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1、前言全套CAD图纸，联系153893706本次设计的课题是对柴油机连杆大小头孔的研磨装置的设计。通过我们在内江峨嵋柴油机厂连杆生产车间的实际参观和对连杆技术材料的分析，以及老师的讲解，我们对连杆有了足够的认识。连杆是柴油机中非常重要的一个部件，它连接了活塞与曲轴，把作用在活塞顶面的气体膨胀的力传给了曲轴，使活塞的往复运动变为了曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。从峨柴厂的实习中我们可以发现，连杆的生产中，研磨大小头孔的工艺相当的落后。在金
2、刚镗床上镗削后在采用手工研磨大小头孔。这种方法存在着很大的弊端。1手工研磨的研磨余量不好把握，使连杆的大小头孔的研磨余量不均匀，影响了工件的精度及使用性能。2手工研磨的生产效率低，只适应于小批量生产，不能满足大批量生产的需要，阻碍了产品生产规模的扩大。为了解决以上问题，本次设计的任务就是要设计一台可以代替手工研磨的专用装置。为了保证大小头孔的相对位置精度，专用磨床要可以实现两孔同时加工，并且具备结构简单、加工精度高、成本低、自动化程度高、操作简单等特点，以满足产品大批量生产的需要。摘要连杆是柴油机中非常重要的一个部件，它连接了活塞与曲轴，把作用在活塞顶面的气体膨胀的力传给了曲轴，使活塞的往复运
3、动变为了曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。连杆大小头孔在金刚镗床上加工后进行手动滚压小头孔，这种加工只适应于小批量生产，然而在大批量的生产中就没有实际的意义，因为这种加工不容易达到精度和表面粗糙度要求。为了解决这一问题，需要在加工方法上进行改进，使用能同时研磨大小头孔的专用装置，以提高生产率，减轻劳动强度，提高加工精度。所以设计了这台能同时研磨大小头孔的专用机床。关键词：连杆、强度、寿命、改进、效率。Abstract Connectin
4、g rod is a very important diesel engine component. It links the piston and crank, piston top face in the role of the gas expansion of the crank to enable the movement to the piston into the rotation of the crank movement. Connecting rod dramatic changes in their work bear the moving load, the D-bear
5、 pressure. Connecting rod in the movement of inertia and centrifugal force considerable power in the working conditions for connecting rod with high intensity, light weight, although good, strong resilience, life-long characteristics. Connecting rod sizes in the first lords boring lathe processing K
6、ong after the first small hand rollers Kong, which only apply to small batch processing, and then in the production of large quantities of no practical significance, since it is not easy to achieve precision processing and surface roughness. To address this problem, the need for improvements in proc
7、essing methods, and equipment used to the size of the first Kong dedicated machine tools to increase productivity and reduce labor intensity, and enhance processing accuracy. Keywords：Connecting rod、Intensity、 life expectancy,、improve、 efficiency。课题的提出 本次设计的课题是柴油机连杆孔研磨装置控制系统的设计。通过我们在四川内江峨嵋柴油机厂连杆生产车间
