CN104139371B - 一种连杆小端衬套安装工具的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆小端衬套安装工具的设计方法，主要针对阶梯式结构的连杆小端，设计思想是通过两块小型夹板夹紧固定连杆小端，并通过其中一块夹板对孔座内的衬套进行定位或限位。基于本发明的设计方法的安装工具具有安装环境适应性强、操作简便、轴向定位精确、使用高效等优点。

Description

一种连杆小端衬套安装工具的设计方法

技术领域

本发明涉及柴油机连杆装配工具，尤其涉及一种采用冷却法安装的阶梯式结构的连杆衬套安装工具的设计方法。

背景技术

连杆是柴油机的主要传动部件之一，在柴油机中，它把作用于活塞顶面的膨胀压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆的小端(小头)通过活塞销与活塞连接，小端座孔内装配(压入)金属衬套，以减小活塞或活塞销对小端座孔的磨损，同时衬套磨损后也更便于维修和更换。

衬套与小端座孔为过盈配合，一般采用的安装方法是将衬套冷却后装入小端座孔内，待其膨胀后即固定在小端孔座内，安装时应保证衬套的轴向位置要求，尤其对于采用小端衬套与活塞轴向定位方式的连杆，在安装时应保证衬套两端凸出量(露出小端端面的距离)符合设计要求。

目前对于阶梯式的连杆小端，衬套安装时的轴向定位，主要有两种方式：

方式1：采用专用垫块辅助安装。

如图1所示的小端座孔剖视图，安装时将连杆杆身1平放在工作台上，分别采用垫块5和垫块6将连杆大端与小端宽边垫平，然后将冷却好的衬套4快速推入小端座孔，至衬套4宽边与垫块4接触即可。

该方式存在的问题是，(1)衬套轴向定位不准确，定位精度低；(2)需要进行连杆部件的吊装、垫平等操作，过程较复杂且耗时较长，对于大型连杆，普通工作台无法满足放置要求。

方式2：采用专用工具将衬套送入小端座孔安装。

如图2所示，使用时先将衬套4固定于专用工具组件(包括螺栓7、夹板8和定位块9)，共同冷却，然后将冷却好的衬套4和工具组件快速推入小端座孔，至工具与连杆小端宽边接触即可。

该方式存在的问题是，(1)工具反复拆装、冷却，操作繁琐，冷却时间长；(2)安装多个连杆部件时，如果工具数量较少，因工具需反复冷却，将影响装配效率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种对安装环境适应性强、操作简便、轴向定位精确、使用高效的衬套安装工具。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种连杆小端衬套安装工具的设计方法，其所针对的连杆小端包括座孔，位于其两端的小端端面分别包括第一端面和第二端面，第一端面和第二端面相互平行且垂直于由座孔所限定的中心轴线，一对第一端面的间距大于或等于一对第二端面的间距。一对第一端面限定了连杆小端的宽边，一对第二端面限定了连杆小端的窄边，即一种阶梯式的连杆小端。

设计方法主要包括以下方面：

方面1、采用两块夹板通过紧固方式固定在连杆小端上，使连杆小端固定保持在两块夹板之间；

方面2、通过两块夹板中的一块对装入座孔的衬套进行限位或定位；

方面3、当一对第一端面的间距大于一对第二端面的间距，且连杆小端固定保持在两块夹板之间时，安装工具不与第一端面所在的平面相交。

进一步地，方面1中，两块夹板分别是第一夹板和第二夹板，并通过紧固件实现将安装工具固定在连杆小端上。

进一步地，第一夹板和第二夹板分别包括第一紧固面和第二紧固面，连杆小端固定保持在两块夹板之间时，第一紧固面和第二紧固面分别部分或全部与一对第一端面接触。

进一步地，方面2中，第二夹板还包括定位面，连杆小端固定保持在两块夹板之间时，衬套可从靠近第一夹板的座孔的一端进入座孔，并沿中心轴线向座孔的另一端方向移动，直至抵靠住定位面。

