斜口连杆课程设计说明书 机械制造课程设计.docx

机械制造技术 课程设计目录 第一章 斜口连杆加工工艺31.1 连杆的结构特点31.2连杆的材料和毛坯51.2.1 选择连杆的毛坯材料51.2.2 确定连杆的毛坯尺寸及机械加工余量51.3 连杆的机械加工工艺过程分析71.3.1 工艺过程的安排71.3.2 定位基准的选择81.4连杆的机械加工工艺过程91.5 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差111.5.1 确定加工余量111.5.2 确定工序尺寸及其公差121.6 工时定额的计算131.6.1 精铣连杆大小头平面131.6.2 半精镗大小头孔131.6.3 精铣连杆体结合面14第二章 铣连杆体剖分面夹具设计152.1. 问题的指出152.2 夹具设计152.2.1 定位基准的选择152.2.2 夹紧方案152.2.3 夹具体设计152.2.4 切削力及夹紧力的计算152.2.5 定位误差的计算162.2.6 定位误差分析16第三章 X52K机床设计183.1已知条件183.2 运动设计193.2.1 拟定运动参数193.2.2结构分析式193.2.3分配总降速传动比193.2.4 确定传动轴轴数193.2.5确定各级转速193.2.6确定各变速组传动副直径或齿数193.2.7 转速图213.2.8传动系统图213.3 确定各轴计算转速213.4 核算主轴转速误差223.5 齿轮模数的估算223.6强度校核：233.6.1齿轮强度校核233.7 确定各轴最小直径313.8 轴的校核313.9 主轴最佳跨距的确定323.9.1 选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距323.9.2 求轴承刚度323.10 主轴刚度的校核333.11 各传动轴支承处轴承的选择34第四章 铣连杆盖止口成形铣刀设计364.1铲齿成形铣刀的基本类型364.2 铲齿成形铣刀结构参数的确定364.2.1 工件形廓分析364.2.2容屑槽底形式364.2.3齿形高度h和宽度B364.2.4铣刀的孔径374.2.5铣刀的外径374.2.6 铣刀的齿数374.2.7 铣刀的后角及铲削量374.2.8容屑槽尺寸374.2.9分屑槽384.2.10 校验铣刀刀齿和刀体强度384.2.11 校验铲磨齿形时砂轮是否和下一个刀齿发生干涉384.3 正前角铲齿成形铣刀截形的设计计算404.4 铲齿成形铣刀技术条件40参考文献:42第一章 斜口连杆加工工艺1.1 连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，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。连杆小头用活塞销与活塞连接。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。1.2连杆的材料和毛坯1.2.1 选择连杆的毛坯材料连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料45钢。连杆毛坯制造方法为模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。 但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。1.2.2 确定连杆的毛坯尺寸及机械加工余量1）锻件的公差等级由于连杆的龚永和技术要求，确定该零件的公差等级为一般精度。2）锻件质量由于机械加工后连杆质量为5.2kg，可初步估计机械加工前毛坯的质量为6kg。3）复杂系数对零件图进行分析，可初步确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l335mm，b122mm，h44mm，；该锻件的形状复杂系数为S6/(lbh)=6/(335122447.810-6)=0.43，属于S2级4）锻件材质系数由于该连杆是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属于M1级5）确定尺寸公差及加工余量根据上述因素，查机械制造技术基础课程设计表2.13可确定锻件的尺寸公差和加工余量，见下表（11）表（11）加工表面零件尺寸机械加工余量毛坯公差毛坯尺寸大小头端面22.5（取2）小头内孔2361.1大头内孔3741.1小头斜面22.5（取2）1.3 连杆的机械加工工艺过程分析1.3.1 工艺过程的安排在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：加工表面加工方法小头端面粗铣半精铣精铣大头端面粗铣半精铣精铣小头内孔钻粗镗精镗大头内孔粗镗半精镗精镗（包括倒角）止口体粗铣（分离）精铣（为攻丝）盖粗铣精铣剖分面体粗铣精铣（为攻丝）盖粗铣精铣小头斜面粗铣精铣大头斜面粗铣螺纹孔钻倒角锪平攻丝1.3.2 定位基准的选择1）粗基准的选择连杆在机械加工的第一道工序一铣连杆大小端两端面时,分别在一、二工位采用了两种不同的定位方式:一工位为铣其中的一 个端面,用两个V型块夹持连杆大端的两侧面圆弧面,以保证两侧面的加工余量均匀; -I位为铣另外一个端面,这时便可以用已铣过的那个端面作为定位基准，见图2.1。