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1、 厦门海洋职业技术学院（论文） 1 / 28摘 要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。关键词： 连杆；变形；加工工艺；夹具设计 厦门海洋职业技术学院（论文） 2 / 28AbstractDiesel engine connecting rod is one of the main transmission parts, this
2、paper discusses the processing technology of connecting rod and fixture design. Linkage of the dimensional accuracy, shape accuracy and position accuracy requirements are high, while the rigid rod is rather poor, prone to deformation, and the arrangement process, you need to the main surface of the
3、separation of rough finishing process. To gradually reduce the machining allowance, cutting force and the role of internal stress and deformation of the amendment after processing can be achieved by parts of the technical requirements of.Key Words：Connecting rod ；deformation ；Processing；Fixture Desi
4、gn 厦门海洋职业技术学院（论文） 3 / 281 连杆的结构特点及主要技术条件分析1.1 概述连杆是柴油机的主要传动部件之一，它把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进
5、行修理和更换 。 厦门海洋职业技术学院（论文） 4 / 281.2 连杆的结构分析零件结构的工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。所谓良好的工艺性，首先是这种结构便于加工，即在同样的生产条件下能够采用简便和经济的方法加工出来，此外，零件还适应生产类型和具体生产条件的要求。 “连杆”零件为杆类零件，其结构特点：（1）大小头端面对称分布在连杆中截面的两侧。（2）精度要求高（3）加工部位多（4）其加工面主要是两端面面和大小头孔连杆是拖拉机发动机中的主要传力部件之一，其大小经活塞销与活塞连接，大头与曲轴颈相连接，燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的
6、力传给曲轴，推动曲轴旋转。连杆部件一般有连杆体、连杆盖和螺栓等所组成。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的重量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了减小磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢制基底的耐磨巴氏合金轴瓦。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头的厚度相等（基本尺寸相同） 。在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽） ，发动机工作是依靠曲轴的高速转动，把汽缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套
7、与活塞销之间的摆动运动副，连杆所承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。1.3 连杆的主要技术要求 厦门海洋职业技术学院（论文） 5 / 281.3.1 大小头孔的精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，大头孔与小头的衬套孔尺寸公差均为 IT6。大头孔表面粗糙度 Ra0.8m，衬套孔表面粗糙度 Ra0.4m，大头孔的圆度公差为0.005mm，圆柱度公差为 0.01mm；小头压衬套的底孔的圆度公差为 0.007mm，圆柱度公差为 0.015mm，小头衬套孔的圆度公差为 0.004mm，圆柱度公差为0.008mm。1.3.2.大小头孔轴心线在两
8、个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，从而造成气缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损,所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度要求较高；而两孔轴心线用垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。此处规定为：两孔轴心线子在连杆轴线方向的平行度在 100mm 长度上公差为 0.3mm；在垂直于连杆轴线方向的平行度在 100mm 长度上公差为 0.06mm。1.3.3.大小头孔的中心距大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，即影响到柴油机的效率，所以规定了比较高的要求：1800.05mm。1.3.4.大头孔两端面对大头孔轴心线的
