典型零件(连杆)设计与建模文献综述

典型零件（连杆） 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与CAD建模方法探讨 文献综述 T943-2 杨刚 20090430219 一． 课题内容 连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 该汽车典型零件的设计方法与加工工艺成型方法，对其结构特点进行分类汇总后，进行CAD建模方法探讨研究。 二． 研究背景 2.1连杆国内外研究现状 汽车制造业是我国支柱产业之一。根据我国汽车工业“十五规划”，汽车总产量2005年为300万辆，2010年为450万辆，2015年为600万辆。随着经济的发展，大型载重汽车、工程专用车、农运汽车等品种和数量需求都很大；随着人们生活水平的不断提高，轿车的需求量逐年大幅度增长。这不仅向汽车工业提出了新的要求，而且向汽车零部件生产行业提出了变革性的挑战，同时也是促进汽车零部件加工业发展的新机遇。我国汽车工业发展的势头，是要从零部件的自主知识产权逐步向整车设计自主知识产权过渡，这应该是形成中国汽车工业特色和优势的必由之路。 连杆是汽车的心脏——发动机的关键零部件之一，其工作条件恶劣，是承受强烈冲击力和动态应力最高的动力学负荷部件。目前，国内连杆生产的各种小厂家所用的设备和工艺参差不齐，产品质量也未达到统一的标准。通过“八五”、“九五”技术改造，已经形成几家批量较大的连杆专业生产厂，但其生产线、设备和工艺都由国外引进，投资大、自主知识产权的比重小是亟需改变的局面，而且仍无法满足日益发展的汽车、摩托车和内燃机制造业对连杆批量和精度的要求。因此，提高连杆锻造成型精度，节约设备投入，提高材料利用率，增大自主创新的比重是主要发展方向。随着汽车工业的发展和传统制造业的不断改进，需求用新的成形技术制造连杆，这种新的技术必须具有设备投资小、生产效率、材料利用率和能量利用率高、连杆成形质量稳定的优点。 2.2现代汽车连杆生产需求： 随着汽车工业制造技术的发展,对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高,而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要,因此国内外各大汽车公司对发动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。在满足性能指标的前提下,连杆的材料和制造技术关联很大,非调质钢的应用就是考虑节省调质工序。近年来,采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术可以大幅度地减少机械加工工序,由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件,以满足工艺的需要。 2.3选题的目的与意义： 在这个市场经济竞争如此激烈的年代，企业若要生存发展就必须不断地改进，用最廉价的生产成本创造出最高的利润，这必然跟我们的工艺过程有着千丝万缕的联系，如何合理地快速设计出产品是提高生产效率降低生产成本的最有效方法之一 三． 典型零件的设计特点 连杆是柴油机的主要部件之一,它在柴油机中与汽缸、活塞、曲轴以及主轴承组成曲柄连杆机构,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汽缸中的气体,将活塞的往复运动转化为曲轴的回转运动,使汽缸燃油燃烧所产生的热能转化为曲轴输出的机械能,连杆小头和活塞一起做往复运动,连杆大头与曲轴一起做旋转运动,连杆杆身做复杂的平面运动。连杆在工作中,承受急剧变化的动载荷作用。中心曲柄连杆机构简图见图1。 根据连杆的工作情况,连杆应具有以下设计要求: (1)结构简单,尺寸紧凑,可靠耐用; (2)保证具有足够强度和刚度的前提下,尽可 能减轻重量,以降低惯性力; (3)尽量减小长度以减小发动机总体尺寸和 重量; (4)大小头轴承工作可靠,耐磨性好; (5)连杆螺栓疲劳强度高,连接可靠; (6)易于制造,成本低。 连杆不能单靠大的尺寸来提高其承载能力, 必须从材料、构型、设计、热处理及表面强化等几 方面来解决连杆尺寸、重量、强度、刚度之间的矛 盾。在连杆设计中,应广泛采用实验应力分析,针 对连杆的应力分布决定连杆构型,使材料能够合 理利用,满足连杆既轻巧又耐用的要求。 四． 国外汽车连杆材料最新应用 国外先进的发动机制造企业通过不断的研发，开发出了涨断连杆用非调质钢、粉末冶金及高强度的赛车连杆用钛合金等新型材料。而国内企业除了开发出C70S6BY涨断连杆用非调质钢外，其余的 材料还在开发阶段，开发新型节能环保型的高强度的连杆材料是我国企业和相关研究机构的主要方向。国内一般中、小型汽油机及柴油机连杆采用的传统材料主要是中碳钢与中碳合金钢，而增压中冷强化的柴油机一般采用中碳合金钢如铬钢、锰铬钢、镍合金钢等。