[优秀毕业设计精品]连杆平行度测量仪的研制.doc

第一章 绪 论 连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度它在柴油机中，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 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。

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在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测5-6个参数连杆平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目其测头装配图如图1-2.图1-1 连杆零件图图1-2 测头装配图图1-2 测头装配图 连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求。

目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，连杆测头装配图如图（1-2）与传统的利用三座标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备其结构简图如图1-3图 1-3 连杆平行度测量仪立体 ４０第二章 机电一体化技术简介2.1 机电一体化概要 　　机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。

由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别 2.2 机电一体化的核心技术　　1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求　　2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

　　3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证　　4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等　　5、传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节其功能越强，系统的自动化程序就越高　　6、伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响2.3 机电一体化的发展前景机械技术的发展进入机电一体化阶段就是使机械技术智能化，更好地代替人进行各项工作目前机械技术已经发展到采用微型计算机的阶段今后计算机技术的发展将在图象识别机器上看到文字和声音认别的景象计算机完全有可能取代人的五官功能，从而出现接近人类智慧的高度智能机器人微细加工技术是在尖端技术领域里进一步推进精致化、微小化和高度集成化，可以预见的二十一世纪，将会出现加工精度达到原子或分子水平的机床，加工处理技术也会在精密测量方面有较大的发展。

第三章 连杆加工工艺3.1 连杆简介众所周知，连杆是发动机的五大主关件之一，其在发动机中的地位是显而易见它是发动机传递动力的主要运动件，在机体中做复杂的平面运动，连杆小头随活塞作上下往复运动；连杆大头随曲轴作高速回转运动；连杆杆身在大、小头孔运动的合成下作复杂的摆动图3-1 连杆立体图连杆在承受往复的惯性力之外，还要承受高压气体的压力，在气体的压力和惯性力合成下形成交变载荷，这就要求连杆具有耐疲劳、抗冲击，并具备足够的强度、刚度和较好的韧性在今天随着汽车工业的高速发展，“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求:1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声；2)强度、刚度要高，并具有较高的韧性；3)连杆比要大，连杆要短这也就意味着对连杆的设计和加工有更高的要求连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成连杆大头是分开的,一半为连杆盖,另一半与杆身为一体,通过连杆螺栓连起来连杆大头孔内分别装有轴瓦,由于连杆体与连杆盖的接合面是与大小头孔的中心联线垂直,故称为直剖式连杆有些连杆大头结构粗大,为了使连杆在装卸时能从气缸孔内通过,采用斜剖式结构,即接合面与大、小头孔轴线形成一定的角度。

连杆材料一般采用45钢或40cr,45Mn2等优质钢或合金钢钢制连杆都用模锻制造毛坯它的锻造工艺有两种方案,将连杆体和盖分开锻造,连杆体和盖整体锻造从锻造后材料的组织来看,分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的,因此具有较高的强度,而整体锻造的连杆,铣切后,连杆盖的金属纤维是断裂的,因而削弱了强度整体锻造要增加切开连杆的工序,但整体锻造可以提高材料利用率,减少结合面的加工余量加工时装夹也较方便工厂中连杆的材料是40cr,调质处理,整体锻造,只需要一套锻模,一次便可锻成,也有利于组织和管理生产锻造时表面冷却速度快,对内产生压应力,表面应力是平衡的,但铣分开面后应力不平衡,易变形,所以要增加校力这一工序连杆是发动机的关键零件，对强度有较高的要求其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轴的回转运动，以输出动力就制造工艺而言，连杆属于较难锻造与加工的一种零件，为了提高发动机的效率，延长其使川寿命，有必要对连杆加工工艺进行改进3.2 连杆加工艺改进分析(1)采用了连杆撑断新工艺连杆撑断工艺的基本原理是:在连杆大头孔的剖分面上，加一个V型凹槽，在该凹槽处施加一个撑开的力，由于在V形凹槽处形成压力集中，而将连杆和连杆盖撑开，断口沿V形凹槽准确断裂，其断裂面的特性可使连杆体和连杆盖在装配时处于最佳吻合状态。

采用撑断工艺将连杆断开以后，连杆盖、杆结合面具有完全啮合的犬牙交错结构，以保证结合面精确相接、吻介，结合面不须再进行任何加工其优点如下:①减少了加工工序数(无结合面的铣削、磨削及拉削)，使连杆加工变得更简单，节省机床投资25％，减少刀具费用35％，节省能源40％ ,节省面积20％②由于结合面的特殊开口，使盖的定位准确，可保证连杆在使用过程中的精度，而不需要定位螺栓(只需要普通螺栓)，省去了螺母③由于连杆撑断接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力、抗剪能力④节省了操作人员⑤降低了生产线运行费用，减少了维护保养2)提高了连杆两孔中心距尺寸精度一是加工工艺改进前，大头孔与小头孔的钻、粗镗以及精镗均分开为两道工序，两次装夹，故两孔中心距的尺寸公差分布范围较大；工艺改进后，一次装夹钻或镗两孔，能够将连杆两孔中心距尺寸误差控制在很小范围内二是工艺改进后，车大头外圆在粗镗大头孔和小头孔后，更有利于后续工序回转自由度限制的一致性与稳定性3)保证了两孔的平行度一是连杆毛坯为模锻件，孔加工余量大，内应力变形大，改进后的工艺，由于先钻两孔，再粗磨端面，使连杆在钻孔工序时，避免了孔端面平面度、平行度被破坏。

二是改进后的连杆加工工艺，以连杆整个端面定位，并压紧整个端面，同时镗两孔，保证连杆两孔的平行度4)提高了连杆大头孔和小头铜套孔的光洁度、尺寸精度、形状精度改进后的连杆加工工艺，小头铜套孔在精位后进行滚压加工，有利于提高光洁度、尺寸精度，并能产生有利的残余压应力而大头孔采用珩磨加工，珩磨头与机床主轴浮动连接，有利于减少主轴回转中心与被加工孔的同轴度误差的影响3.3 连杆撑断工艺应考虑的问题 连杆撑断技术的原理是利用材料断裂理论，为保证连杆产品的性能和切削性，应关注以下几个问题:(1)毛坯材料及毛坯工艺撑断连杆要求其材料塑性变形小、强度较好、脆性适中、工艺性好按撑断加工技术要求，主要采用的材料有:高碳钢(广泛应用，例:一汽的连杆材料C70S6BY)、球墨铸铁、可锻铸铁、粉末烧结材料(粉末成分为Fe一Cu一C一S)，这几种材质的毛坯，室温下可实现脆性断裂，连杆大头孔不产生明显塑性变形，其变形量≤40微米例:一汽的连杆材料C7056BY其金相组织为珠光体加断续的铁素体，抗拉强度为900－1050MPa，屈服极限为520MPa，最大延伸率为10％撑断连杆锻件毛坯形状、尺寸与普遍连杆毛坯并无多大区别，但为减少撑断过程。