目录
前言 (1)
1.汽油机的结构参数 (1)
1．1初始条件 (1)
1．2发动机类型 (1)
1.2.1冲程数的选择 (1)
1.2.2冷却方式 (1)
1.2.3气缸数与气缸布置方式 (1)
1．3基本参数 (1)
1.3.1行程缸径比S∕D的选择 (1)
1.3.2气缸工作容积V s，缸径D的选择 (1)
2．热力学计算 (2)
2.1热力循环基本参数的确定 (2)
2.2 P-V图的绘制 (2)
2.3 P-V图的调整 (3)
2.4 P-V图的校核 (4)
3.运动学计算 (4)
3.1曲柄连杆机构的类型 (4)
3.2连杆比的选择 (5)
3.3活塞运动规律 (5)
3.4连杆运动规律 (6)
4.动力学计算 (7)
4.1 质量转换 (7)
4.2作用在活塞上的力 (8)
5曲轴零件结构设计 (10)
5.1曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择 (10)
5.1.1曲轴的工作条件和设计要求 (10)
5.1.2曲轴的结构型式 (11)
5.1.3曲轴的材料 (11)
5.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 (11)
5.2.1主要尺寸 (11)
5.2.2一些细节设计 (11)
6.曲轴强度的校核 (13)
6.1静强度计算 (13)
6.1.1连杆轴颈的计算 (13)
6.1.2 曲柄臂计算 (14)
6.2曲轴疲劳强度校核 (15)
6.2.1主轴颈的计算 (15)
6.2.2 曲柄臂计算 (15)
小结 (16)
参考文献 (18)
附录 (19)
1.6L 四冲程汽油机曲轴设计
前言
大四上学期我们学习了必修课程《汽车发动机设计》，紧接着要开始为期三周的课程设计。每个同学都有不同的设计题目，我们要根据自己的题目来查阅资料，结合所学知识，设计出合理的发动机部件。通过这次课程设计，要培养我们综合运用知识的能力，查阅工具书的能力以及运用计算机的能力。我的设计任务是1.6L 四冲程汽油机曲轴设计。
1.汽油机的结构参数
1．1初始条件
平均有效压力：
Mpa
p 2.1~8.0me =
活塞平均速度：V
m
＜18 m ∕s
1．2发动机类型
1.2.1冲程数的选择
四冲程。
1.2.2冷却方式
水冷。
1.2.3气缸数与气缸布置方式
直列式四缸机。
1．3基本参数
1.3.1行程缸径比S ∕D 的选择
初步选择行程缸径比为1.0。
1.3.2气缸工作容积V s ，缸径D 的选择
根据内燃机学的基本计算公式：
τ30n
i V p P s em e ???=
（公式1）
30n
S V m ?=
（公式2）
41000
2???=
S D V s π （公式3）
其中
em
p ——发动机的平均有效压力，依题取1.0MPa
s
V ——气缸的工作容积， 4*s V =1.8L
i ——发动机的气缸数目 ，依题为4
n ——发动机的转速
m
V ——活塞的平均速度，依题取15m/s
S ——发动机活塞的行程
D ——发动机气缸直径
τ——发动机的行程数，依题为4
根据以上的条件代入以上公式，并圆整得：
D=80mm ，S=80mm ，=15m /m V s ，
me P =1.0MPa ，n=5625 r/min ，=0.045s V L ，Pe=75kW
2．热力学计算
通常根据内燃机所用的燃料，混合气形成方式，缸内燃烧过程（加热方式）等特点，把汽油机实际循环近似看成等容加热循环。汽油机的工作过程包括进气、压缩、做功和排气四个过程。在本设计过程中，先确定热力循环基本参数然后重点针对压缩和膨胀过程进行计算，绘制P-V 图并校核。
2.1热力循环基本参数的确定
根据参考文献【内燃机学】压缩过程绝热指数1n =1.28～1.35，初步取1n =1.30 膨胀过程绝热指数2n =1.31～1.41，初步取2n =1.35
根据参考文献【内燃机学】汽油机压缩比8~12ε=，初取11. 根据参考文献【发动机设计】，初取p λ=7
2.2 P-V 图的绘制
通常情况下，压缩始点的压强在a P =（0.8～0.9）0p （P 0为当地大气压力值），假定外界0P =0.10MPa ，选定a p =0.09 MPa ，将压缩过程近似看作绝热过程，由1n =1.30，并利用PV n
=const ，可以在excel 中绘出压缩过程线。混合气体在气缸中压缩后，经等容加热，利
用λp 值可得最大爆发压力值。膨胀过程类似于压缩过程，由2n =1.35，绘出膨胀线。最后连接膨胀终点和压缩始点。得出理论的P-V 图1。简化的条件为：
假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。 假设工质是在闭口系统中作封闭循环。 假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。
假设燃烧过程为等容加热过程，工质放热为定容放热。
30.1a a V P =30
.1c
c V P （公式4） Pa=0.09Mpa, Vs=0.4L
/(1)0.045c s V V L ε=-=，Va=0.40L ，得Pc=1.80MPa =12.6z p c P P MPa λ=?
35
.135
.1b
b c
z V P V P = （公式5）
得Pb=0.56MPa
图1理论P-V 图
2.3 P-V 图的调整
实际的P-V 图和利用多变过程状态方程绘制的P-V 图还存在一些差别，主要是点火提前角和配气相位的原因。对1图作以下调整：
最大爆发压力： Z P 取理论水平的3/5，具体值为7.56，以此值与原图形相交，水平线以上的部分去掉，余下部分作些调整。考虑到实际过程与理论过程的差异，最大爆发压力发生在上止点之后12°～15°，选择最高爆发压力出现在上止点后12°。
点火提前角：据资料得常用的范围是20°～30°，经调整后取26°。 排气提前角：常使用的范围是40°～80°，经调整后取60°。
图2 调整后P-V 图
2.4 P-V 图的校核
由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图，其围成的面积表示的是汽油机所
做的指示功i W
，数值由对示功图积分后求得的面积来表示：
()
()??--??-??=c
va
z
b
V v x
x a a V V X X b b i dV V V P dV V V P W 30.130.135.135.1 （公式6）
其中： Pa=0.09MPa; Pb=0.56MPa;Vc= Vz=0.04L; Vb= Va =0.4L 将上述数值代入得：Wi=469J 则汽油机平均有效压力：
MPa V W p s
m
i me 996.0*==
η （公式7）
=81k 30me s e p V i n
P W τ
???=
（公式8）
与前面计算的结果大致一致，故上面选取的参数和以后的相关计算在满足制造的同时能够前后一致。
3.运动学计算
3.1曲柄连杆机构的类型
在往复活塞式内燃机中基本上采用三种曲柄连杆机构：中心曲柄连杆机构，偏心曲柄连杆机构和关节曲柄连杆机构。其中中心曲柄连杆机构应用最广泛。本次设计选择中心曲
柄连杆机构。
3.2连杆比的选择
据【发动机设计】知，1/31/5λ=～，车用发动机多用小连杆，初选1/4λ=。则连杆长度L=r/166λ=mm 。
3.3活塞运动规律
活塞位移：
()()?
