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西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
題 目
連桿工藝設(shè)計(jì)及有限元分析
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 梁 樂(lè)
指導(dǎo)教師 李 郁
畢業(yè)時(shí)間 二零一四年六月
目 錄
摘要 - 5 -
ABSTRACT - 6 -
第一章 緒論 - 8 -
1.1課題研究的意義 - 8 -
1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 - 9 -
1.3論文的章節(jié)安排 - 9 -
第二章 連桿零件的分析 - 10 -
2.1連桿的作用 - 10 -
2.2連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) - 11 -
2.3連桿的工藝分析 - 16 -
2.4連桿的材料和毛坯 - 16 -
第三章 連桿零件的工藝編制 - 18 -
3.1連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程 - 18 -
3.2連桿工藝過(guò)程的安排 - 22 -
3.3連桿工藝設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題 - 25 -
3.3.1工序安排 - 25 -
3.3.2定位基準(zhǔn) - 25 -
3.3.3夾具使用 - 25 -
3.3.4切削用量的選擇原則 - 25 -
3.4連桿機(jī)械加工工序卡片 - 18 -
第四章 連桿受載荷情況下的有限元分析 - 28 -
4.1 連桿的有限元分析過(guò)程和結(jié)果 - 29 -
第五章 總結(jié)與展望 - 76 -
5.1 論文總結(jié) - 76 -
致 謝 - 78 -
參考文獻(xiàn) - 79 -
畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) - 80 -
摘要
連桿是主要傳動(dòng)件之一，本文主要論述了連桿的加工工藝及有限元分析。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 剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過(guò)程時(shí)，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開(kāi)。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，并修正加工后的變 形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)要求。
本次設(shè)計(jì)通過(guò)AUTOCAD畫出零件圖，并且進(jìn)行工藝編制。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，且連桿的 剛性比較差，容易產(chǎn)生變形。并且用PRO/E 對(duì)連桿做有限元分析，查看連桿的受力情況。
關(guān)鍵字：CAD，工藝編制，有限元分析
ABSTRACT
Linkage is one of the main transmission parts, this article discusses the link processing technology and finite element analysis. Link dimensional accuracy, position accuracy and shape accuracy requirements are high, and the relatively poor rigidity of the connecting rod, easily deformed, and therefore arranged in the process, the rough finishing process requires the separation of the major surfaces. Gradually reduce the allowance, cutting forces and internal stress and distortion correction after processing, we can finally meet the technical requirements of the part.
The design of the parts diagram drawn by AUTOCAD, and perform process planning. Link dimensional accuracy, position accuracy and shape accuracy requirements are high, and the relatively poor rigidity of the link easily deformed. And using PRO / E for the link to do finite element analysis, see link stress situation.
KEY WORDS: CAD，Process planning ，F(xiàn)inite Element Analysis
第1章 緒論
1.1課題研究的意義
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的生活越來(lái)越便捷。例如普遍的汽車，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有五大件：缸體、曲軸、連桿、凸輪軸、缸蓋。在今天，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，“小體積、大功率、低油耗”的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)連桿提出更新、更高的要求。作為高速運(yùn)動(dòng)件，重量要輕，減小慣性力，降低能耗和噪聲，強(qiáng)度、剛度要高，并具有較高的韌性，連桿比要大，連桿要短。連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的重要零件，連桿的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞組上的燃?xì)鈮毫鹘o曲軸。所以，連桿除上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。連桿工作時(shí)，主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，?要求它應(yīng)有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。同時(shí)，由于連桿既是傳力零件，又是運(yùn)動(dòng)件，不能單靠加大連桿尺寸來(lái)提高其承載能力，須綜合材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理及表面強(qiáng)化等因素來(lái)確保連桿的可靠性。連桿在機(jī)器中應(yīng)用之廣以及它在機(jī)器中的作用和地位不言而喻。因此，本課題所研究的連桿加工工藝是非常有意義的。
1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿是一套曲柄連桿機(jī)構(gòu)。而曲柄連桿機(jī)構(gòu)是往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中的動(dòng)力傳遞系統(tǒng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)部分。在作功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、由曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對(duì)外輸出動(dòng)力；在其它沖程中，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，為下一次作功創(chuàng)造條件。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。
