汽車曲軸畢業(yè)設計開題報告

1、. 聊城大學 汽車與交通工程學院 2009屆 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告書（學生用表）學生姓名王經(jīng)潤專 業(yè)機械設計制造及其自動化班 級2009級本科三班學 號2009203935題 目汽車曲軸的建模與加工工藝分析指導教師職 稱學 位題目來源 指導教師推薦 自選 其它題目類別 基礎研究 應用研究 其它【選題意義、研究現(xiàn)狀及可行性分析】一、選題的依據(jù)及意義： 曲軸是發(fā)動機對外輸出動力的核心部件，是驅動車、船等運輸工具的重要動力來源。曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩，用以驅動汽車的傳動系統(tǒng)和發(fā)動機的配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸的工作情況是極其復雜的，它是在周期變化的燃氣作用力、往復

2、運動和旋轉運動慣性力及它們的力矩作用下工作的，因此承受著扭轉和彎曲的復雜應力。 曲軸是內(nèi)燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關鍵零件，也是內(nèi)燃機五大件（機體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿）中最難以保證加工質(zhì)量的零件，發(fā)動機曲軸作為重要運動部件，同時因曲軸工況及其惡劣，因而對曲軸材料、曲軸尺寸精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求十分嚴格。其中任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響。因此世界各國對曲軸的加工都十分重視，不斷地改進曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。在大批量生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前設計和生產(chǎn)需求，在長時間、高速運轉下，曲軸極容易過早出現(xiàn)失效或斷裂，嚴

3、重影響曲軸的壽命和整機可靠性。曲軸的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷裂，內(nèi)燃機曲軸部分的結構形狀和主要尺寸對內(nèi)燃機曲軸的抗彎疲勞強度和扭轉剛度有重要影響，因而在內(nèi)燃機曲軸設計時，必須對內(nèi)燃機的結構強度問題予以充分重視。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢： 2.1 國內(nèi)外曲軸加工技術的現(xiàn)狀 目前車用發(fā)動機曲軸材質(zhì)主要有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)資鋼曲軸成本的三分之一左右，且球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結構形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度，硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到了廣泛的應用。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，車用發(fā)動機曲軸采用球

4、墨鑄鐵材質(zhì)的比例在美國為90%，英國為85%，日本為60%，此為，德國比利時等國家也已經(jīng)大批量采用。國內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯，中小型功率柴油機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵，而功率在160KW以上發(fā)動機曲軸多采用鍛鋼曲軸。 2.2 國內(nèi)外曲軸加工技術展望 美國，德國，日本等汽車工業(yè)發(fā)達國家都致力于開發(fā)綠色環(huán)保、高性能發(fā)動機，目前各個廠家采用發(fā)動機增壓、擴缸及提高轉速來提高功率的方法，使得曲軸各軸頸要在很高的比壓下高速轉動，發(fā)動機正向增壓、增壓中冷、大功率、高可靠性、低排放方向發(fā)展。曲軸作為發(fā)動機的心臟，正面臨著安全性和可靠性的嚴峻挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)材料和制造工業(yè)已無法滿足其功能要求，市場對曲軸

5、材質(zhì)以及毛胚加工技術、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等都要求都非常嚴格。 三 可行性分析1. 利用工程材料的知識選擇加工曲軸的材料以及淬火處理等；2. 根據(jù)發(fā)動機原理以及汽車構造的講解對發(fā)動機的類型以及參數(shù)有系統(tǒng)的把握3. 通過熱力學計算對熱力循環(huán)基本參數(shù)進行確定；4. 利用機械原理以及力學的知識對曲軸的運動進行分析和計算；5. 利用機械設計的相關知識對曲軸進行結構設計，以及強度與剛度的校核；6. 利用工程制圖的繪圖知識以及UG ，CAD等制圖軟件加之仿真軟件對曲軸進行繪圖以及運動仿真；7. 把汽車制造工藝學，汽車設計與機械制造技術有機的結合起來對曲軸進行加工制造?！狙芯康闹饕獑栴}

