柴油机凸轮轴设计论文

学 院毕 业 论 文 （ 设 计 ）D495Q3A 柴油机凸轮轴毛坯的设计学生姓名 学号 指导教师 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年级 2016论文答辩日期 2016 年 6 月 1 日学 院D495Q3A 柴油机凸轮轴毛坯的设计完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： I摘 要凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同） ，不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。在这种情况下，毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。关键词：凸轮轴；毛坯；加工余量；材料；IIThesis TitleThe camshaft is a component in the piston engine. Its role is to control the valve opening and closing actions. Although in four stroke engine camshaft crankshaft speed is half ( in two stroke engine camshaft and crankshaft speed of same ), but usually its speed is still high, but to bear great torque, therefore the design of cam shaft on the strength and support requirements are very high, generally the material special cast iron, occasionally using forgings.Blank shape and size determination, in addition to the blank margin is attached to the parts corresponding to the machined surface, sometines even taking into account the blank of manufacturing, machining and heat treatment process factors. In this case, the blank shape may vary with the shape of the workpiece.Key word: camshaft; rough machining allowance; material;III目 录前言.11 凸轮轴毛坯 .11.1 常 见 种 类 的 毛 坯 .11.2 凸 轮 轴 毛 坯 加 工 的 选 择 .21.3 毛 坯 形 状 及 尺 寸 的 确 定 .22 凸 轮 轴 .22.1 凸 轮 轴 的 构 造 .22.2 凸 轮 轴 的 位 置 .32.3 凸 轮 轴 的 传 动 .42.4 凸 轮 轴 的 失 效 形 式 .42.5 凸 轮 轴 的 生 产 技 术 .42.6 凸 轮 轴 的 选 材 .43 凸 轮 轴 毛 坯 的 设 计 .63.1 凸 轮 轴 毛 坯 的 设 计 要 求 .63.2 凸轮轴毛坯的经济适用性 .64 实例 .75 总结 .10参考文献 .11致谢.12D495Q3A 凸轮轴毛坯的设计1前言现代生产生活中柴油发动机具有不可忽视的作用。它的形状比较复杂，在汽车发动机配气机构中尤其重要，一般来说凸轮轴的结构比较复杂，因此它的设计和加工也相对来说比较困难。凸轮轴设计的怎么样，以及加工的好坏对发动机的正常运行有着很大的影响。在以前凸轮轴的位置主要是下置式，随着社会的不断发展。对于机械行业来说，各个部件的更新换代还是比较慢的，上升的空间并不是很大。其发展主要考虑它的成本、材料利用率、质量、环境几个方面。它的一端连接着发动机的驱动轮，一端起着轴承支撑点的作用。凸轮轴控制发动机气门尽可能在最短的时间内打开与闭合，以保证气缸进气与排气的充分进行。今年来很多内燃机都是采用多气门，因此就会有很多个凸轮轴安装在一个内燃机当中。这样就不得不设计出新的凸轮轴，经过不断的设计发展一种可控制气门时间的凸轮轴应运而生，既节约了成本，又缩短了时间。凸轮轴可以用铸铁，也可以用锻钢来进行制作。要保证凸轮轴的质量，凸轮轴毛坯的设计必须要严格符合规范。本文主要介绍了凸轮轴毛坯设计。1 凸轮轴毛坯所谓毛胚顾名思义就是加工一个零件，根据零件形状及精度要求，选择加工原料，进行粗加工，即得到毛坯。1.1 常 见 种 类 的 毛 坯毛胚在我们现实生活中比较常见的主要有以下几种。1） 铸造件的常用毛胚 在铸造的时候我们会遇到各种各样的铸造件，当所需生产的铸件形状以及结构比较难以直观的铸造的时候我们都是用铸造来实现生产的现在的主要铸造方法就是用精密铸造、金属形式铸造、沙型铸造等等。还有的时候一些铸造用这些方法无法实现时，我们就要考虑一些特别的方法来经过特殊的铸造方法实现生产，并且这种铸造方法不适用于大量生产，往往这种方法的成本都是比较大的，大批量生产不可避免的增加各种成本。2） 锻造件的适用毛胚 在一些力学等物理学性能方面要求比较高的零件上，我们通常选用锻造的毛胚，因为锻造件的毛胚比别的毛胚承受外力的能力要高好多，并且这些零部件外型也是比较简单的，锻造件的又是就是内部的材料手里比较平均，收到比较复杂的力时不易损坏等特点。3） 型材毛坯-棒材、板材、线材属于型材。热轧和冷拉是其制造方法中的两大类。对于尺寸较大、精度较低的毛坯制造用热轧；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。