4110柴油機(jī)活塞零件機(jī)械加工工藝及其液動夾具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書、SW三維圖】
周 次 起止日期 工作計(jì)劃、進(jìn)度 每周主要完成內(nèi)容 存在問題、改進(jìn)方法 指導(dǎo)教師意見并簽字 備 注 1-3 2012年 11月 7日 - 2012年 11月 20 日 教師下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù),學(xué)生初步閱讀資 料,完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告。 按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料, 填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告書 存在問題:對于實(shí)際操作不是很了解。 改進(jìn)方法:參與工作,逐漸了解,參與其中。 4-5 2011年 11月 21日 -12月30日 填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 存在問題:對課題難易程度理解不夠,難點(diǎn)分析不足,分析 能力欠缺,許多問題不是很明白。 改進(jìn)方法:在指導(dǎo)老師的幫助下,進(jìn)一步消化本課題。 6-10 2012年 1月 9日 -2月 12日 指導(dǎo)畢業(yè)實(shí)習(xí) 實(shí)習(xí)并填寫實(shí)習(xí)報(bào)告 存在問題:沒有實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)方法:參與工作,逐漸了解 11-122012年 2月 23日 -2月 24日 檢查畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備情況 修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 存在問題:對課題難點(diǎn)分析不足,分析能力欠缺,對課題理 解不深,頭腦里沒設(shè)計(jì)的東西的概念 改進(jìn)方法:在指導(dǎo)老師的幫助下,整改開題報(bào)告。 13 2012年 2月 27日 -3月 2日 查閱參考資料 查閱與設(shè)計(jì)有關(guān)的參考資料不少于10本,其中外文不少于2本 存在問題:由于工作原因,空閑時間很少,查閱資料太少。改進(jìn)方法:利用一切時間,去圖書館和網(wǎng)上查找相關(guān)資料 14 2012年 3月 5日 -3月 9日 機(jī)體加工工藝方案 分析零件圖,毛坯圖,優(yōu)選確定加工方案 存在問題:缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),制定的工藝方案不合理。 改進(jìn)方法:多去咨詢師傅了解實(shí)際生產(chǎn)過程,重新確立合理 的工藝方案。 15 2012年 3月 12日 -3月 16日 自己根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)修改 確定毛坯結(jié)構(gòu)尺寸,計(jì)算所需個尺寸 存在問題:夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,尺寸計(jì)算有誤差公式運(yùn)用 錯誤。對模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不了解 改進(jìn)方法:查閱多種參考資料,改進(jìn)模具結(jié)構(gòu),提高計(jì)算正 確率。 16 2012年 3月 19日 -3月 23日 自己修改 分析毛坯圖和零件圖,優(yōu)選夾具設(shè)計(jì)方案 存在問題:缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),對加工順序不了解,加工工序安 排不合理。 改進(jìn)方法:多了解實(shí)際生產(chǎn)過程,重新確立合理的工藝方案 17 2012年 3月 26日 -3月 30日 裝配圖 初步繪制零件裝配圖 存在問題:對CAD運(yùn)用不熟悉,畫圖速度較慢。 改進(jìn)方法:重新確定合理的表達(dá)視圖,多加運(yùn)用繪圖軟件, 提高畫圖速度。 18 2012年 4月 2日 -4月 6日 裝配圖 修改零件裝配圖 存在問題:2D裝配圖中部分標(biāo)準(zhǔn)件畫法不正確,尺寸不精確 。 改進(jìn)方法:按機(jī)械制圖要求改正不正確的畫法,修改尺 寸。 存檔編碼: 畢業(yè)作業(yè)周次進(jìn)度計(jì)劃、檢查落實(shí)表 系別: 課題(設(shè)計(jì))名稱:4110柴油機(jī)活塞零件機(jī)械加工工藝及其液動夾具設(shè)計(jì) 開始日期:11月7日 周 次 起止日期 工作計(jì)劃、進(jìn)度 每周主要完成內(nèi)容 存在問題、改進(jìn)方法 指導(dǎo)教師意見并簽字 備 注 19 2012年 4月 9日 -4月 13日 完成零件圖 修改零件圖 存在問題:2D裝配圖中技術(shù)要求填寫不合理,明細(xì)欄填寫不 正確。 改進(jìn)方法:按機(jī)械制圖要求改正不當(dāng)之處。 20 2012年 4月 16日 -4月 20日 說明書 修改說明說 存在問題:說明書格式不對改進(jìn)方法:按學(xué)校要求修改說明書格式。 21 2012年 4月 23日 -4月 27日 摘要,小結(jié) 填寫摘要小結(jié) 存在問題:摘要內(nèi)容不合理。改進(jìn)方法:按論文定義摘要內(nèi)容和小結(jié)。 22 2012年 4月 30日 -5月 4日 英文翻譯 編寫英文翻譯 存在問題:英文不熟練。改進(jìn)方法:借助英文翻譯字典翻譯。 23 2012年 5月 7日 -5月 11日 論文封面 完成論文封面 存在問題:論文封面格式不對。改進(jìn)方法:按照要求修改封面格式。 24 2012年 5月 14日 -5月 18日 檢查、指導(dǎo)設(shè)計(jì)說明書、摘要和小結(jié),加入說明書,完成說明書 完成設(shè)計(jì)說明書 存在問題:說明書的格式不規(guī)范,摘要不合理,關(guān)鍵詞不恰 當(dāng)。 改進(jìn)方法:根據(jù)說明書規(guī)范要求更改,重新按要求編寫摘要 。 25 2011年 5月 21日 -5月 25日 上交資料、答辯 整理所有資料上交指導(dǎo)教師,答辯 資料整理欠合理,按學(xué)院要求整理并裝訂,進(jìn)行答辯 題目: 柴油機(jī)活塞零件加工工藝 及其夾具設(shè)計(jì) 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 2014年2月21日 一、完成要求: 1.繪制活塞零件圖; 2.編制該零件機(jī)械加工工藝文件(三卡); 3.繪制夾具裝配圖及全套非標(biāo)零件圖; 4.編寫設(shè)計(jì)說明書; 1零件的分析1.1 活塞的作用活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件之一,它承受交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷,是汽車發(fā)動機(jī)的“心臟”?;钊牡谝粋€作用:使發(fā)動機(jī)做功。在活塞工作的壓縮過程當(dāng)中,燃燒室內(nèi)的混合氣體被火花塞點(diǎn)燃后爆發(fā),膨脹爆發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力,推動活塞沿氣缸向下運(yùn)動,并通過活塞銷和連桿使活塞的直線往復(fù)運(yùn)動變?yōu)榍男D(zhuǎn)運(yùn)動,這就是發(fā)動機(jī)動力的來源?;钊牡诙€作用:密封。發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由進(jìn)氣,壓縮,做功,排氣這四個行程不斷往復(fù)來完成的。不斷地循環(huán),發(fā)動機(jī)才能連續(xù)地工作,這就要求發(fā)動機(jī)內(nèi)活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。1.2 活塞的結(jié)構(gòu)組成一般活塞都是圓柱形體,根據(jù)不同發(fā)動機(jī)的工作條件和要求,活塞本身的構(gòu)造有各種各樣,一般將活塞分為頭部(環(huán)槽、環(huán)岸和絕熱槽),裙部和活塞銷座三個部分,如圖1.1所示:圖1.1 活塞外形圖活塞頭部是指活塞頂端和環(huán)槽部分?;钊敹送耆Q于燃燒室的要求,頂端采用平頂或接近于平頂?shù)脑O(shè)計(jì),這樣有利于活塞減少與高溫氣體的接觸面積,使得應(yīng)力分布均勻。多數(shù)汽油機(jī)采用平頂活塞。但有些發(fā)動機(jī)為了混合氣體形成的需要,提高燃燒效率,將爆燃減少到最小程度,需要活塞頂端具有比較復(fù)雜的形狀,設(shè)有一定深度的凹坑作為燃燒室的一部分?;钊陌疾鄢蔀榄h(huán)槽,用于安裝活塞環(huán)?;钊h(huán)的作用是密封,防止漏氣和防止機(jī)油進(jìn)入燃燒室?;钊共渴侵富钊南虏糠?,它的作用是盡量保持活塞在往復(fù)運(yùn)動中垂直的姿態(tài),也就是活塞的導(dǎo)向部分。為保證在正常工作條件下活塞與氣缸內(nèi)壁之間自上而下間隙均勻,必須把活塞制成上小下大的階梯形或者截錐形?;钊共康臋M截面應(yīng)作為橢圓形,并使橢圓的長軸方向垂直于活塞銷孔軸線方向?;钊N座是活塞通過活塞銷和連桿連接的支承部分,位于活塞裙部的上方。其作用是保證把作用于活塞上的力可靠地傳給活塞銷孔,在活塞銷座上有一個油孔,用作潤滑活塞銷與活塞銷孔,減少它們的摩擦。1.3 活塞的主要技術(shù)條件分析1.環(huán)槽側(cè)面粗糙度小于0.4m;全部槽底粗糙度Ra3.2m。2.活塞銷孔尺寸及精度為28;銷孔表面粗糙度為Ra0.2m;兩銷孔同軸度誤差在最大實(shí)體狀態(tài)時為零。3.活塞銷孔軸心線到頂面的距離定為560.08mm。4.銷孔軸線對裙部軸心的垂直度在100mm長度上公差為0.035mm。5.裙部保留有0.2mm,深0.008mm0.016mm的刀痕,以便能儲存潤滑油,使發(fā)動機(jī)在工作中活塞與缸壁之間形成一層油膜,從而減少活塞與缸壁的摩擦。6.活塞裙部橢圓度為0.08-0.137.銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻摩擦,從而應(yīng)當(dāng)限制;改善活塞的機(jī)械加工性能,在活塞的制造過程中對銷孔尺寸、外圓尺寸和重量進(jìn)行分組。 2 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1確定零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)就是年生產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型與工藝過程的關(guān)系十分密切,生產(chǎn)綱領(lǐng)不同,生產(chǎn)規(guī)模也不同,工藝過程的特點(diǎn)也相應(yīng)而異。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)通常按下式計(jì)算:N=Qn(1+) 式中:N為零件的生產(chǎn)綱領(lǐng),件/年;Q為產(chǎn)品的年產(chǎn)量,臺/年;n為每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量,件/臺;為備品率;為廢品率。根據(jù)數(shù)據(jù),一般企業(yè)發(fā)動機(jī)的年產(chǎn)量為80000輛,發(fā)動機(jī)為6缸發(fā)動機(jī),n=6;3%;1.5%。