（1）機(jī)體組：氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、汽缸套及油底殼
（2）活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿
（3）曲軸飛輪組：曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、平衡軸
高強(qiáng)度，輕量化，低成本是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的用材料的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)鍛鋼連桿制造技術(shù)與國(guó)外差距不大，但連桿輕量化方面還是相當(dāng)落后。為保證連桿的疲勞強(qiáng)度，要求連桿的材料要具有良好的綜合力學(xué)性能及工藝性能，以往連桿材料幾乎普遍采用碳素調(diào)制鋼和冶金調(diào)制鋼，20世紀(jì)70年代由于石油危機(jī)為節(jié)省資源，歐美和日本開(kāi)始大量應(yīng)用非調(diào)制鋼，并取得很大進(jìn)展。
隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能越來(lái)越高，而連桿強(qiáng)度剛度對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及可靠性至關(guān)重要，因此國(guó)內(nèi)外各大汽車公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料和制造技術(shù)的研究都非常重視。在滿足性能指標(biāo)的前提下，連桿的材料和制造技術(shù)關(guān)聯(lián)很大，非調(diào)制鋼的應(yīng)用就是考慮節(jié)省調(diào)制工序。近年來(lái)，采取裂解連桿體和連桿蓋分界面的技術(shù)可以大幅減少機(jī)械加工工序，由此開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度低韌性的高碳非調(diào)制鋼和粉末冶金鍛件以滿足工藝要求。
目前連桿的主要用料有以下幾種：碳素鋼合金鋼，非調(diào)制鋼，粉末冶金連桿，鈦合金連桿。
我國(guó)各大汽車集團(tuán)的主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)鍛鋼連桿制造技術(shù)與國(guó)外差距不大，不論從鍛件的強(qiáng)度表面強(qiáng)化技術(shù)，還是尺寸精度及產(chǎn)品穩(wěn)定性方面，都接近國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家水平。國(guó)內(nèi)雖然近年來(lái)技術(shù)有所提升，但還存在一些問(wèn)題，鍛件成型及空冷技術(shù)的落后，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。
在連桿輕量化方面，我國(guó)還相當(dāng)落后，鈦合金連桿，纖維強(qiáng)化鋁合金連桿，粉末冶金鍛造連桿的研究還沒(méi)有展開(kāi)，是今后要開(kāi)展的課題。
1.3論文的章節(jié)安排
根據(jù)論文選題的要求，作者在近三個(gè)月的論文階段，基于PRO/E，AutoCad軟件平臺(tái)，在導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成了大量的工作，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工進(jìn)行
了深入的研究，在此基礎(chǔ)上并對(duì)連接板凹模進(jìn)行仿真模擬加工。這些內(nèi)容在論文中都得到了充分的反映，論文內(nèi)容的章節(jié)安排如下：
● 緒論
● 連桿零件的分析
● 連桿零件的工藝編制
● 連桿受載荷情況下的有限元分析
● 總結(jié)與展望
第2章 連桿零件的分析
2.1 連桿的作用
連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一， 它在柴油機(jī)中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿的作用是把活塞和 曲軸聯(lián)接起來(lái)，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出動(dòng)力，因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽)，發(fā)動(dòng)機(jī) 工作時(shí)，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把氣缸體下部的潤(rùn)滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤(rùn)滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。
2.2 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
連桿由連桿體 及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底， 底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來(lái)補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅 襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。
2.3 連桿的工藝分析
各類連桿主要技術(shù)要求基于類似，僅在數(shù)值上略有差別。
1.大小頭孔的精度
為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少?zèng)_擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為0.04/100 mm。
2.大小頭孔軸心線在兩個(gè)互相垂直方向的平行度
兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會(huì)使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時(shí)使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較??；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對(duì)不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在100 mm長(zhǎng)度上公差為0.04 mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在100 mm長(zhǎng)度上公差為0.06 mm。
3.大小頭孔的中心距
大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：190±0.05 mm。
4.大小頭孔兩端面的技術(shù)要求
連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術(shù)要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。這是因?yàn)檫B桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒(méi)有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來(lái)許多方便。
5.螺栓孔的技術(shù)要求
