学科门类：单位代码：
毕业设计说明书（论文）
三孔连杆的机械加工工艺及工装设计
Mechanical Process analysis and J ig
Design for Three holes connecting rod
学生姓名
所学专业
班
学级号
指导教师
XXXXXXXXX 系
二○**年X X 月
开题报告
需要全套资料请直接联系扣扣（QQ ）：1969043202
一．课题的背景及意义
随着科学技术的发展，目前，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。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、更高的要求作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声强度、刚度要高，并具有较高的韧性连杆比要大，连杆要短。因此对连杆制定出一套合理的加工工艺方案以及设计出连杆加工的专用夹具十分具有重要的意义。
1．课题的国内外研究动态、目前的水平及发展趋势
21世纪，世界机械连杆加工工艺进入前所未有的高速发展阶段，对比其他行业，连杆工业的发展具有呈现出一下这些主要的特点：
（1）随着信息技术革命，管理思想与方法的根本性变化，企业组织形式也发生了变化，这些变化发生在跨国公司，并将成为新型全球化方式而发展下去。这种变化的主要特征是：广泛利用别国的生产设施与技术力量。在自己可以不拥有生产设施与制造技术所有权的情况，制造出最终产品，并进行全球销售。
传统的全球化方式有两种：一是以母国为生产基地，将产品销往其他国家；二是在海外投资建立生产制造基地，在国外制造产品，销售到东道国或其他国家。特点是：自己拥有制造设施与技术，产品完全由自己制造；在资源的利用上，仅限于利用东道国的原材料、人员或资金等。
（2）经济规模化。全球化的规模生产已经成为各大跨国公司发展的主流。在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，各大企业也纷纷加强对其主干业务的投资与研发，不断提高系统成套能力和个性化，多样化市场适应能力。
（3）地位基础化。发达国家重视装备制造业的发展，不仅在本国工业中所占比重、积累、就业、贡献均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物
[3]
质基础，是现代化经济不可缺少的战略性产业，即使是迈进“信息化社会”的工业化国家，也无不高度重视机械制造业的发展。
（4）发展极为不平衡区域性加剧。以2003年为例，销售额名列世界前500位的企业几乎来自北美洲、亚洲、欧洲，所占比例高达99%，显示了三大洲在世界机械工业发展中无与伦比的统治地位。
2．课题研究的目的、意义及工作设想
合理、正确的设计三孔连杆的机械加工工序及工装设计，同时，也是很好的对整个学习期间专业知识的总结，提高对专业知识的综合利用能力为在实际的工作岗位上打下坚实的专业基础。
二．毕业设计的内容及任务
1．设计思想
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在发动机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆除上下运动外，还左右摆动做复杂的平面运动。连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。由此看出连杆既是传递力的零件，又是运动件，因此连杆的作用十分的重要，一定要保证它的质量才能满足工作要求。
汽车连杆的结构组成及特点：汽车连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。连杆小头用活塞销与活塞连接。连杆体由大头、小头和连杆身组成。为了减少磨损和便于修理，大头孔和小头孔内部分别安装轴瓦和套筒。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。小头孔内压有青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理与更换。为了减少重量以减少惯性力和使连杆具有足够的强度和刚度，连杆身的截面通常为工“字”型。连杆大小头侧面有定位凸台作为机械加工的辅助定位基准。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等，即基本尺寸相同。在连杆小头的顶端设有油孔，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副。
2．设计方案
1．材料的选择汽车发动机连杆的材料有含碳的质量分数为0.42%-0.47%的碳钢、40Cr、35CrMo、球墨铸铁等，考虑到经济要求以及常见的材料，这里选用连杆的材料为45钢，并且45钢经过调制处理，可以提高它的强度和抗冲击能力。
