曲轴毕业设计论文（共8篇）
曲轴毕业设计论文 篇1
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、本课题研究内容 3.1 曲轴结构设计 3.1.1 曲轴的材料
根据曲轴工作在发动机过程中承受弯曲、扭转、剪切、拉压等交变应力，要求具有较高的抗拉强度、疲劳强度、表面强度及耐磨性，芯部具有一定的韧性。即具有很高的疲劳强度、耐磨性和高淬透性，且进行强化处理时变形小，高温下具有高的蠕变强度。
随着发动机性能的提高，对曲轴的原材料及加工工艺提出新的要求，现代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质钢曲轴成本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 160kW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。
我国球铁曲轴的生产继QT600-
2、QT700-2之后，现已能稳定地生产QT800–
2、QT900-2等几种牌号，目前已能大批量生产QT800-6球铁曲轴。但从整体水平来看，存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能不稳定、精度低、废品率高等问题。
3.1.2 曲轴结构设计
曲轴结构设计在过去的几十年中得到了飞速的发展。在曲轴的设计初期一般是按照已有的经验公式计算或者与已有的曲轴进行类比设计，在进行了初步的设
计后造出曲轴样品再进行试验，通过实验数据进行适当的改进。曲轴设计发展到今天已经有了很大的发展。随着内燃机向高可靠性、高紧凑性、高经济性的不断发展，传统的以经验、试凑、定性为主要设计内容的设计方法已经不能满足要求，而随着电子计算机技术的不断发展，内燃机及其零部件的设计已经发展到采用包括有限元法、优化设计、动态设计等现代先进设计技术在内的计算机分析、预测和模拟阶段。有限元法是最有效的数值计算方法之一，它使人们对零部件关键参数的理解和设计更进了一步。
（1）在设计内燃机曲轴时，应根据内燃机的工作条件，选择不同的结构设计方案。内燃机曲轴结构设计方法大致如下：
① 选择确定结构形式：整体锻造曲轴、整体铸造曲轴、组合曲轴。
② 确定润滑油道
曲轴主轴颈和曲柄销一般采用压力润滑。润滑油由主油道送到各主轴承，在经曲轴内润滑油道进去连杆轴承。当主轴承为滚动轴承时，润滑可从假轴承进入曲轴内腔，再分配到各有关轴承。在决定主轴承和曲柄销上的油孔位置时，主要考虑应保证供油压力和油孔对曲轴强度的影响程度。
③ 确定曲轴平衡块形式
平衡块用来平衡曲轴的不平衡惯性力和力矩，减轻主轴承载荷以及减小曲轴和曲轴箱所受的内力矩。但曲轴配置平衡块后重量增加，将使曲轴系统的扭振效率有所降低。因此应根据曲轴结构、转速、曲柄排列等因素来配置平衡块和平衡精度要求。平衡块可与曲轴制成一体，也可与曲轴分开制造后再进行装配。
（2）曲轴结构形式的选择
曲轴结构形式与其制造方法有直接关系，在进行曲轴设计时必须同时进行。曲轴有整体式和组合式曲轴两大类。而摩托车发动机常采用组合式曲轴，这是因为其加工简单，不需要大规模锻模具设备，它由曲轴左半部、曲轴右半部及曲轴销组成。通过液压压入的方法将其结合起来。本设计中采用滚动轴承做主轴承。这是因为使用它具有以下优点：
① 可以采用隧道式曲轴，保证曲轴箱有较高的强度和刚度；
② 可以减少摩擦损失，提高机械效率，因而使燃料消耗下降；
③ 发动机启动较为容易，尤其在气温较低的时候；
④ 采用滚动轴承后，对主轴的润滑较易实现。3.2 曲轴工艺分析
3.2.1 曲轴的机械加工技术
曲轴主轴颈的粗加工、半精加工工艺和精加工工艺，大体分为以下几种：
（1）传统的曲轴主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，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。
（2）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。
（3）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。
（4）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要两道工序于一起。
（5）CNC高速外铣工艺。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，其应用范围广，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，已成为当前是曲轴主轴颈粗加工的发展方向。就比较而言,CNC车—车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，CNC高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/min)、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BOEHRINGER公司专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VDF315OM-4型，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SIEMENS840D CNC控制系统，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450～700mm、回转直径380mm以内的各种曲轴轴颈直径误差仅为±0.02mm。
58（6）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GF70M-T曲轴磨床是日本TOYADA公工机开发生产的专用曲轴磨床，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；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TOYADA工机生产的GC50CNC控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0.002mm；采用CBN砂轮，磨削线速度高达120m/s，配双砂轮头架，磨削效率极高。3.2.2 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:（1）氮化处理。氮化能提高曲轴疲劳强度的20%~60%。