??
???-+-=αλα2cos 14cos 1r X （公式9）
λ=1/4，r —为曲轴半径，r=40mm. 经计算后X-α图如下图4所示：
图4 X-α图
活塞速度：
?
??
??+=αλαω2sin 2sin r V （公式10）
,5421/min,0.04230n n r r m π
ω===
图5 V-α图 活塞加速度：
()αλαω2cos cos 2?+?=r a
图6 a-α图
3.4连杆运动规律
连杆式做复合平面运动，即其运动是由随活塞的往复运动以及绕活塞销的摆动合成。连杆相对于气缸中心的摆角：
()αλαsin arcsin = （公式11）
图7 连杆运动规律
4.动力学计算
4.1 质量转换
沿气缸轴线作直线运动的活塞组零件，可以按质量不变的原则简单相加，并集中在活
塞销中心。∑=pi p m
m
粗略计算，将活塞看做薄壁圆：
()[
]
H L D D m p 2
24--=
ρπ
（公式12）
其中D=83mm ，L 为活塞厚度L=8mm ，活塞材料为共晶铝合金：ρ=2.7g/cm3，H 为活塞高度H=（0.8~1.0）D=74.7mm 。得215p m g =
匀速旋转的曲拐质量，可以按产生离心力不变的原则换算，并集中在曲柄销的中心。
r
r m m i
i c
∑=
（公式13）
做平面运动的连杆组，根据动力学等效性的质量，质心和转动惯量守恒三原则进行质量换算。3个条件决定三个未知数，可用位于比较方便的位置上即连杆小头，大头和质心
处三个质量来代替连杆。实际结果表明m ·3
与m 2、m 1
相比很小，为简化受力分析，常用集中在连杆小头和大头的2个质量代替连杆
()L L L m m L 21-=
（公式14） L L m m L 2
2=
（公式15）
往复质量： 1
m m m p j += （公式16）
旋转质量： 2
m m m c Y += （公式17）
4.2作用在活塞上的力
作用在活塞销中心的力，是Fg 和Fj 的合力，Fg 为气体作用力，Fj 为往复惯性力。 （1）气体力
()
()
220 3.14830.10134
4
g D P P P F π-??-=
=
（公式18）
P —活塞顶上的压力，P O --活塞背压
根据气缸内压力与曲轴转角α的关系，应用EXCEL 求解相关数据（数据记录在附录中）作出下图8
图8 气体作用力图
（2）惯性力
往复惯性力：
Fj 在机构中的传递情况与Fg 很相似，Fj 也使机构受负荷，也产生转矩和倾覆力矩，由于Fj 对汽缸盖没有作用，所以它不能在机内自行抵消，是向外表现的力，需要由轴承承受。则由于活塞和连杆小头的往复运动而引起的往复惯性力Fj 的大小：Fj 和曲轴转角α满足下列关系式，即
()[]
αλαω2cos cos 380.02+?-=?-=r a m F j j （公式19）
应用EXCEL 求解相关数据（数据记录在附录中）作出下图9
图9 往复惯性力
（3）旋转惯性力
Fr=mrr ω2，当曲轴角速度不变时，Fr 大小不变，其方向总是沿着曲轴半径向外。如果不用结构措施（如平衡块）消除，它也是自由力，使曲轴轴承和内燃机承受支反力，它不产生转矩和倾覆力矩。在本次设计中，用平衡块结构措施消除，所以在计算中可以忽略它。
作用在活塞销中心的力，是Fj 和Fp 合力。即F= Fj+Fp 。把该力分解到连杆方向P2和垂直于气缸中心线方向P1。连杆方向的力P1沿连杆传递到连杆大头，该力以同样的方向和大小作用在曲柄销上。把P1分解到曲柄销半径方向k P 和垂直于曲柄销半径方向t P 。其中各力在大小上满足下列关系式：
侧压力βtan 1P P = （公式20）
连杆力
βcos 2P
P =
（公式21）
切向力
()()ββαβαcos sin sin 2+=+=P P P t （公式22） 径向力
()()ββαβαcos cos cos 2+=
+=P P P k （公式23）
图10 侧压力连杆力图
图11 切向力径向力图
5曲轴零件结构设计
5.1曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择
5.1.1曲轴的工作条件和设计要求
曲轴是在不断周期性的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩（扭转和弯曲）共同作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。对于各种曲轴，弯曲载荷具有决定性意义，而扭转载荷仅占次要地位，曲轴破坏统计表明，80％左右是由弯曲疲劳产生的。因此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲强度和扭转刚度。要使它具有足够的疲劳强度，特别要注意强化应力集中部位，设法缓和应力集中现象，也就是采用局部强化的方法来解决曲轴强度不足的矛盾。
曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证液体摩擦，尤其当润滑不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际使用寿命大大降低。所以设计曲轴时，要使其各摩擦表面耐磨，各轴颈应具有足够的承压面积同时给予尽可能好的工作条件。
5.1.2曲轴的结构型式
曲轴从整体结构上看可以分为整体式和组合式，随着复杂结构铸造和锻造技术的进步，现代内燃机几乎全部都用整体式曲轴。从支承方式看，曲轴有全支承结构和浮动支承结构，为了提高曲轴的弯曲强度和刚度，现代多缸内燃机的曲轴都采用全支承结构。5.1.3曲轴的材料
曲轴材料一般使用45，40Cr，35Mn2等中碳钢和中碳合金钢。轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。目前球磨铸铁由于性能优良，加工方便，价格便宜广泛地用于曲轴材料。本设计采用QT800.
