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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：活塞環(huán)銑開口夾具設(shè)計與裝配工藝規(guī)劃
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學(xué) 號
導(dǎo) 師
2012年12月22日
5
1. 開題綜述
1.1題目背景
活塞環(huán)在內(nèi)燃機中，其主要作用有四點：
1 密封
在往復(fù)式內(nèi)燃機中，活塞環(huán)是一種運動件，亦是一種密封件【1】?；钊h(huán)在高速往復(fù)運動狀態(tài)下，在高溫、高壓燃?xì)獾淖饔孟拢瓿蓪θ紵液颓S箱之間的密封作用，即阻止氣缸中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體竄到曲軸箱中，這是活塞環(huán)的主導(dǎo)功能【2】。 一般，燃?xì)馔ㄟ^活塞環(huán)有三條通道：
（1）活塞環(huán)與氣缸內(nèi)壁的周向間隙；
（2）活塞環(huán)與環(huán)槽上、下側(cè)面間隙；
（3）活塞環(huán)開口間隙。其中活塞環(huán)與氣缸內(nèi)壁的周向間隙是燃?xì)饴┬沟闹饕緩?，為減少漏氣量，要求活塞環(huán)與氣缸內(nèi)壁之間必須存在一條連續(xù)不斷的線貼合區(qū)域，并使環(huán)的一個平面與相應(yīng)活塞環(huán)槽的一個側(cè)面處于良好接觸狀態(tài)，從而達(dá)到切斷漏氣通道的作用。同時，由于環(huán)槽底燃?xì)鈮毫?，把活塞環(huán)緊緊壓向氣缸內(nèi)壁，亦有利于環(huán)的密封【3】。另外，活塞環(huán)與氣缸內(nèi)表面的幾何形狀貼合良好與否、環(huán)的截面形狀以及環(huán)的數(shù)量等都對密封有很大影響。
2 控制潤滑油
活塞環(huán)控制潤滑油作用就是活塞環(huán)對氣缸壁潤滑油膜厚度的控制和調(diào)節(jié)【4】?；钊h(huán)在氣缸中阻止?jié)櫥蛷那S箱進(jìn)入燃燒室，從而降低滑油耗量【5】。我們知道，活塞環(huán)組中滑油是無規(guī)則的，中小型機多用飛濺方式，強載機則用壓力循環(huán)潤滑【6】。為了使活塞環(huán)正?；瑒?，必須不斷地供給滑油，同時又要求活塞環(huán)能刮落氣缸壁上的過多滑油，也就是既要保證活塞環(huán)潤滑所需要的油膜厚度，又要保持較低的滑油耗量，以防止過多的滑油上竄到燃燒室，不僅滑油耗量增大，又會因燃燒產(chǎn)生的積碳影響傳熱性能【7】。
3 導(dǎo)熱
活塞環(huán)在氣缸中起著傳熱作用。當(dāng)內(nèi)燃機工作時，活塞溫度很高，一部分熱量經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸壁，再由氣缸壁傳至冷卻水，從而降低活塞溫度【8】。一般，冷卻活塞中，活塞環(huán)傳導(dǎo)的熱量為30～40%；非冷卻活塞中，活塞環(huán)傳導(dǎo)的熱量可達(dá)活塞頂所承受熱量的70～80%【9】。活塞環(huán)的散熱作用實際上與環(huán)的幾何尺寸，截面形狀，材料的導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)，環(huán)與環(huán)槽間的間隙以及有關(guān)表面精度等都有很大關(guān)系，應(yīng)慎重選取。
4 支承導(dǎo)向
活塞在氣缸內(nèi)運動靠環(huán)支撐。因活塞受燃?xì)獾募訜岫蛎?，所以氣缸與活塞之間必須留有間隙，以防活塞咬死【10】。對熱負(fù)荷高的發(fā)動機，其間隙更要大一些，由于間隙的存在，活塞就必須依賴活塞環(huán)才能在氣缸內(nèi)保持運動平衡，防止活塞不斷撞擊氣缸壁【11】。一旦減弱和破壞活塞環(huán)的支承作用，必將導(dǎo)致活塞組件失去運動平衡，從而產(chǎn)生噪聲、偏磨、擦傷等故障，甚至出現(xiàn)融著、折損和拉缸等嚴(yán)重故障【12】。因此，活塞環(huán)基體材料的選擇，活塞環(huán)斷面形狀，以及必要的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算，強度、應(yīng)力計算，剛性、共振頻率計算以及各種變形計算尤為重要【13】。
1.2 夾具設(shè)計的研究意義
所謂機床夾具，是指用來裝夾工件，使工件固定在機床上，利于加工成標(biāo)準(zhǔn) 件的一種裝置【14】。機床夾具作為機械制造業(yè)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，對整個機械制造業(yè)的水平提升有著極其蕈要的影響，甚至有些時候是關(guān)鍵性的影響。如果要實現(xiàn)機械制造的現(xiàn)代化，必須首先提高機床夾具的現(xiàn)代化水平，提高機床災(zāi)具的制造效率，實現(xiàn)機床災(zāi)具的標(biāo)準(zhǔn)化【15】。然而，傳統(tǒng)的機床夾具還占據(jù)著機械制造業(yè)的絕對主導(dǎo)地位，這成為了機械制造業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程的障礙因素。由于機床災(zāi)具的優(yōu)劣，決定著機電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量和制作精度，機床夾具設(shè)計對機電產(chǎn)品的質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實意義，隨著機械制造領(lǐng)域理論研究的日益深入，機床夾具的設(shè)計必將迎來充分發(fā)展的時期【16】。