（2）喷丸处理。曲轴经喷丸处理后能提高疲劳强度20%~40%。
（3）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l00%以上。
（4）圆角滚压处理。球铁曲轴经圆角该压后寿命可提高 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。
（5）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。
四、本课题研究方案
（1）查阅原始资料，熟悉曲轴结构设计的方法及曲轴工艺技术。
（2)根据曲轴的工作条件和柴油机工作参数对曲轴进行结构设计及强度校核。（3）利用曲轴材料和工况分析曲轴的加工工艺。
五、研究目标、主要特色及工作进度：
六、参考文献：
[1]内燃机科技丛书_高速柴油机概念设计与实践_许道延_2003 [2]汽车发动机现代设计_徐兀_1995 [3]姜洪宇，黄春元．国内外曲轴加工技术的现状及发展.黑龙江科技信息，2008 [4]内燃机学_周龙保_2000 [5]邵立新，段立霞.内燃机曲轴结构设计的方法.农机使用维修，2008
曲轴毕业设计论文 篇2
关键词：内燃机,曲轴轴承,曲轴,优化设计
0前言
内燃机曲轴轴承和曲轴的优化设计是设计现代高性能内燃机的要求。相对于以往传统设计方法,现代的优化设计过程更加注重曲轴轴承和曲轴的实际运行情况。优化后的曲轴轴承和曲轴不仅在结构和尺寸上更加合理,运行寿命得到延长,而且设计周期大大降低。在国内外学者的共同努力下,曲轴轴承和曲轴的优化设计得到了比较迅速的发展。但是,目前的优化设计基本都是针对曲轴轴承或曲轴单一零件进行的,没有考虑曲轴轴承和曲轴之间存在的各种不可分割的机械行为,实际上曲轴轴承和曲轴是相互作用、相互影响的。因此曲轴轴承或曲轴单个零件得到优化,与之相对应的零件未必也得到优化,其性能或运行状态甚至有可能恶化。笔者在论述了曲轴轴承和曲轴优化设计研究现状的基础上,讨论并展望了研究中尚待进一步研究的问题。
1 曲轴轴承的优化设计
1.1 数学模型的建立
1.1.1 目标函数
优化设计的目标函数是以设计变量来表示设计所要追求的某种性能指标的解析式[1],包括单目标函数和多目标函数:
a.单目标函数[2,3,4,5,6,7,8,9,10]。曲轴轴承的单目标优化一般追求轴承最重要性能的优化。文献[2,3,7]以所有曲轴轴承在内燃机一个工作循环中的平均摩擦功耗之和(总平均摩擦功耗)为目标函数;文献[4,5,6,8,9]则是以轴承承载量系数Cp(又称索氏数)为目标函数。
b.多目标函数[11,12,13,14,15,16,17]。多目标函数综合考虑轴承的多种性能指标,因为优化时考虑了多种因素,所以轴承的多目标优化结果更接近实际,也是现在许多学者的研究方向。文献[12,13,14,15,17]以轴承承载量最大、摩擦系数最小和发热量最小为目标函数;文献[14]不仅考虑了上述三种目标函数,还根据模糊方法学基本理论增加了多目标隶属函数作为目标函数。文献[16]以轴承最小用油量和最小的温升为目标函数。文献[18]全面地考虑了轴承的静态性能优化和动态性能优化,静态性能优化目标函数包括功耗最小,温升最低,润滑油流量最小,最小油膜厚度最大,功耗与温升之和最小,动态性能优化则以最高失稳转速ns为目标函数。
1.1.2 设计变量
曲轴轴承的优化设计涉及到动力学、流体学、摩擦学等知识,决定了轴承优化设计时设计变量的多样性。轴承优化设计为多变量非线性优化设计,目标函数对各设计变量具有不同的灵敏度,所以一般需要灵敏度高的设计变量来求得最优解[7]。文献[2,3]以轴承宽度、轴承直径、相对间隙为设计变量;文献[5,6,8,9]以轴承孔直径、轴颈直径、轴承宽度为设计变量;文献[18]则以轴承宽度、预置偏心距、半径间隙为设计变量。这些文献中设计变量的选取均以载荷与转速给定、部分结构尺寸依据设计要求为前提,忽略了润滑油物理参数的影响,如润滑油动力粘度随温升的变化。一些学者已经注意到这个问题,所以在选取设计变量时将润滑油粘度也考虑进去,如文献[12,13,14,15,16,17]将宽径比、相对间隙、润滑油动力粘度作为设计变量,考虑了流体的物性变化以后,轴承的设计更趋于实际。
1.1.3 约束条件
轴承结构参数约束、最小油膜厚度约束、相对间隙约束和宽径比约束是曲轴轴承中最常用的约束;轴承工作时由于摩擦产生温升,过大的温升不利于轴承的工作,文献[4,5,6,8,9]将轴承温升也作为约束条件。鉴于温升最主要的影响是使润滑油粘度发生变化,文献[7,12,13,14,15,17]以润滑油动力粘度约束取代温升约束,另外对比压也进行了约束。文献[16]从内燃机运行的稳定性角度出发,除了上述约束,将轴承工作稳定性也作为约束条件。文献[2]考虑到轴承尺寸的改变必然引起曲轴轴颈尺寸的相应变化,从而影响到曲轴的强度,所以将曲轴强度也作为一种约束条件,并以某四行程四缸内燃机曲轴-轴承系统为例,说明在轴承优化设计中考虑曲轴强度的必要性。
1.2 轴承优化设计的求解方法
曲轴轴承优化设计的模型中,由于设计变量和目标函数之间没有显式的函数解析式表达,因此目前轴承的优化设计求解方法较多采用模智能优化算法,这类算法无需求解目标函数的梯度,但是能够快速、准确地搜索到优化结果。
遗传算法是应用最广泛的一种智能算法,这种算法基于自然选择原理、自然遗传机制和自然搜索能力,全局搜索性好,算法效率高,便于搜索多峰复杂空间。文献[16]采用遗传算法,对多目标进行线性加权处理,轴承优化结果令人满意。文献[12]在遗传算法中引入模拟退火机制,强化了遗传算法的随机化多点搜索能力,更好地避免了局部最优解的情况。
粒子群算法由Eberhart和Kennedy[19,20]提出。这种算法源于鸟群觅食行为,基于个体粒子的认知记忆功能和粒子群体的合作功能,寻优过程具有正反馈机制,算法简单、运算速度快。文献[2,3]运用粒子群算法分别对四缸四行程内燃机曲轴轴承进行优化,轴承平均摩擦功耗大大降低;但是粒子群算法有时会陷入局部最小,不再向最优解方向进化。基于此,文献[4,9]尝试将粒子群算法与遗传算法结合起来,形成改进型粒子群算法应用于轴承优化设计,结果表明改进型粒子群算法效果更好,优化后的轴承承载能力更强。
蚁群算法由意大利M.Dorigo在研究蚂蚁觅食的基础上提出[21],基于群体搜索功能和群体间信息交换功能。与粒子群算法不同,寻优时粒子群算法的个体粒子始终跟踪局部个体最优粒子和整体最优粒子,蚁群算法中蚁群则始终跟踪最好的寻优路径,不仅有正反馈机制,蚁群之间还有启发性。文献[8]将蚁群算法与遗传算法结合起来形成改进型蚁群算法,轴承优化结果十分显著。
