發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿壓裝模設(shè)計(jì)

高立義

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，廣東廣州510550）

圖1是公司大批量生產(chǎn)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組件圖。產(chǎn)品試制初期，經(jīng)對(duì)壓裝后的活塞連桿組件檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)活塞徑向變形很大，圓度誤差最大達(dá)到0.20 mm，嚴(yán)重影響活塞連桿的裝配質(zhì)量。

1 技術(shù)分析

1.1 活塞的結(jié)構(gòu)分析

如圖1示，活塞的整體結(jié)構(gòu)類似于圓筒體，材料為鋁合金。工作時(shí)在燃燒室內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。為了減小活塞質(zhì)量，并在其內(nèi)腔給連桿小頭提供一定的運(yùn)動(dòng)空間，活塞被設(shè)計(jì)成薄壁筒件。

1.2 壓裝過(guò)程及工藝力分析

由圖1知，活塞銷與活塞a、b兩銷孔為過(guò)盈配合，與連桿孔為間隙配合。壓裝時(shí)活塞銷先壓入a孔，再穿過(guò)連桿孔，最后壓入b孔。在產(chǎn)品試制時(shí)，壓裝的全過(guò)程都是以活塞B面為支承面;當(dāng)活塞銷壓入活塞a孔時(shí)，因連桿兩側(cè)面與活塞內(nèi)腔兩凸臺(tái)端面存在較大間隙，薄壁活塞在壓裝力F和支承力f的作用下產(chǎn)生徑向變形。因此要消除活塞在壓裝過(guò)程中的徑向變形，就是在活塞銷壓入a孔的過(guò)程中，要將支承面設(shè)置在活塞內(nèi)腔凸臺(tái)的A端面上。要解決這個(gè)問(wèn)題，必須設(shè)計(jì)新的壓裝模具。

2 壓裝模設(shè)計(jì)

2.1 支承元件設(shè)計(jì)

根據(jù)前述，在活塞銷壓入活塞a、b兩孔過(guò)程中需要2個(gè)支承面;為此在壓裝模內(nèi)設(shè)計(jì)如下2個(gè)支承元件:

如圖2所示，設(shè)計(jì)一個(gè)U形支承3，用作活塞銷壓人a孔時(shí)對(duì)活塞A端面的支承元件。又如圖3所示，活塞內(nèi)腔存在兩個(gè)凸臺(tái)，再去除連桿小頭所占空間，U形支承有效工作空間在高度方向僅4 mm。為提高該結(jié)構(gòu)抗彎強(qiáng)度，綜合利用活塞內(nèi)腔凸臺(tái)兩側(cè)空間，將其截面也設(shè)計(jì)成U形結(jié)構(gòu)，具體形狀和尺寸見(jiàn)圖2和圖3中的K向視圖。

U形支承是模具的重要零件，焊接在支座5的上部。為提高其抗彎強(qiáng)度，采用40Gr制造，調(diào)質(zhì)處理硬度為200～220 HB。

設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)支承裝置，其中活動(dòng)頂桿7用作活塞銷壓入b孔時(shí)對(duì)活塞B平面的支承元件。頂桿的下端為斜面，用于傳遞柱塞11的運(yùn)動(dòng)及其支承力;側(cè)面開(kāi)一腰形槽，在導(dǎo)向銷釘9的作用下對(duì)自身定位?；顒?dòng)頂桿為空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有彈簧6和鋼球8;受限于活塞B平面結(jié)構(gòu)，活動(dòng)頂桿的直徑尺寸設(shè)計(jì)為φ16 mm（圖3）。

2.2 活塞銷定位導(dǎo)向元件設(shè)計(jì)

為方便壓裝過(guò)程中的具體操作，又考慮到活塞連桿屬于大批量壓裝，生產(chǎn)節(jié)拍短，設(shè)計(jì)定位塊1，裝在模具的最上方。壓裝前將活塞銷插入定位塊的定位孔內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞銷的4點(diǎn)定位及導(dǎo)向（圖4）。

2.3 活塞定位元件設(shè)計(jì)

在氣動(dòng)裝置中設(shè)置一鋼球。壓裝開(kāi)始前，鋼球和已插入定位塊中的活塞銷構(gòu)成組合定位元件，對(duì)活塞實(shí)行完全定位（圖4）。其中鋼球定3點(diǎn)，活塞銷定2點(diǎn)。

鋼球8裝在活動(dòng)頂桿7內(nèi)，由彈簧6支承（圖2）。設(shè)計(jì)活塞銷孔倒角錐面為活塞的定位面，錐面與其中位面的交線為鋼球的接觸線;鋼球直徑以此為設(shè)計(jì)條件用CAD作圖求出。

2.4 氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，氣動(dòng)支承裝置由活動(dòng)頂桿7、堵頭14、導(dǎo)向銷13、氣缸體12和柱塞11等組成。裝置的a腔和b腔通過(guò)管路與換向閥（裝在氣動(dòng)壓床上）相連接。壓裝開(kāi)始時(shí)，a腔為出氣低壓腔，柱塞左端頂在堵頭端面上，活動(dòng)頂桿7處在最低位置。當(dāng)活塞銷壓進(jìn)連桿小頭孔時(shí)，行程開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)換向閥動(dòng)作，此時(shí)a腔變?yōu)楦邏呵唬倚?，其右端面頂住孔底，活?dòng)頂桿處在最高支承位置。

3 壓裝模的使用

生產(chǎn)中壓裝模安裝在氣動(dòng)壓床上。壓裝開(kāi)始前，模具的氣動(dòng)支承裝置處于初始狀態(tài)，活動(dòng)頂桿處于最低位置。

首先將連桿小頭裝入活塞內(nèi)腔兩凸臺(tái)平面間，再將它們同時(shí)插入模具的U形懸臂支承中。左手將活塞的b銷孔倒角錐面壓在定位鋼球上;右手將活塞銷插進(jìn)定位塊的定位孔中，并將銷下端的倒角錐面壓在活塞的a銷孔倒角錐面上，此時(shí)活塞在模具中獲得了相對(duì)于活塞銷的定位（圖4）。

右腳踩下氣動(dòng)開(kāi)關(guān)，裝在氣動(dòng)壓床上的壓桿緩慢地將活塞銷壓入活塞的a孔，活塞立即垂直下行，其A平面壓在U形懸臂支承的D面上（圖4）;迅即用右手調(diào)整連桿小頭位置，使活塞銷穿過(guò)連桿銷孔。此時(shí)裝在壓床上的換向閥換向（圖5），活動(dòng)頂桿在柱塞推動(dòng)下到達(dá)最高位置，其上端面頂住活塞的B平面。壓桿繼續(xù)下行，將活塞銷壓入活塞b孔中;銷的軸向位置由行程開(kāi)關(guān)確定。

4 結(jié)語(yǔ)

活塞連桿壓裝模設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)懸壁U形結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)頂桿元件，在活塞壓裝過(guò)程的兩個(gè)時(shí)段依次對(duì)其合理部位進(jìn)行支承，極大地減小了活塞的徑向變形;設(shè)計(jì)鋼球及活塞銷為活塞的組合定位元件，設(shè)計(jì)活塞銷的定位導(dǎo)向元件，方便了操作，提高了生產(chǎn)效率。使用結(jié)果表明:壓裝模完全能保證活塞連桿壓裝質(zhì)量和生產(chǎn)要求。