毕业设计说明书发动机连杆工艺设计及结构造型学号 12874107姓名周海涛班级机电124专业机电一体化技术系部机电技术学院指导老师张帆完成时间2014年9 月8 日至2015年4 月24目录引言 (1)第1章柴油机简介 (2)1.1柴油机的概述 (2)1.2柴油机的总体结构 (2)第2章连杆的总体造型分析 (3)2.1连杆的功用 (3)2.2连杆组成部分 (3)2.3连杆的受力分析 (4)2.4连杆材料的金属性能及特点 (4)2.5连杆零件图的分析 (5)2.6连杆工艺分析 (7)第3章工艺规程设计 (9)3.1基准面的选择 (9)3.2制定工艺路线 (9)3.3工艺过程的安排 (10)3.4确定合理的夹紧方法 (10)3.5连杆的加工 (10)3.6切削用量的选择原则 (12)第4章确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 (14)4.1确定加工余量 (14)4.2确定工序尺寸及其公差 (14)结束语 (17)参考文献 (18)附录： (19)引言连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。

此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。

因此，平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。

平面连杆机构的缺点是：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合柴油机连杆的作用就是把活塞的往复直线运动转变成曲轴的回转运动，以便向外输出，它是主要传动件之一，它在工作中主要承受拉压交变应力，它的质量对柴油机是否能平稳的工作，以及寿命的保证。

由于连杆在工作中受到复杂的交变载荷作用，会发生弯曲，扭曲，大小头孔壁的磨损及螺栓损坏、大头侧面扭伤等。

连杆除裂纹外、螺栓弯曲及损坏等明显损伤外，主要是弯曲、扭曲检验。

一般应在连杆检验器上进行，用千分表检查弯曲度，用塞尺检查扭曲度。

连杆大、小端承孔轴心线应在同一平面，其平行度误差（弯度）应与此平面垂直的方向。

这就涉及到零件的工作部位的加工精度要求，这就要求到我们要了解对发动机工艺的设计以及结构造型，制定工艺路线时主要考虑粗、精加工安排、加工方法选择、工序集中与分散、加工顺序等方面的要求。

接着确定加工余量、工序尺寸及金属材料性能、热处理、铣、刨、磨削的加工的切削用量。

第1章柴油机简介1.1柴油机的概述柴油机是热机的一种，是将柴油燃料的化学能经过燃烧释放的热能转化为机械能的机器。

其能量转化过程为：化学能-热能-机械能。

1.1.1柴油机的优点经济性好。

热效率在热机中最高，一般为35%-42%。

(1)功率范围大。

柴油机单机功率在0.6-6.8X10的四次方千瓦，搭配中间冷却器的涡轮增压器，适用范围广。

(2)机动性好。

启动方便、迅速、加速性能好，正常启动只需要几秒钟，并能很快的达到全负荷工况。

(3)低油耗。

比汽油机低20%-40%。

(4)低排放。

低CO2、PM的排放量。

(5)耐久性佳。

对于柴油车辆柴油机寿命可达30万-100万km，甚至更高。

(6)低维护成本。

有些柴油机的维护周期可达5万km。

1.1.2柴油机存在的缺点(1)运转时噪声大。

(2)废气中的有害成分对大气污染较为严重。

1.2柴油机的总体结构它是由机体组件、曲柄连杆机构、配气机构、燃机机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、启动系统。

本设计就是简述连杆机构的加工方法、工艺规程、设计依据等等。

2第2章连杆的总体造型分析2.1连杆的功用连杆组的功用是连接活塞与曲轴，实现往复运动与旋转运动的转换，并传递动力。

连杆组包括连杆、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴瓦和小头轴套等零件如图所示。

连杆工作既有上下往复运动，又有左右摆动。

既承受活塞传来的气体压力，有得承受活塞和它本身的往复运动和摆动运动的惯性力。

这些力的大小和方向周期性变化，使连杆内部产生冲击性的交变应力（拉伸、压缩、和弯曲应力等）。

因而要求连杆具有足够的强度和刚度，中量尽可能的轻，大小头的轴瓦耐磨。

图2.1 连杆零件图2.2连杆组成部分连杆的构造分为大头、杆身和大头三部分。

2.2.1连杆小头连杆与活塞连接的部位，做成空心圆柱状。

小头孔中压有衬套，衬套常用耐磨材料，常用：铝青铜、锡青铜等材料，小头顶部加工有小孔或铣缝，作为润滑油的通道。

2.2.2 连杆的杆身3连接大头与小头的连接部分，一般做成工字形的断面，既减轻重量，又有足够的抗弯强度和刚度。

2.2.3连杆大头连杆与曲轴轴颈相连接的部位，它们为两半组合，分离的一半称为连杆轴承盖，相互安装是用螺栓连接固定。

2.3连杆的受力分析连杆在工作是的条件恶劣主要有这四方面的了作用力：(1)气缸内要承受气体作用力。

(2)往复惯性力。

(3)旋转离心力及机件摩擦力的作用。

这四种里的方向大小会随着曲轴的转动角度变化而变化，综上所诉，其在柴油正常工作中一直处于一种复杂的受力状态下。

又因为连杆较为狭长的杆件，受到往复惯性力、旋转离心力，若自身的强度和刚度不够时，会发生弯曲变形造成轴承不均匀的磨损，会影响柴油机的正常工作，造成损失，危害大。

2.4连杆材料的金属性能及特点柴油机的连杆属于受力原件，拉伸、压缩以及惯性力和旋转离心力和连杆力矩所产生的交变载荷。

国内一般中、小型汽油机及柴油机连杆采用的传统材料主要是中碳钢与中碳合金钢，而增压中冷强化的柴油机一般采用中碳合金钢如铬钢、锰铬钢、镍合金钢等综合可分为以下三类：（1)非调制钢1微合金非调质钢，该材料的输出功率高，爆发压力高，连杆要有很寿命。