人工神经网络算法由大量的、简单的处理单元广泛地相互连接形成复杂的网络系统,能像人大脑一样快速地解释从“感觉器官”传来的模糊信息,具有大规模并行、分布式存储和处理、自组织、自适应和自学习能力,文献[10]采用这种算法对轴承进行了优化设计,结果说明了神经网络算法的可行性和有效性。
智能算法虽然具有常规算法不具备的优点,但是智能算法的数学理论基础相对薄弱,缺乏普遍意义的理论性分析,对具体问题和应用环境的依赖性比较大。因此,有的学者也在尝试一些其他的非常规算法。
模糊优化理论源于由Bellman和Zadeh提出的模糊决策模型[22],它应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化。文献[14]构造了多目标、多约束的模糊优化数学模型,并将多目标优化问题转化为目标函数、约束条件和设计变量获得最大隶属度的模糊优化问题,优化结果表明轴承承载能力和工作状态较佳。
若优化设计中模型的变量和约束较少时可采用复合型法,这种方法通过选取单纯形的顶点并比较各顶点处目标函数值的大小来搜索优化解的方向,对目标函数和约束没有特殊要求。文献[7]利用随机方向搜索法、复合型法、混合罚函数法编制了轴承优化设计的通用程序,并针对通用优化算法的弱点,提出了相应的改进措施。
文献[15]考虑到设计变量和参数的随机性及约束中含有的概率约束,采用了概率化优化设计模型中的均值模型(E模型)。文献[17]提出了一种基于折衷规划的多目标优化方法,能够对多个相互矛盾的目标函数进行折衷优化。
2 曲轴的优化设计
2.1 曲轴模型的建立
文献[23]详细介绍了常用的三种曲轴建模模型,即1/4或1/2曲拐模型、单个曲拐模型和整体曲轴模型。曲轴的优化设计一般采用后两种模型,如文献[24]建立的是单个曲拐模型,文献[25,26,27,28,29]采用了整体曲轴模型。有学者将曲轴简化为连续梁模型,但这种简化有很大的局限性,无法反映出曲柄臂和轴颈之间过渡圆角的受力情况。近年来随着分析软件之间可交流性的提高,在建模及进行受力分析时越来越趋向于采用整体曲轴模型,如文献[25,27,28,31]以实体为依据利用Pro/E软件建立三维实体模型。文献[31]还利用Pro/E软件的零件装配功能将建立的零件模型装配成各种组件,建立了曲柄连杆机构的多刚体动力学模型。文献[32]则采用SolidWorks软件建立零件的三维模型。
2.2 数学模型的建立
a.优化目标。曲轴的作用是承受载荷、输出功率,且曲轴的尺寸参数在很大程度上影响着内燃机的整体尺寸和质量,追求曲轴的轻质量、高强度是曲轴优化的最终目标。文献[30]以曲轴质量最轻为优化目标。曲柄臂与轴颈之间的过渡圆角是应力集中最严重的地方,是曲轴强度最薄弱的环节,所以许多学者在进行曲轴强度优化的时候都将过渡圆角处最大应力的最小值作为优化目标(如文献[26,27,29,33])。文献[24]则以连杆轴颈圆角疲劳安全系数为优化目标。
b.设计变量。目前曲轴的优化设计普遍选择曲轴质量的优化和曲轴强度的优化。曲轴的质量取决于曲轴材料和曲轴整体体积,所以曲轴质量的优化一般以轴颈的直径和长度、曲柄臂厚度为设计变量,文献[30]将材料也作为设计变量,研究不同材料对曲轴质量的影响。曲轴轴颈与曲柄臂之间过渡圆角的应力集中是影响曲轴强度的重要因素,许多学者就如何选择合适的过渡圆角进行了研究。文献[33]以过渡圆角的圆弧半径为设计变量,研究了应力随过渡圆角半径变化的趋势,并且考虑到过渡圆角的增大与轴承轴瓦承压面积之间存在的矛盾,尝试采用不同的椭圆形过渡曲线。内燃机增压中冷技术的普遍利用对曲轴承受载荷能力提出了更高的要求,为了降低过渡圆角处应力集中效应,通常采取增大曲轴某些设计尺寸、增加曲轴重叠度及开设卸载槽等措施。文献[25]即取曲柄宽度、曲轴轴颈直径以及卸载槽的尺寸参数为设计变量,将每个因素取相应的水平形成正交表,对曲轴进行分析优化。文献[29]以过渡圆角处圆弧半径和沉割槽开档为设计变量。
c.边界条件。曲轴分析的边界条件主要为力学边界条件和位移边界条件。
力学边界条件一般按理想情况处理,即假设载荷沿轴颈方向按二次抛物线规律分布,沿轴颈圆周方向120°角范围内按余弦规律分布。曲轴上的作用载荷非常复杂,在施加载荷的时候一般要作简化处理,文献[24]仅考虑曲柄平面上的弯曲载荷、径向力和旋转惯性力。文献[25]认为当曲轴转速不高时扭转疲劳对曲轴圆角应力的影响很小,所以在计算时只考虑弯曲载荷。
位移边界条件通常是限制两端主轴颈中央截面的中点和端面上四个位置自由度[23],文献[24]将主轴承座两端面进行全约束。有的文献(如[26,27])考虑到内燃机的振动,约束功率输出端轴颈端面的自由度,将主轴承对曲轴的支撑视为弹性支撑。
2.3 曲轴优化设计的求解
曲轴优化设计的分析计算中,应用最多的是有限元方法,其基本思路是通过改变设计变量,研究不同设计变量下曲轴的强度等问题[24,25,26,27,31]。曲轴优化设计的求解方法种类很多,在数学上称为数学规划,包括线性规划和非线性规划[33]。为了便于优化计算,目前国内外许多常用的有限元分析软件都将优化计算方法编入程序(包括一维优化程序和多维优化程序),形成独立模块,设计者在进行曲轴优化设计时可以直接调用,这不仅非常方便,而且大大缩短了设计周期。但是各种优化计算方法在收敛速度、计算可靠性、计算机存储量和运算的函数维数等方面是不同的。设计者进行优化设计时应当充分了解这些优化方法计算特点,针对具体模型的目标函数和约束方程,选择合适的优化计算方法和程序。文献[25]运用Ansys软件中的APDL语言编写疲劳分析程序,计算出27个优化模型的有限元节点上的平均有效应力和有效应力幅,据此计算出疲劳安全系数;曲轴在工作过程中受到周期载荷的作用,有可能在内燃机工作转速内发生强烈的共振,动应力急剧增加,致使曲轴过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳的破坏[26],所以静力学计算不能完全满足设计的要求,基于此文献[26,27]对整体曲轴进行模态分析(动态分析),准确地确定了曲轴的固有频率以及振型节点的位置。Petri网具有很好的动态模拟系统特点,文献[30]将Petri网应用到曲轴优化设计过程中,将4台工作站组成局部网络,利用网络优势实现数据共享和数据交换,方便地模拟了设计过程中的各种关系和数据状态。连续二次规划法(NLPQL)在求解有约束非线性数学规划问题时,具有稳定、收敛快、易得到全局最优解等特点。文献[34]应用多种软件将有限元、结构优化和计算机辅助设计集成,设计了曲轴结构尺寸优化软件集成系统,并采用NLPQL计算,实现了整个优化过程的自动寻优。文献[35]还尝试采用复合型法进行曲轴优化设计。
