汽车连杆专机进料部件设计

1、本本科科毕毕业业论论文文汽车连杆专机进料部件设计姓姓 名名 学学 院院机械工程学院机械工程学院专专 业业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化指导教师指导教师 完成期日完成期日 全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）汽车连杆专机进料部件设计 是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。 承诺人（签名）： 日 期：汽车连杆专机进料部件设计摘 要汽车连杆是汽车发动机中的主要传力

2、部件之一，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。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。本次设计中，要考虑到使设计的进料部件操作简单方便，结构合理，刚性和耐磨性都满足要求，工作台的纵向行程使用气压自动移动，纵向导轨时装有自动润滑装置。本次连杆专机进料部件设计中，主要对进料部件工作台、滑台及气动装置的选取与设计。通过本次进料部件设计，使汽车连杆能在专用机床上一次完成钻孔、攻丝，提高生产率，降低生产成本。关键词：汽车连杆、进料、滑台、三维建模AUTOM

3、OTIC COMPONENT DEDIGN FEED ROD PLANEABSTRACTAutomobile connecting rod of an automobile engine parts in one of the main power transmission, connecting rod shaft is generally used to head gradually from the bulk of smaller shaped cross section shape. The role of the piston rod and crank link up, so th

4、at the piston of the reciprocating linear motion into rotary motion of the crank to power output. Therefore, the rod will directly affect the precision performance of the diesel engine, while the choice of technology is also directly affect the accuracy of the main factors. This design, taking into

5、account the feed components to make the design simple operation, reasonable structure, rigidity and wear resistance to meet the requirements of vertical travel table automatically moves with air pressure, the vertical rails with automatic lubricating device fashion. The feed rod plane component desi

6、gn, the main components of the feed table, sliding table and the selection and design of pneumatic devices. The feed components through the design, making the car on the connecting rod in a special machine to complete drilling, tapping, increase productivity, reduce production costs.KEYWORDS：Auto li

7、nk, feed, slide, three-dimensional modeling目录摘 要ABSTRACT第 1 章 绪 论.11.1. 设计背景.11.2. 设计目的.21.3. 设计流程.3第 2 章 进料部件总体设计.42.1. 汽车连杆的主要技术要求.42.2. 专机设计的要求.52.3. 专机设计方案.62.4. 技术经济指标.72.5. 进料部件的润滑.9第 3 章 进料部件工作台设计.103.1. 工作台台面设计.103.2. 滑动导轨的选择与设计.113.2.1导轨的要求.113.2.2导轨的分类.123.2.3导轨的设计.123.2.4导轨间隙的调整.133.2.5导轨

8、的刚度计算.143.3. 提高导轨耐磨性措施.143.4. 工作台的受力分析.16第 4 章 进料部件滑台设计.194.1. 滑台的介绍.194.2. 滑台的要求.204.3. 滑台的设计.20第 5 章 气动装置的设计.225.1. 气缸的原理与结构.225.2. 气缸的选择与设计.235.3. 气缸推力的计算.25第 6 章 总 结.266.1.主要成果.266.2.设计心得.27参考文献.29致 谢.301第第 1 1 章章 绪绪 论论1.1.设计背景本课题来源于上海沪东机床厂 ZS25H 双轴复合机的设计。连杆是汽车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

9、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如图 1-1 所示。图 1-1 汽车连杆在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，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质量，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。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量

10、不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、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)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。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。汽车连杆加工面主要是两端面面和大小头孔，为了节省汽车连杆的加

11、工成本，设计汽车连杆专机进料部件，通过双轴复合机对连杆进行孔加工。汽车连杆专机进料部件设计2复合机床是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的复合机床主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、

12、复合式，还有多工位回转台式复合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的复合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于复合机床是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国复合机床总体

13、技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平复合机床几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.1.2. 设计目的本设计的目的是通过对复合机进料部件的设计，使其能完成汽车连杆的孔加工。并使机床能对汽车连杆的钻孔、攻丝过程一次完成，提高工作效率，降低生产成本。复合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活

14、配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。复合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件的外圆和端面加工。本课题主要研究汽车连杆专机进料部件的设计，通过进料部件的设计，在设计中，利用 Solidworks 三维建模软件，建立机床各零部件模型以及总装配模型，并自动生3成工程图和施工图，优化其

