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1、 重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）柴油机曲轴零件加工工艺及夹具设计学生所在校外学习中心 江苏张家港校处学习中心 批次 层次 专业 111 专升本 机械设计制造及其自动化 学 号 w11107861 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 2013.1.21-2013.4.14 摘 要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
2、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。这次毕业设计介绍柴油机曲轴加工工艺规程及相关夹具的设计，及曲轴的规程制定中遇到问题的分析，经济性分析，工时定额，切削用量的计算。同时还介绍曲轴加工中用到的两套夹具的设计过程。在工艺设计中，结合实际进行设计，对曲轴生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。根据现阶段机械零件的制造工艺和技术水平，本着以制造技术的先进性，合理性，经济性进行零件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料等技术分析。并根据
3、以上分析来选择合理的毛坯制造方法，设计工艺规程，夹具设计。关键词：柴油机 曲轴工艺夹具目 录中文摘要I1.引言12.曲轴的生产纲领23.零件的分析23.1曲轴的用途及工作条件23.2分析零件上的技术要求，确定要加工的表面33.3加工表面的尺寸和形状精度43.4尺寸和位置精度43.5加工表面的粗糙度及其它方面的质量要求43.6热处理要求44.曲轴材料和毛坯的定44.1确定毛坯的类型44.2确定毛坯的生产方法44.3确定毛坯的加工余量45.曲轴的工艺过程设计55.1粗、精加工的定位基准55.1.1粗加工55.1.2粗加工55.2工件表面加工方法的选择55.3曲轴机械加工的基本路线55.4加工余量及
4、毛坯尺寸65.5工序设计65.5.1加工设备与工艺装备的选择85.5.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定95.6确定工时定额115.7机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片125.7.1 机械加工工艺过程卡片125.7.2 机械加工工序卡片126.柴油机曲轴加工键槽夹具设计136.1.1夹具类型的分析136.1.2工装夹具定位方案的确定136.1.3工件夹紧形式的确定136.1.4对刀装置136.1.5分度装置的确定以及补补助装置146.1.6夹具定位夹紧方案的分析论证146.1.7夹具结构类型的设计156.2夹具总图设计166.4绘制夹具零件图167.结论178.参考文献181.引言曲轴是
5、内燃机中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，在内燃机五大件（机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴）中是最难以保证加工质量的零件。由于曲轴工况条件恶劣，因此对曲轴的材质、毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。若其中任何一个环节没有保证质量，即可严重影响曲轴的寿命和整机的可靠性，因此包括中国在内的世界各国对曲轴的加工都十分重视，都在不断的改进曲轴加工工艺，最大可能的提高曲轴寿命。曲轴质量（指轻重）约占内燃机质量的10%，成本约占整机的10%12%，其材质大体分两类：一类是锻钢，一类是球墨铸铁。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状，从而减轻质量，且机加
6、工余量随铸造工艺水平的提高而减小，目前国外球铁铸造曲轴的单边加工余量可达23mm。另外球墨铸铁的切削性能良好，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。而且球铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有刚质曲轴敏感。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。统计资料表明，车用发动机曲轴采用球铁材质的比例为：美国85%，日本40%，俄罗斯、比利时、荷兰和德国也已大批量生产。国内采用球铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上用球铁。近年来随着行业的不断发展，通过引进技术消化吸收和自行开发总体水平有了较大的提
7、高。但是我们也应该看到，我国内燃机曲轴生产技术距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。国内曲轴专业生产厂家虽然不是很多，但存在整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低等差距，它是影响整机适应国内及国际市场能力的重要因素。随着我国加入WTO，内燃机零部件行业将面临更加激烈的市场竞争，也将迎来新的发展与机遇。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时的改进和提高曲轴制造技术水平，生产出具有世界一流水平的内燃机曲轴，才能以实力参与市场竞争。 2.曲轴的生产纲领生产纲领是企业在计划期内应当
8、生产的产品产量，曲轴的的年生产纲领就是包括备品和废品在内的年产量，计算公式如下：N=Qn（1+a%）（1+b%）（件/年）式中N零件的年常量（件/年）;Q产 品 的年产量（根/年）;N每台产品中该曲轴的数量（件/台）；a%-备用率；b%-废品率；本 次设计的柴油机曲轴年产量为5000台，其中n=1，a=8， b=1，故生产纲领：N=50001（1+8%）（1+1%）=5454（件/年）生产类型为企业生产，生产专业化程度分类为，单件生产、小批量生产、中批量生产、大批量生产。本次设计的柴油机曲轴生产纲领为5454件，零件重量不超过20KG,根据有关资料分析得出结论为，中批量生产。3. 零件的分析3
9、.1曲轴的用途及工作条件曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分。图1-1 曲轴的结构图曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐。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。连杆轴颈是
10、曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮。3.2分析零件图上技术要求，确定主要加工表面 技术要求零件应经正火处理，处理后硬度要求HBS240-300.主要加工表面是主轴颈、连杆轴颈以及键槽的加工。3.3加工表面的尺寸和形状精度.主轴颈、连杆轴
11、颈本身的精度，即尺寸公关等级h6，轴颈长度公差等级为IT9IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。3.4尺寸和位置精度包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；圆柱度：不大于0.008mm；同轴同心度：不大于0.02mm；全跳度：不大于0.025mm;跳度：不大于0.03mm;连杆轴颈的位置度不大于20。3.5加工表面粗糙度及其它方面的表面质量要求表面粗糙度Ra值为1.250.4m。3.6热处理要求曲轴在加工前需正火处理HBS240-300.4.曲轴的材料和毛坯的确定4.1确定毛坯的类型曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT700-2；对于高速、重载