3 讨论与展望
近年来,在研究者们的不懈努力下,内燃机曲轴轴承和曲轴的优化设计研究取得了较多的成果。然而,结合内燃机工作的实际情况,仍存在需要进一步深入探讨的问题。
在内燃机中,曲轴轴承和曲轴是作为一个系统存在的,它们之间产生的各种机械行为有不可分割的直接相互作用和相互影响,内燃机工作可靠性、耐久性、摩擦功耗和振动噪声等性能都与曲轴-轴承系统有着直接的密切关系。但是,目前进行的曲轴轴承和曲轴的优化设计研究没有考虑曲轴轴承和曲轴之间存在的相互作用和相互影响(如从曲轴强度与从轴承摩擦学出发确定轴颈直径时,以及从轴承摩擦学与从曲轴动力学出发确定轴承间隙时的要求都是相互矛盾的等等),所做的工作都是只以曲轴轴承或曲轴单个零件为对象进行的优化设计。作为一个系统,曲轴-轴承系统的优化设计若只局限在其某单一零件内进行,结果只能是曲轴-轴承系统优化设计的局部最优解,只有将曲轴和轴承作为一个有机的整体进行优化设计才可以实现曲轴-轴承系统的整体优化。
曲轴-轴承系统的优化设计属于多学科综合优化设计,是提高内燃机性能与设计水平面临的一个重要课题,它涉及到摩擦学、动力学和弹性力学等多学科的耦合分析。另外,内燃机曲轴-轴承系统多学科综合优化设计的研究,可以直接推广到求解一般机械中的直轴-轴承系统多学科优化设计问题,因此具有重要的普遍意义。
内燃机曲轴-轴承系统多学科综合优化设计问题是典型的复杂机械系统多学科优化设计问题,它表现为多目标多约束多设计参数优化问题,且各个子目标函数之间存在着相互矛盾的关系,目标函数和约束条件大多隐含在一组偏微分方程组中,无法用解析式表达。这些特点决定了曲轴-轴承系统多学科综合优化设计问题的复杂性,给数学模型的建立和求解带来很大困难,特别是求得全局最优解难度更大,而且在进行求解时的计算规模浩大,是一个极具挑战性问题。多学科优化设计理论和求解方法的发展[36,37]与计算机硬件水平的飞速提高为多学科优化提供了可行性,同时曲轴-轴承系统的多学科优化设计的探索必然会进一步推动多学科优化设计理论和求解方法的发展。
4 结束语
曲轴轴承和曲轴的优化设计是现代内燃机设计不可缺少的一部分,这方面的研究已经在工程实际中得到了开展,设计者根据实际出现的问题,将其转化为数学模型,通过对目标函数的求解,得到所需的设计参数,取得了良好的效果。
出口曲轴的运输包装设计 篇3
【关键词】曲轴包装 出口包装 包装设计
随着中国经济的快速发展以及经济全球化的不断深入，我国机电产品的出口一直保持着快速的增长势头，特别是大型机电产品的出口越来越多。曲轴作为一种常见的机电产品，在汽车发动机、冶金、船舶等方面有着广泛的应用。但是曲轴的运输包装设计目前还没有一个统一的标准，特别是产品出口到海外市场，就更要有规范化、合理化的运输包装设计流程[1]。
1 包装流通环境
曲轴由中冶陕压重工设备有限公司陕西省富平县分公司生产，经公路运输由天津港发往比利时安特卫普港口（Antwerp Port）。
2 包装结构设计
2.1 包装箱型的选择
曲轴长为3004mm，宽为625mm，高为870mm，质量为5934kg，材质为34NiCrMo145，属于较大吨位的机电产品。考虑到产品自身特性及运输特点，外包装容器应选胶合板封闭式框架木箱，其内尺寸为：L×B×H=3190mm×890mm×1060mm，具体如图所示。
2.2 木箱各构件尺寸的确定
（1）底座。查国标GB/T 7284-1998，滑木截面尺寸120mm×120mm，垫木（辅助滑木）截面尺寸40mm×90mm，端木截面尺寸100mm×100mm，底板厚度为21mm。考虑到滑木离地面太低，现场不容易吊装，将垫木（辅助滑木）截面尺寸改为90mm×90mm。假定曲轴底部离木箱底板的距离为9mm，则枕木的厚度为300mm，故可选用4根截面尺寸为150mm×150mm的枕木。
（2）侧面结构。胶合板封闭式框架木箱为2.A型框架木箱，侧面框架结构均无斜撑，并且当箱的内高<1500mm时，无需平撑。查阅相关标准[2]，立柱、辅助立柱、上框木、下框木的截面尺寸均为40mm×90mm，侧面胶合板板厚度选用12mm，梁撑的截面尺寸：b×h=30mm×90mm。
（3）端面结构。端面的框架形式与侧面相同，各构件的截面尺寸也相同，均为40mm×90mm。侧面胶合板厚度选用12mm。
（4）顶盖。横梁的中心间隔原则上60cm以下，因箱的内长为3190mm，选用6根横梁即可。但是本设计侧立柱的中心间隔约为1060mm，横梁的中心间隔改为530mm，则需要7根横梁，其中包括2根贴着端面上框木的端梁。查表可知横梁的截面尺寸为：45mm×90mm。
（5）曲轴的固定。为了使曲轴牢牢地固定在底座上而不发生上下窜动，需要在曲轴上表面上压杠，压杠的截面尺寸为：90mm×120mm。另外为了限制曲轴在箱宽方向的自由度，需在枕木上上挡块，挡块的截面尺寸为：150mm×150mm。
（6）木箱的外尺寸。木箱的外尺寸为：L×B×H=3300m
m×1074mm×1300mm。
（7）体积计算。木箱各构件的体积如表所示。表中体积为净体积，使用体积还要考虑损耗率，应将净体积乘系数1.2-1.25[3]。
3 防护包装设计
防护包装包括防锈包装、防潮包装、防水包装和防震包装，在这里不一一详述。
4 填写装箱清单并确定运输标志
产品封箱前，必须在箱内附上一份装箱清单，所以填写装箱清单是曲轴运输包装设计的一个重要组成部分。装箱清单包括装箱货物信息和包装尺寸信息，既关系到现场点件入库、产品包装装箱及现场安装找件繁简程度，同时也关系到产品发货的完整程度。
另外，为了保证产品能安全地到达目的地，需要在包装箱两侧面用黑色油漆喷涂上各种包装标志，如“禁止叉车”、“向上”、“怕潮”、“由此吊起”、“重心”等标志。为了便于对货物和单据进行核对，提高工作效率，节省时间和费用，还要在包装箱侧面明显位置喷印产品发货唛头：产品名称、收货地址、货物名称、包装规格、生产厂家等[4]。
结语
曲轴的运输包装设计不仅要保护曲轴在运输过程中不发生磕碰、破损和锈蚀，使其能完好地送达用户手中，还要考虑包装成本的最小化，所以一个优秀的包装设计人员应使运输包装设计的安全性和产品的包装成本达到一个动态的平衡。产品运到用户手中后，买方给出的包装破损反馈为设计人员的持续改进提供了方向，设计人员要善于总结并发现原运输包装设计中的不足之处，并在以后的设计中进行优化。
参考文献
[1]陈满儒，李双渔，陈游生.出口电梯的运输包装设计[J].包装工程，2003，24（1）：67-70.
