曲轴加工工艺及曲轴内铣技术的研究

摘要

近年来，随汽车工业的蓬勃发展，国内对汽车用柴油机、汽油机的需求量不断上升，对其质量的要求也不断提高。曲轴是柴油、汽油发动机中的一个关键零件，起着传递动力的作用，工作中承受复杂的交变载荷，主要失效形式是圆角处的疲劳断裂，曲轴的质量直接影响发动机的动力性能，也影响整机的使用寿命。 曲轴内铣技术是一种先进的曲轴加工技术，用于主轴颈、连杆轴颈的粗加工，亦可同时用于圆角和曲柄臂侧面的加工。对于汽车发动机用锻钢曲轴，内铣加工容易断屑，加工余量大，对毛坯质量要求低，比较适应国内曲轴毛坯的生产现状，被多家发动机生产厂所采用。 有限元法随着计算机技术的发展，已经在很多工程领域中得到了广泛的运用。发动机零部件的研发、设计也大量使用有限元方法进行分析，这使零部件的可靠性得到了提高，设计周期得到了缩短，给设计者带来很大方便。 本文以ZJ25型曲轴为研究对象，对其加工工艺进行了分析，并着重对打中心孔、磨削、强化等工序进行了研究，找出了工艺中存在的一些问题，做出了工艺水平评价。 文章还对曲轴内铣技术做了重点研究，将内铣工艺与其它曲轴轴颈粗加工工艺进行了比较分析，对内铣加工原理、内铣加工设备进行了研究，还对曲轴连杆轴颈及圆角处进行了受力分析，发现了经内铣加工后轴颈圆角处存在的应力集中问题。 针对ZJ25型曲轴的连杆轴颈，设计了三种不同形状、尺寸的圆角，并建立了三种连杆轴颈的几何模型，在ANSYS软件中对其划分网格，施加约束条件及载荷，求解。对计算结果进行分析，找出了最适合内铣加工工艺，最大应力较小的一种圆角设计方案，提高了内铣加工质量，改善了圆角应力集中现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2课题研究的背景和意义

1.3国内外曲轴加工工艺现状及发展趋势

1.4有限元方法在发动机零件设计中的应用

1.5论文的主要研究方法及工作内容

本章小结

第二章ZJ25型柴油机曲轴工艺分析

2.1ZJ25型曲轴材料及工艺流程

2.2ZJ25型曲轴工序内容及设备

2.3ZJ25型曲轴关键工艺分析

2.3.1打中心孔工艺

2.3.2轴颈粗加工工艺

2.3.3轴颈精加工工艺

2.3.4曲轴的强化与光整工艺

2.3.5曲轴的检测

2.4 ZJ25型曲轴工艺水平评价

2.5 ZJ25型曲轴加工工艺改进

本章小结

第三章曲轴内铣技术研究

3.1曲轴轴颈粗加工工艺比较

3.1.1车削工艺

3.1.2铣削工艺

3.1.3车拉(车车拉)工艺

3.1.4几种工艺的比较

3.2曲轴内铣加工原理及设备

3.2.1曲轴内铣加工原理及分类

3.2.2几种内铣加工机床简介

3.2.3不同原理内铣机床分析对比

3.3曲轴轴颈圆角部位应力集中问题研究

3.3.1曲轴连杆轴颈的受力情况分析

3.3.2曲轴连杆轴颈圆角的受力分析

3.3.3内铣工艺加工曲轴圆角的问题

本章小结

第四章有限元法及应力集中理论

4.1有限元法简介

4.1.1 CAE的概念

4.1.2有限元法的概念

4.1.3有限元法分析过程

4.1.4有限元软件简介

4.2 ANSYS软件介绍

4.2.1 ANSYS软件的发展过程

4.2.2 ANSYS软件的结构和功能

4.2.3 ANSYS软件分析过程

4.3应力集中理论概述

4.3.1应力集中的起因

4.3.2应力集中系数与断裂系数

4.3.3降低应力集中的方法

本章小结

第五章曲轴连杆颈圆角的有限元分析

5.1几何模型建立

5.2有限元模型设置

5.2.1材料属性

5.2.2网格的划分

5.2.3约束和加载

5.3计算结果分析

5.3.1有限元结果分析

5.3.2应力集中系数计算

5.3.3内铣工艺的改进方案

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