5.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计
5.2.1主要尺寸
综合以上考虑，确定主要尺寸如下：
主轴颈直径D1=(0.65~0.75)D=56mm
主轴颈长度L1=28mm
曲柄销直径D2=(0.55~0.65)D=48mm
曲柄销长度L2=(0.35~0.45)D2=20mm
曲柄臂厚度h=（0.2~0.25）D=20mm
曲柄臂宽度b=（0.8~1.2）D=80mm
根据主轴颈长度和曲柄销长度以及曲柄臂的厚度，确定缸心距为
L=2h+L1+L2=88mm
5.2.2一些细节设计
5.2.2.1油道布置
在确定主轴颈上油道入口和曲柄销上油道出口的位置时，既要考虑到有利于供油又要考虑到油孔对轴颈强度的影响最小。一般油孔只要安排在曲拐平面旋转前40°～90°的低负荷区都是合理的，油道不能离轴颈过渡圆角太近。油孔直径一般不大于0.1d2，但最小不得小于5mm。孔口不应有尖角锐边，而应有不小于0.04 d2的圆角以减缓应力集中。
5.2.2.2曲轴两端的结构
曲轴前端一般装有扭转减震器，发动机的各种辅助装置如机油泵，冷却水泵等，由安装在前端的齿轮或皮带轮驱动，配气正时齿轮也安装在曲轴前端。
曲轴末端装有飞轮，用于输出总转矩，因此末端要做的粗一些。 5.2.2.3曲轴的止推
为了防止曲轴产生轴向位移，在曲轴机体之间需要设置一个止推轴承，承受斜齿轮的轴向分力和踩离合器产生的轴向推力。一般将止推轴承设置在中央轴承的两侧或后主轴承的两侧。止推轴承间隙多为0.05-0.2mm 。 5.2.2.4过渡圆角
主轴颈到曲柄臂的弧度圆角半径R 对于曲轴弯曲疲劳强度影响很大，增加圆角对于提高曲轴疲劳强度非常有利，但对于表面耐磨性有不利影响，在保证耐磨条件下取最大圆角。一般R 不应小于2mm ，否则无法加工。 5.2.2.5平衡分析
（1）旋转惯性力
2***sin rx
r R m r ωφ=∑∑，
（公式24）
因为2
**r m r ω为常数， sin φ在一个圆周上积分结果为0，故原式等于0。
2y
***cos r r R
m r ωφ=∑∑，
（公式25）
因为2
**r m r ω为常数，且cos φ在一个圆周上积分为0，故原式等于0
0.5
22y {()()},r rx r R R R =+∑∑∑ （公式26）
由于rx R ∑和y
r R ∑都为0，故原式等于0 （2）一阶往复惯性力
2
j P ***cos ,
r
m r ω
φI
=-∑∑ （公式27）
因为-
2
**r m r ω为常数，且cos φ在一个圆周上积分为0，故原式等于0
（3）二阶往复惯性力
22j P ****cos(2)4****cos(2),r r m r m r ωλφωλφ∏=-=-∑∑∑ （公式28）
因为-4
2
**r m r ω为常数，且cos 2φ在一个圆周上积分为0，故原式等于0
（4）旋转惯性力矩
2**sin 2***sin 2ry r Mrx R r m r φωφ==∑∑ （公式29）
故得0;
Mr Mrx Mry =-=∑
∑∑
（5）一阶往复惯性力矩
2j P ****cos ,r M r m r ωφI I ==-∑∑∑ （公式30）
因为-2
**r m r ω为常数，且cos φ在一个圆周上积分为0，故原式等于0
（6）二阶往复惯性力矩
22j P ****cos ,r M r m r ωφ∏∏==-∑∑∑ （公式31）
因为-2
**r m r ω为常数，且cos φ在一个圆周上积分为0，故原式等于0
6.曲轴强度的校核
6.1静强度计算
由前面动力学计算查附表，静强度校核要用到的基本数据如下：
径向力Pkmax= 2
6
0.0839.08102π???? ???=45641.1N
Pkmin= 2
6
0.0830.0025102π???? ???=1.353 N
切向力Ptmax=26
0.0832.77102π???? ???