8、的实际参观和对连杆技术资料的分析，以及老师与车间工人的现场讲解，使我对连杆有了足够的认识。连杆是柴油机中一个非常重要的部件。它连接活塞与曲轴，把活塞的往复运动转变变为曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动过程中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆具有有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。 在实习中我们发现，在连杆的生产过程中，研磨大小头孔的工艺相当的落后。在金刚镗床上镗削后再采用手工研磨大小头孔。这种方法存在着很大的弊端：一、手工研磨的研磨余量不好把握，影响工件的形状公差和使用性能。二、手工研磨的生产效率低，只适用
9、于小批量生产，不能满足大批量生产的需要，阻碍了产品生产规模的扩大。为了解决以上问题，本次设计的任务就是要设计一台可以代替手工研磨的研磨装置。为了保证大小头孔的相对位置精度，研磨装置要可以实现两孔同时加工，并且具备结构简单、加工精度高、成本低、自动化程度高、操作简单等特点，以满足产品大批量生产的需要。附：连杆的技术要求注：材料：45钢 热处理：调质HBS219293在研磨工序之前，连杆两端高度差，两端的厚度相等2 传动方案的拟定2.1 设计的目的分析课题的要求是设计一台研磨185型柴油机连杆的专用研磨机床，实现连杆大小头孔同时自动研磨，并且具有较高的自动化程度，生产效率高，以此来改善目前连杆加工
10、主要靠手工研磨，加工精度差，生产效率低的现状。 在本次设计中我选用自由嵌砂研磨加工,这种加工方法加工精度可达到Ra0.02-0.04um,可以满足连杆的技术要求,并且能保持较高的生产率。研磨时,研磨剂连续加注或涂于研具的表面,起滑动作用,大部分的磨料则悬浮于研具与工件表面之间,起滚动切削的作用。研磨加工中的主运动是研磨棒的旋转，进给运动是工件随工作台的来回往复运动。其中进给运动要求能够实现快进、工进、工退、快退等操作，并且既能够实现自动循环进给运动，又能够实现人工控制进给运动。2.2 主运动传动方案的确定考虑立式布局工作时工件、工作台及夹具等由于重力的因素，在传动过程中容易磨损。机床采用卧式布
11、局。主运动采用电动机通过传动带传动。带传动具有传动平稳、噪声小、缓冲吸振、过载保护和便于张紧的优点。虽然带传动具有不能保证准确的传动比以及易于打滑的缺点，但本次设计研磨的装置中对传动比准确度要求不高，且所受工作载荷不太高，所以带传动的这些缺点对研磨的精度并不会产生大的影响。2.3 进给运动传动方案的确定2.3.1 进给系统的选择 液压系统作为一种传动技术，相对气动，机械传动，电气传动，具有以下突出优点：能产生很大的力，而且容易控制。能在大范围内实现无级调速 借助于阀或变量泵、变量马达等控制元件可以方便地进行无级调速，调速比可达2000，且可以获得较低的稳定速度。布局方便灵活 用液压传动实现直线
12、运动比用机械传动简单。容易实现过载保护，安全性大 机械设备中如果承受许用界限以上的负载是很危险的。液压系统中通过使用安全阀（液流阀）等液压元件可以实现自动过载保护。运动平稳可靠 液压元件能自动润滑，使用寿命长。便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制液压元件易于标准化、通用化、系列化。虽然液压系统也有其自身的缺点，但是根据本次设计的专用机床进给运动为往复直线运动的特点，本次设计的机床的进给系统采用液压传动更合适。2.3.2 方案的比较和确定传动方案的拟订 根据研磨装置在工作中的工况要求及液压传动的特点，可以拟订以下的传动方案（进给运动）方案一：液压控制回路图如下。YA1YA2YA3快进
13、+-+工进+-工退-+-快退-+停止-图21-液压缸 2-三位五通电磁阀 3-调速阀4-常闭式二位二通电磁阀 5- 液压泵电机 6-变量泵7-滤油器 8-油箱方案二：液压控制回路如下。 1-液压缸 2-三位五通液动滑阀 3-节流阀 4-液压泵电机 5-变量泵 6-滤油器 7-油箱 8三位四通电磁阀 8-油箱两种方案的比较方案一：这种油路基本能够实现快进、工进、工退、快退和停止这些工况的要求。虽然油路结构简单，成本低，但是由于直接采用行程开关来使活塞杆换向，阻力较大，换向不灵敏，且运动过程中冲击力较大，使得进给过程因液压油的冲击而运动不平稳。并且由于主油路上没有节流阀，对快进和快退无法进行速度调