1.3 夾具設(shè)計國內(nèi)外研究情況
目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛，以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機加工各種各樣的零部件，導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個零部件周期較長。隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增，加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變。加工裝備的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對設(shè)備快速性和適應(yīng)性的需求上，因此制造商不得不尋求柔性和產(chǎn)量之間的最佳組合。當(dāng)然，在滿足了柔性的條件下、也有著不同的解決方案，如：模塊化、可變換化、可重新配置化、在線兼容性等。不論采用哪種方案，使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要，現(xiàn)在，柔性專機、可重新配置的機床及專用加工中心的組合應(yīng)用，使得發(fā)動機零件的加工變得越來越柔性化，具體情況取決于每個加工項目的產(chǎn)量配額。
2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1 主要內(nèi)容：
（1）活塞環(huán)銑開口零件的工藝分析；活塞環(huán)銑開口零件工件的定位分析（自由
度）；
（2）活塞環(huán)銑開口零件夾具定位誤差計算、夾緊力的分析與計算；
（3）活塞環(huán)銑開口零件夾具的工作原理；設(shè)計中存在的問題；
（4）活塞環(huán)銑開口零件夾具裝配工藝設(shè)計與仿真。
2.2 研究方案：
活塞環(huán)零件圖：
圖1 活塞環(huán)零件圖
方案一：
活塞環(huán)的缺口過去是裝在單配夾具的凸肩上進(jìn)行銑切的, 夾具體凸肩的
外徑相等于環(huán)的內(nèi)徑?，F(xiàn)改進(jìn)了一套既活塞環(huán)缺口用的夾具,適合于一定范圍的
大小不同活塞環(huán), 消除了由于活塞環(huán)內(nèi)徑的不同, 而須配制不同夾具的缺點, 而
且節(jié)省了很多的金屬材料及加工費用。
圖2 活塞環(huán)銑開口夾具
方案二：
將多個活塞環(huán)預(yù)先裝到套筒4上，套筒以內(nèi)孔定心，裝上夾具后，用油缸1經(jīng)拉桿3開口墊圈5等零件，將工件軸向夾緊。
圖3 活塞環(huán)銑開口夾具
1-油缸；2-對刀塊；3-拉桿；4-套筒；5-開口墊圈
方案比較：
方案一適合于一定范圍的大小不同活塞環(huán) ，適合單件加工。方案二可同時進(jìn)
行多個零件的加工，比較適合高效率的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率，節(jié)省時間。所以選用
方案二。
3 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
3.1 課題研究重點以及難點：
（1）活塞環(huán)銑開口零件的工藝分析；活塞環(huán)銑開口零件工件的定位分析（自由
度）；
（2）活塞環(huán)銑開口零件工件定位誤差計算；活塞環(huán)銑開口零件工件夾緊力的分析
與計算；
（3）活塞環(huán)銑開口零件夾具的工作原理；活塞環(huán)銑開口零件設(shè)計中存在的問題；
（4）活塞環(huán)銑開口零件夾具裝配工藝設(shè)計與仿真。
3.2 前期開展工作：
查閱各種學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，期刊雜志，科技報紙等資料深入了解本課題內(nèi)容以及本夾具的具體工作狀況。分析工件的構(gòu)成，了解其加工零件的方式、方法。
4 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃（按周次填寫）
第1--3周：查閱資料，完成基礎(chǔ)知識的積累和開題報告。
第4--7周：工件的分析；定位分析（自由度）。
第7--10周：活塞環(huán)銑開口零件夾具的工作原理；設(shè)計中存在的問題。
第11--14周：活塞環(huán)銑開口零件夾具裝配工藝設(shè)計與仿真。
第15--16周：完成畢業(yè)論文。
5 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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