[2] GB/T 7284-1998，框架木箱[S].
[3]彭国勋.物流运输包装设计[M].北京：印刷工业出版社，2008.
发动机曲轴连杆实习报告 篇4
结构特点： 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数（直列式发动机）；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。
全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。
非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。
曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有（或紧固有）平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。
曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，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档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
曲轴的形状和曲拐相对位置（即曲拐的布置）取决于气缸数、气缸排列和发动机的发
火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示，称为发火间隔角。四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，其转角为720，在曲轴转角720内发动机的每个气缸应该点火作功一次。且点火间隔角是均匀的，因此四行程发动机的点火间隔角为720/i，（i为气缸数目），即曲轴每转720/i，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。
曲轴毕业设计论文 篇5
科目：汽车发动机构造与维修 教学课题：发动机曲轴装配 实训教学目标：
1.使学生熟悉曲轴与其他部件的装配关系和曲轴的运动情况。2.要求学生学会对安装好的曲轴进行检测与分析。3.对曲轴在装配过程中需要注意的事项要求掌握。
教学重点：
1.曲轴的装配方法。
2.曲轴的检测、测量与分析。
教学难点：曲轴的检测、测量与分析 教学课时：两课时 课
型：理实一体化 教学班级：12级汽修（1）班
教学时间：2013年10月29日 第三节课 教学地点：汽车原理与演示实训室 教学过程：
一、组织教学，清查人数。
二、旧知复习，导入实训。
1.说说图1中各数字代表的部件名称。
（1）曲轴（2）止推轴承
（3）轴承（4）轴承盖
2.说说曲轴的主要作用。
图它将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，并在作功行程中，连续承受活塞连杆组传来的力，即周期变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力并输出转矩。太古神王净无痕小说http:/// 3.说说图2中曲轴各部分的名称。
（1）飞轮（2）曲拐
（3）曲轴正时齿轮
（4）曲轴连杆轴颈（5）曲轴主轴颈
三、实训目的及要求。
图2
1.熟悉曲轴飞轮组的装配关系和运动情况。2.掌握曲轴的装配方法、步骤。3.掌握曲轴组装配要点。
4.学会对曲轴进行检测、测量与分析。
四、实训仪器设备
1.丰田5A发动机一台 2.扭力扳手一个 3.铜棒一个 4.磁力百分表一只 5.千分尺一把 6.V型铁块两个 7.常用工具一套
五、实训内容与操作步骤
（一）曲轴的清洁检查
1.清洁曲轴颈、轴瓦结合部，检查疏通油道。
2.检查轴颈的磨损情况，有无出现线条状、金属剥落和裂纹。3.清洁轴瓦，检查轴瓦的磨损情况，有无出现金属剥落、定位唇损伤及横向裂纹。我是一只妖银瞳的狐狸http:///shuhuangla_5350/
（二）安装曲轴
（1）将清洗和擦拭干净的曲轴、飞轮、轴承盖等零件依次摆放整齐，准备装配。
（2）将有油槽的上轴瓦装入发动机缸体，使轴承上的油槽与缸体上轴承座上的油道口对正。注意上下轴承不能装反，然后将各道轴承涂上少许润滑油。
（3）将曲轴安装在缸体上。在第3道主轴颈两侧安装半圆止推片，其开口必须朝向曲轴后端，定位半圆止推片装于轴承盖上；从中间轴承盖向左右对称紧固螺栓。
（4）按轴承盖上打印的1、2、3、4、5标记，由前向后顺序安装轴承盖。注意：安装曲轴时应注意装配顺序，安装曲轴主轴承盖时，应先旋紧第2、4轴承盖螺栓，再旋紧1、3、5轴承盖螺栓，即曲轴主轴承盖螺栓应由中间向两边交叉对称分三次拧紧。曲轴主轴承盖螺栓最后紧固力矩为65N·m。轴承盖紧固后，曲轴转动应平滑自如。
（5）安装曲轴前后油封和油封座，安装飞轮和滚针轴承。变速器输入端外端的滚针轴承安装是标记朝外，外端距曲轴曲轴后端面1.5mm。
注意：安装飞轮时，齿圈上的标记与1缸连杆轴颈在同一个方向上。曲轴前后密封法兰紧固力矩M8为20N·m，M10为10N·m。曲轴后端滚针轴承应低于曲轴后端面1.5mm。飞轮紧固螺栓按对角线，分2～3次旋紧，拧紧力矩为75N·m。
（6）检验曲轴的轴向间隙。检验时，先用撬棍将曲轴撬挤向一端，再用厚薄规在止推轴承处测量曲柄与止推垫片之间的间隙。新装配时间隙值为0.07-0.17mm，磨损极限为0.25mm。如曲轴轴向间隙过大，应更换止推轴承。
（三）曲轴的检测 1.曲轴的损伤
◆曲轴是发动机中形状和受力都很复杂的重要零件之一。
◆曲轴耗损的形式主要有轴颈的磨损、弯曲与扭曲变形、断裂及其他部位的损伤等。曲轴的弯曲变形会加剧活塞连杆组、汽缸、曲轴轴颈和轴承的磨损，甚至会使曲轴出现裂纹或断裂。
◆曲轴的弯曲变形是使用或修理不当造成的。如发动机的爆震和超负荷，个别汽缸不工作或工作不均衡，各道主轴承松紧度不一致，主轴承座孔同轴度偏差增大等原因，都会导致曲轴的弯曲变形。
