《連桿工藝設(shè)計及有限元分析設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《連桿工藝設(shè)計及有限元分析設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】（53頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 本科畢業(yè)設(shè)計論文 題 目 連桿工藝設(shè)計及有限元分析 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計及其自動化 學(xué)生姓名 梁 樂 指導(dǎo)教師 李 郁 畢業(yè)時間 二零一四年六月 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 I 畢業(yè) 設(shè)計論文 任務(wù)書 一、題目 連桿的工藝設(shè)計及有限元分析 二、 指導(dǎo)思想和目的要求 連桿生產(chǎn)和加工是汽車業(yè)的重中之重，工藝技術(shù)也成為一個國家制造業(yè)發(fā)展的標(biāo)志，利用良好的工藝技術(shù)可以完成很多以前不能完成任務(wù)，而且加工的準(zhǔn)確性精度和耐用度都可以得到很好的保證。本次畢設(shè)題目來源于生產(chǎn)實踐，利用出零件圖然后進(jìn)行工藝路線的編制，隨后用 模導(dǎo)入 有限元分析。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1. 零件圖 3張； 2. 三維建模零件 1個； 3. 輔助加工程序 1份； 4. 畢業(yè)設(shè)計論文 1份； 四、進(jìn)度和要求 2 周 2 周 2周 2 周 2周 文） 2周 2周 五、主要參考書及參考資料 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 1] 朱煥池 . 《 機(jī)械制造工藝學(xué) 》 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 鄧 文英 . 《金屬 工藝學(xué)》 （第五版 下） . 高等教育出版社 [3] 閻光明 . 《現(xiàn)代 制造工藝基礎(chǔ)》 . 西安 ：西北工業(yè)大學(xué)出版社 [4] 劉治映 . 《畢業(yè)設(shè)計（論文）寫作導(dǎo)論》 . 長沙：中南大學(xué)出版社 [5] 焦小明 . 《 機(jī)械加工技術(shù) 》 . 北京：機(jī)械工業(yè)出 版社 [6] 龔桂義 . 《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計圖冊》（第三版 ) 7］ 劉英 . 《 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 》 機(jī)械工業(yè) 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曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸出動力，因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。 連桿在工作中，除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。 本次畢業(yè)設(shè)計針對 汽車發(fā)動機(jī)連桿進(jìn)行工藝設(shè)計編制及有限元分析。 涉及連桿的選材、確定毛坯、擬定工藝路線、選擇工藝設(shè)備。 本論文通過 且對連桿的加工工藝進(jìn)行了編制。得到了工藝過程和連桿的有限元分析。 關(guān)鍵字 ：連桿 ，工藝編制 ，有限元分析 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 of is an is to of of on to of of of to of of is he at in to by of to to in a by by to In on by a of of 北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 3 目 錄 第一章 緒 論 ...................................................... 5 .............................................. 5 .................................................. 5 .............................................. 6 第二章 連桿的工藝編制 ............................................. 8 桿的結(jié)構(gòu)分析 .............................................. 8 ............................................ 8 桿的工藝分析 ........................................ 8 桿的材料和毛坯選擇 ................................. 10 桿機(jī)械加工工藝過程 ....................................... 11 ......................................... 12 ........................... 12 ................................... 13 ....................................... 13 桿大小頭孔的加工 ................................... 15 ..................................... 15 ................................... 16 ............................................. 16 ............................................. 16 ............................................. 16 ......................... 17 桿機(jī)械加工工藝路線 ....................................... 18 工序的加工余量 ........................................... 27 第三章 連接受載荷情況下的有限元分析 ............................. 29 ................................. 29 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 第四章 全文總結(jié) ................................................. 45 致 謝 ........................................................... 46 參考文獻(xiàn) ......................................................... 