本科毕业设计柴油机曲轴设计Word文档下载推荐.docx

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曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。

活塞到上止点时，压缩行程结束。

压缩终了时鼓，混合气温度约为326.85℃～426.85℃，压力一般为0.6～1.2MPa。

（3）做功行程活塞带动曲轴转动,曲轴通过转动把扭矩输出。

（4）排气行程进气口关闭，排气口打开，排除废气。

由上可知，四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程作为辅助行程都是为作功行程创造条件的。

因此，单缸发动机工作不平稳。

现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔，因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。

例如六缸发动机，在一个工作循环中，曲轴要旋转720°

，曲轴转角每隔120°

就有一个气缸作功。

1.1.2曲轴

曲轴是柴油机曲轴连杆机构的重要零部件，将作用在活塞上的气体压力变为绕其本身轴成的力矩，再通过飞轮传给传动系统，即将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动通过曲轴输出动力。

工作时，曲轴承受冲击和交弯载荷的弯曲和扭转，故要求曲轴有足够的强度和韧性,由于曲轴长时间工作，轴颈表面也受到很大的磨损。

目前车用柴油机曲轴材质有球墨铸铁和锻钢两类。

1.2曲轴加工技术现状

目前美国、德国、日本等工业发达国家正向着柴油机增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展，其加工生产线正在向智能化、高效率和绿色化发展。

而相比之下我国的曲轴制造业就有点相对落后。

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。

而目前的小型柴油机曲轴制造业面临的是以下几个需要解决的问题：

（1）多品种、小批量生产；

（2）交货期大大缩短；

（3）降低生产成本；

（4）难切削材料的出现使加工难度明显增加，加工中提出了许多需要解决的课题，如硬切削；

（5）为保护环境，要求少用或不用切削液，能够实现干式切削或准干式切削；

曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求，因此各专业曲轴生产厂家争相引进新技术、新工艺，提高制造技术水平。

因此，进入21世纪以来，高速、高精、高效的复合加工技术及装备在曲轴制造业中将得到了迅速的应用。

2设计任务说明

2.1柴油机参数说明

表2.1柴油机参数说明

气缸数:

6

缸径：

110mm

行程：

130mm

总排量：

1.88

12小时功率：

22HP

活塞平均速度：

6m/s

最大扭矩：

11.86kg.m

12小时平均有效压力：

7Kg/cm

12小时燃烧消耗：

185g

2.2工艺规程的作用

工艺规程是指导生产的重要技术文件，起指导作用；

是生产计划、调度、工人操作和质量检验等生产组织和管理的依据；

是新建或扩建工厂或车间的重要技术资料。

总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。

生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。

2.3曲轴的结构特点及其工艺技术分析

2.3.1曲轴的结构特点

曲轴是由主轴和连杆轴构成，连杆轴绕主轴旋转。

曲轴是将活塞的往复运动通过连杆形成回转运动，因此曲轴不但承受周期性的弯曲力矩和扭转力矩，同时还受到离心力及扭转振动的附加应力的作用，这样就使曲轴的受力情况非常复杂。

此时，各轴颈要在很高负荷下高速运转，所以要求曲轴有很高的强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性及冲击韧性。

曲轴常用强度很高的材料制成，轴颈需要热处理以提高耐磨性，在曲轴上截面突变部位应避免应力集中，否则在工作中曲轴就可能发生断裂。

连杆轴要有很高的尺寸精度形状精度位置精度及光洁度，轴颈表面的硬度要求；

为了不至影响各缸的配气相位，对各连杆轴中心线的偏移和装主动齿轮中心线的偏移也提出具体的要求。

2.3.2曲轴的技术要求

技术要求如下：

（1）锻钢曲轴应经调质处理，硬度为HRC28-34。

（2）锻钢曲轴的主轴颈和连杆轴须经表面淬火处理，淬火层深度在3-7mm范围内，硬度为HRC28-34。

每根曲轴上的硬度差不大于四个单位。

（3）连杆轴和主轴颈按5级精度制造。

（4）当曲轴用两端最外主轴颈支撑（设计基准）时，主轴颈轴心线与连杆轴轴心线的不平行度允差为0.01/100mm，对长度小于1.5m的CA6110型用曲轴，中间主轴颈的跳动允差为0.1，打断正时齿轮轴跳动允差为0.03，大端飞轮轴的跳动允差为0.025，大端飞轮轴端面摆差为0.05/100mm。

（5）曲轴上各连杆轴中心线的偏移允差为15。

（6）轴主轴颈和连杆轴以及曲柄过渡圆角的光洁度不低于0.8，三主轴颈和连杆轴上的润滑油孔表面应抛光，其光洁度不低于1.6,主轴颈和连杆轴孔的内表面光洁度不低于6.4。