9、垂直度大小头孔两端面对大头孔轴心线在垂直度影响到轴瓦的安装和磨损；同时，这个垂直度在加工过程中将影响到加工小头孔两端面时定位精度，所以对它也提出了一定的要求：大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度在 100mm 长度上公差为 0.1mm。1.3.5.有关螺栓孔的技术要求连杆在工作过程中承受着急剧变化的动载荷，这一动载荷又传递到连杆体 厦门海洋职业技术学院（论文） 6 / 28和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这个两个螺栓的螺栓孔及端面也提出了一定的要求：螺栓孔按公差等级 IT8 和表面粗糙度 Ra3.2m；两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度在100mm
10、 长度上公差为 0.15mm；螺栓孔两端面对螺栓孔轴心线的圆跳动在100mm 长度上载 100 长度上公差为 0.2mm。1.3.6.有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，结合面的歪斜使连杆盖以及连杆体沿着结合面产生相对错位，使曲轴的连杆轴颈荷轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平面度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。此处规定：结合面对大头孔端面的垂直度在100mm 长度上公差为 0.2mm，结合面的平面度公有效期为 0.01mm。1.4 毛坯的确定毛坯的选择应从生产批量的大小，非加工面的技术要求，零件的材料、结构、形状、尺寸、重量
11、技术要求等方面综合考虑。通常情况下，主要以生产类型来决定。正确选择制坯方式可以使整个工艺过程经济合理，故应认真的选择并要加以论述。1.4.1 毛坯的材料零件为连杆，工作时需要承受交变载荷及冲击性载荷，因此选用 45 钢来作为零件,材料毛坯应为锻件。45 钢-一般为中碳的优质碳素结构刚与合金结构钢，主要用于制造承受很大变动载荷与冲击载荷或各种复合应力的零件（如机器中传递动力的轴、连杆、齿轮等） 。这类零件要求钢材具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性有良好的配合。1.4.2 制坯方法的确定 厦门海洋职业技术学院（论文） 7 / 28毛坯的选择有两种：使毛坯形状与尺寸和零件接近；使毛坯的
12、形状尺寸与零件相差较大。这影响着毛坯的制造费用及劳动量，与机械加工费用及劳动量。为节省能源与金属材料，随着毛坯制造专业化生产的发展，制坯方法的确定应取向前种方法。（1）零件的材料及其机械性能的要求，在绝大多数情况下，就基本上确定了毛坯的种类：“连杆”零件设计时选用材料为 45 钢,硬度 HB 不小于 226-271，就只能用锻造的方法制造毛坯。 （模锻）（2）毛坯种类的选择决定于零件的材料、形状、生产性质以及在生产中获得的可能性。材料为 45 钢,杆类零件，大批生产，综合考虑选择毛坯为模锻件。模锻件是由毛坯经加热后在锻模中锻制而成，因而能使其轮廓尺寸接近于零件的尺寸，加工余量及材料消耗均大大减
13、少由于模锻件的尺寸比较精确，它有可能免去以后的机械加工模锻件的成本较自由锻件低（自由锻件是由金属经加热后用手工锻或用锻锤锻压成型，使外形与零件的轮廓相近似，不适宜中批生产） 其制造过程远较自由锻造的过程为短，所要求的工人技术熟练程度也较低，但设备价格较贵，因而适用于同类零件产量较大的生产中。（3）生产纲领：对制坯方法的选择有决定性影响。各种毛坯的制坯方法只能在一定的生产纲领条件下才使经济的可行的。生产批量大时，应选择精度和生产率都比较高的制坯方法，用于制坯的费用，可由材料消耗的减少和机加工费用的降低来补偿。（4） 现有生产条件：结合具体条件，考虑现场制坯的实际工艺水平、能力、设备状况及外界的可
14、能性和经济性。1.4.3 毛坯的加工余量机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量（零件的表面如无须机械加工，则该表面上即无须加工余量） 。加工余量的大小，取决于 厦门海洋职业技术学院（论文） 8 / 28加工过程中各个工步应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。在机械加工的各个工步中。所切除的金属层厚度用符号 Zm 来代表；如果不考虑所有其它因素，则总余量的大小将为Zm如用符号 Z1、Z2、Zm 来代表各个公步或工序间的余量大小，则Zm= Z1+ Z2+ Z3+Zm+a式中 a毛坯外尺寸的下差或内尺寸的上差。数值 Z1、Z2、Zm 取决于完成各个工步的
15、条件，如安装零件的精确度和工具的特性等。但是，其中 Z1 的植，亦即第一个粗切削工步的加工余量，还取决于毛坯需要加工处的表面层状况。因为表面层不平度差别较大，有时甚至会有相当大的表面凹陷。此外，表面的金属层往往不同于表皮内部的金属。在铸铁件上，有较内部为硬的外壳 9 白口铁） ；锻件的外皮有氧化层和脱碳层。由此可知，表面层（外皮）是有缺陷的，它的特点是有较高的硬度。如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损。因此刀具切入金属层的厚度应大于表面层的厚度。各种毛坯的表面层厚度自由锻件 模锻件 铸件碳钢 1.5 碳钢 1 灰铸铁 14合金钢 24 合金钢 0.5 铸钢 25“加工余量的公差”既是最大加工余量与最
