柴油发动机曲轴机械设计【毕业设计(论文)】.doc
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1、柴油发动机曲轴机械设计前 言机械制造工艺与机床夹具设计是机械制造工艺与机床夹具教学的一个不可少的辅助环节。它是学生全面综合运用本课程及有关先修课程的理论联系实际的一次重要实践。它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力,及以后到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。机械制造工艺是机械工业的基础,是机械产品的生产的基本技术,工艺工作是每一个机械企业基本的活动内容,加强工艺技术研究,提高工艺水平,搞好工艺管理是提高机械产品质量,降低消耗的根本措施。此次设计的目的在于:根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,制定夹具设计方案,完成夹具结构设计。法国出生的德裔工程师狄塞
2、尔,在1897年研制成功可供实用的四冲程柴油机。由于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。起初,柴油机用空气喷射燃料,附属装置庞大笨重,只用于固定作业。二十世纪初,开始用于船舶,1905年制成第一台船用二冲程柴油机。 1922年,德国的博施发明机械喷射装置,逐渐替代了空气喷射。二十世纪20年代后期出现了高速柴油机,并开始用于汽车。到了50年代,一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来,从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。特别是在采用了废气涡轮增压技术以后,柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。现代柴油机应该在减少PM(颗粒物)和NO(氮氧化物)排放量的同时,不断改进其可操作性
3、和耐用性,大量采用电子设备,降低操作和维修的综合费用。柴油机用燃料硫含量越高,对发动机活塞环、缸壁等的腐蚀、磨损也越大,柴油机油的变质也越快。因此,欧美等发达国家主张使用低硫柴油燃料。这就产生了一个问题,通常柴油机油规格升级时,可以由API CF-4升级到API CG-4,但是API CG-4 仅仅是对低硫柴油燃料而言,为满足最近的排放控制Tier-2法规标准,使用高硫柴油燃料的发动机可以采用API CH-4或ACEA E5规格的柴油机油。现代柴油机在使消费者满意的同时,必须符合排放法规的要求 因此其设计要求,关键在于如何平衡提高柴油发动机性能与减少排放的两者之间的关系。(1)增加柴油发动机比
4、功率。经过多年的研究发展,柴油机的体积变得越来越小维修费用越来越低,而且也更加节能;在汽缸容积不变的前提下,增加发动机比功率,必须提高操作效率、改进发动机材质、精确控制发动机。(2)改进柴油发动机的耐用性。(3)柴油发动机大修周期加倍延长。柴油机汽车行驶百万英里后,仍能保证其燃辩经济性和排放性能。伴随着汽车工业的发展,我国的发动机曲轴生产得到较大的发展,总量已具相当的规模,无论是设计水平,还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很大的发展。曲轴在发动机中是承受载荷传递动力的重要零部件,也是发动机五大零部件中最难以保证加工质量的零部件,其性能、水平直接影响整机的性能水平及可靠性。因此,各工业发
5、达国家十分重视曲轴的生产,不断改进其材质及加工手段, 以提高其性能水平,满足发动机行业的需要。近几年来, 国内曲轴加工发展十分迅速。尤其是大功率柴油机曲轴。先进的加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高且稳定,伴随着汽车工业的发展,我国的发动机曲轴生产得到较大的发展,总量已具相当的规模,无论是设计水平,还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很大的发展。本设计的指导思想:1. 应保证零件的加工质量,结构性能可靠,使用安全,操作方便。2. 尽量提高生产率和降低消耗。3. 具有良好的结构工艺性,便于制造,调整,维修,且便于切屑的清理,尽量减轻工人的劳动强度,工艺规程正确,完整,统一,清晰。4. 工艺规
6、程中的计算单位应全部使用法定计量资料。本设计应解决的主要问题1. 熟悉原始资料及对零件进行工艺分析。2. 计算零件的生产纲领,确定生产类型。3. 选择毛坯类型和制造方法,绘制毛坯图。4. 零件的机械加工工艺过程。5. 工艺的分析计算。6. 填写工艺文件。7. 审核。目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1设计的主要内容11.2国内外的研究现状1第2章 零件分析22.1零件的作用22.2曲轴工艺分析2第3章 工艺规程设计33.1确定毛坯的材料和制造形式33.2基面的选择33.2.1粗基准的选择33.2.2精基准的选择43.3制定工艺路线43.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确
7、定63.4.1确定加工余量63.4.2确定工序尺寸及其公差63.4.3具体的计算73.5确定切削用量及基本工时11第4章 专用夹具设计334.1设计主旨334.2确定夹具设计方案334.2.1选择定位基准,并确定工件的定位方式及定位元件的结构334.2.2确定工件的夹紧方式,选择合适的夹紧机构334.2.3确定刀具的对刀、导向方式,选择对刀、导向元件344.2.4确定铣床夹具与机床间的正确位置354.3夹紧力的计算354.3.1切削力的计算354.3.2工件正确夹紧所需力的计算364.3.3螺钉夹紧力374.3.4验算结果374.4夹具的定位精度分析374.4.1确定的定位对刀方案374.4.