所以活塞的年產(chǎn)量為:N=Qn(1+)查有關(guān)表格,確定活塞的生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)。2.2 確定毛坯的材料和制造形式 2.2.1 毛坯的材料選擇對活塞零件材料的要求活塞是在高溫、高速、高負(fù)荷的條件下工作的,對它的設(shè)計(jì)要求有: 需要選用耐磨性好、熱強(qiáng)度好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、具有良好工藝性的材料; 需要有合理的形狀和壁厚。使散熱良好,強(qiáng)度、剛度符合要求,盡量減輕重量,避免應(yīng)力集中; 在不同的工作情況下都能保持活塞與缸套的最佳配合; 保證燃燒室氣密性好,竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失; 在較低的油耗條件下,保證滑動面上有足夠的潤滑油。為滿足上述設(shè)計(jì)要求,活塞的材料除了少數(shù)采用鑄鐵外,大部分采用導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金代號ZL101。鋁活塞除了導(dǎo)熱性能好外,還具有重量輕、易加工等特點(diǎn)。一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄,這樣不僅僅可以獲得較高精度的毛坯,減少機(jī)械加工余量,同時還可以保證活塞間較小的重量差,適合批量生產(chǎn)。所以共晶鋁硅合金是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的活塞材料,故選擇鋁硅合金。 2.2.2 毛坯的制造方法從生產(chǎn)批量上看,屬于大批量生產(chǎn),宜采用精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法,以減少材料消耗和機(jī)械加工工作量??煽紤]金屬鑄造、熔模鑄造、模鍛、精鍛等方法;從零件的結(jié)構(gòu)上來看,該零件屬于外形較復(fù)雜的小型零件,可考慮采用壓鑄、金屬鑄造、熔模鑄造等精密鑄造方法。同時可以減少切削加工或不進(jìn)行切削加工。從鑄鋁材料的強(qiáng)度來看,可采用金屬型鑄造或砂型鑄造。綜合以上分析,該活塞毛坯確定采用金屬型鑄造。2.3 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。定位基準(zhǔn)選擇得正確、合理,可以保證零件的加工質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率。反之,就會使加工工藝過程問題百出,嚴(yán)重的還會造成零件大批報(bào)廢,是生產(chǎn)無法進(jìn)行。 2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時,應(yīng)考慮兩個問題:一,是保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要求;二,是合理分配各加工面的余量,所以一般應(yīng)遵循下列原則。(1)重要表面原則。為保證加工表面的余量均勻,應(yīng)選擇重要表面為粗基準(zhǔn)。(2)不加工表面原則。若在設(shè)計(jì)上要求保證加工面與不加工面的相互位置精度,則應(yīng)選不加工表面為粗基準(zhǔn)。(3)余量最小原則。如果零件上每個表面都要加工,則應(yīng)該選加工余量小的表面為粗基準(zhǔn),以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面,造成工件報(bào)廢。(4)使用一次原則。 粗基準(zhǔn)一般只在第一工序中使用一次,盡量避免重復(fù)使用。(5)平整光潔原則。作為粗基準(zhǔn)的表面,應(yīng)盡量平整光潔,有一定面積,不能有飛邊、澆口、易口或其他缺陷,以使工件定位可靠,夾緊方便。通過對這些粗基準(zhǔn)選擇原則以及對零件的加工工藝分析的綜合考慮,得出初步選擇的粗基準(zhǔn)為活塞零件的外圓表面。 2.3.2 精基準(zhǔn)的選擇精基準(zhǔn)選擇時,應(yīng)主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠。一般應(yīng)考慮以下原則。(1)基準(zhǔn)重合原則應(yīng)盡量選擇零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。(2)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則盡可能采用同一基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面,這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。這樣可以減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,便于保證各加工表面的相互位置精度。(3)自為基準(zhǔn)原則 某些表面精加工要求加工余量小而均勻時,長選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。(4)互為基準(zhǔn)原則對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時,需要用兩個表面相互為基準(zhǔn),進(jìn)行反復(fù)加工,以保證位置精度要求。(5)所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件定位準(zhǔn)確,夾緊可靠,操作方便 定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠的支撐面積,表面粗糙度值較小,精度較高?;钊且环N薄壁筒形零件,在外力的作用下很容易產(chǎn)生變形,而且其主要表面的位置精度和尺寸精度要求都比較高,所以需要用一個統(tǒng)一的基面定位來加工這些要求高的表面。針對活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),因此采用了活塞的輔助精基準(zhǔn)止口內(nèi)孔和端面來作為統(tǒng)一的基準(zhǔn)。在加工回油槽、環(huán)槽、外圓和頂面時,就是采用了這個精基準(zhǔn)定位。也符合了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”和“工序集中”的原則。由于活塞毛坯的精度較高,因此在鉆、擴(kuò)銷孔時采用銷座外端作為角向定位基準(zhǔn)。如采用銷孔自定位的話,定位元件不容易布置,夾具的結(jié)構(gòu)也會變得復(fù)雜。精鏜銷孔時是以頂面為定位基準(zhǔn),止口的精加工也是以頂面為定位基準(zhǔn)的,這樣也減少了由于基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的定位誤差。在精車和精磨外圓這兩道工序中,則采用止口的錐面和頂面的中心孔定位。采用止口和端面(或中心孔)作為基準(zhǔn)面有下列優(yōu)點(diǎn):1,可以加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要表面及其他次要表面。 2,活塞裙部在半徑方向的剛性差,利用止口和端面定位可以沿活塞軸向夾緊,就不致引起嚴(yán)重的變形,從而可以時行多刀切削。2.4 制定工藝路線擬定工藝路線的出發(fā)點(diǎn):應(yīng)當(dāng)是零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型已確定為大批生產(chǎn)的條件下,可以考慮通用機(jī)床配以專用夾具,并盡量使得工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便降低生產(chǎn)成本??紤]了其主體方向后,對其切削加工順序進(jìn)行初步安排。在這之前應(yīng)考慮到氣門搖臂切削加工工序的安排原則。(1)、先粗后精一個零件的切削加工過程總是先進(jìn)行粗加工再進(jìn)行半精加工,最后是精加工和光整加工。這有利于加工誤差和表面缺陷層的逐步消除,從而逐步提高零件的加工精度與表面質(zhì)量。(2)、先主后次零件的主要加工表面(一般是指設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面、主要工作面、裝配基面等)應(yīng)先加工,而次要表面(鍵槽、螺紋等)可在主要加工表面加工到一定精度后、最終精加工之前進(jìn)行加工。(4)、先基準(zhǔn)后其他作為精基準(zhǔn)的表面要首先加工出來。通過對這些原則的掌握以及對零件各個加工表面和孔位置精度、表面粗糙度要求的理解后,初步安排了加工工藝路線一如下: 工藝路線一 1. 鑄造毛坯 2. 時效 3. 止口定位粗車外圓、環(huán)槽和倒角 4. 外圓定位粗車下端面和止口 5. 銑兩側(cè)銷座凹孔 6. 止口定位鉆活塞銷孔 7. 銑回油槽 8. 擴(kuò)活塞銷孔 9. 鉆銷座油孔 10. 外圓定位精車止口 11. 止口定位精車外圓和環(huán)槽 12. 精車燃燒室 13. 靠模車裙部 14. 粗銑活塞頂面 15. 外圓定位精絞銷孔 16. 去毛刺、銳邊 17. 清洗吹凈活塞 18. 終檢工藝路線二 1. 鑄造毛坯 2. 正火 3. 鉆活塞銷孔 4. 銑兩側(cè)銷座凹孔 5. 粗車外圓、環(huán)槽和倒角 6. 銑回油槽 7. 鉆銷座油孔 8. 擴(kuò)活塞銷孔 9. 外圓定位粗車下端面和止口 10. 外圓定位精車止口 11. 止口定位精車外圓、環(huán)槽和頂面 12. 精車燃燒室 13. 靠模車裙部 14. 粗銑活塞頂面 15. 外圓定位磨銷孔 16. 粗絞活塞銷孔 17. 去毛刺、銳邊 18. 清洗吹凈活塞 19. 終檢工藝方案的比較和分析方案一是先車止口,然后以止口定位鏜銷孔,再以此為基準(zhǔn)加工活塞;方案二是先加工銷孔,再定位止口加工活塞。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔,而銷孔是許多工序夾緊力的部位,故應(yīng)在定位止口后直接粗鏜銷孔,以便在以后的工序中夾緊力能夠分布均勻。而第一種方案,更使用于活塞的大批量生產(chǎn)。2.5 活塞毛坯尺寸、加工余量、工序尺寸的確定零件機(jī)械加工工藝路線擬定后還需要對每一道工序進(jìn)行設(shè)計(jì),其主要內(nèi)容包括:確定每一工步的加工余量,計(jì)算各工序尺寸及公差,選擇各工序所使用的機(jī)床及工藝設(shè)備,確定切削用量計(jì)算工時定額等8。 2.5.1 活塞毛坯尺寸的確定 活塞的零件材料為鋁合金,生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn),采用的毛坯是金屬模鑄造出來的。鋁活塞的毛坯一般都鑄出錐形銷孔以便于拔模。由于銷孔是許多工序施加夾緊力的部分,所以在粗車止口工序之后即對銷孔進(jìn)行粗鏜,以便在其后的工序,夾緊力能較均勻地分布,而不至于壓壞銷孔所在的搭子。根據(jù)零件資料及加工工藝,確定活塞毛坯尺寸為:,如圖2.1所示:圖2.1 活塞毛坯圖 2.5.2 加工余量的確定 機(jī)械加工余量對工藝過程有一定的影響,余量不夠,不能保證零件的加工質(zhì)量,余量過大,不但增加機(jī)械加工勞動量,而且增加了材料,道具,能源的消耗,從而增加了成本,所以必須合理地安排加工余量。 (1) 銷孔的加工余量 銷孔直徑28mm,內(nèi)部粗糙度為0.2。查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-27,得鉆孔加工余量為2.5mm,擴(kuò)孔加工余量為1.5mm,粗絞孔的加工余量為0.3mm,總加工余量為4.3mm。 (2) 外圓表面的加工余量 外圓直徑101.6mm 表面粗糙度為Ra=6.3m 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-25得 外圓表面粗車加工余量為1.8mm 精車加工余量為0.4mm 總加工余量為3.4mm,因此粗車分2次走刀,第二刀去除1.2mm。 (3)端面的加工余量 頂面直徑101.6mm 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-35得 頂面粗銑加工余量為1.3mm 精銑加工余量為0.7mm 頂面總加工余量為2.0mm。 (4)止口的加工余量 止口直徑為95mm 長度10mm 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-25得 止口粗車加工余量為2.6mm 精車加工余量為0.3mm 總加工余量為2.9mm。 (5)環(huán)槽的加工余量 環(huán)槽直徑為92mm 表面粗糙度Ra=3.2m,查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì),取環(huán)槽粗車加工余量為1.8mm,精車加工余量為0.5mm,總加工余量為2.3mm。表2.1 各工序余量和工序尺寸及公差加工表面加工方法余量公差等級工序尺寸外圓101.6粗車3102精車0.4f8101.6端面粗銑1.3精銑0.7h10106銷孔28鉆擴(kuò)2.5H1126.2擴(kuò)1.5H927.7H9鉸0.328止口粗車2.6H1195.3精車0.3H795環(huán)槽粗車1.892.5精車0.5h10922.6確定切削用量及工時定額 2.6.1 外圓表面的切削用量由于工件是鑄造毛坯,表面粗糙度為Ra為3.2um,加工要求比較高,分兩次走刀,第一次粗車加工余量取1.8mm,半精車加工余量為0.3mm19。粗車: 選擇機(jī)床 選擇CA6140臥式專用車床 選擇刀具 選擇指頭焊接式外圓車刀。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,CA6140的中心高為205mm,選擇刀桿尺寸,刀片厚度為4.5mm。 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取1mm,車刀壽命。 選擇切削用量a) 確定切削深度ap ,由于粗加工余量僅為1.8mm,可一次走刀完成,故b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4,刀桿尺寸,以及工件 直徑為100400mm時查切削用量簡明手冊表1.31,取f=1.02mm/rb) 確定切削速度v 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.10,用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=630700MPa,ap 1.4mm,f1.27mm/r,切削速度vt=97m/min.查切削用量簡明手冊表1.28得切削速度的修正系數(shù)為 ktv=0.65, krv=0.92,knv=0.8,kTv=1.0,kKv=1.0 查切削用量簡明手冊表1.31取實(shí)際切削速度 所以切削用量為 基本工時的計(jì)算 ,查切削用量簡明手冊表1.26,車削時的入切量,所以 10精車: 選擇刀具 車刀形狀,刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和壽命 查表1.9,選擇車刀后刀面最大磨為 0.4mm,刀具壽命T=60min. 選擇切削用量apa) 確定切削深度ap b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4,刀桿尺寸16mm25mm,ap 3mm,以及工件直徑為100400mm時 查切削用量簡明手冊表1.31,取c) 確定切削速度v 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.10,用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=630700MPa, ,故切削速度 查切削用量簡明手冊表1.31,選擇 實(shí)際切削速度v 所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算tm查切削用量簡明手冊表1.26,y+=1.6mm,故 1 2.6.2 端面的切削用量 機(jī)床的選擇選擇XA6132型臥式銑床 刀具的選擇端面的粗銑加工余量為1.3mm,精銑加工用量為0.7mm,總加工余量為2mm,根據(jù)切削用量簡明手冊表3.1,銑削寬度時,銑削深度,故選擇,選擇標(biāo)準(zhǔn)鑲齒圓柱銑刀,故齒數(shù). 切削用量的確定1) 銑削寬度ae的確定 由于加工余量不打,所以可以在一次 走刀內(nèi)完成, 2) 每齒進(jìn)給量fz的確定 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-43,得其功率為7.5KW,屬于中等剛度系統(tǒng)。根據(jù)切削用量簡明手冊表3.3,=,取。3) 確定銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和刀具壽命根據(jù)切削用量簡明手冊表3.7,銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm,查標(biāo)3.8得刀具壽命為180min.4) 切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf的確定查切削用量簡明手冊表3.9,當(dāng),時,取, 修正系數(shù)為: 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)表4-44,取 所以切削用量為:2 基本工時的計(jì)算 式中,。根據(jù)切削用量簡明手冊表3.25,入切量及超切量,則。故 2.6.3 環(huán)槽的切削用量環(huán)槽表面粗糙度為Ra=3.2m,加工要求較高,分兩次走刀,粗車加工余量為1.8mm,半精車余量為0.5mm。粗車: 選擇機(jī)床選擇CA6140臥式專用車床 選擇刀具選擇指頭焊接式外圓車刀。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,CA6140的中心高為205mm,選擇刀桿尺 寸,刀片厚度為4.5mm。 切削用量的選擇a) 切削深度ap 由于粗加工余量僅為1.8mm,故 b) 進(jìn)給量f 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.4,刀桿尺寸為 ,工件直徑為60100mm時, 查切削用量簡明手冊表1.31,取c) 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取1mm,車刀壽命。d) 切削速度的vc命,根據(jù)切削用量簡明手冊表1.。10,當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=630700MPa,ap小于等于7mm,,切削速度。查切削用量簡明手冊表1.28得切削速度的修正系數(shù)為 查切削用量簡明手冊表1.31,取。 實(shí)際切削速度vc為 所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算 查切削用量簡明手冊表1.26,故 精車: 選擇機(jī)床選擇CA6140臥式專用車床 選擇刀具車刀形狀,刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。 選擇切削用量1)確定切削深度ap 2)確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4,刀桿尺寸16mm25mm,以及工件直徑為100400mm時,查切削用量簡明手冊表1.31,取。3)選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取0.8mm,車刀壽命。4)確定切削速度vc 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.10,當(dāng)=630700MPa,切削速度。切削速度的修正系數(shù)均為1,故。 查切削用量簡明手冊表1.31,取 實(shí)際切削速度vc為 所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算tm查切削用量簡明手冊表1.26,故 2.6.4 銷孔的切削用量鉆:孔徑,孔深,通孔,精度為H12-H13 選擇機(jī)床Z525型立式鉆床 選擇鉆頭:選擇高速鋼麻花轉(zhuǎn)頭,直徑。 選擇切削用量a) 確定進(jìn)給量f按加工要求決定進(jìn)給量:查切削用量簡明手冊表2.7,強(qiáng)度800MPa,時,。由于,所以要乘以孔深修正系數(shù)查切削用量簡明手冊表2.35,取由于是加工通孔,為了避免孔即將鉆穿時鉆頭容易折斷,故宜在即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而采用手動進(jìn)給16。b) 確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查切削用量簡明手冊表2.12,當(dāng)時,鉆頭后刀面最大磨損量取1.0mm,壽命。c) 確定切削速度v 查表2.14,=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13,時,。 切削速度的修正系數(shù)為:,所以 根據(jù)切削用量簡明手冊表2.35,取。所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算 式中,,入切量及超切量查切削用量簡明 手冊表2.29得,所以基本工時擴(kuò):孔徑,孔深,通孔,精度為H12-H13 選擇機(jī)床Z525型立式鉆床 選擇鉆頭選擇擴(kuò)孔刀,直徑。 選擇切削用量 a)確定進(jìn)給量f 按加工要求決定進(jìn)給量:查切削用量簡明手冊表2.7,強(qiáng)度 800MPa,時,。 由于,所以要乘以孔深修正系數(shù) 查切削用量簡明手冊表2.35,取 b)確定鉆頭磨鈍和壽命 查切削用量簡明手冊表2.12,當(dāng),鉆頭后刀面最大磨損量取1.2mm,壽命.c) 確定切削速度 查切削用量簡明手冊表2.14,=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13,時,。 根據(jù)切削用量簡明手冊表2.35,取。 所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算tm 式中,,入切量及超切量查切削用量簡明手冊表2.29,得,所以基本工時tm:精絞:孔徑,孔深,通孔,精度為H12-H13 選擇機(jī)床Z525型立式鉆床 選擇鉆頭選擇擴(kuò)孔刀,直徑。 選擇切削用量1)確定進(jìn)給量f按加工要求決定進(jìn)給量:查切削用量簡明手冊表2.7,強(qiáng)度800MPa,時,。由于,所以要乘以孔深修正系數(shù) 查切削用量簡明手冊表2.35,取2)確定鉆頭磨鈍和壽命 查切削用量簡明手冊表2.12,當(dāng)時,鉆頭后刀面最大磨損量取0.7mm,壽命.173)確定切削速度v 查切削用量簡明手冊表2.14,=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13,時,。切削速度的修正系數(shù)為:, 所以: 根據(jù)切削用量簡明手冊表2.35,取。所以切削用量為: 基本工時的計(jì)算 式中,,入切量及超切量查切削用量簡明手冊表2.29 得 , 所以基本工時Tm: 2.6.5 止口的切削用量 選擇機(jī)床選擇CA6140臥式專用車床 選擇刀具 選擇焊接式外圓車刀。