【汽车发动机曲轴的选材及热加工工艺设计5300字（论文）】

PAGEI汽车发动机曲轴的选材及热加工工艺设计摘要曲轴是汽车发动机的关键部件之一。它的性能直接影响到发动机的质量和寿命。曲轴承受发动机的最大载荷和全部动力，承受较大方向的弯矩和扭矩变化，承受长、高速运行的磨损。因此，曲轴材料是必需的。具有较高的刚度、疲劳强度和良好的耐磨性。发动机曲轴的作用是通过连杆将活塞的往复直线运动转化为旋转运动，从而实现发动机从化学能到机械能的输出。本课题仅针对175型柴油机曲轴加工工艺的分析与设计。工艺路线的制定是工艺设计的关键阶段，是工艺设计的总体设计。工艺路线合理与否，不仅影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺、设备和生产场地的合理使用，从而影响生产成本。因此，后加工技术要求仔细分析和曲轴零件的加工精度，本设计是合理确定毛坯类型，并通过查阅相关参考书、手册、图表，确定定位基准、标准及其它技术数据的加工余量，各工艺过程的尺寸和公差，最后出曲轴零件处理卡。关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计目录2697摘要 I175871.题目及要求 1134421.1题目 1128961.2主要参数要求 120421.3设计的主要内容 4249112.材料的选取 6302742.1工件的性能要求 6208882.2材料成分设计 7246523.热加工工艺设计 8308203.1生产流程设计 8265483.2锻造工艺设计 898413.3热处理工艺设计 8271044.设计方案的经济及环境分析评价 10285594.1设计方案的经济分析评价 10168334.2设计方案的环境、法律、社会等分析评价 10265885.课程设计结论及收获 1131055.1课程设计结论 11218885.2课程设计收获及体会 1110503参考文献 121题目及要求题目本次设计题目为汽车发动机曲轴的选材及热加工工艺设计，零件图如图1所示。本次设计任务要求进行成分设计及相应的材料选择、热加工工艺设计以和设计方案的经济分析及环境评价。主要参数要求发动机曲轴减振器主要参数确定根据相关的曲轴轴系的参数计算公式，选取合适的曲轴轴系的惯量矩以及柔度值，然后利用公式可以计算出减振器的转动惯量以及各个参数的选取等。本次设计中发动机以及轴系的参数如下：发动机的额定转速为2200r/min，能够保持的最低转速为750±30r/min，整个系统的额定功率为92kw，在工作的过程中平均有效受到的压力为743kpa；整个活塞连杆组往复运动质量为2.85175kg，旋转质量1.13537kg，曲轴半径为5，连杆的尺寸为201；曲轴主轴径的各个参数如下：主轴直径为70，圆角半径为4，宽度为36；曲轴连杆轴参数如下：直径为63，圆角半径为4，宽度为35。除了基本参数以外，曲轴系统的其他参数如下：转动惯量，柔度系数，激振频率。对于装有阻尼弹性的减振器而言，其发动机在工作过程中振幅的当量质量的放大系数为：我们取激振频率比为：由于减振器的惯量比一般不超过0.35，并且值会跟随值增大而显著减小，但是有个取值范围，一旦>0.35左右后，此时值并不会随着值的增大发生明显减小了，如果这个时候再增大值，也即就是增大，这样会使得减振器的整体重量和价格都增加，因此本文中的减振器惯性轮的惯量比严格控制在0.30左右。橡胶减振器的尺寸确定橡胶减振器能起到减振效果主要是取决于橡胶材料对于振动能量的吸收和消除，一个完整的橡胶减振器包含有硫化橡胶件、皮带轮以及配套的衬套件。在这个减振器系统中，皮带轮与衬套之间用橡胶件进行连接，橡胶件通常采用硫化成型的加工方式制得，经过硫化成型的橡胶件与橡胶、皮带轮以及整个衬套之间就构成了复合式橡胶减振器。图1-1复合式橡胶减振器图1-2多锲皮带轮尺寸图然后我们将设计好的硅油减振器嵌入安装到橡胶减振器的皮带轮中，这个过程中，我们通过引入压块来限制硅油减振器与橡胶减振器之间的相对运动，这样一来就组装成了硅油一橡胶曲轴减振器。图1-3橡胶减振器整体装配图设计的主要内容曲轴的作用

曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。

曲轴受气体压力、惯性力和惯性力矩的作用，受力大，受力复杂。同时，曲轴也是高速旋转的部件。因此，曲轴要求有足够的刚度和强度，并且具有承受冲击载荷的能力，并且耐磨和润滑良好。曲轴的结构及其特点图1-4曲轴的结构图曲轴一般由主轴颈、连杆颈、曲轴、平衡块、前端和后端组成。曲轴轴颈、连杆轴颈和曲柄组成曲轴，曲轴数量等于气缸数(直线发动机)；v型发动机曲轴等于气缸数的一半。主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。