2.曲轴的检测内容（1）曲轴的轴向间隙
◆间隙值为：0.05～0.20mm 操作方法如图3所示。图3
（2）曲轴的圆度值和圆柱度值测量
◆测量4个值进行计算（计算方法与 气缸测量相同）
◆圆度和圆柱度值为：≤0.025mm ◆2个方向:径向、轴向
操作方法如图4所示。
（3）曲轴的径向跳动量测量
图4
◆径向动量为： 0.020～0.051 mm 操作方法如图5所示。
六、学生分组实训，教师巡回指导，学生完成任务工单。
七、实训小结。
图5
八、布置实训作业。
柴油发动机曲轴加工专用夹具设计 篇6
1 柴油发动机曲轴零件分析
如图1所示为某一柴油发动机曲轴零件简图。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180O。曲轴的主要加工表面有:主轴颈、连杆轴颈及法兰盘端等。该零件生产纲领是20 000件, 毛坯采用模锻件。其锻造工艺为:将坯料加热至1 180℃～1240℃, 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207～241HBS。
2 柴油发动机曲轴零件加工工艺路线说明
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[2]。本文所述零件结合机械加工工序的安排原则、热处理工序的安排原则以及辅助工序的安排原则, 确定零件加工工序为31个。本文拟针对工序7, 即铣定位面E (如图2所示) 进行专用夹具设计。在本道工序加工时, 第一、二、三、四、五主轴颈都进行了粗磨加工, 而且E端面是以后连杆轴颈加工工序的加工基准。
3 柴油发动机曲轴零件铣定位面E夹具设计方案
3.1 选择定位基准, 并确定工件的定位方式及定位元件的结构
由图2可知, 定位面E的加工基准是第五主轴颈的轴线。为了使定位误差为零, 应该选择以V形块定位的定心夹具。采用硬质合金端铣刀, 直径100 mm, z=5。为了简便实用, 准备采用方头螺钉进行夹紧。
3.2 确定工件的夹紧方式, 选择合适的夹紧机构
按照夹紧的基本原则, 确定工件以2个V形块定位, 限制了y向的移动, z向的移动, y向的转动, z向的转动, 然后用压板夹紧, 夹紧机构用方头螺钉。其定位夹紧方式简图见图3。
3.3 确定刀具的对刀、导向方式, 选择对刀、导向元件
对刀块是用来确定夹具与刀具相对位置的元件。对刀时, 不允许铣刀与对刀块的工作表面直接接触, 而是通过塞尺来确定刀具的位置, 以免划伤对刀块的工作表面。常用的塞尺有:厚度为1 mm、3 mm、5 mm的平面塞尺和工作直径为3 mm、5 mm的圆柱塞尺两类。其公差均按h6制造[3]。在本夹具设计中选择H=5 mm的对刀平塞尺。在夹具总装图上, 对刀块的位置应根据定位面来确定, 并需按工件加工精度要求制定对刀块工作面的坐标尺寸、公差和位置精度要求。在本夹具设计中选择直角对刀块。
3.4 确定铣床夹具与机床间的正确位置
铣床夹具与机床间的正确位置是靠夹具体底板底平面上的两个定位键与机床工作台上的T形槽配合确定的。常用的定位键为矩形断面结构。定位键用螺钉 (GB65/T-2000) 联结在夹具体底面的一条纵向槽中, 一个夹具需要配置两个定位键。铣床夹具在机床工作台导航定位后, 需要用T形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床夹紧。因此, 铣床夹具的夹具体上需要设计座耳。
4 夹具的定位精度分析
4.1 确定的定位对刀方案
为了保证E面与轴心线的平行度要求, 夹具体底面应与V形块标准心棒Φ86 mm的轴线平行, 其平行度公差取0.02/100mm。对刀块位置尺寸为1.50+0.1mm。试分析该定位方案能否满足加工要求。
4.2 误差分析与计算
尺寸45 mm不是主要尺寸, 精度不作要求, 故不必进行分析。现只分析影响E面位置尺寸58±0.1 mm的各种误差。
(1) 因工件在夹具中定位不准确, 使工件的原始基准偏离规定位置而产生的工件定位误差:
(2) 因夹具的安装而偏离了规定位置, 从而使原始基准发生移动而在工序尺寸方向上产生的偏差夹具的安装误差△a。由于第八侧板宽度为30 mm, 故安装误差:
(3) 因刀具相对于夹具位置不准确, 或刀具与导向、对刀元件之间的配合间隙引起的导向或对刀误差△t。该项误差又称为刀具调整误差。由于夹具的类型不同, △t也有不同的特点。对于铣夹具, 由于铣刀对定位件间的位置是参考对刀块调整获得的, 所以对刀块至定位件间的尺寸公差可按经济加工精度给定, 一般为0.06～0.10 mm, 这里取△t=0.08 mm。
(4) 因机床精度、刀具制造精度和磨损、加工调整、加工变形等因素引起的与加工方法有关的加工方法误差△g。取△g=0.06。
4.3 误差分析
为了使夹具能加工出合格的工件, 上述各项误差的总和应不超过工序尺寸的公差△k, 即△d·w+△a+△t+△g≤△k
由于△d·w+△a+△t+△g=0.038 2+0.006+0.08+0.06=0.184 2 mm, 现E面位置尺寸公差为0.2 mm。
通过以上误差分析说明, 这个定位方案是可行的。
5 结语
柴油发动机曲轴加工工艺复杂, 专用夹具设计成为必要。本文针对柴油发动机曲轴加工过程中铣削曲轴某一定位面这一加工工序进行了专用夹具方案设计, 并进行夹具定位精度分析, 为柴油发动机曲轴加工专用夹具设计提供参考, 具有一定的实际意义。
摘要：结合柴油发动机曲轴加工工艺要求和工艺路线, 针对铣削曲轴某一定位面这一加工工序, 进行专用夹具设计方案分析, 包括工件的定位方式及定位元件的结构分析、夹紧机构选择、对刀与导向元件选择等, 并进行夹具定位精度分析。通过夹具定位精度分析可知, 该夹具定位方案是可行的。
关键词：柴油发动机,曲轴,专用夹具
参考文献
[1]蔡安江.机械工程生产实习[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[2]王信义.机械制造工艺学[M].北京:北京理工大学出版社, 1990.
