发动机连杆切削加工夹具设计（大头孔粗加工）

摘要：本次论文课题的目的是为了设计出一套对发动机连杆大头孔粗加工的专用夹具，对于这套专用夹具的设计我的想法是可以在以后的生产中大批量的加工，并且可以胜任连杆的加工工艺和加工精度，并且发挥出专用夹具方便，快捷，高精度，高效的特点，并且在大量生产中可以节省工人的生产时间，减轻工人的工作强度减少工人的工作时间，对于企业来说可以较少工件的用量，减少生产成本。使这套夹具可以发挥出自己的意义，减少工作强度。我们在设计夹具的时候使用的是六点定位原理，是工件可以夹紧，提高稳定性。

关键词：专用夹具：粗加工：连杆

Abstract:This thesis aims to design a special fixture for engine connecting rod big end hole rough machining, for the design of the special fixture is my idea can process mass in the later in the production, processing and capable of connecting rod and the precision, and plays a special fixture convenient, fast, high precision, efficient, and can save the time of production workers in mass production, reduce the work intensity of workers, reduce working hours, to the enterprise can be less amount of work, reduce the cost of production. The fixture can play their own meaning, reduce the work intensity. We use in the design of fixture is six point location principle, is to improve the stability of workpiece can be clamped.

Keywords: special fixture:rough machining: connecting rod

第一章绪论 1

1.1连杆的组成 1

1.2连杆的小头孔 1

1.3连杆的大头孔 1

1.4连杆的主要损坏形式 2

1.5连杆的材料和毛坯 2

1.6连杆的主要加工表面 2

1.7连杆的机械加工路线 3

1.8连杆夹具的设计原因 3

1.9连杆夹具设计背景 3

1.10连杆夹具的设计要求 3

第二章连杆夹具原理概述 4

2.1夹具 4

2.2夹具设计原理 4

2.3明确夹具的结构方案 4

2.4绘制夹具总图 4

2.5.夹具精度校核 5

2.6绘制夹具零件工件图 5

2.7.质量评估 5

2.8.夹具的发展趋势 5

2.9夹紧装置的设计 5

2.9.1工件的夹紧 5

2.9.2夹紧装置的组成 5

2.10夹紧力的方向 6

2.11夹紧力的作用点 6

2.12减少夹紧变形措施 6

第三章连杆大头孔粗加工夹具设计 7

3.1连杆毛胚的材料选择 7

3.2连杆作用 7

3.2.机床的选择 7

3.2.1XH714加工铣床主要技术参数 8

3.2.2XH714数控加工铣床特点 8

3.3.发动机连杆大头孔粗加工的夹具设计 9

3.4夹具体设计的基本要求 9

3.5定位基准 10

3.6六点定位原理 10

3.7对定位元件的基本要求 15

3.8定位误差的分析 15

3.9夹紧元件设计 15

结论 20

参考文献 21

致谢 22

第一章绪论

1.1连杆的组成

连杆大端的连接杆，杆和连杆是由三部分组成的。连杆体的两个结构连杆盖和连杆体的分离是由大头孔来分离的，他们的连接方式是由连杆螺栓连接起来的。连杆大头孔分别安装在轴承关节连杆体与连杆盖的第一孔中心线垂直的大小被称为直线段连接杆结构，通过斜截式结构做出一些大的连杆，表面和小洞轴键形成从气缸一定角度的孔中的加载和卸载。我们看到在工厂中的两种类型，这两种类型在工厂出现的几率非常的高。

1.2连杆的小头孔

小头孔的作用是通过活塞销与活塞连接的活塞的膨胀压力曲轴气体和由曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体，连杆轴承受的是高气压力的交变载荷并且有很大的压应力和纵向应力在连杆的杆身上。因为活塞与连杆有重量的原因，所以使得惯力让连杆承受了拉应力，但是因为冲击性质的动载荷才是连杆要承担的。于是要求连杆的重量要轻，强度要好所以一般情况下连杆的原料都是采用45 钢或40cr,连接45m N2等优质钢或合金钢小头形状的方法取决于活塞销与连杆小端尺寸。全浮式和半浮式这两种连接方式一般出现在汽车的发动机中的连杆小头与活塞销中，这两种方式出现在汽车连杆连接中比较普遍。全浮式活塞销转动时在连杆和活塞销活塞销孔小头孔，可以保证沿圆周均匀磨损。在生产过程中为了避免活塞销两头刮伤了气缸壁所以我们在活塞销孔外侧装配了活塞销挡圈。半浮式活塞销螺栓连接的活塞销在活塞销孔内旋转对活塞销卡杆小端孔，在小头孔不旋转。

