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曲轴
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设计
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毕业设计 (论文 )开题报告 题目 :曲轴类零件的工艺 规划 与夹具设计 开题报告填写要求 1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。 2开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。 3开题报告字数应在 1500字以上，参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇 ），文中引用参考文献处应标出文献序号， 参考文献 应按附件中参考文献 注释格式 的要求书写。 4 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例： 2008年 11 月 26日 。 撰写内容要求： 1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 机械制造业加工水平是一国家经济发展水平的标志 5，机械制造也为国民经济各部门提供装备，它的发展水平直接影响到国民经济各部门技术水平和经济效益的提高。没有现代化机械制造就不可能有现代化的工业、农业、国防和科学技术。 我国制造业水平正在高 速发展，长期以来，汽车制造业，作为国家重点投资和发展的产业，虽然取得了一定的成绩，但是与国际上汽车工业先进国家相比还有很大差距我国汽车工业尚属幼稚产业。随着经济全球化，汽车工业必须面对国内和国际广泛领域的竞争。为提高中国汽车制造业在国际上的竞争力，首先必须要改进汽车重要零件的生产工艺及制造技术。 曲轴是柴油机中的关键零件之一 ,也是柴油机中最难加工的工件之一。 曲轴是柴油机内一个高速旋转的长轴 15。它将活塞的直线运动变为旋转运动，通过把扭矩输送给底盘的传动系，同时还驱动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件 相当复杂，除了旋转质量的高离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，每个工作表面要耐磨，而且润滑良好。曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈、油封轴颈、齿轮轴颈、皮带轮轴颈和曲柄臂等组成。 在汽车零部件的生产过程中，曲轴是柴油机中的关键零件之一，也是柴油机中最难加工的工件之一。优化曲轴的生产工艺及其夹具的设计方案，达到提高曲轴质量和提高生产效率，降低成本，提高国产汽车发动机质量及其市场占有率。通过对课题的分 析与设计能够全力提高机械制造水平、降低生产成本，发展先进制造技术，促进产品升级换代，提高企业整体竞争能力，迎接新世纪的机遇和挑战。 目前车用柴油机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类 7。由于球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴 成本的 1/3 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 , 并且和球墨铸铁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应用。据统计资料 4显示 , 车用柴油机曲轴采用球墨铸 铁材质的比例在美国为 90%, 英国为 85%, 日本为 60%, 此外 , 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 160 （ 1） 曲轴的强化工艺技术 目前国内外曲轴常见的强化工艺大致有如下几种 : 氮化处理 氮化能提高曲轴疲劳强度的 20%60%。 喷丸处理 曲轴经喷丸处理后能提高疲劳强度 20%40%。 圆角与轴颈同时感应淬火处理 该强化方式应用于球铁曲 轴时 , 能提高疲劳强度 20%, 而应用于钢轴时 , 则能提高 上。 圆角滚压处理。球铁曲轴经圆角该压后寿命提高 120%300%, 钢轴经圆角液压后寿命可提高 70%150%。曲轴圆角滚压强化工艺主要包括曲轴圆角滚压和曲轴滚压校正两部分。在滚压过程中 , 由伺服传动系统控制曲轴旋转的转速和旋转角度 , 同时由液压伺服控制系统控制液压过程的压力负载 , 使每个主轴颈和连杆颈依次完成整个滚压过程。对弯曲曲轴的校直处理首先要检测曲轴的弯曲变形数据即弯曲度的大小和相位方向 , 然后用摆差传感器检测各主轴 颈处的摆差 , 继而由专家系统数据库对摆差数据进行分析处理并给出校直方案 , 即给出在某几个主轴颈或连杆颈上的再施压方案 , 从而利用此施压方案重新按压产生新的变形来消除曲轴的弯曲。国外应用的圆角滚压技术已相当先进 , 可一次完成对所有圆角的滚压 , 且可做到主轴颈与连杆轴颈圆角的压力不同 , 同一连杆轴颈圆角在不同方向上的压力也可不同。这样可经济地达到最佳的滚压效果 , 最大限度地提高曲轴的抗疲劳强度。