汽车连杆专机进料部件设计.docx

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汽车连杆专机进料部件设计

本科毕业论文

汽车连杆专机进料部件设计

姓名

学院

机械工程学院

专业

机械设计制造及其自动化

指导教师

完成期日

全日制本科生毕业设计（论文）承诺书

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文）汽车连杆专机进料部件设计

是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。

文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。

论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。

承诺人（签名）：

日期：

汽车连杆专机进料部件设计

摘要

汽车连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。

连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。

因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。

本次设计中，要考虑到使设计的进料部件操作简单方便，结构合理，刚性和耐磨性都满足要求，工作台的纵向行程使用气压自动移动，纵向导轨时装有自动润滑装置。

本次连杆专机进料部件设计中，主要对进料部件工作台、滑台及气动装置的选取与设计。

通过本次进料部件设计，使汽车连杆能在专用机床上一次完成钻孔、攻丝，提高生产率，降低生产成本。

关键词：

汽车连杆、进料、滑台、三维建模

AUTOMOTICCOMPONENTDEDIGNFEEDRODPLANE

ABSTRACT

Automobileconnectingrodofanautomobileenginepartsinoneofthemainpowertransmission,connectingrodshaftisgenerallyusedtoheadgraduallyfromthebulkofsmallershapedcrosssectionshape.Theroleofthepistonrodandcranklinkup,sothatthepistonofthereciprocatinglinearmotionintorotarymotionofthecranktopoweroutput.Therefore,therodwilldirectlyaffecttheprecisionperformanceofthedieselengine,whilethechoiceoftechnologyisalsodirectlyaffecttheaccuracyofthemainfactors.

Thisdesign,takingintoaccountthefeedcomponentstomakethedesignsimpleoperation,reasonablestructure,rigidityandwearresistancetomeettherequirementsofverticaltraveltableautomaticallymoveswithairpressure,theverticalrailswithautomaticlubricatingdevicefashion.Thefeedrodplanecomponentdesign,themaincomponentsofthefeedtable,slidingtableandtheselectionanddesignofpneumaticdevices.Thefeedcomponentsthroughthedesign,makingthecarontheconnectingrodinaspecialmachinetocompletedrilling,tapping,increaseproductivity,reduceproductioncosts.

KEYWORDS：

Autolink,feed,slide,three-dimensionalmodeling

第1章绪论

1.1.设计背景

本课题来源于上海沪东机床厂ZS25H双轴复合机的设计。

连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其大小经活塞销与活塞连接，大头与曲轴颈相连接，燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

连杆部件一般有连杆体、连杆盖和螺栓等所组成。

在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的重量，以减小惯性力的作用。

连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状如图1-1所示。

图1-1汽车连杆

在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。

连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。

考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等（基本尺寸相同）。

在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽），发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。

连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。

因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。

汽车连杆加工面主要是两端面面和大小头孔，为了节省汽车连杆的加工成本，设计汽车连杆专机进料部件，通过双轴复合机对连杆进行孔加工。

复合机床是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。

它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。

我国传统的复合机床主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。

组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式复合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的复合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。

另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。

由于复合机床是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。

我国复合机床总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平复合机床几乎都从国外进口。

工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。

因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。

1.2.设计目的

本设计的目的是通过对复合机进料部件的设计，使其能完成汽车连杆的孔加工。

并使机床能对汽车连杆的钻孔、攻丝过程一次完成，提高工作效率，降低生产成本。

复合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。

由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。

因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

复合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。

加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。

有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件的外圆和端面加工。

本课题主要研究汽车连杆专机进料部件的设计，通过进料部件的设计，在设计中，利用Solidworks三维建模软件，建立机床各零部件模型以及总装配模型，并自动生成工程图和施工图，优化其图面和格式。

并对其进行结构分析、刚度分析、运动特性分析，以及精度分析，保证其符合设计要求。

1.3.设计流程

图1-1为本课题研究的流程图，通过方案的设计，以及结构分析、强度分析、运动性能分析和精度分析，生成满足设计要求的模型，并生成标准的工程图。

图1-1研究流程图

第2章进料部件总体设计

2.

