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正文內(nèi)容

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸終鍛模的設(shè)計(jì)及仿真畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-21 21:52 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 曲軸強(qiáng)化的方法提高曲軸的疲勞強(qiáng)度是設(shè)計(jì)人員必須努力解決的問(wèn)題。為了提高曲軸的疲勞強(qiáng)度,可以采用一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)措施。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,可以采用以下措施:1)提高曲柄銷(xiāo)和曲軸主軸頸的重迭度。2)采用較大的圓角半徑可以使圓角彎曲形狀系數(shù)下降,從而提高彎曲強(qiáng)度。3)軸頸上設(shè)計(jì)卸載槽使應(yīng)力分布更加均勻,而且沿軸頸和曲柄臂寬度的最大應(yīng)力較小,還可能使軸頸到曲柄臂過(guò)渡圓角的半徑增大。4)曲柄銷(xiāo)的內(nèi)卸載孔相對(duì)其幾何軸線(xiàn)遠(yuǎn)離曲柄半徑中心呈偏心布置使圓角處的彎曲應(yīng)力降低,提高疲勞強(qiáng)度。5)增大曲柄臂的厚度和寬度。除了設(shè)計(jì)措施外,工藝方面利用特殊的機(jī)械加工方法、熱處理或化學(xué)處理方法強(qiáng)化表面,以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。常用的表面強(qiáng)化工藝有以下幾種:1)圓角高頻感應(yīng)淬火;2)圓角滾壓;3)氮化。主軸頸的直徑D1=60mm,寬度L1=26mm;主軸頸軸端的直徑D3=72mm,寬度L3=6mm;曲柄銷(xiāo)的直徑D2=45mm,寬度L2=26mm;曲柄銷(xiāo)軸端的直徑D4=57mm,寬度L4=6mm;形狀如圖22單節(jié)曲軸尺寸所示。圖22 單節(jié)曲軸尺寸曲柄臂的寬度L=15mm,其形狀如圖23單節(jié)曲軸曲柄臂截面尺寸所示。曲柄臂的起模斜度為外模α=5176。,內(nèi)模β=7176。;各處的倒角均為R2。圖23 單節(jié)曲軸曲柄臂截面尺寸 曲軸兩端設(shè)計(jì)曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)鏈輪(正時(shí)鏈輪)一般裝在曲軸的前端,對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言往往把傳動(dòng)齒輪裝在曲軸后端。消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器無(wú)疑應(yīng)裝在曲軸前端,因?yàn)檫@里的振幅最大。驅(qū)動(dòng)齒輪裝在前端采用鍵連接。曲軸后端設(shè)有法蘭和加粗的軸頸,飛輪與后端用螺栓和定位銷(xiāo)連接。且定位銷(xiāo)的布置是不對(duì)稱(chēng)的或只有一個(gè)。具體尺寸和形狀如圖14曲軸前端、15曲軸后端所示(未畫(huà)出定位銷(xiāo)),未標(biāo)注的圓角均為R2。圖24 曲軸前端圖25 曲軸后端最終得到的曲軸總長(zhǎng)為l=532mm,如圖26曲軸零件實(shí)體圖所示。具體的標(biāo)注見(jiàn)曲軸零件圖。圖26 曲軸零件實(shí)體圖第3章 曲軸終鍛模設(shè)計(jì)熱模鍛壓力機(jī)是自動(dòng)化高效率生產(chǎn)模鍛件的模鍛設(shè)備,也是被廣泛應(yīng)用的模鍛設(shè)備。熱模鍛壓機(jī)是靠靜壓力使金屬變形,因此,熱模鍛壓機(jī)上的鍛模成型規(guī)律是:金屬沿水平方向流動(dòng)劇烈,向高度方向流動(dòng)緩慢。預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是繪制熱鍛件圖和確定飛邊槽尺寸,以下是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。 制定鍛件圖1. 分模位置 根據(jù)曲軸形狀,很易確定上下對(duì)稱(chēng)的直線(xiàn)分模。2. 公差和加工余量 曲軸材料為球墨鑄鐵,即材質(zhì)系數(shù)為M2。形狀復(fù)雜系數(shù)3級(jí)復(fù)雜系數(shù)S3。:鍛件形狀復(fù)雜系數(shù),其中:M為鍛件品質(zhì):;M1為鍛件外廓包容體質(zhì)量;V為鍛件體積;V1為鍛件外廓包容體體積。