第三道工序为钻连杆小端面孔。为了保证所钻孔的中心线与连杆小端外形对称,采用三爪锥形压块使连杆小端自动定心的方式,压块自身带钻削导向套,如图2.2所示。 连杆大端两侧面外圆车削工序也存在同样的问题。为保证加工后的两侧面与大端 孔中心线对称,选择大端孔作为定位基准,用可上下浮动的圆锥体使连杆大端孔自动定心,见图2.3。（2）精基准的选择连杆选择大小端端面a和b、小端孔c、大端孔d定位1.4连杆的机械加工工艺过程由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。连杆机械加工工艺过程如下表(12)所示： 表(12)工序工序名称工序内容工艺装备1粗铣以小圆外径定位，粗铣大小头端面，单侧余量1.4mmX52K2精铣以大小头端面定位，精铣两端面，互为基准，单边余量0.6mm，X52K3至尺寸精度，并标记大小头端面为基面4粗镗以大小头端面及三爪锥形压块定位，使小头自动定心，粗镗大小T685头孔，大头尺寸为77.5mm，小头尺寸46.7mm6半精镗以大小头端面及三爪锥形压块定位， 使小头自动定心，半精镗大T687小头孔，大头尺寸达到，小头尺寸达到8粗铣以基面及大小头孔定位，铣小头斜面，加工余量为2mmX52K9钻以大小头端面及大小头孔定位，钻螺栓孔，尺寸达到mm,Z57510深93mm11锪平以基面及大小头孔定位，锪平安装螺栓的沉孔Z57512铣以基面及大小头孔定位，盖体分离X52K13铣以基面、小头孔及止口定位，铣连杆（体）剖分面及止口X52K14粗铰以基面、小头孔及止口定位，铰连杆（体）螺栓孔，尺寸精度达Z57515到mm16钻以基面、小头孔及止口定位，攻螺纹M127HZ57517铣以基面、大头孔及止口定位，铣连杆（盖）剖分面及止口X52K18钻以基面及大小头孔定位，钻油孔3Z57519钳装螺栓20半精铣以基面及大小头孔定位，半精铣小头斜 X52K21面，加工余量为1mm，至尺寸精度为22精镗以基面及三爪锥形压块定位，精镗大小头孔，至大头内孔尺寸为T6823，小头内孔尺寸为24钳刮研螺栓孔端面25检检查各部分尺寸及精度26探伤无损探伤及检验硬度磁力探伤机27清洗Z57528入库塑料包装，入库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，次要加工表面为油孔、小头侧面及体和盖上的螺栓座面等。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。1.5 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.5.1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（根据机械加工工艺手册第一卷 表3.225 表3.226 表3.227）（1）、大小头端面的工序余量（mm） 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4412.5粗铣1.4IT11()41.2()6.3精铣0.6IT9()40()3.2 (2) 小头斜面加工余量单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯3512.5粗铣2IT11()33()6.3半精铣1IT10()32()6.31.5.2 确定工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229 表234）1）大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为741.1 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度粗镗3.577.577.56.3半精镗1.579793.2精镗180800.82）小头孔各工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229表230）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度粗镗2.76.3半精镗13.2精镗0.30.83)螺纹孔根据机械加工工艺手册第一卷 