1、 本本本本科科科科毕毕毕毕业业业业论论论论文文文文（设设设设计计计计）开开开开题题题题报报报报告告告告书书书书（学学学学 生生生生 用用用用 表表表表 ） 学生姓名 专 业 机械设计 制造及其 自动化 班 级 2009级 本科三班 学 号 题 目 汽车曲轴的建模与加工工艺分析 指导教师 职 称 学 位 题目来源 指导教师推荐 自选 其它 题目类别 基础研究 应用研究 其它 【选题意义、研究现状及可行性分析】 一、选题的依据及意义： 曲轴是发动机对外输出动力的核心部件，是驱动车、船等运输工具的重要动力来源。曲轴的功用是 把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构
2、以及其他辅助装 置。曲轴的工作情况是极其复杂的，它是在周期变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及它们 的力矩作用下工作的，因此承受着扭转和弯曲的复杂应力。 曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，也是内燃机五大件（机体、缸盖、曲轴、凸轮 轴、连杆）中最难以保证加工质量的零件，发动机曲轴作为重要运动部件，同时因曲轴工况及其恶劣， 因而对曲轴材料、曲轴尺寸精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求十分严格。其中任何 一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都有很大的影响。因此世界各国对曲轴的加工都十分重 视，不断地改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。在大批量生产的条件下，传
3、统工艺已不能满 足当前设计和生产需求，在长时间、高速运转下，曲轴极容易过早出现失效或断裂，严重影响曲轴的寿 命和整机可靠性。曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂，内燃机曲轴部分的结构形状和主要尺寸 对内燃机曲轴的抗弯疲劳强度和扭转刚度有重要影响，因而在内燃机曲轴设计时，必须对内燃机的结构 强度问题予以充分重视。 二、国内外研究现状及发展趋势： 2.1 国内外曲轴加工技术的现状 目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁曲轴成本只有调资钢曲轴成本 的三分之一左右，且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强化处理来提高曲轴的抗
4、疲劳强度，硬度和耐磨性。所以球墨铸铁曲轴在国内外得 到了广泛的应用。 据统计资料显示， 车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%， 英国为85%， 日本为 60%，此为，德国比利时等国家也已经大批量采用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显， 中小型功率柴油机曲轴 85%以上采用球墨铸铁，而功率在 160KW 以上发动机曲轴多采用锻钢曲轴。 2.2 国内外曲轴加工技术展望 美国，德国，日本等汽车工业发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，目前各个厂家采 用发动机增压、扩缸及提高转速来提高功率的方法，使得曲轴各轴颈要在很高的比压下高速转动，发动 机正向增压、增压中冷、大功率、高可靠
5、性、低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全 性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工业已无法满足其功能要求，市场对曲轴材质以及毛胚加工技 术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等都要求都非常严格。 三 可行性分析 1. 利用工程材料的知识选择加工曲轴的材料以及淬火处理等； 2. 根据发动机原理以及汽车构造的讲解对发动机的类型以及参数有系统的把握 3. 通过热力学计算对热力循环基本参数进行确定； 4. 利用机械原理以及力学的知识对曲轴的运动进行分析和计算； 5. 利用机械设计的相关知识对曲轴进行结构设计，以及强度与刚度的校核； 6. 利用工程制图的绘图知识以及 UG ，CAD
6、等制图软件加之仿真软件对曲轴进行绘图以及运动仿真； 7. 把汽车制造工艺学，汽车设计与机械制造技术有机的结合起来对曲轴进行加工制造。 【研究的主要问题和重点、难点】 一.曲轴的主要问题 1. 曲轴的选材问题 曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨 损，因此要求曲曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断 裂及轴颈磨损， 因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。 m$ y f* a. Y 球墨铸铁抗拉强度可达到 600900MPa，接近或超过了碳素钢的水平。与锻钢材料比较，球墨铸铁 曲轴既有制造简便、成本低廉，又有吸震、耐磨、对表面裂纹不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性。 国内外车用发动机中小功率曲轴球墨铸铁已占到 85左右。 锻钢曲轴具有更优良的综合机械性能和均匀性，常用于制造到大功率、高速发动机曲轴和船用大型 曲轴等。对于 45与 42CrMoA 两
