PD24J化油器怠速孔试密封设备设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号：学生姓名：指导教师：2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 95 学 号： 0923209 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计 2、专题 二、课题来源及选题依据当今社会人们对汽车的需求越来越普遍，汽车制造业已经成为我国制造业的支柱产业。汽车配件产业也是重要的制造产业，其中汽车的铝合金配件制造是一个技术性很强的行业。摩托车化油器实际上是给摩托车发电机提供可燃混合气的开关,是节制燃油和平衡气压的开关。汽油经过化油器的雾化，送到燃烧室，通过火花塞点火，启动发动机运转是摩托车的主要供油系统,关系到车的动力，所以本课题进行了化油器的研究。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1、方案设计，确定 实用方案。 2、机械部分设计。此 设备的机械部分主要是由焊接机架、工件定位与夹紧部件组成，要进行夹紧力等的计算；并绘制机械部分 cad 图。 3、气动部分设计。此 设备的气动部分主要是由气源三联件、气缸和气压控制阀组成，需进行气缸的相关计算。 4、部分电气部分设计。 电气部分包括 PLC 控制,全电脑泄漏检测仪的选用组II成 。 5、CAD 图纸若干份。 6、设计说明书一份。 注：所有图纸均要求计算机打印 四、接受任务学生：机械 95 班 姓名 周亚芳 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日III摘 要机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。为能具体确切地说明工艺过程，一般将机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步和走刀。而生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严格的工作。一般包括以下步骤和内容：阅读装配图和零件图；工艺审查；熟悉或确定毛坯；拟定机械加工工艺路线；确定工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等） ；确定各主要工序的技术要求和检验方法；确定各工序的加工余量、计算工序尺寸；确定切削用量；确定时间定额；填写工艺文件 1。夹具是一种装夹工件的工艺装备。它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装备、焊接和检测等工艺过程。在生产中具有很大的作用，具体表现在：保证加工质量；提高生产率；减轻劳动强度；扩大机床的工艺范围。机床夹具对工件进行安装（又称装夹）包括两层含义：一是把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，称为定位；二是将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，称为夹紧。气动系统 2的设计是设备控制与运行设计的重要内容。根据机电设备对液压、气压系统的具体要求，利用气动传动的基本原理，拟定合理的气动系统图。气压传动是利用空气压缩机将电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气的压力能。在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气能转换为机械能，从而完成直线或回转运动并对外做功。本次毕业设计的课题是PD24J化油器怠速孔试密封设备设计，首先要对化油器本体进行分析，进行机械部分夹具的设计，包括夹具的定位误差分析和夹紧力的计算；其次是气动部分的设计，包括气动回路的设计和管道的计算；最终是电气部分PLC的设计，包括工作流程图和梯形图。关键词：工艺规程；夹具；气动系统；夹紧力；PLCIVAbstractThe machining process planning is the process of document products or parts machining process and method of operation. In order to exact description of process, the machining process is divided into process, installation, position, working step and walk the knife. While the production level, technology level and means to solve various technical problems are reflected by the machining process planning. Therefore, the machining process planning design is an important and strict working. Generally，it includes the following steps: reading assembly and parts drawings, process recviewing;being familiar with the blank or determining the blank, formulating the route of machining process, determination