47 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) ..................................................... 48 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 5 第一章 緒 論 題研究的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 我們的生活越來越便捷。例如普遍的汽車， 汽車發(fā)動機(jī)有五大件：缸體、曲軸、連桿、凸輪軸、缸蓋。在今天，汽車工業(yè)的高速發(fā)展，“ 小體積、大功率、低油耗 ” 的高性能發(fā)動機(jī)對連桿提出更新、更高的要求。作為高速運動件，重量要輕，減小慣性力，降低能耗和噪聲，強(qiáng)度、剛度要高，并具有較高的韌性，連桿比要大，連桿要短。 連桿是發(fā)動機(jī)內(nèi)部的重要零件，連桿的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞組上的燃?xì)鈮毫鹘o曲軸。 所以，連桿除上下運動外，還左右擺動作復(fù)雜的平面運動。連桿工作時，主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，要求它應(yīng)有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。 同時，由于連桿既是傳力零件，又是運動件，不能單靠加大連桿尺寸來提高其承載能力，須綜合材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱處理及表面強(qiáng)化等因素來確保連桿的可靠性。連桿在機(jī)器中應(yīng)用之廣以及它在機(jī)器中的作用和地位不言而喻。因此，本課題所研究的連桿加工工藝是非常有意義的。 內(nèi)外現(xiàn)狀 汽車發(fā)動機(jī)連桿是一套曲柄連桿機(jī)構(gòu)。而 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 中的動力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是 發(fā)動機(jī) 實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運動、由曲軸旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對外輸出動力；在其它沖程中，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。 （ 1）機(jī)體組：氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、汽缸套及油底殼 （ 2）活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 （ 3）曲軸飛輪組：曲軸、飛輪 、扭轉(zhuǎn)減振器、平衡軸 高強(qiáng)度，輕量化，低成本是汽車發(fā)動機(jī)連桿的用材料的發(fā)展趨勢，我國發(fā)動機(jī)鍛鋼連桿制造技術(shù)與國外差距不大，但連桿輕量化方面還是相當(dāng)落后。為保證連桿的疲勞強(qiáng)度，要求連桿的材料要具有良好的綜合力學(xué)性能及工藝性能，以往連桿材料幾乎普遍采用碳素調(diào)制鋼和冶金調(diào)制鋼， 20世紀(jì) 70年代由于石油危機(jī)為節(jié)省資源，歐美和日本開始大量應(yīng)用非調(diào)制鋼，并取得很大進(jìn)展。 隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對于汽車發(fā)動機(jī)的動力性能越來越高，而連桿強(qiáng)度剛度對提高發(fā)動機(jī)的動力性及可靠性至關(guān)重要，因此國內(nèi)外各大汽車公司對發(fā) 動機(jī)連桿用材料和制造技術(shù)的研究都非常重視。在滿足性能指標(biāo)的前提下，連桿的材料和制造技術(shù)關(guān)聯(lián)很大，非調(diào)制鋼的應(yīng)用就是考慮節(jié)省調(diào)制工序。近年來，采取裂解連桿體和連桿蓋分界面的技術(shù)可以大幅減少機(jī)械加工工序，由此開發(fā)了高強(qiáng)度低韌性的高碳非調(diào)制鋼和粉末冶金鍛件以滿足工藝要求。 目前連桿的主要用料有以下幾種：碳素鋼合金鋼，非調(diào)制鋼，粉末冶金連桿，鈦合金連桿。 我國各大汽車集團(tuán)的主機(jī)廠發(fā)動機(jī)鍛鋼連桿制造技術(shù)與國外差距不大，不論從鍛件的強(qiáng)度表面強(qiáng)化技術(shù)，還是尺寸精度及產(chǎn)品穩(wěn)定性方面，都接近國外發(fā)達(dá)國家水平。國內(nèi)雖然近年來技 術(shù)有所提升，但還存在一些問題，鍛件成型及空冷技術(shù)的落后，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。 在連桿輕量化方面，我國還相當(dāng)落后，鈦合金連桿，纖維強(qiáng)化鋁合金連桿，粉末冶金鍛造連桿的研究還沒有展開，是今后要開展的課題。 文的章節(jié)安排 根據(jù)論文選題的要求，作者在近三個月的論文階段，基于 ， 導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成了大量的工作，對計算機(jī)輔助數(shù)控加工進(jìn)行 了深入的研究，在此基礎(chǔ)上并對連接板凹模進(jìn)行仿真模擬加工。這些內(nèi)容在論文中都得到了充分的反映，論文內(nèi)容的章節(jié)安排如下： 第一章 緒論 課題 研究的意義和國內(nèi)外的現(xiàn)狀 第二章 連桿的工藝編制 連桿的結(jié)構(gòu) 分析工藝過程 第三章 連桿受載荷情況下的有限元分析 有限元分析過程和結(jié)果 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 第四章 總結(jié)與展望 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 第二章 連桿的工藝編制 桿的結(jié)構(gòu)分析 桿的作用 連桿是汽車發(fā)動機(jī)中的主要傳動部件之一， 它在柴油機(jī)中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸 出動力，因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔 (或油槽 )，發(fā)動機(jī) 工作時，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。 桿的結(jié)構(gòu)特點 連桿由連桿體 及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底， 底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿 蓋之間有一組墊片，可以用來補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅 襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。 桿的工藝分析 各類連桿主要技術(shù)要求基于類似，僅在數(shù)值上略有差別。