钻连杆小头孔夹具设计课设

前言

1、设计题目

钻连杆小头孔夹具设计。

2、设计目的

（1）学习正确的调查研究方法，收集国内外有关资料，掌握正确的夹具设计思想、方法和手段，学会正确使用有关手册及其它技术资料。

（2）能运用所学基本理论知识，正确解决工件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，根据题意设计出符合优质、高效、低成本的夹具。

（3）培养自身分析研究结构工艺性问题，提高结构设计能力和编写技术文件等的基本技能。

（4）进一步了解有关机床、刀具和量具等工装知识。

（5）提高使用专业软件进行设计的能力，为今后进行毕业设计打下良好基础。

一、零件相关条件分析

1、连杆功用及结构特点

连杆是汽车发动机主要的传动机构之一，它将活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动可逆的转化为曲轴的回转运动，以输出功率。

连杆是一种细长的变截面非圆杆件。从大头到小头逐步变小的工字型截面的连杆体及连杆盖、螺栓、螺母等组成。虽然由于发动机的结构不同，连杆的结构略有差异，但基本上都是由活塞销孔端（小头）、曲柄销孔端（大头）及杆身三部分组成。

连杆大头孔套在曲轴的连杆轴颈，与曲轴相连，内装有轴瓦。为了便于安装，大头孔设计成两半，然后用连杆螺栓连接。连杆小头与活塞销相连，小头压入耐磨的铜衬套，孔内设有油槽，小头顶部有油孔，以便使曲轴转动时飞溅的润滑油能流到活塞销的表面上，起到润滑的作用。为了减少惯性力，连杆杆身部位的金属重量应当减少，并且要求有一定的刚度，所以杆身采用工字型断面。连杆杆身部位是不加工的。在毛坯制造时，杆身的一侧做出定位标记，作为加工及装配基准。

连杆在工作中主要承受以下三种动载荷：

（1）汽缸内的燃烧压力（连杆受压）；

（2）活塞连杆组的往复运动惯性力（连杆受拉）；

（3）连杆高速摆动时产生的横向惯性力（连杆受弯曲应力）；

为了保证工作时连杆的一些危险点（螺栓、杆身或大端端盖等）不发生断裂，将其设计成图所示结构。该结构重量轻、刚度大，而且有足够的疲劳强度和冲击韧性。

2、连杆的主要加工表面和主要技术要求分析

连杆的主要加工表面有：大小端孔、上下端面、大端盖体结合面以及连杆螺栓孔等。

其主要的技术要求分析如下：

（1）大小端孔的精度：为了使大端孔与轴瓦及曲轴、小孔端与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，大端孔尺寸，小端孔尺寸，大端孔及小端衬套孔粗糙度，大端孔的圆柱度公差，小端衬套孔的圆柱度均有较高的要求。且采用分组装配。

（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，从而造成汽缸壁磨损加剧。

（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，所以对其要求较高。大小头孔中心距保证为168±0.05。

（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）连杆螺栓孔：螺栓孔中心线对盖体结合面与螺栓及螺母座面的不垂直，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。

二、设计条件

连杆名称：492QA汽油机连杆

生产规模：批量生产

设备情况：专用机床、通用机床

原始资料：连杆零件图，夹具课程设计指导书，（组合夹具拆装现场）。

三、专用夹具设计

1、本夹具功用

该夹具是用来对连杆的小头孔进行定位与夹紧，以保证在钻孔过程中连杆的平稳，从而保证加工精度。

2、夹具工作原理

本夹具以连杆底面定位、小头孔上端压板同时定位夹紧，限制了5个自由度，只剩下绕钻头旋转的自由度。为了满足定位要求，在钻套外设计了底部是锥形的压板，定位的同时将工件压紧。本夹具适用于批量生产。

3、不同设计方案分析比较和确定设计方案

开始设计时，我想到了两种方案：一种是两边都用V型块定位；另一种是是小头孔用压块同时定位夹紧。前一种情况下大头孔用均压板压紧，后一种情况压块同时起到了定位和夹紧的作用。后来考虑到简便易行且定位可靠，就选用了第二种方案。

方案选择：

方案1限制住了六个自由度，方案二限制住了除绕钻头旋转外的五个自由度，两方案均满足要求。但是方案2夹具设计较为简便，且能自动找准小头孔圆心，容易保证位置精度，因此选择方案2。

夹具工作原理：

方案2在钻头与工件接触之前先经过钻套以防钻头打歪，从而保证了小头孔与底面定位基准的垂直度。

本方案采用了滑柱式钻模。其工作原理如下：

转动手柄，经过齿轮齿条的传动和左右滑柱的导向，便能顺利地带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。当钻模板在夹紧工件或升降至一定高度后进行自锁，自锁原理如下：螺旋齿轮的左端制成螺旋齿，与中间滑柱后端的螺旋齿条相啮合，其螺旋角是45°。轴的右端制成双向锥体，锥度为1:5，与夹具体1及套环5的锥孔相配合。当钻模板下降接触到工件后继续施加力，则钻模板通过夹紧元件将工件夹紧，在齿轮轴上产生的轴向分力使锥体锁紧在夹具体的锥孔中。由于锥角小于两倍摩擦角，故能自锁。如图1所示

本夹具的夹具体和与工件直接接触的定位套是分开的，他们之间连接时先用两个销定位，然后用四个螺钉连接。采取这种方式的好处是由于连杆加工规模较大，将夹具体和定位套分开的话在定位套磨损时只更换定位套即可，从而降低了成本。

四、课设小结

本次课设安排在《机械制造工程学》课程以及从一汽集团参观回来之后，对课程学习具有极其重要的意义。在学习《机械制造工程学》时我们初步了解到了夹具定位和工作原理，参观一汽集团后亲眼见到了各式夹具，而这次课设则是将我们所学到的、所看到的综合应用于实际操作中。这次课设不光使我们巩固了对夹具的学习，也加深了对实际生产中各道工序的认识，为以后工作时综合安排规划生产过程打下了坚实的基础。

本次课程是我大学时最累的课设。因为在紧张的课设之余还要复习考研，也在此期间徘徊在保研和考研之间。虽然在尽心尽力地做，但是由于所学和所见有限，其中必定有许多不足之处，还望老师不吝赐教。

参考文献

1．《机械制造工艺及夹具课程设计指导书》中国农业大学工学院机械设计制造系

2．《机床夹具设计手册》中国农业大学工学院机械设计制造系

3．《机床夹具图册》薛源顺主编机械工业出版社

4．《机械制造工程原理》冯之敬主编清华大学出版社

5、《互换性与测量技术基础》王伯平主编机械工业出版社

6．《机械零件手册》周开勤主编高等教育出版社

7．《切削用量简明手册》中国农业大学工学院机械设计制造系