但上述钢在毛坯制造的过程中为了取得良好的机械性能及良好的韧性等指标都无一例外地采用正火、调质等热处理工艺来保证连杆本身达到设计要求的性能指标。而正火、调质等热处理过程中要耗费大量的能源，特别是调质处理还需要消耗水、专用的淬火油等，废弃的淬火液需要处理后方能达到排放标准，这样既不利于环境保护也耗费了大量的能源，从这一点来看并不符合节能环保的要求。于是国外新型的非调质钢的连杆材料应运而生，而粉末冶金材料也因材料利用率高、加工余量少的特点而得到广泛的应用。 1 涨断连杆用非调质钢 调质钢，其强度好、材料纯度高，更重要的是可适应连杆孔分离面涨断工艺的需要；而法国也相应研制了SPLITASCO系列高碳钢，其成分与C70S6相比只是 为了提高可加工性能，对P、S等微量元素的含量做了进一步调整。为了进一步提高材料的疲劳强度，欧洲公司C70S6基础上进一步增加C元素的含量、添加了V的C70S6提高了10%~15%，但是由于合金元素的加入使连杆的加工性能受到一定的影响，目前上述两种材料只是在欧洲的几家产量较大的公司应用。在过去的4年中，为了满足发动机高爆压的需要，德国研制成功了适合涨断工艺的高强度非调质钢36MnVS4。为了提高材料的加工性能，该材料与C70S6相比降低了材中C的含量，同时为了提高材料的疲劳强度增加了V、Mo的含量，使材料的晶粒非常细化。一汽技术中心结合ET3发动机开发项目也研发了此种材料，实践证明此种材料不仅涨断性能良好，从疲劳试验结果来看，其疲劳强度也达到了优质的42CrMoA材料调质后的水平。上述各种涨断连杆用非调质钢材料成分见表1。C70S6、36MnSV4金相组织分别见图1、图 2 粉末冶金材料 用粉末烧结锻造工艺生产汽车发动机连杆，最早是美国通用汽车公司进行这方面的试验并取得成功，但当时没有达到批量生产。随后，日本丰田汽车公司采用成分为Fe2Cu0.55C0.1S的合金粉末生产汽车发动机连杆，并与锻钢连杆进行了拉压疲劳性能对比试验。结果表明，粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆具有同等的疲劳性能。目前，丰田、通用、MAZDA、福特等汽车公司粉末冶金锻造连杆均已经商品化，全球的产量已逾千万，粉末冶金锻造连杆在高速汽油机连杆的生产中已经占有相当的份额。一汽集团公司与丰田汽车公司的合资企业一汽丰越发动机厂生产的V6系列发动机连杆系采用粉末冶金锻造连杆。粉末冶金锻造连杆的强度、韧性能达到锻钢连杆的水平，是通过以下两个方面得到保证的，一是通过锻造提高粉坯的密度，二是通过添加合金元素使粉末锻造连杆具有足够的淬透性，保证热处理后零件的质量。从理论上讲，烧结锻造零件的密度，如能达到钢材的理论密度的话，将具有与钢制零件同等的力学性能。日本生产的Fe0.5C2.0Cu0.09S、Fe0.55C2.0Cu0.2S粉末烧结锻造连杆的密度达到7．82 g／cm(理论密度的99.8%)，通过试验证明，这样密度的烧结零件，能够达到锻钢连杆的疲劳性能。图5中的2种高强度锻压粉末冶金连杆材料（拉压比2.5）的疲劳试验结果便证明了这一点，材料成分见表2。目前，国外正在研究高强度的粉末冶金连杆材料，综合疲劳性能已经超过了C70S6。 4 铝基复合材料 由于铝具有密度小、强度高的特性，故采用铝基材料制造车用发动机连杆能得到显著的轻量化效果。日本丰田汽车公司采用体积率为40%的氧化铝长纤维增强铝基复合材料生产发动机连杆，其质量比锻钢连杆减轻了35%。日本本田公司采用不锈钢纤维增强铝基复合材料生产其轿车发动机连杆，据报道至少已有5万件这种连杆被采用。但这种连杆由于采用了长纤维增强铝基复合材料，使得其生产成本不为当今的汽车工业所接受。颗粒作增强相，是金属基复合材料中价格唯一被汽车行业所接受的类别。钛合金连杆还可显著地降低发动机的噪声，有利于环保。由于钛合金的成本比较高，目前应用的范围有限，通常是用在一些高性能赛车上。 4 铝基复合材料 由于铝具有密度小、强度高的特性，故采用铝基材料制造车用发动机连杆能得到显著的轻量化效果。日本丰田汽车公司采用体积率为40%的氧化铝长纤维增强铝基复合材料生产发动机连杆，其质量比锻钢连杆减轻了35%。日本本田公司采用不锈钢纤维增强铝基复合材料生产其轿车发动机连杆，据报道至少已有5万件这种连杆被采用。但这种连杆由于采用了长纤维增强铝基复合材料，使得其生产成本不为当今的汽车工业所接受。颗粒增强铝基复合材料因采用价格低廉的陶瓷颗粒作增强相，是金属基复合材料中价格唯一被汽车行业所接受的类别。目前，采用压力浸渗工艺生产的50%SiCp增强铝基复合材料已达到弹性模量为2×105N／mm2、弯曲强度为800 N／mm2 、弯曲疲劳强度为200 N／mm2的性能指标，极具应用前景。现代发动机由于节能减排的要求，爆发压力越来越高。最新设计开发的柴油机的爆发压力已经达到了220×105Pa，而欧洲最新研制的直喷增压式汽油机爆发压力也达到110×105Pa。