07 曲轴设计
(完整版)曲轴加工工艺设计
3 曲轴加工工艺3.1曲轴的功用、结构特点及工作条件曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，它将活塞的直线往复运动变为旋转运动，进而通过飞轮把扭矩输送给底盘的传动系，同时还骆动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件相当复杂，除了旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。
为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，各工作表面要耐磨。
而且润滑良好。
其结构如图3.1.18所示，主要由主轴颈、连杆轴颈、油封轴颈、齿轮轴颈、皮带轮轴颈和曲柄臂等组成。
3.2 曲抽的毛坯材料及制造方法CA6102发动机曲轴采用45"钢模锻方式制造，它具有较高的刚度、强度和良好的耐磨性。
图3.1.19为其毛坯图。
3.3 曲轴的主要加工表面及技术要求如图3.1.18所示，CA6102发动机曲轴的主要加工表面及技术要求如下:1.主轴颈:曲轴共有7个主轴颈，它们是曲轴的支点。
为了最大限度地增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计得粗一些，尽管这会增加重量，但是它可以大大提高曲轴的刚度，增加重叠度，减轻扭振的危害。
主轴颈为7560.32a h R m φμ，圆柱度公差为0.005mm 。
第一轴颈长0.100.0543.7mm ++，第四轴颈宽0.37070mm +,第七轴颈宽59.70.23mm ±，第二、三、五、六轴颈宽0.31038mm +以第一、七主轴颈为基准。
第四主轴颈的径向跳动公差为0.05mm 。
2.连杆轴颈：曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相连接。
轴颈为6260.32a h R m φμ,圆柱度公差为0.005mm 。
轴颈宽38H10mm ，其与主轴颈的重叠度为11.35mm 。
3.油封轴颈：油封轴颈为1007h mm φ。
4.曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。
它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。
容易产生扭断和疲劳破坏。
曲柄半径为R(57.15士0.07)mm 。
曲轴的设计要求
曲轴的横断面沿君轴线方向急剧变化，因而应力分布极不均匀，很难准确计算出应力，给出强度判据。
尤其在曲柄臂和轴颈的过渡圆角部分，油孔附近会产生严重的应力集中。
在循环应力作用下，在应力集中区便可能产生疲劳破坏。
实践表明，弯曲和扭转疲劳断裂，是曲轴的主要破坏形式。
弯曲疲劳断裂更为常见。
曲轴疲劳破坏形式及其主要原因见表12.7-1。
曲轴的主要设计要求:
1)足够的强度，主要是曲柄部分的弯曲疲劳强度、扭转疲劳强度以及功率输出端的静强度。
要尽量减少应力集中并加强薄弱环节。
2)足够的刚度，减少曲轴挠曲变形，以保证活塞连杆组和曲轴各轴承可靠工作，同时提高曲轴的自振预率，尽量避免在工作转速范围内发生共振。
3)轴颈-轴承副具有足够的承压面积和较高的耐磨性，油孔布置合理。
4)合理的曲柄排列，使其工作时运转平稳，扭矩均匀，并改善轴系的扭振情况。
5)合理配置平衡块，减轻主轴承负荷和振动。
上述各项设计要求相互关联，又相互制约，应根据各种机械的不同特点，结合总体设计综合考虑，尤其是曲轴部分的结构形状和主要尺寸，对曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有主要影响，因而在设计时必须对曲轴的结构强度间题予以充分注意。
汽车曲轴工艺设计
汽车曲轴工艺设计
汽车曲轴的工艺设计是指对曲轴的制造工艺进行设计和优化，以确保曲轴的质量、性能和使用寿命达到要求。
汽车曲轴的工艺设计主要包括以下几个方面：
1. 材料选择：选择适合曲轴制造的材料，通常采用高强度、高耐磨性、高疲劳强度和高耐蚀性的合金钢材料。
2. 排列方式设计：根据汽车发动机的工作原理和要求，确定曲轴的排列方式，如直列式、对置式等。
3. 组装设计：考虑到曲轴的加工和组装，必须合理设计曲轴的分段和连接方式，以便于加工和组装。
4. 工艺路线设计：确定曲轴的加工工艺路线，包括切割、锻造、热处理、车削、磨削等工序的顺序和参数设定。
5. 加工工艺优化：针对曲轴各个工序的加工过程，通过优化工艺参数和改善加工方法，提高加工效率和质量。
