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1、编号：XH03JW033-11/0 厦门海洋职业技术学院 毕 业 设 计 （论 文） 题目:连杆加工工艺分析 系 别： 机电工程 班 级： 数控5051 姓 名： 蔡晓芳 学 号：0804505004 指导教师： 郭春梅 二零一零 年三
2、 月 十日 连杆加工工艺分析 内容摘要： 在现代的各个生产部门中所使用的机械，虽然是多种多样，其构造、用途和性能也个不相同，但各种不同的机械切用可能有相同的运动系统，即具有相同的机构。例如蒸汽机、内染机、火塞泵和曲轴冲床等不同机械，他们的主要组成都有曲柄滑块机构。连杆机构是由若干个杆状构件、销轴、滑块、导轨等组成。本文主要介绍连杆的功用与结构、连杆的工艺特点。 关键词： 一、连杆机构的结构和形式 1、构件的形式 连杆机构的构件大多制成杆状，但根据受力和结构等需要，并不一定都做成杆状，常见的形式为； （1）杆状，它的构造简单，加工方便，一般在杆长（运动）尺寸R胶大
3、时采用。 （2）盘状，有时它本身就是一个皮带轮或齿轮，在圆盘上距轴心R处装上销轴，以便和其他构件组成回转副，尺寸R为杆长。这种回转体的质量均匀分布，故盘状结构能比杆转的更适于较高的转速，常用做曲柄或摆杆。 （3）桁架和箱形梁，当构件较长或受力较大，采用整体式杆件不经济或制造困难是可采用这种结果形式。 （4）曲轴，结构简单，与它主成运动副的构件可做成整体式的，但由于悬臂，强度及杆度较差。当工作载荷和尺寸较大，或曲柄安置在转动轴的中间部分时，此形式在内燃机、压缩机等机械中经常采用，曲柄在中间轴劲处与连杆相连，连杆必须部分为连杆体和连杆盖，然后用螺栓将其拧紧。 2、运动副的形式 （1）回转
4、副，可利用滑动轴承或滚动轴承组成回转副。滑动轴承的结构简单，但轴承间隙会影响构件的运动性质，当构件和运动副较多时，间隙引起的积累误差必增大。如采用滚动轴承作回转副，则磨檫损失小，运动副间隙小，启动灵敏，但专配复杂，两构件接头处的颈向尺寸较大，可用滚针轴承解决着一矛盾。 （2）移动副，组成移动副的两构件和各种导路的形式。带有调整板的T型导路：圆柱形导路：带有侧板棱柱形导路：V型导路：可调整的带有燕尾形的组合导路：滚 珠的滚柱导路：带有滚柱的滚柱导路。 二、连杆的结构、材料与主要技术要求 连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适应
5、在工作承受的急剧变化的动截荷。中等尺寸或大型连杆是由连杆体和连杆盖两部分组成，连杆体与连杆盖用螺栓和螺母与曲轴主轴劲装置在一起，而尺寸较小的连杆（如摩托车发动机用连杆）多数为整体结构。图1-1所示为柴油机的连杆零件图。 为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔中装有薄壁巴氏合金轴瓦。 图1-1 某些油机的连杆零件图 连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢。如今越来越多采用球墨铸铁，其毛坯用模锻制造。连杆体和盖可以分开锻造，也可整体锻造，取决于毛坯尺寸及锻造毛坯的设备能力。 菜油机的连杆主要技术条件如表1-1所示
6、 表1-1 连杆零件的主要技术要求 技术要求 数值 目的 大、小头孔精度 尺寸公差等级IT7~IT6 圆度、圆柱度0.004~0.006mm 保证与轴瓦的良好配合 大、小头孔粗糙度 大小孔：0.4~0.8um;结合面:0.8um;大小孔端面:1.6~6.3um 保证配合精度、内磨性 两孔中心距 ±0.03~±0.05mm 汽缸的压缩比及动力特性 两孔轴线在互相垂直方向的平行度 连杆轴线平面内的平行度:0.02~0.04:100 垂直连杆轴线平面内的平行度:0.04~0.06:100 使汽缸壁磨损均匀与曲轴颈边缘减少磨损 大头孔两端面对其轴线的
7、垂直度 (0.1:100) 减少曲轴劲边缘的磨损 两螺孔(定位孔)的位置精度 在两个垂直方向上的平行度为0.02~0.04:100对结合面的垂直度为0.1~0.2:100 保证正常承载能力和大头孔轴曲轴颈的良好配合 连杆组内各连杆的质量差 ±2％ 减少惯性力,保证运转平稳 三、连杆的机械加工工艺过程 连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都较高。总体来讲，连杆是杆状零件，刚度较差，加工中受力易产生变形。 批量生产连杆加工工艺过程如表1-2所示几合件加工工艺过程见表1-3 表1-2连杆及连杆盖加工工艺过程 连杆体 连杆盖 序号 工序内容 定位基准
