大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计【含5张CAD图】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共59页)
编号：10239861
类型：共享资源
大小：20.17MB
格式：ZIP
上传时间：2018-06-26
上传人：QQ14****9609
认证信息
个人认证
郭**（实名认证）
陕西
IP属地：陕西
50
积分
- 关 键 词：
-
大型
汽车
柴油机
曲轴
工艺
规程
设计
cad
- 资源描述：
-
大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计【含5张CAD图】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
- 内容简介：
-
充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸I大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计摘要曲轴作为发动机中的关键组成部件，在发动机运转过程中承受冲击载荷，并且起到传递动力的作用，由于曲轴的工作环境恶劣，承受复杂多变的扭矩和弯曲载荷，并且还要抵抗在高速旋转的磨损，柴油机曲轴特殊的结构使得它成为柴油机中的重要部件，曲轴的加工质量将直接影响柴油机的整体工作状况。工艺路线的设计不仅影响曲轴的加工质量，而且对加工效率和机械设备的合理应用也有重要的影响。经过一段时间的学习后，在已有的基础知识上，通过对各种因素考虑后，结合中国现有的机械设备编织出合理的曲轴加工工序。本次设计对重点工序进行说明，查阅加工手册进行加工计算，完成工序卡的填写，对粗车夹具进行设计。对加工工艺路线进行拟订，对重点加工工序方法步骤进行说明包括粗加工，半精加工，精加工以及热处理。还对重点工艺进行了说明，包括表面强化工艺，曲轴的平衡工艺，曲轴的磨削工艺。完成零件图和装夹图的绘制与整理，寻找课题相关外文文献并进行翻译，最后整理论文并总结成果。关键词：曲轴；工艺分析；工序安排；加工质量充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸IIABSTRACTAs the engine crankshaft key components to withstand shock loads and passing the role of power in the engine . Due to the harsh working environment crankshaft withstand complex torque and bending loads , and also the wear resistance in high-speed rotation , diesel engine crankshaft is an important part , crankshaft machining performance will directly affect the quality of the diesel engine . The proposed process route is very important to the crankshaft machining , it not only affects the processing quality of the crankshaft, but also have an important impact on process efficiency and the rational use of machinery and equipment .After a period of study , on the basis of existing knowledge , through the consideration of various factors , combined with Chinas existing machinery to weave a reasonable crankshaft machining processes. The design of key processes are described , inspection and processing manual processing calculations, complete the process of card for roughing fixture design. Route carried on the elaboration process , focusing on manufacturing processes will be described , including roughing, semi-finishing , finishing, heat treatment. Also focus on the process described, including surface hardening process , crankshaft balancing process , crankshaft grinding process .Complete parts drawing and assembly drawing,find relevant foreign languagedocuments and translate them。