6. 表面处理设计：确定曲轴的表面处理方式，如镀铬、高温硬化等，以提高曲轴的耐磨性和耐腐蚀性。
7. 质量控制设计：设计合适的检测和测试方法，确保曲轴的质量符合设计要求，并制定相应的质量控制标准和流程。
通过科学的工艺设计和优化，可以提高曲轴的性能、降低成本，使曲轴具有较好的可靠性和使用寿命，从而提高汽车发动机的整体性能和可靠性。
《曲轴组设计》课件
曲轴组设计的实验验证
实验验证是曲轴组设计的重要环节，通过实验测试来验证设计的可行性和 有效性。
实验测试包括曲轴组的装配、性能测试、疲劳寿命测试等，以评估曲轴组 的实际性能和可靠性。
根据实验结果，对设计进行必要的调整和优化，以满足实际应用的需求。
曲轴组设计的持续优化
曲轴组设计的持续优化是提高设计质量和性能的重要 手段。
低噪音、振动和油耗等。
03
曲轴组主要部件设计
曲轴设计
曲轴是发动机中最重要的部件之一， 其主要功能是承受气缸内气体压力通 过连杆将这种气体压力转变为曲轴的 旋转力，并向外输出。
曲轴的形状和结构对其工作性能和使 用寿命有着重要影响，因此需要进行 精确的设计和计算。
曲轴设计需要考虑强度、刚度、耐磨 性、抗疲劳性以及制造成本等因素。
详细描述
曲轴组由曲轴、轴承、连杆、活塞等部件组成，其设计直接影响到发动机的性能和可靠性。曲轴组的主要功能是 将气缸内燃烧产生的能量转化为旋转运动，并通过连杆和活塞的往复运动将旋转运动转化为直线运动，从而驱动 车辆前进。
曲轴组在发动机中的位置与作用
总结词
曲轴组位于发动机的下部，是发动机的核心部分之一。其作用是实现能量的转换和传递，为车辆提供 前进的动力。
详细描述
曲轴组位于发动机的下部，主要由曲轴、轴承、连杆和活塞等部件组成。曲轴组的作用是将气缸内燃 烧产生的能量转化为旋转运动，并通过连杆和活塞的往复运动将旋转运动转化为直线运动，从而驱动 车辆前进。曲轴组的设计和制造质量直接影响发动机的性能和可靠性。
曲轴组的构成与分类
总结词
曲轴组由曲轴、轴承、连杆、活塞等部件组成，根据不同的分类标准可以分为不同类型 。
强度分析
利用有限元分析等手段，对曲轴组进行强 度分析，确保其在各种工况下的安全性和 可靠性。
曲轴的设计要求及基本参数设计原则
曲轴的设计要求及基本参数设计原则
曲轴在不断周期性变化的气体压力下，产生强烈的扭转和弯曲，受到的巨大应力可能会导致曲轴发生断裂，在曲轴设计过程中，首先要充分考虑提高曲轴的强度和刚度，同时要综合考虑曲轴的重量、耐磨性和生产成本等因素。
在现实的生产中，它们是互为一体，却又相互矛盾的。
比如，要想提高曲轴的刚度就需要增大曲柄销和主轴颈的直径，这样的结果就是导致曲轴的重量增加，生产制造成本增加。
因此要想解决好这些问题，就要从曲轴的材料、结构、强化手段和生产加工工艺等方面综合考虑，这样才能生产出符合实际生产要求的产品。
在设计曲轴时，各部件生产的前后连贯性非常强，它们的尺寸不能孤立进行，必须综合考虑。
比如要增加各部件的强度，就势必要增大尺寸，重量增加，这在曲轴的设计要求中是互相矛盾的，如何生产出强度高、重量轻的优质曲轴，是在整个曲轴的设计过程中需要解决的重点问题。
CY4102的曲轴参数与4D型曲轴参数如下表
表3.1－1 CY4102曲轴基本参数单位：毫米
表3.1－2 4D型曲轴基本参数单位：毫米
各部件的尺寸都有所增加，这势必增加了曲轴的重量和运动负荷，降低曲轴的寿命，因此，我们需要进行深入细致的研究，生产出符合生产要求的更轻便，更坚固，寿命更长的曲轴。
曲轴设计课件
曲轴的8个曲柄在轴向成镜面对称，平衡块 重量相同能保证柴油机具有最小的内力矩和轴 承负荷。
6.2 工艺措施
1、圆角滚压强化：表面产生剩余压应力，抵消部分 工作拉伸应力，从而提高曲轴的疲劳强度。
2、圆角淬火强化：用热处理方法使金属发生组织相 变，体积膨胀而产生残余压应力，从而提高曲轴 疲劳强度。
4、曲轴的主要参数
依据中国农业机械出版社出版的《柴油机 设计手册》选择参数如下： 曲柄销直径：dp=0.75D=0.75×280=210 曲柄销长度：lp=0.60D=0.6×280=168 曲柄臂厚度：h=0.25D=0.25×280=70 曲柄臂宽度：b=1.1D=1.1×280=308 主轴颈直径：dj=0.9D=0.9×280=252 主轴颈长度：lj=0.4D=0.4×280=112 曲轴圆角半径：r=0.045D=0.045×280=12.6 取r=15
5、曲轴的其它结构设计
5.1 润滑油通道 主轴颈设置有中心内孔，连杆颈内有两对开油孔， 每一曲柄有2个斜油孔在连杆颈内相交，在自由端 轴颈锥面有一油孔与主轴颈油道相通。
5.2 曲轴两端轴段结构 曲轴自由端设有一段锥面，用于安装曲轴齿轮和 卷簧减震器。曲轴输出端轴段上有一整体法兰， 用于安装联轴节。
