某發動機連桿及銑開連桿體和連桿蓋的工藝設計

摘要：發動機連桿的設計包括的范圍比較廣，有很多方面值得研究。在本文中，筆者從某活塞式發動機連桿設計作為出發點，詳細的探討了其加工工藝和相關的夾具的設計。活塞式發動機的連桿在工作的過程中需要承受較多的沖擊動載荷，所以其主要特點就是質量小，但是強度比較高，這主要是由其功能決定的。連桿作為主機的一個重要的零件，它的大小頭孔分別和曲軸、活塞連接，能夠很好的把活塞的氣體壓力傳送給曲軸，與此同時還能通過軸驅動使得活塞將汽缸中的氣體進行壓縮。也就是說活塞發動機連桿的設計需要遵循“先基準后一般”的加工準則，由此才能保證其強度能承受相應的沖擊動載荷。連桿的大小頭孔、兩端面、連桿體和蓋的結合面及螺栓孔定位面都是相當重要的加工表，影響著整個主機的性能。此外，在活塞發動機的夾具設計進行過程中也要依據連桿質量小、結構小的特征來設置相對應的夾具體結構的具體尺寸。這些都是活塞式發動機零件設計中務必要注意的地方。

關鍵詞：連桿 變形 加工工藝 夾具設計

1 發動機連桿簡介

1.1 連桿的用途及其特點

活塞式發動機的連桿是一個比較重要的傳動零件，活塞發動機的連桿主要由連桿體和連桿蓋組成，螺栓和螺母與曲軸將連桿體和連桿蓋上的大頭孔裝在一起。它的主要功能就是通過回轉運動向外傳輸動力。其工作的過程就是通過被氣體壓力作用的活塞頂面向曲軸傳輸動力，而作為發動機中的主要傳動部件之一將作用于活塞頂面的膨脹壓力傳遞給曲軸，并由曲軸的驅動帶動活塞壓縮汽缸中的氣體，這時候的曲柄的回轉運動就能產生動力。

活塞式發動機連桿的用途如此的重要，而其設計加工的好壞又切實的關系到這種功能的效果，所以說，要在設計加工的過程中保證其工藝的精度，由此確保發動機的性能。此外，還應重點把握反映連桿精度的參數：連桿大和小頭孔的平行度、形狀精度以及尺寸精度；連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；連桿大頭螺栓孔與結合面的垂直度；連桿大頭和小頭孔中心距尺寸精度。

1.2 連桿的材料

由于連桿具有質量小強度大的特點，并且還要承受多向交變的荷載，因此，必須選擇強度高的碳鋼和合金鋼等作為連桿材料才能滿足其需求，常用的材料有45鋼、55鋼、40CrMnB等。

2 連桿的加工工藝過程

2.1 加工階段的劃分和加工順序的安排

2.1.1 有關加工要求

活塞發動機的連桿在尺寸和形狀上要求較高的精度，在安裝的時候其位置的精度也是需要注意的。但是連桿自身在剛性上明顯不是很好，所以在加工過程中出現的殘余應力能夠使得它的形狀出現變化，為了避免這種情況的出現，減少殘余應力的方法就是將連桿加工工序中的粗加工和精加工工序獨立開來，這樣以來，在后續的精加工中就能給有效的對粗加工中出現的變形進行修繕以保證連桿符合技術要求。

大、小頭孔和兩端面、連桿體和蓋的結合面以及連桿螺栓孔定位面等都是在加工活塞發動機連桿時需要注意的，以及軸瓦鎖口槽、油孔等的表面加工工作。加工的過程中的順序可以按照連桿分合或者連桿合裝前后的加工階段來劃分，依據連桿的分合可以從連桿體和蓋切開之前、切開后和合裝后來劃分，而按照合裝前后則可分粗細加工兩個階段。

2.1.2 連桿工藝加工過程

按照連桿合裝之前和之后分出的連桿表面的粗細加工階段的主要有：在連桿體和連桿蓋合之前進行粗加工，完成輔助基準面的加工并銑、磨連桿體以及連桿蓋對口面都是此階段的主要任務；其次在連桿體和連桿蓋合并之后要進行半精加工以及精加工，主要包括精磨兩平面，半精鏜大頭孔及孔口倒角，珩磨大頭孔，精鏜小頭活塞銷軸承孔等。