Finally,the thesis is sorted out and the result are summarized.Keywords : crankshaft, process analysis , process arrangements , processing quality充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸1目录摘要.IABSTRACT.II1 .绪论 .11.1 柴油机的工作原理 .11.2 柴油机曲轴发展概况 .21.3 工作的意义及研究的主要内容 .22曲轴分析及参数说明 .32.1 柴油机曲轴结构特征 .32.2 曲轴的作用及工作状况 .42.3 曲轴的结构特点及技术要求 .52.4 柴油机曲轴参数说明 .63 毛坯的选择 .73.1 毛坯的材料 .73.2 毛坯制造 .74 工艺路线的拟定 .84.1 年生产量和批量的确定 .84.2 定位基准的分析 .84.3 工艺路线的拟定 .104.4 工艺卡的填写 .134.5 工艺设计的综合评估 .165 夹具分析与装配 .175.1 夹具分析 .175.2 夹具经济性分析 .216 零件的检查 .226.1 检查夹具 .226.2 气动量仪 .237 结论 .24参考文献 .25附录 1：外文翻译 .26附录 2：外文原文33致谢 . . 44充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 1 -1 绪论11 柴油机的工作原理发动机是能够转化燃料能量为汽车等提供动力的装置。柴油机的工作原理主要可以分为四个部分来解释，那就是进气、压缩、做功和排气，四个过程组成了柴油发动机的一个工作循环。这四个过程都是伴随着气缸体积的变化而进行的，第一个行程进气是随着气缸体积的增大，气缸内注入新鲜空气，压缩行程是气缸内体积变小，并在压缩行程即将结束时喷入雾状柴油，雾状柴油与空气混合成为可燃混合气，并体积迅速膨胀使得气缸体积增大，这就是做功行程，最后一个行程排气就是通过气缸体积的减小将燃烧后的废气排出缸外。不断反复工作循环，就是柴油机的作业状态。 1四行程柴油机的工作原理图 1.1 为四行程柴油机工作原理图虽然从布局结构上看，四行程柴油机和汽油机固然、存在个别分歧，但是二者的工作过程是基本上类似的，都是通过气缸内体积的变化来实现每个工作过程的进行。但是燃料和机器结构上还是存在区别，所以如果将二者进行比较，柴油机的优点则是燃烧原料的价格低廉，运行成本低，而且燃料的利用率较汽油机而言更高。反之相比之下，柴油机的缺点是机器整体结构过大，噪音大，加工上仍存在有待攻克的难题，如果机器出现问题，维修的成本比较高。 2多缸发动机的工作原理 多缸发动机顾名思义就是由多个气缸组成，常见的有四缸、六缸还有八缸等等。在单杠发动机中，机器运动一个工作循环中，只有第三个行程做功行程是有能量输出的，相当于只有四分之一的部分是对外做功的，而多缸发动机通过多个气缸的配合，可以弥补单缸发动机输出不稳定的问题，使发动机可以持续平稳地向外做功。充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 2 -1.2 柴油机曲轴发展概况柴油机作为一种动力系统，在船舶、大型机械及公路运输中得到广泛应用。虽然我国在 20 世纪 80 年代后柴油机有了较快的发展，但是与国外相比，由于柴油机的制造技术水平落后，还是存在着较大的差距。其中曲轴的加工技术可以说是是影响柴油机发展状况的重要因素，其结构参数和加工工艺水平不仅会决定机器本身的尺寸和重量，还会在很大程度上影响着发动机运转的的稳定性可靠性和使用寿命的长短。 3因此，改进曲轴加工方法，进而提高发动机曲轴的加工精度一直是研究的重要方向。从曲轴的材料上来说，目前用的较为普遍的是球墨铸铁和钢两类。球墨铸铁具有良好的切削性能，可以通过合理的加工工艺获得理性的结构形状。球墨铸铁和钢一样可以通过表面处理而获得良好的机械性能，并且球墨铸铁的成本只有调质钢的 1/3,因此得到广泛的应有，据调查表明，在美国、英国、日本、德国、比利时等国家在大批量采用球墨铸铁。对于大功率的曲轴，各方面性能要求更为严苛，而锻钢有较高的综合机械性能，所以在中高速柴油机的制造中，一般使用锻钢作为加工材料。从工艺与生产设备上来说，国内还沿用旧的生产路线，很多厂家还用普通机床和专用组合机床，这样的生产路线设备较多，因此占地面积较大，生产周期长，从而导致生产率低。进入 20 世纪末，一些企业开始引进数控机床从而大大改善了曲轴的加工。在国外曲轴加工广泛应用数控技术及自动线，德国还设计开发了柔性高速数控铣床。 4随着国际竞争越来越激烈，我相信高速、高效的制轴技术也在快速发展，由于现在环境形式，在未来发展中曲轴的加工技术也将致力于绿色环保。 1.3 工作的意义及研究的主要内容在曲轴的加工过程中存在许多需要攻克的困难，而加工工艺安排则是难中之难。曲轴作为柴油机内部的重要组成，在内部承受着各种冲击，复杂的受力情况使得曲轴对机械性能要求很高。但是曲轴是一个复杂件，加工质量很难得到保障，因此对曲轴加工工艺的研究对我国内燃机和船舶等行业发展有重要意义。 5通过一直对专业知识的学习，我对机械加工工艺的安排有了一定的见解。