某型汽车发动机曲轴的加工工艺及测试研究

摘要

作为汽车核心部件的发动机，其每一个零部件的设计水平、制造技术对产品质量至关重要。
　　本课题在研制某发动机曲轴时，运用了有限元分析技术。重点对曲轴的三维结构进行设计，为分析曲轴在高速运转过程中的受力变化情况，开展了发动机曲柄连杆机构的动力学建模，利用AMESim仿真软件，建立了燃烧模型、发动机参数模型、曲柄连杆机构模型、配气机构模型、进气系统模型、EGR废气再循环模型、涡轮增压模型，模拟发动机实际运行工况下发动机的气缸压力、发动机主动转矩，运用仿真结果，利用有限元软件ADINA对曲轴各个曲柄销的受力情况按照气缸工作顺序进行载荷瞬态加载求解，分析仿真结果，曲轴的应力应变情况在设计允许的范围内，在发动机容许的最高转速下，发动机运行良好，开展了基于单曲拐的曲轴优化工作，减少曲柄销最大应力，有助于发动机综合性能提升。通过计算曲轴模态，避开曲轴共振频率，在加工工艺设计中，可以指导加工过程中设备的选型和设备加工过程中振动的控制，避免整个加工过程振动过大或切削加工过程进给量过大造成曲轴加工精度的降低。
　　为缩短整个发动机研发制造周期，运用SE同步工程技术，在发动机各个系统、机构设计的同时，同步开展加工工艺设计、夹具设计、零件装配工艺验证设计。相比传统设计方法，从设计、加工试制、零部件优化设计、再试制，明显缩短了开发周期，减少了不必要的试制模具开发成本，有利于快速提升产能、质量稳定可靠。因此，在曲轴制造工艺技术开发过程中，根据零件技术要求，综合选定毛坯种类，通过查阅机械设计、夹具设计手册、工艺图表、设计标准等资料，确定曲轴加工工艺流程、关键工序、质量控制点、尺寸及公差大小，最终设计出工艺卡片，车削、磨削夹具。
　　设计完成的曲轴工程图，严格执行工艺文件开展曲轴样件试制，对连杆轴颈、主轴颈、曲柄销圆角等关键尺寸进行检验，合格曲轴开展台架试验验证，按照QC/T637-2000《汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法》，计算曲轴名义弯矩、疲劳强度极限、安全系数，试验结果表明曲轴强度达到设计要求；按照GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》在发动机台架上完成了整机1000小时混合负荷试验，300小时冷热冲击试验，验证了发动机冷却系统、曲柄连杆机构、配气机构等的综合可靠性，结果表明该型曲轴设计参数和加工制造工艺的正确性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 引言

1.2 课题研究背景与意义

1.3 汽车的发展进程

1.4 国内外曲轴加工工艺现状及发展趋势

1.5 国内外曲轴加工技术展望

1.6 研究内容与技术路线

2 曲轴的有限元分析理论基础

2.1 有限元理论概述

2.2 ADINA软件概况

2.3 ADINA与ANSYS比较

2.4 ADINA计算思路

2.5 本章小结

3 曲轴的结构设计及优化

3.1 曲轴的设计要求

3.2 曲轴的功能作用以及工作条件

3.3 曲轴的材料

3.4 曲轴的构造

3.5 曲轴的基本参数

3.6 曲轴曲柄连杆机构动力学分析

3.7 发动机曲轴三维模型建立

3.8 曲轴有限元分析

3.9 曲轴的优化设计

3.10 发动机曲轴模态分析

3.11 本章小结

4 加工夹具设计

4.1 夹具的分类、基本组成与作用

4.2 连杆轴颈加工夹具的设计思路

4.3 连杆轴颈车削加工工序夹具设计

4.4 连杆轴颈磨削加工工序夹具设计

4.5 本章小结

5 曲轴的加工制造技术

5.1 曲轴生产过程探讨

5.2 确定毛坯的制造形式

5.3 基准的选择

5.4 加工方法的选择

5.5 生产环节的界定

5.6 加工顺序的安排

5.7 机床的选择

5.8 制定工艺路线

5.9 曲轴加工工艺路线及内容

5.10 机械加工余量、工序和毛坯尺寸的确定

5.11 确定切削用量及基本工时

5.12 本章小结

6 台架试验

6.1 曲轴疲劳试验研究

6.2 发动机台架试验

6.3 本章小结

全文总结及展望

一、曲轴设计方面

二、工艺设计方面

三、台架试验方面

四、市场前景预测

参考文献

附录A 机械加工工艺过程综合卡片

附录B 曲轴零件图

附录C 车削夹具图

附录D 磨削夹具图

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