【正文】 1 第 1章 緒 論 設(shè)計(jì)的意義和目的 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化及競(jìng)爭(zhēng)加劇，傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段；隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)了我們的日常生活，漸漸成為一種普通消費(fèi)品；隨著 市場(chǎng)對(duì)汽車需要量的增加和制造技術(shù)的發(fā)展，到了本世紀(jì)初，小作坊的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足需要，而各種新的制造工藝和新式高效機(jī)床的出現(xiàn)，使汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)出現(xiàn)了飛躍。 因此，人們對(duì)汽車的性能要求也在不斷提高，不論是經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，還是穩(wěn)定性、安全性，甚至是排放性等各方面都要逐一考慮 。這就需要傳統(tǒng)制造技術(shù)和汽車專業(yè)技術(shù)相互結(jié)合，在滿足汽車動(dòng)力性的同時(shí)滿足其經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)效率，也就是工藝性。而要想使整車的工藝性完美，對(duì)各零件的加工也是最為重要的。 全套圖紙，加 153893706 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷，傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)曲軸工藝規(guī)程的編制、夾具的選擇都要有嚴(yán)格的要求。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性，因此我們應(yīng)不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。 我國(guó)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家不是很多，且整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設(shè)備陳舊、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝落后、性能壽命和可靠性差、品種雜亂和“三化”程度低， 2 這些都影響了整機(jī)適應(yīng)國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)的能力。隨著我國(guó)加入 WTO，內(nèi)燃機(jī)零部件行業(yè)將面臨更加激 烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。我們只有充分了解國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改進(jìn)和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，以實(shí)力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 本次設(shè)計(jì)題目為“發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝及夾具設(shè)計(jì)”，它運(yùn)用了機(jī)械加工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)內(nèi)容，囊括了幾年來所學(xué)的理論知識(shí)，使我 了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，及了解相關(guān)零部件的材質(zhì)及加工和使用特點(diǎn)。并確定加工工藝方案，通過對(duì)加工工藝方案的改進(jìn)及加工工藝分析，提出相應(yīng)加工方案，從而達(dá)到對(duì)曲軸飛輪組在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況了解和原理認(rèn)知， 為將來設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)了解機(jī)床夾具的功用、組成和分類。以及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的步驟和方法，夾具總圖的設(shè)計(jì)和繪制方法。 研究方向及發(fā)展現(xiàn)狀 曲軸是內(nèi)燃機(jī)中承受沖擊載荷傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵零件，也是在內(nèi)燃機(jī) 5 大件(機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸 )中最難以保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對(duì)曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量對(duì)曲軸的壽命和整機(jī)的可靠性都具有很大的影響。因此世界各國(guó)對(duì)曲軸的加工都十分重視，都在不斷地改進(jìn)曲軸加 工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。 曲軸質(zhì)量約占內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量的 10%，成本約占整機(jī)的 10%~12%，其材質(zhì)大體可分 2 類：一類是鍛鋼，一類是球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，并可通過各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比鋼大，減小了工作時(shí)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力集中也沒有鋼質(zhì)曲軸敏感，所以球墨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收和自行開發(fā)，總體水平有了較大的提高。但是我國(guó)距世界先進(jìn)水平仍相差很遠(yuǎn)，甚至于還 滿足不了我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求。我們只有充分了解國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改進(jìn)和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，以實(shí)力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 目前，世界各國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)曲軸加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進(jìn)加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。