我希望通过此次的毕业设计，学习曲轴加工工艺方面的知识，学习其方法和步骤。通过对以前设计者方法的了解概括，应用自己的知识加以改进和完善，从而达到对自己所学知识的巩固。在相关文献的基础上完成对年产量和批量的确定、毛坯的选择、定位基准的分析、工艺路线的拟定及工艺卡的填写等工作。充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 3 -2曲轴分析及参数说明2.1 柴油机曲轴结构特征曲轴的基本组成如下图所示。图 2.1 曲轴基本结构1-自由端（前端） ；2- 曲柄；3-连杆轴颈；4- 主轴颈；5-功率输出端（飞轮端） ；6-曲拐；7- 平衡块曲轴可以根据结构组成进行分类，可分成整体式曲轴和组合式曲轴两种。整体式是指曲轴整体直接一次性加工得出，不可拆分，这种类型的曲轴加工难度大，设计困难，但是由于结构紧凑，曲轴整体的机械特性好，具有优秀的刚度强度。而相比之下，组合式曲轴可以将曲轴分成若干个部分进行分开生产，之后再进行组装使用，这样的曲轴加工过程相对简单，加工流程设计相对容易，但是由于曲轴不是一个整体，所以机械性能要比整体式曲轴差。常见的曲柄形状如图 2-2 所示：a 矩形、b 椭圆形、c 圆形。 充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 4 -(a) (b) (c)在曲轴加工过程中，最有难度的设计区域就是曲柄与主轴颈、连杆颈的连接处，因为连接处在发动机工作时会产生巨大复杂的应力集中情况，往往这样的连接处是一个工艺设计有瑕疵的曲轴最容易出现裂痕问题的部位。为了解决连接处的这个问题，缓解它受力复杂混乱带来的影响，通常会采用过渡圆角连接的方法，同时过渡圆角的大小也应经过合理的设计，保证过渡半径足够能够起到缓解作用。但是，过渡半径也不是一味得越大越好，也应有合适的范围，不合适的过渡半径会使柴油机轴向尺寸加大。2.2 曲轴的作用及工作状况曲轴是发动机中的核心组成，发动机能够做到各个行程顺畅切换运转，源源不断提供动力，都是因为曲轴独特的结构起到了重要作用。因为四个行程中只有一个行程做功，所以飞轮还能起到储存能量的作用，使得活塞的其他三个行程即使没有做功也能正常工作，保证曲轴的旋转均匀。在前文中已经提及过，曲轴在工作过程中承受了方向、大小不断变化的复杂应力，还要受到剧烈振动所产生的应力作用。同时，由于曲轴工作的高速，曲轴各个轴表面的耐磨度要达到一定要求。曲轴是整个柴油机的心脏，它的结构的每一个小细节出现差错，都会使柴油机的功能就无法正常发挥。柴油机运转过程中，为了使运转稳定均匀，所以出现了点火提前角等等的定义，定义之细致可以让人感觉到曲轴的设计应细致入微，各个角度的安排必须准确无误，否则柴油机运转时四个行程就无法精准有序的一个接着一个的运作，无法使柴油机发挥出最大的功用。此外，曲轴轴承的间隙安排也是个重点，只有安排了适当的间隙，才保证了机油能够顺畅流动对曲轴起到充分的润滑和冷却作用。所以为了保证曲轴能够安全可靠的工作，曲轴应该有足够的刚度，强度，抗疲劳性和抗冲击韧性。 6充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 5 -2.3 曲轴的结构特点及技术要求2.3.1 曲轴的结构特点曲轴有两个轴组成，两个轴的轴心不位于一条直线上，其中轴心与机体中心孔重合的轴叫做主轴，主轴是在柴油机内绕着自身中心线转动。另一个轴叫做连杆轴，是通过曲柄与主轴连接，它轴心与主轴不同，但运转中是绕主轴旋转。曲轴的受力情况非常复杂，为了保证柴油机的持续均匀稳定运转，所以曲轴应对毛坯选择有很高的要求，加工后的曲轴应具有很高的刚度和强度，良好的机械性能。同时为了保证工作的连贯顺畅，每个气缸的配气相位也要合理安排，连杆轴相对主轴的偏移量也应合理。 72.3.2 曲轴的技术要求(1) 毛坯锻造后，应进行调质处理.，确保硬度为 HRC28-34。(2) 曲轴主轴表面和连杆表面都须采取淬火处理，控制淬火层深度范围在 3-7mm内，保证硬度范围为 HRC28-34。(3) 当曲轴用两最外侧主轴颈支撑时，主轴颈轴心线与连杆轴轴心线的不平行度允许误差为 0.01mm，大端飞轮轴的跳动允许误差为 0.025。(4) 各个连杆轴中心线相互之间的偏移允许误差为 15。(5) 曲轴上所有的主轴颈以及连杆轴上的油孔表面都应抛光处理，保证光洁度高于 1.6，主轴颈和连杆轴孔的内表面光洁度高过 6.4。(6) 保证曲轴加工的材料质量。(7) 曲轴在抛光处理后，可进行磁力探伤，并在磁力探伤结束后对曲轴作退磁处理。 8具体如下图所示：充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 6 -图 2.1 CA498-12 型柴油机曲轴技术要求2.4 柴油机曲轴参数说明 表 2.1 曲轴参数材料 42GrMoA 行程 106主轴直径 71 油孔 直、斜油孔主轴档宽 33 缸数 4连杆轴直径57 总长 633.5连杆轴档宽 33 充值购买- 下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸- 7 -3 毛坯的选择3.1 毛坯的材料在柴油机工作时曲轴工作环境复杂恶劣，承受不断变化的弯矩和扭矩的影响，也经受高速旋转中的磨损。由于曲轴处于特殊的工作条件下，所以就要求曲轴毛坯的材料有很好的力学性能和加工性能。目前锻钢，铸钢和球墨铸铁是制造曲轴的三种常用材料。