2．连杆的毛坯的确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量受到下面因素的影响，首先要确
定下面的值。
（1）锻件公差，根据连杆的功能作用及技术要求，确定公差等级为普通级；
（2）根据最后加工的要求，估算锻造出来后的锻件质量为，
（3）锻件形状复杂系数S，计算公式为：S =m t /m n
大小在0.16＜S ≤0.32中，因此锻件形状复杂系数为S 3级。[5]S 值的
（4）锻件材质系数m 由于该零件选用的材料为45钢，碳的质量分数为0.45%，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，因此锻件的材质系数为M 1级。确定汽车连杆的机械加工余
量,查得单边余量在厚度方向为2.0-2.2μm，水平方是1.7-2.2μm，锻件孔的单边余量1.7mm ，由锻件的中心距公差得到锻件中心距公差为±0.8mm 。再由锻件长宽高度公差、锻件厚度公差、锻件内外表面加工余量、锻件内孔直径单边加工余量得到连杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量表，如表1所示。
表1连杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量表形状复杂系数材质系数[6][5]锻件质量/kg
2.5包容体质量/kg 9.2公差等级普通级S 3M 1
单边机械加工余量/mm 公差值及极限偏差/mm
宽度992+1. 72. （5−0. 8）
厚度38
2+1. 52. （2−0. 7）
孔径φ65. 51.7+1. 21. （8−0. 6）
3.工序的分析本工序主要是铣连杆体和连杆盖切开后的剖分面，剖分面与小头孔轴心线有尺寸精度要求：公差为1.6mm 。
4.定位基准的选择由于铣连杆体结合面之前，连杆的大小头两平面已经经过粗铣和粗磨等工序，小头孔已经经过钻、扩、绞的工序加工，及连杆两侧面已经过铣削加工，这样，各个面的精度都比较的高，按照基准重合原则，选用小头孔、端面以及一个侧面定位。选用小头孔定位限制了两个自由度，一个端面定位限制三个自由度，一个侧面限制一个自由度，
这样就限制了连杆的六个自由度，符合六点定位原则
5．定位误差的分析与计算基准不重合误差，由于本工序中定位基准与工序基准都是小头孔中心线和端面，因此基准不重合误差为0。
定位副制造不准确误差：确定定位销的基本尺寸为孔小头孔的基本尺寸29.8mm ，其配合一般按g 6或者f 7选取[10]，这里选g 6，因为销的尺寸为29.8mm ，查得g 6的基本偏差[11]为-0.007mm ，IT 6=0.011mm ，所以下偏差为：
ei =es －IT 6
则圆柱销的尺寸为φ29. 8−0. 018mm 。对于中心距的要求，以φ29. 80−0. 007+0. 033的中心为定位基准，基准重合，无基准不重合误差，但由于定位销与定位面之间存在间隙造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：
∆D =δD +δd +∆min
式中∆D 为铣剖分面的定位误差，δD 为工件孔的直径公差，值为0.033mm ，δd 为定位销的直径公差，值为0.011mm ，∆min 为孔和销的最小保证间隙，取为0。得：
1∆D =0.033+0.011+0=0.044mm 。因为×0. 16=0.053,0.044mm
加工精度要求，此定位方案合理。
6．加紧方案的确定夹紧装置要求能够给保持工件定位时的正确位置，并且提供的夹紧力要求大小合适，因此根据连杆的特点选用螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构结构简单方便。
7．切削力的计算查阅相关资料得到铣削力计算公式：
x F F c F a p f z y F a u
p z F c =k F C q F ωF d n [5][11]，操作
即夹紧力大于，说明夹紧方案合力。
3．课题研究拟采用的方法和手段
以机械制造工艺的基础知识为指导，结合力学分析、计算、校核方法，绘图以CAD完成。
1.主要零部件强度校核
2.零件工艺卡片设计及计算
设计主要尺寸图纸
（1）工艺卡片一张----------
（2）零件图一张--------0号图纸0号图纸
（3）夹具图一张----------0号图纸
4．预计毕业设计课题的最终目标及达到的水平
对整个零件的加工工艺有了一个大致的了解，使我较好的掌握了机械制造工艺的基本理论知识及夹具设计的方法和步骤，也使我学会了分析零件的工艺性、查阅工艺手册及切削手册、选择加工余量并确定工序余量、绘制毛坯图、制定工艺路线并制作工序卡片等；巩固、扩大并很好的强化自己以前所学的基础理论和专业知识，一定程度上提高了自己的基本技能通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益颇丰。