在前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，連桿在工作過(guò)程中受到急劇的動(dòng)載荷的作用。這一動(dòng)載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個(gè)螺栓及螺母上。因此除了對(duì)螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對(duì)于安裝這兩個(gè)動(dòng)力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級(jí)公差等級(jí)和表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3μm加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對(duì)稱度公差為0.25 mm。
2.4 連桿的材料和毛坯
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(qiáng)度。因此，連桿材料一般采用高強(qiáng)度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。
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(duì)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(jìn)的毛坯制造方法的可能性來(lái)確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)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(kāi)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(jī)械加工過(guò)程中將其切開(kāi)，為保證切開(kāi)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(duì)于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動(dòng)力大和金屬纖維被切斷等問(wèn)題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損 耗少、鍛造工時(shí)少、模具少等優(yōu)點(diǎn)，故用得越來(lái)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(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。
第三章 連桿零件的工藝編
3.1 連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程
本次設(shè)計(jì)的連桿的毛坯是鍛造造而成，材料選擇為45號(hào)鋼，為整體鍛件，因?yàn)檫B桿要承受沖擊載荷摩擦，要有良好的機(jī)械性能，連桿為小件，且生產(chǎn)類型屬大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率和鍛件精度，現(xiàn)采用模鍛方法制造毛坯。隨后進(jìn)行熱處理正火，消除內(nèi)應(yīng)力，改善機(jī)械加工性。細(xì)化晶粒，消除組織缺陷。加工過(guò)程如下：
1 銑 銑連桿大、小頭兩平面,每面留磨量0.5mm。
2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對(duì)稱，無(wú)標(biāo)記面稱基面。（下同）
3 鉆 與基面定位，鉆、擴(kuò)、鉸小頭孔。
4 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件銑尺寸mm兩側(cè)面，保證對(duì)稱（此平面為工藝用基準(zhǔn)面）。
5 擴(kuò) 以基面定位，以小頭孔定位，擴(kuò)大頭孔為Φ60mm。
6 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件，切開(kāi)工件，編號(hào)桿身及上蓋分別打標(biāo)記。
7 銑 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋結(jié)合面，保直徑方向測(cè)量深度為27.5mm。
8 磨 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，磨體和蓋的結(jié)合面。
9 銑 以基面及結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋mm8mm斜槽。
10 锪 以基面、結(jié)合面和一側(cè)面定位，裝夾工件，锪兩螺栓座面mm,R11mm,保證尺寸mm。
11 鉆 鉆2—10mm螺栓孔。
12 擴(kuò) 先擴(kuò)2—12mm螺栓孔，再擴(kuò)2—13mm深19mm螺栓孔并倒角。
13 鉸 鉸2—12.2mm螺栓孔。
14 鉗 用專用螺釘，將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件，其扭力矩為100—120N.m。
15 鏜 粗鏜大頭孔。
16 倒角 大頭孔兩端倒角。
17 磨 精磨大小頭兩端面，保證大端面厚度為38mm。
18 鏜 以基面、一側(cè)面定位，半精鏜大頭孔，精鏜小頭孔至圖紙尺寸。
19 鏜 精鏜大頭孔至尺寸。
20 稱重 稱量不平衡質(zhì)量。
21 鉗 按規(guī)定值去重量。
22 鉆 鉆連桿體小頭油孔6.5mm,10mm。
23 鏜 半精鏜、精鏜小頭銅套孔。
24 珩磨 珩磨大頭孔。
25 檢 檢查各部尺寸及精度。
26 探傷 無(wú)損探傷及檢驗(yàn)硬度后。
27 檢 入庫(kù)。
3.2連桿工藝過(guò)程的安排
1.在連桿加工中有兩個(gè)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(shí)將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。
因此，在安排工藝進(jìn)程時(shí)，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開(kāi)，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(kāi)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(yīng)力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)條件。
各主要表面的工序安排如下：
（1）大頭端面：粗銑、半精銑、精磨
（2）小頭孔：鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、拉，精鏜、浮動(dòng)鏜
（3）大頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜，浮動(dòng)鏜
一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過(guò)程的中間或后面。
2.確定合理的夾緊方法
既然連桿是一個(gè)剛性比較差的工件，就應(yīng)該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點(diǎn)的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設(shè)計(jì)人員注意了夾緊力的作用方向和著力點(diǎn)的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會(huì)影響端面的平面度。夾緊力通過(guò)工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。
在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時(shí)，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。
3.定位基準(zhǔn)的選擇
在連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程中，大部分工序選用連桿的一個(gè)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(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)，減少了定位誤差。具體的辦法是，如圖（1—5）所示：在安裝工件時(shí)，注意將成套編號(hào)標(biāo)記的一面不
圖3.1連桿的定位方向
