓直徑進(jìn)行選擇。
按標(biāo)準(zhǔn)，查得螺栓直徑為φ24，這時(shí)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(diǎn)處對(duì)o的力矩，分析可得在a點(diǎn)出兩個(gè)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。
①在a點(diǎn)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*μ,取μ=0.6
故此時(shí)夾緊力F=208N
②在b點(diǎn)出和力矩為0有：
-284*195= Ff*195
此時(shí)Ff=-284N,方向與規(guī)定正方向相反。
根據(jù)Ff=F*μ,取μ=0.6
故此時(shí)夾緊力F=473N
③在c點(diǎn)出和力矩為0有：
-569*54.5-284*195= Ff*195
故Ff=443N
根據(jù)Ff=F*μ,取μ=0.6
故此時(shí)夾緊力F=738N
經(jīng)比較在c點(diǎn)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(duì)環(huán)保的要求越來越高，目前也都有越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
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(jì)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(duì)環(huán)境無害的材料，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)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(jī)械材料的再生率。
在柴油機(jī)連桿生產(chǎn)過程中會(huì)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(gè)良好的工作環(huán)境。
工作過程中會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，要把各部分連接件擰緊，設(shè)備試運(yùn)行一段時(shí)間，然后停機(jī)檢查，對(duì)松動(dòng)的連接件要及時(shí)擰緊，而后繼續(xù)啟動(dòng)工作，然后再檢測(cè)，直到?jīng)]有松動(dòng)的地方。在投入生產(chǎn)后，要及時(shí)對(duì)設(shè)零件檢查，這樣既能大大減輕噪聲，同時(shí)也使零件的使用壽命增加，減小因松動(dòng)而引起沖擊力使零件實(shí)效。
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結(jié) 論
連桿是柴油機(jī)的很重要的一部分，對(duì)它的加工工藝要求較高。本次設(shè)計(jì)在安排工藝時(shí)采用小頭孔和端面以及大頭孔側(cè)面為基準(zhǔn)面，這樣選擇定位誤差為零，選擇合理。在設(shè)計(jì)磨床夾具時(shí)采用一面一銷定位，這樣的定位方案使得基準(zhǔn)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(jì)要求的三分之一，滿足設(shè)計(jì)要求。采用對(duì)刀塊和塞尺進(jìn)行對(duì)刀，對(duì)刀尺寸為11±0.027，保證了加工精度。在選擇夾緊裝置時(shí)，由于零件受力比較小，選擇螺栓夾緊。整個(gè)夾具的設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，能夠滿足大頭孔小頭孔中心距195±0.05，也能夠保證垂直度。整體來說本次設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
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附錄1：外文原文
附錄2：外文翻譯
隨機(jī)有限元法對(duì)柴油機(jī)連桿疲勞強(qiáng)度分析
摘要
本文用攝動(dòng)隨機(jī)有限元法 (PSFEM) 分析了柴油機(jī)連桿 (cr) 的應(yīng)力。柴油機(jī)的疲勞損失判據(jù)提出了柯爾頓多蘭疲勞累計(jì)損傷理論。根據(jù)疲勞失效判據(jù)和隨機(jī)應(yīng)力分析結(jié)果，一次二階距法被應(yīng)用于疲勞強(qiáng)度可靠性的分析。通過與蒙特卡羅模擬的比較,證明了隨機(jī)有限元法在隨機(jī)應(yīng)力分析中的有效性和準(zhǔn)確性。這一分析表明,某型柴油機(jī)連桿的可靠性是 0.99917,這與工廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是相符的。
簡(jiǎn)介
在傳統(tǒng)的柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)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(shí)上，制造和使用時(shí)，考慮到許多不確定因素，這些參數(shù)又會(huì)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(shí),結(jié)構(gòu)可能不安全。當(dāng)安全系數(shù)大時(shí), 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(jì)改進(jìn)提供幫助。為了避免任何安全因素的負(fù)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(zhǔn)確的結(jié)果,必須有大量的樣品,這就意味著極大的計(jì)算量,特別是在高可靠性結(jié)構(gòu)中。在本文中,有一個(gè)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(jī) 連桿的強(qiáng)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(rèn)為是隨機(jī)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(jì)數(shù)據(jù)用于通過AFOSM 方法的可靠性分析中。為了展示這個(gè)方法的特征提供一個(gè)例子和實(shí)驗(yàn)。
應(yīng)力分析
