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1、基于柴油机拆装的零件设计与数控编程毕业设计论文 镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE 毕 业 设 计 (论 文) 基于柴油机拆装的零件设计与数控编程The Design and NC programing of Mechanical parts Based on the Destuffing and Assembling of Diesel Engine系 名： 机械系 专业班级： 机电W06 二0一一年 四 月 二七 日目 录引言5第一章 柴油机51.1 柴油机51.1.1 柴油机的定义51.1.2 柴油机的历史51.1.3 柴油机的分类61.2 柴油机的工作原理61.3柴油机的

2、拆装过程与心得7第二章 起动轴的设计82.1 起动轴的设计82.1.1起动轴结构设计的基本要求82.1.2选择轴的材料82.1.3初步确定轴端直径82.2轴的结构设计82.3键连接强度校核92.4轴类零件的技术要求92.4.1尺寸精度92.4.2几何形状精度92.4.3相互位置精度102.5表面粗糙度10第三章 起动轴的加工工艺103.1轴类零件的功用和结构特点103.1.2轴类零件的毛坯和材料103.1.3轴类零件的毛坯103.2轴类零件的材料103.3表面粗糙度的选择113.3.1实例123.3.2类型123.4轴的加工133.4.1确定毛坯133.4.2确定主要表面的加工方法133.5确

3、定定位基准133.5.1划分阶段133.5.2热处理工序安排133.5.3加工尺寸和切削用量143.5.4拟定工艺过程14第四章 起动轴的数控加工15 4.1零件图15 4.2加工方案15 4.2.1操作步骤15 4.3编程程序16 4.4仿真18结论18致谢20参考文献21基于柴油机拆装的零件设计与数控编程专业班级： 机电W06 学生姓名： 李开强指导教师： 曹步霄 职称：讲师摘要： 通过了研究柴油机拆装视频并利用相应工具进行柴油机的拆装，理清了柴油机所有组成零件的种类和尺寸，团队协作，画出柴油机二维装配图。运用了所学知识和技能对柴油机主要零件用传统方法进行设计，画出起动轴二维零件图。把起动

4、轴零件进行加工工艺设计和数控编程并且利用相关软件进行数控加工仿真关键词： 柴油机 起动轴 加工工艺 设计 编程 数控仿真 The Design and NC programing of Mechanical parts Based on the Destuffing and Assembling of Diesel EngineAbstract： Through the research using video and diesel disassembling corresponding tools for diesel engine, clarify the disassembling of

5、 diesel engine all types and sizes of parts, and draw the diesel engine two-dimensional assembly drawing with teamwork. By using their knowledge and skills on diesel engine with traditional method of main parts design, draw the start shaft 2d part drawing. The start shaft parts processing technology

6、 design and CNC programming and using relevant software nc machining simulationKey words： diesel engine starting shaft processing technic Design programming Nc simulation引 言 本次毕业设计是我们在毕业前的一次重要实践设计。这次设计使我们能综合运用机械制造数控编程中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了拆装柴油机，画出其起动轴零件图的能力，拟定设计方案，完成数控编程，跟仿真。也是熟悉和

7、运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。 本次设计内容主要是测绘柴油机取得尺寸，然后用CAD把柴油机的装配图跟直轴零件图绘制出来。然后计算零件尺寸进行数控编程第一章 柴油机1.1 柴油机1.1.1柴油机的定义将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的机器称为热机。燃料直接在发动机内部燃烧的热机称为内燃机，燃料在发动机体部燃烧的热机称为外燃机。根据燃料的种类可分为：柴油机、汽油机、煤气机等。经柴油作燃料，当空气在气缸内受压缩而产生高温，使喷入的柴油自燃，燃气膨胀而作功的内燃机称为柴油机。1.1.2柴油机的历史法国出生的德裔工程师狄塞尔，在18

8、97年研制成功可供实用的四冲程柴油机。由于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。起初，柴油机用空气喷射燃料，附属装置庞大笨重，只用于固定作业。二十世纪初，开始用于船舶，1905年制成第一台船用二冲程柴油机。1922年，德国的博施发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。二十世纪20年代后出现了高速柴油机，并开始用于汽车。到了50年代，一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来，从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。 1.1.3柴油机的分类按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。按

9、进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。按转速可分为高速(大于1000转分)、中速（3001000转分）和低速（小于300转分）柴油机。按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。按用途可分为船用柴油机、机车柴油机 、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机发电用柴油机、固定动力用柴油机。按供油方式可分为机械高压油泵供油和高压共轨电子控制喷射供油。按气缸排列方式可分为直列式和V形排列。 配备柴油机的手扶拖拉机 1.2 柴油机的工作原理柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，

10、每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时

11、间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统可以较好解决了这个问题。共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压

12、油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面： 1、喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。2、可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。3、能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。 相比起汽油机，柴油机具有燃油消耗率低（平均比汽油机低30），而且柴油价格较低，所以燃油经济性较好；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，扭距要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同时排放也比汽油