2.2 主要孔的加工方法

大、小頭孔的加工是在加工活塞發動機連桿機械過程中對連桿質量起到重要作用的加工工序。其加工的具體措施是，在鉆、擴、鉸后，小頭孔在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜并達到IT6級公差等級，然后壓入襯套，再以襯套內孔定位精鏜大頭孔。而大頭孔經過擴、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達到IT6級公差等級。使得其粗糙度滿足要求之后進行銑開工序并組合連桿與連桿體進行精鏜。連桿的螺栓孔經過鉆、擴、鉸工序。在此過程中要注意用兩工位夾具確保螺栓孔的兩個端面與連桿大頭端面垂直。

3 銑開連桿體和連桿蓋的工序參數確定

3.1 工藝裝備簡介

銑床X62W是加工工藝進行之前需要準備的生產設備，因為它比起過去一般性的機床有了更多的功能，更能夠有利于活塞發動機連桿的加工。銑床X62W不僅僅具有機械、液壓、氣動、伺服驅動等常見的特點，還具備高精密、自動化的特點，這都有益于先進的控制理論和計算機網絡技術的運用，由此它在工作的時候效率和精度更好，有助于提高連桿的加工質量和處理加工中存在的問題。

3.2 工序參數確定

根據《機械制造工藝設計手冊》表2.4-79（90）選取數據

切削寬度ae=3mm 銑刀齒數Z=24

銑刀直徑D=63mm 切削速度V=0.34m/s

切削深度ap=2mm af=0.015mm/r d=40mm

則主軸轉速n=1000v/πD=103r/min

根據表3.1-74 按機床選取n=750r/min

則實際切削速度V=πDn/（1000×60）=2.47m/s

4 連桿體與連桿蓋的銑開工序

連桿的加工過程中連桿蓋和連桿本身的配置之后的結合強度大小程度受到剖分面的加工質量的影響，而剖分面作為連桿體和連桿蓋的結合面，其加工的時候其尺寸大小和安裝的位置是不是準確到位都關系到其剖分面本身的平面度、粗糙度等質量問題。想要避免這些問題，首先就要具備高精度的夾具和鋸片安裝，在加工的時候確保其平面度公差最大不過0.03mm 和剖分面與大頭孔端面的垂直度，最后就是要在銑開工序完成之后進行相應的磨削加工。

活塞發動機的連桿與連桿蓋工序的夾具設計過程中使用的連桿工件材料通常是45鋼，需要的銑開工序夾具在設計的時候要從其實際的銑剖分面功能出發，在材質和精確度方面都能符合實際的需要。因為一套設計完備并符合需要的夾具能夠提高工作效率，減少人力財力的投入。部分面夾具中的刀具為硬質合金端銑刀，部分面與小頭空軸心線和螺栓孔有尺寸和垂直度，在設計中一定要注意部分面與平面度。

4.1 夾具設計

設計首先要做好定位基準的選擇，連桿的兩個端面、小頭孔及大頭孔的兩側加工完成之后進行銑剖分面，于此同時要確保該分面的表面粗糙度符合標準。想要盡可能的減少誤差出現的可能性就得依據基準重合的準則使用小頭孔與連桿的端面作為基準。之后在定位連桿上蓋以基面（無標記面）、凸臺面和側面，并完成對連桿體以基面和小頭孔以及側面的定位。為了便于小型零件的裝卸，應當在夾緊方案設計中考慮相關夾具零件的大小。

4.2 夾具體設計

夾具體雖然制造周期不短，但是其安裝穩定，剛度好，能夠很好地將定位、夾具裝置連接成一體。正確安裝在機床上之后能夠在承受加工過程中的一些切削力。夾具體如圖1：

由《機床夾具設計手冊》（表1-2-25）得：

用扳手的六角螺母的夾緊力：M=12mm，P=1.75mm，L=140mm

作用力：F=70N，夾緊力：W0=5380N

家具能夠安全使用的標準就是夾緊力不小于切削力。

4.3 定位誤差的計算和分析

確保加工的時候需要的精度要求，此項中心距加工允差為0.2mm。

②連桿上蓋剖分面的尺寸要求。螺母座面不僅是加工面的工序基準，也是第一定位基準，對加工部分面而言，它與工序基準的距離■及相應的平行度誤差取決于基準在夾具中的位置。當基準重合時，定位基準的基準位置誤差是造成加工表面定位誤差的原因。

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作者簡介：

黃勇（1980-），男，河南信陽人，初級職稱，2005年7月畢業于陜西科技大學包裝工程專業，本科，現主要從事機械工程類教學工作。