of process equipments (including machine tool, fixture tool,cutter and measuring tool), determination of the technical requirements of the main process and test methods, determination of machining allowance, the process calculation procedure dimensions, determination of the amount of cutting, determination of the time quota, filling the process documents.Fixture is a device clamping workpiece. It is widely used in the manufacturing process of machining, heat treatment, welding equipment, and detection technology. It has a great role in the production, specifically manifested in: quality of assurance process, increasing of the rate of productivity, reducing the labor intensity, expanding the scope of technology of machine tool. Machine tool fixture installing on the workpiece (also called clamping) includes two meanings: one is that placing artifact in the workpiece worktable of a machine tool or fixture in order to make a relatively correct position between it and the tool called location. Another is that workpiece is fixed, so as to maintain position position unchanged in the process known as the clamp.Design of the pneumatic system is an important content of equipment controlling and operation designing. According to the specific requirements of the electrical and mechanical equipment hydraulic, and the basic principle of transmission by gas,we can formulate reasonable pneumatic system diagram. Pneumatic drive can switch mechanical energy into air pressure by air compressor motor or other original motivation. With the help of the control elements and auxiliary components, it can switch air pressure into mechanical energy through the implementation of components,so as to complete the linear or rotary motion and external work.The design topic is the design of PD24J carburetor idle hole test sealing equipment. Firstly,I must make the analysis to the carburetor body and design mechanical parts of fixture, including the calculation of positioning errors and the clamping force. Secondly,I should make the design of pneumatic parts, including the calculation of the pneumatic circuit and pipeline. The last one is that the design of electrical part of PLC, including the work flow diagram and ladder diagram.VKey words: Process specification; Fixture; Pneumatic; Clamping force; PLC目 录摘 要 .IIIAbstract.IV目 录 .V1 绪论 .11.1 本课题的研究内容和意义 .11.2 国内外的发展概况 .11.3 本课题应达到的要求 .12 总体方案设计 .22.1 本装置的主要组成部分 .22.2 机械部分的作用及其设计原则 .22.3 气动部分的功能 .22.4 PLC 部分的功能 .33 机械部分的设计 .43.1 定位基准的选择 .43.1.1 粗基准的选择 .43.1.2 精基准的选择 .43.2 零件表面加工工序的选择 .43.2.1 工序顺序的安排原则 .43.2.2 加工阶段的划分 .53.3 机械加工工艺路线的拟定 .53.4 问题的提出 .73.5 夹具的设计 .73.5.1 夹紧力的计算 .83.5.2 加工误差分析 .83.6 机架的设计 .93.6.1 机架设计的一般要求 .93.6.2 机架的类型 .93.6.3 机架的常用材料及热处理方法 .103.6.4 焊接机架与铸造机架的特点比较 .104 气动部分的设计 .124.1 气动系统的设计 .12VI4.1.1 回路压力的确定 .124.1.2 装置的工作要求 .124.2 气动回路的设计 .134.3 气动元件及配管尺寸的确定 .134.3.1 气缸的计算与选择 .134.3.2 辅助元件及配管尺寸的确定 .174.3.3 管道的计算 .205 电气部分的设计 .225.1 泄漏检测仪的选用 .225.2 PLC 的设计 .235.2.1 PLC 的优点 .235.2.2 被控对象的控制要求 .235.2.3 工作循环和状态流程图 .235.2.4 I/O 接线图 .255.2.5 梯形图 .255.2.6 语句表 .265.2.7 使用注意事项 .275.3 零件的测绘 .276 结论与展望 .306.1 结论 .306.2 不足之处及未来展望 .30致 谢 .31主要参考文献 .32VIIPD24J 化油器怠速孔试密封设备设计11 绪论毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结，也是对每个即将毕业的大学生在校四年学习情况的综合测评和考量，具有非常重要的意义。这次毕业设计，不仅是对学校和家长做出一次总结性的汇报，也是对自我能力的一次展示，更是对自我不足的一种审查，同样也是非常有用的一次实践机会。1.1 本课题的研究内容和意义研究内容：1、方案设计，确定实用方案。2、机械部分设计。此设备的机械部分主要是由焊接机架、工件定位与夹紧部件组成，要进行夹紧力等的计算；并绘制机械部分 cad图纸。3、气动部分设计。此设备的气动部分主要是由气源三联件、气缸和气压控制阀组成，需进行气缸的相关计算。4、部分电气部分设计。电气部分包括 PLC 控制,全电脑泄漏检测仪的选用组成。意义：通过本课题的研究，可以把有关化油器壳体的加工工艺与加工设备有机地结合起来；同时，通过采用优化的工艺方法、先进的加工设备，提高产品的质量稳定性，从而可以降低排放，减少对环境的污染。1.2 国内外的发展概况 3汽油机在正常工作状态下，在小、中负荷时要求化油器随着负荷增加能供给由较浓逐渐变稀的混合气，在满负荷下又要求混合气由稀变浓，为了满足这些要求，在现代化油器上配备了一系列的混合气浓度补偿装置。在新型汽车中，开始普遍地采用燃油喷射系统，因为它可以使燃油效率更高而排放更低。但是，几乎所有的旧式汽车以及所有的像割草机和链锯之类的小设备均使用化油器，因为化油器既构造简单又价格便宜。1.3 本课题应达到的要求完成设备的机械部分、气动部分、电气部分的设计及相关计算，绘制好机械部分设计的若干份图纸。无锡太湖学院学士学位论文22 总体方案设计2.1 本装置的主要组成部分摩托车化油器有严格的密封要求。针对密封性对化油器有着至关重要的地位，提高劳动生产效率，保证加工质量，降低劳动强度。本装置主要包括夹具、气缸、气体泄漏检测仪、试密封实验台等。其中，夹具主要包括以下几部分：定位元件、夹紧装置、导向元件和对刀装置、连接元件、夹具体、其他元件及装置；气缸主要是根据缸径和气缸的行程来确定气缸的型号；试密封试验台主要包括以下几个部分：台架和支撑板等的设计、气体泄漏检测仪的选用和气动元件的选取等。2.2 机械部分的作用及其设计原则机械部分的设计主要是为了设计一套夹具，在 PD24J 化油器进行试密封检测时可以结合气缸将化油器很好地定位与夹紧。从而，可以保证加工质量，如相对位置精度的保证，精度的一致性等；提高生产效率，用夹具来定位、夹紧工件，就避免了手工操作用划线等方法来定位工件，缩短了安装工件的时间；减轻劳动强度，如可用气动、电动夹紧；扩大机床的工艺范围，如在铣床上加一个转台或分度装置，可以加工有等分要求的零件，在车床上加上三爪卡盘，加工短轴类、套筒类零件等要方便的多，有些夹具对保证发挥机床基本性能的作用是很大的，如牛头刨床上没有虎钳是很难进行加工的。其设计原则应遵循以下几点：1.标准化原则所设计的 PD24J 化油器试密封装备的规格、参数应符合国家标准。试密封装备应能最大限度地检测 PD24J 化油器产品的同类产品。2.经济合理原则所设计试密封装备应该结构先进、功能好、准确性高、成本低、操作简单及使用维修方便、在产品的寿命周内，用最低的成本实现产品的规定功能，做到物美价廉。3.安全性原则要确保证操作者和管理者,设备本身的安全，以及保证设备对周围环境无危害。2.3 气动部分的功能气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的伸缩与旋转。从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，因此流动速度快，且节能环保。由于本系统为一般的气动系统，故选系统压力 2为 0.5Mpa。执行元件用气缸，但由于化油器本体结构所限，且开闭行程较小以及安全性要求，拟采用单杆双作用气缸。气 缸 的动作速度一般为 50500mm/s。PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计32.4 PLC 部分的功能 4PLC 即可编程控制器（ Programmable Logic Controller）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。