=14987.3 N
Ptmin=0N
主轴颈中心到曲柄销中心的距离2929
17462a L +=
+=mm 主轴颈中心到曲柄臂中心的距离2917
232
b L +==mm
主轴颈两端的径向反力Pk ‘
=-Pk
切向反力
1'
D r
P P t t ?-=
（公式32）
6.1.1连杆轴颈的计算
（1）在曲拐平面内的弯曲应力
3
3249128.30.04632
106.63.140.04632x x k a M P L MPa D W μσπ??=
===? （公式33）
（2）在垂直于曲拐平面的弯曲应力
3
3214987.30.0463272.13.140.04632y y
t a
M PL MPa D W
μσπ??=
=
==? （公式34）
(3) 弯曲总应力
128.7MPa
μσ=
== （公式35）
(4)扭转应力
314987.30.04216333.140.046
t
k p Pr MPa W τ??=
==? （公式36
）
(5)弯扭总应力
97.74cy MPa
σ=== （公式37）
各应力小于该材料所许可的最大应力[
σ]＝800MPa ，所以在允许范围内。
6.1.2 曲柄臂计算
（1）压缩应力：
max 49128.3
28.90.10.017k c P MPa bh σ=
==? （公式38）
（2）弯曲应力： 曲拐平面：
max 2249128.30.0436
2100.10.0176k a K K x P L M MPa
hb W μσ??=
===? （公式39）
垂直曲拐平面：
MPa bh r P W M t y T T 3.8902
.0085.060425.03.1190762
2max =???===
μσ （公式40）
（3）扭矩Mk 引起的弯曲应力
max max 2
47.36
k t y
M P y MPa bh W σ=
== （公式41） （4）扭矩k M 易引起的扭转应力
MPa bh L P W M b t y k k 3.4202
.0085.06
0225.03.1190762
2max max =???===
τ （公式42）
(5) 弯扭总应力：
()
MPa
k c
cy 7.873.424234222max 2
=?+=?+=
∑τσσ （公式43）
各应力小于该材料所许可的最大应力[σ]＝800MPa ，所以在允许范围内。
6.2曲轴疲劳强度校核
由于曲轴工作时承受交变载荷，它的破坏往往都由疲劳产生。因此，对内燃机各种曲轴均须进行疲劳校验。曲柄的疲劳强度验算的目的是曲轴不但在运转中安全可靠，而且能充分利用材料的疲劳强度。为此，要求能够较精确的确定曲轴的疲劳强度和曲轴运转时的实际应力。max 483Nm M ＝ ；min 0M ＝
6.2.1主轴颈的计算
MPa W M k 2.8502.0085.06
4832
m ax m ax =??==
τ （公式44）
MPa bh
W M k 060
2min min ===
τ （公式45）
()()
()()83
.402.853.002.8566
.07
.0280
22min max min max 1
=-?+-??=
-ψ+-=
-ττττζτI I
I
I k n
（公式46）
其中
k τ
＝0.7，τζ＝0.9*0.74=0.66，1τ-＝280N/mm2，
10
20.3
ττττ--ψ=
=
（2）扭转疲劳强度
MPa bh L P W M a t k 3.8902
.0085.06
0425.03.1190762
2max max max =???===
τ （公式47） MPa W W M k
k 00min min ===τ （公式48）
扭转系数nT
()()
()()24
.402.853.002.8556
.07
.0280
22min max min max 1
=-?+-??=
-ψ+-=
-ττττζτI
I
T k n
（公式49）
6.2.2 曲柄臂计算
（1） 弯曲应力：
max max max 22
49128.30.02256
120.40.0850.026k b k M P L MPa bh W μσ??=
===? （公式50） MPa W M k
0min
min ==
μσ
(2) 扭转应力：
()()
()()5
.209.15432.009.15454
.06
.0280
22min max min max
1
=-?+-??=
-ψ+-=
-μμμμσ
σ
σσσσσ
ζσk n
（公式51）
MPa hb L P b t 3.4702.0085.06
0225.03.11907622max 'max =???==
τ （公式52）
MPa W M k
0min
'min ==
τ
()()
()()5
.703.475.003.4774
.08
.0280
22'min
'max 'min '
max 1
=-?+-??=
-ψ+-=
-ττττ
ζτT
T
T k n
（公式53）
2.5
n === （公式54）
大于极限安全系数[n]＝（2.5~3.0），曲轴机构强度是安全的。
小结
这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义。这种意义不光是自己能够独立完成了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那份艰难。而这份艰难不仅仅体现在设计内容与过程中为了精益求精所付出的艰辛，还表现在我们克服自己不爱动手的缺点上。
通过这次的设计，感慨颇多，收获颇多。更多的是从中学到很多东西，包括书本知识以及个人素质与品格方面。感谢老师的辛勤指导，也希望老师对于我的设计提出意见。
这次课程设计让我们进一步开拓了视野，丰富了自己的专业知识，并使我们的专业知
识与实际实践结合在了一起。学到了很多发动机和曲轴的知识。为不久以后的毕业设计打下了坚实的基础。为将来在公司里的实践提供了宝贵经验。
我一定将会好好总结这次课程设计所获得的宝贵经验，并将它们应用到将来的工作中去，为社会做出自己的贡献。
参考文献
[1] 杨连生．内燃机设计．北京：中国农业机械出版社，1981．
[2] 陆际青．汽车发动机设计．北京：清华大学出版社，1990．
[3] 唐增宝，何永然，刘安俊．机械设计课程设计．武汉：华中科技大学出版社，1999．
[4] 周龙保．内燃机学．北京：机械工业出版社，2005．
[5] 吴兆汉．内燃机设计．北京：北京理工大学出版社，1990．
[6] 沈维道．工程热力学．北京：高等教育出版社，2002．
2.1 曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 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，如图1.1所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图1.1 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，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等
于气缸数的一半。 曲轴前端装有正时齿轮，以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取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外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，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，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，要求曲轴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【20】。 2.2 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹:弯曲疲劳裂纹、扭转疲劳裂纹和弯曲一扭转疲劳裂纹【21】，如图2.1所示。
材料力学课程设计 班级： 作者： 题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核 指导老师： 2007.11.05
班级 姓名 一、 课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。 二、 课程设计的任务和要求 要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 三、 设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F = 2t F 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4, 3l =1.2r,已知数据如下表：
曲轴锻造设计说明 书
曲轴锻造设计说明书 一、曲轴零件图 二、曲轴零件分析 曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。 曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴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。 曲轴在使用过程中的主要损坏形式有如下两种：一是疲劳断裂．先在轴颈和圆角处产生疲劳裂纹．然后向曲柄深处发展，造成曲轴断裂．也有少数曲轴先在轴颈中部的油道内壁产生裂纹．发展为曲轴断裂；二是轴颈表面的严重磨损(尤以连杆轴颈为甚)。因此，曲轴主要应有较高的疲劳强度和良好的耐磨性。