这就要求发动机连杆质量轻、强度高、刚度好、惯性力小，采用相应的强化工艺，总之要求连杆材料与要求发动机节能环保是一致的。开发利用新型的材料与工艺，节省毛坯制造环节中的能耗，提高材料利用率以及简化机械加工中的制造工序是连杆在设计制造中需要解决的问题和努力的主要目标。 五． 连杆制造最新技术与发展趋势 连杆裂解工艺是国际上90年代初发展起来的连杆加工最新技术。连杆裂解(也称连杆胀断)技术的原理就是利用材料断裂理论,首先将整体锻造的连杆毛坯大头 孔人为产生裂痕,形成初始断裂源,然后用特定方法控制裂痕扩展,达到连杆本体与连杆盖分离的目的。其裂解过程如下:(1)在连杆锻造毛坯大头孔内,预先加工出裂解槽,形成初始断裂源,见图1a;(2)在裂解专用设备上首先对连杆大头内孔侧面施加径向力,使裂纹由内孔向外不断扩展直至完全裂解,见图1b; (3)连杆盖从连杆本体上分离出来,见图1c。利用断裂面犬牙交错的特征,在裂解专用设备上,再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位,最后在断裂面完全啮合的条件下,完成螺栓工序及其他后续切削加工工序。 (1) 传统加工工艺流程 (2) 裂解加工工艺流程 裂解工艺改变了连杆加工的关键生产工序,以整体加工代替分体加工,省去分离面的拉削与磨削等工艺,降低螺栓孔的加工精度要求,从而显著地提高生产效率,降低生产成本,增加经济效益。据 国外资料介绍,裂解加工技术的应用,可减少机加 工工序60%,节省机床设备投资25%,减少刀具费 用35%,节省能源40%,还可减少占地面积、减少废 品率等等,其经济效益十分显著。 六． CAD在发动机连杆设计中的应用 CAD技术刚一出现就得到了汽车制造行业的广泛关注和应用.现在,各个制造厂商所采用的设计工具千差万别,但其宗旨始终如一:尽量缩短开发周期、降低使用成本并提高产品质量.完成此宗旨的首要条件是建立完备的工程数据库、算法库和图形库.在国外,内燃机CAD软件应用非常广泛;这些软件大都集设计、分析、模拟等功能于一体,为产品开发的最初阶段提出最优化设计提供了迅速而可靠的保障.但这些软件不菲的价格令国内的内燃机生产厂家望而止步.因此作者有针对性地将连杆CAD系统作为内燃机CAD的子模块之一进行开发;这样在保证设计、分析等功能的前提下,CAD系统的开发成本也适合我国国情,有利于软件的推广1.内燃机的设计是一个不断反复比较和综合评价的过程.完整的工程数据库可以为工程师及时提供可靠的参考数据.设计一般分为概念设计、初步设计、详细设计.这些设计涉及同一个对象,每个阶段对其表示形式有特殊要求[3].通过对目标任务和参考数据的比较分析,工程师可以通过适当的算法对当前设计迅速作出评价,并快速作出阶段性决策,为最终设计目标的完成打下坚实基础.设计流程及功能模块间关系如图1所示 为达到系统集成化,内燃机连杆CAD系统将设计、分析、计算及绘图等不同功能的模块有机结合,使其顺利地交换数据.该系统以内燃机工程 数据库作为数据交换处理、标准规范及资料检索的基础;以常用算法及工程算法库作为计算分析的依据;以AutoCAD作为图形输出和交互修改的平台;将内燃机连杆设计的先进理论和方法作为连杆组设计模块的核心.用户与系统的交互关 系见图2.用户通过系统界面与CAD系统进行对话,完成数据双向交流.在实际设计过程中用户向系统提出设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和系统向用户反馈计算分析结果这 两个步骤可能要反复交替进行多次.本系统充分考虑了这种情况,保证切换过程灵活和稳定[4].在连杆设计中首先由用户提出目标任务,系统针对此任务从数据库中提出相应参考数据.用户可根据该数据决定初始结构设计方案,其中包括对连杆的基本结构、尺寸及选用材料的确定.此过程通过综合考虑用户要求及数据库提供的准则、限制、建议和应用标准而完成.第二阶段是以常用算法和工程算法库为基础的计算过程,包括连杆小头、杆身、大头和连杆螺栓的强度计算;计算结果返回后再为用户提供一些相关信息和建议.第三阶段为改进优化设计过程,计算方法仍由工程算法库提供.第四阶段绘制工程图,输出 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,完成最终设计方案.整个连杆设计过程都是围绕内燃机工程数据库进行的;可见数据库是否完整、稳定,数据操作能否顺利执行是决定连杆CAD系统设计质量的关键.因此,具有强大数据库管理功能的VisualBasic(以下简称VB)成为开发本CAD系统的首选平台.由于VB提供开放式的数据库连接,本系统的数据库管理系统可以通过直接访问或建立连接的方式对SQL Server、Oracle、Access等数据库进行管理,从而实现了良好的开放性.系统的数据库管理系统分为两个主要功能模块:文件管理模块和数据管理模块.