表3.29 工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度钻至9.86.3粗铰0.163.2倒角攻螺纹1.6 工时定额的计算1.6.1 精铣连杆大小头平面选用X52K机床，硬质合金YT15圆柱铣刀根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铣刀直径D = 62 mm 铣刀齿数Z = 8 切削宽度 ae= 40 mm 切削深度ap = 0.6 mm每齿进给量fz0.15mm齿 切削速度v= 213m/min则主轴转速n = 1000v/D = 1000213/(62)1093.5 r/min根据表3.131 按机床选取n = 1180r /min则实际切削速度V = Dn/1000 =6211801000=229.84 m/min 铣削工时为：按表2.510 半精铣小头一侧端面L= 55 mm L1 = +1.5 =31 mm L2 = 3 mm基本时间tj1 =（ L+L1+L2)/fm z = (55+31+3)/(11800.158) = 0.063 min按表2.546 辅助时间ta1 =0.150.063 = 0.00945 min 半精铣大头一侧端面L96mm tj2= 0.092min ta20.0138min加工端面总时间t2（tj1 +ta1 +tj2 +ta2)=2（0.063+0.00945+0.092+0.0138）0.36min 1.6.2 半精镗大小头孔 选用镗床T2115，硬质合金刀头（1）半精镗大头孔根据机械制造工艺设计手册表1.233选取数据镗刀直径D = 79 mm 切削速度V = 120 m/min进给量f = 0.5 mm/r 切削深度ap = 0.75 mm 则主轴转速n = 1000v/D =483.5 r/min根据表3.139 按机床选取n = 800 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 198.5 m/s 镗削工时为： 按表2.53L = 40 mm L1 = 3.5 mm L2 = 5 mm基本时间tj= Li/fn = (40+3.5+5)/(0.5800) = 0.12 min辅助时间ta =0.150.023 = 0.02 min （2）半精镗小头孔根据机械制造工艺设计手册表1.233选取数据镗刀直径D = 47.7 mm 切削速度V = 120 m/s进给量f = 0.5 mm/r 切削深度ap = 0.5 mm则主轴转速n = 1000v/D =800.77 r/min根据表3.139 按机床选取n = 800 r/min镗削工时为： 按表2.53L = 40 mm L1 = 3.5 mm L2 = 5 mm基本时间tj = Li/fn = (40+3.5+5)/(0.5800) = 0.12 min辅助时间ta =0.150.023 = 0.02 min 1.6.3 精铣连杆体结合面 选用铣床X52K根据机械制造工艺设计手册表2.484选取数据铣刀直径D = 50 mm 切削宽度ae=40 mm铣刀齿数Z = 8 切削深度ap =3 mm进给量f = 0.05 mm/齿 切削速度V = 26m/min则主轴转速n = 1000v/D =165.5 r/min根据表3.174 按机床选取n = 190 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 29.8m/min铣削工时为：按表2.510 L = 40 mm L1 = +1 = 21 mm L2 =2 mm基本时间tj = L/fmz = (40+21+2)/(1900.058) = 0,829 min按表2.546 辅助时间ta = 0.150.829 = 0.124 min第二章 铣连杆体剖分面夹具设计由连杆工作图可知，工件材料为45钢，年产量20万件。根据设计任务的要求，需设计一套铣剖分面夹具，刀具为高速钢成型铣刀。2.1. 问题的指出本夹具主要作来铣剖分面，剖分面与小头孔轴心线有尺寸精度要求，剖分面与螺栓孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。 