3、喷丸强化处理：与滚压强化的道理一样，属于冷 作硬化变形。
4、氮化处理：使氮气渗入零件表面，金属体积增大 而产生挤压应力。
曲轴设计
主要内容
1、总述 2、曲轴的材料和工艺 3、曲轴的结构设计 4、曲轴主要参数 5、曲轴其它结构设计 6、提高曲轴疲劳强度的措施
1、总述
曲轴是发动机 中最重要的机件之 一，它的成本大约 占整机成本的十分 之一。它的尺寸参
机械设计中的曲轴和凸轮机构设计
机械设计中的曲轴和凸轮机构设计机械设计中，曲轴和凸轮机构是非常重要的组成部分。
它们被广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机、泵、压缩机等。
曲轴和凸轮机构的设计对机械设备的性能和效率有着重要影响。
本文将介绍机械设计中的曲轴和凸轮机构的设计原理和要点。
一、曲轴设计曲轴是将往复运动转换为旋转运动的一种重要机构。
在曲轴的设计中，需要考虑以下几个方面：1. 曲柄的长度和角度：曲柄的长度和角度决定了曲轴的输出特性。
较长的曲柄可以提供更大的输出力矩，但也会增加惯性力和阻力。
而较大的角度可以提高发动机的排量和性能。
2. 曲轴的材料和加工工艺：曲轴需要具备足够的强度和耐磨性，因此常使用高强度钢材制作。
同时，曲轴的加工工艺也需要保证其表面的光滑度和精度。
3. 主轴承和连杆轴承的设计：曲轴需要与主轴承和连杆轴承配合工作，因此其设计应考虑到与轴承的配合间隙和润滑等因素，以保证曲轴的运转平稳和寿命。
二、凸轮机构设计凸轮机构是机械设备中常用的转动机构，其设计需要考虑以下几个要点：1. 凸轮的形状和曲线：凸轮的形状和曲线决定了气门的开闭时间和行程。
因此，在设计凸轮轴时，需要根据气门的工作要求和运动规律选择合适的凸轮形状。
2. 凸轮轴的传动方式：凸轮轴与曲轴之间的传动方式一般采用齿轮传动或皮带传动。
在选择传动方式时，需要考虑到传动效率、噪音和寿命等因素。
3. 凸轮轴的材料和加工工艺：凸轮轴需要具备足够的强度和耐磨性，因此常使用高强度合金钢制作。
同时，凸轮轴的加工工艺也需要保证其表面的光滑度和精度。
三、曲轴和凸轮机构的优化设计在进行曲轴和凸轮机构的设计时，还需要考虑到结构的优化。
以下是几个常用的优化设计方法：1. 有限元分析：通过有限元分析，可以对曲轴和凸轮机构的受力分布和变形进行模拟和分析，从而确定合理的结构参数。
2. 优化算法：利用优化算法，可以对曲轴和凸轮机构的结构参数进行多目标优化，以达到最佳的性能和效率。
3. 材料选择：选择合适的材料可以提高曲轴和凸轮机构的强度和耐磨性，同时减轻重量和惯性力。
机械课程设计：曲轴
机械课程设计：曲轴摘要本文主要介绍机械课程设计中的曲轴设计。
首先介绍曲轴的定义和作用，然后讨论曲轴的设计要点和设计流程。
接下来详细介绍曲轴的设计步骤，包括曲轴的几何参数计算、受力分析和校核。
最后，通过一个实例演示了曲轴的设计过程。
1. 引言曲轴是一种常见的机械传动元件，主要用于将往复运动转换为旋转运动。
在许多机械系统中，曲轴承担着重要的传动和支撑作用。
因此，曲轴的设计对机械系统的性能和寿命具有重要影响。
2. 曲轴的定义和作用曲轴是一种能将往复直线运动转变为旋转运动的机械传动装置。
曲轴一般由一根直杆和两个或多个偏心轮组成。
曲轴可以将往复直线运动转换为旋转运动，通过连杆和活塞将燃烧室内的高压气体产生的力转换为旋转动力，从而驱动汽车的轮胎、飞机的螺旋桨等。
曲轴在机械系统中的主要作用是将发动机的燃烧能量转化为机械能，并将其传递给其他机械装置。
曲轴还起到了平衡连杆转动惯量的作用，使连杆的运动平稳，减少振动和冲击力，提高机械系统的工作效率和安全性。
3. 曲轴设计要点在进行曲轴设计时，需要注意以下几个要点：3.1 转动惯量曲轴的转动惯量对机械系统的平衡性和工作效率有重要影响。
过大或不均匀的转动惯量会导致机械系统的振动和冲击力增大，从而影响机械系统的稳定性和寿命。
因此，在设计曲轴时需要合理控制曲轴的转动惯量。
3.2 轴承支撑曲轴在机械系统中需要通过轴承来支撑和转动。
轴承的选择和安装对曲轴的工作性能和寿命有重要影响。
因此，在设计曲轴时需要考虑轴承的类型、尺寸和安装方式，确保曲轴能够正常运转并具有良好的工作性能。
3.3 受力分析曲轴在工作过程中会承受来自往复运动的力和转动惯量的作用力。
受力分析是曲轴设计的重要环节，通过分析曲轴在工作过程中所受的力和力矩，可以确定曲轴的受力情况，为曲轴的结构和尺寸设计提供依据。
3.4 材料选择曲轴一般由高强度的合金钢制成，以满足其在工作过程中的高强度和抗疲劳性能要求。
合适的材料选择对曲轴的工作性能和寿命具有重要影响。
曲轴设计_??????
