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桂 林 理 工 大 学

机械与控制***

专业 课程设计说明书

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设 计 题 目：发动机曲轴工艺设计及夹具设计

专 业（方向）： 机械设计制造及其自动化 （机电一体化）

班 级： 机械17-1班 　　

姓 名：邓某某 学 号：3***1

詹 猛 3***3

指 导 教 师：代宣军

2021年 1月 1 日

目 录

1设计任务 1

1.1设计某某 1

1.2 工作原理 1

1.3 原始数据及设计要求 1

1.4 设计任务 1

2 发动机曲轴设计 2

2.1设计主要内容 2

2.2曲轴零件分析 2

2.2.1.曲轴零件的特点 2

2.2.2曲轴的技术要求分析 3

2.2.3.曲轴加工注意事项 4

2.3曲轴加工工艺流程 4

2.3.1.曲轴毛坯 4

2.3.2.工艺路线方案 5

2.3.3.曲轴零件技术指标 6

3夹具设计 8

3.1机床夹具的分类、基本组成和功用 8

3.2夹紧方案 8

3.3定位基准的选择 8

3.4夹具装配图 9

3.5夹具的使用方法 10

4心得体会 12

5参考文献 13

1设计任务

1.1设计某某

发动机曲轴工艺设计及夹具设计

1.2 工作原理

发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。

1.3 原始数据及设计要求

原本数据：发动机曲轴工艺设计及夹具设计。

设计要求：1、曲轴需要具备较高的刚性、抗疲劳强度和良好的耐磨性。

2、夹具的设计要保证在加工曲轴时的表面的位置精度。

1.4 设计任务

曲轴能承载内燃机内最大负载，同时承载着来自各个方向的力，包括不断变化的拉力、弯力、压力、扭力和离心力，而且还要承受高额转速带来的磨损，为避免曲轴断裂、变形等毁损失效。

夹具能让工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中这个位置不变。

2 发动机曲轴设计

内燃机是二十一世纪最常见的动力来源之一，组成零部件主要包括气缸盖、凸轮轴、缸体、连杆、曲轴五大部分。曲轴作为内燃机最重要的核心部件，承载着转化、传递力矩的任务，当活塞涌动带动连杆运动时，曲轴将连杆力矩转化为转矩并带动飞轮转动，实现了内燃机向外的动力输出。曲轴只是伟大工学结晶下的产物之一，它却以周身之力映衬着工学的伟大，曲轴以看得见的形式助力人们腾飞的梦想。

曲轴承载了内燃机内最大负载，同时承载着来自各个方向的力，包括不断变化的拉力、弯力、压力、扭力和离心力，而且还要承受高额转速带来的磨损，为避免曲轴断裂、变形等毁损失效，曲轴需要具备较高的刚性、抗疲劳强度和良好的耐磨性。

为适应曲轴的工作强度，曲轴的加工往往不仅需要对材料做出选择，还需制定良好的加工工艺流程。材料的优良性能取决于材料的本身，但曲轴承载了内燃机内最大负载，同时承载着来自各个方向的力，包括不断变化的拉力、弯力、压力、扭力和离心力，而且还要承受高额转速带来的磨损，为避免曲轴断裂、变形等毁损失效，曲轴需要具备较高的刚性、抗疲劳强度和良好的耐磨性。

2.1设计主要内容

由于曲轴工件本身的刚性差，要满足相应的工作条件就需要进行改变。该设计通过对曲轴零件特点分析，制定工艺规程，改进材料的强度和刚度以及提高曲轴的表面精度，并以实例分析列出曲轴加工工艺流程。

为避免曲轴在加工过程中转动和移动，引起加工时曲轴振动产生裂纹或断裂失效，还需以夹具辅助进行加工，本设计也将对夹具尺寸及其功用做出分析设计。

2.2曲轴零件分析

2.2.1.曲轴零件的特点

曲轴是发动机构成的基本骨架，是发动机传动系统的传动基础，在曲轴的周身安装着连杆和其它众多附件，承受着来自各个方向的力和力矩。曲轴一般是由自由端、功率输出端和若干曲拐组成，曲拐由主轴颈、连杆轴颈和曲柄组成。