14、节。方案二：这种油路也能够实现快进、工进、工退、快退和停止这些工况的要求。由于油路中有节流阀，它可以调整快进和快退的速度；回油路上的调速阀可以调整工进和工退时的速度；采用了先导式的结构可以减少进油的冲击，活塞杆的换向较灵敏；回油路上的单向阀可以使回油平稳而不急促，从而运动平稳。这种结构有利于速度的控制，有利于减小振动，使工作台平稳进给。但是此种油路结构比较复杂，成本较高。方案的选取从以上两种方案的分析中可以看到，方案二结构比方案一复杂，成本也较高些，但是其液压冲击振动比较小，并且可以实现无级调速，易于保证加工精度，实现自动控制。参照连杆的生产纲领、加工精度，从长远的经济效益考虑，方案二是最佳选
15、择。3设计计算3.1 计算连杆大小头内孔面积 查实用机械加工工艺手册，湿研内孔的研磨压力为0.120.28MPa,取湿研压力0.2MPa,即则切削力分别为： 3.2 计算传递效率查机械设计手册得传递效率 3.3 选择电机查实用加工工艺手册得，湿研内孔速度50100m/min，即0.831.6m/s，取湿研速度1.2m/s.由kw查机械零件设计手册选取Y系列封闭三相异步电机，型号：Y112M6,其额定电压380V，额定频率50HZ，电机为Y联结,n=940r/min.。3.4 计算大小头孔主轴的传递功率及转速3.4.1 连杆大头孔主轴传递功率 连杆大头孔主轴速度 连杆小头孔主轴传递功率连杆小头孔
16、主轴速度3.4.2 带传动相关零件设计及计算 设计功率 查机械零件设计手册得，工况系数 则， 选定带型查机械零件设计手册图，选取普通A型V带。确定传动比确定带轮基准直径小轮直径，即装在电机轴上带轮直径，参考机械零件设计手册取，。大头孔轴带轮直径 查机械零件设计手册取小头孔轴带轮直径 查机械零件设计手册取两主轴实际转速设计带速由初定轴间距，取 mm所需基准长度查机械零件设计手册选取基准长度 查机械零件设计手册选取基准长度3.4.3 确定实际电机轴与主轴距离确定大头孔轴与电机主轴距离安装时所需最小轴间距张紧或补偿最大轴间距确定小头孔轴与电机主轴距离安装时所需最小轴间距张紧或补偿最大轴间距3.4.4
17、 确定小带轮包角 合乎要求 合乎要求3.4.5 皮带的选择单根V带的基本额定功率 由，查机械零件设计手册得，P=0.71w。考虑传动比的影响，查机械零件设计手册表得额定功率增量:确定 V带根数1）对大头孔主轴查机械零件设计手册得=0.99，=1.09故 取3根2） 对小头孔主轴查机械零件设计手册得=1，=1.06故 取2根单根V带的预紧力由 查机械零件设计手册m=0.10kg/m则 确定作用在大头孔轴上力确定作用在小头孔轴上力3.5 主轴设计3.5.1 主轴材料两主轴均选用45钢，调质处理，达到HBS 217255, ,许用弯曲应力，。3.5.2 确定主轴的直径按轴所传递的转矩初估轴的最小直径
18、由公式 对于大头孔轴传递的功率查机械零件设计手册，得A取值为118-107则 由于最小轴径处装有带轮，且有一键槽，轴径应增大5%则 对于小头孔轴传递的功率查机械零件设计手册，得A取值为118-107则 由于最小轴径处装有带轮，且有一键槽，轴径应增大5%则为便于主轴的设计制造，均取标准值3.5.3 主轴结构设计初估轴径，并合理安排轴上零件（皮带轮，滚动轴承，研磨杆等）轴向位置，按轴的结构设计要点，解决好轴上零件的轴向固定，轴上零件的周向连接。还应考虑轴的结构便于制造，装拆，避免造成应力集中，尽量提高轴的工作能力。 大头孔主轴的设计计算大头孔轴结构见图轴上尺寸有 OA=30mm,AB=120mm,
19、BC=200mm,CD=60mm1） 求支反力知 则 对于H面2）计算弯矩3）计算扭矩轴传递的扭矩则 4）当量弯矩计算5）校核危险截面强度知危险截面发生在B面出综上知符合强度要求 小头孔主轴设计计算小头孔轴结构见图轴上尺寸有 OA=30mm,AB=120mm,BC=200mm,CD=60mm1）求支反力知 则 对于H面2）计算弯矩3）计算扭矩轴传递的扭矩则 4）当量弯矩的计算5）校核危险截面强度知危险截面发生在B面处综上知符合强度要求3.6 键的选择查机械零件设计手册，选取平头A型普通键，型号： 查机械零件设计手册中，键联结的许用应力强度校核：对于大头孔轴键：对于小头孔轴键：综上，说明键符合强