我國(guó)的各大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索，已經(jīng)掌握了很多較為先進(jìn)的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國(guó)產(chǎn)化。 國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由 3 普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較 低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用 MQ8260 等曲軸磨床粗磨 半精磨 精磨 拋光，通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。而 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中是承受載荷傳遞動(dòng)力的重要零部件，也是發(fā)動(dòng)機(jī)五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機(jī)的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視曲軸生產(chǎn)，不 斷改進(jìn)其材質(zhì)及加工手段，以提高其性能水平，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的需要。近幾年來，國(guó)內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。先進(jìn)的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定。而歐美等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，經(jīng)過多年的積累。在加工工藝方面，由于國(guó)外大多采用了先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備，而國(guó)內(nèi)大多以手動(dòng)設(shè)備為主，精度差，這就要求我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)加工工藝的過程中充分考慮各方面的因素，在借鑒國(guó)外先進(jìn)的工藝方案的同時(shí)充分考慮現(xiàn)有設(shè)備資源的利用和改造，達(dá)到少投入，大收益。 發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)告訴我們，工業(yè)化是邁向現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。而制造業(yè)，特 別是裝備制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的主力軍，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的原動(dòng)力，發(fā)展制造業(yè)始終是振興經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的最佳路徑。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中用于傳遞動(dòng)力的核心零件，由于工況條件惡劣，且承受復(fù)雜的沖擊載荷，因此對(duì)曲軸的材質(zhì)、 NI 精度、表面質(zhì)量、動(dòng)平衡等的要求都十分嚴(yán)格。又由于曲軸的材料為高強(qiáng)度合金鋼，難于加工和斷屑，而且曲軸主軸頸和連桿軸頸幾何形狀復(fù)雜，因此作為發(fā)動(dòng)機(jī)五大零件之一的曲軸，其加工難度、加工工藝復(fù)雜程度在發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件中都首屈一指，它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平直接影響著整機(jī)的尺寸和重量，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。世界各 國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)曲軸。加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進(jìn)加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。我國(guó)的各大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索．已經(jīng)掌握了很多較為先進(jìn)的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國(guó)產(chǎn)化。但是，在一些關(guān)鍵工序所采用的關(guān)鍵工藝上，我們還是非常依賴國(guó)外的技術(shù)，需要使用國(guó)外的設(shè)備和刀具。因此，我們還需進(jìn)一步研究曲軸加工工藝，尤其是要深入研究關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵設(shè)備，這對(duì)提升曲軸乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)水平都是相當(dāng)重要的。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 曲軸的 材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或 球墨鑄鐵 制成的，有兩個(gè)重要部位：主 4 軸頸，連桿頸，（還有其他）。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸 活塞 連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸的潤(rùn)滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑． 這個(gè)一般都是壓力潤(rùn)滑的，曲軸中 間會(huì)有油道和各個(gè)軸瓦相通，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后靠 機(jī)油泵 提供壓力供油進(jìn)行潤(rùn)滑、降溫。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程就是，活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源 。 曲軸的結(jié)構(gòu)包括 軸頸、曲軸臂、曲軸銷、側(cè)蓋以及連桿大端軸承。軸頸具有一第一油路。曲軸臂連接于軸頸。曲軸銷設(shè)置于曲軸臂之中，并且抵接于軸頸。曲軸銷具有第一機(jī) 油緩沖室、第二機(jī)油緩沖室以及第二油路。第一機(jī)油緩沖室系連接于第二機(jī)油緩沖室，第二油路連接于第二機(jī)油緩沖室。側(cè)蓋設(shè)置于曲軸臂中，側(cè)蓋與曲軸銷之間成形有一空間，該空間連接于第一油路與第一機(jī)油緩沖室之間。連桿大端軸承設(shè)置于曲軸臂之中，曲軸銷套設(shè)于連桿大端軸承之中，第二油路連接于第二機(jī)油緩沖室與連桿大端軸承之間。本實(shí)用新型可將機(jī)油內(nèi)微小異物過濾掉，減少了連桿大端軸承遭受微小異物侵入的機(jī)會(huì)，并避免連桿大端軸承損壞，進(jìn)而可延長(zhǎng)曲軸結(jié)構(gòu)的使用壽命。 在曲軸的機(jī)械加工中，采用新技術(shù)和提高自動(dòng)化程度都不斷取得進(jìn)展。 