,故形狀復(fù)雜程度為S3。:。,曲軸零件的表面粗糙度Ra,查得模鍛件內(nèi)外表面加工余量為:~,取3mm;~,取3mm。3. 模鍛斜度 零件圖上的技術(shù)條件中已給出拔模斜度:外模斜度為5176。,內(nèi)模斜度為7176。4. 圓角半徑 鍛件各部分的圓角半徑取為R2mm。5. 技術(shù)條件(1) 圖上未標(biāo)注的拔模斜度為外模斜度為5176。,內(nèi)模斜度為7176。;(2) 圖上未標(biāo)注的圓角半徑2mm;(3) ;(4) ;(5) ;(6) 鍛件熱處理:調(diào)質(zhì);(7) 鍛件表面清理:為了便于檢查淬火裂紋,系用酸洗。6. 具體尺寸如圖31單節(jié)曲軸鍛件尺寸圖所示圖31 單節(jié)曲軸鍛件尺寸圖最終的鍛件圖如圖32曲軸鍛件實(shí)體圖所示:圖32 曲軸鍛件實(shí)體圖 計(jì)算鍛件的主要參數(shù)⑴ 工藝力計(jì)算P=KF(kN)式中 K—鍛件單位面積變形力(或稱(chēng)金屬變形抗力系數(shù)), kN/cmF—鍛件投影面積,cm曲軸鍛件的投影面積F= cm,K= 120kN/cm所以,P=120 kN=16368 kN⑵選擇模鍛設(shè)備根據(jù)計(jì)算結(jié)果,取熱模鍛壓力機(jī)的規(guī)格為20000 kN,即20MN。⑴ 熱鍛件圖設(shè)計(jì)%的收縮率繪制熱鍛件圖,如圖33曲軸熱鍛件圖所示:圖33 曲軸熱鍛件圖⑵ 飛邊槽設(shè)計(jì) 對(duì)形狀比較復(fù)雜的鍛件,為了較好地充滿(mǎn)模膛而必須增大金屬外流的阻力時(shí),橋口的寬度b應(yīng)比該表中的數(shù)據(jù)適當(dāng)增大。,即:h=3mm b=10mm B=10mm L=40mm r1= r2=2mm。⑶模塊結(jié)構(gòu)曲軸模膛深度較深。而曲軸模膛尺寸精度要求高,磨損到一定程度就必須更換,最后采用梯形模塊。① 長(zhǎng)度和寬度的確定模塊長(zhǎng)度和寬度尺寸主要根據(jù)下列因素確定:鍛件的最大長(zhǎng)度、寬度、模壁厚度、鎖扣尺寸、模塊的承壓面積,以及模膛四周的壁厚等。模壁厚度S可按下列確定S=(1~)h≥40mm 式中 h為模膛最深處的深度。② 高度尺寸的確定模塊高度尺寸主要根據(jù)模塊底厚(T)、模膛深度以及模架閉合高度(H)等。S、T、H應(yīng)滿(mǎn)足如下條件:T≥(~)S 2S≤(~)H 。最終取模塊長(zhǎng)度為800mm,寬度500mm,高度200mm。模塊所承受的壓應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足:P=F/A<300MPa 式中:F為設(shè)備的名義壓力(kN);A為模塊底面的有效承壓面積(mm)曲軸模塊底面的有效承壓面積A=800500 mm=400000 mm,F(xiàn)=20000 kN,所以,模塊所承受的壓力為F=20000 kN /400000 mm=50MPa300MPa,滿(mǎn)足條件。⑷ 頂桿① 頂桿位置 頂桿設(shè)在飛邊槽上。② 頂桿結(jié)構(gòu) 頂桿工作是必須有導(dǎo)向,主要由頂桿和頂桿孔的公差配合來(lái)解決。③ 頂料裝置 采用直接頂料裝置。 曲軸的實(shí)體建模 曲軸的鍛件實(shí)體建模⑴ 草圖的繪制① 從“開(kāi)始”菜單進(jìn)入零件設(shè)計(jì)環(huán)境。② 選擇繪圖平面進(jìn)行草圖繪制。③ 對(duì)圖形進(jìn)行尺寸約束,如圖34(a)、34(b)、34(c):圖34(a) 曲軸主軸頸尺寸圖34(b) 曲軸曲柄臂尺寸圖34(c) 曲軸連桿軸頸尺寸⑵ 建成立體模型① 從草圖設(shè)計(jì)環(huán)境返回零件設(shè)計(jì)環(huán)境。② 點(diǎn)擊“拉伸”按鈕進(jìn)行拉伸。③ 生成立體圖,如圖36單節(jié)曲軸鍛件實(shí)體圖:圖35 單節(jié)曲軸鍛件實(shí)體圖經(jīng)過(guò)鏡像,陣列,圓角等方法得到曲軸的鍛件圖,如圖32所示。 曲軸模塊實(shí)體建模⑴ 進(jìn)行草圖繪制,利用拉伸命令建立模塊外形,如圖36(a)所示。圖36(a)未加工模腔的模塊實(shí)體圖⑵ 進(jìn)行布爾運(yùn)算,得到模塊的立體圖,如36(b)所示。圖36(b) 模塊實(shí)體圖 模具裝配所需的其它零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)體建模⑴模架的作用與特點(diǎn)模架用于固定模塊,承受并傳遞鍛造過(guò)程中的全部負(fù)荷,傳遞熱模鍛壓力機(jī)的頂料運(yùn)動(dòng),是熱模鍛壓力機(jī)鍛模的最主要的部件。熱模鍛壓力機(jī)鍛
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