汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计论文【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 连杆是发动机的关键零件之一，它的质量直接影响着发动机的工作性能和使用寿命，因此对其有很高的尺寸和形位精度的要求。为保证这些要求， 连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。 汽车连杆两端孔的平行度的要求比较高，如果平行度差，就会使发动机的噪音大，耗油量大，磨擦大，磨损快，这就要求工件必须有很高的平行度。 本装置是专门为测试汽车发动机连杆两孔中心线的平行度而设计的。本系统的设计原则是：全部测试过程自动化，包括检测前的工件夹紧，测试过程中的数据处理，检测后试件的自动退出以及测试结果的显示与打印。本装置的 特点是：测试精度较高。 在本系统中，测试时测试箱和测杆的运动由 X 向数控工作台来拖动，数控工作台由步进电动机带动，工件的夹紧装置采用液压系统，因为液压系统夹紧比较平稳，振动较小，对系统的精度影响较小。 本装置是一个完整的测试装置，既可以单独用来测试，也可用于计算机集成制造系统中去。 关键词： 连杆 ；平行度； 测量 ； X 向数控工作台 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of of of is is in to be to be to of of s a If is a of So it a is of s of is of In is by at by is to s is is a It X 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 目 录 . 1 绪论 . 1 题的概况及提出 . 1 题分析 . 1 2 总体方案设计 . 2 测试系统的理论方法和依据 . 2 装置的主要组成部分 . 2 械部分 . 2 压部分 . 2 试装置的数控系统硬件电路设计 . 2 械部分的功用及其设计原则 . 3 压部分的功用及选件原则 . 3 气部分 . 3 3 机械部分的设计 . 4 感器的选用与安装 . 4 感器的选用 . 4 感器的安装 . 4 他运动部件的设计与计算 . 5 载工作台外形尺寸与重量估计 . 5 试箱外形尺寸及重量估算 . 6 珠丝杠伺服传动系统传动比的确定 . 6 动系统中一对齿轮参数的确定 . 6 珠丝杠螺母副的选型及校核 . 7 动导轨的设计 . 9 进电机的选用 . 10 控系统的精度验算 . 12 4 液压部分的设计 . 13 压缸的设计 . 13 紧力的计算 . 13 定液压缸的主要尺寸 . 14 算液压缸工作阶段所需的流量 . 14 压缸的安装 . 14 压泵的选用 . 15 压泵的工作压力确定 . 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 的流量确定 . 15 择液压泵的规格 . 15 液压泵匹配电动机的选定 . 15 5 测试装置的数控系统硬件电路设计 . 16 件电路总体 设计方案 . 16 件电路框图表示 . 16 件电路主要元器件的选择清单 . 16 控制器 选择及其引脚 . 16 选择 . 16 031 的硬件资源及其引脚 . 17 储器扩展电路的设计 . 17 序存储器的扩展电路芯片 . 17 址锁存器选用 . 18 据存储器的扩展电路芯片 . 18 码器的选用 . 19 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 足之处及未来展望 . 30 足之处 . 30 来展望 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 题的概况及提出 精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一，这已被生产发展的历史所确认。从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。有人认为材料、精密加工、精密测量与控制是现代精 密工程的三大支柱。对于科学技术来说，测量与控制是使其发展的促进因素，测量的精度和效率在一定程度上决定着科学技术的水平 1。目前，国外测量装置已经与计算机技术和光电技术相结合，实现自动化、数字化和多功能化，国内 正朝着这个方向 努力 发展。 连杆是发动机的重要 组成 零件，它连接着活塞和曲轴， 他的作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。