2.1.汽车连杆的主要技术要求

连杆上需进行机械加工的主要表面为：

大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。

连杆总成的主要技术要求如图2-1所示。

图2-1汽车连杆总成

（1）大、小头孔的尺寸精度、形状精度

为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。

大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8μm；大头孔的圆柱度公差为0.005mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm。

小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025mm，素线平行度公差为0.04/100mm。

（2）大、小头孔轴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，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。

两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.03mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100mm长度上公差为0.06mm。

（3）大、小头孔中心距

大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：

260±0.05mm。

（4）连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度

连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：

规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100mm长度上公差为0.08mm）。

（5）大、小头孔两端面的技术要求

连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm,小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。

这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。

连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。

2.2.专机设计的要求

本机床经精心设计和制造后，保证其质量优良。

本机床能适应于管件接头、灯饰、机械、阀门、水龙头、汽车、瓦斯器材等零件加工，用途广泛。

设计完成后，使机床能一次完成钻孔和攻丝过程，以提高其工作效率，降低生产成本。

设计过程中，要充分考虑到使本机床的操作简单方便，机械结构合理，刚性强，耐磨性高，适合于重切削，生产时节省工作物的移动时间，工作台纵向行程使用气压来自动移动，并且纵向导轨在移动时，装有自动润滑装置，攻丝时保证安全可靠，并装有紧停和逆转开关。

表2-1为本次设计的主要规格与参数：

表2-1：

主要规格与参数

钻孔能力

25mm

攻丝能力

25mm

工作台面尺寸

230x780mm

横向行程

140mm

纵向行程

265mm

主轴行程

120mm

两轴中心距离

260mm

主轴至工作台面距离

470mm

主轴至立柱距离

165mm

主轴转速

左：

688

MT#4

右：

402

MT#4

主轴端斜度

电动机

3HP2.2KW

净重

约750KG

毛重

1000KG

木箱尺寸（长x宽x高）

1288x1074x2008mm

机床外形尺寸（长x宽x高）

1110x850x1800mm

2.3.专机设计方案

通过对设计目的的了解，确定本次汽车连杆专机进料部件设计中所需的零部件，主要为工作台、十字滑台、气动装置等。

通过对机床的结构组成的了解及性能功用的分析，选择合适的材料及合适、经济的设计方案。

在设计时，根据参数要求（如表2-1所示），以及参考《机械设计手册》，设计出标准合理的进料部件。

各类机床通常由下列基本部分组成：

支承部件，用于安装和支承其他部件和工件，承受其重量和切削力，如床身和立柱等；变速机构，用于改变主运动的速度；进给机构，用于改变进给量；主轴箱用以安装机床主轴；刀架、刀库；控制和操纵系统；润滑系统；冷却系统。

机床附属装置包括机床上下料装置、机械手、工业机器人等机床附加装置，以及卡盘、吸盘弹簧夹头、虎钳、回转工作台和分度头等机床附件。

机床配件的合理运用有助于提高工作效率和节约成本，在机加工中已经得到了广泛的注意和运用。

本设计主要负责进料部件的设计，保证其运动性能及精度要求，使其满足设计要求，其布局图如图2-2所示。

图2-2专机进料部件布局图

通过分析后，首先对工作台面进行整体设计，并根据《机械设计手册》中燕尾槽的标准，选择合适的参数配置。

然后选择控制工作台面横向移动所需的汽缸，并安置于十字滑台中。

并进行整体布局的优化设计，使其经济、安全，并满足运动性能要求。

在设计中保证本机床的操作简单方便，机械的结构合理，刚度性强，耐磨性高，适合于重切削，生产时尽量节省工作物移动时间，工作台纵向行程使用气压自动移动，并且纵向导轨移动时，装有自动润滑装置以保证润滑良好，攻丝时要保证安全可靠，并在机床上安装紧停和逆转开关。