1.3连杆的大头孔

在加工过程中结合面与连杆的轴线所笔直的和结合面与连杆的轴线成30°～60°夹角的叫做平切口连杆和斜切口连杆。连杆平切口的较大的一端的刚度要相对于其他位置要大一些，所以大头孔的收到得力而产生的形变量要小一些，并且平切口连杆制造成本低。所以一般情况下汽油机都是采用平切口连杆。而柴油机连杆是一般是平的和斜切口。一般柴油机曲柄销直径大，所以对应连杆的大头孔也有较大的尺寸，在拆卸的过程中可以从活塞杆体上端取出，但是必须采用斜切口连杆。连杆盖与连杆的连接时必须严格定位并且靠紧连杆体，防止连杆盖的侧向位移。连杆螺栓上的一段精密的加工圆柱面和精细加工的螺栓孔可以实现平切口连杆对连杆盖的定位。因为承担了较大的力从而斜切口的连杆连杆螺栓易于发生疲劳损坏。因此，应采用的定位方法能承受横向力。

1.4连杆的主要损坏形式

疲劳断裂与过量变形是连杆的重要的毁坏方式。而每每疲劳损坏的部位大多都是在连杆上的三个高应力区域。拥有较高的刚性和较高的韧性和高强度和高抗疲劳性能是连杆的工作条件的特定要求。在以前的连杆的加工中，连杆的原料一般是使用45钢·40Cr或者是40MnB等，或者是使用调质钢，因为调质钢的硬度更好因为连杆的工作要求的特定要求所以要求连杆的制作原料硬度要好。我们用德国汽车企业生产的新型连杆的原料是使用C70S6高碳微合金非调质钢，这种调质钢的硬度非常的高。拥有很高强度的合金钢，也有缺点它对应力回合很敏锐。必须注意的是表面加工质量还有就是要提高疲劳强度，并且连杆的外貌和过度圆角等方面的要求必须严格，否则高强度合金钢的使用就不能到达最初的预期结果。

1.5连杆的材料和毛坯

因为连杆在工作中要承担的多向交变作用，所以拥有的强度需要非常的高。于是连杆的原料一般是使用高强度的合金钢；比如45钢，55钢，40Cr等。制作连杆毛胚的方式方法的选拔，最重要的凭据是生产的类型，原料的工艺性及零件对原料的组织性能的需求，零件的形状以及其零件的外形的尺寸，生产车间现有条件，采用先进的方法来确定毛坯的制造的毛坯制造方法的可能性。根据对大批量生产的生产计划，连杆制造毛坯的锻造。连接两种形式锻造杆，一个是从体和盖锻造分离，另一个是体与盖锻造连接在一起。对于毛胚的整体的铸造，许要在之后机械加工的过程中要将它切开，为了确保切开连杆后粗加工的均匀的粗加工的孔雨量，我们加工的的连杆的大头孔的形状确定为椭圆形。总之选择的毛胚需要制作方便，可以方便生产提高生产效率，减少生产成本。

1.6连杆的主要加工表面

连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。

1.7连杆的机械加工路线

连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。

1.8连杆夹具的设计原因

在以前的设计中中连杆夹具的设计是为可以夹紧连杆，这次夹具的设计时为了在以前夹具的设计中，可以比以前的夹具加工减少加工的时间。所以在设计中我们保证夹具的加工时间要比以前设计的夹具所加工时间要少。

1.9连杆夹具设计背景

在现代科技发展愈来愈块的前景下，汽车的普及也越来越多的大背景下，汽车使用的量越来越的前提下我们使用发动机连杆的使用量越来越大，所以我们现在在设计的效率越来越重要，所以我们在设计连杆的同时不仅仅要看重连杆的质量我们还要注意连杆生产的效率。

1.10连杆夹具的设计要求

我们设计夹具的时候所考虑的是夹具需要方便拆卸这样才可以快速的大批量加工连杆。

第二章连杆夹具原理概述

2.1夹具

夹具：工装夹具的的种类按照用途分类：1.万能通用夹具。2.专用性夹具。3.可调夹具。4.组合夹具。

2.2夹具设计原理

夹具结构设计的规范化程序具体如下：了解生产程序，投产批量后组织生产登有关信息。了解测量工具和辅助工具精度等级，型号以及规格。对工件进行加紧并且需要定位，将刀具进行对使工件在加工的过程中一直都与刀具有一个相对的位置关系.在加工的过程里，夹具的设计需要将工件夹紧在，并且需要定位准确。

2.3明确夹具的结构方案

根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式选择定位原件。确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。夹具的其他组成部分，分度装置，对刀块或引导原件，装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。在制定结构方案的过程里，以保证精度和降低的成本为目的选择出一个最好的方案。