三、曲轴的毛坯材料及下料方法 1、曲轴的毛坯材料的选取 曲轴的材料从大的方面分，主要分为钢质和球铁两大类。 钢质曲轴材料又主要分为调质钢和非调质钢。钢质曲轴的主要特点是有着较高的抗拉强度、高疲劳强度、高硬度、高耐磨性以及好的心部韧性，可是它们对缺口的敏感性很高，要求的加工质量较高。钢质曲轴能够适应日益增高的强化发动机，现在高性能柴油机高压缩比下以很大的相对速度与轴承发生滑动摩擦，产生较高的温度与磨损，在交变的冲击载荷作用下服役条件十分恶劣。 调制钢也主要有两大类，一类是价格相对低廉的碳素钢，它们有着和合金钢一样的弹性模量，也有着较高的抗拉强度，主要应用于中等负荷的发动机。另一类是合金钢，相对于碳素钢，加入了各种贵重金属合金，提高了抗拉强的和疲劳强度，主要应用于中、高负荷的发动机。 近些年，随着世界能源与环保的要求进一步提高，曲轴的制造技术也获得了提高，非调质钢曲轴的发展和应用也越来越多，有着取代调制钢的趋势。非调质钢是利用锻造终了余温，在空气中进行冷却热处理，相对于调质钢曲轴污染小、成本低，生产能耗低、性能优良，特别在日本、欧洲已经广泛采用。国内正处于起步阶段，生产工艺还不稳定，还有待于成熟。
柴油机曲轴加工工艺及夹具设计
目录 摘要 1 Abstract 2 0 引言 1 1 R180柴油机曲轴工艺设计 3 1.1 分析零件图 3 1.2 确定生产类型 3 1.3 确定毛坯 3 1.4 机械加工工艺过程设计 3 1.5 选择加工设备与工艺装备 6 1.6 确定工序尺寸 7 1.7 确定切削用量及时间定额 9 1.8 填写工艺规程卡 15 2 R180柴油机曲轴第一套夹具设计 16 2.1 明确设计任务、收集分析原始资料 16 2.2 确定夹具的结构方案 17 2.3 绘制夹具结构草图 19 3 R180柴油机曲轴第二套夹具设计 21 3.1 明确设计任务、收集分析原始资料 21 3.2 确定夹具的结构方案 22 3.3 夹具定位误差分析 22 3.4 拟订夹具总装图的尺寸、公差与配合及技术要求 22 3.5 绘制夹具总装图 23
4 结论 24 致谢 25 26 附件清单 27 摘要 本文主要介绍了R180柴油机曲轴工艺设计及其中两道工序的夹具设计。本文作者是在保证产品质量、提高生产率、降低成本、充分利用现有生产条件、保证工人具有良好而安全劳动条件的前提下进行设计的。在工艺设计中，作者结合实际进行理论设计，对曲轴传统生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。在夹具设计部分，作者在收集加工所用机床、刀具及辅助工具等有关资料后，对工件材料、结构特点、技术要求及工艺分析的基础上，按照夹具设计步骤设计出符合曲轴生产工艺及夹具制造要求的夹具。 关键词：柴油机曲轴工艺夹具 Abstract This text introduce R180 diesel engine crankshaft technological design and two of them jig of process design mainly. The author of this text is guaranteeing product quality, boost productivity, lower costs, utilize existing working condition, guaranteeing worker to have good work prerequisite of terms to design . In technological design, the author bine carrying on theory design, improve the traditional production technology of the crankshaft actually, optimize craft course and craft equip, enable economy rational even more of production and processing of the crankshaft. Designing in the jig , the author collect the relevant materials, such as lathe, cutter and handling tool，etc. At the foundation of the analyse of work piece material, specification requirement and craft, and make jig of request according to jig measure design and cankshaft production technology and jig.
四拐曲轴课程设计说明书 院别： 专业： ] 班级： ] 姓名： 学号： 指导教师： 2012年 1月16日
目录 No table of contents entries found. 引言 曲轴是发动机里必不可少的部件。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零件的严重损坏，在发动机的结构改进中，曲轴的改进也占有重要地位。随着内燃机的发展与强化，曲轴的工作条件越来越恶劣了。因此，曲轴的强度和刚度问题就变得更加严重了。在设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构型式、材料与工艺，以求获得经济最合理的效果因此，要求曲轴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。我们的课程设计主要研究的是四拐曲轴的相关动力性能及强度计算。 我们运用所学的《工程制图》、《机械制造基础》、《工程材料》、《UG建模》、《CAD/CAE/CAM》技术与应用等课程，综合大学中所学的课程进行曲轴的分析校核设计。通过研究曲轴的工作过程以及加工工艺过程，以及曲轴的三维实体建模和ANSYS强度分析计算，使我们理论结合实践，提高实际操作能力，增强自身的核心竞争力，在课程设计的过程中具体目标有如下几个： 1、分析曲轴工作环境，性能要求以及材料等；
2、根据图纸进行三维实体建模； 3、对模型进行有限元分析； 4、根据有限元分析的结果进行强度分析。
2.四拐曲轴UG建模 UG软件是Siemens PLM Software公司推出的大型CAD/CAM交互式系统。在工业设计、产品设计、NC加工、模具设计等方面，UG都具有操作容易、使用方便、可动态修改的特点。用UG创建的三维参数化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻转动态观察结构形体，更可以进行方便的动态修改和调整。我们选用UG进行四拐曲轴的建模。 2.1建模步骤 1）创建固定基准平面。在平面上建立草图，拉伸 2）建立草图，并按轨迹进行扫掠
1前言 1.1柴油机与曲轴 1.1.1柴油机的工作原理 柴油机的每个工作循环都要经历进气、压缩、做功和排气四个过程。 四行程柴油机的工作过程：柴油机在进气冲程吸入纯空气，在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，温度高达476.85℃～726.85℃，极大地超过柴油的自燃温度，因此柴油喷人气缸后，在很短的时间内即着火燃烧，燃气压力急剧达到6～9MPa，温度升高到1726.85℃～2226.85℃。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转做功。废气同样经排气门、排气管等处排出。 四行程柴油机的每个工作循环均经过如下四个行程： （1）进气行程在这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。可燃混合气被吸人气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。 由于进气道的阻力，进气终了时气缸内的气体压力稍低于大气压，约为0.07～0.09MPa。混合气进入气缸后，与气缸壁、活塞等高温机件接触，并与上一循环的高温残余废气相混合，所以温度上升到96.85℃～126.85℃。 （2）压缩行程进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。活塞到上止点时，压缩行程结束。 压缩终了时鼓，混合气温度约为326.85℃～426.85℃，压力一般为0.6～ 1.2MPa。 （3）做功行程活塞带动曲轴转动,曲轴通过转动把扭矩输出。 （4）排气行程进气口关闭，排气口打开，排除废气。 由上可知，四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程作为辅助行程都是为作功行程创造条件的。因此，单缸发动机工作不平稳。现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔，因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。例如六缸发动机，在一个工作循环中，曲轴要旋转720°，曲轴转角每隔120°就有一个气缸作功。
