机械制造课程设计 摇臂轴支座.doc

机械制造课程设计

气门摇臂轴支座

姓名： 吴富伟
学号： 201003050909
班级： 10级机械工程及自动化 3班
指导教师： 闵 洁

日期： 2013年5月

课程设计学生成绩评定表

评 分 指 标
满分值
评分
合计
总成绩
平时表现
（权重25%）
学习态度和努力程度
5

独立工作能力
5

工作作风严谨性
5

文献检索和利用能力
5

与指导教师探讨能力
5

设计的数量和质量
（权重30%）
方案选择合理性
3

方案比较和论证能力
3

设计思想和设计步骤
3

设计计算及分析讨论
3

设计说明书页数
5

设计说明书内容完备性
3

设计说明书结构合理性
2

设计说明书书写工整程度
2

设计说明书文字内容条理性
2

设计是否有应用价值
2

设计是否有创新
2

工艺规程卡（权重15%）
填写是否认真规范
5

工艺过程是否正确合理
10

图纸
（权重10%）
图样标准化程度及图面质量
5

图样表达正确程度
5

答辩
（权重20%）
表达能力
4

报告内容
8

回答问题情况
6

报告时间
2

指导教师评语：

指导教师（签字）：
年 月 日

课程设计主要内容：
1. 绘制零件的零件图及毛坯图
2. 设计零件的机械加工工艺规程，并填写：
（1） 整个零件的机械加工工艺过程卡；
（2） 最重要表面所属工序的机械加工工序卡；
3. 编写设计说明书。

设 计 指 导 教 师 （签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年 月 日

摘要：现货机械加工行业发生着结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件，工艺工装的设计与改良直接影响着气门摇臂轴支座的质量与性能。柴油机行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展，在新经济时代，柴油机行业呈现了新的发展趋势，由此对其它的质量，性能立生了新的变化。

第一章 气门摇臂轴支座的机械加工工艺规程设计
1.1零件的作用

气门摇臂之座是柴油机的重要零件之一。该零件是1105柴油机中气门摇臂座结合部的气门摇臂轴支座，Φ18mm孔装摇臂轴，轴上两端各装一进，排气门摇臂，Φ16mm孔内装一减压轴，用于降低气缸内压力，便于起动柴油机，两孔间距为56mm可保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压，该零件通过Φ11mm孔用M10螺杆与气缸盖相连。

1.2 零件的工艺分析
其材料为HT200，该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。
该零件主要加工面为Φ18mm，Φ16mm两圆柱孔，Φ18mm孔的平等度为0.05直接影响摇臂轴的接触精度及密封，Φ16mm孔的平行度为0.05，粗糙度都为1.6，所以对轴与孔的接触精度及密封还是比较高的。
有关面和孔加工的经济精度用机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

第二章 选择毛坯种类，绘制毛坯图
2.1 选择毛坯种类
根据零件材料确定毛坯为铸件，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，一般成批生产15到30件，由参考文献知，用查表法确定各表面的总余量如表所示。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
各加工面总余量
加工表面
零件尺寸
加工余量等级
总余量
36底面
36
H
4
Φ22顶面
Φ22mm
H
2．5
Φ28mm两侧面
Φ28mm
H
4
Φ26mm两侧面
Φ26mm
H
3．6

主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
尺寸偏差
底面
36
——
±0.5
顶面
Φ22mm
——
±0.5
顶面距底面
39
2+2.5
±0.5
Φ28mm两侧面间距
37
2+2
±0.1
Φ26mm两侧面间距
16
1.8+1.8
±0.5
Φ28mm Φ26mm两孔间距
56
——
±0.05

2.2 画毛坯零件图

第三章 工艺规程设计
3.1表面加工方法的确定
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查《机械制造课程设计指导书》10页表1-7、1-8、1-9，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

气门摇臂轴支座各表面加工方案

加工项目
尺寸公差等级
粗糙度
加工方案
轴支座上端面
GB1804-C
12.5
粗铣
轴支座下端面
GB1804-C
6.3
粗铣
Φ11孔
IT11
12.5
钻
φ18孔两端面
IT7
3.2
粗铣—半精铣
φ16孔两端面
IT11
12.5
粗铣
φ18孔
IT7
1.6
钻—扩—铰
φ16孔
IT7
1.6
钻—扩—铰
Φ3孔
IT11
12.5
钻
3.2定位基准的选择
毛坯选择：根据零件材料、形状、尺寸、批量大小等因素，选择砂型铸造。
基准分析：底面A是零件的主要设计基准，也比较适合作零件上众多表面加工的定位基准。
零件安装方案：加工底面A、顶面B时，均可采用虎钳安装（互为基准）；Φ11、Φ16、Φ18内孔表面加工均采用专用夹具安装且主要定位基面均为A；加工斜孔仍采用专用夹具安装，主要加工基准为Φ18孔两端面。
零件表面加工：底面A、顶面B采用铣削加工。
3.3加工阶段划分
摇臂轴支座加工阶段划分
加工阶段
加工内容
说明
基准面的加工
粗、精铣36下底面
互为基准，反复加工
粗铣Φ22上端面
粗、半精铣Φ18前端面
粗、半精铣Φ18后端面
粗加工