前者用于数据库操作:打开、关闭数据库,新建数据库等;后者用于数据表操作:查看数据表属性、编辑数据表等 2　连杆材料选择和基本结构尺寸确定 系统为用户提供了国内外多种常用材料的资料,供用户参照,最后结合实际情况确定.随着连杆使用要求的不断提高,新材料也不断涌现,用户可以为材料库添加新材料的各项参数.材料确定之后,系统从材料库中提出该材料的各项性能参数供计算分析过程使用.表1是材料库中典型材料的性能列表,系统从该表中取得数据进行计算.表1　连杆的典型材料性能列表 软件开发中所用的面向对象编程方法为保持系统的良好结构、效率和容错性提供了基础.模块化的编程方式使该系统具有良好的可扩充性,可将其他类型连杆数据及设计标准加入系统中,扩大使用范围 七． 连杆加工工艺及夹具设计 发动机连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的直线往复运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，而工艺的选择又是影响精度的主要因素。本文主要论述了连杆的加工工艺。以提高连杆的加工精度和生产效率，降低劳动强度。 一、连杆的主要技术要求 连杆需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面， 连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等 1.大、小头孔的尺寸精度、形状精度：尺寸及形状精度会影响大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销的密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。 2.大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度：其误差会 导致活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁不均匀磨损和连杆轴颈产生 边缘磨损，所以连杆轴线方向的平行度公差应较小。 3.大、小头孔中心距：会影响到汽缸的压缩比(即发动机的效率)。 4.连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度：会影响轴瓦的 安装和磨损，甚至引起烧伤；所以其垂直度公差等级应不低于IT9 （大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100mm长度上公差为 0.08mm）。 5.大、小头孔两端面的技术要求：两端面间距离尺寸基本相 同，但连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面有配合要求，而小 头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求，所以只要求大头两端 面的尺寸公差等级较高，这就给加工带来了方便。 6.螺栓孔的技术要求：在连杆工作过程中因急剧的动载荷的作 用会传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此对安装这两个 螺栓孔及端面也有一定的公差等级、表面粗糙度和对称度的要求。 7.有关结合面的技术要求：在连杆受动载荷时，接合面的歪 斜会使杆盖及杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈 和轴瓦结合不良，产生不均匀磨损。所以要求结合面的平面度的公差为 0.025mm。 二、连杆加工工艺 （一）连杆的机械加工工艺过程 （二）连杆的机械加工工艺过程分析 1.工艺过程的安排 在连杆加工中要注意两个影响加工精度的因素： （1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作 用下易变形。 （2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残 余应力，并引起应力重新分布。 在安排工艺进程时，要把粗、精加工工序分开。逐步减少加工 余量，切削力、内应力作用及加工后的变形，就能满足零件的技术条件。 2.定位基准的选择 安装工件时，注意将编号标记的一面不与夹具的定位元件接触 （在设计夹具时亦作相应考虑）。在精镗小头孔为就地传感器反馈点回路中单独增加一路24V电源，不再与PLC回路 八． CAD生成的连杆图纸（例图） 九． 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 该课题的任务就是通过大量分析汽车连杆的材料选择，零件设计方法，加工工艺，结构特征，进行适合建模的不同类型的分类； 通过大量的数据和模型对比分析出汽车连杆的通用的一种设计方法。利用这种方法我们可以快速生成我们需要的连杆