辽宁工程技术大学 机械制造技术基础 课程设计 题目：曲轴机械加工工艺规程及铣键槽工艺 装备设计 班级：汽车08-1班 姓名：何毅 学号：0807130109 指导教师：冷岳峰 完成日期：2011年6月
任务书 一、设计题目:曲轴机械加工工艺规程及铣键槽工艺装备设计 二、原始资料 (1) 被加工零件的零件图1张 (2) 生产类型:大批大量生产 三、上交材料 1．所加工的零件图1张2．毛坯图1张3．编制机械加工工艺过程卡片1套4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片1套5．绘制夹具装配图（A0或A1）1张6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。1张7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。（约5000-8000字）1份 四、进度安排 本课程设计要求在3周内完成。 1．第l～2天查资料，绘制零件图。 2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。 3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。 4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。 5．第14～15天，零件图的绘制。 6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。 7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。答辩 五、指导教师评语 该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。 综合评定成绩： 指导教师 日期
摘要 机械制造技术基础课程设计，是以切削理论为基础，制造工艺为主线，兼顾工艺装备知识的机械制造技术基本涉机能力培养的实践课程；是综合运用机械制造技术的基本知识，基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；是对学生运用掌握的“机械制造”技术基础知识及相关知识的一次全面的应用训练。 机械制造技术基础课程设计，是已机械制造工艺装备为内容进行的设计。即以给定的一个中等复杂的程度的中小型机械零件为对象，在确定其毛胚制造工艺的基础上，编制其机械加工工艺规程，并对其一工序进行机床专用卡具设计。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。
发动机曲轴结构设计 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
曲轴的结构 曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。 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，如图所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 图 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，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲轴前端装有正时齿轮，以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取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外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，以保证发动机运转平稳。 曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，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，要求曲轴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【20】。 曲轴的疲劳损坏形式 曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产
重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文） 柴油机曲轴零件加工工艺及夹具设计 学生所在校外学习中心江苏张家港校处学习中心批次层次专业111 专升本机械设计制造及其自动化学号 w11107861 学生 指导教师 起止日期 2013.1.21--2013.4.14
摘要 曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。 这次毕业设计介绍柴油机曲轴加工工艺规程及相关夹具的设计，及曲轴的规程制定中遇到问题的分析，经济性分析，工时定额，切削用量的计算。同时还介绍曲轴加工中用到的两套夹具的设计过程。在工艺设计中，结合实际进行设计，对曲轴生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。 根据现阶段机械零件的制造工艺和技术水平，本着以制造技术的先进性，合理性，经济性进行零件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料等技术分析。并根据以上分析来选择合理的毛坯制造方法，设计工艺规程，夹具设计。 关键词：柴油机曲轴工艺夹具
目录 中文摘要…………………………………………………………………………………………I 1.引言 (1) 2.曲轴的生产纲领 (2) 3.零件的分析 (2) 3.1曲轴的用途及工作条件 (2) 3.2分析零件上的技术要求，确定要加工的表面 (3) 3.3加工表面的尺寸和形状精度 (4) 3.4尺寸和位置精度 (4) 3.5加工表面的粗糙度及其它方面的质量要求 (4) 3.6热处理要求 (4) 4.曲轴材料和毛坯的定 (4) 4.1确定毛坯的类型 (4) 4.2确定毛坯的生产方法 (4) 4.3确定毛坯的加工余量 (4) 5.曲轴的工艺过程设计 (5) 5.1粗、精加工的定位基准 (5) 5.1.1粗加工 (5) 5.1.2粗加工 (5) 5.2工件表面加工方法的选择 (5) 5.3曲轴机械加工的基本路线 (5) 5.4加工余量及毛坯尺寸 (6) 5.5工序设计 (6) 5.5.1加工设备与工艺装备的选择 (8) 5.5.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 (9) 5.6确定工时定额 (11) 5.7机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片 (12) 5.7.1机械加工工艺过程卡片 (12) 5.7.2机械加工工序卡片 (12) 6.柴油机曲轴加工键槽夹具设计 (13) 6.1.1夹具类型的分析 (13) 6.1.2工装夹具定位方案的确定 (13) 6.1.3工件夹紧形式的确定 (13) 6.1.4对刀装置 (13) 6.1.5分度装置的确定以及补补助装置 (14) 6.1.6夹具定位夹紧方案的分析论证 (14) 6.1.7夹具结构类型的设计 (15) 6.2夹具总图设计 (16) 6.4绘制夹具零件图 (16)
柴油发动机曲轴机械加工工艺规程设计及夹具设计 由吴祖德t053329 于星期五, 2009/06/19 - 12:41下午发表 ?学士学位 ?机电与汽车工程学院 学号: 05120332 专业: 机械设计制造及其自动化 研究方向: 机械设计与制造 导师姓名: 曾宏达 中图分类号: TH16 论文总页码: 47 参考文献总数: 20 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。 中文关键字: 机械制造，加工工艺，曲轴，夹具 英文题目: Technological process design and fixture design of diesel engine crankshaft 英文摘要: Crankshaft is a very important parts of diesel engine. Ist action is change the to
武汉理工大学毕业设计 本科毕业设计（论文） 题目 186F曲轴的设计与 校核计算 姓名 专业 学号 指导教师 **学院车辆与交通工程系 二○一四年五月
目录 摘要.................................................... I Abstract ................................................ II 1 绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 国内外的研究现状与发展趋势 (1) 1.2.1 曲轴结构设计的发展 (2) 1.2.2 曲轴强度计算发展 (2) 1.3 零件分析 (3) 1.4 零件的作用 (3) 1.5 186F柴油机曲轴的设计目的 (3) 1.5.1 毕业设计的目的 (3) 1.5.2 186F柴油机的基本参数 (4) 2 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择 (5) 2.1 曲轴的工作条件和设计要求 (5) 2.2 曲轴的材料 (6) 2.3 曲轴结构型式的选择 (6) 2.4 曲轴强化的方法 (6) 3 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 3.1 曲轴 (8) 3.1.1 曲轴简述 (8) 3.1.2 曲轴设计 (9) 3.2 曲柄 (12) 3.2.1 曲柄简述 (12) 3.2.2 曲柄设计 (13)
