连杆加工夹具设计说明书
2020-03-02 15:45:41 来源：范文大全收藏下载本文
目录
1、前言···································································· 2
2、设计任务及工况要求················································ 2
3、连杆零件分析························································ 2
4、设计条件······························································ 3
5、专用夹具的设计······················································ 4
5.1、本夹具的功用······················································· 4
5.2、设计方案分析比较·················································· 4
5.3、夹具工作原理······················································· 6
6、定位误差计算························································ 6
7、夹紧力的计算与强度校核············································ 7
7.1、夹紧力的计算······················································ 7
7.2、强度校核··························································
8、夹具特点及使用说明················································ 8
9、心得体会····························································· 9
10、参考文献···························································· 9
1 铣连杆小头油槽夹具设计说明书
1、前言
连杆在工作过程中，连杆小头油槽收集飞溅的润滑油，并通过连杆小头孔衬套上的小孔将润滑油引导到活塞销上，起到润滑、冷却活塞销和活塞小头孔衬套的作用。因此要求连杆小头油槽不仅要位于连杆小头顶部并铣穿，而且要有一定的对称度；但在整个连杆加工过程中，铣连杆小头油槽并不是一道非常重要的工序。连杆小头油槽加工后形成的表面，在后续的工序中，不会用其做定位或夹紧使用，所以铣连杆小头油槽的加工精度要求不高。
2、设计任务及工况要求
运用所学机械制造工程学等基本理论知识，正确解决连杆在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的方案，进行必要的计算，为492Q汽油机连杆的机械加工中的“铣连杆小头油槽”这一工序设计一套专用夹具，努力做到使其具有质优、高效、低成本的特点。
连杆作为汽车发动机的关键零部件，使用量很大，在连杆加工工厂通常采用中批量或大批量生产，实行生产流水线作业。因此加工连杆小头油槽可以选用卧式铣床X51，液压夹紧。
3、连杆零件分析
连杆是汽车发动机的主要传动机构之一，在发动机缸体内将活塞与曲轴连接起来，实现活塞与曲轴之间力的传递，将活塞的往复直线运动可逆地转化为曲轴的旋转运动，并实现功率的输出。
连杆通常是一种细长的变截面非圆杆件，由从大头到小头逐步变小的工字型截面的连杆体、连杆盖、螺栓及螺母等组成。不同结构的发动机，连杆的结构略有差异，但基本上都是由活塞销孔端（小头）、连杆身、曲柄销孔端（大头）三部分组成。连杆大头孔套在曲轴连杆轴径上，为了便于安装，连杆一般自大头孔处分开成连杆体和连杆盖两部分，然后用连杆螺栓连接。为了减少磨损，大头孔内装有上下两片轴瓦；连杆小头孔与活塞销相连，小头孔内压入铜衬套，孔内设有油槽，小头顶部设有油孔，通过飞溅润滑实现。为了减少惯性力，并有一定的刚度，连杆身采用工字型断面。因此连杆工艺特点：外形复杂，不易定位；连杆的大、小头是由细长的杆身相连，故刚性差，易弯曲、变形；尺寸精度、形位精度和表面质量要求高。
