曲轴加工工艺及曲轴内铣技术的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 2.1 ZJ25 型曲轴材料及工艺流程
• 2.2 ZJ25 型曲轴工序内容及设备
• 2.3 ZJ25 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