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.1,CA6140的中心高為205mm, 選擇刀桿尺寸,刀片厚度為4.5mm。 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.9,車刀后刀面最大磨損量取1mm,車刀壽命。 選擇切削用量a) 確定切削深度ap ,由于粗加工余量僅為2.6mm,可一次走刀完成,故 b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4,刀桿尺寸,以及工件直徑為100400mm時: 查切削用量簡明手冊表1.31,取15。c) 確定切削速度v 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.10,用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=630700MPa,切削速度. 查切削用量簡明手冊表1.31,取實(shí)際切削速度 所以切削用量為 基本工時的計(jì)算 ,查切削用量簡明手冊表1.26,車削時的入切量,所以, 所以基本工時Tm: 精車:1.選擇刀具車刀形狀,刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。2.選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和壽命 查表1.9,選擇車刀后刀面最大磨損量為0.4mm,刀具壽命.3.選擇切削用量apa) 確定切削深度ap b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4,刀桿尺寸,以及工件直徑為100400mm時:查切削用量簡明手冊表1.31,取。c) 確定切削速度v 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.10,用YT15硬質(zhì)合金車刀加工 =630700MPa,故切削速度.查切削用量簡明手冊表1.31,選擇實(shí)際切削速度v 所以切削用量為:4.基本工時的計(jì)算查切削用量簡明手冊表1.26,故所以基本工時Tm: 13 3粗鏜活塞銷孔專用夾具的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)床夾具的作用及組成(1)保證加工精度 用機(jī)床夾具裝夾工件,能準(zhǔn)確確定工件與刀具、機(jī)床之間的相對位置關(guān)系,可以保證加工精度。(2)提高生產(chǎn)效率 機(jī)床夾具能快速地將工件定位和夾緊,可以減少輔助時間,提高生產(chǎn)效率。(3)減輕勞動強(qiáng)度 機(jī)床夾具采用機(jī)械、氣動、液動夾緊裝置,可以減輕工人的勞動強(qiáng)度。機(jī)床夾具的組成主要有定位元件、定位裝置、夾緊裝置、夾具的定位及對刀,導(dǎo)向元件夾具體、其它元件及裝置。3.2 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過程主要包括工件加工任務(wù)分析,工件在夾具中的定位,工件在夾具中的夾緊,夾具在機(jī)床上的定位、對刀和計(jì)算等。為提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量,降低勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本,需用專用夾具輔助制造。夾具是一種裝夾工件的工藝裝備,它廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在現(xiàn)代生產(chǎn)中,機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備,它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作9。3.3 夾具的初步設(shè)計(jì)方案本套夾具為鏜活塞銷孔專用夾具。在本工序之前,活塞外圓和止口都已加工完畢,因此可選擇止口作為定位基準(zhǔn)。其加工示意圖如圖3.1所示:圖3.1 鏜銷孔加工示意圖如圖3.1所示:臥式鏜床采用一個長的鏜桿同時鏜削兩個孔,以保證兩孔的同軸度,同時要保證兩銷孔也止口的位置關(guān)系。粗鏜活塞銷孔專用夾具的自由度分析:它用止口及端面定位,消去個自由度,剩下的轉(zhuǎn)動自由度用一根裝在尾座套筒中的削邊銷插入銷孔中來定位,從而保證鏜孔的加工余量均勻。當(dāng)用螺母與螺桿及壓塊將活塞壓緊后,再將削邊銷從銷孔中退出,即可進(jìn)行加工。定位方案如圖3.2所示,圖中圓柱銷與止口配合限制2個自由度,圓柱銷端面與止口配合限制3個自由度,錐形菱形銷限制一個自由度。但加工時,菱形銷必須撤出,因此設(shè)計(jì)一活動定位裝置,定位時前進(jìn),夾緊后撤出。圖3.2 鏜銷夾具定位方案為了能使加工過程中快速實(shí)現(xiàn)工件的定位,削邊銷的運(yùn)動采用液動,以省去人力并能準(zhǔn)確和快速移動。本夾具中,削邊削即為液壓缸之活塞前端。根據(jù)加工工序的需要決定采用具有固定式夾具的主軸箱橫向進(jìn)給的臥式單工位專用機(jī)床:3.4定位方案設(shè)計(jì) 3.4.1 定位元件選擇通過上述對零件加工自由度的分析,在本夾具中采用一個水平放置的平面與活塞端面相配,限制3個自由度,定位面上安裝一個凸臺對止口進(jìn)行定位,限制2個自由度,然后用一個削邊銷對活塞銷孔進(jìn)行預(yù)定位,這樣6個自由度全部限制1。 3.4.2 定位誤差的分析與計(jì)算工件裝夾在夾具上進(jìn)行加工的過程中,會產(chǎn)生加工誤差,引起加工誤差的因素主要有以下幾種:(1)、定位誤差D:與工件在夾具上定位有關(guān)的誤差。(2)、調(diào)安誤差T-A(調(diào)整和安裝誤差):調(diào)整誤差是指夾具上的對刀元件或?qū)蛟c定位元件之間的位置不準(zhǔn)確所引起的誤差;安裝誤差是指夾具在機(jī)床上安裝時引起的定位元件與機(jī)床上安裝夾具的裝夾面之間位置不準(zhǔn)確的誤差。(3)、加工過程誤差G:由機(jī)床運(yùn)動精度和工藝系統(tǒng)的變形等因素而引起的誤差。為了得到合格零件,必須是上述各項(xiàng)誤差之和等于或小于零件的相應(yīng)公差K,即: D+T-A+GK 這里,我重點(diǎn)分析了定位誤差D,當(dāng)定位誤差D(1/3)K時,則認(rèn)為選定的方案可行。1、定為誤差產(chǎn)生的原因。 任意一批工件在加工時,引起加工尺寸產(chǎn)生誤差的主要原因有兩類: (1)、由于定位基準(zhǔn)本身的尺寸和幾何形狀誤差,以及定位基準(zhǔn)與定位與元件之間的間隙,所引起的同批工件定位基準(zhǔn)沿加工尺寸方向(或沿指定軸向)的最大位移,稱為定位基準(zhǔn)位移誤差,以Y表示。 (2)、由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合,所引起的同批工件工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)而言沿加工尺寸方向(或沿指定軸向)的最大位移,稱為基準(zhǔn)不重合誤差,以B表示。 上述兩類誤差之和即為定位誤差,故可得 D=Y+B2.定位誤差的計(jì)算在本道工序中,工件上的95mm止口與定位軸間隙配合H7/h6,定位元件水平放置。工件水平放置,其母線與定位銷雙邊接觸,由于定位副的制造誤差,將產(chǎn)生定位基準(zhǔn)位移誤差。其基準(zhǔn)位移誤差為: Y=(T+T+X) 公式中,T =工件定位基準(zhǔn)的直徑公差,單位mm T =圓柱定位銷的直徑公差,單位mm X =定位所需最小間隙,單位mm其中,T=0.035mm,T=0.027mm;X =00=0mm;代入數(shù)據(jù)得Y=(0.036+0.027+0) =0.063mm其定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,故B=0mm故兩類誤差之和即為定位誤差,得D=Y+B =0.063+0 =0.063mm 因?yàn)樵O(shè)計(jì)尺寸為56,T0.16D0.063略大于T/3,基本認(rèn)為可行,其所帶來的誤差可由精加工修正4。 3.5夾緊方案設(shè)計(jì) 3.5.1 夾緊元件的選取夾緊裝置是夾具的重要組成部分。在設(shè)計(jì)夾緊裝置時,應(yīng)滿足一下基本要求:(1) 在夾緊過程中應(yīng)能保持工件定位時所獲得的正確位置;(2) 夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng);(3) 夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全;(4) 夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。工件在夾緊過程中應(yīng)避免夾緊元件跟工件進(jìn)行點(diǎn)接觸。因?yàn)樵邳c(diǎn)接觸的過程中,即使有很小的夾緊力也可以產(chǎn)生很大的應(yīng)力,由于加工過程產(chǎn)生的誤差在夾緊上經(jīng)常會出現(xiàn)點(diǎn)接觸的情況。在本設(shè)計(jì)中采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。 3.5.2 夾緊力的分析與計(jì)算夾緊力包括力的大小、方向、作用點(diǎn),它們的確定是夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要解決的問題。夾緊力方向的選擇1.夾緊力的作用方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位,而不能破壞定位;2.夾緊力的作用方向應(yīng)盡量與工件剛度最大的方向相一致,以減小工件變形;3.夾緊力的作用方向應(yīng)盡可能與切削力、工件重力方向一致,以減小所需的夾緊力。結(jié)合本道工序,夾緊力應(yīng)指向主要定位面,即大平面,因此夾緊力的方向應(yīng)垂直向下。(2)夾緊力大小的計(jì)算1.確定本道工序的切削力,切削扭矩,切削功率初定鏜刀裝在鏜桿上的幾何參數(shù)為:主偏角K=45,前角。=20,刃傾角s0,刀尖圓弧半徑=20mm,初定鏜孔加工余量ap=1.5mm1)切削力Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC =9.81401.510.70.751200KFC其中KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC查機(jī)械制造技術(shù)p48 表2-3,得KMFC=1查表2-4得 K0FC=1.0,KKFC=1.0,KsFC=1.0,KFC=1.0KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC=11.01.01.01.01.0=1Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC=9.81401.510.70.751200KFC=9.81401.510.70.7512001=450.4(N)82) 切削功率:Pc=FcVc/60103 =450.4120/60000 =0.895(kW)3) 快速運(yùn)動速度的確定:由HY20A液壓滑臺技術(shù)性能可知快進(jìn)速度為12m/min。6 3.5.3 原動力計(jì)算Me=Wk【rtg1+rztg(+2)】/0N.mm其中:Wk-實(shí)際所需夾緊力Nr-螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑mm,參見表1-2-20 螺桿端部的結(jié)構(gòu)形式為點(diǎn)接觸 r=0由表1-2-24中,初選螺紋公稱直徑為10(mm)的螺栓查得其許用夾緊力為3924(N),加在螺母上的夾緊扭矩為9.320N.mmMe=450.4【0+4.675tg(157+950)】/0.9 =484.7N.mM10的許用夾緊力=3924450.4(N)M10的螺栓滿足強(qiáng)度要求11。 