第一篇：105高速柴油機連桿設計文獻綜述

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本科畢業(yè)論文（設計）

文獻綜述

論文（設計）題目：105系列高速柴油機連桿工藝總體方案及指定工裝設計

學 院：機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級：機自047班 學 號：0403011715 學生姓名： 楊建立 指導教師： 張宇光

2008年 6 月 15 日

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文獻綜述

一.柴油機連桿加工工藝分析

主要說的是關于傳統(tǒng)工藝連桿加工中影響其精度的主要參數(shù)和連桿加工工藝路線，連桿加工工藝的分析和改進，以及連桿加工工藝設計中應該注意的問題

反映連桿精度的參數(shù)主要有五個：（1）.連桿大端中心面和小端中心面相對于連桿身中心面的對稱（2）.連桿大小頭孔中心距尺寸精度（3）.連桿大小頭孔平行度;（4）.連桿大小頭孔的 尺寸精度、形狀精度;（5）.連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。傳統(tǒng)加工路線：

連桿工藝設計注意問題： 工序安排

定位基準：

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夾具使用

二．發(fā)動機連桿的粉末鍛造

主要介紹粉末鍛造工藝的技術特點、制造工藝流程、主要制造工藝參數(shù)、主要生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)等；國外采用連桿脹斷工藝的公司有哪些

1.特點：粉末冶金燒結件作鍛造毛坯可一次鍛造成形，無飛邊，節(jié)省加工工時和設備。具有粉末冶金和機械精鍛的優(yōu)點。粉末鍛造可實現(xiàn)燒結材料的高密度化，是材料具有高強度和無明顯各向異性。a.避免不必要的機械加工，如模鍛連桿早熱處理前需要經(jīng)過幾到機加工，而粉鍛連桿僅需一道機加工。b.質(zhì)量偏差小，模鍛3%-5%，粉鍛連桿僅0.5%。c.疲勞輕度高d.零件致密、輕量，密度≥7.8g/cm3,形狀及尺寸經(jīng)一次性鍛造即可達到最終產(chǎn)品要求。e.節(jié)約能源50%，節(jié)約材料40%，有利于環(huán)境保護。

2.制造工藝流程: 預合金鋼粉→配料機混料→ 壓制成預制坯→ 燒結成鍛坯→ 快速送入預熱的鍛模→ 致密化閉模鍛造→ 鍛件脫?！?在可控氣氛中冷至室溫→ 熱處理→ 噴丸強化

3.原料參數(shù)：德國寶馬生產(chǎn)V8發(fā)動機連桿所用預合金鋼粉成分為w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余為Fe.4.主要工藝參數(shù)：

a.配料及混料 經(jīng)配料計算和準確稱取粉重后置于混料機混合20—30分鐘至分布均勻；

b.壓制預制坯 要對預制坯的設計應合理，對其密度、質(zhì)量、質(zhì)量變化和尺寸要求精確控制，避免過負荷損壞模具；

c.燒結預制坯 在通有還原保護氣體的專用燒結爐中進行，燒結溫度1120—1130℃，至完全合金化，后移至無氧化性氣體的溫飽爐中于1000℃左右保溫；

d.鍛造 有兩種：利用燒結體預熱保溫至鍛造溫度時立即進行鍛造，以節(jié)省能源。二是在燒結體冷卻至室溫后，經(jīng)高頻或真空加熱進行鍛造，其消耗能源較大。燒結體在1000℃時，迅速送入預熱至300℃的鍛模中進行致密化封閉鍛造，可將80%理論密度的燒結體至100%理論密度。燒結坯在出爐時應盡量縮短停留時間，立即送入鍛造工序，若鍛

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造溫度過低，在連桿表層殘留微孔隙增多，使連桿密度下降；若停留時間過長連桿內(nèi)部易被氧化，均會導致連桿沖擊韌性和疲勞強度下降。

在熱處理時在惰性氣體（如氬等）中加熱至淬火溫度870℃時，立即在油中淬火，后進行570℃回火。

三.連桿大頭脹斷工藝：

本文主要什么是脹斷工藝、脹斷工藝的特點、優(yōu)點、采用的材料、熱擴散工藝（TD）及TD處理的使用現(xiàn)狀，脹斷工藝處理工藝流程等。

1.脹斷工藝概念：對連桿大頭孔的斷裂線處預先加工出兩條V型應力集中槽或在毛坯加工時就做出溝槽（圖1），然后對其側(cè)面施加徑向力（圖2），使其在槽處出現(xiàn)裂縫，在徑向力的繼續(xù)作用之下，裂縫繼續(xù)擴散，最終達到連桿蓋從連桿體上分離下來。

圖 1

據(jù)德國Krebsoege公司研究結果，燒結粉末金屬連桿的可脹斷性較好，鑄鐵連桿材料最宜使用GTS65-70，鍛鋼連桿材料是70號鋼，但70號鋼鍛造連桿在脹斷時如何保證不帶塑性變形的脆性斷裂以及其切削加工是該工藝的難點。

2.脹斷工藝的優(yōu)點：2.1.簡化了連桿及連桿蓋的設計要求，2.1.1.采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無需再進行機加工，省略了分離

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面的磨削加工；2.1.2.連桿體與連桿蓋裝配時無需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。

2.2.改善了連桿總成的大頭孔變形，為采用前分離面以及螺栓孔加工誤差以0.01mm單位來計算；而采用脹斷工藝之后其誤差是以0.001mm單位來計算的.德國Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel兩位工程師的研究確定：在粗加工后連桿大頭孔不圓都約在12μm左右，在脹斷后約在40μm左右，其變形量約為28μm。又據(jù)美國Gidding & Lewis Co.的研究：測試50個零件的分析結果，；連桿大頭孔的平均直徑在脹斷前與后的平均變形僅為23μm。

2.3.減少了連桿生產(chǎn)的設備、生產(chǎn)面積以及制造費用，3.1.省掉連桿蓋與連桿分離面的磨削加工和螺栓孔經(jīng)加工的設備投資和這些機床占地面積以及制造費用3.2.在傳統(tǒng)工藝中切斷后的連桿蓋需要單獨自動運輸裝配，而采用脹斷工藝后可立即裝配。

3.熱擴散涂層可提高工具的使用壽命 熱擴散工藝可顯著硬化材料表面，其硬化層厚度為0.02-0.2mm，該層十分緊密地與基體結成一體，可顯著地延長工具的使用壽命，如落料模、沖模、鍛模、拉伸模、冷鐓模、折彎模和沖頭模等。其處理是把零件浸入鹽浴里，加熱到899-1056℃，加熱1-8小時。4.脹斷加工工藝路線：

四.漲斷連桿爆口原因分析：

本文就連桿漲斷后爆口這一最大問題從激光脹斷加工工藝、材料試驗等角度進行了詳細地分析連桿爆口產(chǎn)生的原因，得出S含量低于材料標準要求是產(chǎn)生爆口的關鍵因素。

1.脹斷加工過程中存在的主要問題：影響脆性斷裂的因素主要有斷裂速度、預加工

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應力槽及材料。影響爆口的重要參數(shù)是應力槽的幾何形狀和深度。

應力槽加工有兩種方法，拉刀拉削或激光割削，從原理上看，激光割削避免了拉刀變鈍導致應力槽形狀不符的要求，因此激光加工應力槽是省時省錢的現(xiàn)代化加工方式。但當激光調(diào)焦不精確的話應力槽也會邊淺，應力槽作用減小，脹斷時的速度及引起斷裂的沖擊力也變小。因此脹斷工藝的材料、應力槽深度、脹斷速度、壓力等是脹斷后連桿大頭變形和爆口的主要原因。

經(jīng)過相關試驗分析（有分析數(shù)據(jù)和圖解）：S含量低，材料脆性增強，長生爆口的傾向增大。

2.最后得出總的結論：

（1）連桿大頭變形和爆口是脹斷工藝中的主要問題，為確保正常使用，連桿大頭變形必須在允許的范圍內(nèi)，并使爆口異常盡可能的少。

（2）爆口異常主要原因可能是應力槽深度過淺，材料過脆。

（3）對比現(xiàn)實生產(chǎn)情況可知，爆口工廢率出現(xiàn)異常的可能原因為連桿材料問題，其中毛坯的S含量低于材料標準要求導致材料脆性增大是產(chǎn)生爆口的關鍵因素。

（4）鍛鋼件的熱處理工藝也是影響零件機械加工性能的原因之一，對于連桿毛坯采取確當?shù)墓に嚪椒ㄟM行熱處理，可有效的改善連桿的性能。五.用常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車連桿

本文從連桿造價與重量方面的改進、連桿設計、材料的選擇分析、研制鐵基粉末冶金材料的生產(chǎn)參數(shù)、應力分析、回火溫度與耐久極限及切削加工性能的關系、疲勞試驗、鑄造與燒結連桿重量的比較等方面進行分析和總結。

采用脹斷工藝有如下優(yōu)點：1.簡化了連桿及連桿蓋的設計要求，2.采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無需再進行機加工，省略了分離面的磨削加工； 3.連桿體與連桿蓋裝配時無需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。

所以與傳統(tǒng)連桿加工方法相比，脹斷工藝具有很大的優(yōu)勢，其減少了加工工序、節(jié)省精加工設備、節(jié)省刀具磨損、節(jié)材料和能源、降低生產(chǎn)成本等，連桿脹斷加工技術還可提高連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質(zhì)量，對提高發(fā)動機生產(chǎn)技術水平和整機性能具有很重要作用。

五.發(fā)動機連桿裂解制造工藝及設備

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裂解連桿要求其材料塑性變形小、強度好、脆性適中、工藝性好，即在保證連桿強韌綜合性能指標的前提下，限制連桿的韌性指標，使斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征。

用于裂解連桿的主要材料為粉末燒結材料、高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵及可鍛鑄鐵，其中C70S6 高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼連桿和粉末燒結鍛造連桿應用最廣。

C70S6 高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼的金相組織為珠光體’斷續(xù)的鐵素體，其成分特點是：低硅、低錳、添加微量合金元素釩及易切削元素硫，合金元素的范圍較窄，具有較好的切削加工性能。C70S6 裂解連桿鍛件在鍛造過程中無特殊要求，應在1150攝氏度鍛造后采取強風冷卻。

裂解連桿鍛造毛坯形狀和尺寸與普通連桿毛坯無太大區(qū)別，但為減少裂解過程中的裂解力及裂解時的大頭孔變形，在不影響斷裂面嚙合的情況下，應盡量減少大頭孔中心處斷裂截面積。

此外，斷裂剖分的結合面凸凹不平，大大提高了接觸面積，可使連桿承載能力、抗剪能力、連桿桿身和連桿蓋的定位精度、裝配質(zhì)量大幅度提高。

采用裂解技術加工連桿的核心工序為加工裂解槽及有控裂解、定扭矩裝配螺栓 合理設計裂解槽，可有效提高缺口效應與應力集中系數(shù)、降低裂解力、提高斷裂效率與質(zhì)量。裂解槽形狀與尺寸由張角、曲率半徑、槽深、槽長等4 個參數(shù)決定。

國內(nèi)常用的裂解槽加工方法有機械拉削、線切割，美國RA YCON、德國AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工