发动机曲轴加工工艺分析 篇7
关键词：曲轴;加工工艺;发动机
引言
现阶段，随着发动机性能的不断提升，曲轴作为重要零件，对其质量要求也越来越严格，曲轴的结构参数、加工工艺等都会对整个发动机的可靠性和寿命产生严重的影响。但是因曲轴在工作时处于较为恶劣的环境条件中，其每一环节的加工质量无法达到设计要求，都会影响曲轴的工作质量和使用寿命。由此可见，不断加强曲轴加工工艺的研究，对促进企业发展有着重要的意义。
1. 发动机曲轴加工工艺的介绍
1.1 曲轴加工工艺的发展现状
曲轴是发动机得以正常运转的心脏，并且是一种柔性细长轴件，其加工工艺的重点和难点之处在于曲轴的主轴颈及连杆颈等部位的加工上，加工过程中主要有四大工序，分别是粗加工、半精加工、精加工以及磨削，在这四大工序中，前两项工序具有较大的发展空间。而且随着曲轴加工工艺的发展，21世纪以后，曲轴在制造工艺、刀具等多个方面都发生了较大的变化，多刀车削工艺以及手工磨削工艺逐渐占据了重要位置，但是因其加工精度低、柔性较差、自动化程度低等诸多不足而逐渐被淘汰。
而国外在曲轴加工方面展现出良好的发展前景，主要是将曲轴车削工艺与车拉工艺相互结合在一起，具有较高的生产效率，同时还具备精度高、自动化程度高、柔性好等优点。此外，曲轴进行加工之后，可以直接略过粗磨工序进入到精磨工序中。该种加工方式逐渐成为一种流行工艺。
之后出现的新型CNC高速曲轴外铣机床，使得曲轴的粗加工工艺又向前迈进了一步。它存在切削速度快、时间短、工件温度低、刀具寿命高、加工精度高、柔性好等诸多优势，因此车拉及CNC高速曲轴外铣将会成为曲轴粗加工的重要主导方向之一。
1.2 曲轴机械加工工艺特点
一方面，產品选用锻钢，材质选用高淬透性合金钢通过调质及表面感应淬火处理后，获得有较高的硬度、韧性等较好的综合机械性能。
一方面，由于零件的刚性差，同时结合曲轴的加工难点即主轴颈及连杆颈;在对曲轴进行加工的过程中需要严格按照先粗后精的顺序，从而保证加工的精度要求。
一方面，产品精度要求高，轴颈是曲轴的装配基准，要求精度达到IT4 ～ IT7级，表面精度要求达到Ra0.2以下，需要高精度磨床及超精机加工保证。
2. 主轴加工工艺的分析
2.1 选择基准
在对基准进行选择时，需要做到以下几个方面的统一。首先，设计基准与加工基准两者之间的统一;其次，在四大加工工序之中，需要做到基准的统一，尤其是对精加工工序的基准统一要求更为严格。而且在加工工序中，粗加工及半精加工的基准选择的是两端的中心孔，而精加工选择两端中心孔外还要使用第一连杆颈进行角度确认。
2.2 轴颈的加工
轴颈加工时，主轴颈加工以车削方式为主，并且需要在强度较大的车车拉数控车床上进行。在对主轴颈进行车削的过程中，需要先对大小头轴颈进行加工，然后才能对其定位。在安装曲轴时，一端用卡盘夹紧另一端用顶尖顶住，主轴颈车削时需要采用硬质合金刀具。但由于轴颈的切削量较大，且每一部分的余量不相同，加之旋转过程中的不平衡会产生较强的冲击力。因此，为了保证轴颈加工的质量，需要将工件牢固夹住。
当完成主轴颈以及其它外圆的车削工序之后，加工连杆轴颈时要以主轴颈及中心孔作为基准，并采用曲轴加工专用夹具。使用CBN高速外铣机床，夹紧定位方式与车主轴颈相同。但上料后需确定第一连杆位置，随动铣削加工，这样既能保证曲轴加工精度又能保证设备的柔性。
2.3 曲轴工艺的检测
在对曲轴进行加工的过程中，曲轴的检测工序是一道极为重要的工序，在各个工序之中，关键部位都会设有自动测量以及自动补偿等装置，来弥补加工过程中存在的不足。例如在精磨工序中，检测工序可以实现在线检测，实施闭环控制，从而完成曲轴的整个检测过程。而且，还有动平衡试验及磁粉探伤等两项检测工序，来实现对动平衡以及曲轴表面质量性能等的检测。此外，在曲轴检测工序中有四道独立的检测工序，分别是毛坯检查，主要是对毛坯的尺寸、机械性能以及各种化学成分等进行检测;第二和第三道工序是中间检测，即利用曲轴综合测量机，对经过粗加工和精加工的曲轴尺寸进行检测;而最后一道工序则是对成品的检测，主要是根据各个零件的设计和加工要求，对曲轴各个零件存在的误差是否在合理范围内进行检测，同时检测其加工的质量是否存在问题。
3. 总结
曲轴作为发动机中的重要零件，能够对发动机的使用寿命和质量等方面产生严重的影响。而传统的曲轴加工工艺因存在加工精度低、柔性较差、自动化程度低等诸多缺陷而逐渐被新型车车拉、CNC高速曲轴外铣所代替，并对曲轴加工中的关键技术要点进行了深入探究，这对于延长发动机使用寿命，促进企业的发展至关重要。
参考文献：
[1] 陈世通.发动机曲轴加工工艺分析[J].企业科技与发展，2012，19（14）：69–71.
[2] 唐熊辉，李晓晖，朱玉泉等.高压水泵曲轴的加工工艺设计与分析[J].机床与液压，2012，40（8）：88–90..