15、图面和格式。并对其进行结构分析、刚度分析、运动特性分析，以及精度分析，保证其符合设计要求。1.3. 设计流程图 1-1 为本课题研究的流程图，通过方案的设计，以及结构分析、强度分析、运动性能分析和精度分析，生成满足设计要求的模型，并生成标准的工程图。图 1-1 研究流程图研究目的研究背景专机进料部件设计提出研究方案Solidworks三维建模Auto CAD 工程图设计结构分析强度分析运动性能分析产品模型生成标准工程图生成汽车连杆专机进料部件设计4第第 2 2 章章 进料部件总体设计进料部件总体设计汽车连杆的主要技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结

16、合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求如图 2-1 所示。图 2-1 汽车连杆总成（1）大、小头孔的尺寸精度、形状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。大头孔公差等级为 IT6，表面粗糙度 Ra 应不大于 0.8m；大头孔的圆柱度公差为 0.005 mm，小头孔公差等级为 IT8，表面粗糙度 Ra 应不大于 3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 0.0025 mm，素线平行度公差为 0.04/100 mm。（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汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀

17、，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公差较小；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。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在 100 mm长度上公差为 0.03 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为0.06 mm。（3）大、小头孔中心距5大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：2600.05 mm。（4）连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：

18、规定其垂直度公差等级应不低于 IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100 mm 长度上公差为 0.08 mm）。（5）大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。2.2. 专机设计的要

19、求本机床经精心设计和制造后，保证其质量优良。本机床能适应于管件接头、灯饰、机械、阀门、水龙头、汽车、瓦斯器材等零件加工，用途广泛。设计完成后，使机床能一次完成钻孔和攻丝过程，以提高其工作效率，降低生产成本。设计过程中，要充分考虑到使本机床的操作简单方便，机械结构合理，刚性强，耐磨性高，适合于重切削，生产时节省工作物的移动时间，工作台纵向行程使用气压来自动移动，并且纵向导轨在移动时，装有自动润滑装置，攻丝时保证安全可靠，并装有紧停和逆转开关。表 2-1 为本次设计的主要规格与参数：表 2-1：主要规格与参数钻孔能力25mm攻丝能力25mm工作台面尺寸230 x780mm横向行程140mm纵向行程

20、265mm主轴行程120mm两轴中心距离260mm主轴至工作台面距离470mm主轴至立柱距离165mm主轴转速左： 688右： 402汽车连杆专机进料部件设计6主轴端斜度MT#4MT#4电动机3HP 2.2KW净重约 750KG毛重1000KG木箱尺寸（长 x 宽 x 高）1288x1074x2008mm机床外形尺寸（长 x 宽 x 高）1110 x850 x1800mm2.3. 专机设计方案通过对设计目的的了解，确定本次汽车连杆专机进料部件设计中所需的零部件，主要为工作台、十字滑台、气动装置等。通过对机床的结构组成的了解及性能功用的分析，选择合适的材料及合适、经济的设计方案。在设计时，根据参

21、数要求（如表2-1 所示），以及参考机械设计手册，设计出标准合理的进料部件。各类机床通常由下列基本部分组成：支承部件，用于安装和支承其他部件和工件，承受其重量和切削力，如床身和立柱等；变速机构，用于改变主运动的速度；进给机构，用于改变进给量；主轴箱用以安装机床主轴；刀架、刀库；控制和操纵系统；润滑系统；冷却系统。 机床附属装置包括机床上下料装置、机械手、工业机器人等机床附加装置，以及卡盘、吸盘弹簧夹头、虎钳、回转工作台和分度头等机床附件。机床配件的合理运用有助于提高工作效率和节约成本，在机加工中已经得到了广泛的注意和运用。本设计主要负责进料部件的设计，保证其运动性能及精度要求，使其满足设计要求

22、，其布局图如图 2-2 所示。7图 2-2 专机进料部件布局图通过分析后，首先对工作台面进行整体设计，并根据机械设计手册中燕尾槽的标准，选择合适的参数配置。然后选择控制工作台面横向移动所需的汽缸，并安置于十字滑台中。并进行整体布局的优化设计，使其经济、安全，并满足运动性能要求。在设计中保证本机床的操作简单方便，机械的结构合理，刚度性强，耐磨性高，适合于重切削，生产时尽量节省工作物移动时间，工作台纵向行程使用气压自动移动，并且纵向导轨移动时，装有自动润滑装置以保证润滑良好，攻丝时要保证安全可靠，并在机床上安装紧停和逆转开关。2.4. 技术经济指标机床本身质量的优劣，直接影响所造机器的质量。衡量一