20、度要求3.7 轴承的选择轴承的选择查机械零件设计手册，选向心角接触球轴承，均选用7007C(GB/T 2921994)型。相关参数为：3.7.1 大头孔轴承寿命计算其受力分析如图 则 1）当工件工进时 知轴承1、2被压紧，轴承3松开。为求出轴承极限寿命，假定轴承1被压紧，2、3松开。则 2）当工件工退时 故 轴承3压紧，轴承1、2松开 求轴承当量载荷1）当工件工进时 取 查机械零件设计手册， 查表取冲击载荷系数（中等冲击） 查机械零件设计手册 同理求出2） 当工件工退时 查机械零件设计手册 查机械零件设计手册 得 查机械零件设计手册 得 3）确定大头孔轴承寿命由查机械零件设计手册表 取温度系数
21、，转速相同均为413r/min，选用来计算轴承的极限寿命3.7.2 小头孔轴承寿命计算 其受力分析如图则 1）当工件工进时 知轴承1、2被压紧，轴承3松开。为求出轴承极限寿命，假定轴承1被压紧，2、3松开。则 2）当工件工退时 故 轴承3压紧，轴承1、2松开 求轴承当量载荷1）当工件工进时 取 查机械零件设计手册，查表取冲击载荷系数（中等冲击） 查机械零件设计手册 同理求出 2）当工件工退时 查机械零件设计手册 查机械零件设计手册 得 查机械零件设计手册 得 （3） 确定小头孔轴承寿命由查机械零件设计手册表 取温度系数，转速相同均为413r/min，选用来计算轴承的极限寿命4 研磨头部分的设计
22、4.1 研具材料的选择：研具在一定程度上会把本身的集几何形状复映给工件，因此，要求研具要有一定的几何形状精度，足够的刚性。良好的耐磨性和精度保持性，材质均匀，组织细密。研具材料应比工件软，而连杆工件材料为45#，硬度为HB217293，查询机械加工技术手册可选用铸铁为研具材料。4.2 研磨棒的结构：由于是湿研研具，要考虑到及时排屑。存储多余的磨料及散热等，所以采用在研具上开直槽和螺旋槽的措施。研具外径口比工件内径小0.01-0.25mm，则大头孔研具直径53 小头孔直径28 。研具与锥柄心轴的配合锥度选用1：50锥柄心轴与主轴的配合锥选用莫氏3号锥角，取其精度等级为5级，锥度C=1：19，锥角
23、，锥角角度公差大头为，小头为。4.3 研磨操作工艺参数的选取：2.3.1、研磨工艺参数的选取，查实用机械加工工艺手册湿研内孔的研磨压力为0.120.28MPa,取湿研压力0.2MPa,即2x105pa。研磨速度由查实用加工工艺手册得，湿研内孔速度50100m/min，即0.831.6m/s，取湿研速度1.2m/s.2.3.2、研磨孔的加工余量查表1518余量为0.070.04mm，取0.02mm（单边余量）。4.4 研磨膏的配制：4.4.1 研磨液的选取研磨的材料不同，研磨液也有所不同，大头为45#，小头铜衬套，查表1540知 研磨大头用的研磨液配方为：10号机油一份 + 煤油三份 + 锭子油
24、少量 + 矿物油（适量） 研磨小头用的研磨液配方为：动物油（猪油加磨料拌成糊状） + 30倍煤油 + 锭子油（少量） + 植物油4.4.2 磨料的选取原则：研磨软钢、有色金属采用氧化系刚玉，研磨淬硬钢、铸铁用SiC。其中研磨液起调和磨粒和冷却润滑的作用，研磨越细，则精度越高。根据查表153选用白刚玉类磨料。由表154磨料粒度选择W20。4.4.3 混合脂的配方由表1541选取：硬脂酸颗粒44%、石蜡28%、工业用蜡油20%、蜂蜡8%，使用温度80C250C。4.4.4 配制方法 先按配方配制好研磨液和混合脂，再将它们加热到1000C，搅拌成混合液，待冷却到600C-800C时逐渐加入磨料，并不
25、断搅拌直至成半软膏状，经自然冷却即可使用。5 其他结构的设计5.1 主轴箱的结构设计考虑到该机床的装配以及拆卸、轴承的润滑，采用了分割式箱体，其上还设有窥视孔观察其内部，通气口、油塞（便于倒油）使结果更加得合理化。箱盖与箱底采用锥销定位方式，有利于位置度的保证，并用6个螺栓锁紧。5.2床身的设计 由于该机床属于专用机床，采用的是液压系统进给，为了有利于机床的合理化，为此床身采用铸铁，并且床身高度受到一定的限制，床身筋板上的工作面只能用龙门刨或龙门铣来完成。5.3底座的设计 机床底座主要采用出铸造和焊接相结合的方法，同时增加筋板有利于提高机床的刚度。5.4防护罩 机床的设计也应该考虑其加工时的安
