精密传动柱塞.doc

“精密传动柱塞”的加工精度设计

一、目的、意义：
1、通过对“精密传动柱塞”零部件的加工精度设计，使得零部件的工作使用达到以下性能要求：
（1）柱塞与圆柱套的配合属于小动力传输的一般传动配合，例如小电动机、泵一类传动与滑动配合。
（2）要求有经济性（普通润滑油或滑脂润滑、温度影响较小）。
（3）有一定精度。
2、所设计的“精密传动柱塞”工作，是通过圆柱套外壁定位并固定于装置，因此对圆柱套外壁有精度要求，以确保柱塞轴的位置和运动正确性。
3、 综合运用"机械制造技术基础"及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的。通过对传动柱塞机械加工的精度设计，学会并掌握公差与配合知识的应用以及精度的控制和配合。在设计过程中，应熟悉有关标准和设计资料， 学会使用有关手册和数据库。
二、设计任务：
“精密传动柱塞”部件，其结构如下图所示：

1 柱塞
10
50
10
Φ20
Φ10
2圆柱套筒

1、标注配合尺寸公差、重要尺寸公差，包括：
(1) 根据部件工作性质，确定配合种类；
(2) 确定基孔制或基轴制；
(3) 根据要求，确定配合性质、精度要求、基本偏差；
(4) 求出极限偏差并标注；
(5) 重要尺寸的尺寸公差，按车床能加工达到的经济精度设计。

2、 孔轴形位公差设计标注：
(1) 提出外圆柱圆的形位公差要求（控制外圆形状精度）；
(2) 提出内圆柱的形位公差要求（确保内外圆柱共轴、内圆柱形状精度）；
(3) 提出表面粗糙度要求（根据零件要求性质）；
(4) 提出各轴颈的形位公差要求。
3、 思考对所提出的尺寸精度要求和形位精度要求，如何在加工过程中保证，如何在加工过程中控制或检测。
三、分析、设计：
此次设计主要运用机械制图的知识，参考《画法几何与机械制图》、《机械设计手册》等书籍，配合计算机辅助设计，完成对此次装配图、柱塞零件图和柱塞套筒零件图的绘制和标注。在设计过程中，对涉及到的各方面的知识，本人通过认真查找资料，并根据所学知识，认真分析计算并得出相应结果，并将其绘制于AutoCAD图中。以下对其中几项重要设计给予简要说明：
1、配合尺寸公差、重要尺寸公差：
（1）柱塞与圆柱套的配合属于小动力传输的一般传动配合，温度影响较小，采用属间隙配合。间隙配合多用于IT6～IT8级的一般转动配合，当温度影响不大时，被广泛用于普通润滑油（脂）润滑的支承，如齿轮箱、小电动机、泵等的转轴与滑动支承的配合。所以满足要求。
（2）因为孔的加工难于轴，改变孔的尺寸需要改变刀具、量具的数量。而改变轴的尺寸不会改变刀具、量具的数量。为了加工、测量的方便，这里采用基孔制。
（3）在基孔制中H／f配合间隙适中，多用于IT7～IT9的一般传动配合，如齿轮箱、小电动机、泵等的转轴及滑动支撑的配合，并且在设计零件应尽量选用优先配合，故选H8／f7。 其中孔的基本偏差为Φ10H8，基本尺寸为Φ10，上偏差为0.027，下偏差为0.000；轴的基本偏差为Φ10f7，基本尺寸为Φ10，上偏差为-0.016，下偏差为-0.034。鉴于加工机床为普通车床，精度最高要求达到0.02mm，故精度选为IT7。
（4）圆柱套外圆柱面的基本偏差为Φ20f7，基本尺寸为Φ20，上偏差为-0.020，下偏差为-0.041；柱塞轴颈直径为Φ7。
2、 形位公差设计：
（1）柱塞轴以公共轴线作为基准，以保证与其他零件的工作位置精度。
（2）为了保证外圆柱面有足够的精度配合外部，外圆柱面的同轴度定为0.010mm，圆度、圆柱度为0.005mm，径向圆跳动为0.010mm。
（3）为了确保内外圆柱共轴，内圆柱面的同轴度为0.008mm，圆度、圆柱度为0.006mm，径向跳动度为0.008mm。
（4）柱塞头是重要的工作面，同轴度为0.008mm，圆度，圆柱度为0.006mm。
（4）为了检测控制方便，同时在一定程度上能控制轴颈表面的形状误差，轴颈采用径向圆跳动公差控制，径向圆跳动公差为0.006mm。
（5）表面粗糙度的确定：
a：柱塞头及套筒内表面为工作面，要求精度较高，表面粗糙度Ra=1.6；
b：其他的面为非工作面或为不重要零件的非配合表面，表面粗糙度Ra=3.2。
3、 一般零件尺寸：
此处为非十分重要部位尺寸，其中轴颈直径为Φ7mm，两端柱塞头长10。
4、 材料预选45号钢，并采用调质处理，硬度要求达到220-250HB。
5、 对所提出的尺寸精度要求和形位精度要求，如何在加工过程中保证？如何在加工过程中控制或检测？
（1）如何在加工过程中保证：鉴于此零部件为精密传动柱塞，零件本身对精度要求特别高，在加工时应注意留有足够的加工余量以保证精加工有足够余量。在安装过程中应注意合理安装，避免因受力不均而导致加工过程的震荡、松动等缺陷导致零件加工精度下降。在加工过程中，注意刀具的选择，防止因刀具的自身缺陷造成加工质量的低下。车床本身精度只能达到0.02mm，在进行精加工以后，还要对零件进行抛光等超精密加工，以保证零件能适当的配合。
（2）如何在加工过程中控制或检测：在加工过程中，应对工件定期测量尺寸，避免工件尺寸加工错误。采用大进给量、小背吃刀量（切深）以保证工件及刀具受力过大，保证工件加工的圆度和同轴度。加工时，工件要夹紧，并一次完成加工，避免因装卸不一致而造成的误差。另外，车刀断屑槽要合理设计以避免断屑刮花工件表面，影响加工精度。对表面粗糙度的检测，在加工过程应该进行仔细的多次磨削或抛光，直到得到所需要求为止。
四、设计结果
经过设计，柱塞和套筒采用基孔制的间隙配合，配合公差为Φ10H8/f7。加工精度为IT7。
圆柱套筒外圆柱面的同轴度定为0.010mm，圆度、圆柱度为0.005mm，径向圆跳动为0.010mm；内圆柱面的同轴度为0.008mm，圆度、圆柱度为0.006mm，径向跳动度为0.008mm。
柱塞头同轴度为0.008mm，圆度、圆柱度为0.006mm。
柱塞头及套筒内表面粗糙度Ra=1.6；其他非工作面或为不重要零件的非配合表面，表面粗糙度Ra=3.2。