曲轴毛坯的材料有 45 钢，45Mn2，50Mn，40Cr 及 QT600-3 球墨铸铁等。3.2 毛坯制造在毛坯的制造过程中，曲轴毛坯的选择对于总的加工余量和加工工序中的余量的设定都会产生影响，也是选择刀具材料和加工机床的重要依据。好的毛坯制造工艺和质量，会大大减少加工过程的加工强度，提高生产品质。对于曲轴制造来说，一般存在两种毛坯制造方法，那就是铸造和锻造。对于曲轴这种复杂大型件来说，铸造毛坯往往存在许多缺陷。这将影响到曲轴强度和抗疲劳性。锻造制造能使金属内部组织紧密，从而提高材料的耐冲击能力、延展能力和抗疲劳强度。在大批量生产中，一般会选择模锻。 9通过模锻制造出的毛坯应调质处理，提高毛坯在表层的加工质量，设计中我们选用的是 42CrMoA 合金钢。附录 A： 外文翻译用数值与实验调查氮钢曲轴大功率集成电路发动机疲劳特性氮化通常适用于提高机械零部件的表面性能，也可提高耐疲劳性。本文的目的是探讨，通过数值模型的方法和实验测试，诱发氮化对船用柴油机曲轴的疲劳性能残余应力的影响。残余应力梯度引起的热化学处理考虑到了有限元模型的方法。进行了具有轴向试验机，以验证该数值模型，并评估所述曲轴的机械参数，诸如屈服强度和疲劳极限。通过施加应变测量手段下弯曲，以评估曲轴残余应力的实验创新的方法也被开发。这种方法被证明是有用的，以确定诱导热处理成曲轴的残余应力的大小，并且它可能在一些情况下被应用于残余应力场的评价。DOI: 10.1115/1.4001834关键词：氮化，有限元模型，曲轴，残余应力，耐疲劳性1 引言曲轴是内燃机中最关键的组分之一。在其使用寿命时期，它受到来自燃烧过程中和相对运动的部件的惯性产生的循环弯曲压力和扭转载荷1,2。曲轴的机械故障疲劳现象是由于曲柄销和配重之间的圆角半径引起的。在这运转过程中达到多轴应力状态下的最高级别，是因为高的应力集中系数3,5。为了防止疲劳破坏，施加到曲轴的圆角的主要机械处理是感应淬火和滚压，而热化学是表面硬化和渗氮6-9。机械部件的表面处理方法通常应用于用于增加硬度和耐磨损性，而无需修改散装材料的机械特性，但最近的研究表明，它们也增加，因为诱导的表面和次表面层的压缩残余应力的疲劳极限10-13。一些研究表明，提高耐疲劳性氮化是最有效的方法14,15 。与其他热化学处理相比，氮不涉及任何物质微观结构的修改(温度在此过程中达到一般不超过52016 )。这保证了最小的失真和机械部件的良好的尺寸控制。现今可用的不同的氮化过程是：它们包括气体，液体，和等离子渗氮，即第一个是最常用的。 此过程中，氮被引入到铁类合金的表面上是通过保持金属与含氮气体如氨接触。扩散层的厚度为约 200600 um，在表面上，脆性 nitrogenrich 层厚度(5-50um)，这就是所谓的白色氮化物层的产生，它在该氮化工序后取出。间质性氮气和氮化物沉淀在扩散层的分布产生的增加，元件的尺寸和残余应力相关联的领域。残余应力必须是自平衡的，它们是一般地在负的表面和正面于主体材料中。耐疲劳性的改善主要归因于两个残余应力场和表面硬化。压缩应力，实际上是有益的，用于防止疲劳裂纹萌生在表面和延缓裂纹扩展17-19。表面硬度，此外，连接到极限强度和由经验公式的疲劳极限19。在这项工作中，研究了氮化残余应力对一个 2000 千瓦的船用柴油发动机的曲轴的疲劳性能的影响。在满刻度元件上的数值模型和合适的实验进行测试，以检测残余应力与应变的测量，并确定疲劳阻力。还开发了试样的数值模型，具有曲轴圆角区，承受弯曲载荷的相同的几何形状。试样的简单的几何形状初步评估应力集中作用由于变化的部分和渗氮过程对由于弯曲载荷的应力 - 应变状态的影响20。测量技术中的残余应力的评价可以被划分成破坏性和非破坏性。与前者的技术，残余应力诱导通过去除材料的位移测量。最常用的方法是块切片，分条，层去除，钻孔，和轮廓的方法21-26 。非破坏性技术通常围绕衍射，其可以被用于测量特定的原子晶格面的弹性应变，如 X-射线衍射，XRD，和中子衍射21,27-30。据作者所知，在文中非破坏性的实验方法来估计表面残余应力场和集中应力值是不可行的。考虑到这一点，一个创新的实验步骤进行表面残余应力的间接评价，以不同的弯曲载荷下表面应变测量的手段被开发了。为了认真评估应力 - 应变状态在重要领域中， 残余应力和实验数值计算结果值比较的影响，几个有限元素（FE）模型与 ABAQU 被操作31。2 几何形状和材料对一个船用四冲程循柴油发动机的燃油直喷技术和废气涡轮增压器的曲轴进行了研究。发动机有 16 个汽缸和 90 度 V 行结构，约 2000 千瓦的功率，最大转速等于 2000 转。为了评价渗氮对表面应力状态的影响，对一个具有带圆角半径的曲轴也进行了分析。曲轴的几何形状和部分图像以及式样在图表 1_a_1_c_中。根据欧洲标准 EN10083-1 曲轴和试样的材料是淬火和氮化的 35CrMo4，以前评价材料的化学组成和主要机械特征30,31，分别列于表 1 和 2 分别。3 数值模型式样应用了直线弹性和理想弹塑性数值模型，以便应力集中系数来评估由于横截面减小而引起的应力 - 应变状态下的氮化过程中的残余应力场的影响。由于几何形状的对称性和弯曲载荷的施加，只有四分之一的标本被建模，并适当的边界条件对称平面进行了施加。1410 为 N m 弯曲载荷，对应 2820N m，从总体上看是由两个集中力的应用，具有相同的数量级 23,500 N和相反方向上，位于离对称轴 30 毫米。对称边界条件假设，并采用点荷载证明不影响应力场的最小截面为线性分析。