YAG固體激光器加工裂解槽具有切縫窄、速度快、無刀具磨損、易裂解、重復精度高的特點，可降低裂解力、減少大頭孔裂解變形。但由于激光器的輸出功率與模式、重復頻率與脈寬、切割速度、光斑直徑與焦點位置、光束入射角、輔助氣體壓力等加工參數(shù)，以及熔點、沸點、導熱性和對激光的吸收等材料特性，均對槽寬均勻性、槽深一致性以及槽面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，因此激光器的選擇、加工參數(shù)的調(diào)整非常重要。

載荷施加方式、大小、速度對斷裂有重要影響。試驗表明，采用“背壓”裂解方法，并施加瞬態(tài)階躍裂解主動載荷，有利于保證裂解質(zhì)量。

在裝配螺栓過程中需保證裂解后的連桿桿身與連桿蓋完全嚙合、不錯位。為防止錯位或施加扭矩不一致，應同時進行兩側(cè)螺栓的裝配。裝配螺栓需要進行螺栓預裝配及定扭矩裝配。螺栓預裝配可強化斷裂面。預裝配后將扭矩卸載，使連桿桿身與連桿蓋分離，對斷裂面進行吸塵或采用高壓氣體清渣，然后按連桿的技術要求重新裝配螺栓至所要求的

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扭矩。

一般裂解槽深度小于等于0.7mm，圓角半徑小于等于0.3mm，裂解后大頭孔直徑平均變化量小于等于0.08mm

第二篇：畢業(yè)設計(論文)柴油機連桿加工工藝設計說明書

畢業(yè)設計（論文）柴油機連桿加工工藝設計說明書

畢業(yè)設計論文任務書

專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械051 姓名 下發(fā)日期 200-3-10 題目 12V180C柴油機加工工藝設計

藝設計

要 內(nèi) 容 及 要

求 設計內(nèi)容首先仔細分析所要加工零件的結構技術要求生產(chǎn)綱領等內(nèi)容從而制定一套該零件的加工工藝規(guī)程認真分析該加工工藝規(guī)程的優(yōu)點進而繪制出各個主要工序的工序卡片設計主要工序的機床夾具分析計算定位誤差設計機床夾具的主要零件

要求根據(jù)給定的12V180系列柴油機零件圖制定出符合加工技術要求的加工工藝工藝規(guī)程并對所制定的加工工藝規(guī)程進行可行性和優(yōu)化性比較從而制定出較好的加工工藝設計重要工序的工藝裝備要求的圖紙量折合為零號圖后不少于四張設計說明書不少于三萬字

度

主要技術參數(shù) 進 主

專題

12V180柴油機加工工及 完 成 日 期

3月30日至4月10日2周 根據(jù)設計任務書要求查閱資料完成外文翻譯工作

4月13日至4月24日2周 繪制連桿零件圖熟悉連桿的結構初步確定連桿的加工工藝過程

4月27日至5月8日2周確定連桿機械加工工藝過程設計部分工序的工藝過程

5月11日至5月22日2周了解機床夾具設計的基本原則繪制重要工序夾具簡圖

5月25日至5月29日 1周 繪制重要工序的夾具圖 6月1日至6月12日2周 編寫設計說明書 6月15日至6月21日1周 修改整理資料打印資料 6月22日至6月23日2天 答辯

任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期

導 教 師 評 語

教學院長簽字 日 期 教研室主

指

指導教師 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語

評閱人

年 月 日

定 成

績 指導教師給定 成績 30 評閱人給定 成績 30 答辯成績 40 總 評 答辯委員會主席 簽字

答 辯 委 員 會 評 語 評

連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件例如在往復活塞式動力機械和壓縮機中用連桿來連接活塞與曲柄連桿多為鋼件其主體部分的截面多為圓形或工字形兩端有孔孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承供裝入軸銷而構成鉸接連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件它連接著活塞和曲軸其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率連桿在工作中除承受燃燒室燃氣產(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雜的應力狀態(tài)下工作它既受交變的拉壓應力又受彎曲應力連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能又要求具有足夠的鋼性和韌性連桿是柴油機的主要傳動件之一本文主要論述了連桿的加工工藝及其部分工序夾具設計確定加工的生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)類型確定的毛坯材料及尺寸確定毛坯加工余量設計加工工藝確定部分重要工序所用的工藝裝備和設備計算部分重要工序的切削用量和基本時間設計重要工序所用的夾具連桿的尺寸精度形狀精度以及位置精度的要求都很高而連桿的工作環(huán)境惡劣剛性比較差容易產(chǎn)生變形因此在安排工藝過程時就需要把各主要表面的粗精加工工序分開逐步減少加工余量切削力及內(nèi)應力的作用并修正加工后的變形才能最后達到零件的技術要求

關鍵詞 連桿變形加工工藝夾具設計Abstract At both ends of linkage with the active and passive components in order to convey movement and the hinged edge of the bar For example in reciprocating piston compressor and power machinery to connect the piston with connecting rod and crank Connecting rod for steel parts the main part of the cross section for the round or shaped both ends have a hole or holes with needle bearing bronze bushing for the pin into and constitute a hinged axis Linkage is an important automotive engine parts it is connected to the piston and the crankshaft its role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft and the role of the force in the piston to the crankshaft to the output power Link at work in addition to gas produced by the combustion chamber under pressure also have to face the vertical and horizontal inertia force Therefore the connecting rod in a complex work under the stress state It is subject to alternating stress of tension and compression but also by the bending stress Link the main form of fatigue damage and excessive deformation Usually the site of fatigue fracture in the connecting rod on the three regions of high stress Requirements of the working conditions of connecting rod connecting rod has higher strength and fatigue performance also requires adequate and toughness of steelThe connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod The precision of size the precision of profile and the precision of position of the connecting rod is demanded highly and the rigidity of the connecting rod is not enough easy to deform so arranging the craft course need to separate the each main and superficial thick finish machining process Reduce the function of processing the surplus cutting force and internal stress progressively revise the deformation after processing can reach the specification requirement for the part finally Keyword Connecting rod Deformination Working environment Processing technology Design of clamping device 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 第1章 緒論 1 11機車柴油機簡介 1 com 柴油機概述 com油機簡介 2 12連桿簡介及連桿加工工藝分析 4 com作用 4 com械加工工藝技術關鍵分析 4 com要研究內(nèi)容 第2章 連桿加工工藝規(guī)程 21機械加工工藝規(guī)程簡介 6 com工工藝規(guī)程的作用 6 com工工藝規(guī)程的制定程序 6 22計算產(chǎn)品生產(chǎn)綱領確定生產(chǎn)類型 6 23審查零件圖樣工藝性 24選擇毛坯 7 25工藝過程設計 8 com準的選擇 8 com段的劃分與工序順序的安排 10 com藝路線 11 26 確定毛坯加工余量及毛坯尺寸 13 com算連桿機械加工余量的方法 13 com 設計毛坯圖 27 部分重要工序設計 15 com分重要工序介紹 com分重要工序工序尺寸 16 com削用量及基本時間 17 第3章 夾具設計 28 31機床夾具的分類基本組成及功能 28 31 1機床夾具的分類 28 com具的基本組成 28 com用夾具的主要功能 28 com用夾具設計的基本要求 29 32 12V180C 系列柴油機連桿銑剖分面夾具設計 com指出 29 com 夾具設計 30 33 12V180C系列柴油機連桿鏜大小頭孔夾具設計29

com 問題的指出 com 夾具設計 32 結論 34 參考文獻 35 致謝 36 附件1 37 附件2 62

第1章 緒論 11機車柴油機簡介 com 柴油機概述

柴油機是一種動力機械它以柴油為燃料將柴油燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能柴油機廣泛應用在工農(nóng)業(yè)交通運輸國防及人民日常生活中柴油機的型式很多一般可按下述幾種方式分類

①按工作方式二沖程四沖程 ②按汽缸數(shù)單缸多缸

③按汽缸直徑95105135 mm 等

柴油的特點是自燃溫度低所以柴油發(fā)動機無需要火花塞之類的點火裝置它采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度使空氣溫度超過柴油的自燃測試這時再噴入柴油柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒從性能上說國內(nèi)傳統(tǒng)柴油機一直給人以體積笨重振動噪聲大以及排放污染嚴重的印象因此國產(chǎn)轎車基本都采用汽油發(fā)動機然而近年來國外知名車商開始將一些最新的柴油機技術引入到中國大大改善了國人對柴油機的偏見譬如一汽大眾剛剛推出寶來TDI柴油發(fā)動機其環(huán)保性動力性以及平順性都不遜于汽油機同時又具有柴油機特有的巨大扭力和超低油耗市場前景十分看好

2柴油機結構及工作原理

結構柴油機由燃燒室組件動力傳遞組件機體和主軸承配氣機構燃油系統(tǒng)和調(diào)速器潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)起動系統(tǒng)構成

工作原理柴油機工作時一般分為吸氣壓縮爆發(fā)排氣等步驟開始時活塞從上止點下行到下止點將新鮮空氣吸入氣缸然后從下止點上行到上止點將吸入的氣體壓縮使其壓力及溫度升高當接近上止點時氣體溫度已超過柴油燃點此時由噴油嘴將柴油噴入迅速燃燒高溫高壓燃氣推動活塞下行做功之后活塞再次從下止點上行將廢氣排出氣缸完成一個循環(huán)活塞往復不停地工作帶動連桿使曲軸轉(zhuǎn)動就從曲軸上把動能傳輸出來1機車柴油機概述

機車柴油機locomotive diesel engine是指用于內(nèi)燃機車內(nèi)燃車組或內(nèi)燃動車的柴油機機車柴油機具有高功率強化柴油機的典型特征一般為四沖程V型機以12缸16缸最為普遍也有直列式6810缸的柴油機的寬度和高度受鐵路機車車輛限界標準的限制機車的允許軸重對柴油機重量也有一定的限制現(xiàn)代機車柴油機不斷提高增壓度見內(nèi)燃機增壓同時加大氣缸排量大功率柴油機的單機功率已達5000千瓦平均有效壓力為13～20兆帕燃料消耗率為200～225克千瓦2時柴油機的附件如冷卻水散熱器風扇和空氣濾清器等均布置在機車廂內(nèi)機油濾清器機油換熱器一般也布置在機車廂內(nèi)柴油機幾乎都采用電起動方式只有個別的采用空氣起動調(diào)速系統(tǒng)大多采用液壓全速調(diào)速器并裝有超速停機油壓保護和超溫卸載等自動安全保護裝置

2對機車柴油機的性能要求

機車在鐵路上運行時線路狀況不時變化又需要按計劃時間運行因而要求機車柴油機的轉(zhuǎn)速和功率在相當寬的范圍內(nèi)變化從運行工況的時間比例來看部分負荷約占50％空轉(zhuǎn)占40％左右而標定工況的使用時間很少鐵路分布地區(qū)廣泛列車運行時的自然環(huán)境條件也在改變這就要求柴油機具有廣泛的適應能力

對機車柴油機的性能要求是不僅在標定工況下而且更重要的是在部分負荷和空轉(zhuǎn)時燃油和機油的消耗量小經(jīng)濟性應與機車牽引特性相適應有一個經(jīng)濟性最好的最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速性能指標隨環(huán)境條件的變化小噪聲低排氣煙塵和有害成分少冷機或熱機均能連續(xù)可靠起動一般在5℃氣溫時起動時間不超過10秒