與夾具的定位元件接觸（在設(shè)計(jì)夾具時(shí)亦作相應(yīng)的考慮）。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭襯套孔）時(shí)，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時(shí)將定位銷做成活動(dòng)的稱“假銷”。當(dāng)連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再?gòu)男☆^孔中抽出假銷進(jìn)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(dāng)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(kuò)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(shí)會(huì)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(gè)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(duì)加
工精度會(huì)有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對(duì)于整個(gè)工藝過(guò)程的加工精度常有深遠(yuǎn)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(kāi)始前，先粗銑兩個(gè)端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關(guān)鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個(gè)方法是以毛坯端面定位，在側(cè)面和端部夾緊，粗銑一個(gè)端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個(gè)毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時(shí)工件可能變形，粗銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復(fù)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(duì)稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時(shí)的變形較小，同時(shí)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(shí)，由于是以對(duì)稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。
4. 連桿大、小頭孔的加工
連桿大、小頭孔的加工是連桿機(jī)械加工的重要工序，它的加工精度對(duì)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(guò)了鉆、擴(kuò)、鉸三道工序。鉆時(shí)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(kuò)、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時(shí)精鏜，達(dá)到IT6級(jí)公差等級(jí)，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(guò)擴(kuò)、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達(dá)到IT6級(jí)公差等級(jí)。表面粗糙度Ra 為0.4μm，大頭孔的加工方法是在銑開(kāi)工序后，將連桿與連桿體組合在一起，然后進(jìn)行精鏜大頭孔的工序。這樣，在銑開(kāi)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。
5.連桿螺栓孔的加工
連桿的螺栓孔經(jīng)過(guò)鉆、擴(kuò)、鉸工序。加工時(shí)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(gè)互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi)，在擴(kuò)和鉸兩個(gè)工步中用上下雙導(dǎo)向套導(dǎo)向。從而達(dá)到所需要的技術(shù)要求。
粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒(méi)有活動(dòng)部分，能保證承受較大的銑削力。精銑時(shí)，為了保證螺栓孔的兩個(gè)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(gè)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(gè)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。
3.3連桿加工工藝應(yīng)考慮的問(wèn)題
1.工序安排
連桿加工工序安排應(yīng)注意兩個(gè)影響精度的因素：（1）連桿的剛度比較低，在外力作用下容易變形；（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開(kāi)。
2.定位基準(zhǔn)
精基準(zhǔn)：以桿身對(duì)稱面定位，便于保證對(duì)稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。
統(tǒng)一精基準(zhǔn)：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因?yàn)槎嗣娴拿娣e大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。
3.夾具使用
應(yīng)具備適應(yīng)“一面一孔一凸臺(tái)”的統(tǒng)一精基準(zhǔn)。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準(zhǔn)”情況，這時(shí)小頭定位銷應(yīng)做成活動(dòng)的，當(dāng)連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進(jìn)行加工。
保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時(shí)，夾具可考慮重復(fù)定位情況，如采用夾具限制7個(gè)自由度（其是長(zhǎng)圓柱銷限制4個(gè)，長(zhǎng)菱形銷限制2個(gè)）。長(zhǎng)銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復(fù)定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長(zhǎng)圓柱銷削去一邊，另一方面設(shè)計(jì)頂出工件的裝置。
4.粗，精加工時(shí)切削用量的選擇原則
粗加工時(shí)加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時(shí)，要盡可能保證較高的單位時(shí)間金屬切削量（金屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。
金屬切除率可以用下式計(jì)算：
Zw ≈V.f.ap.1000
式中：Zw單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s）
V切削速度（m/s）
f 進(jìn)給量（mm/r）
ap切削深度（mm）
提高切削速度、增大進(jìn)給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個(gè)因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進(jìn)給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個(gè)盡可能大的吃刀深度ap,其次選擇一個(gè)較大的進(jìn)給量度f(wàn)，最后確定一個(gè)合適的切削速度V.