另一方面，模型具有可塑性的存在，为了避免收敛问题所用分布载荷。具有约机型 50,000 自由度采用八节点实体被开，线性元素来生成网格，如图所示 2。为了提高分析的准确度，合适的网格细化也被认为是在圆角区，陡峭的应力梯度显示在图 2(a)中。收敛性分析是所进行的模型装置具有越来越细网眼直到差异，在最大 von Mises 节点而言应力是最小的横截面，两个连续间模型是小于 3。一个完整的几何线性弹性模型也进行处理，并将结果在最小横获得部分是相同的对称模型。对残余应力场进行了引入，在节点条件下通过预应力手段，通过氮化处理把所述实体分割模拟，重现诱导外表面下面的改性层。残余应力趋势的分析功能是通过考虑一个轴对称自我平衡和极坐标系(P-R-q)显示于图表 2b，其中 p 和 r为分别是轴向和径向的方向的极角，在图表 Eq(1)中，残余应力大小只依赖于径向坐标。为了得到一个自平衡场即所得试样纵截面的拉伸应力必须等于压缩的 1 到 2 个不同区域的所得进行了鉴定。根据以前的工作，其中，所述不同的氮化试样的残余应力深度轮廓是由 X 射线衍射方法测定，采用 SIN2 方法结合使用的子层去除并用钻孔法32,33，在紧接层外表面下方的 3 毫米深压缩残余应力场被假设，而所述芯材从 3mm 的外部表面的下方朝向试样的轴线拉伸残余应力进行了审议。分别对应残余应力的最大值和最小值分别等于 375Mpa 和 95Mpa33。根据实验结果32，一个近似 ,抛物线形趋势被选定为分析残余应力的功能，所报告的方程 2 和 3，其中 1 =12 和 2 =22 是分析残余应力，分别作用在拉伸和压缩层。应力趋势近似可以认为充足考虑到对残余应力趋势的认识并不像表面应力和残余应力的表面坡度重要。报中所示的拟合常数在图表 2 d 中，计算考虑到适当的边界条件残余应力的功能必须满足在试样外表面 r= 23mm，在对称轴使 r = 0mm，而且在拉伸的接口和压缩层 r= 20 mm。 在拉伸层，下面的边界条件被应用：对于压缩层，下面的边界条件必须满足：确保拉伸和压缩应力合成在纵向试样部分之间的平衡，两残余应力的区域的等效性，必须施加 两种不同的分析是在受到弯曲载荷的试样进行：最初，一个纯粹的弹性材料性能被用来以检查模型的精度，比较力集中系数值得到相应文献34。在这些初步的模型中，残余应力场没有被引入到数字模型。假设在下面的分析的理想弹塑性材料与屈服强度等于 700Mpa，残余应力场也被考虑，目的评估在圆角区域的实际应力 - 应变状态和影响力的氮化处理。应用曲轴的数值模型和两个对称面是为了用来减少自由度（运算时间） 。曲柄销油润滑孔，对应力分布有一个小的影响，未建模，并夹紧装置，它在实验测试时试验机施加拉伸载荷是有用的用，是在该模型具有简化的几何引入。适当的边界条件施加于对称平面和集中力等于 45000 N，应用在夹紧装置 200毫米的主轴颈轴，如图 3。开发了具有 20 个节点的实心砖约 48,000 自由度二次元模型。二次元被用来降低计算成本的分析。然而，在最关键的地方，如曲柄销和主轴颈的连接，约七倍元素 比其它区域更小的被用来获得一个详细的应力映射，如图所示。在万能试验机实验室考虑到负荷配置是相同的适用于曲轴。既是一个纯粹的弹性和理想弹塑性材料性能被假定为不同的分析。4 实验测试实验测试是由一个轴向试验机装置上的氮化曲轴部执行，一个具体的把持装置的目的为了防止在加载周期外来曲载荷向曲轴传递。耐疲劳性和应力状态中所指出的有限元模型诸如曲柄销和主轴颈圆角最关键的曲轴的区域，是由应变仪测量的方法进行评价。在下面的段落中描述的简化创新的实验方法残余应力大小在曲轴表面也被估计。4.1 创新的残余应力评估程序。残余应力可存在于工程部件制造及热过程的结果，或它们可以被引入以实现有益的机械性能如耐疲劳性。在简支梁几个部分评估残余应力的方法是可行的35。加载梁，采用了左右对称的弯曲，进入全塑系列使中间段转换为一个塑料铰链，该行为卸载期间的光柱直接弹性，残余应力得到是通过向全塑性力矩应力分布所引起的反向弹性应力分布。所有这些方法都有其局限性，即破坏性的，时间耗时，昂贵，深度和准确性有限，不可移植，或 仅限于简单的几何形状的样品。由于这些原因，另一种创新的方法简单，基于表面张力有和没有残余应力场的存在之间差值被开发了。通过考虑，例如，具有矩形氮化棒部分承受弯曲负荷，剩余的与该区段中的弯曲应力互重叠，以最大压缩应力的增加量和在拉伸的减少。通过固定在棒部的相对侧上的两个应变仪装置，它可以测量的压缩和拉伸应变的最大值，并且，通过增加弯曲载荷，这两个上压侧识的弹性极限，在这里屈服应力将首先到达，然后在拉伸。通过参照二维主应力和使用由拉伸试验中给出的弹性极限。图 4a 显示了冯米塞斯椭圆面，其中线段 AB 表示压缩之间的区别 和拉伸弹性限。弯曲载荷引仅引起应力，因此线段 AB 转换平行于轴直到点 A 和 B 相切冯米塞斯椭圆。通过报告的弹性极限和它可以识别的 C 点，其坐标所代表的残余应力在两个方向上的大小。4.2 负载应用设备。曲轴承受燃烧循环中复杂载荷的条件很难在实验室测试中精确地复制。因为弯曲负载是主要的负载和弯曲应力是最关键耐疲劳性，偏心拉伸负荷施加到曲轴是通过借助于液压轴向试验机，如图 5a。负载器件包括两个部分高梁具有高刚性连接到所述曲轴的两个螺丝由 180bar 气动千斤顶装置收紧。夹持装置，由两个连接交叉构件构成，两个螺丝锁组成扭矩等于 280 NM 被固定在梁的顶部。