3.5.4扳手和螺栓的選用 當(dāng)用扳手扳動M10螺栓上的六角螺母時,查表1-2-25得,柄長度L=120mm,作用力為45N,而夾緊力為3550N,遠(yuǎn)大于450.4N用M10的螺栓,并用扳手長度L=120mm的扳手的方案符合要求。21本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)翻譯A diesel engine works【Abstract】In a diesel engine cylinder, the piston in the part of the work cycle of compressed gas,and in another part of the work cycle of the combustion gas mixture within the cylinder so the piston top surface expansion high pressure (about 116 120Kgf/cm2)under high temperature (about 569C) gas role, and the pressure through the piston pin, connecting rod to the crankshaft. Can be seen that the piston is a long time under high temperature and high pressure in continuous reciprocating motion of the load, its load and working conditions were appalling. During the design process of the piston will be designed to ensure long-term stability of the work piston. The design of the work done by a brief introduction as follows:Diesel Engine Piston 180C reasonable processing technology is important, the role of parts and technology program analysis, preparation of rough form and process manufacturing line, through the analysis, comparison, use of the relative concentration of processing programs, and ultimately more reasonable to determine the mechanical line processing. The development process of rough line the main consideration, finishing arrangements, choice of processing methods, centralized and decentralized processes, such as processing the order requirements. Then determine the allowance, process size, after the analysis of the characteristics of the process, select the appropriate processing equipment and technical equipment. Calculated look-up table to determine the next major piston cutting process and the mapping of processes card, the design of the final fixture. Fixture design, it is necessary to take various aspects into account, the strict requirements of the fixture a direct impact on the surface of the workpiece processing position accuracy. Therefore, the machine tool design fixture design is an important task is the processing of one of the most active. During the graduation project in a specially designed positioning accuracy, simple structure and easy-to-use precision pin hole boring jig.Keywords: Piston; Technology; processing equipment; cutting; FixtureAny type of machine that obtains mechanicalenergy directly from the expenditure of the chemical energy of fuel burned in a combustion chamber that is an integral part of the engine. Four principal types of internal-combustion engines are in general use: the Otto-cycle engine, the diesel engine, the rotary engine, and the gas turbine. For the various types of engines employing the principle of jet propulsion, see Jet Propulsion; Rocket. The Otto-cycle engine, named after its inventor, the German technician Nikolaus August Otto, is the familiar gasoline engine used in automobiles and airplanes; the diesel engine, named after the French-born German engineer Rudolf Christian Karl Diesel, operates on a different principle and usually uses oil as a fuel. It is employed in electric-generating and marine-power plants, in trucks and buses, and in some automobiles. Both Otto-cycle and diesel engines are manufactured in two-stroke and four-stroke cycle models.The essential parts of Otto-cycle and diesel engines are the same. The combustion chamber consists of a cylinder, usually fixed, that is closed at one end and in which a close-fitting piston slides. The in-and-out motion of the piston varies the volume of the chamber between the inner face of the piston and the closed end of the cylinder. The outer face of the piston is attached to a crankshaft by a connecting rod. The crankshaft transforms the reciprocating motion of the piston into rotary motion. In multicylindered engines the crankshaft has one offset portion, called a crankpin, for each connecting rod, so that the power from each cylinder is applied to the crankshaft at the appropriate point in its rotation. Crankshafts have heavy flywheels and counterweights, which by their inertia minimize irregularity in the motion of the shaft. An engine may have from 1 to as many as 28 cylinders.The fuel supply system of an internal-combustion engine consists of a tank, a fuel pump, and a device for vaporizing or atomizing the liquid fuel. In Otto-cycle engines this device is either a carburetor or, more recently, a fuel-injection system. In most engines with a carburetor, vaporized fuel is conveyed to the cylinders through a branched pipe called the intake manifold and, in many engines, a similar exhaust manifold is provided to carry off the gases produced by combustion. The fuel is admitted to each cylinder and the waste gases exhausted through mechanically operated poppet valves or sleeve valves. The valves are normally held closed by the pressure of springs and are opened at the proper time during the operating cycle by cams on a rotating camshaft that is geared to the crankshaft. By the 1980s more sophisticated fuel-injection systems, also used in diesel engines, had largely replaced this traditional method of supplying the proper mix of air and fuel. In engines with fuel injection, a mechanically or electronically controlled monitoring system injects