三．毕业设计工作计划及进度安排
第1周
第2周
第3周
第4周
第5周
第6周
第7周
第8周
第9周
第10周
第11周
第12周
第13周
第14周
第15周
第16周
第17周明确设计任务，根据课题要求查阅资料，借参考书；写开题报告,查阅相关外文资料；选择并确定外文翻译内容，进行外文翻译；完成开题报告；完成外文翻译；上交开题报告、外文翻译，进行总体方案及总体结构设计；熟悉零件结构，熟悉绘图软件的使用；分析零件作用及其工艺特点，选择加工基准进行；制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量等；编制机械加工工艺规程；组合连杆工艺卡片设计，夹具设计；绘制零件图、组合连杆工艺卡片总图；绘制零件加工工序图，绘制夹具图；整体修改整理图纸；撰写设计计算说明书；修改整理设计计算说明书；修改、整理、排版、打印、装订；教师评阅，准备答辩。
四．参考文献
[1]杨柏青.汽车发动机构造[M].重庆大学出版，2009.1
[2]戴枝荣，张远明.工程材料[M].北京：高等教育出版社，2006.3
[3]张洪涛.机械制造工艺及工装.北京：科学出版社,2008
[4]陈立德.机械制造装备设计.北京.高等教育出版社,2006
[5]吴拓.机械制造工艺与机床夹具.北京:机械工业出版社，2006
[6]王先逵.机械制造工艺学.北京.机械工业出版社,2006
[7]张权民.机床夹具设计.北京.科学出版社,2006
[8]吴宗泽.机械设计师手册.北京:机械工业出版社,2002
[9]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京:冶金工业出版社,2003
[10]王章忠.机械工程材料.北京:机械工业出版社,2001
[11]李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京:机械工业出版社,2005
[12]戴亚春.机械制造工艺实习指导书.北京:化学工业出版社,2007
[13]何庆.机械制造专业毕业设计指导.北京:化学工业出版社,2008
[14]黄如林等.金属加工工艺及工装设计.北京:化学工业出版社,2006
需要全套资料请直接联系扣扣（QQ ）：1969043202
零件图
8
9
学科门类：单位代码：
毕业设计说明书（论文）
三孔连杆的机械加工工艺及工装设计
Mechanical Process analysis and J ig
Design for Three holes connecting rod
学生姓名
所学专业
班
学级号
指导教师
XXXXXXXXX 系
二○**年X X 月
开题报告
需要全套资料请直接联系扣扣（QQ ）：1969043202
一．课题的背景及意义
随着科学技术的发展，目前，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。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、更高的要求作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声强度、刚度要高，并具有较高的韧性连杆比要大，连杆要短。因此对连杆制定出一套合理的加工工艺方案以及设计出连杆加工的专用夹具十分具有重要的意义。
1．课题的国内外研究动态、目前的水平及发展趋势
21世纪，世界机械连杆加工工艺进入前所未有的高速发展阶段，对比其他行业，连杆工业的发展具有呈现出一下这些主要的特点：
（1）随着信息技术革命，管理思想与方法的根本性变化，企业组织形式也发生了变化，这些变化发生在跨国公司，并将成为新型全球化方式而发展下去。这种变化的主要特征是：广泛利用别国的生产设施与技术力量。在自己可以不拥有生产设施与制造技术所有权的情况，制造出最终产品，并进行全球销售。
传统的全球化方式有两种：一是以母国为生产基地，将产品销往其他国家；二是在海外投资建立生产制造基地，在国外制造产品，销售到东道国或其他国家。特点是：自己拥有制造设施与技术，产品完全由自己制造；在资源的利用上，仅限于利用东道国的原材料、人员或资金等。
（2）经济规模化。全球化的规模生产已经成为各大跨国公司发展的主流。在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，各大企业也纷纷加强对其主干业务的投资与研发，不断提高系统成套能力和个性化，多样化市场适应能力。
（3）地位基础化。发达国家重视装备制造业的发展，不仅在本国工业中所占比重、积累、就业、贡献均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物
[3]
