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。如图.，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。.本章小结本章主要介绍了曲轴设计的过程。在绘制曲轴零件图中，主要介绍了零件图应该标明的尺寸公差加工精度等标注要求，在设计曲轴结构的基本要求中主要介绍了曲轴的材料及结构型式的选择，曲轴的工作条件设计要求结构要求等，在曲轴零件设计的主要内容中分析了曲轴各部分结构的设计要求，如何比较曲轴总体设计方案，绘制曲轴的零件图，最后说明了曲轴零件的修正与定型，从总体上掌握了曲轴的设计过程。第章曲轴锻造工艺及工艺方案的确定.曲轴锻造工艺概述曲轴毛坯的制造方法很多，由曲轴的大小结构材料生产批量和制造厂的具体条件决定。曲轴按其制造方法可分为锻造或铸造的整体式曲轴由锻造或铸造的曲柄组装的组合半组合式曲轴。般地说，锻造曲轴的形状复杂程度不如铸造的曲轴，但是铸造曲轴的内部组织和机械性能却不能与锻造曲轴相提并论。曲轴毛坯的制造方法如图.所示。曲轴的自由锻工艺自由锻造是利用锻压设备上下砧和些通用的工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形。曲轴自由锻造适用于单件或小批生产的中小型曲轴毛坯制造。在锻造时般只锻出主轴颈，而曲柄销是从每个锻制成的曲柄的实心方块上切去多余金属制成的。成形曲柄时采用错移法，即把坯料放在上下错开定距离砧上进行锻打，完成错移工序，形成个曲柄。重复这样的操作，并翻转坯件，完成其它的曲柄。最后在轴端做出阶梯，构成端部的主轴颈。以自由锻造锻制出来的曲轴毛坯，其主要缺点是生产率和材料利用率低，适用于单件小批生产，后续冷加工工时多，加工曲柄销时切断了金属的纤维，削弱了曲轴的强度。曲轴的模锻工艺模锻法是将金属棒料或钢锭通过系列锻模成形为曲轴毛坯。这种方法生产率和材料利用率高，金属锻造流线好，曲轴形状和尺寸较精确，与自由锻相比，可大大减少机械加工的工时，但需要制造套价格昂贵的专用锻模，故适用于成批或大量生产的曲轴毛坯制造。金属棒料模锻适用于小型曲轴毛坯制造，钢锭模锻适用于中型曲轴和大型组合式曲轴曲柄的毛坯制造。曲轴模锻的工艺过程般为制坯预锻终锻切边和校正。其中制坯包括压扁压弯拔长辊锻等，通过制坯使得材料分配更加合理。采用预锻主要有两个目的，其是保证制坯后的金属能均匀地分布，有利于终锻的充满其二是可以显著地减轻终锻型槽的负荷，从而提高锻模的使用寿命。曲轴锻造的工艺流程是随着曲轴材料形状和生产条件的不同而不同的，特别是各种辅助工艺，是根据不同类型的曲轴具体生产条件和经验来安排的。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。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。本设计中采用钢模锻曲轴。汽车发动机曲轴有整体式和组合式两种结构形式。整体式曲轴是将曲轴做成个整体零件，如图.。它的优点是具有较高的强度和刚度结构紧凑质量小，目前发动机多采用此种形式。曲轴主要尺寸的确定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。并列连杆式型发动机的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。根据轴选择适当的螺纹，如表.。.连杆轴颈的直径和长度根据微型车结构，选取气缸直径。在考虑曲轴颈的粗细时，首先是确定连杆轴颈的直径。由内燃机设计可知型发动机的连杆轴颈直径气缸直径比值在范围。即。由于位于同连杆轴颈上的每对气缸的级往复惯性力的合成变为个旋转的离心力，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型发动机的较小。