连杆加工夹具设计说明书

连杆加工夹具设计

说明书

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

8、夹具特点及使用说明 (8)

9、心得体会 (9)

10、参考文献 (9)

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，并经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但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，因此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，在连杆加工工厂一般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能够选用卧式铣床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。

连杆一般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，经过飞溅润滑实现。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，因此对其要求很高。

（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，因此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，而且完成了连杆钻扩小头孔的加工工艺，因此在定位夹紧时能够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，而且尽量降低工人劳动强度和生产成本。通用机床X51能够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、几何形状以及与其它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，能够有多种方案。

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

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。

5.3、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；因此本夹具能够实现“铣连杆小头油槽”工艺的完全定位。

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D Y B D d δδ?=?-?=++?

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δD /2 。定位孔与轴能够在任意方向上接触，此种情况下，定位基准能够在任意方向上变动，其最大变动量为孔径最大与轴颈最小时的间隙，因此基准位移误差

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，因此定位误差

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 = C p ·t 0.86·S z 0.72·D -0.86·B ·z ·k p

由于本工序“铣连杆小头油槽”使用卧式铣床X51，盘状铣

max min Y D d D d δδ?=-=++?

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，σb为980MPa；

故由【1】知：

C p = 808 N S z = 0.01 mm

D = 75 mm

B = 3 mm z =12 k p =(σb/736)0.8

由连杆加工工艺图可知：t = 8.3 mm

因此能够得出：

P = C p·t0.86·S z0.72·D-0.86·B·z·k p

= 808×8.30.86×0.010.72×75-0.86×3×12×(980/736)0.8 N

= 200 N

由【2】知：钢与钢的摩擦因数μ=0.3，理论夹紧力F:

F = F·μ即 F = P/μ

因此能够得出：

F = P/μ = 200/0.3 = 667 N

由【1】知：夹紧力计算公式为：

F k = F·K

K = K o·K1·K2·K3·K4·K5·K6

由工艺规程可知K o = 1.4 K1=1.2 K3 = 1.0

K4 = 1.0 K5 = 1.0K6 = 1.0

故可知实际所需夹紧力F k:

F k = F·K = F·K o·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 = F k·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。因此弯曲应力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 ,因此压板螺钉所受的拉应力σp为：

σp = F k /(πr2) = 1120÷π÷0.162 = 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。

8、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。

这次课程设计不但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