曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)件

1、1.曲軸的概述曲軸的總體設(shè)計(jì)與柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，曲軸是其中醉關(guān)鍵的受力零件之一，對(duì)整機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響，往往在柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)就必須決定曲軸的結(jié)構(gòu)型式和主要尺寸。 2.曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)曲軸是柴油機(jī)上的一個(gè)重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。曲軸主要有兩個(gè)重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是：活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)

2、整體性能的表現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。機(jī)體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋等零件組成。（1）氣缸體水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋，冷卻水套和潤(rùn)滑油道等。（2）曲軸箱氣缸體下部用來(lái)安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來(lái)貯存潤(rùn)滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取

3、決于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。油底殼內(nèi)裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動(dòng)時(shí)油面波動(dòng)過(guò)大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤(rùn)滑油中的金屬屑，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤?。?）氣缸蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來(lái)冷卻燃燒室等高溫部分。缸蓋上還裝有進(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)的

4、氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來(lái)鋁合金氣缸蓋被采用得越來(lái)越多。而作為發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)件曲軸，其加工方法仍有一般軸的加工規(guī)律，如銑兩端面，鉆中心孔，車、磨及拋光，但是曲軸也是有它的特點(diǎn)，它由主軸頸，連桿軸頸與連桿軸頸之間的連接板組成，其結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、曲拐多、剛性差，因而安排曲軸加工工藝應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施。 在曲軸的機(jī)械加工中，采用新技術(shù)和提高自動(dòng)化程度都不斷取得進(jìn)展。目前，國(guó)內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度

5、相對(duì)較低。粗加工設(shè)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(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差?，F(xiàn)在加工曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車?yán)に嚭透咚偻忏?，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動(dòng)外銑，全部采用干式切削。在對(duì)連桿頸進(jìn)行隨動(dòng)磨削時(shí)，曲軸以主軸頸為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過(guò)程中，磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。當(dāng)然，目前國(guó)際上還有更加先進(jìn)的曲軸加工工藝和機(jī)床設(shè)備，只鉆一對(duì)質(zhì)量中心孔，

6、選用日本的Mazak五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟(jì)效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對(duì)于新技術(shù)、新工藝的追求是不會(huì)止步的，這就需要我們當(dāng)代的青年和科技工作者的不斷努力。2.1曲軸的作用曲軸是柴油機(jī)中的重要零件，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置。曲軸在工作時(shí)，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤(rùn)滑良好。2.2曲軸的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

7、 圖2-1 曲軸的結(jié)構(gòu)圖曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個(gè)主軸頸、一個(gè)連桿軸頸和一個(gè)曲柄組成了一個(gè)曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動(dòng)機(jī))；V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。主軸頸是曲軸的支承部分，通過(guò)主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，在連接處用圓弧過(guò)渡，以減少應(yīng)力集中。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來(lái)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力矩，有時(shí)還用來(lái)平衡一部分往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。曲軸前

8、端裝有齒輪，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及起動(dòng)爪等。為了防止機(jī)油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個(gè)甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來(lái)安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成擋油凸緣與回油螺紋，以阻止機(jī)油向后竄漏。3.曲軸的尺寸計(jì)算3.1曲軸的主要技術(shù)要求分析1.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級(jí)IT6，表面粗糙度Ra值為1.250.63m。軸頸長(zhǎng)度公差等級(jí)為IT9IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內(nèi)不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.030.

9、08mm。3.各連桿軸頸的位置度不大于20。3.2曲軸的材料和毛坯的確定曲軸工作時(shí)要承受很大的轉(zhuǎn)矩及交變的彎曲應(yīng)力，容易門生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求用材應(yīng)有較高的強(qiáng)度、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。常用材料有：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對(duì)于高速、重載曲軸，可采用40Cr、42Mn2V等材料。本課題采用球墨鑄鐵QT600-2.曲軸的毛坯根據(jù)批量大小、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料品種來(lái)決定。批量較大的小型曲軸，采用模鍛；單件小批的中大型曲軸，采用自由鍛造；而對(duì)于球墨鑄鐵材料則采用鑄造毛坯。3.3曲軸的機(jī)械加工工藝過(guò)程曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及位置精度的要求都很高，但剛

10、性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給曲軸的機(jī)械加工帶來(lái)了很多困難，必須予以充分的重視。曲軸需要加工的表面有：主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、22的外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保留工藝搭子前。 根據(jù)曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及機(jī)械加工的要求，加工順序大致可歸納為：銑兩端面；車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和20、22外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。3.4曲軸機(jī)械加工工藝路線在進(jìn)行大量的工藝分析之后，制定出大批大量生產(chǎn)曲軸的加工工藝路線：（1） 鍛造（2） 熱處理（3） 銑兩端面（4） 車兩端工藝搭子外圓（5） 鉆主軸頸中心孔（6