其大小孔中心 线的平行度等 主要 尺寸直接影响到发动机的工作性能、使用寿命及机车的整体性能。因此，对其大小孔的中心轴线的平行 度有很高的要求，而且连杆在生产过程中是流水作业、产量大、节拍快。 因此 ， 在生产过程中 对其进行质量 控制就显得 非常 重要。 近年来随着 国内汽车工业的飞速发展，人们对汽车发动机 性能 的 要求越来越高。而 且连杆是发动机中的关键 组成部件之一，其大小头孔中心线的平行度 须达到一定的精度，否则会导致发动机耗油量大 、 磨擦大 、 噪音大。因此 ，设计一套自动化程度高和测量精度高的专用于测量连杆大 小头孔的 检测 装置， 不仅 仅 可以提高产品质量， 还能 更好的实现互换性， 更 可以获得最佳的社会经济效益。因此，需要对连杆大小孔的中心轴线的平行度进行检测 。连杆测量 装置 向高精度、高效益、操作简单的方向发展是一种 必然的 趋势。 题分析 这里要测量的工件是某汽车发动机的连杆大、小头孔中心线的平行度。之前许多厂家使用气动测量仪检测，即利用直径对气体的压力而通过仪表进行显示。这样的测量装置还是能满足精度要求的，但其灵敏度不是特别高，也难以适应现代化的自动生产线。 本测量系统的总体设计思想是：整个 检测过程实现自动化， 不需人工干预。在本 测试装置中，采用滚珠丝杠以实现测杆的 X 方向的进给，工件的夹紧采用液压油缸来保证系统的平稳性，而自动检测装置选用应用广泛的 8031 单片机来实现对整个测试系统控制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 总体方案设计 测试系统的理论方法和依据 在本测试系统中，测量汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度所 运用的理论依据是 数学方法：在每 孔的圆柱面内侧分别测出两个截面上三个 不同 点的位置，根据这三个点确定一个圆心，两个圆 的圆 心构成一条直线，再依据数学方法来计算这两条直线的夹角，最后转换成平行度。 汽车发动机连杆 大小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会 导致 活塞在气缸中倾斜，使缸壁磨损不均匀，从而缩短 发动 机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧，因此在大小头 头孔中心 线所决定的平面之平行方向上平行度公差值应不小于100： 直于上述平面的方向上平行度公差值应不大于 100： 而连杆总成装配图中要求以大头孔的中心线为基准来测大 小头孔中心线平行度，所以本测试系统就以一 个 定位销来确定大头孔中心线的位置，只需要测小头孔中心线的位置最终则可转换为其平行度。 装置的主要组成部分 械部分 由传感器箱体、 承载工作台、工件定位和夹紧部件组成。 压部分 由液压泵、液压缸和液压控制阀组成。 试装置的数控系统硬件电路设计 包括 择、存储器扩展电路、 I/O 扩展电路、数模转 换电路、测量放大 电路 和信号采集保持电路 以 及其它辅助电路的设计。 下图 2机械结构图 械结构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 械部分的功用及其设计原则 测试箱主要是将选用的传感器正确 定位与夹紧 2，其定位精度应 该 比检测装置的检测精度 要 高 1 个等级。测试箱由滚珠丝杠 拖动以实现 X 向的进给。另外，连杆的定位精度和夹紧的可靠性要求也比较 高。 压部分的功用及选件原则 进行测试 之前，要 保证工件的正确定位 与 夹紧，因为本 测试 装置属于精密测量仪器，系统在运行 中要求振动小，而液压系统具有平稳性好，运动惯性小、反应速度快、易于实现自动化控制等优点。所以，在本 测试装置 系统中运用液压系统对工作进行夹紧比较合理、比较 理想的。 气部分 在实际测量中， 因为传感器的输出量是连续变化的物理量（ 也就是模拟量，与此对应的电信号则是模拟信号 ） ，要将其输入计算机进行数据处理，就需要运用 A/D 转换电路将模拟 信号转换为计算机可识别的数字信号， 转换过程主要包括采样、量化和编码。这里采用逐次逼近式的转换电路，因 为 逼近式 A/D 转换器在精度、速度和价格上都适中，是目前最常用的 A/D 转换器 。 因本系统属于工业测控的智能化仪器仪器 ，根据实际 的 需要，在这里需要解决计算机和外设联系的接口电路，包括键盘、显示器和打印机 等 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 3 机械部分的设计 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度检测装置的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。 