2高碳非调质钢，省略了锻后的热处理，非调制钢不仅节省能源，而且减少了生产工序，从而降低了成本。

（2）金属基复合材料；连杆，质量轻、强度好、膨胀系数小，对提高发动机效率和燃料经济性非常有利。

4（3）钛合金材料；金属钛的密度为4.5g／cm，仅为钢铁材料的58％，因此用钛合金制造汽车发动机连杆，在保证性能的同时，轻量化效果十分明显。

（4）粉末冶金材料粉末冶金连杆有技术经济性的优点，与锻钢相比有较好的机械性能和重量精度。

2.5连杆零件图的分析连杆是柴油机的关键零件之一，它将活塞的直线运动转化为回转运动，主要承受交变载荷，其能否平稳安全的工作对整台机器的的工作其功能毋庸置疑，这就设计到零件各部位的加工精度要求，连杆结构复杂，不规则，孔的精度，表面的粗糙度等等。

杆的刚度差，容易变形。

图2.2 柴油机连杆零件图56图2.3 连杆盖零件图（1） 如图2.1所示的零件小头φ5503.00+mm 的孔的表面精度等级为IT7级，用去除材料的方法获得的表面粗糙度为0.8um 。

（2）在小头对称线开沉孔上孔φ20小孔φ8需倒角120度用去除材料的方法获得表面粗糙度为1.6um 。

（3）零件大头以φ102022.00+mm 半圆孔为最高精度表面，精度等级为IT6, 用去除材料的方法获得的表面粗糙度为0.8um 。

（4）两孔间中心距为280±0.03，公差为0.06mm 。

（5）需用螺栓连接的接合面的表面粗糙度为去除材料的方法获得表面粗糙度为0.8um 。

（6）结合面上的定位孔φ2313.00+mm ，孔深65.00+mm ，孔壁表面粗糙度Ra3.2；两孔下还有M18×1.5的螺纹孔；两孔相对基准面A （结合面）有垂直度要求100∶0.15。

（7）大端的两面厚度要求651.0174.0--mm,表面粗糙度用去除材料的方法获得表面粗糙度为1.6um ；小端两面厚度52046.0-mm,表面粗糙度去除材料的方法获得表面粗糙度为6.3um2.6连杆工艺分析连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面——粗磨大小头两端面→拉连杆大小头侧定位面→拉连杆盖两端面及杆两端面倒角→拉小头两斜面→粗拉螺栓座面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧面→粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔→粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角→清洗零件→零件探伤、退磁→精铣螺栓座面及圆弧→铣断杆、盖→小头孔两斜端面上倒角→精磨连杆杆身两端面→加工螺栓孔→拉杆、盖结合面及倒角→去配对杆盖毛刺→清洗配对杆盖→检测配对杆盖结合面精度→人工装配→扭紧螺栓→打印杆盖配对标记号→粗镗大头孔及两侧倒角→半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔→检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度→压入小头孔衬套→称重去重→精镗大头孔、小头衬套孔→清洗→最终检查→成品防锈。

2.6.1连杆的工艺特点(1)连杆体和盖厚度不一样，改善了加工工艺性，盖两端面精度产品要求不高，可一次加工而成。

由于加工面小，冷却条件好，使加工振动和磨削烧伤不易产生。

连杆杆和盖装配后不存在端面不一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可在螺栓孔加工之前。

螺栓孔、轴瓦对端面的位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。

(2)连杆小头两端面由斜面和一段窄平面组成。

这种楔形结构的设计可增大其承压面积，以提高活塞的强度和刚性。

在加工方面，与一般连杆相比，增加了斜面加工和小头孔两斜面上倒角工序；用提高零件定位及压头导向精度来避免衬套压偏现象的发生，但却增加了压衬套工序加工的难度。

(3)带止口斜结合面。

连杆结合面结构种类较多，有平切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。

该连杆为带止口斜结合面。

2.6.2如何选定连杆定位基准面的分析精加工基准采用了无间隙定位方法，在产品设计出定位基准面。

在连杆杆和总7成的加工中，采用杆端面、小头顶面和侧面、大头侧面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜结合面加工工序的连杆盖加工中，采用了以其端面、螺栓两座面、一螺栓座面的侧面的加工定位方法。

这种重复定位精度高且稳定可靠的定位、夹紧方法，可使零件变形小，操作方便，能通用于从粗加工到精加工中的各道工序。

由于定位基准统一，使各工序中定位点的大小及位置也保持相同。

这些都为稳定工艺、保证加工精度提供了良好的条件。

2.7连杆的毛胚的类型柴油机连杆是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，故选用45钢，根据生产批量、零件材料及结构，选用模锻的加工方法。

锻模加工制造精度相对高，留得加工余量小适用于中小零件断网制造。

这样更有利于材料内部的组织的连续，可以使零件的强度更高。

毛胚如2.4图所示。

图2.4 连杆的毛胚第3章工艺规程设计3.1基准面的选择3.1.1基准面的选择的重要性基面的选择是工艺规程设计的重中之重，选择合适的基面，可以精确的加工工艺，以保证合格的生产率，以及质量要求，反之，漏洞百出，影响经济损失，更有甚者发生安全故障，使车间无法正常运行。