进一步地，紧固件是螺栓，第一夹件和第二夹件分别包括与螺栓相配合的螺栓孔。

进一步地，包括两个螺栓孔，并且第一夹板的宽度和第二紧固面的宽度均为C，C＝2×(M+2)，M是螺栓的公称直径；

定位面宽度为C1，C1＝3×t，t是衬套的壁厚；

第一夹板和第二夹板的螺栓孔中心距离均为A，

$A=2\×\sqrt{{\left(\frac{D+M}{2}\right)}^2-{(\frac{d}{2}+t+\frac{C}{2})}^2},$

D是连杆小端的外径，d是座孔的直径；

第一夹板和第二夹板的螺栓孔中心距离均为B，B＝A+3×M。

进一步地，为满足方面3，两块夹板的厚度以及螺栓的长度需根据相邻的第一端面和第二端面的间距进行选择。

进一步地，第二夹板由第二夹件和定位件组成，第二夹件包括第二紧固面，定位件包括定位面。

进一步地，第二夹件和定位块一体成型；或是独立结构，且两者均包括螺栓孔。

基于本发明的设计方法的连杆衬套安装工具，具有结构简单、操作方法简便、装配效率高、节约成本等特点，为连杆衬套安装提供了一种更简便的方法。与以往的安装方法相比具有以下效果：

1、能够满足高精度衬套凸出量的要求；

2、相比方式1，不需要将连杆大小端垫平，因此不需要将连杆部件放置在工作平台上操作，在地面、零件托盘内均可进行衬套安装，省去连杆部件的吊装操作，节约成本和时间；

3、相比方式2，工具无需冷却，而且工具重量轻、结构简单、拆装方便，使用普通的扳手和塞尺即可完成操作，尤其是批量连杆衬套装配时，装配效率的优势将更为明显；

4、本工具经过简单的改变，同样适用于非阶梯式连杆衬套、以及采用大端定位的连杆衬套的液氮冷却安装。在更改工具时，只需根据连杆小端外径和宽度尺寸，匹配合适长度的螺钉以及螺栓孔中心距，并根据衬套单边凸出量的要求，相应匹配第二夹板的台阶高度，即可满足不同要求的连杆衬套的安装。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是阶梯式连杆小端座孔剖视图，显示了现有的衬套安装方式1；

图2是阶梯式连杆小端座孔剖视图，显示了现有的衬套安装方式2；

图3是本发明的一种衬套安装工具及其安装方式示意图；

图4是阶梯式连杆小端衬套安装具有凸出量要求时的示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的第二夹板示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的结构尺寸示意图。

具体实施方式

本发明的安装工具的设计思想是利用连杆小端窄边和宽边厚度有差异的特征，考虑采用结构简单、加工制造方便的小夹板作为衬套安装定位的工具，主要基于三个方面：

1、采用两块夹板通过紧固方式固定在连杆小端上，使连杆小端固定保持在两块夹板之间；

2、通过两块夹板中的一块对装入座孔的衬套进行限位或定位；

3、当一对第一端面的间距大于一对第二端面的间距，且连杆小端固定保持在两块夹板之间时，安装工具不与第一端面所在的平面相交。

如图3所示，连杆小端2位于连杆杆身1的一端，连杆小端2限定了座孔3及其中心轴线20，连杆小端2是阶梯形的，其两端端面分别包括第一端面10和第二端面11，一对第一端面10限定了连杆小端2的宽边，一对第二端面11限定了连杆小端2的窄边。衬套安装工具包括第一夹板12、第二夹板13和可连接两者的紧固件，本实施例中采用螺栓14作为紧固件，第一夹板12、第二夹板13上包括与螺栓14相配合的螺栓孔15。