具有以下几个特点：可靠性高，抗干扰能力强；灵活性强，控制系统具有良好的柔性；编程简单，使用方便；控制系统易于实现，开发工作量小，周期短；维修方便；体积小，能耗低；功能强，性价比高；另外，PLC 所提供的软元件的触点（如软继电器）可以无限次使用，方便地实现复杂的控制功能。同时，PLC的连网通信功能有利于实现分散控制、远程控制、集中管理等功能，与同等规模或成本的继电- 接触器控制系统相比，无论其功能和性能，都具有无可比拟的优势。无锡太湖学院学士学位论文43 机械部分的设计 13.1 定位基准的选择定位基准是在加工中获得零件尺寸的直接基准，根据不同的加工要求和定位安装条件，合理选择定位基准是工艺设计中的一项重要工作内容。工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上这些表面，称为定为基准。定位基准分为粗基准、精基准和附加基准。未经机械加工的定位基准，称为粗基准；经过机械加工的定位基准，称为精基准。机械加工工艺规程中的第一道机械加工工序所采用的定位基准都是粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准，称为附加基准。3.1.1 粗基准的选择粗基准的选择方法：（1）选加工余量小的、较准确的、表面质量较好的、面积较大的毛面作粗基准。因此，不应选有毛刺的分型面等作粗基准。（2）选重要表面为粗基准，因为重要表面一般都要求余量均匀。（3）选不加工的表面作粗基准，这样可以保证加工表面和不加工表面之间的相对位置要求，同时可以在一次安装下加工更多的表面。（4）粗基准一般只能使用一次。因为粗基准为毛面，定位基准位移误差较大，如重复使用，将造成较大的定位误差，不能保证加工要求。因此，在制定工艺规程时，第一道工序、第二道工序一般都是为了加工出精基准。3.1.2 精基准的选择精基准的选择方法：（1）基准重合。尽量选择选设计基准为定位基准，这样就没有基准不重合误差。有时出于加工工艺的合理性要求，需要选择非设计基准作为定位基准。（2）基准统一。为了减少夹具类型和数量，或为了进行自动化生产，在零件的加工过程中，对于多个加工工序，选择统一的定位基准。（3）互为基准。对某些空间位置精度要求很高的零件，通常采用互为基准、反复加工的方法。（4）自为基准。对于某些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度，要求加工表面的余量很小并且均匀，这时常以加工面本身定位，待到夹紧后将定位元件移去，再进行加工。3.2 零件表面加工工序的选择3.2.1 工序顺序的安排原则（1）先基面后其他表面先加工出基准面，再以它为基准加工其他表面。如果基准面不止一个，则按照逐步提高精度的原则，先确定基准面的转换顺序，然后考虑其他各表面的加工顺序。PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计5（2）先面后孔先加工平面，后以面定位加工孔。（3）先主后次这里所说的主要表面是指设计基准面和主要工作面，而次要表面是指键槽、螺孔等其他表面。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。（4）先粗后精先进行粗加工，后进行精加工。3.2.2 加工阶段的划分当零件的精度要求较高时，若将某个加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，然后再安排其他表面的加工工序，则难以保证零件的精度要求或浪费人力、物力资源。因此，通常可将高精度零件的工艺过程划分为几个加工工序。根据精度要求的不同，可以划分为：（1）粗加工阶段在粗加工阶段，主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准，因此这一阶段的关键问题是提高生产率。（2）半精加工阶段在半精加工阶段是要减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。（3）精加工阶段在精加工阶段，应确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）图纸规定的精度要求以及表面粗糙度要求。（4）精密、超精密加工、光整加工阶段对那些精度要求很高的零件，在工艺过程的最后安排研磨、精密磨、超精加工、金刚石车、金钢镗或其他特种加工方法加工，以达到零件最终的精度要求。3.3 机械加工工艺路线的拟定拟定工艺路线的出发点：应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能够得到合理的保证，在生产纲领和生产类型已经确定为批量生产的条件下，可以采用万能机床配以专用夹具，并且尽量使得工序集中来提高生产率，除此之外，还要考虑经济效果，以使降低成本 5。零件的工艺性分析和零件图的审查 6：该化油器的型号为 PD24J 型，混合室出口直径： 24mm，安装尺寸：32mm0.1，外形尺寸：（长宽高）110.5mm127mm125.5mm，其性能指标：最大功率为5.6KW/7500r/min，最大扭矩为 8.1N.m/4500-5000r/min，百公里经济油耗为 2.4L/100km，发动机最低稳定转速为 1400100r/min。从零件图上看出：该化油器的结构形状复杂，加工表面多，且一些孔的加工精度要无锡太湖学院学士学位论文6求高。其主要加工表面有：进油接管孔 5，怠速斜孔 2.4，怠速调节螺纹底孔 5，主油道螺纹孔 6.2，喉管孔 23 及端面，柱塞孔 24 等等。