由试验机给定的拉伸载荷通过球形装置传送到固定在梁上的曲轴，这允许负荷施加在单个点，并避免任何传输额外的弯曲载荷，由于在结构中的过约束而引起的整个系统的装配对准误差。在图 5b 中示出了夹紧装置的装配图。4.3 曲轴准备。数值分析结果表明，曲柄销轴颈和配重之间的圆角都图中最关键应力 - 应变状态。在这些领域几个应变仪被应用到仔细测量的轴向和周向应变。图 6 示出了应变片的安排：三个 90 度圆环每个圆角沿着对称平面并沿两个15 度的固定平面旋转，如图 6.在对称平面四进一步线性应变片固定，以评估的弯曲应力大小。另外在飞机上加入圆角中心，这是确定的有限元模型是最关键的压力，通过放置一个 90 度圆环和线性应变计的主轴颈圆角评价。这些应变片允许残余应力评估。为了评价作用于负载装置上的弯曲应力能够使机器的液压方式缸的偏转，所述夹持装置的应变的测定。HBM120 线性应变仪与 0.6 毫米网格长度和应变系数等于 1.82+1.5，和MM12090 度圆环 0.6 mm 间隔长度和应变系数等于 2.101.5被使用。在图表 6中键合在曲柄销轴颈和配重之间的圆角应变片被显示。该测量进行了考虑，对于每一个应变仪具有测量应变仪一半的惠斯通电桥配置和补偿。HBM UPM 100 采集系统被用于动态应变措施，以及数据存储与采样，时间假定为等于 5 毫秒。在疲劳试验中的载荷被施加有频率 0.8 赫兹。5 结果分析 5.1 数值结果。在试样上的线状弹性分析表明，正如所料，最关键的区域中，具有冯米塞的最高值应力，于圆角底座具有最大应力在纵向上等于 905 兆帕，应用弯曲载荷等于 1410Nm。从彼得森的获得图参考应力集中系数的值34，为 1.53，而从有限元模型的值 等于 1.534。应力集中系数的计算方法考虑了最大比例 纵向节点应力，用有限元模型进行评估，并标称弯曲应力中的最小横截面。和之间的最小差异，指出该有限元模型的网格具有适当的细化并且计算结果可靠的。图 7(a)和 7(b) 显示应力的趋势，并且没有残余应力场应中，在后一个圆角底座部 弯曲载荷分别等于 987N m 和 1410N m。残余应力，如假定，降低拉伸应力的最大值并增加最小压缩。残余应力场的影响是比较明显如图 7(a)，其中该材料仍具有弹性性能，同时，通过施加最大弯曲载荷，屈服强度达到中压侧和最小应力值具有和不具有残余应力大致相同。在曲轴上关于数值分析的结果，最大 von Mises 应力是位于曲柄销轴颈和配重之间的接， 其中的应力集中系数为最大，在主轴颈和配重之间的连接，由于轴向载荷的下偏心，最大 von Mises 应力等于 625Mpa。在 45下平面连接两个圆角的中心，如图所示 8(b)，证明有应力的最高值，如图所示 8(c);因此，它代表从图中的耐疲劳性和疲劳裂纹形核的概率的点中最关键的部分。图 9(a)指出了冯米塞斯的价值观上强调曲柄销和主轴颈圆角相对于一个二维 极坐标 r，其起原点在圆角中心图。谈到 von Mises 应力最大值 应力集中系数，由于弯矩和 轴向力可以计算，对于所施加负荷相等 90KN，通过考虑下列给出的额定压力公式：计算出连杆轴颈和主轴颈应力集中系数分别约为 6.5 和 5 。对曲轴氮化残余应力的影响进行了评价，具有通过重叠的简化方法中，对最大压力平面，残余应力场，通过实验测量装置评估弯曲应力的趋势。在图表 9 (c)中显示了应力引起的弯曲载荷，所施加的残余应力趋势，并且叠加应力趋势。渗氮过程的有益效果得到证实;由于高的压缩残余应力的存在，事实上，在曲轴表面进行在负载周期，平均压缩应力，这有助于提高疲劳寿命。5.2 实验结果。初步交替疲劳试验(r =-1)施加的负载等于 60 千牛顿中进行。在图 10(a)载荷 - 应变曲线的例子所示：可以忽略不计的滞后区域以及没有对应变曲线异常趋势指出，没有相当大的增塑出现和没有表面疲劳裂纹启动。通过参照 von Mises 应力在倒角的中间，对实验应力集中系数进行了计算。在表 3 中的是曲柄销轴颈和配重之间的圆角区域测得的应变值报告，而表 4 总结了 von Mises 应力在曲柄销和主轴颈圆角，并用公式计算标称应力。实验应力集中系数，对于曲柄销和主轴颈分别为 7.13 和 5.47。在数值模拟和实验应力中之间的区别因素的影响，在 6至 9的范围内，可以通过考虑了实验测试的不确定性和简化的数学模型引入认为是可接受的。为了确定材料的弹性极限，进行了加载 - 卸载准静态测试。当观察到一些应变计的塑性转变时，弯曲载荷增加是通过机器施加高达 90KN 的负载。测得的应变值指出残余氮化压缩应力，它有降低表面张应力和增加所需的最大负荷，实现了材料的屈服强度的效果的影响。通过举例的方式，在应变片上施加 9 到 90KN 的载荷 - 应变曲线的磁滞的载荷示于图 103(b)，其中，所述压缩和拉伸材料的行为之间的差别是明显的。参照秒 4.1，并使用刚刚描述的加载 - 卸载试验的结果，对氮化残余应力的大小进行评。在压缩和拉伸屈服强度分别提取由纵向应变片 4 和 9 分别给出的措施。压缩屈服强度是通过施加 60KN 顿的载荷来实现，而没有相当大的塑性移检测到最大拉伸负荷施加等于 90 千牛顿。为 60KN 顿和 90KN 施加的载荷测得的纵向和周向应变值分别列于表 5。通过应用方程（10） - （14）以及考虑应变测量的结果，对纵向和周向应力极限进行计算，值列于表 6。通过冯米塞斯椭圆，然后得出考虑纵向拉伸和压缩应力极限 1353Mpa 之间的代数差。因为由一个标准拉伸试验装置估算氮化试样的力学特性的难度，材料的屈服强度被认为是在范围 700/800 兆帕。