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為 面粗糙度 不大于 m；大頭孔的圓柱度公差為 頭孔公差等級為 面粗糙度 不大于 m。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為 00 兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較?。欢鴥煽纵S心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在 100 度上公差為 垂直與連桿軸心線方向的平行度在100 大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機(jī)的效率，所以規(guī)定了比較高的要求： 190± 連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術(shù)要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級為 面粗糙度 大于 m, 小頭兩端面的尺寸公差等級為 面粗糙度 m。這是因為連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒 有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方便。 在前面已經(jīng)說過，連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按 a 應(yīng)不大于 螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 桿的材料和毛坯選擇 連桿在工作中承受多向交變載 荷的作用，要求具有很高的強(qiáng)度。因此，連桿材料一般采用高強(qiáng)度碳鋼和合金鋼；如 45鋼、 55鋼、 4040。 連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件 的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進(jìn)的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿 模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成 — 體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機(jī)械加工 過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均 勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損 耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。 選擇毛坯應(yīng)綜合考慮一下幾方面的因素： 1)零件材料及對零件力學(xué)性能的要求。零件材料為 45 號鋼料，且零件力學(xué)性能要求較高，所以不管形狀簡單與復(fù)雜，連桿毛坯都應(yīng)該選擇鍛件。如果零件材料是鑄鐵或青銅，毛坯就只能夠采用鑄造，而不是鍛造。 2)生產(chǎn)類型。連桿生產(chǎn)屬于大批量生產(chǎn)，應(yīng)選毛坯精度和生產(chǎn)率都較高的先進(jìn)毛坯制造方法，使毛坯的形狀、尺寸精良接近零件的形狀、尺寸，以節(jié)約材料減少機(jī)械加工工作量，因此所節(jié)約的費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毛坯制造所增加的費用，獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。 3)生產(chǎn)條件。選擇連桿毛坯時應(yīng)盡可能考慮現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，如現(xiàn)有的毛坯制造水平和設(shè)備情況、外協(xié)的可能性等。 充分考慮利用新工藝、新技術(shù)和新材料。 本次設(shè)計 連桿 采用的是 45 號 鋼。由于該 連桿 在工作過程中要承受沖擊載荷 和摩擦 ，為增強(qiáng) 連桿 的 耐摩 強(qiáng)度和 抗 沖擊韌度，獲得更好的纖維組織，毛坯選用鍛件。西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 又因為該 連桿 屬于輕型零件，且生產(chǎn)類型屬大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率和鍛件精度，現(xiàn)采用模鍛方法制造毛坯。 桿機(jī)械加工工藝過程 本次設(shè)計的連桿的毛坯是鍛造而成，材料選擇為 45 號鋼，為整體鍛件，因為連桿要承受沖擊載荷摩擦，要有良好的機(jī)械性能，連桿為小件， 且生產(chǎn)類型屬大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率和鍛件精度，現(xiàn)采用模鍛方法制造 毛坯。隨后進(jìn)行熱處理正火，消除內(nèi)應(yīng)力，改善機(jī)械加工性。細(xì)化晶粒，消除組織缺陷。加工過程如下： 1 銑 銑連桿大、小頭兩平面 ,每面留磨 量 2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對稱，無標(biāo)記面稱基面。（下同） 3 鉆 與基面定位，鉆、擴(kuò)、鉸小頭孔。 4 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件銑尺寸 側(cè)面，保證對稱（此平面為工藝用基準(zhǔn)面）。 5 擴(kuò) 以基面定位，以小頭孔定位，擴(kuò)大頭孔為Φ 60 6 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件，切開工件，編號桿身及上蓋分別打標(biāo)記。 7 銑 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋結(jié)合面，保直徑方向測量深度為 8 磨 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，磨體和蓋的結(jié) 合面。 9 銑 以基面及結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋 10 锪 以基面、結(jié)合面和一側(cè)面定位，裝夾工件，锪兩螺栓座面 11證尺寸 11 鉆 鉆 2— 10 12 擴(kuò) 先擴(kuò) 2— 12擴(kuò) 2— 139 13 鉸 鉸 2— 14 鉗 用專用螺釘，將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件，其扭力矩為 100— 15 鏜 粗鏜大頭孔。 16 倒角 大頭孔兩端倒角。 17 磨 精磨大小頭兩端面，保證大端面厚度為 38 18 鏜 以基面、一側(cè)面定位，半精鏜大頭孔，精鏜小頭孔至圖紙尺寸。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 19 鏜 精鏜大頭孔至尺寸。 20 稱重 稱量不平衡質(zhì)量。 21 鉗 按規(guī)定值去重量。 22 鉆 鉆連桿體小頭油孔 0 23 鏜 半精鏜、精鏜小頭銅套孔。 24 珩磨 珩磨大頭孔。 25 檢 檢查各部尺寸及精度。 