连杆轴颈为曲轴与连杆之间的连接部，连接部采用圆弧减小应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈之间的连接。横截面为椭圆形。为了平衡惯性力，曲轴铸造有(或紧固到)配重。平衡重用于平衡发动机的离心扭矩不平衡，有时用于平衡部分往复惯性力，使曲轴平稳转动。曲轴前部装有齿轮、传动皮带轮和风扇和泵起动爪。为防止曲轴漏油，曲轴上设有油盘，齿轮室盖上设有油封。曲轴后端安装飞轮，在后桥颈与飞轮法兰之间设置挡油法兰和回油螺纹，防止漏油。

材料的选取工件的性能要求曲轴的主要技术要求分析1.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级，表面粗糙度值为0.25～。轴颈长度公差等级为～。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。

2.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为之内不大于；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为，中大型低速曲轴为～。

3.各连杆轴颈的位置度不大于。曲轴的机械加工工艺过程

曲轴的尺寸精度、加工面的形状精度和位置精度都很高，但刚性差，容易产生变形。这给曲轴的加工带来了许多困难，必须引起足够的重视。

曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、的外圆。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保留工艺搭子前。

根据结构特点和曲轴加工的要求，加工顺序大致可以总结如下：铣削两端；汽车工艺及钻中心孔；粗、精车三个连杆轴颈；粗、精车全面；磨削连杆颈、主轴颈外圆；切除过程中，车最后，铣键槽，等。曲轴机械加工工艺路线

在进行大量的工艺分析之后，制定出大批大量生产曲轴的加工工艺路线：锻造

热处理

铣两端面

车两端工艺搭子外圆

钻主轴颈中心孔

钻连杆轴颈中心孔

检验

粗车三个连杆轴颈

精车三个连杆轴颈车工艺搭子两端面粗车各处外圆精车各处外圆检验

磨削连杆轴颈外圆磨削两主轴颈磨削外圆磨削外圆检验

车掉两端工艺搭子车两端面铣键槽倒角去毛刺

最后检验材料成分设计曲轴在工作时应承受很大的扭矩和交变弯曲应力。颈部容易扭曲、折断和磨损。因此，材料应具有较高的强度、冲击韧性、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：普通曲轴、钢或球墨铸铁。对于高速重载曲轴，可选用材料及其它材料。本课题采用球墨铸铁。曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。