23、台机床的质量是多方面的，但主要是要求工艺性好，系列化、通用化、标准化程度高，结构简单，重量轻，工作可靠，生产率高等。本设计中进料部件的具体指标如下： 1. 工艺的可能性工艺的可能性是指机床适应不同生产要求的能力。本设计中，通过气动装置控制纵向行程，并自动运行，是生产操作方便，可以提高生产率，适用于零件的批量生产，降低机床成本。 2. 加工精度和表面粗糙度汽车连杆专机进料部件设计8要保证被加工零件的精度和表面粗糙度，机床本身必须具备一定的几何精度、运动精度及动态精度等。 几何精度是指机床在不运转时部件间相互位置精度和主要零件的形状精度、位置精度。机床的几何精度对加工精度有重要的影响，因此是评定机

24、床精度的主要指标。本设计中，需保证工作台台面的几何精度。运动精度是指机床在以工作速度运转时主要零部件的几何位置精度，几何位置的变化量越大，运动精度越低。 本设计中，通过夹具定位加工零件后，通过控制气缸及撞块来保证运动精度。如图 2-3 所示：图 2-3 进料部件图（运动性能的控制）以上两种种精度指标都是在空载条件下检测的，为全面反映机床的性能，必须要求机床有一定的动态精度和温升作用下主要零部件的形状、位置精度。影响动态精度的主要因素有机床的刚度、抗振性和热变形等。 机床的刚度指机床在外力作用下抵抗变形的能力，机床的刚度越大，动态精度越高。机床构件本身的刚度主要取决于构件本身的材料性质、截面形状

25、、大小等。构件之间的接触刚度不仅与接触材料、接触面的几何尺寸和硬度有关，而且还与接触面的表面粗糙度、几何精度、加工方法、接触面介质、预压力等因素有关。本设计中，设计好工作台后，对其进行 Solidworks SimulationXpress 仿真分析，以保证其受力合理。 3. 生产率9合理的设计机床的机械结构，使操作简单化、自动化、一体化，本设计通过使钻孔、攻丝一次完成，并使用启动装置使工作台纵向自动移动，这样可以提高工作效率，从而提高生产率。4. 系列化、通用化、标准化程度机床的系列化、通用化、标准化是密切联系的，本设计中，各零部件的尺寸都按标准设计，以保证其合理，操作方便简洁。 5. 机床

26、的寿命机床结构的可靠性和耐磨性是衡量机床寿命的主要指标。影响寿命的主要因素有腐蚀、磨损、疲劳以及操作的规范性等。进料部件设计好后，要经常保养，防止腐蚀，并通过润滑来减少磨损，机床工作不要过度，以免降低其寿命。2.5. 进料部件的润滑本进料部件的润滑主要是工作台及滑台导轨的润滑；机床润滑油脂包括：液压油、液压导轨油和润滑油(脂)，不同的机床种类及工况的不同对润滑油品的性能有不同的要求。 （1）导轨的润滑 本进料部件的润滑主要是导轨的润滑，导轨的负荷及速度变化很大，一般导轨面的负荷为 3-8N/cm2,但由于导轨频繁的进行反复运动，因此容易产生边界润滑，甚至半干润滑而导致爬行现象，机床设计和材料润

27、滑不良是导致爬行的主要原因。 （2）润滑的特点本专机的润滑方式及润滑油脂的选择是根据机床的结构、自动化程度、机床使用的工况及对精密度的要求进行综合衡量而作出决定的，本设计中，通过润滑使各零部件减磨降耗，同时也力求避免温升和振动。 汽车连杆专机进料部件设计10第第 3 3 章章 进料部件工作台设计进料部件工作台设计工作台台面设计工作台是零件加工平台，台面采用刮削工艺，工作面上可加工成 V 型槽、T 型槽、U 型槽等，本设计中采用的是 T 型槽，T 型槽工作台又称 T 型槽平板，是工业量具的一种，主要用来固定工件，是钳工工人用来调试设备，装配设备，维修设备的基础工作平台。采用高强度铸铁 HT200