钻扩Φ18的孔
以36下端面及Φ18的前或后端面、Φ11的孔定位
钻扩Φ16的孔
钻Φ3的孔
以Φ22的上端面及Φ18的前后端面为基准
精加工
精铰Φ18的孔
以36下端面及Φ18的前或后端面、Φ11的孔定位
精铰Φ16的孔

3.4制定工艺路线
机械加工工序的安排
在安排加工工序时，应根据加工阶段的划分、基准的选择和被加工表面的主次来决定，一般应该遵循以下几个原则：
（1）先基准后其他：即首先应加工用作精基准的表面，再以加工出的精基准为定位基准加工其他表面
（2）先粗后精：各表面的加工顺序，按加工阶段，从粗到精进行安排
（3）先主后次：先加工主要平面，在加工次要平面
（4）先面后孔：先加工平面，后加工孔。因为平面定位比较稳定、可靠，所以像箱体、支架、连杆等平面轮廓尺寸较大的零件，常先加工平面，，然后在加工该平面上的孔，以保证加工质量。

工序号
工 序 内 容

铸造
时效
漆底漆
一
二
三

四
五
六

七
八
九

粗铣Φ22顶面
粗铣、半精铣36底面底面
钻Φ11mm孔
粗Φ26mm 、Φ28mm前端面；半精铣Φ28mm前端面
粗Φ26mm 、Φ28mm后端面；半精铣Φ28mm后端面
钻,铰Φ16孔, 倒角1*45度
钻,铰Φ18, 倒角1*45度
钻Φ3孔
去毛刺

清洗
检验
入库

3.5 加工设备及工艺装备选择
气门摇臂轴支座加工工序机床选择
工序号
加工内容
机床设备
说明
一
粗铣Φ22顶面
卧式铣床X61
工作台尺寸、机床电动机功率均合适
二
粗铣、半精铣36底面底面

卧式铣床X61
工作台尺寸、机床电动机功率均合适
三
钻Φ11mm孔
立式钻床Z525
工作台尺寸、机床电动机功率均合适
四
粗、精铣Φ26mm 、Φ28mm前侧面

卧式铣床X61
工作台尺寸、机床电动机功率均合适
五
粗、精铣Φ26mm 、Φ28mm后侧面

卧式铣床X61
工作台尺寸、机床电动机功率均合适
六
钻,铰Φ16孔, 倒角1*45度

TX617卧式镗床
工件孔径、机床电动机功率均合适
七
钻,铰Φ18, 倒角1*45度

TX617卧式镗床
工件孔径、机床电动机功率均合适
八
钻Φ3孔

立式钻床Z525
工件孔径、机床电动机功率均合适

3.6切削用量以及额定时间的计算
工序一 粗铣Φ22顶面
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
1．切削深度
查[1]P208 表10-8
传输机为一般工作机速度不高
级
7
2．材料选择
查[1]P180
表10-1
小齿轮40Cr(调质)
大齿轮45钢(调质)

小齿轮280HBS,大齿轮240HBS
3．选择齿数Z

Z1=24
Z2=4.169x24
=100.056
U=117/24=4.167
个
＝24
＝100
U＝4.167
5．按齿面接触疲劳强度设计
（1）试选Kt

试选1.3

Kt=1.3

(2)计算小齿轮传递的转矩T1

T=9550XP1/n1

T=9550x70307/1460=5.90706X10

N/mm
T1=5.9071X10
(3)齿宽系数Фd
由[1]P201表10-7
d=0.7~1.15

Фd=1
(4)材料的弹性影响系数ZE
由[1] P201表10-6
锻钢

MP1/2
ZE=189.8
(5) 齿轮接触疲劳强度极限
由[1]P210图 １０－２１ｄ

600
550

600
550

（6）应力循环次数N
由[1]式１０－１３
N1=60n1jLh=
60X1460X24X330X10＝6.937908X109 =6.93792X109/4.169=1.275X109

N1=6.93792X109

N2=1.664X109
（7）接触疲劳强度寿命系数KHN
由[1]P203图10-19
KHN1 = 0.90
KHN2 = 0.95

KHN1 = 0.90
KHN2 = 0.95
（8）计算接触疲劳强度许用应力[σH]
取失效概率为１％，安全系数为S=1，由[1]式１０－１２得
[σH]1= =0.90X600/1=540 [σH]2=
=0.95X550/1=522.5

[σH]1= 540

[σH]2= 522.5
（9）试算小齿轮分度圆直径
按[1]式（10－21）试算

＝53.935
mm

53.935
（10）计算圆周速度v

V=3.14X53.935X1460/60X1000=4.121034
m/s

V=4.121
（11）计算齿宽B
b = φdd1t
B1=1×53.935
mm
B1=53.935
（12）模数

＝53.935/24＝2.247
h = 2.25mnt =5.05125
b/h =53.935/5.05125=10.678
度

=2.247
h =5.05125
b/h= 10.678
（13）计算载荷系数K
由[1]表10-2查得使用系数
根据v= 4.121级精度，由[1]P190图10-8查得动载荷系数1.20
由[1]表１０－４P194查得
KHβ=1.12+0.18(1+0.6φd2) φd2+0.23×10-3b=1.12+0.18(1+0.6X)+
0.23X10-3X53.935=1.42
由[1]图１０－１３P195查得KFβ=1.34假定，由[1]P195表10-3查得1.2故载荷系数K=KAKVKHαKHβ=1X1.10X1.2X1.42=2.0448

