汽车曲轴毕业设计开题报告.doc

聊城大学 汽车与交通工程学院 2009届 本科毕业论文（设计）开题报告书（学生用表）学生姓名王经润专 业机械设计制造及其自动化班 级2009级本科三班学 号2009203935题 目汽车曲轴的建模与加工工艺分析指导教师职 称学 位题目来源 指导教师推荐 自选 其它题目类别 基础研究 应用研究 其它【选题意义、研究现状及可行性分析】一、选题的依据及意义： 曲轴是发动机对外输出动力的核心部件，是驱动车、船等运输工具的重要动力来源。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。曲轴的工作情况是极其复杂的，它是在周期变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及它们的力矩作用下工作的，因此承受着扭转和弯曲的复杂应力。 曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，也是内燃机五大件（机体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆）中最难以保证加工质量的零件，发动机曲轴作为重要运动部件，同时因曲轴工况及其恶劣，因而对曲轴材料、曲轴尺寸精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求十分严格。其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都有很大的影响。因此世界各国对曲轴的加工都十分重视，不断地改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。在大批量生产的条件下，传统工艺已不能满足当前设计和生产需求，在长时间、高速运转下，曲轴极容易过早出现失效或断裂，严重影响曲轴的寿命和整机可靠性。曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂，内燃机曲轴部分的结构形状和主要尺寸对内燃机曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有重要影响，因而在内燃机曲轴设计时，必须对内燃机的结构强度问题予以充分重视。 二、国内外研究现状及发展趋势： 2.1 国内外曲轴加工技术的现状 目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁曲轴成本只有调资钢曲轴成本的三分之一左右，且球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，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。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。据统计资料显示，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此为，德国比利时等国家也已经大批量采用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球墨铸铁，而功率在160KW以上发动机曲轴多采用锻钢曲轴。 2.2 国内外曲轴加工技术展望 美国，德国，日本等汽车工业发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，目前各个厂家采用发动机增压、扩缸及提高转速来提高功率的方法，使得曲轴各轴颈要在很高的比压下高速转动，发动机正向增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工业已无法满足其功能要求，市场对曲轴材质以及毛胚加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等都要求都非常严格。 三 可行性分析1. 利用工程材料的知识选择加工曲轴的材料以及淬火处理等；2. 根据发动机原理以及汽车构造的讲解对发动机的类型以及参数有系统的把握3. 通过热力学计算对热力循环基本参数进行确定；4. 利用机械原理以及力学的知识对曲轴的运动进行分析和计算；5. 利用机械设计的相关知识对曲轴进行结构设计，以及强度与刚度的校核；6. 利用工程制图的绘图知识以及UG ，CAD等制图软件加之仿真软件对曲轴进行绘图以及运动仿真；7. 把汽车制造工艺学，汽车设计与机械制造技术有机的结合起来对曲轴进行加工制造。【研究的主要问题和重点、难点】一.曲轴的主要问题1. 曲轴的选材问题曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。m$ y& P: m; f* a. Y 球墨铸铁抗拉强度可达到600900MPa，接近或超过了碳素钢的水平。与锻钢材料比较，球墨铸铁曲轴既有制造简便、成本低廉，又有吸震、耐磨、对表面裂纹不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性。国内外车用发动机中小功率曲轴球墨铸铁已占到85左右。 # w5 i9 W! & v; ; 锻钢曲轴具有更优良的综合机械性能和均匀性，常用于制造到大功率、高速发动机曲轴和船用大型曲轴等。对于45与42CrMoA两种材质，42CrMoA有更优良的淬透性和回火稳定性，经过氮化等表面处理后综合力学性能等指标优于45。) I6 _4 c6 B) N& b4 此外，现在还有非调质钢曲轴，是在碳钢基础上通过添加微合金元素来强韧化的一种节能钢种。材料使用时组织状态为轧、锻态组织。具有简化工艺、节省能源、免除淬火缺陷、改善环境等优点，使生产成本大大降低，常用来制造曲轴毛坯，比如宝钢的48MnV。2. 曲轴淬火裂纹问题 曲轴材质因是球墨铸铁、组织不均、导电性差，因此，曲轴轴径淬火时易出现裂纹。曲轴在汽车行驶过程中主要承受复杂的弯曲扭转载荷和一定的冲击载荷，那么曲轴轴径淬火裂纹就扩展最后可能会导致断裂。3. 曲轴内部缩孔缩松 曲轴在加工时其轴颈内部有缩孔或缩松，严重时缩孔缩松废品率较高，按德国曲轴技术标准内部不允许有缩孔和缩松。4、曲轴动平衡不合格 在发动机中曲轴是高速回转零件，而曲轴由于不平衡产生的振动与其转速的平方成正比。振动对导致轴承承受的负荷增加、消耗的功率增加并降低轴承的寿命与振动增加工作时的噪音，使零件从总成上松动并产生疲劳失效等。对高速转动的零件进行动平衡的目的就是消除和减小振动。因此曲轴平衡精度的高低对发动机的振动、运行平稳性及寿命都有很大的影响。动平衡是曲轴加工的最后一道工序。如果曲轴因动平衡不合格而报废将会导致机加厂很大的浪费，引起强烈抱怨二曲轴加工的重点与难点 1. 目前，国内曲轴陈旧生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳定、尺寸一致性差。2. 曲轴生产线，粗加工采用普通外铣加工主轴颈和连杆颈，然后数控精车主轴颈和连杆颈，再经过多道工序的磨削方转入精加工工序。所以这条生产线设备达60多台，导致产品周转线长、场地占用面积大，其生产效率完全是靠多台设备分解工序和余量来提高的。 总之，如何提高曲轴的抗疲劳强度，硬度和耐磨性，如何提高加工精度，生产效率，以及减小动平衡，加工过程中的曲轴内部缩孔，淬火裂纹以及减小应力集中等问题成为曲轴加工中的重中之重。【写作进度安排】200 年 月 - 200 年 月 选题、调研、收集资料200 年 月 日 - 200 年 月 日 论证、开题200 年 月 日 - 200 年 月 日 写作初稿200 年 月 日 - 200 年 月 日 修改、