发动机的曲轴的加工工艺和夹具设计资料.docx

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发动机的曲轴的加工工艺和夹具设计资料

发动机曲轴的加工工艺及夹具设计

摘要

曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。

发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。

本课题是柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。

工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。

所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。

所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。

关键词：

发动机曲轴工艺分析工艺设计

Abstract

Thecarenginecrankshaftisoneofthekeypartsanditsdirectinfluenceontheperformanceofthequalityoflifeandthecarenginecrankshaftinengine.Formaximumloadandpower,withallofthechangesdirection,bendingandtorquethroughlongrun,sothecrankshaftmaterialwearhighrigidity,fatiguestrengthandwearresistance.Enginecrankshaftroleofpistonisreciprocallinearmotionthroughthelinkintotherotarymotion,thusrealizeenginebychemicalenergyintomechanicalenergyoutput.

Thistopicisonlydieselenginecrankshaftprocessanalysisanddesignarediscussed.Theprocessrouteplanisthekeystageprocedureformulationofregulations,istheoveralldesignprocess.Whichroutereasonableornot,notonlyinfluenceprocessingqualityandproductivity,andaffectworker,equipment,andprocessequipmentandproductionsites,whichaffectthereasonableutilizationofproductioncost.

Therefore,thedesignisinthecarefulanalysisofthecrankshaftpartsprocessingtechnicalrequirementsandmachiningprecision,reasonablydeterminetheblanktype,afterconsultingrelevantreference,manuals,charts,standards,technicaldatatodeterminethelocatingdatum,mechanicalprocessandprocedurelimits.butdimensionsandtolerances,eventuallydevelopingacrankpartsprocessingprocesscard.

Keywords:

enginecrankshaftprocessanalysisandprocessdesign

总结27

前言

曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下（往复）运动变成循环运动。

曲轴主要有两个重要加工部位：

主轴颈和连杆颈。

主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

发动机工作过程就是：

活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。

而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。

曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：

主轴颈，连杆颈，（还有其他）。

主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑．这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。

发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。

曲轴的旋转是发动机的动力源。

曲轴的结构包括轴颈、曲轴臂、曲轴销、侧盖以及连杆大端轴承。

轴颈具有一第一油路。

曲轴臂连接于轴颈。

曲轴销设置于曲轴臂之中，并且抵接于轴颈。

曲轴销具有第一机油缓冲室、第二机油缓冲室以及第二油路。

第一机油缓冲室系连接于第二机油缓冲室，第二油路连接于第二机油缓冲室。

侧盖设置于曲轴臂中，侧盖与曲轴销之间成形有一空间，该空间连接于第一油路与第一机油缓冲室之间。

连杆大端轴承设置于曲轴臂之中，曲轴销套设于连杆大端轴承之中，第二油路连接于第二机油缓冲室与连杆大端轴承之间。

本实用新型可将机油内微小异物过滤掉，减少了连杆大端轴承遭受微小异物侵入的机会，并避免连杆大端轴承损坏，进而可延长曲轴结构的使用寿命。

在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。

目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。

粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。

精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。

现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：

主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。

在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。

在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。

16110发动机曲轴零件图的分析

1.1曲轴的功能和用途

曲轴是发动机上极为重要的零件，它是将连杆传来的径向力转变成绕其本身轴线旋转的扭矩，并将此扭矩输出给汽车或其他装置。

同时，曲轴还驱动配气机构以及其它各辅助装置。

曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

1.2曲轴的结构和技术要求

曲轴绝大部分是整体式，只有极少数柴油机采用组合式。

大致结构如图所示，曲柄臂和连杆轴颈、主轴颈由圆角连接。

通常在前端设有驱动附件、凸轮轴的轴颈，在后端设有输出法兰。

曲轴内设有主轴颈通向连杆轴颈的供油孔。

图1.1曲轴结构图

曲轴在低转速时主要受到燃烧压力的作用，在高转速时主要受到惯性力和弯曲振动、扭转振动合成的附加力的作用。

振动引起的附加力的精确计算非常复杂，所以常和实测并用。

曲轴的主要要求

1.主轴颈：

曲轴共有七个主轴颈，它们是曲轴的支点，在曲轴的运动中起支撑作用和保持一定的空间位置精度。

为了最大限度的增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计的粗一些，尽管这会增加质量，但是它可大大提高曲轴的刚度，增加重叠度，减轻扭振危害。