第一夹板12和第二夹板13分别包括第一紧固面16和第二紧固面17，第二夹板13还包括定位面18。当第一夹板12和第二夹板13通过螺栓14连接，并通过调节螺栓14将连杆小端2夹紧固定在两块夹板之间，此时第一紧固面16和第二紧固面17分别直接作用于一对第二端面11。衬套4可以从靠近第一夹板12的孔座3的一端进入(压入)孔座3内，并且可以继续进入直至抵靠住第二夹板12的定位面18，定位面18起到了对衬套4定位或限位的作用，从而精确控制其凸出量。图3中的定位面18和第二紧固面17处于同一平面，即对应凸出量是0的情况。

同时当安装工具夹紧连杆小端时，其形状尺寸满足其保持在一对第一端面10之间，即其在任一侧远离第二端面11的距离，均不超过该侧第一端面10和第二端面11的间距。这种结构可以满足安装工具在连杆处于各种位置情况下(如在工作台、托盘中)均能够使用。

图4示出了衬套4安装时凸出量Δ大于0时的情况。相应的只需对第二夹板的定位面进行调整，即可满足安装要求，如图5所示，是用于凸出量Δ时的第二夹板13的构造，其采用阶梯式结构，阶梯高度为凸出量Δ，其能够满足高精度衬套定位的安装要求。此时定位面18和第二紧固面17不处于同一平面，两者形成一个台阶。第二紧固面17在安装工具夹紧连杆小端时，贴合一侧的第二端面，定位面18定位或限位衬套，从而通过控制定位面18和第二紧固面17所形成的台阶高度即可精确控制凸出量。也可以将第二夹板13分为两个独立的结构，第二夹件21和定位件22，两者均设置有与螺栓配合的螺栓孔，共同组成第二夹板13。第二夹件21包括第二紧固面17，其在夹紧连杆小端时，直接与第二端面接触，定位件22包括定位面18，用于对衬套定位或限位。该结构的优点是，当需要调整凸出量时，只需更换相应的第二夹件21即可，节约了工具制作成本。

另一方面，对于两块夹板间的紧固并不限于螺栓方式，可以参照一些具有夹紧并能保持夹紧状态的手动工具，将两块夹板分别设置于相应的部件上。比如，水管钳、F夹、夹紧器等等，夹板可以设置在钳口等与工件直接作用的位置。

本发明的安装工具在设计上要考虑到两块夹板紧固面的位置尺寸、螺栓孔的开孔位置、定位面的位置尺寸、夹板厚度等因素，以达到最合适的使用效果，以下结合实例，对需要涉及的结构尺寸做进一步说明。

如图6所示安装工具采用两个螺栓进行紧固，第一夹板12和第二夹板13上分别设置了两个螺栓孔15.采用两个螺栓，一方面可固定第一夹板12和第二夹板13，使安装工具不能活动，保证在安装衬套4的过程中，第二夹板13上的定位面18不会发生变化；另一方面两个螺栓可以限制衬套安装工具在连杆小端2内径向位移，保证第一夹板12不干涉衬套安装，第二夹板13的定位面18能够满足定位要求；同时，采用螺栓连接，比较方便衬套安装工具的安装和拆卸。各部分尺寸说明如下：

φd——连杆小端座孔3直径；

φD——连杆小端2外径；

t———衬套4壁厚；

M———螺栓规格或公称直径；(推荐使用≥M8的螺栓，长度根据连杆小端窄边宽度和两块夹板厚度选取)