the appropriate amount of gas directly into the cylinder or inlet valve at the appropriate time. The gas vaporizes as it enters the cylinder. This system is more fuel efficient than the carburetor and produces less pollution.In all engines some means of igniting the fuel in the cylinder must be provided. For example, the ignition system of Otto-cycle engines described below consists of a source of low-voltage, direct-current electricity that is connected to the primary of a transformer called an ignition coil. The current is interrupted many times a second by an automatic switch called the timer. The pulsations of the current in the primary induce a pulsating, high-voltage current in the secondary. The high-voltage current is led to each cylinder in turn by a rotary switch called the distributor. The actual ignition device is the spark plug, an insulated conductor set in the wall or top of each cylinder. At the inner end of the spark plug is a small gap between two wires. The high-voltage current arcs across this gap, yielding the spark that ignites the fuel mixture in the cylinder.Because of the heat of combustion, all engines must be equipped with some type of cooling system. Some aircraft and automobile engines, small stationary engines, and outboard motors for boats are cooled by air. In this system the outside surfaces of the cylinder are shaped in a series of radiating fins with a large area of metal to radiate heat from the cylinder. Other engines are water-cooled and have their cylinders enclosed in an external water jacket. In automobiles, water is circulated through the jacket by means of a water pump and cooled by passing through the finned coils of a radiator. Some automobile engines are also air-cooled, and in marine engines sea water is used for cooling.Unlike steam engines and turbines, internal-combustion engines develop no torque when starting, and therefore provision must be made for turning the crankshaft so that the cycle of operation can begin. Automobile engines are normally started by means of an electric motor or starter that is geared to the crankshaft with a clutch that automatically disengages the motor after the engine has started. Small engines are sometimes started manually by turning the crankshaft with a crank or by pulling a rope wound several times around the flywheel. Methods of starting large engines include the inertia starter, which consists of a flywheel that is rotated by hand or by means of an electric motor until its kinetic energy is sufficient to turn the crankshaft, and the explosive starter, which employs the explosion of a blank cartridge to drive a turbine wheel that is coupled to the engine. The inertia and explosive starters are chiefly used to start airplane engines.The ordinary Otto-cycle engine is a four-stroke engine; that is, in a complete power cycle, its pistons make four strokes, two toward the head (closed head) of the cylinder and two away from the head. During the first stroke of the cycle, the piston moves away from the cylinder head while simultaneously the intake valve is opened. The motion of the piston during this stroke sucks a quantity of a fuel and air mixture into the combustion chamber. During the next stroke, the piston moves toward the cylinder head and compresses the fuel mixture in the combustion chamber. At the moment when the piston reaches the end of this stroke and the volume of the combustion chamber is at a minimum, the fuel mixture is ignited by the spark plug and burns, expanding and exerting a pressure on the piston, which is then driven away from the cylinder head in the third stroke. During the final stroke, the exhaust valve is opened and the piston moves toward the cylinder head, driving the exhaust gases out of the combustion chamber and leaving the cylinder ready to repeat the cycle.The efficiency of a modern Otto-cycle engine is limited by a number of factors, including losses by cooling and by friction. In general, the efficiency of such engines is determined by the compression ratio of the engine. The compression ratio (the ratio between the maximum and minimum volumes of the combustion chamber) is usually about 8 to 1 or 10 to 1 in most modern Otto-cycle engines. Higher compression ratios, up to about 15 to 1, with a resulting increase of efficiency, are possible with the use of high-octane antiknock fuels. The efficiencies of good modern Otto-cycle engines range between 20 and 25 percentin other words, only this percentage of the heat energy of the fuel is transformed into mechanical energyTheoretically, the diesel cycle differs from the Otto cycle in that combustion takes place at constant volume rather than at constant pressure. Most diesels are also four-stroke engines but they operate differently than the four-stroke Otto-cycle engines. The first, or suction, stroke draws air, but no fuel, into the combustion chamber through an intake valve. On the second, or compression, stroke the air is compressed to a small fraction of its former volume and is heated to approximately 440C (approximately 820F) by this compression. At the end of the compression stroke, vaporized fuel is injected into the combustion chamber and burns instantly because of the high temperature of the air in the chamber. Some diesels have auxiliary electrical ignition systems to ignite the fuel when the