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1、.-美国赛车连杆专用工装夹具设计作者姓名：吴贺专业班级：机械工程及自动化 2005060401班指导老师：孙未摘要连杆属典型零件，目前国内外都有比较成熟的加工工艺。美国赛车连杆的杆身横截面工字型方向与普通连杆不同，且它的每一个面都要求加工，这使得它比普通连杆更难加工。本文针对美国赛车连杆本身的结构特点、工作情况和现有的加工条件，根据已制定的工艺规程为钻连杆小头孔空间斜工艺孔设计专用钻床工装夹具、为铣连杆大头孔的两侧面设计专用铣床工装夹具。本文首先对连杆零件结构特点、主要表面加工技术要求、材料工艺性、加工工艺性进行了分析，然后提出加工工艺路线。主体内容为夹具的设计，分别提出两套钻床夹具和铣床夹具
2、方案，进行分析、比较，选出最佳方案。再对所选方案进行精度分析，论证可行性。关键词： 连杆 工艺规程 专用夹具A appropriative fixture designing for United States race car connecting rodAbstract： The connecting rod is a typical part. There are many mature technical schedules at home and abroad currently. The body of the United States races car connecting
3、rod has a different exposure of the I -shaped to the common connecting rods. In addition to, its each face require to machining, which make it more difficult to be processed than those common connecting rods. This text based on the structure characteristics, the work circumstance and the existing pr
4、ocess condition, and according to the established technical schedules, design appropriative fixture for drill press and milling machine.At first this test analyze the structure characteristics , main surface processing technology to be require , material processibility and machining processibility o
5、f the connecting rod. Then propose the technical schedule. The main content is fixture designing. Bring forward two set projects of appropriative fixture for drill press and milling machine separately. Then analyze, compare and choose the best project. At last do the accuracy analyzing and demonstra
6、te feasibility of the project. Key word: connecting rod technical schedule fixture目录第1章 前言11.1本课题的提出和研究意义11.2主要研究内容11.3研究步骤1第2章 连杆零件分析22.1作用及工作状况分析22.2零件的结构分析22.3零件材料的工艺性22.4零件主要表面的技术要求32.5零件加工工艺分析42.5.1连杆加工的主要问题及工艺过程设计所采取的措施42.5.2定位基准的选择：5第3章 零件工艺路线的制定63.1毛坯种类及其工艺过程的确定63.2工艺路线方案选择6第4章 专用夹具设计84.1专用机
