连杆大小头孔中心线平行度检测装置设计.docx

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连杆大小头孔中心线平行度检测装置设计

摘要

近年来随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车发动机的性能要求越来越高。

而连杆是发动机中的关键部件之一，其大、小头孔中心线的平行度必须达到一定的精度，否则会导致发动机耗油量大、磨擦大、噪音大。

因此设计一套测量连杆大、小头孔平行度的检测装置，是保证产品质量和提高生产效率的重要手段。

加工连杆过程中，对两孔轴线平行度的检验至关重要，它将直接影响连杆的装配精度和使用性能。

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。

因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。

连杆平行度检测装置是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。

本装置是由机械系统和控制系统两大部分所组成，我的设计内容主要是机械部分的设计，包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择，有关测试系统的控制设计及选择。

关键词：

连杆；平行度；检测

Abstract

Inrecentyears，withtherapiddevelopmentofautoindustry，peopleonthecarengineperformancedemandmoreandmore．Andconnectingrodisoneofthekeycomponentsoftheengine，itsbig，smallheadinthecenterholeparalleldegreemustsatisfycertainprecision，itcouldleadtomorefuel-efficientengines，frictionbig，noise．Sotodesignabig，smallheadmeasuringconnectingrodholeparalleldegreeofdetectiondevice，istoguaranteethequalityoftheproductandimproveproductionefficiencytheimportantmeans．Processingintheprocessofconnectingrod，twoholeaxisparalleldegreeofinspectionisveryimportant，itwoulddirectlyaffecttheconnectingrodassemblingaccuracyandperformance．

Theconnectingrodisoneofmotorcarenginemainpowertransmissioncomponents，oftenbeingatthehighspeedstateofmotion，therefore，whichrequeststhehighergradeoffitwithothercomponents．Thustheconnectingrodisexaminedintheproductiontobefrequentandthealsoessentiallink．Theconnectingrodparallelismmeasuringinstrumentisspeciallyforexaminesformeasuringtoolwhichtheautomobileconnectingroddesign，itsstructureissimple，themeasuringaccuracyishigh．Thisdesigniscomposedbythemechanicalsystemdesignandthecontrolsystemdesign，whichincludesthegeardrivedesignandthechoice，theballbearingguidescrewdesignandchooses，motormachinechoiceandinstallmentmechanicalsystemdesign，relatingtestsystemcontroldesignandchoice．Mydesigncontentmainlyfocusesonthemachinepartdesign．

Keywords：

Connectingrod；parallelism；examination

摘要I

CONTENTS

Abstract

1.2Connectingrodprocessingprocessimprovementanalysis4

1.3Connectingrodparalleldegreetestingdevelopmentathomeandabroad5

Chapter3Theparalleldegreedetectiondeviceconnectingthemechanical

partsoftheoveralldesign9

第1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[1]。

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。

连杆平行度检测装置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。

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[2]。

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，与传统的利用三坐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[3]。

其结构简图如图1-1。

精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一，这已被生产发展的历史所认可。

从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的[4]。

有人认为材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密工程的三大支柱[5]。

对于科学技术来说，测量与控制是使其发展的促进因素，测量的精度和效率在一定程度上决定着科学技术的水平[6]。

目前，国外量仪已与计算机技术和光电技术相结合，实现了自动化、数字化和多功能化，国内也正朝着这个方向发展[7]。

图1-1连杆平行度检测装置立体图

发动机连杆大小头孔中心距精度直接影响着发动机曲轴输出功率的稳定性，从而影响发动机的运行稳定性[8]。

连杆中心距误差将造成发动机两个方面的瞬时动力变化，即①导致压缩比变化造成传递动力变化；②导致连杆空间瞬时位置变化造成传递动力变化[9]。

1.1连杆简介

众所周知，连杆是发动机的五大主关件之一，如图1-2，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。

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。

图1-2连杆立体图

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[10]。

连杆材料一般采用45钢、40Cr或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[11]。

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。

1.2连杆加工工艺改进分析

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[12]。

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，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[13]。

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。

2.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