13、机差。但随着现代技术的发展，柴油机的这些缺点正逐渐的被克服，现在的不是高级轿车都已经开始使用柴油发动机了。1.3拆装柴油机的过程与心得R175A型柴油机是由泵装配体、进气与出气系统、水箱与油箱、主装配体、底座组成的。在这段拆装的过程,我们先把柴油机从底座上拆下来，放到工作台上面，在进行拆装。先拆掉进气与出气系统，然后把拆下来的进气与出气系统还有螺丝放到一边摆放整齐并用手机进行对其的拍照，接着再进行对水箱和油箱的拆装，水箱和油箱的拆装其实相对进气与出气系统是比较简单的，我们把它拆下来之后同样将其与拆下来的螺丝摆放一边并排列整齐。接下来就要拆主装配体了。把主装配体正面上的盖子上的七颗螺丝卸下来，接

14、着把盖子拿下来，就能看到一大一小的两个齿轮，我们先把大的齿轮从直轴上取下来，把主体装配的右边对着自己把盖子卸下来，就能看到里面的零件，把里面的零件拆出来，就能看到曲轴和直轴。把主装配体背面的盖子在卸下来之后，整个主装配体就剩下我们这次要做的零件曲轴、直轴。最后用铜棒将直轴、曲轴敲出。自此，柴油机的所有零件都被拆出来了。我们把拆出来的东西都在空地上摆放整齐，拍了照。等测绘结束之后，我们把柴油机在按拆装时步骤进行最后的安装。我这组是做直轴的测绘。把直轴放在工作台上，用游标卡尺量得数据对其画了直轴的主视图、俯视图、左视图,用AutoCAD画出直轴的零件图。这便是这次拆装柴油机的最终目的.第二章 起动

15、轴的设计2.1 起动轴的设计2.1.1起动轴轴结构设计的基本要求： (1)轴和轴上的零件有准确定位和固定； (2)轴上零件便于调整和装拆； (3)良好的制造工艺性； (4)形状、尺寸应尽量减小应力集中。已知：1）大齿轮的输入功率P=425kW；2）链轮轴的转速n=33r/min；3）每根运输链的张力S=4650N；4）齿轮的圆周力Ft=4790N；5）齿轮的径向力Ft=1740；6）短时过载为正常工作载荷的两倍。 2.1.2 选择轴的材料 选择轴的材料为45钢，调质处理。由表查得：b=590MPa，s=295MPa，1=255MPa，1=140MPa 2.1.3 轴的输入端直径d=A考虑轴端有

16、键槽，轴颈应增大4%5%，取d=35mm。 2.2 轴的结构设计取轴颈处的直径为60mm，与标准轴承H2060（JB/T25611991）的孔径相同；其余各直径均按5mm放大。其工作草图为2.3 键联接的强度校核选用A型平键（GB/T10961979），与齿轮联接处键的尺寸 bhL与链轮联接处键的尺寸bhL。因与齿轮联接处键的尺寸及轴径均较小且受载大，故只需校验此键。链轮处键也可齿轮处相同，以便统一加工键的刀具。键联接强度校核按表公式计算，式中各参数为pp=12.N/mm2， k0.5h=0.510=5mm，l=Lb=9016=74mm。然后测量键联接传递转矩T2.4 轴类零件的技术要求轴用轴

17、承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：2.4.1 尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。2.4.2 几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。2.4.3 相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支

18、承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动 精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。2.5 表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。 第三章 起动轴的加工工艺分析3.1 轴类零件的功用、结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴

19、类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。3.1.2轴类零件的毛坯和材料3.1.3轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。3.2轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质

20、、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软

21、的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。3.3 表面粗糙度的选择表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。 机械零件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有 充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零件尺寸公差要求越 小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存

22、在固定的函数关系。例如一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械上的某些机械零件的修 饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。在一般情况下，有尺寸公差要求的零件，其公差等级与表面粗糙度数值之 间还是有一定的对应关系的。3.3.1 实例在一些机械零件设计手册和机械制造专著中，对机械零件的表面粗糙度和机械零件的尺寸公差关系的经验及计算公式都有很多介绍，并列表供读者选用，但只要细 心阅来，就会发现，虽然采取完全相同的经验计算公式，但所列表中的数值也不尽相同，有的还有很大的差异。这就给不熟悉这方面情况的人带来了迷惑。同时也增 加了他们在机械零件工作中选择

23、表面粗糙度的困难。 在实际工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零件的设计和制造过程 中，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。3.3.2 机械零件类型在现有的机械零件设计手册中，反映的主要有以下3种类型： 第1类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10%，这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的 主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。 第2类主要用于普通的精密机械，对配合

24、的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25%，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机 床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。 第3类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的50%，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作 面；相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等等。 旧的表面粗糙度国家标准为(GB103168)，采用国际标准ISO颁布的1983年的新的 国家标准为(GB103183)3.4 轴的加工3.4.1 确定毛坯该

25、传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。本例起动轴属于中、小起动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择60mm的热轧圆钢作毛坯。3.4.2 确定主要表面的加工方法起动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该起动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。所以是粗车-半精车磨削3.5 确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所

26、以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。3.5.1 划分阶段对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该起动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修

27、研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。3.5.2 热处理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于起动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。 综合上述分析，起动轴的工艺路线如下： 下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。3.5.3 加工尺寸和切削用量 起动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。 车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确

28、定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。3.5.4 拟定工艺过程定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 第四章 起动轴的数控加工4.1零件图零件材料毛坯尺寸加工参考时数零件图号45钢31*177120minC8103