2機車柴油機在中國的發(fā)展歷程

柴油機發(fā)明后屢經(jīng)研究試圖將柴油機用于鐵路牽引1913年瑞典最先制造了以55千瓦 75馬力 柴油機為動力的第一臺電力傳動內(nèi)燃動車但在1950年以前鐵路車輛的牽引動力主要仍是蒸汽機車50年代內(nèi)燃機車因有較好的能源利用率可以改善列車牽引經(jīng)濟性而獲得了廣泛的應用并逐步取代了蒸汽機車到80年代初世界上內(nèi)燃機車已占機車總數(shù)的23 中國于1958年自行制造內(nèi)燃機車 長辛店機車車輛廠制成了國產(chǎn)第一臺內(nèi)燃機車---建設型直流電力傳動調(diào)車內(nèi)燃機車機車裝有2臺B2-300型柴油機總裝車功率為23300馬力最高速度80kmh該機車基本上是按從匈牙利進口的ND1型內(nèi)燃機車仿造試制的

1969年1970年和1977年四方廠戚墅堰廠和資陽內(nèi)燃機車廠以下簡稱資陽廠先后制造了6臺4500馬力等級的東方紅4型貨運液力傳動內(nèi)燃機車機車裝用2臺16V200ZL型柴油機最高速度100kmh 1970年四方廠開始生產(chǎn)援助坦-贊鐵路和越南等國的裝用12V180ZJ型柴油機的1000馬力的DFH1345型和2000馬力的DFH2型液力傳動內(nèi)燃機車總數(shù)達163臺這是最早走出國門的國產(chǎn)內(nèi)燃機車本文所研究就是12V180ZJ型柴油機氣缸蓋的加工工藝過程

1999年8月戚墅堰廠和浦鎮(zhèn)車輛廠合作制成了M9T雙M編組的新曙光號電力傳動雙層內(nèi)燃車組媒介動力車機車裝用1臺12V280ZJ型柴油機車組總功率為233750馬力席位1140個最高速度180kmh試驗時達到1904kmh其他工廠的內(nèi)燃動車也正在試制開發(fā)當中 內(nèi)燃動車組的發(fā)展不僅提高了鐵路在國內(nèi)運輸市場的競爭能力還提高了在國際市場上的競爭能力也為21世紀初葉我國鐵路客運提供了新的運輸工具

3機車柴油機發(fā)展方向

機車柴油機發(fā)展重點是在機車車輛限界和機車軸重允許的條件下不斷提高功率一個重要的趨勢是采用低壓縮比與二級增壓相配合的方法提高功率提高可靠性和耐久性以延長柴油機壽命提高經(jīng)濟性特別是改善部分負荷過渡工況和空轉(zhuǎn)時的經(jīng)濟性應用電子技術實現(xiàn)運行工況優(yōu)化和故障自動監(jiān)控降低噪聲和減少排氣中的有害成分防止污染改善機車用柴油機增壓器的跟隨性等

內(nèi)燃機車可靠性與可維修性設計也是國外大功率內(nèi)燃機車的一個發(fā)展方向經(jīng)驗表明大功率交流傳動內(nèi)燃機車無故障運行能力要比傳統(tǒng)的直流傳動內(nèi)燃機車大４０％左右可靠性提高除通過結構方面的改進外一個顯著的特點是叫可靠性技術的應用提高內(nèi)燃機車可靠性問題不只是通過對薄弱零件改進來解決而且要將可靠性技術貫穿于內(nèi)燃機車設計試驗制造使用維修和管理等各個環(huán)節(jié)中形成一個系統(tǒng)工程在設計中除采用概率統(tǒng)計方法把影響應力和強度的各因素視為隨機變量運用可靠性理論保證所設計的零部件具有規(guī)定的可靠度外還要進行可靠性規(guī)劃與設計主要包括建立可靠性模型將系統(tǒng)可靠性指標分配給各級組成部分進行可靠性分配根據(jù)設計方案進行可靠性預測按照設計方案進行故障模式影響及危害性分析ＦＭＥＣＡ及故障樹分析ＦＴＡ等找出影響可靠性安全性的關鍵部件及薄弱環(huán)節(jié)國產(chǎn)第４代內(nèi)燃機車應具有可靠性維修性及模塊化設計

圖1-1活塞連桿組

連桿是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變成曲軸旋轉(zhuǎn)運動的中間構件

連桿由連桿小頭桿身連桿大頭三部分組成連桿小頭承受著活塞組產(chǎn)生的往復慣性力桿身承受著氣缸內(nèi)燃機氣壓力所產(chǎn)生的壓應力以及往復慣性力產(chǎn)生的拉應力由制造誤差產(chǎn)生的桿身斷面偏移也會在桿身上形成附加彎曲應力連桿大頭承受著往復慣性力和不包括連桿蓋在內(nèi)的連桿離心慣性力

對連桿的基本要求是

1連桿小頭應具有足夠的強度和剛度并使連桿小頭軸承比壓控制在合理范圍內(nèi)

2桿身應具有足夠的疲勞強度盡可能小的質(zhì)量良好的鍛造工藝性 3連桿大頭應具有足夠的剛度以減小運轉(zhuǎn)時的變形防止軸承熱熔接連焊軸承應具有足夠的承載面積

4連桿螺栓應具有足夠的疲勞強度和一定的超轉(zhuǎn)速工作能力

本論文主要研究大內(nèi)容主要有 確定加工的生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)類型

確定的毛坯材料及尺寸確定毛坯加工余量 設計加工工藝

確定部分重要工序所用的工藝裝備和設備 計算部分重要工序的切削用量和基本時間 設計重要工序所用的夾具 第2章 連桿加工工藝規(guī)程 21機械加工工藝規(guī)程簡介 com工工藝規(guī)程的作用

1機械加工工藝規(guī)程是組織車間生產(chǎn)的主要技術文件機械加工工藝規(guī)程是車間中一切從事生產(chǎn)的人員都要嚴格認真貫徹執(zhí)行的工藝技術文件按照它組織生產(chǎn)就能做到個工序科學的銜接實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和低消耗

2機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備和計劃調(diào)度的主要依據(jù)有了機械加工工藝規(guī)程在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前就可以根據(jù)它進行一系列的準備工作如原材料和毛坯的供應機床的調(diào)整專用工藝裝備如專用夾具刀具和量具的設計制造生產(chǎn)作業(yè)計劃的編排勞動力的組織以及生產(chǎn)成本的核算等有了機械加工工藝規(guī)程就可以制所生產(chǎn)產(chǎn)品的進度計劃和相應的調(diào)度計劃使生產(chǎn)均衡順利的進行

3機械加工工藝規(guī)程是新建或擴建工廠車間的基本技術文件在新建或擴建工廠車間時只有根據(jù)機械加工工藝規(guī)程和生產(chǎn)綱領才能準確確定生產(chǎn)所需機床的種類和數(shù)量工廠和車間的面積機床的平面布置生產(chǎn)工人的工種等級數(shù)量以及個輔助部門的安排等

制定機械加工工藝規(guī)程的原始資料主要是產(chǎn)品圖樣生產(chǎn)綱領生產(chǎn)類型現(xiàn)場加工設備及生產(chǎn)條件等設計機械加工工藝規(guī)程的程序一般為

1分析加工零件的工藝性主要包括審查零件結構的工藝性及了解零件的各項技術要求分析產(chǎn)品的裝配圖和零件的工作圖熟悉該產(chǎn)品的用途性能及工作條件明確被加工零件在產(chǎn)品中的位置和作用等

2熟悉和確定毛坯 3擬定加工工藝路線 4工序設計 5 編制工藝文件

180C柴油機的該產(chǎn)品年產(chǎn)量為150臺設其備品率為10機械加工廢品率為1現(xiàn)制定該活塞的機械加工工藝規(guī)程

N Qn 1αβ 150 1101 166件年

連桿的年產(chǎn)量為166件現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于輕型機械根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表11-2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系可確定其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)

零件圖樣的視圖正確完整尺寸公差及技術要求齊全 24選擇毛坯

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度因此連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼如45鋼55鋼40Cr40CrMnB等近年來也有采用球墨鑄鐵的粉末冶金零件的尺寸精度高材料損耗少成本低隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應用使粉末冶金件的密度和強度大為提高因此采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法

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總之毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產(chǎn)成本降低性能提高

目前我國有些生產(chǎn)連桿的工廠采用了連桿輥鍛工藝圖1-2為連桿輥鍛示意圖．毛坯加熱后通過上鍛輥模具2和下鍛輥模具4的型槽毛壞產(chǎn)生塑性變形從而得到所需要的形狀用輥鍛法生產(chǎn)的連桿鍛件在表面質(zhì)量內(nèi)部金屬組織金屬纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平并且設備簡單勞動條件好生產(chǎn)率較高便于實現(xiàn)機械化自動化適于在大批大量生產(chǎn)中應用輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形

圖連桿輥鍛示意圖

圖給出了連桿的鍛造工藝過程將棒料在爐中加熱至1140～1200C0先在輥鍛機上通過四個型槽進行輥鍛制坯見圖然后在鍛壓機上進行預鍛和終鍛再在壓床上沖連桿大頭孔并切除飛邊見圖鍛好后的連桿毛坯需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理使之得到細致均勻的回火索氏體組織以改善性能減少毛坯內(nèi)應力為了提高毛坯精度連桿的毛坯尚需進行熱校正

連桿必須經(jīng)過外觀缺陷內(nèi)部探傷毛坯尺寸及質(zhì)量等的全面檢查方能進入機械加工生產(chǎn)線

輥鍛制坯

在連桿機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統(tǒng)一起來減少了定位誤差具體的辦法是如圖15所示在安裝工件時注意將成套編號標記的一面不

圖連桿的定位方向

與夾具的定位元件接觸在設計夾具時亦作相應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粗銑后端面似乎平整了一放松工件又恢復變形影響后續(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

com段的劃分與工序順序的安排

連桿的主要加工部位是大小頭端面大小頭孔次要加工部位是各種螺紋孔及倒角除機械加工外還有調(diào)質(zhì)處理劃螺紋孔線探傷等另外在機械加工過程后還安排了鉗工倒角去毛刺并對連桿進行噴丸處理為連桿的組裝做好準備

加工階段的劃分 連桿機械加工工藝過程

連桿的機械加工工藝過程大致可以分為加工基準面粗鉆銑大小頭平面及大小頭孔調(diào)質(zhì)處理半精鉆銑大小頭平面及大小頭孔分離連桿和連桿蓋精銑基準面并進行磨削鉆鉸锪各種孔精鉆銑大小頭平面及小頭孔和大頭軸瓦研磨重要孔的支撐面鉗工倒角去毛刺探傷后鉗工清洗組裝

連桿的大小頭平面及大小頭孔的技術要求都很嚴格所以對于這些端面安排了粗銑半精銑精車銑對于180C柴油機連桿進行粗加工時以大小頭兩端面作為精基準所以先粗加工大小頭端面然后再加工其他各主要表面各種孔的加工集中在連桿與連桿蓋連接處所以將各種孔加工完之后再精銑大小頭端面以保證重要加工表面不被破壞或劃傷

連桿蓋機械加工工藝過程

連桿蓋的機械加工工藝過程大致可以分為半精銑對接面劃孔線車孔精銑對接面鉆鉸各孔磨螺釘面修正圓角鉗工組裝劃瓦槽銑瓦槽鉗工組裝

對于連桿蓋進行粗加工時以連桿蓋一側(cè)的一端面作為粗基準然后以對接端面作為精基準加工其他的重要表面

二工序安排

在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度

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)應力并引起內(nèi)應力重新分布

因此在安排工藝進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)應力的作用逐步修正加工后的變形就能最后達到零件的技術條件