质基础，是现代化经济不可缺少的战略性产业，即使是迈进“信息化社会”的工业化国家，也无不高度重视机械制造业的发展。
（4）发展极为不平衡区域性加剧。以2003年为例，销售额名列世界前500位的企业几乎来自北美洲、亚洲、欧洲，所占比例高达99%，显示了三大洲在世界机械工业发展中无与伦比的统治地位。
2．课题研究的目的、意义及工作设想
合理、正确的设计三孔连杆的机械加工工序及工装设计，同时，也是很好的对整个学习期间专业知识的总结，提高对专业知识的综合利用能力为在实际的工作岗位上打下坚实的专业基础。
二．毕业设计的内容及任务
1．设计思想
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在发动机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆除上下运动外，还左右摆动做复杂的平面运动。连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。由此看出连杆既是传递力的零件，又是运动件，因此连杆的作用十分的重要，一定要保证它的质量才能满足工作要求。
汽车连杆的结构组成及特点：汽车连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。连杆小头用活塞销与活塞连接。连杆体由大头、小头和连杆身组成。为了减少磨损和便于修理，大头孔和小头孔内部分别安装轴瓦和套筒。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。小头孔内压有青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理与更换。为了减少重量以减少惯性力和使连杆具有足够的强度和刚度，连杆身的截面通常为工“字”型。连杆大小头侧面有定位凸台作为机械加工的辅助定位基准。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等，即基本尺寸相同。在连杆小头的顶端设有油孔，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副。
2．设计方案
1．材料的选择汽车发动机连杆的材料有含碳的质量分数为0.42%-0.47%的碳钢、40Cr、35CrMo、球墨铸铁等，考虑到经济要求以及常见的材料，这里选用连杆的材料为45钢，并且45钢经过调制处理，可以提高它的强度和抗冲击能力。
2．连杆的毛坯的确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量受到下面因素的影响，首先要确
定下面的值。
（1）锻件公差，根据连杆的功能作用及技术要求，确定公差等级为普通级；
（2）根据最后加工的要求，估算锻造出来后的锻件质量为，
（3）锻件形状复杂系数S，计算公式为：S =m t /m n
大小在0.16＜S ≤0.32中，因此锻件形状复杂系数为S 3级。[5]S 值的
（4）锻件材质系数m 由于该零件选用的材料为45钢，碳的质量分数为0.45%，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，因此锻件的材质系数为M 1级。确定汽车连杆的机械加工余
量,查得单边余量在厚度方向为2.0-2.2μm，水平方是1.7-2.2μm，锻件孔的单边余量1.7mm ，由锻件的中心距公差得到锻件中心距公差为±0.8mm 。再由锻件长宽高度公差、锻件厚度公差、锻件内外表面加工余量、锻件内孔直径单边加工余量得到连杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量表，如表1所示。
表1连杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量表形状复杂系数材质系数[6][5]锻件质量/kg
2.5包容体质量/kg 9.2公差等级普通级S 3M 1
单边机械加工余量/mm 公差值及极限偏差/mm
宽度992+1. 72. （5−0. 8）
厚度38
2+1. 52. （2−0. 7）
孔径φ65. 51.7+1. 21. （8−0. 6）
3.工序的分析本工序主要是铣连杆体和连杆盖切开后的剖分面，剖分面与小头孔轴心线有尺寸精度要求：公差为1.6mm 。
4.定位基准的选择由于铣连杆体结合面之前，连杆的大小头两平面已经经过粗铣和粗磨等工序，小头孔已经经过钻、扩、绞的工序加工，及连杆两侧面已经过铣削加工，这样，各个面的精度都比较的高，按照基准重合原则，选用小头孔、端面以及一个侧面定位。选用小头孔定位限制了两个自由度，一个端面定位限制三个自由度，一个侧面限制一个自由度，
这样就限制了连杆的六个自由度，符合六点定位原则
5．定位误差的分析与计算基准不重合误差，由于本工序中定位基准与工序基准都是小头孔中心线和端面，因此基准不重合误差为0。