2.4绘制夹具总图

绘制夹具总图的步骤通常按以下的步骤

1·遵循国家制图标准，绘图比例应该使用1：1的比例来绘制夹具的总图根据零件的大小也可以较大或者较小的比例。通常是主视图的选择操作位置以便使绘制的零件的总图的直观性较好抛面图应该较少但是必须要表达清楚零件的各个部分的结构。

2·双点线清晰地描述工件表面轮廓，定位和处理。将工件的轮廓视为透明体并用网纹表示加工余量。

3·根据主次定位基准选择的类型，原有的正确定位，合理安排位置兼容定位。

4·根据对夹紧定位的要求，按照五项原则来选择夹的夹紧系统的技术经济合理性夹紧使工件装夹的最佳状态。对空行较大的夹紧机构，应用双点化线做出放松位置，表示其他部分的关系。

5·要对工件的若干意见重点对刀，导向元件和方向键等

6·最后画出夹具和连接组件，每个组件和右夹紧装置为一体

2.5.夹具精度校核

在夹具设计中，当结构设计方案定下来后应该对夹具的方案经行精度分析和估算；夹具总图的设计完成以后还需要根据夹具剩余的零件在进行一次配合，这是零件设计后加工的必须进行的误差分析。

2.6绘制夹具零件工件图

夹具布局图完成后，对非标准零件的加工技术要求和相应的夹具。工作应该严格准找到指定的表，视图，投影也可以全尺寸标记完成，公差及技术条件应与标注的一般要求相一致，零件的加工精度和表面接头应在夹具设计图纸的合理选择，适合于制造和实际使用验证的科学设计。使用后，有人对设计方案进行修改以获得一个完美的好的夹具设计，实用人才一般应参与夹具制造组件的识别和使用的全过程。

2.7.质量评估

夹具的质量评估就是对夹具的磨损一次测验，这样才能确保夹具的质量的稳定性还有使用的时间。

2.8.夹具的发展趋势

随着机床现在越来越先进的发展，夹具的设计也必须要按照高精度高效率的发展趋势来发展，因为现在的科技的发展的速度如果设计出来的夹具没有高度的精度是无法满足现在机床的进程的。而时间就是金钱这句话也愈发的展示出了高效率有多么的重要，所以不仅仅是机床夹具的发展现代科技也越来越像高效率高精度发展。

2.9夹紧装置的设计

2.9.1工件的夹紧

为了保证这些外力作用下，工件仍能保持加工位置由定位元件无振动和位移确定设有夹紧装置的工件必须在夹具的夹具结构可靠。

2.9.2夹紧装置的组成

传力机构。夹紧元件。他是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件.动力源。这三个组成了夹紧装置。

2.10夹紧力的方向

（1）夹紧力的方向应该对准夹紧力的基面

（2）夹紧力与切削力的重力向重合

（3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。

2.11夹紧力的作用点

夹紧力的作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向一定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力的作用点的选择是达到最佳加紧状态的首要状态因素。合理选择夹紧力作用点必须遵循以下原则:

1·夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围之内而且可能使夹紧点与支撑点对应，是夹紧力作用在支撑上

2·夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位上面，这对刚性较差的工件尤为重要

3·夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生震动和形变，提高定位的稳定性和可靠性即可。

2.12减少夹紧变形措施

有时候一个工件很难找出合适的夹紧点这是可以采用以下的措施

1·增加辅助支撑和辅助夹紧点。

2·增加压紧件接触面积。

3·利用对称变形。

结论

此次毕业设计的目的是设计发动机连杆大头孔的粗加工，在发动机的连杆的精加工小头孔后对大头孔的粗加工，要求设计的连杆的夹具要对连杆的大头孔的中心点进行定位设计的夹具要可以直接定位连杆设计的夹紧的夹具可以牢固的夹紧连杆对连杆进行稳定的夹紧。这次连杆的设计时所选用的定位板的长度较长，这样可以使定位板的左端固定在夹具体上，右端还可以使连杆的定位销固定在定位板上，这样可以减少夹具的零件减少夹具的复杂程度，这次使用的压紧元件是压板，压板的设计是要让压板本身对连杆进行压紧而且还需要压板对连杆节进行定位，在压板下方有三个突起的点这样可以对连杆进行六点定位。

参考文献

[1]机床夹具设计[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]现代机床夹具设计[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3]倪森寿，机械制造工艺与装配（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2009.1

[4]王光斗.机床夹具设计手册.【M】.科技设计出版社.1988

[5]周开勤.机械零件手册.【M】高等教育出版社.1988