各主轴颈的尺寸：

主轴颈为φ75h6Ra0.32μm,圆柱度公差为0.005mm，第一轴颈宽43.7mm,第二轴颈宽38mm，第三轴颈宽38mm，第四轴颈宽70mm，第五轴颈宽38mm，第六轴颈宽38mm，第七轴颈宽59.7±0.23mm。

2.连杆轴颈：

曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相连接。

轴颈为φ62h6Ra0.32μm，圆柱度公差为0.005mm，轴颈宽38mm，其与主轴颈的重叠度为11.35mm。

3.油封轴颈：

油封轴颈为φ100h7mm。

4.曲柄臂：

曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。

它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节，容易产生扭断和疲劳破坏。

曲柄半径为R（57.15±0.07）mm。

5.连杆轴颈轴心线的相位差在±30之内。

6.曲轴必须经过动平衡，精度为50g·cm。

7.主轴颈，连杆轴颈要经过表面淬火，淬硬深度2~4cm，55~63HRC,油封轴颈（即安装飞轮的轴颈）也要进行表面淬火，淬硬深度不小于1mm，50~63HRC。

8.曲轴还要进行探伤检查，要求曲轴的加工表面不允许出现裂纹。

2.工艺过程设计

2.1计算生产纲领，确定生产类型

解放CA6110发动机的曲轴，该产品年产量Q=100000（台/年），n=1（件/台），设其备品率a%为10%，机械加工废品率β%为1%，现制定该曲轴零件的机械加工工艺规程。

年生产纲领：

（2-1）

曲轴的年产量为111000件，现在已知该产品为中型机械，根据《机械制造工艺设计手册》表1.1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批量生产。

2.2审查零件图样工艺性

曲轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术基本要求齐全。

但油封轴颈端轴承孔的内表面粗糙度未给出，一般7级孔的表面粗糙度为即可。

第四主轴颈，齿轮轴颈和皮带轮轴颈的表面粗糙度也未给，一般7级基准要求即可。

本零件的各表面加工并不困难。

斜油孔倾斜较深，但由于只做储油孔用，位置精度不需要太高的要求，只要钻到轴颈的中间靠外就可以了，所以斜油孔的加工也不成问题。

2.3选择毛坯

曲轴是发动机上必须的传动件，要求具有较高的刚度、强度、耐磨性和平衡。

该零件的材料为整体软氮化，轮廓尺寸不大且形状比较复杂，又属于大批量生产，因此采用模锻成型。

曲轴零件的形状比较复杂，因此毛坯形状要与零件的形状尽量接近，即外形锻成六拐形式，两端空寂台阶不用锻出。

毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。

2.4工艺过程设计

2.4.1定位基准的选择

（一）粗基准的选择

曲轴的毛坯一般都呈弯曲状态，为保证两端中心孔都能在两端面的几何中心上，粗基准应选靠近曲轴两端的轴颈。

为保证其他轴颈外圆余量均匀，在钻中心孔后，应对曲轴进行校直。

由于大批量生产的曲柄毛坯的精度高，曲柄不加工，所以轴向的定位基准一般选取中间主轴颈两边的曲柄。

因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减少其它曲柄的位置误差。

（二）精基准的选择

曲轴和一般的轴类零件相同，最重要的精基准三中心孔。

曲轴轴向上的精基准，一般选取曲轴一端的端面或轴颈的止推面。

但在曲轴加工的过程中，定位基准要经过多次转换。

曲轴圆周方向上的精基准一般选取曲轴上的定位平台或法兰上的定位孔。

2.4.2加工阶段的划分与工序顺序的安排

曲轴的主要加工部位是主轴颈和连杆轴颈，次要加工部位是法兰盘、曲柄、斜油孔、螺孔和键槽等。

除机械加工外还有轴颈淬火、