K=2.0448
（14）按实际的载荷系数校正分度圆直径
由[1]式10-10ａ
d1=d1t=
62.725

d1=62.725
（15）计算模数

＝62.725/24=2.61
mm

mn=2.61
6．按齿根弯曲疲劳强度设计
（1）计算载荷系数K
K=KAKVKFα
KFβ
K＝1x1.10x1.2X1.35=1.944

K＝1.944
(2)齿形系数Fsa
由[1]P200 表10-5
Fsa1=2.65
Fsa2=2.20+(2.18-2.20)(99-90)/(100-90)=2.182

Fsa1=2.65
Fsa2=2.182
（3）应力校正系数YSa
由[1] P197 表１０－５
YSa1=1.58
YSa2=1.78+(1.79-1.78)(99-90)/(100-99)=1.789

YSa1=1.58
YSa2=1.789
（4）齿轮的弯曲疲劳强度极限
由[1]P204 图１０－２０ｃ
500
380

500
380
（5）弯曲疲劳强度寿命系数
由[1]P202 图１０－１８
0.84
0.88

0.84
0.88
（6）计算弯曲疲劳许用应力[σF]
取弯曲疲劳安全系数S＝1.35，由式10-12得
[σF]1= ＝ 0.85X500/1.35=314.8148
[σF]2=＝ 0.88X380/1.35=247.7037

[σF]1=314.815

[σF]2=247.704
（7）计算大小齿轮的并加以比较

＝2.65x1.58/314.815=0.013299
＝2.182x1.804/247.704=0.01577499结论：取0.01577

＝0.01330

=0.01577大齿轮值大
（8）齿根弯曲强度设计计算

由[1]式１０－5　

=1.845

mm

1.845
结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取＝ 2mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1= 62.725应有的齿数。于是由=62.725/2 =31.36，取Z1=31,Z2 = Z1×i齿1 =31x4.169=129
取Z2 =129
3．几何尺寸计算

（1）计算中心距a

A=(31+129)2/2=
160

mm

a=160
（2）计算齿轮的分度圆直径d

d=zmn
d1=2x31=62
d2=2x129=258
mm
d1=62
d2=258

3）计算齿轮的齿根圆直径df

=62-5=57
=258-5=253
mm

df1=57
df2=199
（4）计算齿轮宽度B

b = φdd1
圆整后取：
B1 = 65
B2 = 60
mm
B1 = 65
B2 = 60
（5）验算
=2x59886/62N =1905.52N
=1x1905.52/60N/mm = 31.76N/mm＜100N/mm
合适

第四章 气门摇臂轴支座零件专用夹具的设计

4.1夹具选择
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

（夹具装配图4—1）

4.2 夹具设计

4.2.1 定位分析
（1）定位基准的选择
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工φ11圆柱孔时，采用曲柄右端面和φ12孔内圆柱面作为定位基准。
（2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△b=0，由于加工向下孔即不存在基准位移误差△j=0。
4.3夹具操作说明
此次设计的夹具夹紧原理为：通过φ22孔的下端面为定位基准，在螺栓、平面实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用压紧块夹紧工件。
定位元件：
定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。
4.4.确定导向装置
本工序要求对被加工的孔依次进行钻的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用可换钻套作为刀具的导向元件，查表9-13，确定钻套高度H=d=1.4×11=15.4mm，排泄空间h=0.7d=7.7mm。d：基本偏差F7(0.010—0.022);D=10mm，偏差m6（0.001—0.010）。

第四章 总结
在本次设计中，要用到许多基础理论，由于有些知识已经遗忘，这使我们要重新温习知识，因此设计之前就对大学里面所涉及到的有关该课题的课程认真的复习了一遍，开始对本课题的设计任务有了大致的了解，并也有了设计的感觉。同时，由于设计的需要，要查阅并收集大量关于机械制造方面的文献，进而对这些文献进行分析和总结，这些都提高了我们对于专业知识的综合运用能力和分析解决实际问题的能力。通过本次设计还使我更深切地感受到了团队的力量，在与同学们的讨论中发现问题并及时解决问题，这些使我们相互之间的沟通协调能力得到了提高，团队合作精神也得到了增强。可以说，毕业设计体现了我们大学四年所学的大部分知识，也检验了我们的综合素质和实际能力。同时也跨出了我的工程师之路的第一步。

第五章 参考文献

1.崇 凯 主编. 机械制造技术基础课程设计指南[M].北京：化学工业出版社，2006

2.邹 青 主编.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].北京：机械工业出版社，2004
3.李洪 主编 《机械加工工艺手册》 北京出版社
4.艾兴 主编 《切削用量简明手册》 机械工业出版社

15