其工艺过程卡片制作下表 3-1：表 3-1 加工工艺路线产品型号零件图号 每批数量产品名称零件名称 PD24J 化油器 每台件数 1共 2页HT200灰铸铁毛坯种类压铸件 毛坯外形尺寸110.5127125.5 每毛坯可制件数 1备注工时工序内容 车间 设备名称型号 夹具名称 及编号 切削刀具 量具名称 及编号 辅助工具准终 单件下料 G7022-1锯床 锯条压铸毛坯 铸模正火SX-4-10箱式电炉铰进油接管孔5组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻怠速斜孔2.4组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻怠速调节螺纹底孔5组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻主油道螺纹孔6.2组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻5.9和5.5孔 组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺粗镗喉管孔 23，并刮端面组合式粗镗机 专用夹具 镗刀 游标卡尺粗镗混合室孔至24 组合式粗镗机 专用夹具 镗刀 游标卡尺PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计7续表 3-1工时工序内容 车间设备名称型号夹具名称及编号切削刀具量具名称及编号辅助工具 准终 单件粗镗柱塞孔至24 组合式粗镗机 专用夹具 镗刀 游标卡尺铰阀座孔9.8组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺铰3.3孔组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻2.2孔组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺钻3孔组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺加工节气门轴孔7.9组合式钻、铰专用机专用夹具 钻头 游标卡尺半精镗柱塞孔24 组合式 镗床 专用夹具 镗刀 游标卡尺半精镗混合室孔24 组合式 镗床 专用夹具 镗刀 游标卡尺精镗混合室孔24 组合式精镗机 专用夹具 镗刀 游标卡尺精镗柱塞孔24 组合式精镗机 专用夹具 镗刀 游标卡尺检验入库3.4 问题的提出本夹具主要用来夹紧化油器，然后可以进行相关的密封性测试。3.5 夹具的设计确定夹具的结构方案：（1）确定定位方案，设计定位元件本夹具主要用来夹紧化油器，没有具体的粗糙度要求，可以选择已精加工的端面以及内孔作为定位基准。从保证工件定位稳定的观点出发，根据六点定位原理，通过“端面及 24 混合室出口”，采用“短销大平面的”定位，为控制检测过程中工件 Z 轴方向的旋转自由度，可以在短销与工件处用一个小支承钉定位。这样，既增加了工件的稳定性，又兼顾了基准重合原则。为实现定位方无锡太湖学院学士学位论文8案，所使用的定位元件中短销可以限制两个自由度：X 轴方向的移动自由度，Y 轴方向的移动自由度；大平面可以限制三个自由度：Z 轴方向的移动自由度，X 轴方向的旋转自由度，Y 轴方向的旋转自由度；一个支承钉可以限制一个自由度：Y 轴方向的移动自由度。但是联合起来，短销大平面组合就可以限制五个自由度：X 轴方向的移动自由度，Y 轴方向的移动自由度，Z 轴方向的移动自由度，X 轴方向的旋转自由度，Y 轴方向的旋转自由度；在加上一个支承钉的联合作用，可以再限定一个自由度：Z 轴方向的旋转自由度，从而达到完全定位。（2）确定夹紧方式和设计夹紧机构密封性对化油器有着至关重要地位，为了提高劳动生产效率,保证加工质量,降低劳动强度，PD24J 化油器的试密封夹具装置主要是通过气缸对 PD24J 化油器怠速孔进行定位与夹紧。将化油器用螺钉、顶杆等元件固定在底座上，整个夹具通过立柱支撑着。3.5.1 夹紧力的计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。为了使化油器有检测过程时在夹紧力、重力等其他外力作用下,仍然要保持好已定好的位置,在本设计中夹具上用气缸对其进行夹紧,对其产生一定的夹紧力。用气缸对化油器进行夹紧达到动作快速,准确.操作方便省力；夹紧安全可靠；而且结构简单、经济性好、效率高 7。夹紧力的作用点: 作用于化油器的进气口的圆面上。以致可以保持正确定位从而达到变形小,不会发生位移与偏转。夹紧力的作用方向:垂直向下夹紧力的大小:（3-1）p42DF上式中：D 为夹紧气缸的外径 ( m )；p 为夹紧气缸的工作压力(Pa)，本次设计中为 0.5MPa； 为负载率。根据液压气动与液力工作手册 （下册） 2：气缸负载率 的选取与气缸的负载性能、安装工况及气缸的运动速度有关。对于阻性负载，如气缸用作气动夹具，负载不产生惯性力的静负载，一般选取负载率 为 0.70.8。本次设计取0.75。因此： 471.24Np42DF75.01.04623-3.5.2 加工误差分析定位误差 D 是由基准不重合误差 B 和基准位移误差 Y 组合而成，当定位误差D1/3k （ k 为本工序要求保证的工序尺寸的公差）时，一般认为选定的定位方式可行。因此在计算定位误差时，先分别计算出 B 和 Y，然后将两者组合而得 D8。组合时可有如下几种情况：（1）当 B0，Y=0 时，D=B；（2）当 B=0，Y0 时，D=Y；PD24J 化油器怠速孔试密封设备设计9（3）当 B0，Y 0 时，如果设计基准不在定位基准面上：D=B+Y；如果设计基准在定位基准面上：D=BY （3-2）式（3-2 ）中“+”，“-”的判别方法为：设定位基准是理想状态，当定位基准面上尺寸由最大实体尺寸变为最小实体尺寸（或由小变大）时，判断设计基准相对于