各主要表面的工序安排如下 1兩端面粗銑精銑粗磨精磨

2小頭孔鉆孔擴孔鉸孔精鏜壓入襯套后再精鏜 3大頭孔擴孔粗鏜半精鏜精鏜金剛鏜珩磨

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 制定工藝路線即工序設計其主要內(nèi)容包括機床與工藝裝備的選擇加工余量的確定工序尺寸的確定切削用量的確定時間定額的確定等在此先確定工藝路線再在后面詳細論述機床與工藝裝備的選擇加工余量的確定工序尺寸的確定切削用量的確定時間定額的確定等內(nèi)容

制定柴油機加工工藝路線的出發(fā)點應當是使其能夠合理保證氣缸蓋的幾何形狀尺寸精度及位置精度等技術要求在小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)綱領下可以考慮廣泛采用技術水平較高的數(shù)控機床及加工中心并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率除此之外還應當綜合考慮零件特點和技術要求工藝設備與裝備的具體使用條件及經(jīng)濟因素等可初步確定其加工工藝路線為

制定180C柴油機連桿工藝路線的出發(fā)點應當使連桿的幾何形狀尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理保證在中批生產(chǎn)的生產(chǎn)條件下可以考慮采用通用夾具和部分專用夾具等并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率除此之外還應當考慮經(jīng)濟因素以降低生產(chǎn)成本 因此經(jīng)過綜合考慮最終確定180C柴油機連桿加工工藝過程如下表2-1連桿蓋的加工工藝過程如下表2-2 表2-1 180C柴油機連桿加工工藝過程 序號 工序名稱 定位基準

面

面 銑一步大平面及小平面 大小頭平銑二步小頭平面

大小頭平2 銑二步大平面 大小頭平面鉆小頭孔66

大小頭平面 銑小頭孔至695上偏差01 大銑另一側(cè)面188±

9小頭平面銑工藝面94±01 大小頭孔

01 基面和一側(cè)面粗鏜大頭孔134 基面和一側(cè)面以及小頭孔 銑工字型副板

銑落刀槽14兩側(cè) 基面和一側(cè)面精銑外形 基面和一側(cè)面精銑蓋頂面及螺釘面 鋸開 精銑一14 半精銑對接面鉆擴鉸各孔攻絲

步大平面 基面和一側(cè)面精銑另一大平面及小平面 基面和一側(cè)面半精鏜大小孔 基面和銑R25R5818 精銑另一小頭平面 基面和一側(cè)面

一側(cè)面以及大小頭孔 基面和一側(cè)面 銑兩面肋 基面和一側(cè)面 銑R75 基面和一側(cè)面 車1795下偏差-02車185 側(cè)面 24 車大端156165及148 25 磨兩平面 基面和一銑瓦槽 基

3026 精鏜大小頭孔 基面和一側(cè)面以及大小頭孔 鉆2-6油孔

面和一側(cè)面以及小頭孔 銑小孔倒角 銑7°斜

配重

鋼質(zhì)鍛模件的機械加工余量按JB3835-85確定根據(jù)估算的鍛件質(zhì)量加工精度及鍛件形狀復雜系數(shù)由《機械制造工藝簡明手冊》表22-25可查得除孔以外各內(nèi)外表面的加工余量孔的加工余量由《機械制造工藝簡明手冊》表22-24查得表中余量值為單面余量

1鍛件質(zhì)量 根據(jù)零件成品質(zhì)量估算鍛件質(zhì)量為1352kg 2加工精度 零件表面均為精加工和磨削加工精度 3機械加工余量 用查表法確定機械加工余量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷 表3225 表3226 表3227平面加工的工序余量mm 平面加工的工序余量mm 單面加工方法 單面余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸 表面粗糙度

125

粗銑 IT12 69

125

精銑

毛

坯

06 IT10 678 32 08 粗磨 03 IT8 672 16

精磨 01 IT7 67 則連桿兩端面總的加工余量為

A總

A粗銑A精銑A粗磨A精磨2 150603012 mm 2連桿鑄造出來的總的厚度為H 67 72mm 一確定毛坯尺寸公差

連桿的鍛件質(zhì)量1352kg形狀復雜系數(shù)S242CrMoA中合金元素含量大于30按《機械制造工藝設計簡明手冊》表22-11鍛件的材質(zhì)系數(shù)為M2采取平直分模線鍛件為精密精度等級則毛坯的公差可從《機械制造工藝設計簡明手冊》表22-1422-17查得

連桿毛坯的尺寸公差如表2-2毛坯的同軸度誤差允許值為12mm殘留飛邊為12mm 毛坯圖表2-連桿鍛件尺寸公差mm 零件尺寸 單面加工余量 鍛件尺寸 偏差

Φ137 15 Φ134 1795 425

188

Φ77

Φ66 70 1 72

1 65

com分重要工序介紹

一連桿兩端面的加工

采用粗銑精銑粗磨精磨四道工序并將精磨工序安排在精加工大小頭孔之前以便改善基面的平面度提高孔的加工精度粗磨在轉(zhuǎn)盤磨床上使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削這種方法的生產(chǎn)率較高精磨在M7130型平面磨床上用砂輪的周邊磨削這種辦法的生產(chǎn)率低一些但精度較高

連桿大小頭孔的加工

連桿大小頭孔的加工是連桿機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

小頭孔在鉆擴鉸后在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜達到IT6級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)過擴粗鏜半精鏜精鏜金剛鏜和珩磨達到IT6級公差等級表面粗糙度Ra 為04μm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 連桿螺栓孔的加工

連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆擴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)在擴和鉸兩個工步中用上下雙導向套導向從而達到所需要的技術要求

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

連桿體與連桿蓋的銑開工序

剖分面亦稱結合面的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差003mm 并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直度除夾具本身要保證精度外鋸片的安裝精度的影響也很大如果鋸片的端面圓跳動不超過002 mm則銑開的剖分面能達到圖紙的要求否則可能超差但剖分面本身的平面度粗糙度對連桿蓋連桿體裝配后的結合強度有較大的影響因此在剖分面銑開以后再經(jīng)過磨削加工

大頭側(cè)面的加工

以基面及小頭孔定位它用一個圓銷小頭孔裝夾工件銑兩側(cè)面至尺寸保證對稱此對稱平面為工藝用基準面

確定工序尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序往前推算最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注當無基準轉(zhuǎn)換時同一表面多次加工的工序尺寸與工序或工步的加工余量有關當基準不重合時工序尺寸應用工序尺寸鏈解算 確定各主要面的工序尺寸

圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關前面根據(jù)有關資料已經(jīng)查出本零件各圓柱面的總加工余量毛坯余量應將總加工余量分為各工序加工余量然后由后往前計算工序尺寸中間工序尺寸的公差按加工方法的經(jīng)濟加工精度確定

根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》 表229 表234 1大頭孔各工序尺寸及其公差鑄造出來的大頭孔為55 mm 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟

精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度

1375 16 半精鏜 1

137 16 134 134 125

精鏜

04

1375136

二次粗鏜 2 擴孔 136 63 一次粗鏜 2 132 132 2小頭孔各工序尺寸及其公差

根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》 表229表230 工序

名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序

尺寸 最小極限尺寸 表面 粗糙度

精鏜

02

Φ7749 Φ7749 16

半精鏜 02

Φ7729Φ7729 64

Φ68 二次粗鏜 9 Φ68

125

Φ771 Φ771 125 一次粗鏜 鍛至Φ68 1銑連桿大小頭平面 選用X52K機床

根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2481選取數(shù)據(jù)

銑刀直徑D 100 mm 切削速度Vf 247 ms 切削寬度 ae 80 mm 銑刀齒數(shù)Z 6 切削深度ap 3 mm 則主軸轉(zhuǎn)速n 1000vD 475 rmin 根據(jù)表3131 按機床選取n 500 min 則實際切削速度V Dn1000360 267 ms 銑削工時為按表2510 L 3 mm L1 15 50 mm L2 3 mm 基本時間tj Lfm z 32003 500301836 038 min 按表2546 輔助時間ta 043045 018 min 粗磨大小頭平面 選用M7350磨床

根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表24170選取數(shù)據(jù) 砂輪直徑D 40 mm 磨削速度V 033 ms 切削深度ap 03 mm fr0 0033 mmr Z 8 則主軸轉(zhuǎn)速n 1000vD 1588 rmin 根據(jù)表3148 按機床選取n 100 rmin 則實際磨削速度V Dn1000360 020 ms 磨削工時為按表2511 基本時間tj zbknfr0z 0331 1003003338 001 min 按表3140 輔助時間ta 021 min 銑大頭兩側(cè)面

選用銑床X62W 根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2477 88 選取數(shù)據(jù)

銑刀直徑D 50 mm 切削速度V 064 ms 銑刀齒數(shù)Z 3 切削深度ap 4 mm af 010 mmr 則主軸轉(zhuǎn)速n 1000vD 611 rmin 根據(jù)表3174 按機床選取n 750 rmin 則實際切削速度V Dn1000360 078 ms 銑削工時為按表2510 L 40 mm L1 15 85 mm L2 25 mm 基本時間tj Lfmz 408525 750301033 023 min 按表2546 輔助時間ta 043045 018 min 粗鏜大頭孔 選用鏜床T68 根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2466選取數(shù)據(jù)

銑刀直徑D 135m 切削速度V 016 ms 進給量f 030 mmr 切削深度ap 30 mm 則主軸轉(zhuǎn)速n 000vD 47 rmin 根據(jù)表3141 按機床選取n 800 rmin 則實際切削速度V Dn1000360 272 ms 鏜削工時為 按表253 L 38 mm L1 35 mm L2 5 mm 基本時間tj Lifn 38355 0303800 019 min 按表2567 輔助時間ta 050 min 銑開連桿體和蓋 選用銑床X62W 根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2479 90 選取數(shù)據(jù)

銑刀直徑D 63 mm 切削速度V 034 ms 切削寬度ae 3 mm 銑刀齒數(shù)Z 24 切削深度ap 2 mm af 0015 mmr d 40 mm 則主軸轉(zhuǎn)速n 1000vD 103 rmin 根據(jù)表3174 按機床選取n 750 rmin 則實際切削速度V Dn1000360 247 ms 銑削工時為 按表2510 L 17 mm L1形容詞節(jié)點甲 飛機 3 節(jié)點乙 魚片 形容詞節(jié)點丙 飛機 3 節(jié)點乙 魚片 形容詞節(jié)點甲 飛機-1 節(jié)點丙 飛機 A C not_a_blind_slot 甲乙丙

圖4 步驟 圖5 盲步驟 圖6 焊盤 圖7 洞 圖8 盲孔

一種原始的功能是通過合并形成的邊界面孔的原根的功能突變的成員根本特點和成員的邊界將面臨著一個家庭的一個原始的特征[ 16 ] 原始功能中可能存在三個禮儀 一獨立 二與另一原始功能形成一個復雜的功能或 iii 與其他復雜的功能形成一個高層次復雜的功能下一水平的塑料制品的特點是復雜的功能這是所形成的相互作用的兩個原始的塑料產(chǎn)品功能

有四種類型的功能互動邊界臉邊界面臨 bb 段的相互作用根面臨邊界面臨經(jīng)常預算的相互作用根面臨根面居民的相互作用和邊界面臨根面巴西的相互作用在BB心跳的互動這兩個功能有一個共同的邊界臉在經(jīng)常預算的互動邊界面對的一

第三篇：195柴油機連桿設計及連桿螺栓強度校核計算課程設計說明書_百.