经德国赫根塞特 ( 公司定 4, 球墨铸铁曲轴经滚压后寿命可增至 100% 复合强化处理。它是指应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理 , 球墨铸铁曲轴采用圆角该滚 压工艺与离子氮化工艺结合使用 , 可使整个曲轴的抗疲劳强度提高 130%以上。 （ 2） 曲轴的机械加工技术 曲轴主轴颈和连杆轴颈的粗加工、半精加工工艺和精加工工艺 , 大体分为以下几种 : 传统的曲轴主轴颈及连杆轴颈的多刀车削工艺。生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈 , 工序的质量稳定性差 , 容易产生较大的内应力 , 难以达到合理的加工余量。一般精加工采用曲轴磨床 ,通常靠手工操作 , 加 工质量不稳定 , 尺寸的一致性差。老式生产线的主要特点是普通设备多 , 导致产品生产周期长、场地占用面积大 , 且完全是靠多台设备分解工序和余量来提高生产效率。 数控车削工艺。数控车削设备价格相对便宜 ,不需要复杂的刀具 , 但只适合小批量生产。 数控内铣铣削工艺。内铣设备价格较高 , 刀具费用也很高 , 但适合大批量生产。 数控车 拉、数控车 车、拉工艺。其突出优点是可对宽轴径进行分层加工 , 切削效率高 , 加工质量好 , 但车拉刀具结构复杂 , 技术含量高 , 并且长期依靠进口 , 好处是可集车 车拉工艺加工连杆轴颈两道工序 于一起。 速外铣工艺。数控高速外铣是 20 世纪 90 年代新兴起来的一种新型加工工艺 , 其适用范围广 , 特别双刀盘数控高速外铣以其加工效率高、加工质量稳定、自动化水平高 , 已成为当前曲轴主轴颈和连杆轴颈粗加工的发展方向。就比较而言 , 车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序 ,速外铣只要一道工序就能完成 , 切削速度高 ( 目前最高可达 350m/、切削时间较短、工序循环时间较短、切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高、柔性更好。如德国 为汽车发动机曲轴设计制造的柔性的高速随动数控外铣床 , 该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术 , 可以一次装夹不改变曲轴 回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。其采用一体化复合材料结构床身 , 工件两端电子同步旋转驱动 , 具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点 ; 使用 40D 制系统 , 设备操作说明书在人机界面上 , 通过输入零件的基本参数即可自动生成加工程序 , 可以加工长度 450 700转直径在 380 连杆轴颈直径误差 仅为 数控曲轴磨削工艺。精加工使用数控磨床 , 采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠 ( 砂轮头架 )和线性光栅闭环控制等控制装置 , 使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保证 , 精加工还广泛使用数控砂带抛光机进行超精加工 , 经超精加工后的曲轴轴颈表面粗糙度至少提高一级精度。如 是为了满足多品种、低成本、 高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床。该磨床应用工件回转和砂轮进给伺服联动控制技术 , 可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完 成所有轴颈的磨削 , 包括随动跟踪磨削连杆轴颈 ;采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠 ( 砂轮头架 ) 和线性光栅闭环控制 , 使用 机生产的 制系统 , 磨削轴颈圆度精度可达到 采用 轮 , 磨削线速度高达 120m/s, 配双砂轮头架 , 磨削效率极高。 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 ,发动机正向着增压、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 , 传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求 , 市场对曲轴材质以及毛坯加工技术、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。如果其中任何一个环节质量没有得到保证 , 则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视 , 并不断改进曲轴加工工艺。 目前国内轿车曲轴生产线多为高速柔性生产线 , 这种生产线的特点是不仅可 以加工同系列曲轴 , 而且还可加工变型产品、换代产品和新产品 , 真正具备柔性意义。为进一步提高高速柔性生产线的生产效率 , 更快的适应市场 ,来发展是敏捷柔性生产线。 其主要目的是 :满足市场变化的需求。不但满足当前产品的要求 , 还应考虑未来市场需求。满足生产方式的需求。能满足现代发动机 多品种、大中批量、高效率、低成本 的生产需求。