发动机连杆加工工艺分析与设计
摘 要
因为连杆是活塞式发动机和压缩机的主要零件之一,其大头孔与曲轴连接,小头孔通过活塞销与活塞连接,其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴,又收曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆承受的是冲击动载荷,因此要求连杆质量小,强度高。所以在安排工艺过程时,按照“先基准后一般”的加工原则。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螺栓孔定位面。
由于连杆既是传力零件,又是运动件,不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力,须综合材料选用、结构设计。在对其设计中我们先对连杆工艺过程分析,联系实际通过对其具体设计的了解进行连杆机械加工工艺过程分析及其一些机械加工余量、工序尺寸的确定。
关键词:发动机,连杆,定位基面,工艺设计
目 录
第一章 发动机的概述 1
1.1发动机的定义 1
1.2发动机的发展历史 1
1.3发动机的分类 2
1.4发动机的总体结构 2
第二章 连杆的分析 3
2.1连杆的作用 3
2.2连杆的结构特点 3
2.3连杆的工艺分析 4
第三章 连杆工艺规程设计 7
3.1确定连杆的材料和毛坯 7
3.2连杆的机械加工工艺过程 7
3.4连杆的机械加工工艺过程的夹紧方法 8
第四章 连杆机械加工工艺过程分析 9
4.1.工艺过程的安排 9
4.2连杆主要加工表面的工序安排 9
4.3连杆机械加工工艺路线 10
第五章 机械加工余量、工序尺寸的确定 12
5.1大头孔两端面的加工余量及工序尺寸 12
5.2小头孔端面加工余量及工序尺寸 12
5.3小头孔的加工余量及工序尺寸 12
5.4大头孔的加工余量及工序尺寸 13
5.5螺栓孔加工余量及工序尺寸 13
5.6小头油孔加工余量及工序尺寸 13
5.7连杆盖定位销孔加工余量及工序尺寸 14
5.8小头油孔加工余量及工序尺寸 14
5.9确定切削用量及工时 14
5.10工艺卡片的制订 15
谢 辞 29
参考资料 30
附录 31
第一章 发动机的概述
1.1发动机的定义
发动机,又称为引擎,是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器,通常是把化学能转化为机械能。(把电能转化为机器能的称谓电动机)有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器,比如汽油发动机,航空发动机。
1.2发动机的发展历史
发动机最早诞生在英国,所以,发动机的概念也源于英语,它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。随着科技的进步,人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机,但是,不管哪种发动机,它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。
所谓外燃机,就是说它的燃料在发动机的外部燃烧,发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能,瓦特发明的蒸汽机就是一种典型的外燃机,当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时,高压便产生了,然后这种高压又推动机械做功,从而完成了热能向动能的转变。
此外还有燃气轮机,这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气,利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转,从而输出动力。燃气轮机使用范围很广,但由于很难精细地调节输出的功率,所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机,只有部分赛车装用过燃气轮机。
人类的智慧是无穷无尽的,各种新型的发动机不断地被研制出来,但是,出于安全操控的需要,到目前为止,我们可爱的摩托车还只有一种选择——往复式发动机。
1.3发动机的分类
(1)按使用燃料分:汽油机、柴 油机等。
(2)按工作循环分:四冲程发动机、二冲程发动机。
(3)按气门位置分:顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。
(4)按气缸排列分:直列式发动机、v型发动机。
(5)按气缸数分:单缸发动机、多缸发动机。
1.4发动机的总体结构
发动机的两大机构:曲柄连杆机构、配气机构。
发动机的五大系统:冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系
第二章 连杆的分析
2.1连杆的作用
将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。所以,连杆除上下运动外,还左右摆动作复杂的平面运动。连杆工作时,主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷,要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。同时,由于连杆既是传力零件,又是运动件,不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力,须综合材料选用、结构设计。
2.2连杆的结构特点
图2-1 连杆的结构图
连杆由连杆及连杆盖两部分组成。连杆体与连杆盖上的大头孔用螺母和螺栓与曲轴装配在一起。如图2-1 175Ⅱ型柴油机连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦以刚质为母体,其内表面浇有一层耐磨合金。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。连杆小头有活塞销于活塞连接。小头孔内压入青铜衬套,一减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换。
连杆是柴油机的主要零件之一。它把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴,又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体,工作中承受着急剧变化的动载荷。
2.3连杆的工艺分析
各类连杆主要技术条件基于类似,仅在数值上有差别。下面具体介绍175Ⅱ型柴油机连杆的主要技术条件。
(1)大小头孔的精度
为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头与活塞销能密切配合,减少冲击的不良影响和便于传热,大头孔于小头的衬套孔尺寸公差均为IT6。大头孔表面粗糙度Ra
(2)大小头孔轴心线在两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;而两孔轴心线在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:两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度在100mm长度公差为0.03mm;在垂直于连杆轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.06mm。
(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:180±0.05mm。
(4)大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度
大头孔两端面对大头孔轴心线的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的定位精度,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。
(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,对于安装这两个动力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Ra
(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及连杆体沿着结合面产生相对错位,使曲轴的连杆劲和轴瓦结合不良,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0.2
