连杆的加工工艺分析

发动机连杆加工工艺分析与设计
摘要
因为连杆是活塞式发动机和压缩机的主要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴，又收曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。

连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。

所以在安排工艺过程时，按照“先基准后一般”的加工原则。

连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面。

由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计。

在对其设计中我们先对连杆工艺过程分析，联系实际通过对其具体设计的了解进行连杆机械加工工艺过程分析及其一些机械加工余量、工序尺寸的确定。

关键词：发动机，连杆，定位基面，工艺设计
目录
第一章发动机的概述 (1)
1.1发动机的定义 (1)
1.2发动机的发展历史 (1)
1.3发动机的分类 (2)
1.4发动机的总体结构 (2)
第二章连杆的分析 (3)
2.1连杆的作用 (3)
2.2连杆的结构特点 (3)
2.3连杆的工艺分析 (4)
第三章连杆工艺规程设计 (7)
3.1确定连杆的材料和毛坯 (7)
3.2连杆的机械加工工艺过程 (7)
3.4连杆的机械加工工艺过程的夹紧方法 (8)
第四章连杆机械加工工艺过程分析 (9)
4.1.工艺过程的安排 (9)
4.2连杆主要加工表面的工序安排 (9)
4.3连杆机械加工工艺路线 (10)
第五章机械加工余量、工序尺寸的确定 (12)
5.1大头孔两端面的加工余量及工序尺寸 (12)
5.2小头孔端面加工余量及工序尺寸 (12)
5.3小头孔的加工余量及工序尺寸 (12)
5.4大头孔的加工余量及工序尺寸 (13)
5.5螺栓孔加工余量及工序尺寸 (13)
5.6小头油孔加工余量及工序尺寸 (13)
5.7连杆盖定位销孔加工余量及工序尺寸 (14)
5.8小头油孔加工余量及工序尺寸 (14)
5.9确定切削用量及工时 (14)
5.10工艺卡片的制订 (15)
谢辞 (29)
参考资料 (30)
附录 (31)
第一章发动机的概述
1.1发动机的定义
发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。

（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，比如汽油发动机，航空发动机。

1.2发动机的发展历史
发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。

随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。

所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特发明的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。

此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。

燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。

人类的智慧是无穷无尽的，各种新型的发动机不断地被研制出来，但是，出于安全操控的需要，到目前为止，我们可爱的摩托车还只有一种选择——往复式发动机。

1.3发动机的分类
（1）按使用燃料分：汽油机、柴油机等。

（2）按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。

（3）按气门位置分：顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。

（4）按气缸排列分：直列式发动机、v型发动机。

（5）按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。

1.4发动机的总体结构
发动机的两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。

发动机的五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系
第二章连杆的分析
2.1连杆的作用
将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。

所以，连杆除上下运动外,还左右摆动作复杂的平面运动。

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，要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。

同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计。

2.2连杆的结构特点
图2-1连杆的结构图
连杆由连杆及连杆盖两部分组成。

连杆体与连杆盖上的大头孔用螺母和螺栓与曲轴装配在一起。

如图2-1175Ⅱ型柴油机连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦以刚质为母体，其内表面浇有一层耐磨合金。

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。

连杆小头有活塞销于活塞连接。

小头孔内
压入青铜衬套，一减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。

连杆是柴油机的主要零件之一。

它把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体，工作中承受着急剧变化的动载荷。

2.3连杆的工艺分析
各类连杆主要技术条件基于类似，仅在数值上有差别。

下面具体介绍175Ⅱ型柴油机连杆的主要技术条件。

(1)大小头孔的精度
为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，大头孔于小头的衬套孔尺寸公差均为IT6。

大头孔表面粗糙度Ra ＜0.8μm, 衬套孔表面粗糙度Ra＜0.4μm。

大头孔的圆度公差为0.005mm，圆柱度公差为0.01mm，小头压衬套的底孔的圆度公差为0.007mm，圆柱度公差为0.015mm。

小头衬套孔的圆度公差为0.004mm，圆柱度公差为0.008mm。

（2）大小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度
两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，从而造成气缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度要求较高；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。

此处规定为：两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度在100mm长度公差为0.03mm；在垂直于连杆轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.06mm。

（3）大小头孔的中心距
大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，即影响到柴油机的效率，所以规定了比较高的要求：180±0.05mm。

（4）大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度
大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度影响到轴瓦的安装和磨损；同时，这个垂直度在加工过程中将影响到加工小头孔两端面时的定位精度，所以对它也提
出了一定的要求：大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度在100mm长度上公差为0.1mm。

（5）有关螺栓孔的技术要求
连杆在工作过程中承受着急剧变化的动载荷，这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。

因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求：螺栓孔按公差等级IT8和表面粗糙度Ra＜3.2μm；两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度在100mm长度上公差为0.15mm；螺栓孔两端面对螺栓孔轴心线的圆跳动在100mm长度上公差为0.2mm。

（6）有关结合面的技术要求
在连杆受动载荷时，结合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着结合面产生相对错位，使曲轴的连杆劲和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。

结合面的平面度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。

此处规定：结合面对大头孔端面的垂直度在100mm长度上公差为0.2mm，结合面的平面度公差为0.01mm。

连杆的结构形式，直接影响机械加工工艺的可靠性和经济性。

影响连杆结构工艺性的因素，主要有以下几方面。

（1）连杆盖和连杆体的连接方式
连杆盖和连杆体的定位方式，主要有连杆螺栓、套筒、齿形和凸肩四种方式。

用连杆螺栓和螺栓孔的尺寸公差都较小，螺栓孔尺寸公差一般为H7，表面粗糙度Ra为1.6μm；用齿形或凸肩定位，定位精度高，接合稳定性好，制造工艺也较简单，连杆螺栓孔为自由尺寸，接合面上的齿形或凸肩可采用拉削方法加工，适用于大批大量生产；成批生产时，可用铣削方法加工。