连杆在工作过程中主要受三个方向的作用力：活塞顶上压缩气体力、活塞杆 2 组的往复运动惯性力，连杆高速摆动时产生的横向惯性力
连杆的主要加工表面：连杆大、小头孔；连杆大、小头端面；连杆大头剖分面及连杆螺栓孔等。
（1）大小端孔的精度要求：为了使大端孔与轴瓦及曲轴、小端孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，采用分组装配法。 （2）大小端孔中心线在两个互相垂直方向的平行度：两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，增加活塞与汽缸的摩擦力，从而造成汽缸壁损加剧。
（3）大小端孔的中心距：大小端孔的中心距影响汽缸的压缩比，所以对其要求很高。
（4） 大端孔两端面对大端孔轴线的垂直度：此参数影响轴瓦的安装和磨
损。
（5） 连接螺栓孔：螺栓孔中心线对盖体结合面与螺栓及螺母坐面的不垂直，会增加连杆螺栓的弯曲变形和扭转变形，并影响螺栓伸长量而削弱螺栓强度。
（6） 连杆螺栓预紧力要求：连杆螺栓装配时的预紧力如果过小，工作时一旦脱开，则交变载荷能迅速导致螺栓断裂。
（7） 对连杆重量的要求：为了保证发动机运转平稳，连杆大、小头重量和整台发动机上的一组连杆的重量按图纸的规定严格要求。
（8） 轴瓦槽：对槽头的要求非常高。
由于连杆在工作中承受多种急剧变化的动载荷，所以要求其材料具有足够的疲劳强度及刚度要求，而且还要使其纵剖面的金属宏观组织纤维方向应沿连杆中心线并与连杆外形相符合，不得有裂纹、断裂、疏松、扭曲、气泡、气孔、分层和杂质等缺陷。
连杆成品的金相显微组织应为均匀的细晶结构，不允许有片状铁素体。
4、设计条件
加工工序中，在“铣连杆小头油槽”工序之前，已经完成了对连杆双端面和侧面的精加工，并且完成了连杆钻扩小头孔的加工工艺，因此在定位夹紧时可以选择已加工表面作为定位基准。
而连杆的加工在工厂实行生产流水线作业，进行大批量的生产，要求生产效率高，并且尽量降低工人劳动强度和生产成本。通用机床X51可以满足本工序的加工要求，因此可设计与X51工作台配套使用的夹具，并选用液压自动夹紧的方式以降低劳动强度，提高生产效率。
5、专用夹具的设计
5.1、本夹具的功用
在机床上进行加工工件工程中，为了使工件的表面以及各项指标能够达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，在加工前必须将工件定位、夹紧。本夹具主要用于铣连杆小头油槽，它采用通用的定位元件，使被加工的连杆在夹具的安装过程能够迅速实现定位夹紧。夹具只有安装到机床的工作台上才能实现被加工工件的加工工序，因此本夹具的另一功用是连接安装到卧式铣床X51的工作台上。
5.2、设计方案比较分析
根据本工序“铣连杆小头油槽”的加工工艺要求，选用卧式铣床X51，3mm盘状铣刀进行铣削加工。故被加工零件——连杆的定位夹紧，根据加工工艺方法，可以有多种方案。 方案
一、
定位元件：支撑板、圆柱销、削边销；
夹紧装置：液压自动夹紧，直压板；
定位夹紧原理如下图：
1、小头支撑板
2、削边销
3、加紧压板
4、大头支撑板
5、圆柱销
4 方案
二、
定位元件：支撑板、圆柱销、定位块；
夹紧装置：液压自动夹紧，直压板；
定位夹紧原理图如下：
1、小头支撑板
2、可换定位销
3、夹紧压板
4、定位块
5、大头支撑板
方案一中采用“一面双销”的定位方式，能够限制使得夹具结构简单，但由于在本道工序之前，连杆大头孔还是毛坯面，没有进行加工，因此基准精度很低；且考虑到锻造连杆时的模型锥度，用圆柱销定位连杆大头孔，还存在定位可靠性差的缺点。
方案二采用大小头支撑板、定位销和定位块作为定位元件。在本道工序之前，连杆大小头双端面和侧面及连杆小头孔已经进行了精加工，选用上述已加工表面为定位面，基准精度较高，定位准确，可靠性高且安装方便，只是夹具夹具结构与方案一相比稍显复杂。
综上所述，方案二优点明显，好于方案一，故选用方案二作为本道工序“铣连杆小头油槽”的夹具设计方案。
5 5.3、夹具工作原理
本工序“铣连杆小头油槽”夹具设计原理方案如下图所示。大小头的支撑板支撑连杆端面，限制连杆的3个自由度；可换定位销套在连杆小头孔内，限制2个自由度；定位块与连杆大头侧面相连，限制1个自由度；因此本夹具可以实现“铣连杆小头油槽”工艺的完全定位。
1、小头支撑板
2、可换定位销
3、夹紧压板
4、定位块
5、大头支撑板
6、定位误差计算
由于位于小头顶部的定位面的定位尺寸为6.2±0.05，因此基准不重合误差ΔB为δ差