3.3 飞轮 (13) 3.3.1飞轮的简述 (13) 3.3.2飞轮的设计 (14) 4 柴油机曲轴的校核计算 (15) 4.1 曲轴的校核 (15) 4.2 曲轴的疲劳强度的计算 (15) 总结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
0 引言 本次毕业设计是关于R180柴油机曲轴的工艺设计及其中两道工序的夹具设计。 曲轴是柴油机中的关键零件之一，其材质大体分为两类：一是钢锻曲轴，二是球墨铸铁曲轴。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状,从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平的提高而减小。球铁的切削性能良好，并和钢制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和耐磨性。而且球铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢制曲轴来的敏感。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到广泛采用。本次设计中曲轴的材质为球铁。 从目前整体水平来看, 毛坯的铸造工艺存在生产效率低，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。从以下几个工艺环节采取措施对提高曲轴质量具有普遍意义。①熔炼国内外一致认为,高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在。为获得高温低硫磷的纯净铁水，可用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。②球化处理③孕育处理冲天炉熔化球铁原铁水,对铜钼合金球铁采用二次孕育。这对于防止孕育衰退，改善石墨形态，细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。④合金化配合好铜和钼的比例对形成珠光体组织十分有利,可提高球铁的强度,而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。⑤造型工艺气流冲击造型工艺优于粘土砂造型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量的特点,这对于多拐曲轴尤为重要。⑥浇注冷却工艺采用立浇—立冷，斜浇—斜冷、斜浇—反斜冷三种浇注方式较为理想,其中后一种最好。斜浇—反斜冷的优点是：型腔排气充分，铁水充型平稳，浇注系统撇渣效果好，冒口对铸件的补缩效果好，适应大批量流水线生产。 目前，国内大部分专业厂家普遍采用普通机床和专用组合机床组成的流水线生产，生产效率、自动化程度较低。曲轴的关键技术工程仍与国外相差1～2个数量级。国外的机加工工艺大致可归纳为如下几个特点。①广泛采用数控技术和自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成，具有很高的灵活性和适应性。采用龙门式自动上下料，集放式机动滚道传输，切削液分粗加工与精加工两段集中供应和回收处理。②曲轴的主要加工工序基准中心孔，一般采用质量定心加工方式，这样在静平衡时，加工量很少。③轴颈的粗加工一般采用数控铣削或车拉工艺。工序质量可达到国内粗磨后的水平，且切削变形小、效率高。铣削和车拉是曲轴粗加工的发展方向。④国外的曲轴磨床均采用CNC控制技术，具有自动进给、自动修正砂轮、自动补偿和自动分度功能，使曲轴的磨削精度和效率显著提高。⑤油
专业课程设计任务书 学生姓名：班级： 设计题目：汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计 设计内容： 1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。 2、选材，并分析选材依据。 3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。 4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分 析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。 5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。 6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。
目录 0 前言 (1) 1 汽车发动机曲轴的工作条件及性能要求 (2) 1.1 汽车发动机曲轴的工作条件 (3) 1.2 汽车发动机曲轴的性能要求及技术要求 (3) 2 汽车发动机曲轴的材料选择及分析 (4) 2.1 零件材料选择的基本原则 (4) 2.2 曲轴常用材料简介 (5) 2.3 汽车发动机曲轴材料的确定 (5) 3 曲轴的加工工艺路线及热处理工艺的制定 (6) 3.1 35CrMo曲轴热处理要求 (6) 3.2 汽车曲轴的热处理工艺的制定 (6) 3.2.1 调质处理 (7) 3.2.2 去应力退火 (8) 3.2.3 圆角高频淬火和低温回火 (9) 4 曲轴热处理过程中可能产生的缺陷及预防措施 (11) 4.1 校直过程引起材料原始裂纹 (11) 4.2 曲轴圆角淬火不当引起裂纹源 (12) 4.3 淬火畸变与淬火裂纹 (12) 4.4 淬火导致氧化、脱碳、过热、过烧 (13) 4.5 淬火硬度不足 (13) 5 曲轴在使用过程中可能产生的失效形式及分析 (13) 6 课程设计的收获与体会 (14) 7 参考文献 (15) 8 工艺卡 (16)
材料力学课程设计 班级：441006班 作者：刘百川44100608 题目：单缸柴油机曲轴的强度设计 及刚度计算、疲劳强度校核题号：4 数据号：24 指导老师：李锋
课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学课程之后，结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题的目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学的知识的综合应用，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体有以下六项： 1.使所学的材料力学知识系统化，完整化。 2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。 3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。 4.综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 5.使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。 6.为后续课程的学习打下基础。 课程设计的任务和要求 参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为,E μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且2t r F F = 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4 1.6h D ≤≤，2.54h b ≤≤, 3 1.2l r =。
课程设计说明书 题目：曲轴 班级：机械0922 姓名： 学号：12 日期：2012年6月30日
1 绪论 曲轴关键技术是整个产业最关心的问题之一。曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递 动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因 此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。 本设计结合AutoCAD绘出曲轴的零件图。工艺规程方面分别有确定零件的生产类型、零件毛坯的制造形式、零件的热处理、确定工艺路线、确定机械加工余量和工序尺寸及毛坯尺寸、定位基准的选择、确定各工序工艺装备、切削用量及工时定额、确定各工序的工时定额要求精度、材料及毛坯类型的选择进行了较为全面的分析。并对各种加工工艺路线的分析，选取了加工工艺完善却比较精密和经济的工艺路线进行分析比较选取了最优方案；对加工零件各部位进行分析和有关切削深度、进给量和切削速度等的计算，确保加工的可行性。