因此，在设计进给系统时要 充分注意减少摩擦，提高传动精度和刚度，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。 所以进给系统如下图 3 电机减速器工作台导轨滚珠丝杠图 3给系统 感器的选用与安装 感器的选用 因为本装置是用来自动检测汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度的，所以本装置选用差动变压器式位移传感器 3。差动变压器式位移传感器应用比较广泛，它的精确度和 灵敏度都非常高，非线性误差小，量程 比 较宽，非常适合本 检测 装置系统。 差动变压器式位移传感器有很多型号，现在选用以下规格的传感器。其主要性能规格示值 见表 表 动变压器式位移传感器规格 4 变动性 量力 行程 卡尺寸 8形尺寸 830 重量 传感器的安装 量杠杆机构的作用与外伸轴的刚度估计 因为被测汽车发动机连杆小头的直径只有 28法把差动变压器式位移传感器安装在所测孔的内表面上，所以 考虑选用一个杠杆机构，称之为测杆。测杆的一端安装一个传感器 测头，另一端与传感器的测头相接触，同时这个机构还可以将这杠杆孔的直径误差进行放大，以保证整个测试系统的测量精度。 整个系统 要设计 三个测杆，它们安装在测试箱的外伸轴上 面 。因为所测的连杆小头买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 孔的 直径误差很小，所以必须 要 考虑测试杆和外伸轴的刚度 5，才能避免因变形而影 响整个测试系统的精度。为了降低测杆变形，在安装时除了采用支承销 还另加弹簧，因在测试过程中，测头所受到的力非常小，再加上本 身 的 重量还不足 1N，而 且 测杆的材料是选用优质的 45 钢，承受这样小的力，估计其变形 是 可以忽略，因而无需校核其刚度。此外，因外伸轴的外伸长度只有 129小直径 12料同样选用 45 钢，同样 忽略其变形。 感器的定位与安装 传感器的定位 与 安装在本自动检测装置的设计中是一个重点问题，因为它的正确定位将会直接影响到本测试系统的精度。但是，不管怎样它都会带来误差属于常值系统误差，可以用过其他方法给予补偿。 传感器 安装 完成 后可以通过调整与其相连的压板螺母来调节其轴向定位和径向定位的精确度。 下图 3传感器的安装与定位图 图 3感器的安装与定位 他运动部件的设计与计算 载工作台外形尺寸与重量估计 见表 作台外形尺寸与重量估计 长 L 200 D 86 H 45度 力加速度 g 10N/力 G 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 试箱外形尺寸及重量估算 外伸 轴 外形尺寸与重量估计 见下表 伸轴 外形尺寸与重量估计 长 L 160周率 径 r 12度 力加速度 g 10N/力 G 试箱 外形尺寸与重量估计 见下表 试箱 外形尺寸与重量估计 长 L 160 D 90 H 152度 力加速度 g 10N/力 G 感器 G=体重量 G= G 工作台 +G 外伸轴 +G 测试箱 +G 传感器 = 滚珠丝杠伺服传动系统传动比 6的确定 动系统中一对齿轮参数的确定 Z 齿数； d 齿轮的公称直径 ( b 齿轮宽度 ( a 两个齿轮的 中心距 (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 下图 3齿轮 1 图 3齿轮 1 珠丝杠螺母副的选型及校核 (1) 滚珠丝杠的特点 7 滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并 且 在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者 会 发生轴向位移，而滚珠则 会 沿滚道滚动，螺母螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传动精度，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。 （ 2） 滚珠丝杠的循环形式 滚珠丝杠的循环形式主要有内循环和外循环。内循环的有优点是回路短，流畅好。外循环的优点是加工方便。 下图 3滚珠丝杠的循环形式 图 3珠丝杠的循环形式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 我设计的连杆 大小头 孔 中心线平行度自动检测装置 的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命，循环形式是内循环。 