符合 精益生产 的原则。杜绝浪费 , 用最少投资、最大回报谋取利润。由于曲轴自身结构的特殊性 , 曲轴具备以下特点 : 由高速加工中心和高效专用机床 ( 含少量组合机床 ) 组成。按工艺流程排列机床并由自动输送装置连接 , 采用柔性夹具和高效专用刀具生产。为防止关键工序设备故障造成全线停产 , 可增设平行设备增补 , 亦能满足大批量生产的需要。 曲轴做为发动机的核心部件 , 其制造水平直接反映着一个国家的装备制造业水平的发展状况 , 做为装备制造业大国 , 我们要大力发展装备制造业 ,逐步缩短国内外技术差距 ,加大技术投入力度 ,消化吸收国外先进制造技术 , 不断创新攻关尖端制造技术 , 这对发展民族工业和对国民经济建设都具有非 常重要的意义。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 图 2柴油机曲轴 （ 1 熟悉 轴 (如图 2)设计过程、组成、结构特点及工作原理；根据其工作原理和特点，决定它的尺寸还有加工工艺。拟定的工序为 a： 端面、中心孔采用车床进行车削。 b： 两支承轴颈精度要求高，先进行淬火 磨削精加工；圆柱面先精车，最后粗磨。 c： 偏心圆柱要用专用夹具进行加工，所以先要设计一套专用夹具，要用两个短 轴连接盘，平行块，轴承和短盘等。 (2) 轴 的结构设计及主要零部件设计，进行强度校核； (3) 提交装配图、零件图、三维图、设计说明书等相关设计分析结果。 究方法或措施 首先是决定 选毛 坯的铸造工艺， 了解到 给底盘的传动机构。同时，驱动配器机构和其他辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。 曲轴的原理如下 2：工作时，曲轴承受气体压力，惯性及惯性力矩的作用，受力 大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此要求具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴前端有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及启动爪等。为了防止机油沿曲轴颈外漏，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，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹， 以阻止机油向后窜漏。根据其原理，可以看出主要的研究重点在于轴颈接。通过对其动力方面进行研究，对这些系统的结构与主要技术参数进行确定，并对相关材料进行选择。 3. 本课题研 究的重点及难点，前期已开展工作 本题研究的重点及难点在于 油机 曲轴的尺寸确定和对曲轴的工艺设计及夹具设计的方案， 轴 的结构与主要参数的研究与确定，搜集阅读了很多关于曲轴的文献与文章，对国内外柴油机 曲轴 的现状与发展有了一定的了解。 点 (1) 对于工艺设计 曲轴类零件的主要基准是支承轴颈，确保支承轴颈与其它轴颈之间的相互位置精度以及它们本身加工精度的问题是安排曲轴加工工艺过程的关键重点。工艺路线是工艺规程设计的总体布局。其主要任务是选择零件表面的加工方法、确定加工顺序、划分加 工阶段。根据工艺路线，可以选择各工序的工艺基准，确定工序尺寸、设备、工装、切削用量和时间定额等。 (2) 对于夹具设计 夹具应该有一定的强度和韧度 ,于此同时还要尽最大限度降低夹具的重心 ,待制件应该尽量接近工作台 ,以便于提高夹具的稳固性 ,一般情况下夹具的高和宽的比例小于等于 1 最佳状态。 点 (1) 对于工艺设计 在加工轴的过程中，我们要想提高精度就必须要现代最先进的技术，然而最先进的技术花费很高，所以我们为既要选择最先进的技术还要考虑加工的成本 , (2)对于夹具设计 为了保证轴颈表面 加工尺寸精确，曲轴加工专用夹具成为必要。所以在设计专用夹具时，要使工件在夹具中占有正确的加工位置，还有夹具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又要保证定位原件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。 4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第 1 选题、收集与课题相关资料、文献，所需软件的了解与准备； 第 3过文献阅读，了解曲轴研究现状，初步形成本课题设 计思路与方案，并完成开题报告； 第 5轴设计思路的明确、设计方案与框架确定； 根据其工作原理和特点，决定它的尺寸还有加工工艺。拟定的工序为 : a:端面、中心孔采用车床进行车削 b：两支承轴颈精度要求高，先进行淬火 磨削精加工；圆柱面先精车，最后粗磨。 c:偏心圆柱要用专用夹具进行加工，所以先要设计一套专用夹具，要用两个短 注： 1. 正文：宋体小四号字，行距 20磅。 2. 开题报告由各系集中归档保存。 主轴连接盘，平行块，轴承和短盘等。 第 7 完成曲轴主要结构参数设计与夹具设计，完成中期报告； 第 9： 主要零件图绘制； 第 12成论文撰写与 装订和图纸的打印； 第 14周： 送论文评阅，准备答辩； 第 15周： 论文答辩。
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