2 零件分析 2.1零件的作用 题目所给的零件是单拐曲轴，曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动转变为直线运动的零件。它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间的连接板组成。 2.2零件的工艺分析 由内燃机的曲轴零件图可知，它的外表面上有多个平面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列螺纹、孔和键槽。因此可将其分为两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求.现分析如下: 2.2.1以拐径为?50mm 为中心的加工表面 这一组加工表面包括: 拐径 5 ? mm 加工及其倒圆角,它的加工表面的位置 要求是Φ500 0.039+- mm 平行度公差为Φ.04 mm 。 2.2.2以轴心线两端轴为中心的加工表面 这一组加工表面：1：10锥度面上56x18mm 的键槽，1个Φ8的透孔，各轴的外圆表面, 右端面6x Φ33 mm 的圆环槽和M36x2的外螺纹。 这组加工表面有一定的圆柱度要求，主要是： (1)Φ650 0.076+-和轴心基准A 的同轴度。 (2)Φ6500.03+-和基准A 的同轴度。 (3)Φ68和基准A 的同轴度。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有： (1)曲轴拐径Φ5000.039+- mm 轴心线与A 基准轴心线的平行度公差Φ0.04mm 又以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可在仿型车床上一起加工。 2.3零件加工的主要问题和工艺过程设计分析 （1）为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则。 （2）曲轴加工应充分考虑在切削时平衡装置。 1）车削拐径用专用工装及配重装置。
发动机曲轴加工工艺分析与设计 摘要 曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 本课题仅175Ⅱ型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。 所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。 关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计 目录 第一章概述1 第二章确定曲轴的加工工艺过程3 2.1曲轴的作用3 2.2曲轴的结构及其特点3 2.3曲轴的主要技术要求分析4 2.4曲轴的材料和毛坯的确定4 2.5曲轴的机械加工工艺过程4 2.6曲轴的机械加工工艺路线5 第三章曲轴的机械加工工艺过程分析 6 3. 1曲轴的机械加工工艺特点6 3. 2曲轴的机械加工工艺特点分析7 3. 3曲轴主要加工工序分析 (8) 3.3.1铣曲轴两端面,钻中心孔 (8) 3.3.2曲轴主轴颈的车削 (8) 3.3.3曲轴连杆轴颈的车削 (8) 3.3.4键槽加工 (9) 3.3.5轴颈的磨削 (9) 第四章机械加工余量、工序尺寸及公差的确定9 4.1曲轴主要加工表面的工序安排9 4.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定10 4.2.1主轴颈工序尺寸及公差的确定10 4.2.2连杆轴颈工序尺寸及公差的确定10 4.2.3φ22 -00.12外圆工序尺寸及公差的确定10 4.2.4φ20 0-0.021外圆工序尺寸及公差的确定11 4.3 确定工时定额11 4.4 曲轴机械加工工艺过程卡片的制订12 谢辞13
阶梯轴锻造工艺 设计说明书 题目：阶梯轴锻造工艺设计 专业：机械设计制造及其自动化班级：机设1301 学生：亮学号： 7 指导教师：浩舸 完成日期： 机械工程学院 2016年9月
目录 1.引言 (1) 2.设计方法与步骤 (2) 2.1绘制锻件图 (3) 2.2 确定变形工艺 (3) 2.2.1镦粗 (3) 2.2.2冲孔 (4) 2.2.3扩孔 (4) 2.2.4修整锻件 (4) 2.3 计算坯料质量和尺寸 (4) 2.4选定设备及规 (5) 2.5确定锻造温度及规 (5) 2.6确定冷却方法及规 (5) 3.工艺流程卡 (6) 4.结论 (8) 5.致 (8) 6.参考文献 (8)
1. 引言 锻造的目的是使坯料成形及控制其部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件。轴是现代工业大量使用的零件，本文讨论阶梯轴的自由锻生产。 2. 设计方法与步骤 2.1绘制锻件图 锻件图是根据零件图的基本图样，结合锻造工艺特点考虑余块、锻件余量和锻造公差等因素绘制而成。 阶梯轴材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻锻造轴坯。 轴上的键槽等部分，采用自由锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造出轴坯后可以进一步进行切削加工，最后成形。 根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径围，可以查出齿环锻件加工余量和公差。由L=203，Φ=46，对照《金属成形工艺设计》中表3-3中所列的零件总长为0∽315mm、最大直径0∽50mm，可查得锻造精度为F级的锻件余量及公差为7±2mm。，然后按查得的公差数值，可绘阶梯轴的锻件图。阶梯轴锻件图见图1。 图1 阶梯轴锻件图 2.2确定变形工艺
湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业论文(设计) 题目：柴油机曲轴机械加工工艺规程 及斜油孔回转钻模设计学生姓名： 学号： 专业班级： 指导教师： 完成时间：2012-5-18
目录 中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5第1章绪论 1.1课题的目的及意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.2设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7第2章工艺规程设计 2.1 计算生产纲领，确定生产批量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.2选择毛坯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.8 2.3工艺规程设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.3.1定位基准的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.3.2零件表面加工方法的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3.3制订工艺路线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.4确定机械加工余量和毛坯的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 2.4.1机械加工余量的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
毕业设计说明书 专业：机械制造及自动化 班级：机制 姓名： 学号： 指导老师：
目录
第一部分 工艺设计说明书 1. 零件图工艺性分析 1.1零件结构功用分析 曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动转变为直线运动的零件。它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间的连接板组成。 1.2零件技术条件分析 1）主轴颈、连杆轴颈本身精度： 主轴颈φ110 003 .0025 .0++尺寸公差等级IT6，表面粗糙度Ra 为1.25μm ，连杆轴颈φ 110 071 .0036 .0--尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra 为0.63μm ，轴颈长度公差等级为IT13， 圆柱度误差0.015，连杆轴竟的圆柱度误差0.015。 2）位置精度，主轴颈与连杆轴颈的平行度φ0.02，主轴颈的同轴度误差为φ0.02。 1. 3零件结构工艺性分析 曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间 的连接板组成，其L/D=818/110=7.44＜12，钢性差，易变形，形状复杂，它的工作特点是在变动和冲击载荷下工作，对曲轴的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。 2. 毛坯选择 2.1毛坯类型 曲轴工作时要承受很大的转矩及变形的弯曲硬力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性，所以要求用球墨铸铁QT600-2 曲轴的毛坯：此零件属中批生产，固采用铸造毛坯。 2.2毛坯余量确定 由书机械加工工艺设计资料表1.2-10查得毛坯加工余量为5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得为±1.4. 2.3毛坯－零件合图草图