1、连杆两孔轴线平行度测量仪的的设计河北科技师范学院 机电工程学院 机械设计制造及其自动化 0802 班摘要：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要求。为保证这些要求，连杆测量成了生产中频繁而又不可缺少的环节。本文介绍了一种智能化连杆两孔轴线平行度测量仪的机械系统的设计，该设计过程包括导轨的选择与设计、滚珠丝杠的设计与选择、步进电机的选择、齿轮的传动的设计与计算、夹具的设计与选择。该测量仪的结构简单、测量精度高、操作方便。关键词：连杆；轴线平行度； 测量 1 绪论连杆是发动机的重要零件之一，它连接着活塞和曲轴，其作用在活塞上的力传
2、给曲轴以输出功率。其大小孔的中心轴线的平行度等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。另外生产过程中严格控制连杆的大小孔的中心轴线的平行度，不仅可以提高产品质量，更好的实现互换性，还可以获得最佳的社会经济效益，因此在生产过程中对连杆的轴线平行度进行检测、控制就显得格外重要。另一方面，近几年来，我国从国外引进了数条连杆生产线，并按照国外标准要求生产与配套，有的生产线有返销任务。国内也有一些连杆生产线在水平上档次，利用现有条件及设备，按国外标准进行生产 1，连杆在生产过程中是流水作业、产量大、节拍快，因此，连杆测量仪向高精度、高效益
3、、操作简单的方向发展是一种趋势。本文的目标就是研制一种精度高，操作方便的连杆平行度测量仪。2 连杆两孔轴线平行度测量仪总体方案设计分析2.1 原理分析连杆两孔轴线平行度测量仪的装置中使用了传感器对数据进行采集，测量时模数转换器（A/D）将传感器所反映的连杆参数变化量的模拟信号转化为计算机可以识别的数字信号，计算机对测量数据进行实时采集，得到两孔内多个监测点的数据，进行数据处理分析，最后将测量的结果在计算机屏幕上显示出来 2。该测量仪所用的传感器是位移传感器，传感器分别分布在大小连杆测头上，每个测头上分别装有 4 个位移传感器，这里假定每组触头中俩对相对的触头的连线相互垂直，并把两连线定为 x
4、轴和 y 轴，交点定位坐标原点。连杆固定时，大小测头进入连杆孔中，采集一次数据： 、 、 、 、 、 、1u2134u156、 ，然后测头再移动 h 距离，再采集一次数据，分别为 、 、 、 、 、17u8 2、 、 。用标准样板能够知道原始各个触头的坐标，我们设为 、 、262 ,(0)a,)、 ； 、 、 、 ，那么就可以算出采集第一次数据3(,0)a4(,)6,(0a5,)7(,0)a8(,)时，触头的坐标分别 1,u21u31,u41u5()6()517(,)81()u则有四个坐标，可以确定一个圆及其圆心。假设第一次采集数据时，大测量头和小测量头的触头坐标所确定的圆的圆心坐标分别为 ，
5、 。同样的道理可以确定第二,xy12(,)次采集数据时，大测量头和小测量头的触头坐标所确定的圆的圆心坐标分别为 ，21(,)xy。那么连杆大孔的轴线就可以粗略的认为是第一和第二次采集数据时大测头触头所21(,)xy确定的两个圆的圆心的连线，连杆小孔的轴线就可以粗略的认为是第一和第二次采集数据时小测头触头所确定的两个圆的圆心连线，这样相当于将虚拟的轴线转化为两条已知的直线。根据平行度的概念做出几何关系，就可以得到以大孔轴线为基准的平行度如下 3：X 方向的平行度为： 12210/xxHY 方向的平行度为： yy2.2 方案确定由上述原理分析可知， 机械部分要实现的动作为：连杆定位并夹紧，这个动作
6、需用专用夹具完成；另一个动作是测头进入连杆孔中，要实现这个动作，需设计传动机构。则连杆的机械结构如图 1 所示，当连杆被定位夹紧时，电动机带动减速齿轮运动，进而带动丝杠副运动，丝杠副运动又带动工作台移动，从而带动测头进入连杆孔中。图 1 机械简图3.传动系统的设计3.1 导轨的设计导轨型式三角形导轨导轨在垂直作用力下，磨损后有自动补偿的能力，不会产生间隙，故导向精度高。矩形导轨结果简单，承载能力大，刚度好，故应用广泛。燕尾型导轨结构紧凑可以承受颠覆力矩。圆形导轨用于承受轴向载荷该机器所取精度高，所以选用三角形导轨3.2 滚珠丝杠设计3.2.1 滚珠丝杠的安装连杆两孔轴线平行度测量仪的进给系统要