選用較大的ap和f以后，刀具耐用度t 顯然也會(huì)下降，但要比V對(duì)t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使V、f、ap的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對(duì)提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。
1）切削深度的選擇：
粗加工時(shí)切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來(lái)確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余量一次切除。只有當(dāng)總加工余量太大，一次切不完時(shí)，才考慮分幾次走刀。
2）進(jìn)給量的選擇：
粗加工時(shí)限制進(jìn)給量提高的因素主要是切削力。因此，進(jìn)給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度來(lái)確定。選擇進(jìn)給量時(shí)應(yīng)考慮到機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長(zhǎng)度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度好的情況下，可選用大一些的進(jìn)給量；在剛性和強(qiáng)度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量。
3）切削速度的選擇：
粗加工時(shí)，切削速度主要受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制。切削深度、進(jìn)給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時(shí)必須考慮到機(jī)床的許用功率。如超過(guò)了機(jī)床的許用功率，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。
精加工時(shí)加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時(shí)應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。
1）切削深度的選擇：
精加工時(shí)的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)吃刀深度較大時(shí)，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。
2）進(jìn)給量的選擇：
精加工時(shí)限制進(jìn)給量提高的主要因素是表面粗糙度。進(jìn)給量增大時(shí)，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。
3）切削速度的選擇：
切削速度提高時(shí)，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時(shí)，才選用低速，以避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的范圍。
由此可見(jiàn)，精加工時(shí)選用較小的吃刀深度ap和進(jìn)給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時(shí)滿足生產(chǎn)率的要求。
3.4 連桿機(jī)械加工工藝卡片
工序名稱：銑兩端面
工步內(nèi)容：銑連桿大、小頭兩平面，每面留磨量0.5mm
工藝裝備：硬質(zhì)合金端銑刀
設(shè)備型號(hào)：立式銑床 X52k
工序名稱：粗磨
工步內(nèi)容：以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對(duì)稱，無(wú)標(biāo)記面稱為基面
工藝裝備：砂輪磁力吸盤
設(shè)備型號(hào)：磨床 M7350
圖3.2
工序名稱：鉆
工步內(nèi)容：與基面定位，鉆、擴(kuò)、鉸小頭孔
工藝裝備：麻花鉆; 擴(kuò)孔鉆;鉸刀
設(shè)備型號(hào)：搖臂鉆床 Z3080
圖3.3
工序名稱：銑大頭兩側(cè)
工步內(nèi)容：銑兩側(cè)面，保證對(duì)稱（此平面為工藝用基準(zhǔn)面）
工藝裝備：立銑刀
設(shè)備型號(hào)：臥式銑床 X62W
圖3.4
工序名稱：擴(kuò)孔
工步內(nèi)容：以基面定位，以小頭孔定位擴(kuò)大頭孔為60
工藝裝備：滑柱鉆模
設(shè)備型號(hào)：搖臂鉆床 Z3080
圖3.5
工序名稱：銑
工步內(nèi)容：銑開(kāi)連桿
工藝裝備：鋸片銑刀
設(shè)備型號(hào)：立式銑床 X62W
圖3.6
工序名稱：銑結(jié)合面
工步內(nèi)容：以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，銑連桿體結(jié)合面，保證直徑方向測(cè)量深度27.5mm