曲轴设计
曲轴设计是指对发动机曲轴进行结构、尺寸和材料的确定，以满足发动机的工作要求和设计目标。
曲轴是发动机中的
一个关键零部件，主要作用是将汽缸内的往复运动转变为
旋转运动，同时还要承受汽缸内燃气的压力和产生的惯性力。
因此，曲轴的设计要考虑到以下几个方面：
1. 强度和刚度：曲轴需要具有足够的强度和刚度，以承受
发动机的工作负荷和振动载荷，并保持其形状和位置的稳
定性。
通常会采用合适的材料和截面形状来提高曲轴的强
度和刚度。
2. 质量和平衡：曲轴的质量和平衡对发动机的运行平稳性
和寿命有很大影响。
曲轴要经过精确的加工和动平衡处理，以减小不必要的振动和冲击力，提高发动机的运行效果。
3. 各部分的合理布局：曲轴上各个曲柄的布局和相对位置
的合理安排，能够使发动机的气缸工作顺序合理，减小不
平衡力，降低振动和噪声。
4. 磨削和表面处理：曲轴的磨削和表面处理对减小摩擦损失和延长使用寿命有很大影响。
磨削工艺要尽量减小表面粗糙度，提高曲轴的表面质量，同时可以采用表面硬化等处理方法来提高曲轴的耐磨性和抗疲劳性。
总之，曲轴设计需要综合考虑发动机的工作要求、性能指标和制造工艺等因素，以确保曲轴能够满足发动机的工作需要，并具有良好的强度、刚度、平衡性和耐用性。
曲轴毕业设计
曲轴毕业设计曲轴毕业设计曲轴是一种重要的机械零件，它在内燃机、发电机和其他动力装置中起着至关重要的作用。
在汽车工程领域，曲轴的设计和制造是一项关键的任务，对于发动机的性能和可靠性有着直接的影响。
因此，作为一名机械工程专业的学生，我选择了曲轴作为我的毕业设计课题。
在开始我的毕业设计之前，我进行了大量的文献调研和实地考察。
我发现曲轴的设计涉及到多个方面，包括材料选择、结构设计、加工工艺等。
我决定以一款汽车发动机为例，对曲轴进行设计和优化。
首先，我需要选择合适的材料。
曲轴需要具备足够的强度和刚度，以承受高速旋转时的巨大力矩和冲击力。
经过对比和分析，我最终选择了高强度合金钢作为曲轴的材料。
这种材料具有优异的机械性能和耐磨性，能够满足曲轴的使用要求。
接下来，我开始进行曲轴的结构设计。
曲轴的结构复杂，需要考虑到各个部分的功能和相互之间的协调。
我采用了CAD软件进行三维建模，并进行了有限元分析，以评估曲轴在工作过程中的应力分布和变形情况。
通过不断调整和优化设计，我得到了一个结构合理、强度充足的曲轴模型。
在结构设计完成后，我开始考虑曲轴的加工工艺。
曲轴的制造工艺需要精确而细致，以确保曲轴的尺寸和形状符合设计要求。
我参观了一家汽车零部件制造厂，亲眼目睹了曲轴的加工过程。
我学习了曲轴的车削、磨削和热处理等工艺，了解了每个步骤的重要性和技术要求。
在毕业设计的过程中，我遇到了不少困难和挑战。
例如，曲轴的结构设计需要考虑到多个因素，如受力情况、传动方式等。
我通过与导师和同学的讨论和交流，不断完善和调整设计方案。
此外，曲轴的加工工艺也需要高度的技术和经验，我通过参与实际操作和与专业技术人员的交流，逐渐提高了自己的技能和水平。
经过几个月的努力，我最终完成了我的曲轴毕业设计。
我对自己的成果感到非常满意，不仅在知识和技术上有所提高，还对汽车发动机的结构和工作原理有了更深入的了解。
我相信这个毕业设计将对我的未来职业发展起到积极的推动作用。
曲轴的加工工艺及夹具设计.
曲轴的加工工艺及夹具设计.曲轴是一种中空的长轴，具有凸轮和连杆等部件。
曲轴广泛用于发动机、发电机、泵和压缩机等机械设备中。
由于其制作具有较强的特殊性和难度，因此制作曲轴的工艺及夹具设计至关重要。
1. 设计工艺和工艺路线曲轴的设计必须遵循机械原理和技术规范。
在进行曲轴设计时，需考虑到曲轴的材质，曲轴壳特征，曲轴壳直径和轴承座位置等因素。
在考虑这些因素的同时，需要进行材料选择和制造工艺选择，以便获得最优的曲轴设计，同时优化制造成本。
2.原料准备曲轴一般由高强度合金钢、铸铁或铝合金等材料制成。
在对原料进行处理时，需遵循材料质量指导书规定和制造工艺要求。
在准备原料时，还需对其进行热处理，以获得合适的材料性能，提高曲轴的强度和耐用性。
3. 车削工艺曲轴车削工艺是曲轴加工流程的核心，也是曲轴用最多的材料加工工艺。
在车削工艺中，需要使用高精度的车床和其它特殊加工设备，以保证曲轴的直径精度、凸轮和连杆安装位置、轴承座间隙等要求.磨削工艺是曲轴精度提高的关键。
在磨削过程中，需要使用优质的磨削工具和磨削设备。
磨削工艺中，需要注意磨削的时间、力和速度。
5. 精修工艺精修工艺主要是通过热处理或冷加工，以提高曲轴的强度和稳定性。
在精修过程中，需对曲轴进行一系列的检测和测试，以保证曲轴符合设计要求和制造标准。
1. 铸造夹具铸造夹具是曲轴制造中的一种常见夹具。
在铸造夹具中，需要考虑曲轴壳体的角度和直径，以及曲轴壳体的形状和大小等因素。
铸造夹具一般由木材或铸铁制成，以保证夹具的强度和稳定性。
2. 加工夹具加工夹具是曲轴制造中的另一种常见夹具。
在加工夹具中，需要考虑曲轴加工的每一个环节。
加工夹具需要能够满足曲轴加工的精度要求和工艺要求，同时，加工夹具还需要兼具夹持曲轴的能力。
3. 检测夹具检测夹具主要用于曲轴的检测和测试。
在检测夹具中，需要考虑曲轴的尺寸、形状和位置，以及曲轴检测的精度要求。
同时，检测夹具需要依据曲轴的检测项目，兼具夹持、测量、测试等多个功能。
曲轴设计要点
曲轴设计要点曲轴作为内燃机重要的零部件之一，在发动机运转中承担着转换往复运动为旋转运动的重要功能。
曲轴的设计直接影响到发动机的性能和可靠性。
本文将就曲轴设计的主要要点进行详细介绍，以便工程师们在设计过程中能够遵循相关原则，确保曲轴的性能达到最佳状态。
一、材料选择曲轴主要承受很大的弯曲和扭转载荷，因此材料的选择至关重要。
一般来说，常用的曲轴材料有45#钢、40Cr和42CrMo等。