定位副制造不准确误差：确定定位销的基本尺寸为孔小头孔的基本尺寸29.8mm ，其配合一般按g 6或者f 7选取[10]，这里选g 6，因为销的尺寸为29.8mm ，查得g 6的基本偏差[11]为-0.007mm ，IT 6=0.011mm ，所以下偏差为：
ei =es －IT 6
则圆柱销的尺寸为φ29. 8−0. 018mm 。对于中心距的要求，以φ29. 80−0. 007+0. 033的中心为定位基准，基准重合，无基准不重合误差，但由于定位销与定位面之间存在间隙造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：
∆D =δD +δd +∆min
式中∆D 为铣剖分面的定位误差，δD 为工件孔的直径公差，值为0.033mm ，δd 为定位销的直径公差，值为0.011mm ，∆min 为孔和销的最小保证间隙，取为0。得：
1∆D =0.033+0.011+0=0.044mm 。因为×0. 16=0.053,0.044mm
加工精度要求，此定位方案合理。
6．加紧方案的确定夹紧装置要求能够给保持工件定位时的正确位置，并且提供的夹紧力要求大小合适，因此根据连杆的特点选用螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构结构简单方便。
7．切削力的计算查阅相关资料得到铣削力计算公式：
x F F c F a p f z y F a u
p z F c =k F C q F ωF d n [5][11]，操作
即夹紧力大于，说明夹紧方案合力。
3．课题研究拟采用的方法和手段
以机械制造工艺的基础知识为指导，结合力学分析、计算、校核方法，绘图以CAD完成。
1.主要零部件强度校核
2.零件工艺卡片设计及计算
设计主要尺寸图纸
（1）工艺卡片一张----------
（2）零件图一张--------0号图纸0号图纸
（3）夹具图一张----------0号图纸
4．预计毕业设计课题的最终目标及达到的水平
对整个零件的加工工艺有了一个大致的了解，使我较好的掌握了机械制造工艺的基本理论知识及夹具设计的方法和步骤，也使我学会了分析零件的工艺性、查阅工艺手册及切削手册、选择加工余量并确定工序余量、绘制毛坯图、制定工艺路线并制作工序卡片等；巩固、扩大并很好的强化自己以前所学的基础理论和专业知识，一定程度上提高了自己的基本技能通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益颇丰。
三．毕业设计工作计划及进度安排
第1周
第2周
第3周
第4周
第5周
第6周
第7周
第8周
第9周
第10周
第11周
第12周
第13周
第14周
第15周
第16周
第17周明确设计任务，根据课题要求查阅资料，借参考书；写开题报告,查阅相关外文资料；选择并确定外文翻译内容，进行外文翻译；完成开题报告；完成外文翻译；上交开题报告、外文翻译，进行总体方案及总体结构设计；熟悉零件结构，熟悉绘图软件的使用；分析零件作用及其工艺特点，选择加工基准进行；制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量等；编制机械加工工艺规程；组合连杆工艺卡片设计，夹具设计；绘制零件图、组合连杆工艺卡片总图；绘制零件加工工序图，绘制夹具图；整体修改整理图纸；撰写设计计算说明书；修改整理设计计算说明书；修改、整理、排版、打印、装订；教师评阅，准备答辩。
四．参考文献
[1]杨柏青.汽车发动机构造[M].重庆大学出版，2009.1
[2]戴枝荣，张远明.工程材料[M].北京：高等教育出版社，2006.3
[3]张洪涛.机械制造工艺及工装.北京：科学出版社,2008
[4]陈立德.机械制造装备设计.北京.高等教育出版社,2006
[5]吴拓.机械制造工艺与机床夹具.北京:机械工业出版社，2006
[6]王先逵.机械制造工艺学.北京.机械工业出版社,2006
[7]张权民.机床夹具设计.北京.科学出版社,2006
[8]吴宗泽.机械设计师手册.北京:机械工业出版社,2002
[9]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京:冶金工业出版社,2003
[10]王章忠.机械工程材料.北京:机械工业出版社,2001
[11]李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京:机械工业出版社,2005
[12]戴亚春.机械制造工艺实习指导书.北京:化学工业出版社,2007
[13]何庆.机械制造专业毕业设计指导.北京:化学工业出版社,2008
[14]黄如林等.金属加工工艺及工装设计.北京:化学工业出版社,2006
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