2.2 夹具设计2.2.1 定位基准的选择由零件图可知，在铣剖分面之前，连杆的两个端面、小头孔及大头孔的两侧都已加工，且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选小头孔、大头孔与连杆的端面为基准。连杆上盖以基面（无标记面）、凸台面及侧面定位，连杆体以基面和小头孔及侧面定位，均属于完全定位。2.2.2 夹紧方案由于零件小，所以采用开口垫圈的螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。2.2.3 夹具体设计夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。夹具体图如下：夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。2.2.4 切削力及夹紧力的计算 切削力的计算：，由组合机床（表7-24）得：高速钢成型铣刀切削力计算F=Cpap0.86fz0.72d-0.86BZKp=461460.860.050.7250-0.8638(735736)0.8=858.4N其中Cp=461,ap=46mm,d=50mm,Z=8,fz=0.05mm齿，Kp=(b736)0.8,b=735Mpa夹紧力的计算：由机床夹具设计手册（表1-2-25）得：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夹紧力：W0=5380N由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。2.2.5 定位误差的计算由加工工序知，加工面为连杆的剖分面。剖分面对连接螺栓孔中心线有垂直度要求（垂直度允差0.08）；对连杆体小头孔有中心距1900.1要求；对剖分面有0.025的平面度要求。所以本工序的工序基准：连杆上盖为螺母座面，连杆体为小头孔中心线，其设计计算如下：1）确定定位销中心与大头孔中心的距离及其公差。此公差取工件相应尺寸的平均值，公差取相应公差的三分之一（通常取1/51/3）。故此尺寸为190.30.010。2）确定定位销尺寸及公差本夹具的主要定位元件为一固定销，结构简单，但不便于更换。该定位销的基本尺寸取工件孔下限尺寸48.49。公差与本零件在工作时与其相配孔的尺寸与公差相同，即为48.49。3）小头孔的确定考虑到配合间隙对加工要求中心距2360.1影响很大，应选较紧的配合。另外小头孔的定位面较短，定位销有锥度导向，不致造成装工件困难。故确定小头定位孔的孔径为48.49。2.2.6 定位误差分析 对于连杆体剖分面中心距2360.1的要求，以48.49的中心线为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：Dw=D+d+min=0.024+0.013=0.034 mmDw剖分面的定位误差D工件孔的直径公差d定位销的直径公差此项中心距加工允差为0.1sin45=0.07mm，因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。 连杆上盖剖分面的尺寸要求，螺母座面（工艺基准）为加工面的工序基准，同时亦为第一定位基准，对加工剖分面来说，它与工序基准的距离及相应的平行度误差只取决于基准在夹具中位置。因为工序基准同时为定位基准，即基准重合，没有基准不重合误差。基准位置误差为零。所以对加工剖分面来说，定位误差为零。即当基准重合时，造成加工表面定位误差的原因是定位基准的基准位置误差。第三章 X52K机床设计3.1已知条件本铣床用于精铣连杆体结合面，其切削力的计算：，由组合机床（表7-24）得：高速钢成型铣刀切削力计算F=Cpap0.86fz0.72d-0.86BZKp=461460.860.050.7250-0.8638(735736)0.8=858.4N其中Cp=461,ap=46mm,d=50mm,Z=8,fz=0.05mm齿，Kp=(b736)0.8,b=735Mpa切削功率PwFv6000858.429.8=1.1kw传动效率传动装置选用装置效率带传动 V带 =0.95一对滚动轴承球轴承=0.99圆柱齿轮传动八级精度 =0.97=带轴承5齿轮3=0.950.9950.973=0.82切削功率PwFv6000858.429.8=1.1kwP0= =1.61KW 根据原则条件选择Y-100L2-4型Y系列笼式三相异步电动机，其额定功率为3kw。轴I： 轴II： 轴III： 轴IV3.2 运动设计3.2.1 拟定运动参数1确定转速范围：主轴最小转速。2确定公比：3转速级数：3.2.2结构分析式从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取方案。 