在选择材料时，需要考虑其强度、韧性和耐疲劳性能，以确保曲轴能够承受长时间高速运转带来的各种力的作用。
二、几何结构设计1. 曲轴的结构形式：根据不同发动机的工作原理和性能要求，曲轴的结构形式也各有不同，如平面曲轴、平行轴曲轴、交叉轴曲轴等。
在选择结构形式时，需要根据具体情况做出合理选择。
2. 空间布置：曲轴的主要作用是将活塞的往复运动转化为旋转运动，因此曲轴的位置和轴心的设计应符合其工作原理，同时也要考虑到与其他零部件的配合以及整体的空间布置。
3. 曲轴的重心设计：曲轴的重心设计应该符合整个发动机系统的平衡要求，减小振动和冲击力，提高发动机的运转平稳性和寿命。
三、曲轴表面处理1. 表面淬火：对曲轴表面进行淬火处理可以提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。
2. 表面喷涂：表面喷涂可以提高曲轴的抗磨损性能，降低摩擦系数，减少磨损。
3. 表面抛光：抛光后的曲轴表面光洁度高，有利于减小摩擦力，提高发动机的效率。
四、动平衡设计曲轴在高速旋转时容易产生振动，为了减小振动和降低噪音，需要对曲轴进行动平衡设计。
通过在曲轴上适当安装平衡块，可以使得曲轴在高速旋转时平衡性更佳，延长发动机寿命。
五、工艺设计1. 切削工艺：曲轴的制造工艺通常需要进行高精度的切削加工，因此加工工艺的设计对曲轴的成品质量至关重要。
2. 热处理工艺：曲轴经常需要进行热处理，以提高其硬度和强度，因此热处理工艺的选择和控制也是曲轴设计中的重要环节。
综上所述，曲轴设计是内燃机设计中至关重要的一个环节，合理的曲轴设计可以提高发动机的性能和可靠性，为发动机的正常运转提供有力支持。
20070403262_张辉远_汽车发动机曲轴扭振减振器设计
20070403262_张辉远_汽车发动机曲轴扭振减振器设计济南大学毕业设计1 前言1.1 课题研究背景及意义传动系扭转振动是汽车的主要振动形式之一, 会直接影响到汽车零部件的使用寿命和汽车的乘坐舒适性。
一些汽车新技术的应用(如轻量化、柴油发动机在轿车上的推广和低转速大扭矩发动机的应用等)使得限制扭振减振变得愈发困难。
传统的汽车扭振减振措施是在离合器从动盘上安装扭振减振器，简称CTD 。
由于离合器从动盘受其空间尺寸的限制，弹性元件刚度大、减振器相对转角小、设计尺寸小,从而使得CTD振动传递率较大, 隔振效果很差，尤其是在低速区几乎没有明显的隔振作用。
由于自身的不足, CTD很难满足人们日渐提高的乘坐舒适性的要求, 最典型的取而代之的扭振减振器是双质量飞轮式扭振减振器(简称DMF)。
所说的DMF,就是将发动机飞轮分成两部分, 并在中间用扭转减振器连接。
这样, 扭转减振器弹性元件和阻尼元件便可以布置在较大的空间内, 因此减振器相对转角较大, 可以将刚度设计得很小,发动机传递到变速箱上的扭振波动便被有效的隔离了。
1.2扭振减振器在国内外的发展现状DMF扭转减振器诞生于上世纪八十年代中期, 因为其克服了CTD扭转减振器的不足之处, 因此有效地降低传动系的扭转振动, 使汽车的减振降噪技术有了一个质的飞跃。
1984年,日本一家汽车公司在一款涡轮增压柴油机汽车上首次安装了DMF。
该公司装备的双质量飞轮扭振减振器基本沿用离合器从动盘式扭转减振器的形式,但是它的采用成为双质量飞轮式扭振减振器发展史上的起点。
第二年底,德国宝马公司将DMF装备在宝马324D上, 该车当时被誉为世界上最安静的柴油车。
随后, 宝马公司推出的系列车型上相继采用DMF并获得用户的广泛认可。
一直到上世纪90年代,国外DMF研制的产品已基本趋于成熟,在期间有大量的专利产品和专业研究论文出现, DMF的产量也急剧增长。
在我国国内也颇为重视对DMF减振器的研究, 早在十年之前,一些高校、汽车公司以及科研单位就开始在DMF领域进行探索和研究,这为DMF国产化奠定了理论基础。
VA07型空压机曲轴配重机械加工工艺及其工装夹具设计
【 关键词】工装 ；夹具等
［ 图分 类号 】 １ ５ 中 ７－ １ ４ ［ 献标 识码 】Ｂ 文 ［ 章编 号】１０－ ７５ （０８ ２ ０ ４ — ２ 文 ０８ ２ ３ ２ ０ ０ －０ ８０ Ｊ
Ｖ ０ 型 曲轴 配 重作 为小 型空 压 机 的关 键 部 件 ， 加 工精 Ａｒ ７ 其 度 直接 影 响 使 用 寿 命 、 气 量 、 件 平稳 度 及 噪 声 指 标 要 求 。 充 工 并 要 求互 换 性 强 、 修 方 便 。 维
组 机 厂对 其 质 量 进 行 跟 踪 检 测 ，反 映 良好 ，符合 设 计 标 准 。
Ｖ ０ 曲 轴配 重 产 品结 构 如下 图 １ 示 ： Ａｒ ７ 所
Ｍ１ ０定位 螺栓 顶 紧 螺栓 座
夹 紧块
４ Ｍ８内六 角 螺栓 一
枣垡堡堡堕
－ ４圆柱 销
２ Ｍ１ － ０内六 角 螺 栓 夹 紧 螺栓 图２
图 １
求 ， 求 孑 与底 座 平 面垂 直 度＜ ．２ ｍ。 拐 路用 Ｍ１ 要 Ｌ ０ ｍ ０ 其 ０螺栓 固 定 拐 路 与孑 中心距 ｌ＋ ． ｍｍ用 支 架 螺栓 调整 该 工 装孑 经 过 Ｌ ００ ｌ ５ Ｌ 使 用磨 损 后 超 差 ００ｍ 后 ， 加 套 以 保证 加 工 精 度 。其 夹 具 ． ｍ ２ 需
收稿 日期 ：０ ８ Ｏ － ６ ２ ０ — ２ ２
作者 简 介 ： 松 （９ ７ ）男 ， 建 长 汀人 ， 讲 ， 要研 究 方 向 ： 李劲 １６ 一 ， 福 助 主 机
械设计．
・
４８・
维普资讯
第 ｌ ５卷
第 ２期 李 劲 松 ：Ｖ ０ Ａ ７型 空 压 机 曲 轴 配 重 机 械加 工 工 艺 及 其 工 装 夹 具设 计
综合训练—设计曲轴_边做边学——Mastercam X7数控加工立体化实例教程_[共9页]