8、2误差分析与计算374.4.3误差分析38第5章 结论与展望39致 谢40参考文献41摘 要曲轴是柴油发动机的重要零件。它的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动,将作用在活塞的气体压力变成扭矩,用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用,因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好,轴颈表面加工尺寸精确,且润滑可靠。本设计是根据被加工曲轴的技术要求,进行机械工艺规程设计,然后运用夹具设计的基本原理和方法,拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计。主要工作有:绘制产品零件图,了解零件的结构特点和技术要求;根据生产类型和所在企业的生产条件,对零
9、件进行结构分析和工艺分析;确定毛坯的种类及制造方法;拟定零件的机械加工工艺过程,选择各工序的加工设备和工艺设备,确定各工序的加工余量和工序尺寸,计算各工序的切削用量和工时定额;填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等工艺卡片;设计指定的专用夹具,绘制装配总图和主要零件图。关键词:机械制造,加工工艺,曲轴,夹具ABSTRACT Crankshaft is a very important parts of diesel engine. Ist action is change the to and fro straight-line motion of the piston into rot
10、ary motion,and change the gas pressure on the piston into torque, that is used to drive executive body and accessory system of the diesel engine. Crankshaft is withstanding the changing pressure, inertia force and the torque. So the crankshaft mast have high strength, high rigidity, high abrasion re
11、sistance and the surface of axle journal must have high precision with well lubricating. This design is on the basis of technical requirement of the crankshaft to design the technological procedure. And then use the fundamental and method of the fixture design to fix the fixture design programme,and
12、 complete the structural of the fixture. The main work is: Parts drawing, understand the characteristic of structure and technical requirement; Accroding to the types of manufacturing and the plant conditions of the company we will analyse the structure and craft of the crankshaft; Fix the type and
13、manufacturing method of the roughcast; Fix the processing technic of the crankshft,select device and equipment fix the machining allowance and working procedure size and count the cutting specifications and time allowance.; Fix the Processing technological process card and Machine-finishing operatio
14、n card; Design the special fixture and plan the assembling drawing and main parts drawing.KEYWORDS: Machine manufacture, Processing craft, Crankshaft, fixture1.绪 论制造业生产的是具有直接使用价值的产品,而这些产品与社会的生产活动和人民生活息息相关。当今制造业不仅是科学发展和技术发明转换为现实规模生产力的关键环节,并已成为为人类提供生活所需物质财富和精神财富的重要基础。良好的居住环境,充分的能源供给,便捷的交通和通信设施,丰富多彩的应刷
15、出版、广播影视和网络媒体,优良的医疗保健手段,可靠的国家和社会安全以及抵抗自然灾害的能力等,均需要制造业的支持。1.1设计的主要内容柴油发动机曲轴机械加工工艺规程与夹具设计(生产纲领:20000件)。掌握工业规程设计的基本要求,设计工艺规程内容及步骤,制作机械加工工艺过程卡片,机械加工工序卡片。掌握专用机床夹具设计的基本要求,设计主轴箱零件加工1到2个主要工序的专用机床夹具,掌握夹具设计的程序与内容,绘制夹具总图和主要零件图,编写夹具设计使用说明书。1.2国内外的研究现状伴随着汽车工业的发展,我国的发动机曲轴生产得到较大的发展,总量已具相当的规模,无论是设计水平,还是产品品种、质量、生产规模、