目前，國(guó)內(nèi) 較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。精加工普遍采用 MQ8260 等普通曲軸磨床進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差。 現(xiàn)在加工 曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車?yán)に嚭透咚偻忏?，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動(dòng)外銑，全部采用干式切削。在對(duì)連桿頸進(jìn)行隨動(dòng)磨削時(shí)，曲軸以主軸頸為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所 有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。 5 第 2章 曲軸毛坯的選擇 分析曲軸零件圖 曲軸使用的性能與工作條件 曲軸是將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的零件。它是往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、剪切機(jī)與沖壓機(jī)械的重要零件。 曲軸工作時(shí)要承受很大的扭應(yīng)力及大小和方向都在不斷變化的彎曲應(yīng)力的作用，因此曲軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和支承剛性。曲軸工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度很高，曲軸的軸頸和連桿軸頸需要足夠的耐磨性，且曲軸的質(zhì)量分 布應(yīng)當(dāng)平衡，以防因不平衡而產(chǎn)生離心力使曲軸承受附加載荷。 6 圖 曲軸鍛件的三維模型 圖 曲軸零件圖 多拐曲軸是多個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組合，主軸頸和連桿軸頸不在同一條在線，各連桿軸頸間應(yīng)有一定的角度位置要求，曲軸在各個(gè)連桿軸頸處形成了多個(gè)開檔，因此曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)這些特點(diǎn)，正確確定其結(jié)構(gòu)及尺寸、位置、形狀精度，滿足曲軸使用性能要求。 曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求 曲軸的結(jié)構(gòu) 根據(jù)上述的使用要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以看出曲軸是一個(gè)形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、多曲拐、剛性極差、技術(shù)要求高的異形軸類零件。 曲 軸的主要技術(shù)要求 為了保證曲軸的正常工作，對(duì)曲軸規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求。其主要技術(shù)要求如下： 主軸頸和連桿軸頸的尺寸精度通常為 IT6~IT7，同軸度允許偏差 ， 7 表面粗糙度 aR 值為 ~。軸頸長(zhǎng)度公差等級(jí) IT9~IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之內(nèi)。本次設(shè)計(jì)圓柱度公差為 。 位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為 100mm 之內(nèi)不大于；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為 ，中大型低速軸 為～ ；各連桿軸頸的位置度不大于 177。20 176。 本設(shè)計(jì)中各連桿軸頸的軸心線應(yīng)與主軸頸中心線在同一平面內(nèi)，位置公差為。 曲軸毛坯的選擇 選擇毛坯 曲軸工作時(shí)要承受很大的轉(zhuǎn)矩及交變的彎曲應(yīng)力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求所用材料應(yīng)有較高的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。對(duì)于材料的選擇有一定的要求：一般曲軸為 3 45 鋼或球墨鑄鐵 QT6002；對(duì)于高速、重載曲軸，可采用 35CrMoAl、 42Mn2V 等材料。該零件材料為 QT8002， 考慮該工件形狀比較復(fù)雜，因此應(yīng)該選 用鑄件，以最大限度減少金屬切屑量，保證高效率低消耗。 圖 曲軸鑄件圖 確定機(jī)械加工余量、毛坯尺寸和公差 由零件圖可知，該曲軸為球墨鑄鐵，牌號(hào)為 QT8002，鑄造，查《機(jī)械加工簡(jiǎn)明手冊(cè)》表 知， CT9 級(jí)， MAG 級(jí)，采用殼模鑄造。又由 CT9 級(jí)， MAG級(jí)和曲軸基本尺寸查《機(jī)械加工簡(jiǎn)明手冊(cè)》表 21 表 21 曲軸鑄件毛坯各段尺寸公差以及加工余量 8 項(xiàng)目 曲軸前端 主軸頸 連桿軸頸 全部曲柄 法蘭 端 公差等級(jí) CT 9 9 9 9 9 加工 面尺寸 40 70 57 84 105 鑄件尺寸公差 機(jī)械加工余量等級(jí) G G G G G 加工余量 3 3 毛坯基本尺寸 45 75 63 90 110 本章小結(jié) 本章通過分析曲軸零件圖，了解了曲軸的使用性能與工作條件，知道了曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求，確定了零件的生產(chǎn)類型和加工余量，審查了零件的加工工藝性，選擇了適當(dāng)?shù)拿鳌? 9 第 3章 曲軸機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì) 工藝基準(zhǔn)的選擇 基面的選擇 是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇得正確，合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，否則，就會(huì)使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，再確定粗基準(zhǔn)。 ⑴ 精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)遵循下列原則： ① 基準(zhǔn)重合原則； ② 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則； ③ 自為基準(zhǔn)原則； ④ 互為基準(zhǔn)原則； ⑤ 便于裝夾原則。 加工齒輪軸，主軸和曲柄側(cè)面時(shí)，以第 8側(cè)板右側(cè)面為精基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 加工各軸面均一軸心為精基準(zhǔn)。 加工右端法蘭盤以以經(jīng) 精加工后的軸肩為基準(zhǔn)。 法蘭銑缺口以法蘭上對(duì)應(yīng)兩孔為精基準(zhǔn)，遵循互為基準(zhǔn)原則。 10 鉆斜油孔以曲柄側(cè)面和軸心夾角為基準(zhǔn)、前端銑鍵槽。鉆孔和攻螺紋以已加工曲柄側(cè)面為基準(zhǔn)。 法蘭上鉆，擴(kuò)定位孔，螺栓孔以法蘭圓盤中心為基準(zhǔn)。 ⑵ 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)遵循下列原則： ① 余量均勻原則； ② 保證加工表面位置正確的原則； ③