26 探傷 無損探傷及檢驗硬度后。 27 檢 入庫。 桿工藝過程的安排 個影響加工精度 的主要因素 （ 1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。 （ 2）連桿是 模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。 因此，在安排工藝進(jìn)程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)條件。 各主要表面的工序安排如下： （ 1）大頭端面： 粗銑、半精銑、精磨 （ 2）小頭孔：鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、拉，精鏜、浮動鏜 （ 3）大頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜，浮動鏜 一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 定合理的夾緊方法 既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應(yīng)該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設(shè)計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高 ，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。 在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。 位基準(zhǔn)的選擇 在連桿機(jī)械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基 面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于：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、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。具體的辦法是，如圖 （ 2— 1）所示：在安裝工件時，注意將成套編號標(biāo)記的一面不 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 圖 2桿的定位方向 與夾具的定位元件接觸（在設(shè)計夾具時亦作相應(yīng)的考慮）。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭襯套孔）時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。當(dāng)連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進(jìn)行加工。 為了不斷 改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當(dāng)配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。 由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔，這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。 在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加 工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整 個工藝過程的加工精度常有深遠(yuǎn)的影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關(guān)鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側(cè)面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 粗銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復(fù)變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小， 同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。 桿大小頭孔的加工 連桿大、小頭孔的加工是連桿機(jī)械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質(zhì)量有較大的影響。 小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)過了鉆、擴(kuò)、鉸三道工序。鉆時以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。 小頭孔在鉆、擴(kuò)、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜，達(dá)到 公差等級，然后壓入襯套，再以襯套內(nèi)孔定位精鏜大頭孔。由于襯套的 內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差，這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。 大頭孔經(jīng)過擴(kuò)、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達(dá)到 公差等級。表面粗糙度 m，大頭孔的加工方法是在銑開工序后，將連桿與連桿體組合在一起，然后進(jìn)行精鏜大頭孔的工序。這樣，在銑開以后可能產(chǎn)生的變形，可以在最后精鏜工序中得到修正，以保證孔的形狀精度。 桿螺栓孔的加工 連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴(kuò)、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。 為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍 內(nèi)，在擴(kuò)和鉸兩個工步中用上下雙導(dǎo)向套導(dǎo)向。從而達(dá)到所需要的技術(shù)要求。 粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒有活動部分，能保證承受較大的銑削力。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個端面與連桿大頭端面垂直，使西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 用兩工位夾具。連桿在夾具的工位上銑完一個螺栓孔的兩端面后，夾具上的定位板帶著工件旋轉(zhuǎn) 1800 ，銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。 桿加工工藝應(yīng)考慮的問題 序安排 連桿加工工序安排應(yīng)注意兩個影響精度的因素：（ 1）連桿的剛度比較低，在外力 作用下容易變形；（ 2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開。 