C———第一夹板12的宽度和第二夹板13的第二紧固面17的宽度，C＝2(M+2)；

C1———第二夹板13的定位面18的宽度，C1＝3×t；

A———第一夹板12和第二夹板13的螺栓孔15中心距离；计算方法如下：

$A=2\×\sqrt{{\left(\frac{D+M}{2}\right)}^2-{(\frac{d}{2}+t+\frac{C}{2})}^2}$

B———第一夹板12和第二夹板13长度；B＝A+3×M

h1———第一夹板12厚度(推荐值8mm至10mm)；

h2———第二夹板13厚度(推荐值12mm至14mm)；

Δ———台阶高度(定位面18和第二紧固面17形成的台阶高度)，需根据所安装连杆衬套单边凸出量的设计要求确定。

采用螺栓连接两块夹板的方式，能够满足高精度衬套安装定位要求，并且能够实现连杆杆身在任何放置状态下安装衬套的要求，以及能够极大的提高连杆衬套的安装效率。

以上安装工具的使用方法包括如下步骤：

步骤1、将螺栓分别穿过第一夹板和第二夹板上与之对应的螺栓孔，以连接两块夹板；

步骤2、将安装工具安置于连杆小端上，使连杆小端处于两块夹板之间，并拧紧螺栓，此时连杆小端固定保持在两块夹板之间；夹紧连杆小端时，第一紧固面和第二紧固面需分别与一对第二端面面接触，并且需要确保第一夹板的位置不能阻挡衬套进入孔座，第二夹板的定位面的位置可以阻挡衬套进一步深入孔座，从而起到定位或限位作用；按照上述的结构设计尺寸，当连杆小端抵靠住螺栓时，即可满足以上对于第一夹板和第二夹板的位置要求。

步骤3、将冷却后的衬套从靠近第一夹板的座孔的一端推入座孔，直至衬套抵靠住第二夹板的定位面；

步骤4、拧松螺栓，从连杆小端上取下安装工具。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种连杆小端衬套安装工具的设计方法，所针对的所述连杆小端包括座孔，位于所述座孔两端的小端端面分别包括第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面相互平行且垂直于由所述座孔所限定的中心轴线，一对所述第一端面的间距大于或等于一对所述第二端面的间距，其特征在于，包括以下方面：

方面1、采用两块夹板通过紧固方式固定在所述连杆小端上，使所述连杆小端固定保持在所述两块夹板之间；

方面2、通过所述两块夹板中的一块对装入所述座孔的衬套进行限位或定位；

方面3、当一对所述第一端面的间距大于一对所述第二端面的间距，且所述连杆小端固定保持在所述两块夹板之间时，所述安装工具不与所述第一端面所在的平面相交。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述方面1中，所述两块夹板分别是第一夹板和第二夹板，并通过紧固件实现将所述安装工具固定在所述连杆小端上。

3.如权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板分别包括第一紧固面和第二紧固面，当所述连杆小端固定保持在所述两块夹板之间时，所述第一紧固面和所述第二紧固面分别部分或全部与一对所述第一端面接触。

4.如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述方面2中，所述第二夹板还包括定位面，所述连杆小端固定保持在所述两块夹板之间时，衬套可从靠近所述第一夹板的所述座孔的一端进入所述座孔，并沿所述中心轴线向所述座孔的另一端方向移动，直至抵靠住所述定位面。

5.如权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述紧固件是螺栓，所述第一夹板和所述第二夹板分别包括与所述螺栓相配合的螺栓孔。

6.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板各包括两个所述螺栓孔，并且所述第一夹板的宽度和第二紧固面的宽度均为C，C＝2×(M+2)，M是所述螺栓的公称直径；

所述定位面宽度为C1，C1＝3×t，t是所述衬套的壁厚；

所述第一夹板和所述第二夹板的各自两个所述螺栓孔中心距离均为A，

$A=2\×\sqrt{{\left(\frac{D+M}{2}\right)}^2-{(\frac{d}{2}+t+\frac{C}{2})}^2},$

D是所述连杆小端的外径，d是所述座孔的直径；

所述第一夹板和所述第二夹板的长度均为B，B＝A+3×M。

7.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，为满足所述方面3，所述两块夹板的厚度以及所述螺栓的长度需根据相邻的所述第一端面和所述第二端面的间距进行选择。

8.如权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述第二夹板由第二夹件和定位件组成，所述第二夹件包括所述第二紧固面，所述定位件包括所述定位面。

9.如权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述第二夹件和所述定位件一体成型。