11、） 鉆連桿軸頸中心孔（7） 檢驗(yàn)（8） 粗車三個(gè)連桿軸頸（9） 精車三個(gè)連桿軸頸（10） 車工藝搭子兩端面（11） 粗車各處外圓（12） 精車各處外圓（13） 檢驗(yàn)（14） 磨削連桿軸頸外圓（15） 磨削兩主軸頸（16） 磨削22-00.12mm外圓（17） 磨削20 0 -00.021mm外圓（18） 檢驗(yàn)（19） 車掉兩端工藝搭子（20） 車兩端面（21） 銑鍵槽（22） 倒角（23） 去毛刺（24） 最后檢驗(yàn)3.5曲軸的機(jī)械加工工藝特點(diǎn)三拐曲軸除了具有軸的一般加工規(guī)律外，也有它的工藝特點(diǎn)，主要包括形狀復(fù)雜，剛性差及技術(shù)要求高，針對(duì)這些特點(diǎn)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，分析如下：1、形狀復(fù)雜曲軸主軸頸

12、與連桿軸頸不在同一軸上線，偏心距有一定的尺寸要求，并且兩軸有較高的位置度要求，同時(shí)主軸頸與連桿軸頸間有較大的平衡塊，因此在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)解決以下幾點(diǎn)問(wèn)題：a.設(shè)計(jì)加工連桿軸頸的偏心夾具，即連桿軸頸與機(jī)床主軸重合，并使夾具能回轉(zhuǎn)180度，加工另一連桿軸頸。b.為消除加工時(shí)的不平衡力的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)精確設(shè)計(jì)平衡重。2、剛性差因本曲軸長(zhǎng)徑比較大，同時(shí)具有曲拐，因此剛性較差。曲軸在切削力及自重的作用下會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的扭曲及彎曲變形，特別在單邊傳動(dòng)的機(jī)床上加工更為嚴(yán)重，在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)解決以下問(wèn)題：（1）：粗加工時(shí)由于切削余量大，切削力也較大，可用中間托架來(lái)增強(qiáng)剛性，減小變形和振動(dòng)，同時(shí)機(jī)床刀具及夾具都應(yīng)有

13、較高的剛度。（2）：在加工時(shí)盡量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同時(shí)橫向進(jìn)給。（3）：合理安排工位次序以減少加工變形，按先粗后精的原則安排加工工序，逐步提高精度。（4）：在有可能產(chǎn)生變形的工序后面增設(shè)校直工序。 3、技術(shù)要求高曲軸技術(shù)要求較高，加工面多，需要保證的尺寸、形狀、位置精度較多。因而總的工藝路線較長(zhǎng)，精加工占有相當(dāng)比例。加工時(shí)應(yīng)要解決以下問(wèn)題：A：正確分配粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基準(zhǔn)選擇用曲軸兩端的中心孔。中心孔的加工以主軸頸外圓作為基準(zhǔn)，這樣能保證曲軸加工徑向及軸向加工余量的均勻性。C：精加工時(shí)仍用中心孔作為基準(zhǔn)，但要重新修磨中心孔，避免精加工時(shí)因中心孔磨損引起加工

14、誤差。也可一端用主軸頸定位，另一端用中心孔定位以提高剛度。D：曲軸軸向定位以主軸頸軸肩定位，工藝設(shè)計(jì)時(shí)定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。3.6曲軸的機(jī)械加工工藝特點(diǎn)分析 1)該零件是三拐小型曲軸，生產(chǎn)批量不大，故選用中心孔定位，它是輔助基準(zhǔn)，裝夾方便，節(jié)省找正時(shí)間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸分別是20mm和25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在32mm的圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對(duì)中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時(shí)，預(yù)先鑄造兩端45mm的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對(duì)中心孔，達(dá)到用中心孔定位的目的。 2）在工藝搭子端面上鉆四對(duì)中心孔，先以兩主軸頸為粗基準(zhǔn)，鉆好主軸頸的

15、一對(duì)中心孔；然后以這一對(duì)中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準(zhǔn)劃線，再將曲軸放到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，加工32mm、圓周120均布的三個(gè)連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。 3）該零件剛性較差，應(yīng)按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度。對(duì)于主軸頸與連桿軸頸的加工順序是，先加工三個(gè)連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以避免一開始就降低工件剛度，減少受力變形，有利于提高曲軸加工精度。 4）由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進(jìn)行，故磨外圓工序必須提前在還保留工藝搭子中心孔時(shí)進(jìn)行，同時(shí)要注意防止已磨好的表面被碰傷。3.7曲軸主要加工工序分析3.7.1銑曲軸兩端面,