課程設計說明書

課 程 名 稱: 發(fā)動機設計課程設計

課 程 代 碼: 8205531

題 目: 195柴油機連桿設計及連桿螺栓強度校核計算

學院(直屬系 : 交通與汽車工程學院

年級/專業(yè)/班: 2009/熱能與動力工程（汽車發(fā)動機）/1班 學 生 姓 名:

學 號: 3120090805015XX

指 導 教 師: 曾東建、田維、暴秀超

開 題 時 間: 2012 年 6 月 28 日 完 成 時 間: 2012 年 7 月 16 日

目 錄

摘要 ……………………………………………………………………………………………2 1引言…………………………………………………………………………………………3 1.1國內(nèi)外內(nèi)燃機研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………3 1.2任務與分析…………………………………………………………………………………5 2柴油機工作過程計算…………………………………………………………………………6 2.1 已知條件……………………………………………………………………………6

2.2 參數(shù)選擇………………………………………………………………………………7 2.3 195柴油機額定工況工作過程計算…………………………………………………7 3 連桿設計……………………………………………………………………………………11 3.1 連桿結構設計………………………………………………………………………11 3.2 連桿材料選擇………………………………………………………………………13 4 連桿螺釘強度校核…………………………………………………………………………14 4.1 連桿螺釘?shù)慕Y構設計 ……………………………………………………………14

4.2 連桿螺釘?shù)膹姸刃：恕?4 5 結論…………………………………………………………………………………………18 致謝……………………………………………………………………………………………19 參考文獻………………………………………………………………………………………19 附錄：195柴油機額定工況工作過程計算程序………………………………………………20

摘 要 世紀 90 年代以來，汽車行業(yè)的競爭已從單一的性能競爭轉(zhuǎn)向性能、環(huán)保、節(jié)能等多元綜合競爭。僅就柴油機而言，為應對世界能源危機和減少對環(huán)境污染，其研究開發(fā)工作已側(cè)重于降低油耗、減少排放、輕質(zhì)及減少磨損等方面，在這些研究中優(yōu)化技術將得到廣泛的應用。汽車已經(jīng)在普通民眾中得到普及，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)的未來樂觀與否一定意義決定于發(fā)動機的技術水平。因此，培養(yǎng)高素質(zhì)的汽車發(fā)動機人才對當今社會的快速發(fā)展至關重要。

本次課程設計的既是通過對195柴油機結構的分析研究，計算工作過程中的熱力參數(shù)繪制其工作過程的P-V圖，繪制195柴油機總成橫剖面圖，對連桿進行設計、強度計算和繪制連桿零部件圖，對并對設計好的連桿大頭、小頭和螺釘進行校核，以根據(jù)工況設計連桿小頭、桿身、大頭，合理達到要求。此次，我們就選擇了對連桿螺釘進行校核。連桿螺釘在連桿蓋以及連桿大頭之間的聯(lián)接

發(fā)揮著至關重要的作用，并且由于往復慣性力和氣體壓力的雙重作用下，使螺釘?shù)氖芰κ謬揽?，所以對其進行強度校核就顯得十分必要。

關鍵詞： 柴油機、連桿、設計、校核

1引 言

1.1國內(nèi)外內(nèi)燃機研究現(xiàn)狀

毫無疑問，節(jié)能、環(huán)保是當今內(nèi)燃機研究的主題。發(fā)動機伴隨著汽車走過了100多年的歷史，無論是在設計、制造、工藝還是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然沒有改變。這是一個富于創(chuàng)造的時代，那些發(fā)動機的設計者們，不斷地將最新科技與發(fā)動機融為一體，把發(fā)動機變成一個復雜的機電一體化產(chǎn)品，使發(fā)動機性能達到近乎完善的程度，各世界著名汽車廠商也將發(fā)動機的性能作為競爭亮點，現(xiàn)在的汽車發(fā)動機不僅注重汽車動力的體現(xiàn)，更加注重能源消耗、尾氣排放等與環(huán)境保護相關的方面，從而使人們在悠閑的享受汽車文化的同時，也能保護環(huán)境、節(jié)約資源。

發(fā)動機未來的發(fā)展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發(fā)和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環(huán)境的污染；采用高增壓技術，進一步強化內(nèi)燃機，提高單機功率；研制復合式發(fā)動機、絕熱式渦輪復合式發(fā)動機等；采用微處理機控制內(nèi)燃機，使之在最佳工況下運轉(zhuǎn)；加強結構強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新型內(nèi)燃機變氣門，變升程，變相位，甚至停掉幾個缸的技術，都沒能做到在行進中連續(xù)變缸徑，但有等效的。

清潔燃料以及代用燃料發(fā)動機的研制。迫于環(huán)境的要求，汽車巨頭們曾預言，未來數(shù)年后汽車將使用液化氫、天然氣或電力作為動力，如果壓縮天然氣CNG技術日趨成熟，另外，內(nèi)燃機的研究領域也深入到了甲醇、酒精、二甲醚等代用燃料的領域。

采用計算機來模擬進出燃燒室的燃料和空氣流的情況也是一項突破性的技術。燃燒室和活塞的形狀、噴油脈沖的能量和方向、活塞和發(fā)動機熱量的運動情況都會影響油氣混合物霧滴的位置。這項技術采用了 指燃油分層噴射。燃油分層噴射技術是發(fā)動機稀燃技術的一種。稀燃，顧名思義就是發(fā)動機混合氣中的汽油含量低，汽油與空氣之比可達1：25以上。

VVT（Variable Valve Timing的縮寫可變氣門正時技術，它是汽油發(fā)動機技術發(fā)展的一個里程碑。其主要設計思想是發(fā)動機氣門升程和配氣相位定時可以根據(jù)發(fā)動機工況作實時的調(diào)節(jié)。而我們常見的CVVT，就是在這個原理上增加了連續(xù)性的概念，即Continue。CVVT的主要設計原理是通過電子控制系統(tǒng)改變凸輪軸打開進氣門的時間早晚，從而控制所需的氣門重疊角。這項技術著重于第一個字母C(Continue連續(xù)，強調(diào)根據(jù)發(fā)動機的工作狀況連續(xù)變化，時時控制氣門重疊角的大小，從而改變氣缸進氣量。當發(fā)動機低速小負荷運轉(zhuǎn)時，如怠速狀態(tài)，這時應延遲進氣門打開時間，減小氣門重疊角，以穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。當發(fā)動機低速大負荷運轉(zhuǎn)時，如起步、加速、爬坡時，應使進氣門打開時間提前，增大氣門重疊角，以獲得更大的扭矩。當發(fā)動機高速大負荷運轉(zhuǎn)時，如高速行駛時，也應延遲進氣門打開時間，減小氣門重疊角，從而提高發(fā)動機工作效率。當發(fā)動機處于中等工況時，如中速勻速行駛時，CVVT也會相對延遲進氣門打開時間，減小氣門重疊角，此時的目的是減少燃油消耗，降低污染排放。FSI是Fuel Stratified Injection的詞頭縮寫，意指燃油分層直噴技術。該技術利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道(共軌到達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態(tài)進入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合

氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。

FSI發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機相比擁有更低的油耗、更好的環(huán)保和更大的輸出功率和扭力。燃油分層噴射技術是發(fā)動機稀燃技術的一種，可以讓每一滴燃油都能更加充分的燃燒，從而節(jié)省汽車的燃油消耗量。1.2任務與分析

1.2.1熱計算

1）目的

促進學生復習和總結已學知識，提高發(fā)動機工作過程中熱力參數(shù)與結構之間的關系；熟悉各參數(shù)對發(fā)動機工作指標的影響，結合對各參考發(fā)動機及其工況的分析，培養(yǎng)學生的分析能力，從而達到能正確選擇參數(shù)的目的。（1）掌握了不同參數(shù)的選取、確定，掌握了過量空氣系數(shù)：α，最高燃燒壓力：Pz，熱量利用系數(shù)：ξz，殘余廢氣系數(shù)：γ，排氣中點溫度：Tr，示功圖豐滿系數(shù)：Φi，機械效率：ηm，等參數(shù)對計算結果的影響和變化規(guī)律。

(2學生對發(fā)動機的工作過程的各個過程相互的影響有一個清晰的認識，了解了汽油機與柴油機工作過程計算的差異。通過P-V圖的繪制，使學生掌握了如何利用示功圖進行發(fā)動機的工作過程分析。掌握了汽油機、柴油機在同一工作過程的不同的曲線的變化趨勢。

(3由于要求計算過程必須采用VB編程進行，因此，使學生更進一步了解如何使用計算機，進行具體的設計計算工作，更進一步熟悉計算機編程。

1.2.2縱、橫剖面圖

1）訓練的目的

繪制發(fā)動機縱橫剖面圖，在課程設計中占很重要的地位。設計的發(fā)動機是否合理？能否達到熱計算中所確定的參數(shù)指標？都將在圖上得到不同程度的反映，同時它還能表達所設計發(fā)動機的結構特點，零部件的主要形狀，相互關系，附件的布置和各系統(tǒng)、機構的安排。通過繪制發(fā)動機縱、橫剖面圖，能培養(yǎng)學生的識圖和繪圖能力，以及對已學知識的綜合運用能力，為畢業(yè)設計奠定一定的基礎。要求學生對發(fā)動機結構形式，設計指標進行深入全面的了解，作出分析評價，將其優(yōu)點應用到設計的發(fā)動機上，并認真負責地對待自己畫的每一條線，和貫徹有關國家標準。2）訓練效果分析

195柴油機從結構上來講，是最簡單的發(fā)動機，通過195柴油機縱橫剖面圖繪制的訓練，使學生全都掌握了：

（1）發(fā)動機的基本結構，零部件的主要形狀，相互關系，附件的布置和各系統(tǒng)、機構的安排。

（2）通過繪制發(fā)動機縱、橫剖面圖，培養(yǎng)了學生的識圖和繪圖能力，以及對已學知識的綜合運用能力，為畢業(yè)設計奠定一定的基礎。

（3）學生對發(fā)動機結構形式，設計指標進行了深入全面的了解，作出分析評價，將其優(yōu)點應用到設計的發(fā)動機上，并認真負責地對待自己畫的每一條線。（4）熟悉了有關國家標準。

1.2.3連桿設計、強度計算和繪制連桿零部件圖 1）目的

（1）校核零件的結構強度，繪制零件圖，促使學生復習和掌握所學知識，進行工程師必備的基本功訓練。

（2）分析發(fā)動機連桿的運動規(guī)律與受力情況，作為強度，設計連桿。培養(yǎng)和鍛煉學生設計、繪圖、分析和計算能力。2）訓練效果分析

通過對連桿設計，使學生掌握了：

（1）如何分析零件的運動規(guī)律和受力，如何進行計算和校核。

（2）如何確定設計要求，建立完整的零件的設計步驟、思維。1.2.4發(fā)動機課程設計說明書編制

按《西華大學本科課程設計說明書規(guī)范化要求》的格式要求進行撰寫，通過訓練，使學生們掌握了：

1設計說明書的編制格式，為畢業(yè)設計打下基礎。

2對整個發(fā)動機設計課程設計的工作內(nèi)容進行總結，訓練學生收集資料，分析資料，利用資料，組織資料的能力。3訓練文字編輯能力。

2柴油機工作過程計算

2.1 已知條件

195柴油機已知條件 表2-1 缸 徑： D=95 mm

氣缸數(shù)： i=1 標定功率： Ne=8.8kw 有效油耗 ge =235g/Kw.h 標定轉(zhuǎn)速： N=2000r/m 壓縮比： 19~21 每缸工作容積： V=0.815(L 曲柄半徑和連桿長度比： R/L=1/4 大氣狀態(tài)： PO=1bar、TO=288K 燃燒室形式，分隔式燃燒室

