發(fā)動機活塞連桿壓裝模設計

高立義

（廣州科技職業(yè)技術學院機械系，廣東廣州510550）

圖1是公司大批量生產的汽油發(fā)動機活塞連桿組件圖。產品試制初期，經對壓裝后的活塞連桿組件檢測，發(fā)現(xiàn)活塞徑向變形很大，圓度誤差最大達到0.20 mm，嚴重影響活塞連桿的裝配質量。

1 技術分析

1.1 活塞的結構分析

如圖1示，活塞的整體結構類似于圓筒體，材料為鋁合金。工作時在燃燒室內作往復直線運動。為了減小活塞質量，并在其內腔給連桿小頭提供一定的運動空間，活塞被設計成薄壁筒件。

1.2 壓裝過程及工藝力分析

由圖1知，活塞銷與活塞a、b兩銷孔為過盈配合，與連桿孔為間隙配合。壓裝時活塞銷先壓入a孔，再穿過連桿孔，最后壓入b孔。在產品試制時，壓裝的全過程都是以活塞B面為支承面;當活塞銷壓入活塞a孔時，因連桿兩側面與活塞內腔兩凸臺端面存在較大間隙，薄壁活塞在壓裝力F和支承力f的作用下產生徑向變形。因此要消除活塞在壓裝過程中的徑向變形，就是在活塞銷壓入a孔的過程中，要將支承面設置在活塞內腔凸臺的A端面上。要解決這個問題，必須設計新的壓裝模具。

2 壓裝模設計

2.1 支承元件設計

根據前述，在活塞銷壓入活塞a、b兩孔過程中需要2個支承面;為此在壓裝模內設計如下2個支承元件:

如圖2所示，設計一個U形支承3，用作活塞銷壓人a孔時對活塞A端面的支承元件。又如圖3所示，活塞內腔存在兩個凸臺，再去除連桿小頭所占空間，U形支承有效工作空間在高度方向僅4 mm。為提高該結構抗彎強度，綜合利用活塞內腔凸臺兩側空間，將其截面也設計成U形結構，具體形狀和尺寸見圖2和圖3中的K向視圖。

U形支承是模具的重要零件，焊接在支座5的上部。為提高其抗彎強度，采用40Gr制造，調質處理硬度為200～220 HB。

設計一個氣動支承裝置，其中活動頂桿7用作活塞銷壓入b孔時對活塞B平面的支承元件。頂桿的下端為斜面，用于傳遞柱塞11的運動及其支承力;側面開一腰形槽，在導向銷釘9的作用下對自身定位?；顒禹敆U為空腔結構，內部裝有彈簧6和鋼球8;受限于活塞B平面結構，活動頂桿的直徑尺寸設計為φ16 mm（圖3）。

2.2 活塞銷定位導向元件設計

為方便壓裝過程中的具體操作，又考慮到活塞連桿屬于大批量壓裝，生產節(jié)拍短，設計定位塊1，裝在模具的最上方。壓裝前將活塞銷插入定位塊的定位孔內，可實現(xiàn)對活塞銷的4點定位及導向（圖4）。

2.3 活塞定位元件設計

在氣動裝置中設置一鋼球。壓裝開始前，鋼球和已插入定位塊中的活塞銷構成組合定位元件，對活塞實行完全定位（圖4）。其中鋼球定3點，活塞銷定2點。

鋼球8裝在活動頂桿7內，由彈簧6支承（圖2）。設計活塞銷孔倒角錐面為活塞的定位面，錐面與其中位面的交線為鋼球的接觸線;鋼球直徑以此為設計條件用CAD作圖求出。

2.4 氣動裝置結構設計

如圖2所示，氣動支承裝置由活動頂桿7、堵頭14、導向銷13、氣缸體12和柱塞11等組成。裝置的a腔和b腔通過管路與換向閥（裝在氣動壓床上）相連接。壓裝開始時，a腔為出氣低壓腔，柱塞左端頂在堵頭端面上，活動頂桿7處在最低位置。當活塞銷壓進連桿小頭孔時，行程開關驅動換向閥動作，此時a腔變?yōu)楦邏呵唬倚?，其右端面頂住孔底，活動頂桿處在最高支承位置。

3 壓裝模的使用

生產中壓裝模安裝在氣動壓床上。壓裝開始前，模具的氣動支承裝置處于初始狀態(tài)，活動頂桿處于最低位置。

首先將連桿小頭裝入活塞內腔兩凸臺平面間，再將它們同時插入模具的U形懸臂支承中。左手將活塞的b銷孔倒角錐面壓在定位鋼球上;右手將活塞銷插進定位塊的定位孔中，并將銷下端的倒角錐面壓在活塞的a銷孔倒角錐面上，此時活塞在模具中獲得了相對于活塞銷的定位（圖4）。

右腳踩下氣動開關，裝在氣動壓床上的壓桿緩慢地將活塞銷壓入活塞的a孔，活塞立即垂直下行，其A平面壓在U形懸臂支承的D面上（圖4）;迅即用右手調整連桿小頭位置，使活塞銷穿過連桿銷孔。此時裝在壓床上的換向閥換向（圖5），活動頂桿在柱塞推動下到達最高位置，其上端面頂住活塞的B平面。壓桿繼續(xù)下行，將活塞銷壓入活塞b孔中;銷的軸向位置由行程開關確定。

4 結語

活塞連桿壓裝模設計，設計懸壁U形結構和氣動頂桿元件，在活塞壓裝過程的兩個時段依次對其合理部位進行支承，極大地減小了活塞的徑向變形;設計鋼球及活塞銷為活塞的組合定位元件，設計活塞銷的定位導向元件，方便了操作，提高了生產效率。使用結果表明:壓裝模完全能保證活塞連桿壓裝質量和生產要求。