曲轴形状复杂，主轴颈与连杆轴颈轴线不重合，产生的偏心距对尺寸有范围要求，并在位置精度上有严格要求，但是由于曲轴杆径较长，并且有曲拐存在，曲轴在自重和负载运动中极易弯曲和折断，刚性较差。

曲轴的作用是配合连杆将活塞传递的气体压力转化为旋转动力，进而传给传动机构，工作时承受连杆压力，惯性力及惯性力矩作用，还承受交变负荷冲击，受力大而且受力复杂，曲轴本身还进行高速的旋转运动。因此，曲轴需要具备良好强度和刚度，具备良好的抗载荷冲击能力，耐磨损而且润滑良好。

曲轴良好性能要同时适应众多的负载条件，决定了曲轴有着复杂的加工技术。曲轴技术要求极高，不仅要对多个表面进行加工，还要保证各个部分的尺寸和位置精度，加工工艺流程长，特别是在精加工流程中对技术要求严格把控。

2.2.2曲轴的技术要求分析

主轴轴颈和连杆轴颈尺寸公差等级不允许低于IT6，主轴轴线和连杆轴颈同轴度平行公差为0.03mm；

轴颈飞轮端对主轴轴线端面圆跳动公差为0.03mm；

连杆轴颈轴向加工误差0~0.25mm，径向加工误差-0.08~0.02mm；

主轴项某某轴向误差为0~0.25mm，径向加工误差为-0.08~0.02mm,主轴项某某和连杆轴颈位置精度误差不得大于0.2mm；

主轴颈油道径向加工误差在-0.005~0.025mm，主轴承面加工误差不大于0.02mm；

曲柄端头对主轴轴线同圆度公差为0.03mm，梯度为1：20；

飞轮端、连杆轴颈、主轴项某某、主轴承面表面粗糙度值Ra小于0.8um，主轴颈油道表面粗糙度为小于1.2um；

所有倒圆角半径为5mm；

精加工后需动平衡，主轴颈和连杆轴颈需表面淬火或氮化；

曲轴加工后需做磁力探伤和退磁处理。

/

图1-1 曲轴零件图

2.2.3.曲轴加工注意事项

曲轴刚性差，加工时易弯曲变形，而且技术要求高，多次序的加工会产生加工误差累积，为生产达到设计要求，需要注意以下事项：

切削时选择较小的切削力，能抵消的切削力尽量抵消。

多点固定 ，提高轴承的支撑刚性，减小受力变形。

在加工工艺中设置较直工序，避免弯曲变形对后续工序加工造成影响，较直过程中应注意避免裂纹和表面孔产生。

在加工过程中对各工序分阶段处理，避免粗加工时对已精加工面造成影响。

2.3曲轴加工工艺流程

曲轴总加工工艺流程为：

备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→轴颈表面淬火+低温回火→磨削→装配。

2.3.1.曲轴毛坯

常用的曲轴毛坯材料有45钢、40CrNi、40CrMo、GCr15。其中应用最广泛的是高碳铬轴承钢（GCr15），高含碳量可以获取较高的硬度，提高钢的耐磨性，添加的铬元素可以提高钢的腐蚀性和耐磨性，同时形成渗碳体，进一步提高钢的硬度和耐磨性。

此外，球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 新.轿车曲轴的实用加工工艺[J].热加工工艺,2009,38(23):191-193

付宇.曲轴机加工夹具中浮动V形块的设计[J].机械制造,2019,57(09):18-20.

张某某.曲轴连杆颈车削加工夹具的设计与实践[J].现代制造技术与装备,2018(04):22

苗某某.曲轴夹具的设计[J].机械工程师,2012(07):142-143.

朱某某,周某某,张某某.普通机床加工大型曲轴用的专用工装设计[J].煤矿机械,2011,32(12):133-134.

成 绩 评 定

小组成员名称









成绩











评语：

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