7、获得较高的传动精度除了滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素 4。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的,设计中由于滚珠丝杠只是带动测头部分往复运动，1.夹具2.测头3导轨4.工作台5.丝杠6.减速齿轮7电动机所以轴向力并不是太大，故两端只采用球轴承支撑。结构如图 3图 3 滚珠丝杠安装形式3.2.1 滚珠丝杠的设计计算因为是测量仪，所以传动精度要求高，因而选择小导程的滚珠 t=4mm，然后再计算出最大工作载荷 Fm ，从而选出滚珠丝杠的型号为 FSG 1604,其参数如表 1，其外形如图 4图 4 滚珠丝杠外形表 1 滚珠丝杠螺母副
8、几何参数类型 d0 公称 直径pho 导程Dw 球径d1 d2 D1 g6D2-0.1-0.2D3 D4 D5 D6 L1 L2 L3 S油孔FSG 160416 4 2.381 15.2 13.5 28 28 52 38 5.8 10 10 10 6 M6 根据刚度的验算和压杆稳定性校核， 合格。3.3 步进电动机的选择取系统的脉冲当量： step/01.初选步进电机的步距角： 5b计算出转化到步进电机输出轴上的等效最大静转矩，根据最大静转矩和步距角，初选电动机的型号 查的电机参数如表 2表 2 电机有关参数型号 主要技术依据步距角（）最大静转矩（N/cm ）最高空载启动频率 相数电压（V）
9、电流（A）1.5 49 2200 3 27 3外形尺寸 转子转动惯量/kg 2m质量（kg）外径 mm 长度 mm 轴径 mm55BF00455 60 60.53 0.653.4 齿轮传动的设计计算在伺服驱动负载的传动系统中，一般根据使负载加速度最大原则来分配传动比，即 从而得到其传动比为 1.67 12360bpzi连杆测量仪为精密工作机器，故选用齿轮为 6 级精度（GB10095-88）由机械设计教材选择小齿轮材料为 45 钢(调质)，硬度为 230HBS，大齿轮 材料为 45 钢（调质） ，硬度为 200HBS，二者材料硬度差为 30HBS。经设计计算得两个齿轮的的参数如表 3其结构如图
10、 5 和图 6表 3 齿轮几何参数名称 主动轮 从动轮齿数 24 40模数 0.8 0.8压力角 2020中心距 64.8mm图 5 从动轮 图 6 主动轮4 夹具设计4.1 连杆定位元件的选择V 型块定位的最大优点就是对中性好，它可以使一批定位基准轴线对中在 V 形块俩斜面的对称面上，而不是定位基准直径误差的影响 【5】 。V 型块定位的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆弧还是局部圆弧，都可采用 V 型块。因此 V 型块是用的最多的定位元件。根据所学的知识和所设机器的特点选用 1 固定 V 型块+1 活动 V 型块+平面，结构如图 74.2 连杆夹紧元件的选择本夹具采用紧定螺钉
11、和 V 型块等元件来夹紧的。4.3 总夹具总夹具如图 8 所示图 7 定位图图 8 总夹具5 结论经过设计计算，可以得到连杆两孔轴线平行度测量仪的机械结构如图 9，该测量仪的优点为测量效率高、精度高、成本低、操作方便，是连杆产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。该机械的缺点是：测量连杆的尺寸单一，夹具是手工控制。图 9 机械总装配图 1 定位套 2 紧定螺钉 3 V 型块 4 导轨 5 测 6 滚珠丝 7 工作台 8 减速齿轮 9 步进电机致谢：在此向在设计过程中给予我热心指导的李锦泽、李志红老师及所有帮助我的老师、同学表示衷心的感谢！参考文献：1李路，宋科民，王保东，内燃机连
12、杆测量仪J:内燃机，1993， （3）：32-35.2高晓婧，连杆几何参数综合测量方法研究J:仪器仪表学报,2008.3周培源，连杆智能综合测试系统J:湖北工学院学报，1994，(3):119-1224张建民，机电一体化系统设计M:北京理工大学出版社，2008.5陈宏钧，实用机械加工工艺手册M:机械工业出版社，1995.The design of Connecting rod two holes axis parallel degree measuring instrumentCui pengxiao（Class 0802 ,Mechanical Engineering and automation ,Mechanical and Electrical Engineering college,Hebei Normal University of Science axis parallelism; examination