![综合训练—设计曲轴_边做边学——Mastercam X7数控加工立体化实例教程_[共9页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b48d05190508763230121214.png)
数控加工立体化 实例教程
图 4-29 选取倒圆角边 图 4-30 实体倒圆角
4.1.3 综合训练—设计曲轴
曲轴是发动机上的一个重要的机件，是发动机的 主要旋转机件，装上连杆后，可将连杆的上下（往复） 运动变成循环（旋转）运动。下面以图 4-31 所示曲 轴的设计为例来讲解旋转实体、挤出实体、布尔运算、 倒圆角等操作。
（3）创建实体旋转特征 ① 将线型修改为实线，线宽为第二条参考线。 ② 单击 按钮，利用连续直线模式绘制旋转截面，并加以圆角修饰，结果如图 4-35 所示。
图 4-35 旋转截面
③ 新建图层 2，将其设置为当前图层。 ④ 执行【实体】/【旋转】命令，选取最左端的图形为旋转截面，在【串连选项】对话框 中单击 按钮确定。 ⑤ 选取相应的中心线为旋转轴，在弹出的【方向】对话框中单击 按钮确定。 ⑥ 采用【旋转实体的设置】对话框中的默认设置，结果如图 4-36 所示。 ⑦ 用相同的方法创建最右端图形的实体旋转特征，结果如图 4-37 所示。 ⑧ 用相同的方法创建中间图形的实体旋转特征，结果如图 4-38 所示。
要点提示 Mastercam X7 可以通过多种方法创建出同样的效果，只是效率的高低不同而已。例如，旋转可以创建 曲轴的基体，而通过多次的实体挤出同样可以完成，但效率较低，故用户在学习过程中应注意总结各方 法的特点，养成良好的设计习惯。
2．操作步骤概况
操作步骤概况，如图 4-32 所示。
曲轴的设计 1ห้องสมุดไป่ตู้
图 4-32 操作步骤
3．创建曲轴模型
（1）绘图环境设置
① 在工具栏中单击 按钮，设置俯视图构图。 ② 设置线宽为第一条实线，线型为中心线。 （2）绘制中心线 ① 单击 按钮，绘制起始点和终点坐标分别为（-5，0，0）和 （289，0，0）的中心线，然后单击 按钮确定。
07__曲轴设计
7 曲轴设计曲轴是发动机中最重要的机件之一。
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。
7.1 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择7.1.1 曲轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩共同作用下工作的，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。
这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。
实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。
因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度，曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。
曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。
通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都始于过渡圆角和油孔处。
图7-1表明了曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。
弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上，基本上成450折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成450剪断曲柄销。
所以，在设计曲轴时，要特别注意设法缓和应力集中现象，强化应力集中部位。
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为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，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，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好适当材料的轴瓦。
图7-1 曲轴的疲劳破坏 a ）弯曲疲劳破坏 b ）扭转疲劳破坏曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7曲轴设计曲轴是发动机中最重要的机件之一。
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。
7.1 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择7.1.1 曲轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩共同作用下工作的，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。
这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。
实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。