7、床夹具84.1.1专用机床夹具的组成84.2机床夹具设计要求94.3专用机床夹具设计的步骤104.4工件的六点定位规则114.5夹紧装置的组成和要求12第5章 专用钻床夹具设计155.1夹具设计任务165.2. 确定工件的定位方案175.3. 确定刀具的引导方式18 5.3.1 钻床夹具的刀具导向元件钻套185.4确定工件夹紧方案195.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构205.6夹具方案分析：21第6章 专用铣床夹具设计2461夹具设计任务：246.2.确定工件的定位方案256.3.确定对刀装置256.4.确定工件的夹紧方案266.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构266.6.方案分析：29
8、结论31致谢32参考文献33.-第1章 前言1.1本课题的提出和研究意义随着生活水平的提高以及工业的迅速发展，汽车行业也进入了一个全新的领域。汽车产品在质量，重量，工作稳定性以及可靠性等技术要求上也有了大的提高。赛车作为汽车的一种，有着比其他汽车更高的技术要求，尤其在发动机上面，超强的功率是无法比拟的。连杆作为发动机的一个重要零件，它的质量直接影响发动机的质量，从而影响赛车的整体性能。美国赛车连杆与普通连杆一样都具有刚性差，加工要求高，加工面复杂的特点，此外，该连杆还具有许多自身的特点，譬如，它的每个面都需要加工，截面工字型方向与普通连杆不同等。虽然连杆是典型零件，但为了确保加工精度，提高生产
9、率，必须对某些工序设计专用夹具。而夹具质量的高低则是通过生产效率的高低，维护方便与否，操作是否安全，以及成本的高低等指标来衡量的。1.2主要研究内容根据已制定的工艺规程，为加工该零件设计两套专用夹具（铣床专用夹具，钻床专用夹具）。对该两套专用夹具分别进行方案比较，确定最佳方案，画出草图及设计装配图，对定位基准及精度加以分析。1.3研究步骤、零件图分析；、毛坯分析；、加工工艺分析；、夹具设计；、方案对比分析，选择最佳方案； 、精度分析。.-第2章 连杆零件分析2.1作用及工作状况分析连杆是发动机的重要零件之一，它连接活塞与曲轴（其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆颈连接），把作用于活塞顶面的
10、膨胀气体的压力传给曲轴，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动,又受曲柄的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆工作时由于受到汽缸内气体压力的作用产生很大的压应力和纵向弯曲应力，加上活塞和连杆的自重所引起的惯性力，在连杆横断面上产生周期性变化且具有冲击性的拉压应力和横向弯曲应力。可见连杆在工作中承受着剧烈的变压力、惯性力和离心力等多向交变载荷的作用，在这样的工作环境下，不但要求连杆的精度高、表面质量高，而且要求其强度高、重量轻、刚性好、韧性好、使用寿命长。2.2零件的结构分析从零件图（图21）上看该连杆主要组成为：连杆体、连杆盖、螺栓、定位套筒、衬套，它们的外观尺寸不大，但形状及其复杂。由于大头
11、孔安装轴瓦后与曲轴连杆轴颈装配在一起，小头孔用活塞销和活塞连接在一起，因此其结构刚性要求高，并且加工精度要求高。连杆杆身采用从大头到小头逐渐变小的工字截面形状以减轻重量且使连杆具有足够的强度和刚度。从零件图上看美国赛车连杆与一般连杆的工字形方向不同。连杆体和连杆盖的接合面是垂直于杆身轴线的平面，要求较高。在连杆的小头孔中压入锡青铜衬套以减少活塞销和连杆小头孔的磨损及磨损后便于修理。为了保证连杆大头孔和曲轴连杆轴颈之间的运动要求，在大头孔内装入轴瓦。在连杆小头的两侧设有方向朝下的两个油孔，发动机工作时，高速旋转把气缸下部的润滑油飞溅到油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。2.3零
12、件材料的工艺性 为满足强度高、韧性好的使用要求，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、65钢、40Cr、40CrNiMo等。美国赛车连杆采用40CrNiMo合金钢，经调质处理图2-1连杆零件图后HRC3HRC38。40CrNiMo的综合机械性能比较好，Cr合金元素可提高淬透性,Ni合金元素可提高抗冲击，Mo合金元素可防止回火发生脆性。40CrNiMo调质状态下具有相当高的强度的同时，又具有良好的韧性，屈服强度850MN/m2,强度极限，淬透性良好，油淬临界淬透直径60100冷变形塑性中等，可焊性差，切削加工性较45#钢差。由此可见40CrNiMo合金钢适合于受冲击载荷的高强度零件，但为