engine starts and until it warms up. This combustion drives the piston back on the third, or power, stroke of the cycle. The fourth stroke, as in the Otto-cycle engine, is an exhaust stroke. The efficiency of the diesel engine, which is in general governed by the same factors that control the efficiency of Otto-cycle engines, is inherently greater than that of any Otto-cycle engine and in actual engines today is slightly more than 40 percent. Diesels are, in general, slow-speed engines with crankshaft speeds of 100 to 750 revolutions per minute (rpm) as compared to 2500 to 5000 rpm for typical Otto-cycle engines. Some types of diesel, however, have speeds up to 2000 rpm. Because diesels use compression ratios of 14 or more to 1, they are generally more heavily built than Otto-cycle engines, but this disadvantage is counterbalanced by their greater efficiency and the fact that they can be operated on less expensive fuel oils. By suitable design it is possible to operate an Otto-cycle or diesel as a two-stroke or two-cycle engine with a power stroke every other stroke of the piston instead of once every four strokes. The power of a two-stroke engine is usually double that of a four-stroke engine of comparable size.The general principle of the two-stroke engine is to shorten the periods in which fuel is introduced to the combustion chamber and in which the spent gases are exhausted to a small fraction of the duration of a stroke instead of allowing each of these operations to occupy a full stroke. In the simplest type of two-stroke engine, the poppet valves are replaced by sleeve valves or ports (openings in the cylinderwall that are uncovered by the piston at the end of its outward travel). In the two-stroke cycle, the fuel mixture or air is introduced through the intake port when the piston is fully withdrawn from the cylinder. The compression stroke follows, and the charge is ignited when the piston reaches the end of this stroke. The piston then moves outward on the power stroke, uncovering the exhaust port and permitting the gases to escape from the combustion chamber.In the 1950s the German engineer Felix Wankel developed an internal-combustion engine of a radically new design, in which the piston and cylinder were replaced by a three-cornered rotor turning in a roughly oval chamber. The fuel-air mixture is drawn in through an intake port and trapped between one face of the turning rotor and the wall of the oval chamber. The turning of the rotor compresses the mixture, which is ignited by a spark plug. The exhaust gases are then expelled through an exhaust port through the action of the turning rotor. The cycle takes place alternately at each face of the rotor, giving three power strokes for each turn of the rotor. Because of the Wankel engines compact size and consequent lesser weight as compared with the piston engine, it appeared to be an important option for automobiles. In addition, its mechanical simplicity provided low manufacturing costs, its cooling requirements were low, and its low center of gravity made it safer to drive. A line of Wankel-engine cars was produced in Japan in the early 1970s, and several United States automobile manufacturers researched the idea as well. However, production of the Wankel engine was discontinued as a result of its poor fuel economy and its high pollutant emissions. Mazda, a Japanese car manufacturer, has continued to design and innovate the rotary engine, improving performance and fuel efficiency.A modification of the conventional spark-ignition piston engine, the stratified charge engine is designed to reduce emissions without the need for an exhaust-gas recirculation system or catalytic converter. Its key feature is a dual combustion chamber for each cylinder, with a prechamber that receives a rich fuel-air mixture while the main chamber is charged with a very lean mixture. The spark ignites the rich mixture that in turn ignites the lean main mixture. The resulting peak temperature is low enough to inhibit the formation of nitrogen oxides, and the mean temperature is sufficiently high to limit emissions of carbon monoxide and hydrocarbon.柴油機(jī)的工作原理【摘要】在柴油機(jī)氣缸內(nèi),活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體,而在另一部分工作循環(huán)氣缸內(nèi)混合氣體燃燒膨脹使活塞頂面承受高溫(約569C)高壓(約116120Kgf/cm2)氣體的作用,并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸。可見,活塞是在高溫高壓下作長時間連續(xù)變負(fù)荷的往復(fù)運(yùn)動,它的負(fù)荷和工作環(huán)境很惡劣。在本設(shè)計(jì)中將對活塞的加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),以保證活塞長久穩(wěn)定工作?,F(xiàn)將設(shè)計(jì)中所做的工作簡要介紹如下:柴油機(jī)活塞加工工藝合理性是很重要的,通過對零件的作用及工藝方案分析,擬定毛坯的制造形式及工藝路線,通過分析、比較,采用了相對集中加工工藝方案,最終確定比較合理的機(jī)械加工工藝路線。制定工藝路線時主要考慮粗、精加工安排、加工方法選擇、工序集中與分散、加工順序等方面的要求。接著確定加工余量、工序尺寸,經(jīng)過對工序特點(diǎn)的分析,恰當(dāng)選擇相應(yīng)加工設(shè)備和工藝裝備。接下來經(jīng)過計(jì)算查表確定活塞各主要工序的切削用量并繪制工序卡片,最后設(shè)計(jì)夾具。設(shè)計(jì)夾具時,要多方面考慮,嚴(yán)格要求,機(jī)床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要的工作,是加工過程中最活躍的因素之一。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中特別設(shè)計(jì)了定位準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單和使用方便的精鏜銷孔夾具。關(guān)鍵字:活塞;工藝路線;加工設(shè)備;切削用量;夾具任何通過燃料在氣缸中燃燒,使燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,從而獲得動力的引擎都成為內(nèi)燃機(jī)。最常見的內(nèi)燃機(jī)有四種:奧托循環(huán)式發(fā)動機(jī),柴油機(jī),轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和煤氣機(jī)。