28、-300 为工作面的材质，其硬度为 HB170-240，经过两次人工处理使用该产品 的精度稳定，耐磨性能好。精度按国家标准计量检定规程执行，T 型槽工作台分为四个等级，分别为0、1、2、3 四个等级（数值越小精度越高）。由表 2-1 中规格参数知工作台台面尺寸参数为 230 x780mm，并通过机械设计手册中 T 型槽的规格中（如图 3-1 和表 3-1 所示）选取合适的尺寸：A=18mm；P=80mm图 3-1 进料部件工作台示意图11表 3-1 T 型槽间距尺寸（摘自 GB/T 158-1996）3.2. 滑动导轨的选择与设计滑动导轨是机床导轨中使用最广泛的类型，也是其他类型导轨的基础。直

29、线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。导轨可以是一个专门的零件，也可以是一个零件上起导向作用的部分。滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。按照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿 x、y、z 轴移动和绕它们转动（图 3-2 所示）。对于直线运动导轨，必须限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动的自由度。3.2.13.2.1导轨的要求导轨的要求1、导向精度高。导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。导轨的几何精度可

30、用线值或角值表示。2、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。导轨运动的不平稳性主要表现在低速运动时导轨速度的不均匀，使运动件出现时快时慢、时动时停的爬行现象。爬行现象主要取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳定性。为此，设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、配合表面的几何形状精度及润滑方式。3、耐磨性好。导轨的初始精度由制造保证，而导轨在使用过程中的精度保持性则与导轨面的耐磨性密切相关。导轨的耐磨性主要取决于导轨的类型、材料?导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。4、对温度变化的不敏感性。即导轨在温度变化的情况下仍能正常工作。导轨对温度变化的不敏感性主要取决于导轨类型、材料及导轨配

31、合间隙等。汽车连杆专机进料部件设计125、足够的刚度。在载荷的作用下，导轨的变形不应超过允许值。刚度不足不仅会降低导向精度，还会加快导轨面的磨损。刚度主要与导轨的类型、尺寸以及导轨材料等有关。6、结构工艺性好。导轨的结构应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低成本。3.2.23.2.2导轨的分类导轨的分类直线运动滑动导轨截面形状：主要有三角形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。1、三角形导轨：磨损后，能自动补偿间隙，导向精度随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载能力和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。2、矩形导轨：承载能力大，刚性较高，形状规则，制造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，

32、磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。3、燕尾形导轨：主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺点是几何形状比较复杂，难于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差，因此，通常用在结构尺寸较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。4、圆柱形导轨：导向性好，刚性高；但其制造精度要求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。3.2.33.2.3导轨的设计导轨的设计通过性能参数分析，本设计中选择燕尾形导轨的 T 型槽工作台，并根据机械设计手册中燕尾形导轨规格尺寸选择合适的参数，如图 3-5 和表 3-2 所示。图 3-6 燕尾形导轨图图 3-6 中，b 为斜镶条小端厚度，滑座及镶条斜度

33、K 为 1：50；1:100，镶条法向斜度垂直于 55方向斜度 K 为 1.82:50；0.82:100。13表 3-2 燕尾形导轨规格尺寸（注：单位为 mm）3.2.4.3.2.4.导轨间隙的调整导轨间隙的调整为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过大又会降低导向精度。为此常采用以下办法，以获得必要的间隙。1、采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法，以获得合适的间隙。2、采用平镶条调整间隙。3、采用斜镶条调整间隙。这种间隙调整法是本设计中所用到的调隙法。斜镶条的侧面磨成斜度很小的斜面，导轨间隙是用镶条的纵向移动来调整的，为了缩短镶条长度，一般将其放在运

34、动件上。本设计中，用塞铁和调节螺钉来调整导轨的间隙，如图 3-5 和图 3-6 所示：图 3-5 用塞铁调整导轨间隙汽车连杆专机进料部件设计14图 3-6 塞铁的安装图 3-5 和 3-6 中，标号 1、2 分别为塞铁和调节螺钉，通过螺钉的调节，使塞铁处于合适的位置，以此来调整导轨的间隙。3.2.53.2.5导轨的刚度计算导轨的刚度计算为了保证机构的工作精度，设计时应保证导轨的最大弹性变形量不超过允许值。必要时应进行导轨的刚度计算或验算。由于导轨主要受静载荷作用，故导轨的刚度主要是指静刚度。如果忽略机座变形对导轨刚度的影响(假设机座为绝对刚体)，则导轨的刚度主要取决于在载荷作用下，导轨运动件和