工藝裝備：硬質(zhì)合金端銑刀
設(shè)備型號(hào)：臥式銑床 X62W
工序名稱：磨
工步內(nèi)容：
工藝裝備：砂輪
設(shè)備型號(hào)：磨床 M7350
圖3.7
工序名稱：銑斜槽
工步內(nèi)容：以基面及結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體、蓋5X8mm斜槽
工藝裝備：專用銑刀
設(shè)備型號(hào)：臥立銑床 X62W
圖3.8
工序名稱：銑
工步內(nèi)容：加工螺栓座面
工藝裝備：專用銑刀
設(shè)備型號(hào)：臥立銑床 X62W
圖3.9
工序名稱：鉆
工步內(nèi)容：加工螺栓孔
工藝裝備：麻花鉆
設(shè)備型號(hào)：立式鉆 Z3025
圖3.10
工序名稱：鏜
工步內(nèi)容：粗鏜大頭孔
工藝裝備：專用鏜桿
設(shè)備型號(hào)：立式鏜床 T68
圖3.11
工序名稱：精磨兩端面
工步內(nèi)容：精磨大小頭兩端面，保證尺寸精度38mm
工藝裝備：磁力吸盤; 砂輪
設(shè)備型號(hào)：平面磨床 M7130
圖3.12
工序名稱：鏜孔
工步內(nèi)容：半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔
工藝裝備：YT15
設(shè)備型號(hào)：立式鏜床 T2115
工序名稱：鏜孔
工步內(nèi)容：精鏜大頭孔至尺寸
工藝裝備：YT15
設(shè)備型號(hào)：立式鏜床 T2115
圖3.13
工序名稱：鉆小頭油孔
工步內(nèi)容：鉆連桿小頭油孔 鉆連桿孔
工藝裝備：麻花鉆 擴(kuò)孔鉆
設(shè)備型號(hào)：立式鉆床 Z3025
圖3.14
工序名稱：鏜孔
工步內(nèi)容：半精鏜、精鏜小頭襯套孔
工藝裝備：專用鏜桿
設(shè)備型號(hào)：立式鏜床 T2115
圖3.15
工序名稱：珩磨
工步內(nèi)容：珩磨大頭孔
工藝裝備：內(nèi)徑千分尺
設(shè)備型號(hào)：珩磨機(jī)床
圖3.16
第4章 連接受載荷情況下的有限元分析
4.1連桿的有限元分析過(guò)程和結(jié)果
首先用PROE畫出連桿的大體，然后倒入ANSYS進(jìn)行分析。進(jìn)入PROE點(diǎn)擊草繪繪制如下圖形：
圖4.1
然后進(jìn)行拉伸命令使草圖變?yōu)閷?shí)體。
圖4.2
然后在實(shí)體面上進(jìn)行草繪和拉伸做出雙向的凹槽。
圖4.3
隨后點(diǎn)擊保存副本，文件類型選擇x-t類型。打開(kāi)ANSYS打開(kāi)文件。
圖4.4
輸入/FACET,NORM /DIST 變?yōu)閷?shí)體，并且劃分網(wǎng)格
圖4.5
材料為45剛合適的彈性模量和泊松比SOLID45 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.1E11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 實(shí)際工程中，汽車連桿的大頭孔是與軸承配合的，而小頭孔的內(nèi)側(cè)受面壓力作用。在ANSYS中選取大孔內(nèi)表面級(jí)Y=0的所有面施加對(duì)稱約束，在小頭孔的內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)施加P=l 000psi面壓力。實(shí)際工程中，汽車連桿的大頭孔是與軸承配合的，在ANSYS中選取大孔內(nèi)表面級(jí)Y=0的所有面施加對(duì)稱約束，在小頭孔的內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)施加P=l 000psi面壓力。
圖4.6
圖4.7
圖4.8
本次靜力分析表示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭承受了較大的載荷，并且會(huì)發(fā)生部分偏移。
ANSYS程序：
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第五章 總結(jié)與展望
5.1 論文總結(jié)
2014年3月，我開(kāi)始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢成型。
當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺(jué)得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過(guò)程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過(guò)程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。
我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在整個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。
腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、