下面为圆柱套筒及柱塞的零件图及整体装配图：

图（一）圆柱套筒零件图

（二）柱塞零件图

图（三）装配图

五、说明与讨论
此次精密传动柱塞设计充分运用了《画法几何与机械制图》和《机械制造技术基础》等方面的知识。在设计过程中，更要查阅大量的相关资料以确定合适的配合，尺寸公差，形位公差，表面粗糙度等方面的合理设计。通过这个设计，大大增强了理论知识运用到实践中的能力。尽管在设计过程中，会遇到一些技术标准上的问题，但是，经过努力，最终能相对合理的确定出满足设计要求的参数。而此次精度设计关键的问题在于如何保证加工生产过程中零件的精度要求和良好的配合。所以，在加工过程中，必须认真仔细并多次测量以保证零件的精度要求。其中有待解决问题：经查阅有关资料，在工业生产上，柱塞和套筒间隙为2-3um，如何利用普通车床加工才能尽量接近的所设定的精度要求？在此本人提出此解决方法，在进行精加工以后，还要对零件进行抛光等超精密加工，以保证零件能适当的配合。

参考资料
1) 冯开平、左宗义，《画法几何与机械制图》第2版，华南理工出版社
2) 林怡青、谢宋良、忘文涛， 《机械设计基础课程设计指导书》，清华大学出版社
3) 熊良山、严晓光、张福润， 《机械制造基础技术》，华中科技大学出版社
4) 于永泗、齐民，《机械工程材料》第8版，大连理工大学出版社
5）网易博客：

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