位基準(zhǔn) 精基準(zhǔn)：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。 統(tǒng)一精基準(zhǔn)：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因為端面的面積大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。 具使用 應(yīng)具備適應(yīng)“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準(zhǔn)。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準(zhǔn)”情況，這時小頭定位銷應(yīng) 做成活動的，當(dāng)連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進(jìn)行加工。 保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時，夾具可考慮重復(fù)定位情況，如采用夾具限制 7 個自由度（其是長圓柱銷限制 4 個，長菱形銷限制 2個）。長銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復(fù)定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設(shè)計頂出工件的裝置。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 精 加工時切削用量的選擇原則 粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高 ,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金 屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。 金屬切除率可以用下式計算： 中： s） V 切削速度（ m/s） f 進(jìn)給量（ mm/r） 削深度（ 提高切削速度、增大進(jìn)給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進(jìn)給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度 次選擇一個較大的進(jìn)給量度 f，最后確定一個合適的切削速 度 V. 選用較大的 f 以后，刀具耐用度 t 顯然也會下降，但要比 V 對 t 的影響小得多，只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使 V、f、 乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大 使走刀次數(shù)減少，增大 f 又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。 1）切削深度的選擇： 粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余 量一次切除。只有當(dāng)總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。 2）進(jìn)給量的選擇： 粗加工時限制進(jìn)給量提高的因素主要是切削力。因此，進(jìn)給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度來確定。選擇進(jìn)給量時應(yīng)考慮到機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度好的情況下，可選用西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 大一些的進(jìn)給量；在剛性和強(qiáng)度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量。 3）切削速度的選擇： 粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制。切削深度、進(jìn)給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機(jī)床的許 用功率。如超過了機(jī)床的許用功率，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。 精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。 1）切削深度的選擇： 精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。 2）進(jìn)給量的選擇： 精加工時限制進(jìn)給量提高的主要因素是表面粗糙度。進(jìn)給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。 3）切削速度 的選擇： 切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度 進(jìn)給量 f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度 V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時滿足生產(chǎn)率的要求。 桿機(jī)械加工工藝路線 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 19 正火 將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點溫度）以上， 30～ 50℃ 保持適當(dāng)時 間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高材料 的力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。 兩端面，銑連桿大小透亮平面 每面留磨量 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對稱，無標(biāo)記面稱為基面。 圖 3、鉸：一基面定位，先鉆小頭孔Ф 27.8 擴(kuò)小頭孔Ф 后鉸小頭孔Ф 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 圖 3銑大頭兩側(cè)， 銑兩側(cè)面，保證對稱（此平面為工藝用基準(zhǔn)面）保證 99± 3連桿大頭 以基面定位，以小頭孔定位擴(kuò)大頭孔為 60。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 21 圖 3孔 基面定位和小頭孔定位，切開工件，編號連桿體及上蓋。 圖 3結(jié)合面，以基面和一側(cè)面（指 99 ± 位裝夾工件，銑連桿體結(jié)合面，保直徑方向測量深度 基面和一側(cè)面定位裝夾工件，磨連桿體和上蓋結(jié)合面。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 圖 3結(jié)合面 銑斜槽， 以基面及結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體、蓋 5槽。 圖 3斜槽 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 23 以基面，結(jié)合面和一側(cè)面定位，銑連桿體和上蓋的兩螺栓座面。 