13、了保证设计图的要求，还必须对其进行消除锻件残余应力，提高综合机械性能。2.4零件主要表面的技术要求（1） 大头孔56.515，加工精度为IT9，粗糙度为Ra0.4。（2） 小头孔衬套底孔25，加工精度为IT7，粗糙度为Ra0.8。（3）大、小头孔的中心距影响到气缸的压缩比。进而影响发动机的效率，该连杆的中心距为152.40.05。大、小头孔在两个相互垂直的方向上的平行度误差（即两孔轴心线的平行度和交叉度）会使活塞在气缸中倾斜，致使气缸壁磨损不均匀，缩短使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。该连杆小头孔的轴心线对大头孔轴心线在100mm长度上公差为0.1mm.。（4） 连杆大头孔两端面对大头
14、孔轴线的垂直误差过大，将加剧连杆大头端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级，该连杆的大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度不大于0.05mm。（5） 连杆体与连杆盖的结合面为配合面，它的表面粗糙度为Ra0.8。（6） 螺栓孔的主定位孔轴线对连杆体与连杆盖的结合面的垂直度在100mm长度上小于0.15mm，精度IT7。套筒外圆精度IT6，粗糙度Ra1.6配合尺寸。2.5零件加工工艺分析连杆是典型的零件，位置精度和粗糙度的要求较高，其加工工艺已经比较成熟，但美赛车连杆与普通连杆技术要求有所不同，该连杆的所有表面全部要求加工且要求高。从外观上看，外形较复杂
15、，不易定位，大小头孔是由细长的杆身连接，刚性差，容易产生变形。此外，毛坯虽经调质处理，仍可能存在残余内应力，对整体模锻而言，毛坯在加工中尚需将体和盖切开，体和盖装配成连杆总成后还需加工，由于内应力重新分布而产生的变形不可忽视。2.5.1连杆加工的主要问题及工艺过程设计所采取的措施(1) 连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力，夹紧力）的作用下容易产生变形，从而影响精度。因此，必须正确确定夹紧力的方向、及其大小。夹紧力应尽量作用于连杆大、小头端面上，并垂直于端面，尽量避免使夹紧力作用于连杆杆身上；在需要将夹紧力作用于杆身时，应使夹紧力作用于刚性好的那个方向上，并采用双向浮动夹紧。在需要将夹紧力连杆
16、轴线方向时，夹紧力大小应适当，并应使连杆端面不脱离定位元件。(2)由于连杆在工作中随着急剧变化的动载荷，受力大，要求强度高，所以要采用锻件毛坯。锻件的纤维组织方向尽量与受力方向一致，这样，综合性能较好。锻件毛坯加工余量大，切削时的切削热和切削力将产生较大的残余应力，从而会产生变形而影响加工精度，因此，在安排工艺过程时，就需要遵循粗，精加工分开的原则来划分粗，细，精，三个加工阶段的主要任务是切除掉大部分余量，并给细加工提供精度较高的基准。细加工安排在中间，粗加工之后，精加工之前，这样，粗加工产生的变形可以在半精加工中得到修正逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用逐步修正加工后的变形，最后达到零件
17、的技术条件。2.5.2定位基准的选择：由零件图分析可知，该连杆大小头的端面不在同一个平面上，为定位准确特采用了如下措施来避免因落差而产生的定位误差。首先，在加工过程中大部分工序中把大小头加工成一样的厚度，保持着同一平面，这样定位方便，夹紧也容易多，这样不但避免了上述存在着的不足之处，而且还加大了定位面积，增加了定位的稳定性，直到的最后几道工序中再加工出落差。大头端时采取铣削加工紧接着进行下一道磨销加工便可以达到图纸要求。由此可见，毛坯选取大小头两端面等高并对称的模锻件为佳。粗基准的确定：该连杆的所有表面都要求加工，这给加工带来一定的困难，为了确保连杆大小端与杆身的对称性及便于杆身后续工序的余量
18、加工，选连杆大小头端面为粗基准。粗铣两端要求两端面与杆身的尺寸差0.5mm（要求毛坯单边尺寸差26mm时,用20钢制造,渗碳深度为0. 81. 2mm,热处理硬度为5864HRC。本夹具中钻套采用T10A钢制造,并经淬火处理。5.4确定工件夹紧方案在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。（1） 采用螺旋夹紧机构3FJ=2FLd2tan+23f D3-d3D2-d2式中 螺纹升角； 螺纹摩擦角； f 螺杆（螺母）端面与工件之间的摩 擦系数；图54 螺旋夹紧机构 d2 螺杆中径（2）采用圆偏心夹紧机构4图55 圆偏心夹紧机构FJ=FLtan+1+tan2=R+esincos , =arctanecosR+esin式中 接触点升角 偏心轮回转角 1 偏心轮与夹紧面的摩擦角 2 偏心轮与销轴的摩擦角R 偏心轮半径 回转中心到接触的的距离5.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构方案一： 夹具体倾斜一定角度