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1、武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 1 页 共 37 页附件八：武汉纺织大学毕业设计 (论文) 课题名称：四缸发动机凸轮轴的工艺设计完成期限： 2010年 12 月 1 日至 2011 年 5 月 30 日院系名称机械工程与自动化学院指导教师徐巧专业班级机设 073 指导教师职称讲师学生姓名向冲院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 2 页 共 37 页摘要凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能直接影响着发动机整体性能。 因此凸轮轴的加工工艺有特殊要求， 合理的加工工艺对于降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义
2、。本文针对凸轮轴的加工特点， 结合工厂的实际， 从前期规划开始， 对凸轮轴的加工工艺进行了深入的分析、 研究。对凸轮廓形进行计算和推倒，对凸轮轮廓的加工进行了探讨并提出适用于发动机凸轮轴的加工方法。凸轮轴对其工作要求、 部分精度较高， 如轴上的油孔的加工、 法兰盘孔的加工等。 凸轮轴的工艺过程， 我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上， 尽量做到简练。 凸轮轴是轴类零件中比较复杂的一种曲轴， 而在磨削加工方面， 凸轮轴也是比较难以加工的轴，这种轴类零件的加工方法一般都是大同小异的。凸轮轴的加工一般是先经过车床的车削加工，制成半成品； 然后经过相应的热处理； 再就是对凸轮轴各部分的磨削加工
3、；最后就是经过相关工序的处理和检验合格后就可以入库了。关 键 词 ： 四 缸 发 动 机 ；凸 轮 轴 ；加 工 工 艺武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 3 页 共 37 页ABSTRACT Camshaft Engine Valve as a key component in its performance directly affects the overall performance of the engine. Therefore, the processing technology camshaft has specific requirements for a reasona
4、ble process to reduce processing costs, reduce production processes and the rational arrangement of the camshaft production line of great practical significance. In this paper, the processing characteristics of the camshaft, with the actual plant, starting from the pre-planning, on the camshaft of t
5、he process conducted in-depth analysis and research. Convex contour shape of calculated and pulled down the processing of the cam profile are discussed and made applicable to the processing method of the engine camshaft. Camshaft its work requirements, some high precision, such as the axis of the ho
6、le of the process, the flange hole processing. Camshaft process, we have clarity as far as possible, in ensuring the basis of clear, concise and as far as possible. Cam shaft of the more complex is a crankshaft, and in the grinding, the cam shaft is relatively hard to process, this shaft parts are g
7、enerally similar to those of processing methods. Camshaft after the processing is generally the first turning lathe, made of semi-finished products; and then after appropriate treatment; then there are the various parts of the camshaft grinding; the last is through the relevant processes for handlin
8、g and storage after inspection the. Keywords：Four-cylinder engine；Camshaft； Processing武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 4 页 共 37 页目录1. 绪论. 61.1 课题的意义和背景 61.2 凸轮轴的工艺设计发展现状. 61.3 本文研究的内容. 62. 发动机配气机构原理介绍 72.1 配气机构的组成和工作过程. 72.2 活塞在气缸内的四个冲程. 83. 凸轮轴的设计. 93.1 凸轮轴的功用 103.2 凸轮轴的结构特点和技术要求 103.3 各种凸轮轴的技术要求. 103.4 生产类型的确定
9、 103.5 凸轮轴的凸轮形状设计. 103.6 凸轮轴的材料选定. 173.7 凸轮轴的数据选定. 173.8 凸轮轴的直径和长度选定 173.9 凸轮轴的结构设计. 184. 凸轮轴的工艺性分析 184.1 定位基准的选择 184.2 表面加工方法的选择. 194.3 加工阶段的划分和工序顺序的安排. 19武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 5 页 共 37 页4.4 热处理工序的安排. 204.5 加工余量的确定 204.6 切屑用量的确定 215. 凸轮轴加工的主要工序说明. 215.1 凸轮轴轴颈粗加工采用无心磨床磨削. 215.2 铣端面，钻中心孔. 215.3 凸轮轴的热处理