此外，型发动机般在连杆轴颈上并列两个连杆，每个连杆很窄，为保证最佳的轴颈长度和直径的比例，也必须较小。综合上述情况，在本次设计中取连杆轴颈直径。从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作出发，应使连杆轴颈的长度控制在定范围内，同时注意曲拐各部分尺寸协调。由内燃机设计表可知。型发动机连杆轴颈长度按取值，即时，轴承的承载能力最大。若过长，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。所以本次设计中取，其宽度与滚针轴承相配合。全纤维锻造成形全纤维镦锻曲轴是世纪后期发展起来的种新的曲轴毛坯生产技术,主要应用于中速柴油机中,其原理为先将金属材料锻造成棒料,然后机械加工成台阶轴,最后在镦锻专用模具内成形。模具每次只对个曲拐进行热变形。在模具内,当上方的弯曲模块随液压机力对棒料进行弯曲的同时,位于下方的左右镦粗模块同时向中间作相对的镦粗运动,这样就锻出了个曲拐。第个曲拐不需定位,从锻第二个曲拐起,依次用已锻出的曲拐定位,如果各曲拐间同方向相隔同样的角度,那么从锻第二拐开始就不需要更换定位模块了,这样次加热就可以锻出几个曲拐,甚至于可以锻出整个曲轴。如果各曲拐间不是依次相隔同样的角度,那么在角度发生变化时就需要变换定位模块了。在锻造根曲轴的过程中,需要多少次更换定位模块要视各曲拐间隔角度的规律性而定。在进行全纤维镦锻曲轴的过程中,定位模块的更换次数越少越好,这样在个锻造温度区间可多锻几个曲拐,不仅可以节省时间,还可以节省定位模块的费用,从而使曲轴毛坯的生产成本大幅下降。全纤维镦锻曲轴的装置把压力机部分垂直力转换为水平力,部分垂直力作为弯曲力。模具工装设计要解决的关键问题是如何将压力机的上下运动转变为协调的模具工装上下与左右运动,从而解决弯曲模在进行弯曲的同时左右方的镦粗模同时向中间运动而完成镦粗动作。全纤维镦锻法生产曲轴有很多优点与上述的几种曲轴毛坯生产方法比较,金属流线好,有利于提高性能和使用寿命镦锻前的棒料可进行需要的或较大锻造比的自由锻,以保证其内部组织符合要求,曲轴使用的可靠性最佳曲轴毛坯的精度较高,可节省金属材料和切削加工工时,成本下降因为每次只锻个曲拐,所需锻造设备吨位也较小。全纤维镦锻是种新型的有前途的曲轴生产方法,它已在些重要动力机械中经受过复杂载荷和苛刻工作环境的考验,必将在生产中得到越来越广泛的应用。.选题意义在汽车锻件中，曲轴是最重要的锻件之。曲轴精密锻造技术是微车曲轴锻造成形工艺的重要发展趋势。精锻后的曲轴只需少量加工就可直接使用，提高了生产效率及材料利用率，降低了生产成本，因此大大提高了曲轴的市场竞争能力。目前我国生产的曲轴锻件仍然存在加工余量大且不均匀锻件热成形充不满锻件及模具结构设计困难等问题，使得曲轴的生产质量受到限制。曲轴材质以及毛坯加工技术精度表面粗糙度热处理和表面强化动平衡等要求都十分严格。如果其中任何个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。在生产实践中，有限元分析软件与系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，改变了我国传统锻造产业的基本面貌，主要表现在以下几个方面增加设计功能，减少设计成本缩短设计和分析的循环周期增加产品和工程的可靠性采用优化设计，降低材料的消耗或成本在产品制造或工程旌工前预先发现潜在的问题模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等等。因此，通过课题的研究过程掌握汽车发动机曲轴模具的设计过程，了解锻造的基本工艺，熟练应用等绘图软件，并具有定的实验技能和生产实践知识。