26、全性，为此我们设计防护罩，它可以防止人与皮带等传动件的接触，从而避免人身安全受到威胁可防止异物与皮带等接触，避免事故的发生 6 重点分析说明6.1 主轴支承部分结构的分析6.1.1 从工作要求来看： 从机床工作对主轴传动部分要求来看，要求限制主轴的径向跳动（摆动）和主轴的轴向移动。 从主轴传动支承件的寿命影响因素来看，则要求对轴承润滑，则相应也就要求对油的密封。 从主轴的定位来看，要求主轴能够被限制轴向移动和径向摆动。6.1.2 从设计结构来看： 轴上台阶A，B可以限制轴承在轴向方向的移动。 因为研磨时，对于轴的轴向力比径向力大得多，故用向心角接触球轴承合理。当工作轴向力向左时，此时轴承8、9
27、被压紧，轴承3被放松，轴承8、9因为被压紧而产生向右的抗力即轴承支承力，以平衡轴向力。同样当轴向工作力向右时，则轴承8、9被放松，轴承3被压紧，则此时轴承3也会产生一个向左的抗力，以平衡轴向力。由此可见轴承3、8、9可以起平衡轴向力的作用（注：轴承只能提供较小的轴向支反力） 轴承挡圈4的作用是保证轴承3和9能够调整（自动），避免了3和9相靠而不能起到应有的向心推力作用。 轴承3、8、9在轴承端盖的作用下，被限制定位，通过7（调整垫片）来调整轴承间隙。 轴承端盖上的密封圈可以防止润滑油的外泄，从而减少了润滑油的浪费。 轴承3、9的组合，并在一定的预紧作用下，可以减少轴承的径向跳动（摆动）。综上：
28、主轴的支承结构较为合理。6.2 轴承的润滑主轴在旋转时，轴上的几个轴承始终处于高速旋转状态，如果长期处于这种旋转状态，轴承的寿命将会很短，既影响加工又浪费资源。故考虑到轴承的寿命问题，在设计时特在其中小头孔主轴上加上了一个甩油盘，其作用是在轴旋转的过程中，将油槽内的油甩起来，油四溅到主轴箱内壁，在主轴箱下箱体的上边沿特意设计了回油沟，从上箱壁流下来的油都汇聚在回油沟里，回油沟的终端即是轴承，于是所有的油又流经轴承再回到油槽内，如此循环，轴承就得到了很好的润滑。同时，为了防止油的外泄，所以在轴承端盖和主轴之间特意加上了密封圈，防止油外泄，以减少经济损失。在轴承端盖和箱体接触的部分也加上了调整垫片
29、，它也可以起到部分防止漏油的作用。7 使用及其维护说明7.1 使用说明（1）使用前，应根据生产纲领对调速阀和节流阀的流量作较小的调整，从而满足生产纲领的要求。注意调试过程中应尽量不使研磨进给速度很大。（2）使用前，应将电磁调速电机（主电机）的速度调定到288rpm。（3）使用前应检查各个零部件固定处是否固定妥当，并加入润滑油，检查油的密封是否良好。禁止固定件没有固定妥当和无润滑油而运行机床。（4）检查拉杆是否对研磨体定位良好，防止因松动而影响加工质量和出现事故的发生。（5）机床导轨在工作前要涂上润滑油，以减小摩擦。（6）使用过程中要严格按照操作规程进行。7.2 维护说明（1）主轴轴承采用32号
30、机油润滑，为此我们要定期检查箱内的油面高度是否在规定的高度或者以上，如果在规定的高度以下了则应立即加入润滑油，润滑油用到一定的期限时，应更换新的润滑油。（2）导轨在工作过程中应保持其上随时都有润滑油，以减小摩擦，提高导轨的工作精度和寿命（使用寿命）。（3） 检查密封件密封的是否完好，如果密封效果差则应采取相应的措施对其完善。（4） 夹具体上的假销应保持良好的润滑，以提高其工作使用寿命。参考资料1上海市机械工程学会编写.简明实用机械手册第二版.北京：机械工业出版社，1993年.2机械设计手册联合编写组.机械设计手册上册.北京：化学工业出版社，1978年.3东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零
31、件设计手册 第二版 上册.沈阳：冶金工业出版社，1979年.4汪恺.机械设计标准应用手册第二卷.北京： 机械工业出版社，1996年.5成大先.机械设计手册第四版. 北京：化学工业出版，2001年.6杨黎明.机床夹具设计手册.北京:国防工业出版社，1999年.7冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999年.8黄天铭.机械制造工艺学.重庆：重庆大学出版社，1994年.9张银喜.精密与特种加工.武汉：武汉理工大学出版社，2001年.10袁乾绩 李文贵.机械制造技术基础 .北京：机械工业出版社，2001年.11龙振宇.机械设计.北京：机械工业出版社，2002年.12刘晋春 赵家齐 赵万生.特种加工.北京：机械工业出版社，1999年.13四川内燃机厂.180185柴油机连杆加工工序卡片.四川内江，1991年.14王志忠.精密研磨.中国计量出版社.北京，1989年.15秦川机床厂.磨床设计.北京：机械工业出版社，1974年.16祖业发.现代机械制图.北京：机械工业出版社，2002年.17李文贵.精密及特种加工技术.重庆：重庆大学出版社，2006年.