热加工工艺设计生产流程设计曲轴是发动机的关键部件，现代化的汽车对曲轴毛坯提出了要有6拐呈1200分布、带I2个整体平衡块的要求。以前我国不能用锻造的方法生产这样复杂的曲轴，一般采用铸造或用镶平衡块的方法生产。而这两种方法生产的曲轴都无法满足先进发动机的需要。从锻造的角度的分析，按几何形状可以将曲轴划分为带4个以下平衡块的、带5-}-8个平衡块的和带8个以上平衡块的，带少于4个平衡块的曲轴在锻造设备上可以直接把连杆的角度锻打出来。这种方法投资少、见效快，经济效益好。其生产工艺为先压弯，然后在终锻型槽上锻造成型，带多于8个平衡块的曲轴，如康明斯、斯太尔曲轴，若直接在模锻锤或热模锻压力机上锻造出来，困难很大。而采用先锻出平面曲轴，然后用曲轴扭转机扭出角度来，经济效益较高。带4—8个平衡块的曲轴，用以上两种生产工艺均可。国内介绍带少于4个平衡块的曲轴，直接锻造出连锻造工艺设计斯太尔曲轴为6拐呈1200分布、带12个整体平衡块(见图1)。其材料有精炼45和精炼42CrMo两种，质量在131kg左右，分别供190^}280kW的发动机使用。从图中可以看出，斯太尔曲轴平衡块大而薄，横切面呈椭圆形。其平衡块间距为43mm，平衡块的厚度为32mm，主轴直径为112mm，轴向尺寸有较高的公差要求，连杆径夹角为120士1.50;同时为达到动平衡的要求，对锻件表面质量、脱碳层和几何形状也都作了严格的规定。此曲轴年产量为2500。件，属于大型锻件中批量生产。此曲轴是在160kN模锻锤、12.5MN压力机、2MN曲轴扭转机和J.6MN液压校正机上联合生产的，整个锻造工序一火完成。热处理工艺设计材料为精炼45的斯太尔曲轴锻件要求正火处理。正火后的金相组织为铁素体+珠光体;晶粒度为5^}8级，晶粒不均匀级差小于3级;带状组织不大于1级;不能有魏氏组织存在;硬度为HB1$0^}228。若不合格，允许返修两次。表面脱碳层深度(铁素体+过渡区)加工面不得超过实际加工余量的一半。非加工面单边不得大于lmm;主轴径摆差要求小于(等于)3mmo若主轴径摆差超差，应进行冷校正.经冷校正后的曲轴要进行去应力退火处理。材料为精炼42CrMo的曲轴要求调质处理，调质硬度为HB237^-286。曲轴锻件经热处理后表面不得有氧化层，任何部位不允许有裂纹、拆叠等缺陷。从上述曲轴锻件的技术条件可以看出，硬度、轴向摆差和脱碳层深度的要求是制订曲轴热处理工艺的难点，尤其是对轴向摆差的要求，增加了曲轴热处理的难度。热处理变形是热处理工作棘手的间题。总之，由于该曲轴几何形状复杂，技术条件严格，加工工序多，锻造加热火次少，加之材料、质量、热处理、生产批量等方面的因素，因而其工艺性较差，生产难度较高。设计方案的经济及环境分析评价设计方案的经济分析评价近几年，为了提高曲轴加工的质量，实现良好的经济效益，降低工作强度等，将曲轴粗加工升级到精细加工，主要机床也从普通车削、专机铣削到普通磨削，实现数控自动化机床的转型。主要加工机床已经成为生产线的主导，并且逐渐将信息技术和计算机技术应用到其中，实现加工精准度、自动化程度高、操作简便，进而满足相关行业市场发展的需求。设计方案的环境、法律、社会等分析评价其实对于曲轴零件，主要是起到承载负荷的作用，为了满足现代汽车发动机品质需求，需要将其性能及质量不断提升，为此对曲轴加工主要机床就提出了较高的要求。随着行业不断地发展，一些新工艺和技术不断出现，象圆角滚压、止推面挤压加工和内螺纹挤压加工等，这些工艺都需要相应的设备支撑，如果一直使用传统的设备，那么一些问题就会逐渐显现出来。因此对曲轴加工主要机床进行调整和升级非常必要。另外，曲轴相关企业为了更好地满足发展的需求，获得良好的经济效益，不仅对曲轴加工技术进行升级和更新，对主要机床也进行了更新换代，保证曲轴加工的品质。课程设计结论及收获课程设计结论综上所述，汽车属于现代生活中十分普遍的交通工具，与人们的生活关系密切，汽车制造业的改进与发展更对人们的生活会产生一定影响。良好的汽车制造业发展状态能够提升我国汽车行业在国际市场的地位，推动我国国民经济水平的进一步提升。机械加工技术在汽车发动机曲轴制造中的应用，不仅能够有效提高汽车的基本性能，更能够提高使用者的舒适性和安全性。未来，汽车发动机曲轴制造仍需要进一步对机械加工技术进行改进和应用，做好加工环节质量的把关，以此促使我国汽车产业稳健发展。课程设计收获及体会发动机曲轴作为发动机的核心部件，其制造水平直接反映着一个国家装备制造业的发展水平。本设计主要是在现有加工方法和工艺设计的基础上进行的。随着曲轴技术的不断改进，制造业的发展也蓬勃发展。许多创新的加工方法已经被开发出来，为传统的加工技术提供了一个新的方向。在曲轴机加工，也有新的处理技术，如曲轴轴颈和外铣轴内加工，不仅可以解决振动问题和加工精度，传统的车床不能解决，而且提高切削效率，降低工业能耗和提高加工精度。当然，这些新的加工技术正在迅速改变。我们看到的是中国制造业的快速发展。通过本次设计我查阅了许多书籍，文献以及行业资料，了解到行业的发展过程和部分创新技术，不但开阔了我的专业视野，而且对将来的学习生活都有着重要的影响。参考文献[1]吴卫东,于国庆.基于发动机曲轴轴系激振力矩减振器设计分析[J].机械设计与制造,2020(07):174-178.[2]邢维者.曲轴扭振引发的某乘用车加速异响试验研究与改进[D].华南理工大学,2020.[3]邬全法,张贵豪,王普,范让林.基于遗传优化BP神经网络的发动机曲轴扭转减振器优化[J].现代制造工程,2019(12):24-31.[4]张林,欧阳青,肖平,宋玉来.基于发动机曲轴系的扭振减振器结构设计及建模分析[J].嘉兴学院学报,2019,31(06):59-67.[5]卢亚伦.浅析某航空发动机曲轴扭振特性及减振器失效[J].内燃机与配件,2019(17):192-193.[