10、 225.4 主轴颈快速点磨加工. 225.5 凸轮的加工 235.6 凸轮轴的抛光 235.7 凸轮轴的探伤 245.8 凸轮轴的清洗 246. 凸轮轴的工艺设计说明分析. 247. 总结和展望 34参考文献. 36致谢 37武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 6 页 共 37 页1 绪论11 课题的意义和背景在现代社会， 汽车是人们生活出行的最普通而快捷的交通工具，而发动机是汽车的心脏， 其性能对汽车的整车性能有决定性的影响。凸轮轴是活塞发动机里的一个必不可少的部件，凸轮轴（camshaft ）定义：装有一个或多个凸轮的轴。凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合
11、动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁， 偶尔也有采用锻件的。 由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。12 凸轮轴的工艺设计发展现状目前， 国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了 CBN 磨削技术，但仍有很多的载重汽车、 柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。粗磨工序使用的是国产中低速磨床(35m/s
12、以下) ，精磨工序部分厂家使用进口磨床，但使用速度均在60m/s 以下，修整工具以单点金刚石笔居多，进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。目前，大部分发动机制造企业都采用整体式凸轮轴，其材料有的采用中碳低合金锻钢( 经高频淬火 ) ，有的采用球墨铸铁。 整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。 生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大， 生产线占地面积多，生产成本较高。而装配式凸轮轴只需半精加工和精加工，凸轮、齿轮、轴套可采用不同的材料，因此产品质量可减轻3050；可柔性化生产，设备投资小，生产线占地面积少，生产成本较低。13 本文研究的内容本文主要围绕凸轮轴的工艺分析设计，从前
13、期选材、 凸轮和凸轮轴的理论计算、工艺设计这几个方面， 阐述了凸轮轴加工的一套设计思路和方法，对发动机制造业中的零部件加工具有重要的参考作用。武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 7 页 共 37 页2发动机配气机构原理介绍21 配气机构的组成和工作过程配气机构由气门组和气门传动组组成。 气门组用来封闭气缸的进、 排气道口；气门传动组使气门打开和控制开启与关闭的时刻及开启与关闭的规律。如图所示为一种典型的配气机构的结构。气门组主要包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等。气门传动组主要由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂轴、摇臂及气门间隙调整螺钉等组成。图 2-1 链传动配气机构1挺柱； 2推杆；
14、3摇臂轴总成； 4凸轮轴； 5曲轴； 6链条武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 8 页 共 37 页配气机构的工作过程：凸轮轴4转动时 , 当凸轮的圆柱面 ( 基圆)部分与挺柱 1接触时 , 挺柱1不升高 , 挺柱1以上的传动件不动作 , 气门是关闭的。当凸轮的凸起部分与挺柱 1接触时, 便开始将挺柱 1顶起, 于是气门被打开。当凸轮的最大凸起处与挺柱 1接触时 , 气门达到最大开度。 随后, 凸轮与挺柱 1接触表面的凸起开始逐渐变小, 气门在气门弹簧的作用下开始上升关闭, 并反向推动摇臂等传动杆件, 使挺柱1下压保持与凸轮的接触。当凸轮凸起部分离开挺柱1时, 气门完全关闭。22 活塞在气
15、缸内的四个冲程活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、 从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成一个工作循环， 活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、 压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。如图所示：图 2-2 发动机开始工作时， 首先进入“进气冲程”， 气缸头上的进气门打开， 排气门关闭，活塞从上死点向下滑动到下死点为止，气缸内的容积逐渐增大， 气压降低低于外面的大气压。 于是新鲜的汽油和空气的混合气体，通过打开的进气门被吸入气缸内。 混合气体中汽油和空气的比例， 一般是 1 比 15 即燃烧一公斤的汽油需要 15 公斤的空气。
16、进气冲程完毕后， 开始了第二冲程， 即“压缩冲程”。 这时曲轴靠惯性作用武汉纺织大学2011 届毕业设计论文第 9 页 共 37 页继续旋转， 把活塞由下死点向上推动。 这时进气门也同排气门一样严密关闭。气缸内容积逐渐减少， 混合气体受到活塞的强烈压缩。当活塞运动到上死点时， 混合气体被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内。这个小空间叫作“燃烧室”。这时混合气体的压强加到十个大气压。温度也增加到摄氏4OO 度左右。压缩是为了更好地利用汽油燃烧时产生的热量，使限制在燃烧室这个小小空间里的混合气体的压强大大提高，以便增加它燃烧后的做功能力。当活塞处于下死点时， 气缸内的容积最大， 在上死点时容积最小 （后者也是燃烧室的容积）。混合气体被压缩的程度，可以用这两个容积的比值来衡量。这个比值叫“压缩比”。活塞航空发动机的压缩比大约是5 到 8，压缩比越大，气体被压缩得越厉害，发动机产生的功率也就越大。压缩冲程之后是“工作冲程”，也是第三个冲程。 在压缩冲程快结束， 活塞接近上死点时，气缸头上的火花塞通过高压电产生了电