冷卻方式等。

2.2參數(shù)選擇

開式蒸發(fā)冷卻

過量空氣系數(shù)：α=1.65； 最高燃燒壓力：Pz=75bar；

殘余廢棄系數(shù)：γ=0.04； 排氣終點溫度：Tr=850K； 示功圖豐滿系數(shù)：Φi=0.93； 機械效率：ηm=0.80； 進氣加熱溫升：△T=20℃；平均多變壓縮指數(shù)：n1=1.36；平均多變膨脹指數(shù)：n2=1.25。P0 = 1bar；T0 =288k 2.3 195柴油機額定工況工作過程計算 2.3.1 排氣沖程

（1）終點壓力：

=1.08 bar

（2 終點溫度：2.3.2 進氣沖程

選擇殘余廢棄收縮系數(shù) δ=0.5

=794

終點壓力：= 0.95bar

終點溫度： =325.86 K

充氣效率：2.3.3 壓縮沖程

= 0.89

壓縮終點壓力：壓縮終點溫度：2.3.4 燃燒過程

= 52.673bar

= 958.58 K

（1）理論所需空氣量： = 0.4875 Kmol/Kg

（2）新鮮充量：

= 0.813 Kmol

（3）燃燒產(chǎn)物總量： = 0.833 Kmol

（4）理論分子變更系數(shù)： = 1.232

（5）實際分子變更系數(shù)：(6 最高燃燒壓力 Pz = 75 bar

= 1.228

(7 壓力升高比 = 1.35

(8 燃燒重點溫度Tz的計算 燃料的低熱值:Hu = 42500(KJ/Kg 熱量利用系數(shù)

因為 將的值帶入下面所示的方程組,即可解出Tz的值:

從而解得 Tz = 2035 K

(9 初期膨脹比：2.3.5膨脹過程

= 1

(1 后期膨脹比：

=9

(2 膨脹終點壓力：

= 1.85 bar

(3 膨脹終點溫度：2.3.6 指示性指標的計算

= 883 K

（1）平均指示壓力：

=7.2 bar

=6.4 bar

（2）指示熱效率：

=0.42

（3）指示燃油消耗率：

（4）有效熱效率：

=0.35

（5）有效燃油消耗率：

=241.52 g/KW.h

（6）平均有效壓力：

=6.356bar

（7）有效功率：

=8.6

2.3.7 P-V示功圖 連桿設計

3.1 連桿結構設計

3.1.1 連桿小頭的結構設計

連桿小頭與活塞銷相連，工作時，連桿小頭與活塞銷之間有相對轉(zhuǎn)動，因此連桿小頭孔中一般壓入減摩的青銅襯套。同時，為了潤滑活塞銷和襯套，在小頭和襯套上鉆出集油孔或銑出集油槽，用來收集發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程時被激濺上來的機油，以便潤滑活塞銷和襯套。有的發(fā)動機連桿小頭采用壓力潤滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。

連桿小頭位于活塞銷內(nèi)腔，特點是：尺寸小、軸承比壓高、溫度較高；軸承表面相對運動速度較低，擺動運動，不利于形成油鍥或者承載油膜。連桿徑向尺寸和外表面是否加工有關，外表面不加工的連桿小頭，其的連桿小頭，在之間。，全部經(jīng)過機械加工

為了耐磨，在小頭孔內(nèi)還壓有耐磨襯套。設計連桿小頭的任務是確定其結構尺寸（小頭軸承孔直徑d1和寬度B1、外形尺寸D1、襯套外徑d）和潤滑方式。其中d1、B1已在活塞組設計中確定，一般柴油機B1≈d1。據(jù)統(tǒng)計，小頭的外徑一般比孔徑大20%-35%，即D1=（1.2～1.35）d，小頭的最小徑向厚度大于4毫米。該尺寸可按強度、剛度條件確定。有的連桿小頭，外徑中心向上下各偏差e，以加強結構，并相對減輕了重量，一般e=（0.02～0.04）D。

綜上所述，得出本次設計的連桿小頭的尺寸為：D1=Φ50 mm, d=Φ40（0±0.025）mm。

3.1.2 連桿桿身的結構設計

工字型斷面的平均相對高度H/D=0.3～0.4(柴油機，高度比H/B=1.4～1.8。工字行桿件的寬度B初步值可按以下經(jīng)驗公式求出：分別為氣缸直徑和行程。

桿身也承受交變載荷，可能產(chǎn)生疲勞破壞和變形，連桿高速擺動時的橫向慣性也會使連桿彎曲變形，因此桿身必須有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應力集中的因素。

為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，一般把桿身斷面H從小頭到大頭逐漸加大，大的圓角半徑。

對工作可靠的發(fā)動機的統(tǒng)計表明，現(xiàn)代汽油機連桿桿身平均斷面積fm與活塞面積Fp之比fm/Fp=0.02～0.035，柴油機為0.03～0.05。為了在較小重，其中D、S

值最大到1.3左右，桿身到小頭到大頭的過度必須用足夠

量下得到較大的剛度，高速內(nèi)燃機的連桿桿身斷面都是“工”字型的，而且其長軸應在連桿擺動平面內(nèi)。計算選取，R=60mm，取L=210mm；取

=33mm。

3.1.3 連桿大頭的結構尺寸設計

連桿大頭聯(lián)接連桿和曲軸，要求有足夠的強度和剛度，否則將影響薄壁軸瓦、連桿螺栓，甚至整機工作可靠性。為了便于維修，高速內(nèi)燃機的連桿必須能從氣缸中取出，連桿大頭的結構與尺寸的基本上決定于曲柄銷直徑D2、長度B2，連桿軸瓦厚度

和連桿螺釘?shù)闹睆絛m。其中D2、B2是根據(jù)曲軸強度、剛度和軸承的承壓能力，在曲軸

設計中確定。為了結構緊湊，軸瓦厚度=1.5~3毫

米。連桿螺釘尺寸則根據(jù)強度設計。因此，本處所謂大頭設計，實際上是確定連桿大頭在擺動平面內(nèi)某些主用尺寸，連桿大頭剖分型式、定位方式，及大頭蓋的結構設計。

連桿大頭連接連桿和曲軸，要求有足夠的強度和剛度，否則將影響薄壁軸瓦，連桿螺釘，甚至整機工作可靠性。為了便于維修，內(nèi)燃機的連桿必須能從氣缸中取出，故要求大頭在擺動平面內(nèi)的總寬度必須小于氣缸直徑；大頭重量產(chǎn)生的離心力會使連桿軸承、主軸承負荷增大，磨損加劇，于是還為此不得不增大平衡重，給曲軸設計帶來困難，因此在設計連桿大頭時，應在保證強度、剛度條件下，尺寸盡量小，重量盡量輕。

大頭尺寸設計：

1）曲柄銷直徑、長度

趨于減薄，汽車拖拉機用軸瓦

這兩個尺寸是根據(jù)曲軸強度、剛度和軸承的承壓力，在曲軸設計中確定的。也可根據(jù)=36mm。2連桿軸瓦厚度=1.3～3mm，取

=2mm ，來初步確定。本次設計

=68mm，3）螺栓距離C，C取88mm,螺栓孔外側(cè)壁厚不得小于2毫米。4大頭切口形式和定位方式

195柴油機連桿所采用的斜切口，斜角為45°，端面則采用止口定位，其工藝簡單，成本低。但不能防止大頭蓋止口向外變形，連桿體止口向內(nèi)變形，這種蓋與體都是單向定位，定位不可靠；止口易變形；止口因加工誤差或裝拆變形對大頭孔影響較大。

5）連桿大頭各處的形狀應采用圓滑過渡。

3.2 連桿材料選擇

為了保證連桿在機構輕巧的條件下有足夠的剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳機構鋼，只有在特別強化且產(chǎn)量不大的汽油機中用40Cr等合金鋼。合金鋼有較高的綜合機械性能，但當存在產(chǎn)生應力集中的因素時，它的耐勞能力急劇下降，甚至低到與碳素鋼不相上下。所以合金鋼連桿的形狀設計、過度圓滑性、毛坯表面質(zhì)量下降等，必須給以更多的注意，才能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)材料的潛力。40MnB,40MnVB等硼鋼作為高負荷的大量生產(chǎn)連桿的材料，顯示了良好的使用性能。40MnB鋼化學成分（%）：C（0.37～0.45），Mn（1.1～1.4），Cr<0.3，P和S≤0.04，B（0.001～0.005），經(jīng)850℃油淬500℃高溫回火

后強度極限σb>1000(性>70。，屈服強度σa>800（），沖擊韌連桿縱向端面內(nèi)宏觀金相組織要求金屬纖維方向與連桿外形相符，纖維無環(huán)曲及中斷現(xiàn)象。連桿一般用剛鍛造，在機械加工前應進行調(diào)質(zhì)處理（淬火后高溫回火），以得到較好的綜合機械加工性能，既強又韌。為了連桿的疲勞強度，不經(jīng)機械加工的表面應經(jīng)過噴丸處理。連桿必須經(jīng)過磁力探傷檢查，以求工作可靠。

我國已研究成功連桿輥段工藝，輥段工藝不僅不需要大型鍛造設備，而且還改善了工人的勞動條件。為了節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材，降低產(chǎn)品成本，我國還成功地試用了一稀有鎂球墨鑄鐵制造高速汽油機連桿。試驗證明，鑄造連桿的強度應在HB210-250之間，上限是為了保證有足夠的強度，下線是為了保證良好的韌性。這樣硬度的珠光體鑄鐵具有300-350（）的抗彎曲疲勞強度，與中碳鋼差不多。在大批量生產(chǎn)鑄造連桿時為了保證制造質(zhì)量穩(wěn)定，要求對爐料、熱處理等工藝規(guī)程嚴加控制，并仔細的在內(nèi)在質(zhì)量檢查，例如超聲波或X線無損探傷等。據(jù)國外經(jīng)驗，強韌的珠光體可鍛鑄鐵適于制造連桿。本次設計選用材料40Cr。連桿螺釘?shù)慕Y構設計及強度校核

4.1 連桿螺釘?shù)慕Y構設計

發(fā)動機連桿組的功能是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上氣體的作用力傳遞給曲軸，以輸出功率。連桿組在工作時作平面運動，承受了大小和方向均按周期性變化的氣體作用力和慣性力的作用，并作往復和擺動的復合運動。發(fā)動機的連桿大頭與曲軸連桿軸頸的聯(lián)接是靠連桿螺釘來實現(xiàn)的，所以連桿螺釘所承受的載荷是交變載荷。為了保證連桿大頭結合面

在工作時不分離，連桿螺釘在裝配時應有足夠的預緊力（P0）。此力由兩個部分組成：一部分為使連桿軸瓦緊貼軸承瓦座所需的預緊力；另一部分為防止連桿體和連桿軸承瓦座結合面在工作載荷作用下脫開所需的預緊力。這兩部分力對連桿螺釘都造成扭力。