2.4.技术经济指标

机床本身质量的优劣，直接影响所造机器的质量。

衡量一台机床的质量是多方面的，但主要是要求工艺性好，系列化、通用化、标准化程度高，结构简单，重量轻，工作可靠，生产率高等。

本设计中进料部件的具体指标如下：

1.工艺的可能性

工艺的可能性是指机床适应不同生产要求的能力。

本设计中，通过气动装置控制纵向行程，并自动运行，是生产操作方便，可以提高生产率，适用于零件的批量生产，降低机床成本。

2.加工精度和表面粗糙度

要保证被加工零件的精度和表面粗糙度，机床本身必须具备一定的几何精度、运动精度及动态精度等。

几何精度是指机床在不运转时部件间相互位置精度和主要零件的形状精度、位置精度。

机床的几何精度对加工精度有重要的影响，因此是评定机床精度的主要指标。

本设计中，需保证工作台台面的几何精度。

运动精度是指机床在以工作速度运转时主要零部件的几何位置精度，几何位置的变化量越大，运动精度越低。

本设计中，通过夹具定位加工零件后，通过控制气缸及撞块来保证运动精度。

如图2-3所示：

图2-3进料部件图（运动性能的控制）

以上两种种精度指标都是在空载条件下检测的，为全面反映机床的性能，必须要求机床有一定的动态精度和温升作用下主要零部件的形状、位置精度。

影响动态精度的主要因素有机床的刚度、抗振性和热变形等。

机床的刚度指机床在外力作用下抵抗变形的能力，机床的刚度越大，动态精度越高。

机床构件本身的刚度主要取决于构件本身的材料性质、截面形状、大小等。

构件之间的接触刚度不仅与接触材料、接触面的几何尺寸和硬度有关，而且还与接触面的表面粗糙度、几何精度、加工方法、接触面介质、预压力等因素有关。

本设计中，设计好工作台后，对其进行SolidworksSimulationXpress仿真分析，以保证其受力合理。

3.生产率

合理的设计机床的机械结构，使操作简单化、自动化、一体化，本设计通过使钻孔、攻丝一次完成，并使用启动装置使工作台纵向自动移动，这样可以提高工作效率，从而提高生产率。

4.系列化、通用化、标准化程度

机床的系列化、通用化、标准化是密切联系的，本设计中，各零部件的尺寸都按标准设计，以保证其合理，操作方便简洁。

5.机床的寿命

机床结构的可靠性和耐磨性是衡量机床寿命的主要指标。

影响寿命的主要因素有腐蚀、磨损、疲劳以及操作的规范性等。

进料部件设计好后，要经常保养，防止腐蚀，并通过润滑来减少磨损，机床工作不要过度，以免降低其寿命。

2.5.进料部件的润滑

本进料部件的润滑主要是工作台及滑台导轨的润滑；机床润滑油脂包括：

液压油、液压导轨油和润滑油（脂），不同的机床种类及工况的不同对润滑油品的性能有不同的要求。

（1）导轨的润滑

本进料部件的润滑主要是导轨的润滑，导轨的负荷及速度变化很大，一般导轨面的负荷为3-8N/cm2,但由于导轨频繁的进行反复运动，因此容易产生边界润滑，甚至半干润滑而导致爬行现象，机床设计和材料润滑不良是导致爬行的主要原因。

（2）润滑的特点

本专机的润滑方式及润滑油脂的选择是根据机床的结构、自动化程度、机床使用的工况及对精密度的要求进行综合衡量而作出决定的，本设计中，通过润滑使各零部件减磨降耗，同时也力求避免温升和振动。

第3章进料部件工作台设计

3.

3.1.工作台台面设计

工作台是零件加工平台，台面采用刮削工艺，工作面上可加工成V型槽、T型槽、U型槽等，本设计中采用的是T型槽，T型槽工作台又称T型槽平板，是工业量具的一种，主要用来固定工件，是钳工工人用来调试设备，装配设备，维修设备的基础工作平台。