35、承导件的弯曲变形和它们工作面间接触变形的大小。在计算导轨的弯曲变形时，可将与导轨运动件连成一体的工作台简化成梁，按工程力学中梁的变形公式进行简化计算。为了提高导轨的刚度，除必要时增大导轨尺寸外，常采用合理布置加强筋的办法，以达到既保证刚度又减轻重量的目的。导轨的接触变形可按经验公式估算，对于名义接触面积不超过 100150cm2 的钢和铸铁的接触，其接触变形 （单位为 m）为： = c p式中 p 一接触面间的平均压力（N/cm2）； c 系数，对于精刮导轨面（每 25mm25mm 在 16 点以上）和磨削导轨面（粗糙度 R a 为 0.160.32m）为 1.471.94，研磨表面（粗糙度

36、Ra 为0.010.02m)为 0.69。本设计中接触面间的平均压力约为 5N/cm2，即 P=5N/cm，选 c=1.80因此，接触变形约为： = c=1.80 x2.24=4.02mp所以，导轨的设计满足设计要求。3.3. 提高导轨耐磨性措施15为使导轨在较长的使用期间内保持一定的导向精度，必须提高导轨的耐磨性。由于磨损速度与材料性质、加工质量、表面压强、润滑及使用维护等因素直接有关，故欲想提高导轨的耐磨性，须从这些方面采取措施。1、合理选择导轨的材料及热处理用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦系数小，并具有良好的加工和热处理性质。常用的材料有：（1）铸铁 如 HT200、HT300 等，

37、均有较好的耐磨性。采用高磷铸铁(含磷量质量分数高于 0.3)、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁作导轨，耐磨性比普通铸铁分别提高14 倍。铸铁导轨的硬度一般为 180200HBS。为提高其表面硬度，采用表面淬火工艺，表面硬度可达 55HBC，导轨的耐磨性可提高 13 倍。（2）钢 常用的有碳素钢(40、50、T8A、T10A)和合金钢(20Cr、40Cr)。淬硬后钢导轨的耐磨性比一般铸铁导轨高 510 倍。要求高的可用 20Cr 制成，渗碳后淬硬至 5662HBC；要求低的用 40Cr 制成，高频淬火硬度至 5258HRC。钢制导轨一般做成条状，用螺钉及销钉固定在铸铁机座上，螺钉的尺寸和数量必须保证良好的接

38、触刚度，以免引起变形。（3）有色金属 常用的有黄铜、锡青铜、超硬铝(LC4)、铸铝(ZL6)等。 （4）塑料 聚四氟乙烯具有优良的减摩、耐磨和抗振性能，工作温度适应范围广（-200+280C），静、动摩擦系数都很小，是一种良好的减摩材料。以聚四氟乙烯为基体的塑料导轨性能良好，它是一种在钢板上烧结球状青铜颗粒并浸渍聚四氟乙烯塑料的板材。导轨板的厚度为 1.53mm，在多孔青铜颗粒上面的聚四氟乙烯表层厚为 0.025mm。这种塑料导轨板既有聚四氟乙烯的摩擦特性，又具有青铜和钢铁的刚性与导热性，装配时可用环氧树脂粘接在动导轨上。这种导轨用在数控机床、集成电路制板设备上，可保证较高的重复定位精度和满足

39、微量进给时无爬行的要求。2、减小导轨面压强导轨面的平均压强越小，分布越均匀，则磨损越均匀，磨损量越小。导轨面的压强取决于导轨的支承面积和负载，设计时应保证导轨工作面的最大压强不超过允许值。为此，许多精密导轨，常采用卸载导轨，即在导轨截荷的相反方向给运动件施加一个机械的或液压的作用力（卸载力），抵消导轨上的部分载荷，从而达到既保持导轨面间仍为直接接触，又减小导轨工作面的压力。一般卸载力取为运动件所受总重力的23 左右。3、保证导轨良好的润滑保证导轨良好的润滑，是减小导轨摩擦和磨损的另一个有效措施。这主要是润滑油的分子吸附在导轨接触表面，形成厚度约为 0.0050.008mm 的一层极薄的油膜，从