D/2 。定位孔与轴可以在任意方向上接触，此种情况下，定位基准可以在任意方向上变动，其最大变动量为孔径最大与轴颈最小时的间隙，所以基准位移误
YDmaxdminDd式中，δD、δd、Δ分别为定位孔、轴的尺寸公差和孔轴配合的最小间隙。
由于ΔB和ΔY变化方向相反，所以定位误差
1 DYBDd2 6 带入数据：δD=0.012，δd=0.03，Δ=0.01，得到：ΔD=0.046mm。
7、夹紧力的计算和强度校核
7.1、夹紧力的计算
由【1】知：铣削切削力计算公式为：
P = Cp·t 0.86·Sz
0.7
2·D
-0.86
·B·z·kp
由于本工序“铣连杆小头油槽”使用卧式铣床X51，盘状铣刀，直径D为75mm,宽度B为3mm，模数m 为3.50；连杆材料为40Cr，属于中碳合金结构钢，σ为980MPa；
故由【1】知：
bCp = 808 N Sz = 0.01 mm D = 75 mm
0.8B = 3 mm z =12 kp =(σb/736) 由连杆加工工艺图可知：t = 8.3 mm 所以可以得出：
P = Cp·t·Sz·D·B·z·kp
0.860.72-0.860.8 = 808×8.3×0.01×75×3×12×(980/736)N
= 200 N
由【2】知：钢与钢的摩擦因数μ=0.3，理论夹紧力F: 0.860.72-0.86F = F·μ 即 F = P/μ
所以可以得出：
F = P/μ = 200/0.3 = 667 N
由【1】知：夹紧力计算公式为：
Fk = F·K K = Ko·K1·K2·K3·K4·K5·K6
由工艺规程可知Ko = 1.4 K1=1.2 K3 = 1.0 K4 = 1.0 K5 = 1.0 K6 = 1.0
故可知实际所需夹紧力Fk:
7
Fk = F·K = F·Ko·K1·K2·K3·K4·K5·K6 = 667×1.4×1.2×1×1×1×1 = 1120 N 7.2、强度校核
压板强度校核：
由理论力学知识，对压板受力分析可知，压板所受的最大力矩M
M = Fk·L = 1120×0.86 N·m = 963.2 N·m
由于压板厚度厚度H 为20mm，压板宽度B2为50mm。所以弯曲应力σp为：
σp = M/S = M/(H·B2) = 963.2÷0.2÷0.5 = 9632 Pa
而压板材料为45钢材，【σp】 为600 MPa，故压板强度足够。
压板螺钉强度校核：
有理论力学知识可知，压板螺钉为M16，所受的拉力同为5880 N ,所以压板螺钉所受的拉应力σp为：
σp = Fk /(πr) = 1120÷π÷0.16 = 13926 Pa
而压板螺钉的材料 Q235 的【σb】为375—500 MPa ，故压板螺钉的强度足够。 2
28、夹具特点及其使用说明
本工序“铣连杆小头油槽”所用的夹具，定位元件由大小头支撑板、可换定位销、大头定位块组成，定位精确可靠，结构比较简单，安装使用方便；且由于使用液压自动夹紧，降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。夹具在使用过程中，要注意定期维护检测
9、心得体会
伴随着机械制造工程学课程设计的开始，我们也踏入了大学的最后一年。虽然我们进入了大四，虽然我们在开学时仅仅有这一项学习任务，虽然我们课程设计的要求不如机械设计制作系的高，但由于种种的原因，我还是感觉到时间的紧迫。还好这一切几乎都在计划中进行，虽不能说是忙而不乱，有条不紊，但还是渐渐地完成了各项任务。而这其中机械制造工程学课程设计则是其中一项比较有意义的收获。
我课程设计的任务是“铣连杆小头油槽”加工工序的夹具设计，虽然是较为简单的一项，但麻雀虽小，五脏俱全。从方案的设计制定，到定位元件、夹紧机构的选用，再到定位误差与夹紧力的计算与校核，每一个步骤都认真地查阅资料，从中收获颇丰。
这次课程设计不仅是对学过知识的复习与巩固，也是一种实践的检查和联系，更是一种对设计研究的探索和尝试。我们的大学生活，快要结束了，很快就要走上工作岗位或从事研究工作。我相信经过大学这样一次又一次的课程设计，未来的路虽然很漫长，但我们有能力克服前进路上的一切困难，迎来胜利的曙光！
10、参考文献
【1】 《机床夹具设计手册》 中国农业大学工学院机械设计制造系
【2】 《机械零件手册》 周开勤 主编 高等教育出版社 【3】 《机械制造工程学》 李伟、谭豫之 主编 机械工业出版社 【4】 《切削用量简明手册》 艾兴、肖诗 主编 机械工业出版社
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