根據(jù)這四種發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn),把它們應(yīng)用于不同的工況。奧托循環(huán)式發(fā)動機(jī),是根據(jù)其發(fā)明者,德國機(jī)械師尼古拉斯.奧格事特.奧托的名字來命名的。是飛機(jī)上很常見的一種發(fā)動機(jī);而柴油機(jī)是由法籍德國工程師Rudolf Christian Karl Diesel命名的。它是一種用柴油作為燃料的先進(jìn)的發(fā)動機(jī)。普遍用在電子控機(jī)械、戰(zhàn)斗機(jī)、公共汽車、貨車以及一些小車上。奧托式發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)的工作方式都是二沖程或者四沖程。奧托式發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)的基本構(gòu)造都是一樣的。壓縮燃燒室是由一個一段由缸蓋另一端由活塞之間的空間所形成?;钊纳舷逻\(yùn)動使得氣缸與活塞間的空間發(fā)生大小變化,從而改變壓縮空間的大小。活塞與曲軸之間通過連桿相互連接。曲軸將活塞的運(yùn)動轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)式的運(yùn)動。多氣缸式發(fā)動機(jī)的曲軸,在每一個氣缸處都會多一個稱為曲拐的結(jié)構(gòu)部分。這樣每個氣缸的動力才能很好的傳遞給曲軸,是曲軸的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。曲軸上接有飛輪并有平衡坑。這樣能夠使曲軸運(yùn)動的慣性最小化,達(dá)到平衡的目的。不同的發(fā)動機(jī)會有一個到二十四個等的氣缸。內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)又油箱、油泵、和分油管以及使液體燃料霧化的機(jī)構(gòu)組成。在奧托式發(fā)動機(jī)上,并不是靠化油器來進(jìn)行燃油霧化的,而是利用燃油的直接噴入,一直到現(xiàn)在都是如此。在大多數(shù)發(fā)動機(jī)上,燃料都是通過化油器霧化后通過壓氣機(jī)進(jìn)入進(jìn)氣管道。在部分發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中,也會用到類似的裝置來通過利用廢氣的能量對進(jìn)氣充量進(jìn)行壓縮。燃料平均分配給各個汽缸,而廢氣則通過排氣門排出。進(jìn)排氣門的開閉都是通過凸輪軸的轉(zhuǎn)動從而牽動氣門彈簧作用到挺桿,在正確的時間是氣門開閉。在上世紀(jì)80年代,缸內(nèi)直噴技術(shù)開始用于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域,從很大程度上代替了傳統(tǒng)的燃油與空氣相混合的技術(shù)。在有直噴裝置的發(fā)動機(jī)上,燃料會通過噴射系統(tǒng)在正確的時刻噴入汽缸或者進(jìn)氣管。這樣燃料就會在汽缸里混合,這比化油器混合更充分,污染更小。所有的發(fā)動機(jī)上,火花塞的位置都必須適宜。比如奧托式發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)包括低壓電源,即具有變壓性質(zhì)的初級線圈,從而導(dǎo)出直流電。電流會被一個機(jī)械式的定時調(diào)節(jié)器在一秒鐘內(nèi)方向發(fā)生多次變化。初級線圈中電流的擾動會產(chǎn)生脈沖,從而會在次級線圈中產(chǎn)生高壓電流。這個高壓電流會被分電器分配到各個汽缸,件叫做火花,一個安裝在汽缸頂部被叫做火花塞的零件。在火花塞末端的兩極間有一個間隙,高壓電流會擊穿這個點(diǎn)火間隙,從而點(diǎn)燃汽缸中的混合氣體。由于燃燒室的溫度太高,所有的發(fā)動機(jī)都必須有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)。一些飛機(jī)、汽車、和船只上的舷外發(fā)動機(jī)采用風(fēng)冷。這些采用風(fēng)冷的發(fā)動機(jī)都必須有很多散熱片,一邊有較大的散熱面積,從而很好的帶走汽缸的熱量。除此之外的還有水冷系統(tǒng),它是在發(fā)動機(jī)的汽缸中設(shè)有水套來達(dá)到冷卻的目的。在汽車上,冷卻液借助水泵的壓力在水套中流動,帶走熱量。還有一些汽車是利用風(fēng)冷,海上船只則是用海水作為冷卻的介質(zhì)。與蒸汽機(jī)和渦輪機(jī)不同,內(nèi)燃機(jī)在發(fā)動時并不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,并且扭矩的輸出必須要靠曲軸的轉(zhuǎn)動才行。汽車發(fā)動機(jī)的啟動要靠一個與曲軸箱嚙合的摩擦片,通過摩擦片的分離才能向外輸出力矩。小型的發(fā)動機(jī)有時需要手動的進(jìn)行多次使離合器的松脫才能發(fā)動。有時候在大型發(fā)動機(jī)上,會有慣性啟動裝置,或者是借助手工輸入力矩知道驅(qū)動能量能使曲軸轉(zhuǎn)動。一邊帶動增壓器工作,來增加發(fā)動機(jī)的功率。一般,慣性啟動裝置和爆炸性質(zhì)的裝置都是在飛機(jī)上采用的。普通的奧托式發(fā)動機(jī)都是四沖程,也就是說,每一個工作循環(huán)中,活塞會有四個行程,兩個離缸蓋最近,另外兩個離缸蓋距離最遠(yuǎn)。在第一個行程時,活塞遠(yuǎn)離缸蓋,同時進(jìn)氣門打開?;钊谶@個過程中的運(yùn)動,使得燃料和空氣進(jìn)入燃燒室混合。接著的行程,就是將混合后的氣體壓縮到燃燒室里。當(dāng)活塞上行到最高點(diǎn)時,燃燒室的體積達(dá)到最小,火花塞就會點(diǎn)燃混合氣體,燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力會作用在活塞上,使活塞遠(yuǎn)離缸蓋,這就是第三個行程。在最后一個行程中,排氣門打開,活塞的上行會對燃燒后的氣體進(jìn)行擠壓,是廢氣排出燃燒室,做好下一循環(huán)的準(zhǔn)備。發(fā)動機(jī)的效率會受到很多因素的限制,例如冷卻損失以及摩擦損失。通常,發(fā)動機(jī)的效率是由其壓縮比決定的?,F(xiàn)在發(fā)動機(jī)的壓縮比一般在8-10之間。更高的壓縮比可以達(dá)到15,效率的提高也可以通過采用辛烷值較高的燃料來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在,好的發(fā)動機(jī)的效率在20-25,也就是說,只有這部分能量真正用于產(chǎn)生機(jī)械能量。理論上,柴油周期相比奧托循環(huán)的區(qū)別在于,它的壓縮過程是等容、等壓的。大多數(shù)柴油機(jī)都是采用四沖程,但卻與奧托式四沖程不一樣。首先,在進(jìn)氣時,活塞向下運(yùn)動,并通過進(jìn)氣門將空氣吸進(jìn)燃燒室。其次,在壓縮時,活塞將空氣壓縮到比先前小很多倍的體積,并在這個過程中使空氣的溫度達(dá)到440(等同于華氏820)。在壓縮結(jié)束的時候,蒸發(fā)的燃油被噴入汽缸,由于汽缸中的氣體高溫作用而立即燃燒。一些發(fā)動機(jī)上設(shè)有電子噴射輔助系統(tǒng),在發(fā)動機(jī)發(fā)動直到加熱完成期間進(jìn)行燃油噴射。這樣的壓縮過程為活塞進(jìn)行第三個沖程提供強(qiáng)大的動力。第四個沖程跟奧托式四沖程發(fā)動機(jī)一樣,都是排氣過程。柴油機(jī)的效率,跟一般的奧托式發(fā)動機(jī)是受同樣的因素所影響的,但是稍好于奧托式發(fā)動機(jī)。事實(shí)上,現(xiàn)在發(fā)動機(jī)中,基本的效率都不會超過40。事實(shí)上,柴油機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速的100750轉(zhuǎn)每分鐘,這等同于奧托式發(fā)動機(jī)的25005000轉(zhuǎn)每分鐘。但是也有一些柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到了2000轉(zhuǎn)每分鐘。因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓縮比高達(dá)14或者15,這使得它們的體積較奧托式大,這個缺點(diǎn)正體現(xiàn)出柴油機(jī)的到效率和高燃油經(jīng)濟(jì)特性。好的設(shè)計(jì)一般采用奧托式循環(huán)或者二沖程的方式來代替四沖程的方式。因?yàn)橥瑯芋w積的發(fā)動機(jī),二沖程的效率是四沖程的兩倍。二沖程的有點(diǎn)在于,縮短了燃料壓縮的時間,并且減少了燃料的浪費(fèi)以及用半個沖程完成了四沖程發(fā)動機(jī)的一個壓縮沖程。在最簡單的二沖程發(fā)動機(jī)上,排氣門被廢氣管代替了。在二沖程循環(huán)中,燃料和空氣的混合氣體在活塞在汽缸中下行時進(jìn)入曲軸箱。緊接著,燃料開始壓縮,并在活塞到達(dá)上至點(diǎn)是點(diǎn)燃。這是活塞在燃?xì)鈮毫Φ淖饔孟孪滦?,廢棄就會從排氣口由汽缸內(nèi)向外排出去。上世紀(jì)50年代,德國機(jī)械師菲利克斯.王科爾開發(fā)了一種新型的發(fā)動機(jī)。在這種發(fā)動機(jī)上,活塞和汽缸被一個在橢圓形燃燒室里旋轉(zhuǎn)的三角轉(zhuǎn)子所代替?;旌先剂贤ㄟ^進(jìn)氣口進(jìn)入,然后分流到有轉(zhuǎn)子表面與端面形成的燃燒室里。混合氣體通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)得到壓縮,最后被火花塞點(diǎn)燃。然后,廢棄就會隨著轉(zhuǎn)子的運(yùn)動從排氣口排出。循環(huán)過程中,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)一周,會出有三個沖程,而且在轉(zhuǎn)子的正反兩面產(chǎn)生壓力。正因?yàn)檗D(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與柴油機(jī)相比,結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕,因而在汽車發(fā)動機(jī)中作用很大。另外,它簡單的結(jié)構(gòu)使得生產(chǎn)成本低,冷卻系統(tǒng)質(zhì)量輕,另外它的重心低,使得他的安全性得到了增加。在上世紀(jì)70年代初期,一條轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)線在日本落成。很多美國的汽車制造商都很看好這個項(xiàng)目。但是,由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的低燃料經(jīng)濟(jì)性很高污染性,最后沒能得到繼續(xù)的發(fā)展。日本的汽車制造商馬自達(dá),繼續(xù)了改善轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)和研發(fā)。發(fā)動機(jī)采用火花點(diǎn)火的改進(jìn)方式,進(jìn)行分層點(diǎn)火稀薄燃燒,幫助沒有使用廢氣再循環(huán)和催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動機(jī)減小排放量。它的特點(diǎn)在于在一個汽缸中有兩個燃燒室,當(dāng)沖入的混合氣體過多是,備用燃燒室就會將多余的混合氣體儲存起來?;鸹ㄈ麜赛c(diǎn)燃多余部分的混合氣,在將另一部分點(diǎn)燃。這樣最高火焰溫度就會比較合適,從而很好的限制NOx化合物的生成量以及CO和HC的排放量。9
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