（7）曲轴加工表面应光洁，不得有裂纹、发裂、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在曲轴的磨光表面不得有刻痕和黑点。

（8）曲轴不加工表面应光洁，不允许用焊补的方法消除缺陷。

（9）经精加工后的每根曲轴，应动平衡试验，不平横度允差及校正平衡重量时所切除金属的位置和重量，按产品图样规定。

（10）曲轴经抛光后须磁力探伤，磁力探伤后作退磁处理。

具体如下图所示:

CA6110型柴油机曲轴技术要求

图2.1曲轴零件图

2.3.3工艺规程的设计原则

（1）必须可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现：

即保证质量，并要提高工作效率；

（2）保证经济上的合理性：

即要成本低，消耗要小；

（3）保证良好的安全工作条件：

尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好的工作环境；

（4）要从本厂实际出发：

所制订的工艺规程应立足于本企业实际条件，并具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料；

（5）所制订的工艺规程随着实践的检验和工艺技术的发展与设备的更新，应能不断地修订完善。

3工艺路线的拟定

3.1年产量和批量的确定

3.1.1生产纲领

年产量=Q＝生产纲领*每台产品该零件数*（1+备品率）*（1+废品率）

Q＝50000*1*（1+2%）*（1+2%）＝52020

月产量＝Q/12=4335

工作天数=（365-52-14）/12=25天

日产量（一天3班）＝月产量/工作天数=4335/25=174

3.1.2生产类型的确定

CA6110型曲轴的生产性质：

大批生产，查《金属机械加工工艺人员手册》P1094页表15-5，可知轻型（100公斤以内）零件的生产性质，如下表：

表3.1

生产类型

零件的年生产纲领/件

重型（>

2000kg）

中型（100～2000kg）

轻型（<

100kg）

单件生产

小于5

小于10

小于100

小批量生产

5～100

10～200

100～500

中批量生产

100～300

200～500

500~5000

大批量生产

300～1000

500～5000

5000~50000

大量生产

大于1000

大于5000

大于50000

3.1.3工作时间核算

（1）年时基数（三班制）：

一班2392小时，二班2392小时，三班1794小时。

在女同志占25%以下：

一班1914小时，二班1914小时，三班1435小时。

总共小时数为5086小时。

（2）平均流水线节拍＝流水线实际平时基数*60*（1-）/零件年产量

损失系数；

工作时间内设备修理方面损失1；

工人缺勤和自然需要方面损失2

清理设备时的损失3；

工人休息方面的损失4

＝1＋2＋3＋4＝15％

平均流水线节拍=5086*60*（1-15%）/55125=5.0min

考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍，若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。

3.1.4生产周期

在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。

生产周期＝

批量的确定：

除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积的限制，考虑毛坯贮存期，最小批量大于半个班，选批量为174件，已知一个零件总的加工时间为177分（各道工序定额时间之和），最长工序时间为18.3分钟，所以：

生产周期=2.53天

3.2毛坯的选择

钢制曲轴的毛坯是锻造的，通过锻造能使金属纤维按最有利的方面分布，材料内部的缩孔和气孔被粘结起来，因此组织紧密，从而获得较高的冲击值，延伸率及疲劳极限。

在成批、大量生产中，一般采用模锻。

毛坯精度高，余量小。

曲柄的非加工表面可不加工。

金属纤维能按最有利的方面组织，从而提高曲柄的强度。

模锻后的曲轴毛坯应进行调质处理，去除氧化皮，提高表层机械性能，以便于机械加工。

这里我们选用42CrMoA合金钢。

3.3定位基准的分析

3.3.1曲轴加工工艺的特点

曲轴虽是带有连杆轴的轴，但它仍具有轴的一般加工规律，如铣两端端面，钻中心孔，车、磨及抛光等等。

但是，曲轴也有它自己的特点，因为它形状复杂，刚度差以及技术要求高等，所以应该采取相应的工艺措施，特点分析如下：

（1）平衡问题

连杆轴颈和主轴颈的中心线不在同一轴线上，在连杆轴加工中产生不平衡现象，使工艺过程变得复杂，应配备能迅速找正待加工连杆轴位置的偏心夹具。

此时由于连杆轴与机床主轴线重合,为了消除加工时不平衡现象，应该加平衡重。

对于不平衡现象比较明显者（如大型曲轴），曲轴不易旋转，而应由刀具旋转，就可基本避免由于切削而产生的不平衡现象。

此外，应确定曲轴的角度位置，因此常在曲柄臂上铣出两个工艺平面，作为辅助精基准。

另外就是用齿轮的定位销孔作为角度定位。

（2）刚度差

曲轴的长径比较大（l/d＝10～15）和具有连杆轴，因此刚性很差，