6、和重點、難點】一.曲軸的主要問題1. 曲軸的選材問題曲軸工作時承受著大負荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見的失效形式為彎曲疲勞斷裂及軸頸磨損，因此要求曲曲軸工作時承受著大負荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見的失效形式為彎曲疲勞斷裂及軸頸磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性和疲勞強度以及良好的耐磨性能。  m$ y& P: m; f* a. Y 球墨鑄鐵抗拉強度可達到600900MPa，接近或超過了碳素鋼的水平。與鍛鋼材料比較，球墨鑄鐵曲軸既有制造簡便、成本低廉，又有吸震、耐磨、對表面裂紋不敏感等鍛鋼材料所不具備的優(yōu)良特性。國內(nèi)外車用發(fā)動機中小功率曲軸球墨鑄鐵已占到8

7、5左右。 # w5 i9 W! & v; ; 鍛鋼曲軸具有更優(yōu)良的綜合機械性能和均勻性，常用于制造到大功率、高速發(fā)動機曲軸和船用大型曲軸等。對于45與42CrMoA兩種材質(zhì)，42CrMoA有更優(yōu)良的淬透性和回火穩(wěn)定性，經(jīng)過氮化等表面處理后綜合力學性能等指標優(yōu)于45。) I6 _4 c6 B) N& b4 此外，現(xiàn)在還有非調(diào)質(zhì)鋼曲軸，是在碳鋼基礎上通過添加微合金元素來強韌化的一種節(jié)能鋼種。材料使用時組織狀態(tài)為軋、鍛態(tài)組織。具有簡化工藝、節(jié)省能源、免除淬火缺陷、改善環(huán)境等優(yōu)點，使生產(chǎn)成本大大降低，常用來制造曲軸毛坯，比如寶鋼的48MnV。2. 曲軸淬火裂紋問題 曲軸材質(zhì)因是球墨鑄鐵

8、、組織不均、導電性差，因此，曲軸軸徑淬火時易出現(xiàn)裂紋。曲軸在汽車行駛過程中主要承受復雜的彎曲扭轉載荷和一定的沖擊載荷，那么曲軸軸徑淬火裂紋就擴展最后可能會導致斷裂。3. 曲軸內(nèi)部縮孔縮松 曲軸在加工時其軸頸內(nèi)部有縮孔或縮松，嚴重時縮孔縮松廢品率較高，按德國曲軸技術標準內(nèi)部不允許有縮孔和縮松。4、曲軸動平衡不合格 在發(fā)動機中曲軸是高速回轉零件，而曲軸由于不平衡產(chǎn)生的振動與其轉速的平方成正比。振動對導致軸承承受的負荷增加、消耗的功率增加并降低軸承的壽命與振動增加工作時的噪音，使零件從總成上松動并產(chǎn)生疲勞失效等。對高速轉動的零件進行動平衡的目的就是消除和減小振動。因此曲軸平衡精度的高低對發(fā)動機的振動

9、、運行平穩(wěn)性及壽命都有很大的影響。動平衡是曲軸加工的最后一道工序。如果曲軸因動平衡不合格而報廢將會導致機加廠很大的浪費，引起強烈抱怨二曲軸加工的重點與難點 1. 目前，國內(nèi)曲軸陳舊生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定、尺寸一致性差。2. 曲軸生產(chǎn)線，粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然后數(shù)控精車主軸頸和連桿頸，再經(jīng)過多道工序的磨削方轉入精加工工序。所以這條生產(chǎn)線設備達60多臺，導致產(chǎn)品周轉線長、場地占用面積大，其生產(chǎn)效率完全是靠多臺設備分解工序和余量來提高的。 總之，如何提高曲軸的抗疲勞強度，硬度和耐磨性，如何提高加工精度，生產(chǎn)效率，以及減小動平衡，加工過程中的曲軸內(nèi)部縮孔，淬火裂紋以及減小應力集中等問題成為曲軸加工中的重中之重?！緦懽鬟M度安排】200 年 月 - 200 年 月 選題、調(diào)研、收集資料200 年 月 日 - 200 年 月 日 論證、開題200 年 月 日 - 200 年 月 日 寫作初稿200 年 月 日 - 200 年 月 日 修改、