第章曲轴结构的设计曲轴是发动机中最重要的机件之。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响重要的曲轴在经济上是合算的。考虑到钢的铸造性能不如铸铁,用球墨铸铁来生产小型曲轴,这种曲轴作为般机械使用并无不妥,但作为重要动力机械如远洋轮船的大型曲轴那就很不合适了。为了安全可靠,它们必须用压力加工的方式来生产。随着球墨铸铁的发展,性能不断提高,球铁已成为取代锻钢制造小型曲轴的首选材料。球铁与锻钢相比,具有质量轻成本低等优点。当前在轻型发动机中普遍采用铸态珠光体球铁。.铸型由于球墨铸铁有较大的共晶膨胀特性,易造成铸件的外观变形,故铸型的紧实度必须要高,以使铸型有较大的刚度,般要求铸型硬度大于或等于单位型砂必须严格控制水分,般在范围内,视气候及造型方法而定型砂必须有足够的透气性,型腔必须有足够好的排气功能,否则紧实度提高后,浇注时很容易“呛火”砂箱必须有足够的强度要有牢固的砂箱夹紧措施等。下面是曲轴生产中几种常用的造型方法震压造型震压造型曾是我国曲轴生产中应用较为广泛的造型方法。它与手工造型相比,虽有技术先进和较高的生产率等优点,但从铸铁石墨化膨胀对砂型硬度及刚性等工艺要求来看,则有些不足。首先是型面硬度不够高其次,该方法造型后其硬度分布不均匀,般是型面较高中间低背面高且砂型的硬度分布不利于排气再次,这种造型方法起模机构不平稳砂型精度低,从而导致铸件的尺寸及形状精度低此外,该方法噪音大,型面利用率低,故近几年在工业发达国家和我国主要汽车生产基地已趋于淘汰。高压造型高压造型的特点是,砂型硬度高,有利于球铁石墨化膨胀的自补缩,对防止铁液凝固过程中石墨化膨胀而产生的型壁位移是很有利的,可以提高曲轴内在质量另方面,它的铸型精度高。除这些优点外,它也存在些不足,其是砂型的透气性差其二是型面上水平面与侧立面的硬度差大,型面中心与砂箱边缘的硬度差也较大,影响了铸件材质的均匀性其三是设备次性投资大其四是高压造型对砂箱要求高,模具寿命较短,型砂再生性差及设备维修费用高等。气冲造型气冲造型方法是利用气流冲击型砂造型的种方法。生产表明,气流冲击造型工艺方法与其它粘土砂型工艺相比,具有紧实度高噪音低机器结构简单等特点,但也存在铸型硬度不均匀,在铸型上层紧实度低,当砂型很矮时,则有砂型紧实度低的缺点。铁型覆砂铸造铁型覆砂铸造是应用得较广的种特种铸造方法。优点是铸型的硬度高,易于实现自补缩,缩孔缩松缺陷明显减少,组织致密。金属液冷却速度快,使铸件晶粒细小,基体中珠光体的含量高,铸件质量高。实现无冒口铸造工艺,尺寸及形状精度高,加工余量小,工艺出品率高。适于大批量生产,劳动生产率高,覆膜砂用量少,劳动条件好,经济性好。缺点是透气性差,易产生夹渣气孔等缺陷设备投资大,通用性差。壳型填铁丸铸造壳型填铁丸铸造方法是在壳型的外围填充铁丸以固定壳型,然后浇注铁液的种先进的特种铸造方法。在国外普遍采用此方法生产球铁曲轴。我国仅上海汽车铸造总厂采用,以形成规模生产,汽也正要上马该生产线该方法与铁型覆砂铸造有同样的优点,且透气性好,成本低,铁丸且整体规模小专业化程度低企业设备陈旧产品设计和工艺落后性能寿命和可靠性差品种杂乱和“三化”程度低，这些都影响了汽车整车的技术需要和运行稳定性要求。目前，国内虽已有批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他些设施跟不上，使部分先进设备来充分发挥应有的作用。从总体上讲，改造和更新陈旧的普通锻造设各改进落后的曲轴制造工艺推广应用曲轴设计先进技术，在我国锻造业尤其是汽车制造领域，显得尤为急迫。从大环境看，我国锻造业具有悠久的历史，对我国国民经济和社会主义现代化建设做出了巨大贡献，但是，整个锻造行业的发展与我国乃至世界信息化进程的速度相比，还很不适应。