40、而阻止或减少导轨面间直接接触的缘故。汽车连杆专机进料部件设计16由于滑动导轨的运动速度一般较低，并且往复反向，运动和停顿相间进行，不易形成油楔，因此，要求润滑油具有合适的粘度和较好的油性，以防止导轨出现干摩擦现象。选择导轨润滑油的主要原则是载荷越大、速度越低，则油的粘度应越大；垂直导轨的润滑油粘度，应比水平导轨润滑油的粘度大些。在工作温度变化时，润滑油的粘度变化要小。润滑油应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，不浸蚀机件，油中的杂质应尽量少。对于精密机械中的导轨，应根据使用条件和性能特点来选择润滑油。常用的润滑油有机袖，精密机床液压导轨油和变压器油等。还有少数精密导轨，选用润滑脂进行润滑。关于

41、润滑方法，对于载荷不大、导轨面较窄的精密仪器导轨，通常只需直接在导轨上定期地用手加油即可，导轨面也不必开出油沟。对于大型及高速导轨，则多用手动油泵或自动润滑，并在导轨面上开出合适形状和数量的油沟，以使润滑油在导轨工作表面上分布均匀。4、提高导轨的精度提高导轨精度主要是保证导轨的直线度和各导轨面间的相对位置精度。导轨的直线度误差都规定在对导轨精度有利的方向上，如精密车床的床身导轨在垂直面内的直线度误差只允许上凸，以补偿导轨中间部分经常使用而产生向下凹的磨损。适当减小导轨工作面的粗糙度，可提高耐磨性，但过小的粗糙度不易贮存润滑油，甚至产生“分子吸力”，以致撕伤导轨面。粗糙度一般要求。mRa32.

42、03.4. 工作台的受力分析图 3-7 工作台图17图 3-7 为本次进料部件设计中工作台的设计，图中 1 为 T 型槽，用于加工零件的定位；2 为燕尾形导轨，用于与滑台联接；3 为 T 型槽，用于安装撞块。完成工作台的设计后，运用 SolidWorks SimulationXpress 进行仿真受力分析，在确定工作台的材料（铸铁）、固定及受力面后，对工作台面施加 500N 的压力。在运行前，改变网格密度，以提高分析的精度，如图 3-8 所示。图 3-8 工作台网格化运行之后，查看结果，选择“显示 von Mises 应力”，如图 3-9 所示，由于铸铁的屈服强度为 2.75742e+008N

43、/m2,而工作台所受的屈服力皆小于此屈服强度，所以该工作台的设计符合要求。汽车连杆专机进料部件设计18图 3-9 von Mises 应力图19第第 4 4 章章 进料部件滑台设计进料部件滑台设计滑台的介绍滑台工作原理是滑板在床身上做纵向运动，因其丝杠传动，再加上变速箱的作用，可获得快慢等多种运行速度。随着近年来机械工业的发展。在原有的机械滑台基础上，演变出数控机床滑台，即在原来机床滑台的基础上，把普通丝杠更换成滚珠丝杠，在铸铁的导轨面上镶嵌直线导轨。把变速箱电机更换成伺服电机，使滑台可以快速进退。利用滚珠丝杠和线轨获得较高的精度。本设计中滑台刚度高，热变形小，进给稳定性高 。机械滑台专用机床

44、一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。机械滑台专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。机械滑台的用途及

45、性能：在滑台上安装工件后做往复运动，也可在滑台上安装动力头等相关附件后，通过滑台的运动，对工件进行各种切削、钻削、镗削运动。用多个不同规格的滑台组合可进行复杂零部件的加工或进行批量生产，滑台可以快速运动和慢速运动，是机械加工行业中一种重要的机床附件。生产过程和工艺过程：产品的生产过程是指把原材料变为成品的全过程。本滑台的生产过程主要包括： 1、生产与技术的准备 如工艺设计和专用工艺装备的设计和制造、生产计划的编制、生产资料的准备等； 2、毛坯的制造 如铸造、锻造、冲压等； 3、零件的加工 切削加工、热处理、表面处理等； 4、产品的装配 如总装、部装、调试检验和油漆等； 5、生产的服务 如原材料

46、、外购件和工具的供应、运输、保管等；工艺过程中，若用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的工艺过程，称为机械加工工艺过程。同样，将加工好的零件装配成机器使之达到所要求的装配精度并获得预定技术性能的工艺过程，称为装配工艺过程。 汽车连杆专机进料部件设计20机械滑台加工工艺过程和装配工艺过程是机械制造工艺学研究的两项主要内容。 在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。如毛坯的制造、机械加工、热处理、装配等均为工艺过程。4.2. 滑台的要求本进料部件设计中，滑台是联接工作台和机床升降台的重要部件。滑台通过导轨