圖 3螺栓座面 擴(kuò)：以基面和小頭孔定位鉆 2— Ф 10栓孔。以基面和小頭孔定位，先擴(kuò) 2— Ф 擴(kuò) 2— Ф 130 圖 3擴(kuò)孔 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 24 基面和小頭孔定位粗鏜大頭孔。 圖 3大頭孔 基面定位 精磨兩端面， 精磨大小頭兩端面，保證尺寸精度 38 圖 3北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 25 為基準(zhǔn) 半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔，精鏜大頭孔。 圖 3鉆連桿小頭油孔 ? 3油孔 基面和兩側(cè)面定位，壓小頭銅套 孔。 半精鏜、精鏜小頭襯套孔小頭套孔 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 26 圖 3小頭套孔 基面和小頭和兩側(cè)面定位，精磨大頭孔和小頭銅套孔，保證尺寸。 圖 3磨 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 27 表 3床設(shè)備及工藝裝備 工序號 工序名 加工設(shè)備 刀具 量輔具 1 鍛造 空氣錘 游標(biāo)卡尺 2 熱處理 特種淬火機(jī) 3 銑 立式銑床 合金端銑刀 游標(biāo)卡尺 4 磨 輪 千分尺 5 鉆擴(kuò)鉸 頭，組刀 游標(biāo)卡尺 6 銑 銑刀 游標(biāo)卡尺 7 擴(kuò) 柱鉆模 游標(biāo)卡尺 8 銑 片銑刀 游標(biāo)卡尺 9 銑 金端銑刀 游標(biāo)卡尺 10 磨 輪 千分尺 11 銑 用銑刀 游標(biāo)卡尺 12 銑 用銑刀 游標(biāo)卡尺 13 鉆擴(kuò) 花鉆 游標(biāo)卡尺 14 鏜 用鏜桿 游標(biāo)卡尺 15 磨 輪 千分尺 16 鏜 標(biāo)卡尺 17 鉆 花鉆 游標(biāo)卡尺 塞規(guī) 18 擠壓 19 鏜 用鏜桿 游標(biāo)卡尺、塞規(guī) 20 珩磨 珩磨機(jī)床 內(nèi)徑千分尺 工序的加工余量 確定大小頭兩平面加工尺寸 用查表法確定機(jī)械加工余量： （根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》第一卷 表 25 表 26 表 27） 平面加工的工序余量（ 表 3面加工方法 單面余量 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸 表面粗糙度 精磨 ) 38( ) 磨 ) ) 2 ) ) 北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 28 確定大頭孔加工尺寸 （根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表 2— 29 表 2— 34）查得大 頭孔各工序尺寸及其公差 小頭孔各 工序尺寸及其公差 （根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表 2— 29 表 2— 30） 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟(jì) 精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度 珩磨 (6 ? (6 鏜 (8 ? (8 精鏜 1 )(11 ? 65 ? 65 )(11 鏜 4 )(12 ? 64 ? 64 )(12 序 名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟(jì) 精度 最小極限尺寸 表面 粗糙度 鉸 ? 5 )(10 ? 鉆至 20? 北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 29 第三章 連接受載荷情況下的有限元分析 桿的有限元分析過程和結(jié)果 首先用 出連桿的大體，然后倒入 行分析。進(jìn)入 擊草繪繪制如下圖形： 圖 4繪 然后進(jìn)行拉伸命令使草圖變?yōu)閷嶓w。 圖 4伸 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 30 然后在實體面上進(jìn)行草繪和拉伸做出雙向的凹槽。 圖 4體 隨后點擊保存副本，文件類型選擇 型。打開 開文件。 圖 4入 北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 31 輸入 /為實體，并且劃分網(wǎng)格 圖 4分網(wǎng)格 5 剛 ,0 X,1,,,泊松比 建立靜態(tài)時間分析步，選取非線性 車連桿的大頭孔是與軸承配合的，而小頭孔的內(nèi)側(cè)受面壓力作用。在 =0的所有面施加對稱約束，在小頭孔的內(nèi)側(cè)節(jié)點范圍內(nèi)施加 P=壓力。實際工 程中，汽車連桿的大頭孔是與軸承配合的，在 =0的所有面施加對稱約束，在小頭孔的內(nèi)側(cè)節(jié)點范圍內(nèi)施加 P= 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 圖 加載荷 圖 力圖 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 33 圖 移 結(jié)果顯示，最大合 位移出現(xiàn)在小孔內(nèi)外表面；最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在小頭孔表面上，其值為 圖中的應(yīng)力和位移等直線可以看出 :(1)整個連桿結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在小頭孔的承載區(qū)范圍內(nèi)，其他部位受力情況較均勻。這與實際情況是相吻合的。 (2)最大變形出現(xiàn)在小軸孔表面，而大孔的變形非常小。在實際情況中，由于小孔是承載區(qū)，它的變形相對較大，大孔遠(yuǎn)離承載區(qū)，受影響較弱。綜合上述分析，有限元分析結(jié)果是客觀的，較為真實的反應(yīng)了汽車連桿的受力情況。 3. 從上述結(jié)果及圖形可得出： （ 1）最大位移出現(xiàn)在連桿小頭圓孔處，最大值為 后逐漸向內(nèi)遞減，到連桿大頭圓孔處為最小位移。 （ 2）最大應(yīng)力出現(xiàn)在桿與小頭圓孔接觸處，值為 整個連桿最危險的部位，應(yīng)采取相應(yīng)的表面處理手段進(jìn)行強(qiáng)化。 序： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 34 / / 19:47:25 05/30/2014 /',,,,,,,,,,,,,,,,1 / /N / /N / / ,,,,,,0 / ~''D:\',,0 / /,,1, / ,,,,,,, ,0 X,1,,,, , / 1 / 1, , , 1, / ,3d 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 35 ,3d ,3d Y, , , , 1 ,_Y Y / 1, , , 1, / /, / /, / /, / /, / /, / /, 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 36 / /, / /, / ,2,5, ,21 ,51X,, 1, , , 1,