采用高强度铸铁HT200-300为工作面的材质，其硬度为HB170-240，经过两次人工处理使用该产品的精度稳定，耐磨性能好。

精度按国家标准计量检定规程执行，T型槽工作台分为四个等级，分别为0、1、2、3四个等级（数值越小精度越高）。

由表2-1中规格参数知工作台台面尺寸参数为230x780mm，并通过《机械设计手册》中T型槽的规格中（如图3-1和表3-1所示）选取合适的尺寸：

A=18mm；P=80mm

图3-1进料部件工作台示意图

表3-1T型槽间距尺寸（摘自GB/T158-1996）

3.2.滑动导轨的选择与设计

滑动导轨是机床导轨中使用最广泛的类型，也是其他类型导轨的基础。

直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。

导轨可以是一个专门的零件，也可以是一个零件上起导向作用的部分。

滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。

其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。

按照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕它们转动（图3-2所示）。

对于直线运动导轨，必须限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动的自由度。

3.2.1．导轨的要求

1、导向精度高。

导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。

导轨的几何精度可用线值或角值表示。

2、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。

导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时导轨速度的不均匀，使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。

爬行现象主要取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳定性。

为此，设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、配合表面的几何形状精度及润滑方式。

3、耐磨性好。

导轨的初始精度由制造保证，而导轨在使用过程中的精度保持性则与导轨面的耐磨性密切相关。

导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料?

导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。

4、对温度变化的不敏感性。

即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。

导轨对温度变化的不敏感性主要取决于导轨类型、材料及导轨配合间隙等。

5、足够的刚度。

在载荷的作用下，导轨的变形不应超过允许值。

刚度不足不仅会降低导向精度，还会加快导轨面的磨损。

刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。

6、结构工艺性好。

导轨的结构应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低成本。

3.2.2．导轨的分类

直线运动滑动导轨截面形状：

主要有三角形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。

1、三角形导轨：

磨损后，能自动补偿间隙，导向精度随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载能力和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。

2、矩形导轨：

承载能力大，刚性较高，形状规则，制造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。

3、燕尾形导轨：

主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。

缺点是几何形状比较复杂，难于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差，因此，通常用在结构尺寸较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。

4、圆柱形导轨：

导向性好，刚性高；但其制造精度要求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。

3.2.3．导轨的设计

通过性能参数分析，本设计中选择燕尾形导轨的T型槽工作台，并根据《机械设计手册》中燕尾形导轨规格尺寸选择合适的参数，如图3-5和表3-2所示。

图3-6燕尾形导轨图

图3-6中，b为斜镶条小端厚度，滑座及镶条斜度K为1：

50；1:

100，镶条法向斜度垂直于55°方向斜度K为1.82:

50；0.82:

100。

表3-2燕尾形导轨规格尺寸（注：

单位为mm）

3.2.4.导轨间隙的调整

为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。

间隙过小会增大摩擦力，间隙过大又会降低导向精度。

为此常采用以下办法，以获得必要的间隙。

1、采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法，以获得合适的间隙。

2、采用平镶条调整间隙。

3、采用斜镶条调整间隙。

这种间隙调整法是本设计中所用到的调隙法。

斜镶条的侧面磨成斜度很小的斜面，导轨间隙是用镶条的纵向移动来调整的，为了缩短镶条长度，一般将其放在运动件上。

本设计中，用塞铁和调节螺钉来调整导轨的间隙，如图3-5和图3-6所示：

图3-5用塞铁调整导轨间隙

图3-6塞铁的安装

图3-5和3-6中，标号1、2分别为塞铁和调节螺钉，通过螺钉的调节，使塞铁处于合适的位置，以此来调整导轨的间隙。

3.2.5．导轨的刚度计算

为了保证机构的工作精度，设计时应保证导轨的最大弹性变形量不超过允许值。

必要时应进行导轨的刚度计算或验算。

由于导轨主要受静载荷作用，故导轨的刚度主要是指静刚度。

如果忽略机座变形对导轨刚度的影响（假设机座为绝对刚体），则导轨的刚度主要取决于在载荷作用下，导轨运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面间接触变形的大小。

在计算导轨的弯曲变形时，可将与导轨运动件连成一体的工作台简化成梁，按工程力学中梁的变形公式进行简化计算。

为了提高导轨的刚度，除必要时增大导轨尺寸外，常采用合理布置加强筋的办法，以达到既保证刚度又减轻重量的目的。

导轨的接触变形可按经验公式估算，对于名义接触面积不超过100～150cm2的钢和铸铁的接触，其接触变形δ（单位为μm）为：

δ=c