根據(jù)螺釘受力情況設計出螺釘?shù)膮?shù)：

螺紋規(guī)格d=M12；公稱長度為L=59mm；性能等級為8級

4.2 連桿螺釘?shù)膹姸刃：?/p>

四沖程發(fā)動機工作時，連桿螺釘承受的最大拉伸載荷口連桿來說，連桿螺釘所承受的拉伸載荷為：

按公式計算。對斜切

式中ψ——連桿體與連桿蓋結合面與垂直連桿縱軸的平面間的夾角 ——活塞組的重量 G1——連桿組往復部分的重量 G2——旋轉(zhuǎn)部分的重量 G3——連桿大頭蓋的重量

λ——曲柄連桿比

G=1.75kg G1=0.55kg G2=1.164 G3=0.25kg λ=0.25 則

連桿螺釘?shù)念A緊力

——連桿螺釘螺紋外徑（12mm）S——螺距（88mm）——摩擦系數(shù)

——螺釘支撐環(huán)面平均半徑（7.2mm）

其中： S/則 =0.1 /=0.6 =0.15

連桿螺釘?shù)念A緊力不足不能保證連接的可靠性，但預緊力過大則可能引起材料屈服，最后仍會使連接松弛，因此必須校核屈服的可能性

——連桿螺釘最小端面積

螺釘最小直徑12×0.85=10.2mm

——基本動載荷系數(shù) 選取為0.22 所以

則屈服強度滿足要求

連桿螺釘所受的拉力在則螺紋桿部名義應力： 螺桿部的直徑d=12mm

和 之間變化。

對螺紋根部名義應力：

螺紋根部的直徑d=12×0.85=10.2mm

對螺桿進行疲勞安全系數(shù)計算：

式中：——為材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，此處取

——工藝系數(shù) 此處取0.5 ——角系數(shù) 此處取0.2 所以螺桿的疲勞安全系數(shù)計算：

對螺紋根部進行疲勞安全系數(shù)計算：

由于選用具有較高的屈服極限的中碳合金鋼40Cr制造，在調(diào)質(zhì)處理后硬度達到HRC29~39，屈服極限在800為800。

以上。查表可求得則許用應力：

則：連桿螺釘?shù)那姸群推趶姸确显O計標準 5 結 論

在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計的能力，以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．“千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳

踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。

致 謝

值在本報告完成之際，首先感謝辛勤傳授我知識的交通與汽車工程學院。

在此也感謝我們的曾老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次發(fā)動機設計的每個細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。

其次，我也十分感謝在整個課程設計實驗中給予我?guī)椭耐瑢W和室友，感謝他們在學習中給我的幫助。

最后感謝我的父母，他們的鼓勵是我完成這次報告的動力，感謝他們無私的奉獻。

【參考文獻】

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［8］臧杰，閻巖.汽車構造［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008

附錄：195柴油機額定工況工作過程計算程序

程序核心代碼 Option Explicit Dim n, nn, pr, po As Single Dim tr, pa, Va, s, d, vh, kkk As Single Dim pab, e, paa, pad, pac As Single Dim tt, t, yy, fa, ta As Single Dim nv, n1, tc, pc, fx As Single Dim l, Vc, gc, gh, g0 As Single Dim Vcx, r, lo, a, mt, m1, m2, u0, u As Single Dim khu, cv1, cv2, tz, ccc, hu, qq, aaa, bbb As Single Dim l8, n2, pz, tb, pi1, pi, p As Single Dim fi, pm, nm, ni, gi, ne, pe, ge, nne, i, v, pb As Double Dim ylsgb As Single Dim P0, Pcx, Tcx, Pbx, Tbx, Vbx As Single Dim x, y As Integer Dim φx, Vb1

Private Sub Command2_Click(Picture1.Cls End Sub Private Sub Command3_Click(End End Sub

Private Sub Command4_Click(Picture1.Cls Picture1.Scale(-0.1, 120-(1.1,-10 Picture1.ForeColor = vbBlack Picture1.Line(0, 0-(1.3, 0 '畫X軸 Picture1.Line(0, 0-(0, 115 '畫Y軸

Picture1.CurrentX = 0.95: Picture1.CurrentY =-0.02: Picture1.Print “V(L” Picture1.CurrentX = 0.02: Picture1.CurrentY = 115: Picture1.Print “P(bar” For y = 0 To 110 Step 5 '畫刻度 Picture1.Line(0, y-(0.02, y Picture1.CurrentX =-0.08: Picture1.CurrentY = y + 1.5: Picture1.Print y Next y Picture1.Line(0, 115-(-0.01, 113.5 '畫箭頭 Picture1.Line(0, 115-(0.01, 113.5 For x = 0.1 To 1 Step 0.1 '畫刻度 Picture1.Line(x, 0-(x, 0.2 Picture1.CurrentX = x1 Picture1.ForeColor = vbBlue Picture1.CurrentX = Vc + 0.01: Picture1.CurrentY = 10: Picture1.Print “Vc” Picture1.Line(Vc, 120-(Vc, 0 '畫Vc線 Picture1.ForeColor = vbRed

Picture1.Line(0, 1-(0.95, 1 '畫P0線

Picture1.CurrentX = 0.95: Picture1.CurrentY = 4: Picture1.Print “P0” Va = vh + vh /(e1 Picture1.ForeColor = vbGreen '===================================畫壓縮曲線========================= For φx = 0 To 3.14 Step 0.0001

Vcx = vh / 2 *((1Cos(2 * φx * 1 / 4 / 4 + Vc Pcx = pa *(Va / Vcx ^ n1 Picture1.PSet(Vcx, Pcx Next φx

Picture1.Line(Vc, pc-(Vc, pz '===================================畫膨脹曲線========================= For φx = 3.14 To 6.28 Step 0.0001

Vbx = vh / 2 *((1Cos(2 * φx * 1 / 4 / 4 + Vc Pbx = pb *(Va / Vbx ^ n2 If Pbx <= pz Then Picture1.PSet(Vbx, Pbx Else: Picture1.Line(Vc, pz-(Vbx, pz End If Next φx

Vb1 = vh / 2 *((1Cos(2 * 6.4 * 1 / 4 + Vc Picture1.Line(Va, pa-(Va, pb '畫放熱線 Picture1.Line(Va, pc-(Va, pz '畫加熱線

End Sub Private Sub Command1_Click(s = Val(Text2.Text: d = Val(Text4.Text n = Val(Text1.Text: po = Val(Text15.Text / 10: e = Val(Text5.Text: tt = Val(Text17.Text: fa = Val(Text18.Text: r = Val(Text2.Text l = Val(Text31.Text / 3.14 /((d / 2 ^ 2 gc = Val(Text11.Text: gh = Val(Text12.Text: g0 = Val(Text8.Text a = Val(Text19.Text: mt = Val(Text20.Text: fi = Val(Text9.Text: i = Val(Text3.Text n1 = Val(Text14.Text: n2 = Val(Text33.Text '================================排氣過程=========================== pr = Int(1000 * 10.8 * po / 1000: tr = 350 /(1.2 / Log(n * Log(10 + 0.005 *(e1: hu = 42500 '柴油機 暫時先賦的值

'================================進氣過程=========================== 'kkk = 2.4 * nn / n 'pab =(10 / kkk ^ 2 paa = n ^ 2 / 520000000 pac =((e1 ^ 2 '殘余廢氣收縮系數(shù) 暫時取的0.5 ' pad = 10.0125 * n /(110pr ' 殘余廢氣系數(shù) yy ' ta =(t + tt + yy * fa * tr *(pa / pr ^((npr /(tt + t /(10 * po /(e0.05 * nn / n '平均壓縮多變指數(shù) pc = Int(100 *(pa * e ^(n1 / 100 '壓縮終點壓力 tc = Int(10 * ta * e ^(n1g0 / 32 m1 = a * lo: m2 = a * lo + gh / 4 + g0 / 32 u0 = m2 / m1 u =(u0 + yy /(1 + yy '實際分子變更系數(shù) 'khu = 58000 *(1khu / m1 /(1 + yy + cv1 * tc / u aaa =(3.3 / a + 3.7 * 4.1868 / 10000 '柴油機 bbb =(4.8 + 2.2 / a * 4.1868 tz = Int((-bbb +(bbb ^ 2 + 4 * aaa * ccc ^ 0.5 / 2 / aaa '燃燒終點溫度 ' l8 = u * tz / tc '壓力升高比

ylsgb = Val(Text29.Text p = u * tz / ylsgb / tc '----柴油機預期膨脹比----pz = Int(100 *(ylsgb * pc / 100 '最高燃燒壓力

'=================================膨脹=========================================== 'n2 = 1.2 + 0.03 * nn / n pb = Int(100 *(pz /(e ^ n2 / 100 '膨脹終點壓力 tb = Int(tz /(e ^(n21 *(ylsgb * p /(n21 / e ^(n21 /(n11 / e ^(n1pm / pi ' 機械效率

ni = Int(10000 * 8.314 * m1 * tt * pi / hu / 10 / po / nv / 10000 '指示熱效率 gi = 3600000 / hu / ni '指示燃油消耗率 ne = nm * ni '有效熱效率 pe = pi * nm '平均有效壓力

ge = 3600000 / hu / ne '有效燃油消耗率

vh = Int(10000 * 3.14 *(d / 2 ^ 2 * r / 10 ^ 6 / 10000 v = Int(10000 *(vh / e + vh / 10000 '--------------------汽缸容積 nne = i * v * pe * n / 1224 '--------------------有效功率 Text7(1.Text = “0” & Int(10000 * ni / 10000 Text7(3.Text = Int(100 * gi / 100 Text7(4.Text = “0” & Int(10000 * ne / 10000 Text7(5.Text = Int(1000 * pe / 1000 Text7(6.Text = Int(100 * ge / 100

Text7(7.Text = Int(100 * nne / 100 Text10.Text = pr: Text13.Text = Int(10 * tr / 10: Text21.Text = “0” & Int(100 * pa / 100: Text22.Text = Int(ta * 10 / 10 Text23.Text = pz: Text24.Text = tz: Text25.Text = tb: Text26.Text = pb Text27.Text = pc: Text28.Text = tc eee: End Sub 程序運行結果

圖2-1 195柴油機工作過程計算及P-V圖顯示

第四篇：連桿設計說明書

連桿設計說明書

課程設計要求：

1.了解活塞、連桿、曲軸的設計基準、工藝基準、和加工基準。2.正確的表達零件的形狀，合理布置試圖。3.正確理解和標注尺寸公差和形位公差。4.能讀懂圖樣上的技術要求。5.正確編寫課程設計說明書。

6.熟練掌握AutoCAD繪制工程圖紙。連桿的作用

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋分為連桿小頭、桿身和連桿大頭。連桿小頭用來安裝活塞銷，以連接活塞。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。一般做成分開式，與桿身切開的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓連接為一體。連桿軸瓦安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動機中最重要的配合副之一。常用的減磨合金主要有白合金、銅鉛合金和鋁基合金。

連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。例如在往復活塞式動力機械和壓縮機中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構成鉸接。連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Ｃr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。

連桿組

連桿組包括連桿體、連桿蓋、小頭襯套、連桿瓦、連桿螺栓、連桿螺母等。在三維造型時，可以將連桿體、蓋、螺栓等作為一體，因小頭襯套材料為銅鉛合金，可以分開造型，然后組裝成一體進行分析。

一般認為連桿小頭隨活塞組作往復運動，連桿大頭作隨曲拐作旋轉(zhuǎn)運動，連桿桿身作復雜的平面運動。

將連桿組件的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成集中于活塞銷中心的往復質(zhì)量m1和集中于曲柄銷的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量m2。根據(jù)力學原理：質(zhì)量轉(zhuǎn)換必須滿足下列3個條件： ① 質(zhì)量不變：簡化前后的質(zhì)量不變； ② 質(zhì)心位置不變：系統(tǒng)質(zhì)心與連桿組質(zhì)心重合。