16、鉆中心孔本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長(zhǎng)及中心孔的質(zhì)量，若端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此采用先面后孔的原則。中心孔除影響曲軸質(zhì)量分布外，它還是曲軸加工的重要基準(zhǔn)貫穿整個(gè)曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設(shè)計(jì)中因考慮設(shè)備因素，采用找出曲軸的幾何中心代替質(zhì)量中心。打中心孔以毛坯的外表面作為基準(zhǔn)，因而毛坯外表面質(zhì)量好壞直接影響孔的位置誤差。3.7.2曲軸主軸頸的車削由于曲軸年產(chǎn)量不大，主軸頸加工采用車削，在剛度較強(qiáng)的普通車床上進(jìn)行。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質(zhì)合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。

17、由于加工余大且不均勻，旋轉(zhuǎn)不平衡，加工時(shí)產(chǎn)生沖擊，因此工件要夾牢固。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削順序是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側(cè)用頂尖以中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個(gè)軸頸，半精度及精車都按此順序進(jìn)行，逐漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。3.7.3曲軸連桿軸頸的車削主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準(zhǔn)，采用專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在普通車床上進(jìn)行。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位（兩連桿軸頸軸線需要控制在180度+30度或180度30度）以及曲軸旋轉(zhuǎn)的不平衡問(wèn)題。這些都由專用夾具來(lái)保證，夾具體為一對(duì)用以定位的V型塊組成

18、，裝在接盤上。接盤與車床過(guò)渡接盤靠中間的定位銷定位并連接，接盤在過(guò)渡接盤上靠棱形定位銷可轉(zhuǎn)180度，依次車削兩個(gè)連桿軸頸。V型塊中心與車床主軸線距離一個(gè)曲軸半徑。車削過(guò)程中，一端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔，中心孔偏心距同樣為一個(gè)曲軸半徑。用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線一致。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消除曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)不平衡力矩的生。曲軸加工時(shí)由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形，為了加強(qiáng)工件剛度，用撐桿來(lái)?yè)巫×硪粋€(gè)曲拐的開移。車削連桿軸頸時(shí)為了使切削力不致于太大，每次車削余量控制在11.5mm內(nèi)，同時(shí)車床旋轉(zhuǎn)

19、不能太高，刀具采用高速鋼。3.7.4鍵槽加工這個(gè)鍵槽主要用于飛輪，加工此鍵槽應(yīng)安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及控制鍵槽的深度以及對(duì)稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在普通銑床上進(jìn)行。3.7.5軸頸的磨削并且具有較高的形狀精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進(jìn)行磨削，以提高精度表面粗糙度。在工藝設(shè)計(jì)中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法基本上與車軸頸相同，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進(jìn)行，磨連桿軸頸則以經(jīng)過(guò)精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進(jìn)行的。由于

20、軸頸寬度不大，采用橫向進(jìn)給磨削法，生產(chǎn)率較高，磨輪的外形需仔細(xì)地修整，因?yàn)橹苯佑绊戄S頸與圓角的形狀，磨削余量根據(jù)車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.20.3mm，精磨余量控制在0.10.15 mm內(nèi)。在橫向進(jìn)給磨削中，磨輪對(duì)工件的壓力很大，為避免曲軸彎曲，采用可以調(diào)節(jié)的中心架，否則就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個(gè)軸頸的擺差減小才開始使用中心架。磨削主軸頸時(shí)應(yīng)把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準(zhǔn)中心孔的精度，磨削工序之前必須修研中心孔。連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面粗磨大小頭兩端面拉連桿大小頭側(cè)定位面拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角拉小頭兩斜面粗拉螺栓座面，拉配對(duì)打字面、去重凸臺(tái)面及蓋定位側(cè)面粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角清洗零件零件探傷、退磁精銑螺栓座面及R5圓弧銑斷桿、蓋小頭孔兩斜端面上倒角精磨連桿桿身兩端面加工螺栓孔拉桿、蓋結(jié)合面及倒角去配對(duì)桿蓋毛刺清洗配對(duì)桿蓋檢測(cè)配對(duì)桿蓋結(jié)合面精度人工裝配扭緊螺栓打印桿蓋配對(duì)標(biāo)記號(hào)粗鏜大頭孔及