这个假设是有一个道理的事实，即渗氮钢的屈服强度比母材更高为了研究这个参数的不确定性的影响，屈服强度的下限和上限分别用于构建冯米塞斯椭圆。在图 11 冯米塞斯椭圆形的曲轴残余应力的评价显示： AB 偏转角 大约 75 度，残余应力在纵向和圆周方向，由点 C 的坐标所表示的范围内，列于表 6。因此，6的屈服强度的不确定性导致在 18的所计算的残余应力的变化。对于疲劳性的评价，曲轴是下一个拉压负荷测试,用 60 千牛顿为 106 个循环的初始负载，然后所施加的负荷增加到 90 千牛顿。在第一步骤中，负载，在测试过程中测得的应变曲线没有相当大的修改，均发现检测既不用没有明显的表面裂纹宏观光学调查，也不符合渗透剂无损墨评估。在第二个步骤-负荷中，应变片数 4 突出显示，从试验开始，拉伸和压缩区域之间的负载 - 应变偏转角的如图所示 12(a),这表明存在应变片下存在表面疲劳裂纹。应变片 4 的负载 - 应变图中的变形变得更加明显随着载荷循环的增加，直到本身出现绕 100 循环应变片的失败，确认一个表面疲劳裂纹的存在，也指出了由增量在应变片 14 的正应变。经过 103 个循环的第二步加载应变片也失败，可见裂纹已经传播到在对面的圆角 ，从如预期般沿 45 度平面主轴颈数值分析。曲轴然后被测试，直到完成断裂发生在第二步骤中加载的个周期。6 结论文的目的是数值模拟和实验研究气体渗氮上的船用柴油机曲轴的疲劳行为的影响。准确弹性和弹塑性有限元模型被建立，论对于曲轴和用于具有部分还原和一个圆角半径相同的式样，这些曲轴的评价应力状态，并在关键区域的应力集中系数下弯曲，并估算残余应力场的影响。实验结果与数值吻合良好，并指出，主体和曲柄销轴颈圆角之间的 45 度的平面是从视图的角度来看最关键的耐疲劳性。一个创新的简化实验过程由下弯曲应变测量的方法来确定残余应力场也被开发。进行在曲轴部分的实验测试指出的残余应力场，从而降低了最大拉伸弯曲应力的有益效果。I大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计摘要曲轴作为发动机中的关键组成部件，在发动机运转过程中承受冲击载荷，并且起到传递动力的作用，由于曲轴的工作环境恶劣，承受复杂多变的扭矩和弯曲载荷，并且还要抵抗在高速旋转的磨损，柴油机曲轴特殊的结构使得它成为柴油机中的重要部件，曲轴的加工质量将直接影响柴油机的整体工作状况。工艺路线的设计不仅影响曲轴的加工质量，而且对加工效率和机械设备的合理应用也有重要的影响。经过一段时间的学习后，在已有的基础知识上，通过对各种因素考虑后，结合中国现有的机械设备编织出合理的曲轴加工工序。本次设计对重点工序进行说明，查阅加工手册进行加工计算，完成工序卡的填写，对粗车夹具进行设计。对加工工艺路线进行拟订，对重点加工工序方法步骤进行说明包括粗加工，半精加工，精加工以及热处理。还对重点工艺进行了说明，包括表面强化工艺，曲轴的平衡工艺，曲轴的磨削工艺。完成零件图和装夹图的绘制与整理，寻找课题相关外文文献并进行翻译，最后整理论文并总结成果。关键词：曲轴；工艺分析；工序安排；加工质量IIABSTRACTAs the engine crankshaft key components to withstand shock loads and passing the role of power in the engine . Due to the harsh working environment crankshaft withstand complex torque and bending loads , and also the wear resistance in high-speed rotation , diesel engine crankshaft is an important part , crankshaft machining performance will directly affect the quality of the diesel engine . The proposed process route is very important to the crankshaft machining , it not only affects the processing quality of the crankshaft, but also have an important impact on process efficiency and the rational use of machinery and equipment .After a period of study , on the basis of existing knowledge , through the consideration of various factors , combined with Chinas existing machinery to weave a reasonable crankshaft machining processes. The design of key processes are described , inspection and processing manual processing calculations, complete the process of card for roughing fixture