【文章內容簡介】 () 其中： v ：由檢查壓力 F0 引起的軸瓦縮小量 （ mm） ，查圖 得 F0=6370N； D： 大頭孔名義直徑（ mm） ，查圖得 D=75 mm； b1：軸瓦寬度（ mm） ，查圖得 b1= mm； t1：軸瓦名義厚度（ mm） ，查圖得 t1=； μmax 軸瓦最大過盈量 （ mm）；查圖得 μmax= mm 由式 ( )得 υ＝ 將 υ、 μmax 代入 ( )式得 ΔD＝ mm 即大頭得過盈量 ΔD為 mm，將 ΔD代入 ( 46 )式可計算出大頭過盈力。連桿大頭的相關材料、參數(shù)如下：內徑 D 為 ? mm ，外徑 D1 為 ? mm， 軸瓦內徑 D2 為? 54 mm， 軸瓦外徑為 ? 65 mm ，軸瓦材料為 10 鋼背 ChCuPb24 合金，料線膨脹系數(shù)， a′ 、 1 E 、 μ 1 近似地取同小頭襯套相同的參數(shù)。 在計算大頭孔過盈力時取： D=54mm， D1=65mm， D2=54mm ； 由 ( )式計算大頭孔內表面受的過盈壓力 pq2： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 18 pq2 = MPa 連桿疲勞強度校核 連桿承受拉、壓載荷作用而產生拉壓交變循環(huán)應力，連桿拉壓疲勞 安全系數(shù)按下式計算： man ??????? ?? ?1 () 上式中： a? ：應力幅 mn 壓拉 ?? ?? () m? ：平均應力 mn 壓拉 ?? ?? () σ1z：在對稱循環(huán)情況下材料的抗拉壓疲勞強度 ， σ1z = (～ )σ1； σ1：對稱循環(huán)情況下材料的抗彎曲疲勞強度， σ1 =（ ～ ） σb； σb： 為材料的強度極限，取σ b=1100 MPa； 取 σ1 = ， σ1z = ，計算得到 σ1z： σ1z： = 1100 = 440 MPa a? ：零件表面粗糙度影響系數(shù)，對于結構鋼來說，當表面不加工時可取 ～ ，此處取 a? ＝ ； ?? ：為材料的疲勞循環(huán)特性系數(shù)，表示平均應力對脈動部分的影響，取 ?? ＝ ； 連桿在最大壓力情況下疲勞強度校核 連桿大頭孔側面主應力最大，最大主應力為 242 MPa，該部位為連桿的一個危險點，應進行疲勞強度校核。該節(jié)點在連桿受最大拉伸載荷時的主應力為 ， 由式（ ） 、 （ ） 可得： ???a? MPa ???m? MPa 將 a? m? 的值代入式 （ ） ： 0 3 74 4 0 ????n 連桿在最大拉力情況下疲勞強度校核 在受最大拉力情況下，連桿小頭孔側面受最大拉應力，為 108 MPa，在壓縮狀邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 19 態(tài)下，該單元受的壓應力為 ，由式（ ）、（ ） 可得： 8 ???a? MPa ???m? MPa 將 a? m? 的值代入式 得： 440 ????n 在最大受壓工況下，連桿的安全系數(shù)是 ，在最大受拉工況下，連桿 的安全系數(shù)是， 對整條連桿，安全系數(shù)應取小值，即 n=。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 20 5 連桿結構優(yōu)化 所分析的連桿的安全系數(shù)為 ，考慮到連桿在工作中由于偏斜引起壓力分布不均勻、活塞卡缸等可能性，一般要求安全系數(shù)在 ～ ，可見該連桿的安全系數(shù)不是很高，有必要進行結構優(yōu)化，以提高其安全系數(shù)。為此，本文以將連桿安全系數(shù)提高到 以上為優(yōu)化目標，同時兼顧降低連桿重量，對連桿進行結構進行優(yōu)化。優(yōu)化設計就是對設計方案進行分析 —— 評估 —— 修正的循環(huán)過程， 也就是對初始設計進行分析，對分析 結果就設計要求進行評估，然后修正設計，這一過程重復進行，直到所有的設計要求都滿足為止。為了使結構設計的優(yōu)化結果能滿足各種設計要求，并且使優(yōu)化設計的計算過程能順利進行，在優(yōu)化設計過程中，必須給出種種限制，這些限制稱為約束條件。為提高安全系數(shù)的同時，在連桿的優(yōu)化設計中，采用了以下約束條件： 應力約束：在進行結構優(yōu)化設計時，應使結構上各處的應力不超過許用應力。 變形約束：在進行結構優(yōu)化設計時，根據(jù)結構的工作條件，對結構一些部位的變形提出一些限制，以保證結構能安全地工作。 