上述提到的方法是應(yīng)用在固定型號(hào)的柴油機(jī)連桿的疲勞強(qiáng)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(jì)算機(jī)應(yīng)用AFOSM 方法在分析連桿的可靠性時(shí)，我們得到在柴油機(jī)連桿上的一些疲勞強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)，它表明了，在壓力條件下這個(gè)地方的可可靠性是最低的。在計(jì)算時(shí),考慮到兩個(gè)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?yàn)樗?jīng)歷了更高的應(yīng)力。另外,計(jì)算模型時(shí)簡(jiǎn)化了三個(gè)方面。第一, 外部載荷是對(duì)稱的。柴油機(jī)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(jì)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(jī)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(dòng)有限元網(wǎng)格生成中, 連桿分為多個(gè)區(qū)域有不同厚度。三線網(wǎng)格是通過前沿法在每個(gè)區(qū)域中生成(Peraire et al, 1987)。負(fù)載分布連同 FE網(wǎng)格顯示在圖 2。根據(jù)計(jì)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(diǎn)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(xiǎn)" 點(diǎn)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?yàn)?"危險(xiǎn)" 點(diǎn)位于柴油機(jī)連桿體的自由邊界。柴油機(jī)連桿表面分布的應(yīng)力情況顯示在3和圖4。
為了與 PSFEM 進(jìn)行比較, 還進(jìn)行了蒙特卡羅模擬。兩種方法的應(yīng)力統(tǒng)計(jì)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(shí)。當(dāng)樣品的數(shù)量為 200, 時(shí)間在蒙特卡羅模擬上花費(fèi)的時(shí)間是PSFEM花費(fèi)時(shí)間的20倍。除了壓力統(tǒng)計(jì), PSFEM 提供的壓力對(duì)于每個(gè)基本隨機(jī)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?yàn)槿紵龎毫χ淮嬖谟趬毫l件下, 而在拉力條件下燃燒峰值壓力的靈敏度為零。
實(shí)驗(yàn)
在柴油機(jī)連桿的可靠性分析中,準(zhǔn)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(zhǔn)確性和該方法的可靠性, 應(yīng)用單光束激光散斑干涉法進(jìn)行了柴油機(jī)連桿形變實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。在實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)柴油機(jī)連桿被測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)和載荷的情況在下圖中顯示。位移計(jì)算和實(shí)驗(yàn)所收到的分?jǐn)?shù)顯示在表6中。為了消除剛性運(yùn)動(dòng)的影響,點(diǎn)1和2被采取作為約束點(diǎn)，而且他們的位移是零。因?yàn)辄c(diǎn)5和6是對(duì)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(shí)了PSFEM 的可靠性。
結(jié)論
攝動(dòng)隨機(jī)有限元方法使用高級(jí)的一次二階矩法對(duì)柴油機(jī)連桿疲勞強(qiáng)度可靠性進(jìn)行分析。PSFEM 的優(yōu)點(diǎn)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(jī)連桿的疲勞失效判據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)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(gè)復(fù)雜狀態(tài)的時(shí)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(xì)節(jié)可以在 surech 的書中找到(1991)。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn), 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(gè)標(biāo)準(zhǔn),我們可以分析可靠性隨時(shí)間變化的方式。在這一分析中, 我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)力對(duì)燃燒峰值壓力、旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)運(yùn)都是敏感的。此外控制這些參數(shù)的波動(dòng)將提高柴油機(jī)連桿的可靠性。
致謝
通過本次的柴油機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，我對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了更深刻的理解，更直觀的認(rèn)識(shí)，把以前上課學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)中。本次設(shè)計(jì)主要是工藝路線的安排，以及計(jì)算相關(guān)尺寸鏈。在安排路線時(shí)，安排兩套路線，通過計(jì)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(jì)夾具的過程中，主要安排定位，夾緊以及相關(guān)誤差計(jì)算。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程感謝中于靖華老師對(duì)我進(jìn)行的指導(dǎo)，老師總是親切詳細(xì)的回答我每一個(gè)問題，并且告訴我設(shè)計(jì)過程中存在的問題，老師對(duì)專業(yè)知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?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(rèn)真對(duì)待自己的工作，不能讓自己在專業(yè)方面出錯(cuò)。
再次感謝于老師和幫助我的同學(xué)們。
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