8、 序号 工序内容 定位基准 机床设备 1 模锻 1 模锻 2 调质 2 调质 3 磁性探伤 3 磁性探伤 4 粗、精铣两平面 大，小头端面 4 粗、精铣两平面 端接合面 立式三工位双头回转台铣床 5 磨两平面 端面 5 磨两平面 端面 平面磨床 6 钻、扩、铰小头孔及倒角 大、小端面，小头工艺凸台外廓 多工位专业机床 7 粗、精铣工艺凸台及结合面 大头端面，大、小头孔（一面双销） 6 粗、精铣结合面 端肩胛面 双头回转铣床 8 连杆体两件粗镗大头孔，倒角 大、
9、小头端面，小头孔，工艺凸台 7 连杆盖两件粗樘孔，倒角 肩胛面螺钉孔外侧 多工位专用机床 9 磨结合面 大、小头端面，小头孔，工艺凸台， 8 磨削结合面 肩胛面 平面磨床 10 钻、铰定位孔 小头孔及端面工艺凸 9 钻、铰定位孔 端面，大头孔壁 卧式多工位专机 11 与连杆盖配钻、攻螺纹 定位孔结合面 10 配钻、扩沉头孔 定位孔结合面 12 清洗 11 清洗 表1-3 连杆合件加工工艺过程 序号 工作内容 定位基准 设备 1 杆与盖对号，清洗装配 定位销 2 磨大头孔两端面 大、
10、小头端面 平面磨床 3 半精镗大头孔及孔口倒角 大、小头端面，小头孔工艺凸台 4 精镗大、小头孔 大头端面，小头孔工艺凸台 金刚镗床 5 钻小油孔及孔外口倒角 大、小头端面；大、小头孔 台式钻床 6 珩磨大头孔 自为基准 卧式珩磨机 7 小头孔内压火塞销衬套 大小端面及小头孔（假销定位） 油压机 8 铣小头两端面 小、大头孔端面 普通铣床 9 精镗小头衬套 大、小头孔（假销） 金刚镗床 10 拆分连杆盖 11 铣轴瓦定位槽 12 对号，装配 13 退磁 14 检验 连杆
11、的主要加工表面为大、小头孔、两端面、连杆盖与连杆体的结合面和螺栓孔等次要表面为油孔、锁口槽、工艺凸台、称重去重、检验、清洗和和去毛刺等工序。 四、连杆加工工艺过程分析 1．工艺过程的安排 连杆的加工顺序大致如下：粗铣精磨上下端面——钻、扩、铰小头孔——粗精铣工艺凸台及结合面——两件连杆半圆孔和拼镗大头孔——磨结合面——钻铰定位孔——配钻、攻螺栓孔——合件联结——磨削合件两端面——半精镗大头孔——精镗大、小头孔——钻小油孔、倒角——珩磨大头孔——压装小头孔衬套——铣小头孔端面——精镗小头孔衬套——拆分合件并配对编号——铣轴瓦定位槽——对号装配——退磁、清洗——检验。
12、连杆小头孔压入衬套后常以金刚镗孔作为最后加工。大头孔常以珩磨或冷挤压作为底孔的最后加工。 整个过程体现出“先粗后精”、“先面后孔”、“先基准面后其他面”、“先主要面后次要面”的工艺顺序。 2．定位基准的选择 连杆加工中可供定位基准面的表面有：大头孔、小头孔、大小头孔两侧面等。这些表面在加工过程中不断的转换基准，有粗到精逐步形成。例如表1-2中，工序4粗精洗平面的基准是毛坯底平面，采用固定及活动V形块各一个对小头外廓和大头一侧定位并夹紧；工序4中反转工件粗精铣另一方面已铣削端面为精基准；大头两侧面在大量生产时以两侧自定心定位，中小批生产为简化夹具可取一侧定位；镗大孔时的定位基准为
13、一平面、小头孔和大头孔一侧面；而镗小头孔时可选一平面、大头孔和小头孔外圆等。 表1-3中，小头孔压装衬套和精镗衬套内孔时都采用了假削定位，即以加工孔自身定位——自位基准，保证加工余量均匀，假削定位是指定位销与孔定位并在夹紧工件后拆除定位销，不妨碍加工。 连杆加工粗基准选择，要保证其对称性和孔壁厚均匀。 3．确定合理的夹紧方法 连杆相对刚性较差，要十分注意夹紧力的大小、方向及着力点的选择。 4．连杆两端面加工 如果毛坯精度高，可以不经粗铣而直接粗磨。精磨工序应安排在精加工大小头孔之前，以保证孔与端面的相互垂直度要求。 5．连杆大小孔的加工
14、大小头孔加工既要保证孔本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔孔与端面垂直度要求。小头底孔径由钻孔、扩、铰孔及倒角等工序完成。青铜衬套，再以衬套内孔定位，在金刚镗床上精镗内孔。大头孔的半精镗、精镗、珩磨工序都是在合装后进行。 6．连杆的工艺特点 (1)连杆体和盖厚度不一样，改善了加工工艺性。连杆盖厚度为31mm，比连杆杆厚度单边小3.8mm，盖两端面精度产品要求不高，可一次加工而成。 由于加工面小，冷却条件好，使加工振动和磨削烧伤不易产生。 连杆杆和盖装配后不存在端面不一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可在螺栓孔加工之前。 螺栓孔、轴瓦对端面的