（2）连杆大、小头厚度
考虑到加工时的定位、加工中的输送等要求，连杆大、小一般采用相等厚度。

对于不等厚度的连杆，为了加工定位和夹紧的方便，也常在工艺过程中先按等厚度加工，最后再将连杆小大头加工至所需尺寸。

（3）连杆杆身油孔的大小和深度
活塞削与连杆小头衬套孔之间需进行润滑，很多发动机连杆采用压力润滑。

为此，在连杆杆身钻有油孔，润滑油从连杆大头沿油孔向小头衬套，油孔一般为
Φ4mm~Φ8mm的深孔。

由于深孔加工困难，有些连杆以阶梯孔代替小直径通孔，从而改善了工艺性。

也可以改变润滑方式，以避免深孔加工。

第三章连杆工艺规程设计
3.1确定连杆的材料和毛坯
汽车发动机连杆的材料一般采用45钢（精选含碳的质量分数为0.42%~0.47%）或40Cr、35CrMo，并经调质处理，以提高其强度及抗冲击能力。

我国有些工厂也有用球墨铸铁制造连杆的。

钢制连杆一般采用锻造。

在单件小批生产时，采用自由锻造或简单的胎模进行锻造；由于我们这次要进行的是在大批大量生产，所以我们采用模锻。

模锻一般分两个工序进行，即初锻和终锻，通常在切边后进行热较正。

中、小型的连杆，其大、小头的端面常进行精压，以提高毛坯精度。

模锻生产率高，但需要较大的锻造设备。

在本课题中连杆设计我们采用45钢，钢制连杆采用锻造来完成。

3.2连杆的机械加工工艺过程
连杆的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。

孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外圆面作为另一基面。

端面的面积大，定位比较稳定；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距，并可达到基准统一，减少定位误差。

在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触。

在精镗小头孔时也用小头孔及衬套孔作为基面，这时将定位销做成活动的。

当连杆用小头孔及衬套孔定位并夹紧后，从小头孔中抽出假销，进行加工。

3. 4 连杆的机械加工工艺过程的夹紧方法
既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小、作用的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形而影响加工精度。

例如：在粗铣而端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力作用的方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，即使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平行度。

夹紧力通过工作直接作用在定位元件上，可避免工作产生弯曲或扭转变形。

又例如：在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。

在精镗大小头孔时，只以大头端面定位，并且只大头这一端。

小头一端以假销定位后，用辅助支承在一侧面托信，用螺钉在另一侧面夹紧。

小对一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。

第四章连杆机械加工工艺过程分析
4.1.工艺过程的安排
在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：
（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力，夹紧力）的作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力，并引起内应力的重新分布；
因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分工。

这样，粗加工生产的变形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中生产的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。

各主要表面的工序安排如下：
（1）两端面：粗铣、粗磨、半精磨、精磨；
（2）小头孔：钻孔、扩孔、拉孔、精镗，压入衬套后再精镗；
（3）大头孔：粗镗、半精镗、精镗；
（4）螺栓孔：钻孔、扩孔、铰孔。

一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。

4.2连杆主要加工表面的工序安排
连杆的主要加工表面为大、小头孔、端面、连杆盖与连杆体的接合面和连杆螺栓孔；次要加工表面为油孔、锁口槽等。

此外，还有检验、清洗、去毛刺等工序。

大头孔的加工顺序一般为：大头孔的加工顺序一般为：粗镗—半精镗—金刚镗—珩磨。

为了保证主要表面的加工精度和表面粗糙的要求，连杆在机械机械加工时，粗加工、精加工和光整加工工序分阶段进行。

由于连杆刚度较差，在确定夹紧力的作用点时，应使连杆在夹紧力与切削力的作用下产生的变形最小。

有时，为了减小变形和消除内应力对加工精度的影响，
增加了一些辅助工序，如在金刚镗大头孔之前，将连接连杆盖与连杆体的螺栓松
175Ⅱ连杆零件工艺过程卡片如下表5-9。

表5-9 ：175Ⅱ型柴油机连杆机械加工工艺过程卡
机械加工工艺过程综合卡片产品名称零件名称材料某柴油机厂75Ⅱ型柴油机连杆45钢
序号工序
名称
技术条件及检查
要求
工序简图
设
备
夹
具
工序简图见附录
谢辞
本课题在选题及研究过程中得到吴明明老师的悉心指导吴老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

吴老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。

对吴老师的感激之情是无法用言语表达的。

感谢所有任课老师三年来对我的培养。

这个文化底蕴深厚、安详宁静而又激情飞扬的地方，塑造了我积极乐观的人生态度，刻画了我永远留恋的青春记忆，让我在这个即将离别的时候，如此不舍。

在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

感谢我的父母，我所迈出的每一步，都凝聚着你们的心血和汗水，你们始终如一的支持和关爱，是我一直勇敢向前的动力。

感谢我的同学朋友们，我将永远记得你们伴我走过的每一个有欢笑有泪水的日子，是你们的关心和帮助，让我在举目无亲的长沙感觉塌实温暖。

能写下来的感激那么有限，只希望老师、家人、朋友都能体会到我感恩的心，我是如此平凡，却又如此幸运，谢谢你们
钱威
2009年5月28日
参考资料
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