3.2.3分配总降速传动比 总降速传动比 又电动机转速不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。3.2.4 确定传动轴轴数 传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。3.2.5确定各级转速 由 z = 8， 确定转速数列： 63, 90, 125, 180, 250, 355, 500, 710。3.2.6确定各变速组传动副直径或齿数1) 确定带传动中带轮尺寸计算项目计算内容计算结果工作情况系数计算功率选带型小带轮直径大带轮直径大带轮转速由表11.5Pc=KAP0=1.2x3w由表11.6D2= KA=1.2Pc=3.6kwA型D1=126mmD2=256mmn2=708/min2) 确定各级齿轮齿数在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为、。与、与、与轴之间的传动组分别设为a、b、c。根据金属切削机床设计表213 确定各级齿轮齿数传动组a:， 取轴齿轮齿数分别为：25（Z11）、30（Z12）。于是， 可得轴上的联动齿轮齿数分别为：35（Z21）、30（Z22）。传动组b:，上两联齿轮的齿数分别为：20（Z23)、30(Z24)。于是 ，得轴上两齿轮的齿数分别为：40(Z31)、30(Z32)。传动组c:,取轴齿轮齿数为20(Z33)、50(Z34)；于是得,得轴两齿轮齿数分别为80(Z41)，50(Z42)。3.2.7 转速图3.2.8传动系统图3.3 确定各轴计算转速 1）确定各轴计算转速a. 主轴计算转速：主轴的计算转速为由于计算转速必须是主轴具有的工作转速，故取nc125rminb. 各传动轴的计算转速： 轴的计算转速250r/min；轴的计算转速为500r/min；轴的计算转速为710r/min。 2）各齿轮的计算转速（见表31）3.4 核算主轴转速误差 所以合适。3.5 齿轮模数的估算 初步计算齿轮的模数时m=当转速nj远大于100r/min时,所得的模数m可能对于接触疲劳强度是不够的,因此可按下式计算m=表（31）PZnj计算mmI1.53Z11257101.922.5Z12307101.92II1.47Z21355002.0557Z22307101.9016Z23205002.05573Z24305002.0557III1.41Z31402502.365Z32305002.0273Z33205002.02733.5Z34502502.365IV1.35Z41802502.3309Z42501252.71913.6强度校核：3.6.1齿轮强度校核验算时应选项同模数中承受载荷最大、齿数最少的齿轮1）校核I轴传动比最大的一组齿轮计算项目计算内容计算结果选材大齿轮小齿轮齿数Z模数m齿面转矩T齿宽系数接触疲劳极限初步计算许用接触应力Ad值初步计算小轮直径校核计算圆周速度v使用系数KA使用系数KV齿间载荷分系数重合系数Z齿向载荷分布系数载荷系数弹性系数节点区域系数接触最小安全系数工作时间应力循环次数接触寿命系数许用接触应力验算确定传动主要尺寸中心距圆整中心距齿宽b重合度系数 齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数齿形系数应力修正系数弯曲疲劳极限弯曲最小安全系数应力循环系数弯曲寿命系数尺寸系数许用弯曲应力验算45钢 调质 硬度240HB45钢 调质 硬度240+40=280取Z11=25 , Z2=35 m=2.5齿面接触疲劳强度计算b=(57)m 故取b10m102.5=25mm=10/25=0. 4由图12.17C由表12.16估计由表12.9由图12.9由表12.10先求由此得 由表12.11 由表12.12图12。16表12.14假定工作时间十年 ,每年工作300天，单班制,则有由图12.18计算表明,接触疲劳强度足够取a=75, 则d1=d2=id1=1.462.5=87,5b=d1=0.462.5=25齿根疲劳强度计算表1210由图12.14由图12.21由图12.22由图12.23c由表12.14由图12.24由图12.25弯曲疲劳强度足够d=0.4取d1=50mmKA=1.5KV=1.08K=2.530. 8 ，满足要求2,校验刀体强度 为保证刀体强度,要求m(0. 30. 5) d.m可按下式计算 m=(D0-2H-d)/2=（60-2X7.25-22)/2=11.750.5d=0.5X22=11，11.7511，故满足强度要求.4.2.11 校验铲磨齿形时砂轮是否和下一个刀齿发生干涉此项校验一般采用作图法.可按下面步骤进行(见图).1) 按所设计的成形