15、位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。 (2)连杆小头两端面由斜面和一段窄平面组成。这种楔形结构的设计可增大其承压面积，以提高活塞的强度和刚性。 在加工方面，与一般连杆相比，增加了斜面加工和小头孔两斜面上倒角工序；用提高零件定位及压头导向精度来避免衬套压偏现象的发生，但却增加了压衬套工序加工的难度。 (3)带止口斜结合面。连杆结合面结构种类较多，有平切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。该连杆为带止口斜结合面. 精加工基准采用了无间隙定位方法，在产品设计出定位基准面。在连杆杆和总成的加工中，采用杆端面、小头顶面和侧面、大头侧面的加工定位方式；在螺栓
16、孔至止口斜结合面加工工序的连杆盖加工中，采用了以其端面、螺栓两座面、一螺栓座面的侧面的加工定位方法。这种重复定位精度高且稳定可靠的定位、夹紧方法，可使零件变形小，操作方便，能通用于从粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基准统一，使各工序中定位点的大小及位置也保持相同。这些都为稳定工艺、保证加工精度提供了良好的条件。 7、连杆用的材料 一般有以下6种,1.中碳钢 2.中碳合金钢 3.铸铁(分可锻铸铁和球墨铸) 4.粉末冶金 5.非调质钢 6涨断连杆。连杆是柴油机的重要部件，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而且要有足够的刚性和韧性。通常连杆是以调质状态在发动机里服役，其寿命首先取决于调
17、质工艺质量，硬度应在HB207～289(因不同柴油机型号而异)；第三，应经磁力探伤确保无裂纹. 连杆常用的材料有以下几种，45号钢（中碳钢）、40Cr、42Cr（中碳合金钢）、40CrMo以及采用可锻铸铁GTS65 和/或球墨铸铁GGG70 （多用于汽油机）等，连杆材料的调质热处理非常重要，其寿命首先取决于调质工艺质量，即它的金相必须是1～4级晶粒度的细的回火索氏体(可有少量托氏体和极少量铁素体)；小型汽油机连杆多采用可锻铁或者球铁，前者硬度应于210--260HBS，抗拉强度不低于619MPa；后者硬度240--280HBS，抗拉强度不低于690MPa。铸铁材料连杆一般也要经过表面喷丸等技
18、术处理。冶金粉末锻造工艺在欧美国家30年代就已经应用于实际生产，随之技术的不断改进，冶金粉末零件成为了一种新兴的金属零件成形工艺。常用材料HS150TM及HS160TM,粉锻连杆的力学性能以及疲劳性能与锻钢连杆相似，高强度的粉锻连杆抗拉强度可达1000MPa以上.非调质钢连杆材料例如35MnVS,49MnVS3,30SiMnVS6等等，而涨断是一种处理连杆的加工工艺。不再一一赘述。 五、连杆的检验 连杆加工工序多，中间又插入热处理工序，因而需经多次中间检验，最终检查项目和其他零件一样，包括尺寸精度、形状精度和位置精度以及表面粗糙度检验，只不过连杆某些要求较高而已。
19、由于装配的要求，大小头孔要按尺寸分组，连杆的位置精度要在检具上进行，如大小头孔轴心线在两个互相垂直方向上的平行度。在大小头孔中穿入心轴，大头的心轴放在等高垫铁上，使大头心轴与平板平行。将连杆至于直立位置时，在小头心轴上距离为100mm处测量高度的读数差，即为大小头孔在连杆轴心线方向的平行度误差值；工件置于水平位置时，同样方法测得出来的读数差，即为大小头孔在垂直连杆轴心线方向的平行度误差值。连杆还要进行探伤检查其内在质量。 五、结论 通过详细阐述了连杆机构的结构和形式、连杆的结构、材料与主要技术要求、连杆的机械加工工艺过程、连杆加工工艺过程分析、连杆的检验等问题。让我全面的了解连杆，正确
20、了解连杆的加工工艺过程、连杆材料的选择、连杆加工等问题，尽量减少由操作不慎等其它人为因素带来的不必要的损失。 七．参考文献 [1] 朱派龙 孙永红《机械制造工艺装配》高等教育出版社2004.7 [2] 李洋 孙晋 范翠香 《电动机使用与维修》 人民邮电出版社2006.6 [3] 许晓峰《电机及拖动》 高等教育出版社2004.7 [4] 王益全《电动机原理与实用技术》 科学出版社2005.7 [5] 胡岩 武建文 许德成 等《小型电动机现代实用技术》机械工业出版社 2008.5 [6] 邱敏艳 《电机与控制》 电子工业出版社 2006.5 [7] 张勇 《电机拖动与控制》 机械工业出版社 2006.8
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