因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度，曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。
曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。
通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都始于过渡圆角和油孔处。
图7-1表明了曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏的情况。
弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上，基本上成450折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成450剪断曲柄销。
所以，在设计曲轴时，要特别注意设法缓和应力集中现象，强化应力集中部位。
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为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，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，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好适当材料的轴瓦。
图7-1 曲轴的疲劳破坏a ）弯曲疲劳破坏b ）扭转疲劳破坏曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。
如果曲轴弯曲刚度不足，则可能发生较剧烈的弯曲振动，使活塞连杆和轴承的工作条件大为恶化，影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲轴箱局部应力过大而开裂。
曲轴的扭转刚度差，则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动。
轻则引起噪音，加速曲柄上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。
所以，设计时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。
由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计时，至今还没有一个能反映客观实际的理论公式可供通用。
因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验来设计。
7.1.2 曲轴的材料在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命。
因此，必须根据内燃机的用途及强化强度，正确的选用曲轴材料，在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。
以铸代锻，以铁代钢。
作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求有高度的耐磨性，耐疲劳性和冲击韧性。
同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。
摩托车发动机曲轴通常用高强度、冲击韧性好的中碳钢或中炭合金钢，经模锻和调质处理，对轴颈表面通过高频率淬火和氮化处理，经精加工而成。
本设计中采用45钢模锻曲轴。
7.1.3 曲轴结构型式的选择曲轴的结构型式与其制造方法有直接关系，在进行曲轴设计时必须同时考虑。
曲轴有整体式曲轴和组合式曲轴两大型式。
而摩托车发动机常采用组合式曲轴，这是因为其加工简单，不需要大型模锻设备，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接合起来。
本设计中采用滚动轴承作主轴承。
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刚度和强度；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）发动机起动较为容易，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。
7.1.4曲轴强化的方法提高曲轴的疲劳强度是设计人员必须努力解决的问题。
为了提高曲轴的疲劳强度，可以采用一系列结构设计和工艺设计措施。
在结构设计方面，可以采用以下措施：1）提高曲柄销和曲轴主轴颈的重叠度。
2）采用较大的圆角半径可以使圆角弯曲形状系数下降，从而提高弯曲强度。
3）轴颈上设计卸载槽使应力分布更加均匀，而且沿轴颈和曲柄臂宽度的最大应力较小，还可能使轴颈到曲柄臂过渡圆角的半径增大。
4）曲柄销的内卸载孔相对其几何轴线远离曲柄半径中心呈偏心布置使圆角处的弯曲应力降低，提高疲劳强度。
5）增大曲柄臂的厚度和宽度。
除了设计措施外，工艺方面利用特殊的机械加工方法、热处理或化学处理方法强化表面，以提高曲轴的疲劳强度。
常用的表面强化工艺有以下几种：1）圆角高频感应淬火；2）圆角滚压；3）氮化。
7.2 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计在选定曲轴材料、毛坯制造及其基本结构型式后，便从单位曲拐（包括主轴颈、曲柄销和曲柄等主要部分）着手确定主要尺寸和结构细节。
曲轴与活塞连杆组件和机体有密切的联系，曲轴的设计不能孤立地进行。
曲轴长度方向的尺寸基本上取决于缸心距L。
并列连杆式V型发动机的L主要决定于轴承负荷。
