凸轮轴的设计说明书

二缸油泵凸轮轴材料设计班级：材料10971

学号：********

姓名：

机械学院

课程设计任务书

机械系材料10971班学生学号10400971

课程设计课题：二缸油泵凸轮轴材料设计

一、课程设计工作日

自2011年9月5日至2011年9月9日星期五

二、同组学生：曹润、陈胜、封成尧、高兴、葛义尚、韩君、何东、侯存亿

三、课程设计任务要求

包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间主要参考资料等。

（1）目的和意义

1.熟悉课题、查阅资料：要求充分熟悉本课题，并查阅大量有关本课题内容的资料。

2.对所属零件进行受力和失效分析，提出性能要求。

3.确定合金钢材料：要求在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济型和工艺性，合理选择材料。

4.确定热处理工艺方法和设备：要求选定热处理方法和热处理设备。

5.编写说明书：明确本课题设计方案的内容、确定原则和理由。

6.编制热处理工艺卡。

（二）基本要求

1设计说明书一套

2热处理工艺卡一套

3课程设计小结一份

（三）参考资料

教材、课程设计指导书、手册、图册等。

指导教师签字：

目录

一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析

1、凸轮轴的工作环境分析

2、凸轮轴的失效分析

二、二缸凸轮轴的性能要求

三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析

1、材料合金元素的作用分析

2、材料加工工艺分析

3、热处理工艺分析

4、材料的使用性能比较

5、确定材料材料的最终选择

四、二缸凸轮轴材料45Mn2B热处理工艺

1、二缸凸轮轴选用的热处理设备

2、制定工艺流程

3、预备热处理工艺

4、最终热处理工艺

五、热处理工艺卡

六、结论

参考文献

课程设计小结

二缸油泵凸轮轴材料设计

姓名

摘要此报告主要分析二缸油泵凸轮轴。分析内容首先从二缸凸轮轴工作环境、受力分析、失效分析开始；提出其性能要求，接着分析二缸凸轮轴的材料，用45Mn2B、20CrMnTi两种材料进行对比；然后是分析材料中合金元素的作用；接着分析材料加工工艺以及热处理工艺和使用性能；最后在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济性与工艺性，合理选择材料。

关键词二缸凸轮轴、合金元素、加工工艺、热处理、性能、经济性。

一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析

1、二缸凸轮轴的工作环境分析

凸轮轴是发动机配气系统中的重要部件，凸轮轴的旋转是靠曲轴带动的，用来保证各个气缸内进、排气门按一定的时间正常开启和关闭，保证发动机充分换气，使进、排气门持久地保持燃烧室的密封性，确保发动机保持良好的可持续性和动力性。另外凸轮轴还要用来驱动燃烧系统等零件。凸轮轴在工作过程中除承受一定的弯曲和扭转载荷外，主要是凸轮部分承受周期变化的挤压应力以及与挺杆体相互接触产生的滑动带滚动的摩擦。要求凸轮轴本身具有足够的强度和硬度，还要有良好的抗擦伤性、抗接触疲劳能力和耐磨性，能承受冲击负荷，受力后变形小。

2、二缸凸轮轴的失效分析

在低应力作用下凸轮轴与气门阀杆、挺杆构成摩擦副，在工作过程中承受连杆挤压应力作用，其次受到一定的弯曲和扭曲的作用，同时又要承受周期性变化的挤压应力以及与挺杆相接处产生的滑动带滚动摩擦的作用，也受到周期性的冲击载荷和摩损。凸轮轴与顶柱配合接触面应力大，工作过程中摩擦生热，而散热条件差，容易出现刮伤、撕裂、剥落以及早期的磨损等，故工作条件恶劣。凸轮轴的主要损坏形式为解除疲劳破坏（黏着磨损及擦伤）、凸轮磨损、表面压应力反复作用造成麻点和块状剥落等。

二、二缸凸轮轴的性能要求

综合二缸柴油机凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴具有以下性能要求：

（1）凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，保证受力后无明显的变形。

（2）凸轮轴表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。

（3）凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。

（4）凸轮轴要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中等的韧性和耐磨性。

三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析

凸轮轴的材料选择主要取决于：工作条件、使用情况；凸轮—挺杆间的最大接触应力、相对滑动速度；润滑条件；润滑油的品种；匹配挺杆的材料、硬度及表面状况。

故初步选定材料为：（1）45Mn2B （2）20GrMnTi

1、材料合金元素的作用分析

45Mn2B的化学成分如表1：

表1 45Mn2B的化学成分

C：含量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低。

Si：能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但含量超过3%时将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强度和疲劳比等。能降低钢的密度、热导率和电导率，是常用的脱氧剂，有固溶强化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性、抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐磨性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。

Mn：降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的影响。

Cr：能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆，含量超过12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介