曲轴毕业设计论文 篇8
【关键词】数控系统；曲轴；磨削
1.曲轴数控磨削工艺
曲轴是发动机的核心零件，曲轴连杆轴颈在发动机中会直接承受各种复杂的交变载荷，轴颈与轴瓦间长期处于高速相对运动状态，因此对连杆颈的制造有非常严格的要求，包括它的形状、位置精度以及表面粗糙度。
1.1曲轴的加工工艺和材料
一般曲轴在运转时主要受交变的扭矩和弯矩载荷的影响，这就必须要求曲轴必须具备足够的强度和刚度以及高精度才能够承受荷载！综上所述，曲轴的加工方法以及必要地提高加工精度则显得尤为重要！一般地，球墨铸铁和调质钢以及非调质钢是曲轴常用的材料！首先制造业的发展需要考虑成本因素，因此，一般用球墨铸铁，由于球墨铸铁的力学性能接近调质钢，性能也比较好，并且成本只有调质钢的1/3左右，在工业中得到广泛使用。根据统计资料来看，车用发动机的曲轴一般用球墨和铸铁材料所占的百分比来合成，例如美国为90%，英国为85%，日本为60%。在我国的汽油机曲轴中，和国外不同的是我国一般采用球墨铸铁来进行制造，国内采用的材料牌号主要有：qt700-2、qt800-6、qt900-6、等温淬火球墨铸铁等。在柴油机曲轴的制造中，通常采用调质钢或者非调质钢来进行制造，其中调质钢通钢所用的材料主要有：40cr和42crmo等；非调质钢通常所用的材料主要有：48mnv、38mnv6等。
1.2曲轴磨削的工艺要求
国内磨削工艺一般分为粗磨和精磨，磨削工艺主要兼顾两个问题，第一点是如何保证曲轴质量，第二点则是要有利于消除或减少磨削裂纹！
1.2.1曲轴磨削的工艺精度要求
在设备加工中，曲轴磨削的工艺精度要求极高，这不仅仅只是为了考虑误差因素，更多的是工业发展中对技术的一种认可！在机床的加工生产中，对工件的精度有非常严格的要求，比如长度超过6m以及重量超过5t的工件，主轴颈和脸干精度则必须要达到Ra=0.4～0.6μm，主轴颈、连杆颈直径公差必须控制在0.008mm，并且它们的直线度要控制在0.01/200mm；而对于连杆颈分度±15′的技术要求是在加工不同角度和不同偏心量的连杆颈磨削的大型曲轴磨床时，精度必须更加准确才能合格！
1.2.2曲轴磨削的质量指标及理论公式
曲轴磨削的质量指标主要包括磨削粗糙度、磨削力以及砂轮损耗等因素；
磨削力的主要特征及计算
如图所示，对于砂轮来说，虽然单个磨粒的切削厚度比较小，但是砂轮是整体运转，大部分的磨粒同时与被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦的话，并且在机械加工中磨粒的工作角度有时候不会特别合理，这就使得磨削力的总量值变得非常大；所以在测量和计算中，一般会把总磨削力进行分解，分别是三个相互垂直轴向（F）x、径向（Fy）和切向（Fz）磨削力；根据图1可以分析磨削力主要包括以下几种特征：
1.根据计算，径向磨削力F应该最大。原因是磨粒的刀棱主要是以负前角来进行工作，并且在刀棱钝化了以后，棱面变小，而与磨粒与工件的实际接触面积增大了，使得径向磨削力Fy增大，通常径向磨削力Fy=（1.6～3.2）Fz。
2.轴向磨削力Fx在磨削力计算中一般很小，所以可以忽略不计。
3.不同的磨削阶段磨削力一般会发生变化；首先在初磨阶段，磨削力的变化幅度较大，一般由小变大；其次进入稳定阶段以后，磨削力比较稳定，主要原因是工艺系统的弹性变形达到了一定程度；最后，达到光磨阶段后，实际磨削深度基本为零，此时的磨削力渐渐变得很小。
1.2.3关于曲轴磨削粗糙度在实际生产中的影响因素
在实际生产中，关于曲轴磨削粗糙度在实际生产中的影响因素主要包括几何因素、物理因素以及工艺系统振动！
1.3曲轴数控磨削的加工流程
曲轴数控磨削的加工流程在现代工业技术中并不繁琐，主要融入了很多现代先进的设计和工艺技术，使得加工精度得到完善，加工效率得到提高！
曲轴制造工艺的进展一般包括球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术（熔炼和造型）、钢曲轴毛坯的锻造技术以及机械加工技术等！
2.曲轴的数控加工技术
曲轴是汽车等发动机中最重要而且是承受负荷最复杂的零件，鉴于曲轴的复杂性和重要性，对曲轴的数控加工技术的研究显得尤为重要！
2.1曲轴的特征分析
曲轴的作用是把活塞的往复运动转化为旋转运动，输出发动机的功率。主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端是曲轴的主要结构特征；而曲轴对机械加工要求较高的部分主要是主轴颈和连杆颈，主轴颈的作用是为了保证曲轴始终工作在同一轴线上，并且在主轴承上转动灵活，使摩擦尽可能减小；连杆颈的主要作用是连接连杆（连杆颈处载荷较大，对其强度和刚度要求高）。
2.2曲轴加工技术及其特点
曲轴加工技术主要包括四点，分别是曲轴车削技术、曲轴铣削技术、曲轴车—车拉技术以及车—车拉曲轴加工技术；车—车拉曲轴加工技术是将以前曲轴铣削、车—拉和计算机数控技术融于一体而产生的，它代表着当今曲轴加工的最新技术水平！
2.3曲轴NC加工实现
曲轴NC加工的实现需要一系列繁琐的数控程序和过程，主要步骤是（以Pro/Engineer集成软件为例）。
结束语
本文主要对数控系统曲轴磨削加工技术做了初步的分析研究；通过对曲轴磨削技术的论述，来研究基于磨削技术在加工中的重要作用。首先在分析国内曲轴磨削工艺的基础上，结合我国机械制造当前的生产条件，对曲轴数控磨削工艺的流程以及要求进行分析，以此来阐述实际生产过程中该工艺的各项影响因素；通过对曲轴数控磨削技术进行侧重论述，来体现数控磨削作为磨削技术的主要发展方向之一的重要作用。数控技术可以提高磨削的自动化程度，实现高速高精度加工。对曲轴磨削技术的深入研究，有利于我国机械制造业的发展，对提高我国的磨削制造水平具有重要的意义！我国目前工业化发展迅速，现代化的设计工艺与技术也为当前磨削数控系统的智能化、高速高精度加工的发展提供了很多发展机遇，使得曲轴磨削数控加工技术在现代化的工业浪潮中得到不断完善，工业化进程也得到提高！
参考文献