design. Route carried on the elaboration process , focusing on manufacturing processes will be described , including roughing, semi-finishing , finishing, heat treatment. Also focus on the process described, including surface hardening process , crankshaft balancing process , crankshaft grinding process .Complete parts drawing and assembly drawing,find relevant IIIforeign languagedocuments and translate them。Finally,the thesis is sorted out and the result are summarized.Keywords : crankshaft, process analysis , process arrangements , processing quality1目录摘要.IABSTRACT.II1 .绪论 .11.1 柴油机的工作原理 .11.2 柴油机曲轴发展概况 .21.3 工作的意义及研究的主要内容 .22曲轴分析及参数说明 .32.1 柴油机曲轴结构特征 .32.2 曲轴的作用及工作状况 .42.3 曲轴的结构特点及技术要求 .52.4 柴油机曲轴参数说明 .63 毛坯的选择 .73.1 毛坯的材料 .73.2 毛坯制造 .74 工艺路线的拟定 .84.1 年生产量和批量的确定 .84.2 定位基准的分析 .84.3 工艺路线的拟定 .104.4 工艺卡的填写 .134.5 工艺设计的综合评估 .165 夹具分析与装配 .1725.1 夹具分析 .175.2 夹具经济性分析 .216 零件的检查 .226.1 检查夹具 .226.2 气动量仪 .237 结论 .24参考文献 .25附录 1：外文翻译 .26附录 2：外文原文33致谢 . . 44大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计- 1 -1 绪论11 柴油机的工作原理发动机是能够转化燃料能量为汽车等提供动力的装置。柴油机的工作原理主要可以分为四个部分来解释，那就是进气、压缩、做功和排气，四个过程组成了柴油发动机的一个工作循环。这四个过程都是伴随着气缸体积的变化而进行的，第一个行程进气是随着气缸体积的增大，气缸内注入新鲜空气，压缩行程是气缸内体积变小，并在压缩行程即将结束时喷入雾状柴油，雾状柴油与空气混合成为可燃混合气，并体积迅速膨胀使得气缸体积增大，这就是做功行程，最后一个行程排气就是通过气缸体积的减小将燃烧后的废气排出缸外。不断反复工作循环，就是柴油机的作业状态。 1四行程柴油机的工作原理图 1.1 为四行程柴油机工作原理图虽然从布局结构上看，四行程柴油机和汽油机固然、存在个别分歧，但是二者的工作过程是基本上类似的，都是通过气缸内体积的变化来实现每个工作过程的进行。但是燃料和机器结构上还是存在区别，所以如果将二者进行比较，柴油机的优点则是燃烧原料的价格低廉，运行成本低，而且燃料的利用率较汽油机而言更高。反之相比之下，柴油机的缺点是机器整体结构过大，噪音大，加工上仍存在有待攻克的难题，如果机器出现问题，维修的成本比较高。 2大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计- 2 -多缸发动机的工作原理 多缸发动机顾名思义就是由多个气缸组成，常见的有四缸、六缸还有八缸等等。在单杠发动机中，机器运动一个工作循环中，只有第三个行程做功行程是有能量输出的，相当于只有四分之一的部分是对外做功的，而多缸发动机通过多个气缸的配合，可以弥补单缸发动机输出不稳定的问题，使发动机可以持续平稳地向外做功。1.2 柴油机曲轴发展概况柴油机作为一种动力系统，在船舶、大型机械及公路运输中得到广泛应用。虽然我国在 20 世纪 80 年代后柴油机有了较快的发展，但是与国外相比，由于柴油机的制造技术水平落后，还是存在着较大的差距。其中曲轴的加工技术可以说是是影响柴油机发展状况的重要因素，其结构参数和加工工艺水平不仅会决定机器本身的尺寸和重量，还会在很大程度上影响着发动机运转的的稳定性可靠性和使用寿命的长短。 3因此，改进曲轴加工方法，进而提高发动机曲轴的加工精度一直是研究的重要方向。从曲轴的材料上来说，目前用的较为普遍的是球墨铸铁和钢两类。球墨铸铁具有良好的切削性能，可以通过合理的加工工艺获得理性的结构形状。球墨铸铁和钢一样可以通过表面处理而获得良好的机械性能，并且球墨铸铁的成本只有调质钢的 1/3,因此得到广泛的应有，据调查表明，在美国、英国、日本、德国、比利时等国家在大批量采用球墨铸铁。对于大功率的曲轴，各方面性能要求更为严苛，而锻钢有较高的综合机械性能，所以在中高速柴油机的制造中，一般使用锻钢作为加工材料。从工艺与生产设备上来说，国内还沿用旧的生产路线，很多厂家还用普通机床和专用组合机床，这样的生产路线设备较多，因此占地面积较大，生产周期长，从而导致
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号