引力 滚珠丝杠上的牵引力 N） 是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫工作载荷。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 取 大动载荷 计算及主要参数的初定 计算载荷 N）的计算 计算额定动载荷计算值 式中 , 为滚珠丝杠的平均转速（ r/,1000v/中 v 为最大工作载荷下的进给速度 , 取 v=1m/滚珠丝杠的基本导程 ( 这里初定为 5则0001/5=200r/选滚珠丝杠副 根据最大动载荷并考虑各 种因素，选择滚珠丝杠副的几何参数以下： 动效率的计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 滚珠丝杠螺母副的传动效率 为 式中 : 杆稳定 8性验算 丝杠不会发生失稳的最大载荷为 式中， E 丝杠材料的弹性模量，取 E=206 l 丝杠的工作长度 (m)，这里 l 丝杠危险截面轴惯性矩 (， 4=10 长度系数，设计丝杠的支承方式为一端固定，一端游动，故取 2/3 2892)0310206) =06N 安全系数 S= m=06/见足够安全，不会失稳。 度验算 8 丝杠的拉压变形量为 得 2= 80/04255= 0滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2，该变形量与滚珠列、圈有关，即与滚珠总数有关，与滚珠总数有关，与滚珠丝杠长度无关。有预紧时： 式中， 预紧力 (N), =Z圈数 列数； 代入有关数据算得 2=0当预紧力为轴向工作载荷的 1/3 时， 2 的 值 可 减 少 一 半 左 右 ， 2=0=1+2=系统的定位精度为 见满足要求。取滚珠丝杆精度等级为 3 级，允差为 12 动导轨的设计 7 由于双 V 形滚动导轨 的 结构 是 对称 的 ，工作台可以放在两导轨之间，能承受侧向力矩，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 接触刚度好、导向性和精度保持性好，并设计为镶条 以 便维修和调整，因此满足设计要求。 动导轨的参数确定 根据 检测过程中工作台实际需 移动的距离， 可 取导轨的总长度为 280动导轨长度为 140导轨行程为 100珠保持器的长度为 200动体尺寸与数目的确定 由于工作台重量 比较 轻，并且在工作过程中动载荷只有 据 有关 资料中的双V 型导轨的滚动体的直径最好不低于 6为若滚 动体太小就容易产生滑动象。现选滚珠的直径为 6 滚动体数目选择的根据： z G/30 , 算得 z=10，由动导轨长度为 140两滚珠之间的距离 t=14算许用负载 9 许用负载 P=式中， K 滚动体截面上假想许用应力，经查表取 K=60N/ 导轨硬度校正系数 ,这里取 =1。 P=601里设计的导轨选用淬透钢 5，所以 P=P 可见，双 符合要求 的 。 进电机的选用 步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移 的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件。 给步进电机一个电脉冲信号 时 ，不仅电动机 会 转动一个步距角，如 果 按一定规律给步进电机一串连续 的 脉冲信号，步进电机便 会 一步步地连续旋转。步进电机具有如下特点 10： (1)步进电机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比。 (2)步进电机的转速与输入的脉冲频率成正比 。 (3)步 进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变 。 (4)步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可以保持在该固定位置 。 （ 5）适合于直接与微机的 I/成开环位置伺服系统。 步进电动机的类型 非常 多，按 它 工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式和 若干混合式。按励磁相数 可分 3 相、 4 相、 5 相、 6 相 和 8 相，按其规律 可 分为快速电机和功率电机。 步进电动机的工作原理 ：反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，如图 3定子上 A 相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离 A 相磁极相对的位置，当 A 相断电，受 纸全套， Q 号交流 401339828 或