③ 系統(tǒng)對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變：簡化的質(zhì)量對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量之和應等于原來的轉(zhuǎn)動慣量； 連桿的受力

連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。

連桿螺栓

連桿螺栓是連接連桿大端與軸承座的至關重要的連接螺栓。連桿螺栓的受力：

二沖程柴油機的連桿螺栓：預緊力。

四沖程柴油機的連桿螺栓：預緊力，慣性力拉伸，大端變形產(chǎn)生附加彎矩； 材料：選用韌性好，強度高的優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼；

結構：耐疲勞的柔性結構(增加螺栓長度，減小螺栓桿部直徑以增加螺栓柔 度)；精細加工螺栓螺紋；斷面變化處及螺紋處采用大圓角過渡；保證螺 栓 頭與螺母支承平面與螺紋中心線垂直。

連桿螺栓的類型：用螺帽連接與不用螺帽連接兩類。

連桿螺栓的安裝：必須嚴格按照說明書規(guī)定（安裝預緊力的大小、預緊方法、預緊次序等）。

連桿損壞形式

連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Ｃr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼，但現(xiàn)在國外所廣泛采用的先進連桿裂解（conrod fracture splitting）的加工技術要求其脆性較大，硬度更高，因此，德國汽車企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料多為C70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、frACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等(以上均為德國din標準)。合金鋼雖具有很高強度，但對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過渡圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期果。

對連桿的要求：

①連桿應耐疲勞、抗沖擊，具有足夠的強度和剛度。②連桿長度應盡量短，以降低發(fā)動機的高度和總重量。

③要求連桿軸承工可靠壽命長重量加工容易拆裝維修方便。

連桿的工藝特點

(1)連桿體和蓋厚度不一樣，改善了加工工藝性。連桿蓋厚度為31mm，比連桿桿厚度單邊小3.8mm，蓋兩端面精度產(chǎn)品要求不高，可一次加工而成。由于加工面小，冷卻條件好，使加工振動和磨削燒傷不易產(chǎn)生。連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進行，可在螺栓孔加工之前。螺栓孔、軸瓦對端面的位置精度可由加工精度直接保證，而不會受精磨加工精度的影響。

(2)連桿小頭兩端面由斜面和一段窄平面組成。這種楔形結構的設計可增大其承壓面積，以提高活塞的強度和剛性。在加工方面，與一般連桿相比，增加了斜面加工和小頭孔兩斜面上倒角工序；用提高零件定位及壓頭導向精度來避免襯套壓偏現(xiàn)象的發(fā)生，但卻增加了壓襯套工序加工的難度。

(3)帶止口斜結合面。連桿結合面結構種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。該連桿為帶止口斜結合面。

精加工基準采用了無間隙定位方法，在產(chǎn)品設計出定位基準面。在連桿桿和總成的加工中，采用桿端面、小頭頂面和側(cè)面、大頭側(cè)面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜結合面加工工序的連桿蓋加工中，采用了以其端面、螺栓兩座面、一螺栓座面的側(cè)面的加工定位方法。這種重復定位精度高且穩(wěn)定可靠的定位、夾緊方法，可使零件變形小，操作方便，能通用于從粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基準統(tǒng)一，使各工序中定位點的大小及位置也保持相同。這些都為穩(wěn)定工藝、保證加工精度提供了良好的條件。

連桿加工的工藝流程

連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面——粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。

設計小結

本次設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。它在我們大學四年的大學生活中占有重要的地位，因此，我對本次課程設計非常重視。

我們這次的設計、學習是分階段進行的，還不能做到全局把握，面面俱到，因而不可避免地會出現(xiàn)一些問題和缺點。通過對本次課程設計過程及老師指點的回顧和總結，可以系統(tǒng)地分析一下整個設計、學習過程中所存在的問題。通過總結，還可以把平時聽課時還沒有弄懂、弄透的問題加以學習鞏固，以獲得更多的收獲，更好的達到課程設計的預期目的和意義。

此次課程設計對給定的零件圖分析并進行CAD繪圖，考查了我們對零件圖的讀圖能力以及CAD的使用能力，利用近兩個星期的課程設計，加深了對所學知識的理解，有助于今后工作。本次課程設計使我更加熟練的掌握了AUTOCAD的使用方法，并獲得了很多以前沒有學到的使用技巧。

第五篇：發(fā)動機連桿設計說明書

發(fā)動機連桿設計說明書

學

院：

機電工程學院

專業(yè)年級：

交通班

姓

名：

學

號：

指導教師：

2011

年X月

X日

連桿的設計

1.1

連桿的工作情況、設計要求和材料選用

1、工作情況

連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。因此，連桿體除有上下運動外，還左右擺動，做復雜的平面運動。

2、設計要求

連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設計時應首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結構鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故。

所以設計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結構下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結構形狀和尺寸。

3、材料的選擇

為了保證連桿在結構輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結構鋼45模鍛，表面噴丸強化處理，提高強度。

1.2

連桿長度的確定

設計連桿時首先要確定連桿大小頭孔間的距離，即連桿長度它通常是用連桿比來說明的，通常0.3125，取，則。

1.3

連桿小頭的結構設計與強度、剛度計算

1、連桿小頭的結構設計

連桿小頭主要結構尺寸如圖1所示。

為了改善磨損，小頭孔中以一定過盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。

2、連桿小頭的強度校核

以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進行疲勞強度計算。

圖1

連桿小頭主要結果尺寸

（1）襯套過盈配合的預緊力及溫度升高引起的應力

計算時把連桿小頭和襯套當作兩個過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為：

（1）

式中：—襯套壓入時的過盈，；

一般青銅襯套，取，其中：—工作后小頭溫升,約；

—連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼；

—襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅；、—連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可取；

—連桿材料的彈性模數(shù)，鋼[10]；

—襯套材料的彈性模數(shù)，青銅；

計算小頭承受的徑向壓力為：

由徑向均布力引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應力，可按厚壁筒公式計算，外表面應力

（2）

內(nèi)表面應力

（3）的允許值一般為，校核合格。

（2）連桿小頭的疲勞安全系數(shù)

連桿小頭的應力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為：

（4）

式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），取；

—材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2；

—應力幅，；

—平均應力，；

—工藝系數(shù)，取0.5；

則

連桿小頭的疲勞強度的安全系數(shù)，一般約在范圍之內(nèi)[4]。

3、連桿小頭的剛度計算

當采用浮動式活塞銷時，必須計算連桿小頭在水平方向由于往復慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗公式為:

（5）

式中：—連桿小頭直徑變形量，；

—連桿小頭的平均直徑，；

—連桿小頭斷面積的慣性矩，則

對于一般發(fā)動機，此變形量的許可值應小于直徑方向間隙的一半，標準間隙一般為，則校核合格。

1.4

連桿桿身的結構設計與強度計算

1、連桿桿身結構的設計

連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。

為使連桿從小頭到大頭傳力均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。

2、連桿桿身的強度校核

連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計算斷面以上做往復運動的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃氣壓力和慣性力差值的壓縮，為了計算疲勞強度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計算斷面的最大拉伸、壓縮應力。

（1）最大拉伸應力

由最大拉伸力引起的拉伸應力為：

（6）

式中：—連桿桿身的斷面面積，汽油機，為活塞投影面積，取。

則最大拉伸應力為：

（2）桿身的壓縮與縱向彎曲應力

桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃氣作用力時，并可認為是在上止點，最大壓縮力為：

（7）

連桿承受最大壓縮力時，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時連桿在擺動平面內(nèi)的彎曲，可認為連桿兩端為鉸支，長度為；在垂直擺動平面內(nèi)的彎曲可認為桿身兩端為固定支點，長度為，因此在擺動平面內(nèi)的合成應力為：

（8）

式中：—系數(shù)，對于常用鋼材，?。?/p>

—計算斷面對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩。；

將式（8）改為：

（9）

式中

—連桿系數(shù)，；

則擺動平面內(nèi)的合成應力為：

同理，在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應力為：

（10）

將式（10）改成（11）

式中：—連桿系數(shù)。

則在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應力為：

和的許用值為，所以校核合格。

（3）連桿桿身的安全系數(shù)

連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把或看作循環(huán)中的最大應力，看作是循環(huán)中的最小應力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。

循環(huán)的應力幅和平均應力，在連桿擺動平面為：

（12）

（13）

在垂直擺動平面內(nèi)為：

（14）

連桿桿身的安全系數(shù)為：

（15）

式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），??；

—材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2；

—工藝系數(shù)，取0.45。

則在連桿擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：

在垂直擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：

桿身安全系數(shù)許用值在的范圍內(nèi)，則校核合格。

1.5

連桿大頭的結構設計與強度、剛度計算

1、連桿大頭的結構設計與主要尺寸

連桿大頭的結構與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長度、連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。

連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度，取，取，為了提高連桿大頭結構剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離，取，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。

2、連桿大頭的強度校核

假設通過螺栓的緊固連接，把大頭與大頭蓋近似視為一個整體，彈性的大頭蓋支承在剛性的連桿體上，固定角為，通常取，作用力通過曲柄銷作用在大頭蓋上按余弦規(guī)律分布，大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面一致，大頭的曲率半徑為。

連桿蓋的最大載荷是在進氣沖程開始的，計算得：

作用在危險斷面上的彎矩和法向力由經(jīng)驗公式求得：

（16）

由此求得作用于大頭蓋中間斷面的彎矩為：

（17）

作用于大頭蓋中間斷面的法向力為：

（18）

式中：，—大頭蓋及軸瓦的慣性矩，，—大頭蓋及軸瓦的斷面面積，，在中間斷面的應力為：

式中：—大頭蓋斷面的抗彎斷面系數(shù)，計算連桿大頭蓋的應力為：

一般發(fā)動機連桿大頭蓋的應力許用值為，則校核合格。

連桿螺栓的設計

2.1

連桿螺栓的工作負荷與預緊力

根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計，取。

發(fā)動機工作時連桿螺栓受到兩種力的作用：預緊力和最大拉伸載荷，預緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預緊力；二是保證發(fā)動機工作時，連桿大頭與大頭蓋之間的結合面不致因慣性力而分開所必須具有的預緊力[15]。

連桿上的螺栓數(shù)目為2，則每個螺栓承受的最大拉伸載荷為往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力在氣缸中心線上的分力之和，即

（19）

軸瓦過盈量所必須具有的預緊力由軸瓦最小應力，由實測統(tǒng)計可得一般為，取30，由于發(fā)動機可能超速，也可能發(fā)生活塞拉缸，應較理論計算值大些，一般取，取。

2.2

連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算

連桿螺栓預緊力不足不能保證連接的可靠性，但預緊力過大則可能引起材料超出屈服極限，則應校核屈服強度，滿足

（20）

式中：—螺栓最小截面積，；

—螺栓的總預緊力，；

—安全系數(shù)，取1.7；

—材料的屈服極限，一般在800以上[16]。

那么連桿螺栓的屈服強度為：

則校核合格。

小結

本文在設計連桿的過程中，首先分析了連桿的工作情況，設計要求，并選擇了適當?shù)牟牧?，然后分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭的主要結構參數(shù)，并進行了強度了剛度的校核，使其滿足實際加工的要求，最后根據(jù)工作負荷和預緊力選擇了連桿螺栓，并行檢驗校核。