重 量約束：在進行結構優(yōu)化設計時，對結構的重 量進行限制。 連桿小頭與桿身過渡部位是應力集中的部位，安全系數(shù)也是該處最小，是容易導致破壞的部位，為此，對該部位進行優(yōu)化處理，提高其安全系數(shù)。 本文采取的主要措施有： 1) 加大小頭與桿身過渡部位處的圓弧半徑，如圖 (51)a 所示； 2) 加大小頭與桿身過渡部位處的圓弧長度，使過渡部位更加平緩，如圖 (51)b 所示； 以上措施為降低應力，是以增加連桿重量為代價的。連桿的設計思想是在滿足強度的條件下，盡量減少重量。通過前面的分析可知，連桿小頭孔處的安全系數(shù)足夠，因此，為減輕連桿的重量，可切掉部分小 頭，如圖 (51)c 所示。 按照圖 (51)所示的改進思想，經過計算分析得出如圖 (52)所示的優(yōu)化后的結構。在受最大拉力時，該單元最大主應力為 MPa，經計算，安全系數(shù)為 。 圖 (317) 連桿小頭結構優(yōu)化 改進后的連桿小頭因切掉一部分，連桿的重量降低了，經計算，總質量由 1562 克降到了 1522 克，減少了 40 克。但是，優(yōu)化后的連桿小頭受力面積有所減少，為此，需對小頭孔的安全性進行校核。優(yōu)化后連桿小頭在最大拉伸載荷作用下，最大主應力出現(xiàn)在小頭孔頂部，最大主應力為 128MPa，在最大壓縮載 荷下，該單元最大主應力為 MPa，可計算出安全系數(shù)為 。優(yōu)化前小頭孔頂部處在最大拉伸邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 21 工況下，最大主應力出現(xiàn)小頭孔 側面 ，最大主應力為 MPa，在最大壓縮載荷下，該單元最大主應力為 ，經計算安全系數(shù)為 。優(yōu)化后小頭孔頂部的安全系數(shù)降低了，安全系數(shù)由 降到了 ，但也足夠滿足使用要求。優(yōu)化前小頭孔在最大受拉工況下，最大主應力在小頭孔側面，該處的安全系數(shù)為 。優(yōu)化后小頭孔側面在最大受拉工況下，最大主應力，最大主應力為 MPa，在最大受壓工況下，該單元最大主 應力為－ MPa，經計算安全系數(shù)為 。優(yōu)化后，小頭孔側面因應力幅 a? 降低了，所以安全系數(shù)提高了。優(yōu)化后，連桿孔小頭孔的剛度有所下降，所以變形比優(yōu)化前增大了，在拉伸工況，小頭孔的最大收縮量由 增大到了，增大了 。對于連桿，為了保證工作可靠，小頭孔的收縮量不能超過其裝配間隙的一半。由圖紙可知，活塞銷外徑為 ? mm， 連桿小頭襯套孔內徑為 ? mm，最小裝配間隙為 mm，所以連桿小頭孔縮短量不能超過。結構優(yōu)化后小頭孔的最大收縮量雖有所增大，在工作過程中，小頭孔的最大收縮量為 ，但能滿足使用要求。 綜上所述，通過優(yōu)化后的連桿，安全系數(shù)由 提高到 ，提高了 %，總質量由 1562 克降到了 1522 克，減少了 40克減少了 %，取得了較滿意的優(yōu)化效果。 圖 51 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 22 圖 52 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 23 6 夾具設計 夾具是機 械加工不可缺少的部件 ，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。 （ 1） 高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對夾具的制造精度要求更高高精度夾具的定位孔距精度高達 177。5m? ，夾具支承面的垂直度達到 1m m/30 0m m，平行度高達 1m m/30 0m m。德國 demmeler （戴美樂）公司 制造的 4m 長、 2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為 177。 ；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5m? 以內；夾具重復安裝的定位精度高達 177。5m? ；瑞士EROWA 柔性夾具的重復定位精度高達 2~5 m? 。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。 （ 2） 高效為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1~2 秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、 多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國 Jergens （杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)， 1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。 （ 3） 模塊、組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已 成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用 CAD 技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與 開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。 （ 4） 通用、經濟夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 24 統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經濟性好。德國demmeler （戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低， 經濟實用才有推廣應用的價值。 本次設計的夾具為連桿小頭孔精鏜夾具。 如圖所示為連桿小頭鏜孔夾具該夾具用于臥式金剛鏜床鏜連桿小頭孔。使用時先將心軸 12插入工件大頭孔中并放在 V 形塊 14上，工件以小頭側面靠在螺釘 2 上定位，然后分別擰螺釘 1和 7 將工件夾緊。該夾具可左右安裝工件，一側鏜孔時，另一側裝卸工件。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 25 總 結 為期將近兩個月的畢業(yè)設計已經基本結束，但對于我來說，學習卻始終不會結束。 畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生獨立承擔實際任務的全面訓練，也是學生在指導教師的指導下，完 成機械工程師的基本訓練的最后一個教學環(huán)節(jié)。本人的畢業(yè)設計，在戴 老師的悉心指導和嚴格要求下，通過自己嚴肅認真地查閱資料，不斷歸納和總結，基本上按時完成了學校布置的設計任務。 通過這次畢業(yè)設計，本人比較系統(tǒng)地 復習了幾年來所學的理論知識，更加熟悉了如何檢索相關的科技文獻和查閱參考資料，培養(yǎng)了我綜合運用多學科理論、知識和技能，以解決較復雜工程實際問題的能力。本次設計中，絕大部分的設計、分析和計算是通過計算機來完成的，包括產品造型設計、成型零件設計、工程圖的制定等。通過設計，使我能夠更加熟練的運用 Auto CAD 、 Office 等工程軟件和辦公軟件。另外 ,畢業(yè)設計還使我強化了工程實踐意識 ,培養(yǎng)了勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神以及嚴肅認真的科學態(tài)度 和嚴謹求實的工作作風。 畢業(yè)設計也讓我對自己有了一個更加清醒的認識 ,在大有收獲的同時 ,也看到了自己的不足之處 ,綜合運用知識的能力、獨立分析解決問題的能力以及實踐經驗等都需要在今后的工作中進一步加強。 總之 ,在畢業(yè)設計中我得到了極大的收獲 ,也發(fā)現(xiàn)了自己還存在的不足。盡管畢業(yè)設計的結束已經標志著大學學習生活即將結束 ,但是 ,在今后的工作中我還將以一個學生的姿態(tài)去不斷加強專業(yè)知識的學習和實踐經驗的培養(yǎng) ,以彌補不足 . 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 26 參考文獻 [1]李烘 .《 機械加工工藝手冊 》 [M].北京出版社 2021． [2]孟少農 ． 《 機械加工工藝手冊 》 [M].北京 ： 機械工業(yè)版社 ． 第一卷 . [3]張龍勛 .《 機械制造工藝學 》 [M].北京 :機械工業(yè)版社