47、与工作台联接，并在滑台上安装气缸，使工作台能纵向移动，并由气缸自动控制；滑台通过导轨与机床升降台联接，通过丝杠传动，使滑台沿导轨横向移动，从而使进料部件具备横向移动的功能。使进料部件具有横纵向移动的功能，是滑台设计的主要要求。同时，选用合适的滑台也关系到组合机床整机的性能和经济性，该滑台通常设计时往往根据主动力部件的大小选用。4.3. 滑台的设计本设计中，根据表 2-1 中所给出的参数规格，设计合适大小的滑台，并且要与地三章中所设计的工作台配合安装。因此，本滑台设计中导轨也选择燕尾形导轨，参数如表 3-2 所示，具体可参照第三章中工作台的设计。对滑台参数确定后，对其建模，并与工作台组合，如图

48、4-1 和图 4-2 所示。图 4-1 滑台设计图21图 4-1 呈现出了进料部件滑台的具体结构，图中 1 处用于安装撞块，以保证进料部件纵向行程 260mm 的要求；图中 2 处用于安装耳座，用于安装的固定气缸，并通过气缸使进料部件纵向移动；图中 3 为导轨，滑台通过该导轨与升降台联接，并通过手柄使滑台沿导轨横向移动。图 4-2 滑台与工作台装配图图 4-2 中，显现了本次设计中滑台的具体位置与安装，滑台通过燕尾形导轨与升降台联接，使进料部件具有横向移动的功能，并且通过导轨与进料部件的工作台联接，使工作台沿着导轨，具有纵向移动的功能。滑台在本次设计中，还起到安装气缸的作用。汽车连杆专机进料部

49、件设计22第第 5 5 章章 气动装置的设计气动装置的设计气缸的原理与结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，其内部结构如图 5-1 所示：图 5-1 SMC 气缸原理图1）缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到 Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。 SMC CM2 气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆

50、用压铆链接，不用螺母。 2）端盖 端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。 3）活塞 23活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成

51、树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。 4）活塞杆 活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。 5）密封圈 回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。 气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑气缸。5.2. 气缸的选择与设计本设计中，通过气缸来控制工作台的纵向移动，选择气缸时，要根据气缸

52、推杆所需的推力来确定气缸的直径，根据工作台的体积计算出工作台的质量约为 140Kg，根据表气缸搬送质量与气缸密度查询表得，当搬送质量为 153Kg 左右时，选择内径为63mm 的气缸。确定气缸的内径后，再参考表 5-1 基本型气缸参数表，选择 CA2 圆柱形气缸，行程为 280mm。表 5-1 基本型气缸参数表汽车连杆专机进料部件设计24气缸的安装，依不同场合而不同，本设计中，气缸选择轴向支座安装法（如图5-2 所示）。图 5-2 气缸安装方法确定好气缸的设计和安装方法后，将气缸安装于滑台中，如图 5-3 所示：图 5-3 气缸与滑台的装配如图 5-3 所示，气缸安装于滑台中，滑台通过导轨与机

53、床升降台联接，滑台沿导轨运动时，使整个进料部件横向移动，气缸固定在滑台上后，通过活塞杆推动工作台的纵向移动，从而保证了进料部件具有横纵向移动的功能，并且纵向移动是由气缸自动控制，满足了设计的要求。5.3. 气缸推力的计算气缸理论最大推力为：F= P（D-d）/4 （5-1）25式中 P-公称压力，本设计中为 0.7MP D-气缸内径，mm d-活塞杆直径，mm本设计中，选择内径为 63mm 的气缸，根据机械设计手册中“气缸内径、活塞杆直径标准”可知，选择直径为 20mm 的活塞杆。将数据带入 5-1 式得：F=0.7xx（63-20）/4=1962N由于工作台及加工零件的总重量约为 1400NF=1962N所以本次设计中，气缸的选择与设计合理。汽车连杆专机进料部件设计26第第 6 6 章章 总总 结结6.1.主要成果这个课题作为上海沪东机床厂 ZS25H 双轴复合机设计的一部分，主要