所以，曲轴的基本尺寸大多根据发动机的总体布置来考虑。
7.2.1 曲柄销的直径D2和长度L2在考虑曲轴颈的粗细时，首先是确定曲柄销的直径D2。
由《内燃机设计》表5-1可知：V型发动机的D2/D（曲柄销直径/气缸直径）比值在0.55～0.62范围。
即D2=29.70～33.48㎜。
由于位于同一曲轴销上的每一对气缸的一级往复惯性力的合成变为一个旋转的离心力，再加上原有的离心力，使总的离心负荷显得特别大。
因此，为减轻离心负荷希望V型发动机的D2/D 较小。
此外，V型发动机一般在曲柄销上并列两个连杆，每个连杆很窄，为保证最佳的轴颈长度和直径的比例，D2/D也必须较小。
综合上述情况，在本次设计中取曲柄销直径D2=30㎜。
从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作出发，应使曲柄销的长度l2控制在一定范围内，同时注意曲拐各部分尺寸协调。
由《内燃机设计》表5-1可知。
V型发动机曲柄销长度l2按l2/D=0.45～0.60取值，即l2=24.30～32.4㎜时，轴承的承载能力最大。
若l2过长，则流经轴承的机油量就减少，冷却度差，油温升高而使油粘度下降，轴承的承载能力反而降低。
此外，轴承过长对曲轴变形的顺应性差，容易造成棱缘过负荷。
轴承负荷越大，油膜厚度就越小，用相对较窄的轴承较好。
为了保证曲柄强度，曲柄臂厚度应适当加厚，这也要求减小l2。
所以本次设计中取l2=25㎜，其宽度与滚针轴承相配合。
连杆轴颈的尺寸可以依据承压面的投影面积F2=0.01/D2l2㎝2与活塞投影面积F=πD2/400 ㎝2之比来校核。
此比值据统计应在0.2～0.5范围内。
而且汽油机偏下限，V型发动机也偏下限。
在本次设计中，F2/F=2224DlDπ=0.33，所以所设计的连杆轴颈符合要求。
7.2.2 主轴颈的直径D1如果从曲轴沿全长度具有等刚度要求出发，可以认为主轴颈与曲柄销一样粗就行了。
而从轴承负荷出发，由于主轴承最大负荷小于连杆轴承，因此主轴颈可以比曲柄销更细。
为了最大限度地加强曲轴的刚度，可适当加粗主轴颈，这是因为加粗主轴颈能增加曲轴轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，但几乎不增加曲轴的转动惯量，故可提高自振频率，减轻扭振危害。
同时，加粗主轴颈可相对缩短其长度，使曲柄加厚以加强整根曲轴的薄弱环节（图6-1B断面）。
由《内燃机设计》表5-1可知，对V型发动机而言，主轴颈D1的取值范围为D1=（0.60～0.70）D=32.40～37.80㎜。
根据以上分析，则取D1=35㎜。
本设计中主轴颈选用滚动轴承，主轴颈长度与轴承宽度相配合，因此参照《机械设计手册》表3.11-15选取207GB276-64型单列向心球轴承，该轴承的宽度为17㎜。
7.2.3 曲柄臂摩托车发动机曲轴的曲柄臂形状大多数采用椭圆或圆形，本设计中采用圆形曲柄臂，这是由于圆形曲柄便于机械加工和抛光，而表面抛光是提高合金钢曲轴疲劳强度的重要措施之一。
曲柄臂应选择适当的厚度、宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。
曲柄臂在曲拐平面内的抗弯能力以其矩形断面的抗弯模数σW来衡量：62bhW=σ（㎜2）式中 b —曲柄臂的宽度（㎜）；h —曲柄臂的厚度（㎜）。
由上式可知，在提高曲拐平面内的抗弯能力上，显然，增加曲柄臂厚度h要比增加曲柄臂宽度b要好得多。
有实验例子表明，h增加10%，σW提高20%，而实际抗弯强度可提高40%；b增加10%，抗弯能力也应提高10%，而实际只提高了5%，这是因为曲柄臂越宽，应力分布越不均匀。
在本次设计中，取b=50㎜，h=8㎜。
重叠度 5.1221-=-+=∆R D D 符合小排量发动机采用组合式曲轴时，由于结构限制，重叠度Δ为负值的要求。
在轴颈与曲柄臂交界出，设计一个宽为0.5㎜的台阶，以便精磨轴颈和圆角时，砂轮不与曲柄臂相碰。
在曲柄臂与轴颈连接处，为了减小应力集中，提高疲劳强度，往往采用圆角过渡。
过渡圆角半径的增大与其表面粗糙度的降低，是增加曲轴疲劳强度的有效措施。
通常取圆角半径r=（0.05～0.09）D 1=1.75～3.15㎜，取r=2㎜。
7.2.4 平衡重铸造曲轴的平衡重一般与曲轴铸成一体，这样可使加工较简单，并且工作可靠。
平衡重应尽可能使其重心远离曲轴旋转中心，即用较轻的重量达到较好的效果，以便尽可能减轻曲轴重量。
平衡重的径向尺寸和厚度应以不碰活塞裙底和连杆大头能通过为限度。
7.2.5 油道布置为保证曲轴轴承工作可靠，对它们必需有充分的润滑。
一般采用油压为2～6bar 的压力进行润滑。
将润滑油输送到曲轴油道中去的供油方法有两种，一种是集中供油，另一种是分路供油。
本设计中采用分路供油。
油道布置主要根据润滑供油充分和其对曲轴疲劳强度的影响来决定。
主轴颈上的油孔入口应保证向曲轴销供油充分；曲柄销上的油孔出口应设在较低负荷区，以提高轴瓦的供油能力。
油孔的位置应参考轴承负荷图和轴心轨迹图来确定。
油道的取向对扭转疲劳强度的影响很显著。
油孔出口与轴颈表面的交线形成的椭圆，如其长轴与轴颈受纯扭转时的最大拉应力σ1相平行（图7-2），油道取向就有利提高疲劳强度。
实验表明：油孔夹角θ与β大些，都可提高曲轴的扭转疲劳拉力。
在相同的扭矩作用下，θ角越大，沿油孔走向的截面所受的拉应力就越小。
此外，油孔夹角θ还决定了椭圆孔口的长轴与最大拉应力的夹角的大小。
θ角越大，椭圆孔的长轴与最大拉应力的角度越小。
油道布置中θ角不小于550，υ角尽量接近90o ，这是考虑到曲轴的承载是弯矩组合，υ角大些图7-2 有利油道取向曲柄销油孔出口靠近曲拐平面内弯曲的中性平面。
强化曲轴的油孔出口应为圆角，并抛光。