16、生产方式都有很大的发展。曲轴在发动机中是承受载荷传递动力的重要零部件,也是发动机五大零部件中最难以保证加工质量的零部件,其性能、水平直接影响整机的性能水平及可靠性。因此,各工业发达国家十分重视曲轴的生产,不断改进其材质及加工手段, 以提高其性能水平,满足发动机行业的需要。近几年来, 国内曲轴加工发展十分迅速。尤其是大功率柴油机曲轴。先进的加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高且稳定,伴随着汽车工业的发展,我国的发动机曲轴生产得到较大的发展,总量已具相当的规模,无论是设计水平,还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很大的发展。2.零件分析2.1零件的作用曲轴是柴油发动机的重要零件。它的作用是把活
17、塞的往复直线运动变成旋转运动,将作用在活塞上的气体压力变成扭矩,用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用,因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好,轴颈表面加工尺寸精确。2.2曲轴工艺分析曲轴一般是由自由端、功率输出端和若干个曲拐组成。曲拐由主轴颈、连杆轴颈和曲柄组成。如零件图所示,该曲轴是整体式曲轴,有四个曲拐;主轴颈和连杆轴颈分布在同一平面内,四个连杆轴颈在主轴颈两侧呈两两分布,相互夹角180。曲轴的工艺特点是:结构复杂,加工的尺寸精度、形位精度和表面质量要求较高;刚性差,属于易弯曲变形的异性轴类零件。曲轴的主要加工表面有:主
18、轴颈、连杆轴颈及法兰盘端等。除了在零件图上的技术要求之外还应满足以下要求:1) 曲轴半径公差为0.05mm。2) 主轴颈、连杆轴颈与曲柄连接圆角的R0.4m。3) 各连杆轴颈线之间的角度偏差不大于30。4) 主轴颈、连杆轴颈需高频淬火,硬度为5562HRC,淬火层深度不小于3mm。5) 曲轴的动力平衡不得大于120gcm。3.工艺规程设计3.1确定毛坯的材料和制造形式机械零件常用的毛坯主要有铸件、锻件、焊接件、各种型材及板料等。选择毛坯要综合考虑零件材料及其力学性能、零件材料的工艺性、零件的结构形状和尺寸、生产类型、工厂生产条件。曲轴要求较高的刚性和冲击韧性,其形状尺寸以轴为主,毛坯形状较复杂
19、,采用45钢较合适,大批量生产曲轴可用锻造,由于生产纲领是20000件,是大批量生产故采用模锻。其锻造工艺为:将坯料加热至11801240,经模锻锤弯曲预锻及终锻;在压床上切边;再在模锻锤上进行热校正;最后经热处理消除内应力,调整硬度值到207241HBS。曲轴毛坯主要技术要求有:1) 热处理:调质207241HBS。2) 法兰端面对主轴中心线的垂直度不大于1mm,其上孔(45)中心线对主轴颈的中心线同轴度不大于2mm。3) 错磨误差:连杆轴颈纵向不大于2.5mm;径向不大于1mm。4) 曲轴弯曲不大于1mm3.2基面的选择机械加工的最初工序只能用共件毛坯上未加工表面作为定位基准,这种定位基准
20、称为粗基准。用已经加工过的表面作定位基准则称为精基准。在制定零件机械加工工艺规程时,总是先考虑选择怎样的精基准定位把工件加工到设计要求,然后考虑选择怎样的粗基准定位,把用作精基准的表面加工出来。3.2.1粗基准的选择粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工表面之间的位置要求及合理分配各加工面的余量。同时要为后续工序提供精基准。具体有以下原则:为了保证加工面与非加工面之间的位置要求,应选择非加工面为粗基准;为了保证各加工面都有足够的加工余量,应选择毛坯余量最小的面为粗基准;为了保证重要加工面的余量均匀,应选择为粗基准;粗基准应避免重复使用,在同一尺寸方向上,通常只允许使用一次;作粗基准的表面应平整
21、光洁,以使工件定位稳定可靠,夹紧方便。曲轴也是属于轴类零件,以外圆作为粗基准,可分别以主轴颈和连杆轴颈作为粗基准。3.2.2精基准的选择精基准选择时应能保证加工精度和装夹可靠方便,有以下原则:基准重合原则;基准同一原则;自为基准原则;互为基准原则;保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。3.3制定工艺路线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。在拟定工艺路线时
22、应从实际情况出发,充分考虑应用各种新工艺、新技术的可行性和经济性。选择零件表面加工方法的主要根据:零件材料性质及热处理要求;零件加工表面的尺寸公差等级和表面粗糙度;零件加工表面的位置精度要求;零件的形状尺寸;生产类型;具体的生产条件。机械加工工序的安排原则:概括为十六字诀:基准先行,先主后次,先粗后精,先面后孔。在零件切削加工工艺过程中,首先要安排加工基准面得工序。作为精基准表面,一般都安排在第一道工序进行加工,以便后续工序利用该基准定位加工其它表面。其次安排加工主要表面。至于次要表面则可在主要表面加工后穿插进行加工。当零件需要分阶段进行加工时,即先进行粗加工,再进行半精加工,最后进行精加工和
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