4）焊接零件的毛配件 零件的生产批量比较少的时候以及这种零件比较的的时候我们一般用焊接零部件的毛胚件，因为焊接的的设备运送比较方便，作业时比较方便。能够及时的进行生产作业。D495Q3A 凸轮轴毛坯的设计25）其余种类毛坯-在上述毛皮加工以外还有冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等等。1.2 凸 轮 轴 毛 坯 加 工 的 选 择毛坯加工之前应对综合因素进行分析并选取最佳加工方法。综合考虑以上的问题，在最短的时间内用最简单的方法，还要能够满足生产和生活的需要做出各方面的力学性能化学性能，外型等都要满足。在生产应用中必须切实考虑材料费、燃料消耗、厂房设备费、工资等生产成本因素。在进行大批量生产的时候我们选择零件的毛胚也是有要求的，我们要尽量减少毛胚的原材料的使用量在满足生产要求并且保证质量的前提下降低成本，使生产效益得到充分的发挥。毛坯的选择还应考虑本厂生产制造水平、设备条件以及外协的可能性等。1.3 毛 坯 形 状 及 尺 寸 的 确 定零件的尺寸的确定还是很复杂的，主要有一下这些方法。零件和毛坯具有一定的差别。毛胚一般都是比零件的尺寸大一些的，这个是非常重要的。生产加工毛坯时，同另加加工一样会产生一定误差，即“毛坯公差“。这两个方面对生产的所需原料以及所需费用都是有着很大的关系的。如果把握的不好必然会增加额外的费用。所以毛坯的形状和尺寸的精化是现代机械制造中不断完善的课题。上面来点在生产的时候遇到一般都是查机械的手册啊，还有有的公司会有规定，按照规定即可。 即根据成本和技术的要求，零件要承受各方面的要求，而求其加工的精度比以前高了学多，零件表面的质量也相对的提高。终上所述，在生产零件的时候一定要考虑大加工余量这个东西，不然只会适得其反，反之则会事半功倍，来实现效益的最大化。其次，毛胚在加工时一定要尽可能的和零件相似。这样才能减小后续的加工工序，节约工时，从而节约成本。在提高生产效益的时候我们要不断的创新，在满足使用要求的时候尽可能的使生产简单化，规模化，能批量生产，减少中间环节，提高工作效率。2 凸 轮 轴2.1 凸 轮 轴 的 构 造凸轮轴上有两个端点，一个是跟柴油发动机的驱动轴相连接，一个是用于支撑内部轴承的。凸轮轴上有很多个凸轮，凸轮主要是用来驱动内燃机的气门，是一个的圆柱形的金属棒，长度和汽缸长度相吻合。 为了能够是汽车内燃机的汽车能够进入足够的空气，并且能够把废弃排放干净，凸轮轴从侧面看的形状一般跟鸡蛋的形状差不多，这样设计的主要目的在于能够在很短的时间里面让气门开启和关闭快速完成。在设计凸轮时还要考虑到气门在打开和关闭的时候的巨大冲击对发动机造成的影响，防止因为这个原因而使气门磨损变形，发出非正常的声音。对发动机的性能造成一定的影响。所以我们，要充分发挥我们所学，不断创新，避免做出存在安全D495Q3A 凸轮轴毛坯的设计3隐患的凸轮轴，对以后的生产造成威胁。发动机中的凸轮比较复杂。但也有一定的规律，是按照生产的需要摆放与设计的。各有不同的用处。有些时候根据需要有的发动机可以不要凸轮，只要能满足生产需要，这样都是可以的。下图就是简单的凸轮的实物图，我们可以参照。图 2-1 凸轮轴图 2-2 凸轮轴2.2 凸 轮 轴 的 位 置随着科技的不断进步与发展，凸轮轴的位置也相应的发生了变化。总之是一个不断优化的过程。主要分为上置式、中置式和下置式。下置式是我们应用比较早的一种，它的最突出的优点就是能够实现批量生产，由于起结构比较简单，损坏时便于维修。并且能够很容易的进行作业。简单带来一定缺点，不如中置式和上置式动力、效率高。因为此种方式气门和凸轮轴之间的距离很远，使得传动就不是特别平稳。在一些低速发动机，输出功率不是很大的情况下还是很适用的，但是在大型，功率较大的发动机中，要用其他放置方式来实现工作要求。D495Q3A 凸轮轴毛坯的设计4上置式是比较先进的一种方式。凸轮轴的气门和凸轮轴间的长度较短，从而提高了传动效率。复杂的结构使其转速提升明显，工作平稳，但维修起来就相对复杂。2.3 凸 轮 轴 的 传 动凸轮的传动方式有那么几种，我们会经常见到，柴油机主要是以此轮传动为主的。结构还是比较好理解的。凸轮轴为下置式的一般都是采用普通的齿轮组和柴油机的曲轴来连接的。链条传动是我们比较常见的一种。因为链条在工作的时候总是不可避免的产生噪音，这时我们可以通常可以在其中加一个液压压紧机构以及塑料的导轨来减小这种噪声的影响。发动机内部的结构还是比较复杂的。凸轮有的时候会以链条形式来连接。往往为一种了使链条能够张紧，通常加一个钢材做的零件镶嵌在里面。2.4 凸 轮 轴 的 失 效 形 式1） 凸 轮 轴 的 失 效 形 式 有 很 多 ， 最 为 常 见 的 只 要 有 以 下 几 种 ， 一 个 是 因 为 受力 过 大 导 致 断 裂 ， 还 有 一 个 是 受 到 的 摩 擦 力 过 大 导 致 凸 轮 变 型 ， 运 行 不 准 确 等 等 。2） 凸 轮 轴 在 受 力 过 大 时 会 弯 曲 甚 至 断 裂 ， 当 发 生 这 样 的 情 况 的 时 候 我 们 就要 想 要 预 防 以 及 解 决 的 办 法 ， 润 滑 油 的 缺 失 是 一 个 重 要 的 原 因 ， 摩 擦 力 的 增 大 ，会 导 致 凸 轮 轴 的 磨 损 ， 变 性 。 在 日 常 维 护 中 一 定 要 定 期 更 换 润 滑 油 ， 以 保 证 凸 轮轴 足 够 的 润 滑 ， 这 样 才 能 减 少 凸 轮 轴 的 磨 损 。 维 修 时 的 错 误 安 装 会 导 致 凸 轮 轴断 裂 。2.5 凸 轮 轴 的 生 产 技 术D495Q3A 柴油机工作时，凸轮轴的于东我是看不见的，单其重要作用不可忽视，正如上文所提，根据装懂位置控制气门工作。其工作时的速度大、作用力强等特点，决定了其加工生产必须高要求,所以要求设计中对凸轮轴的表面强度和刚度具有严格要求。现 代 国 产 中 比 较 成 熟 的 技 术 算 是 切 削 加 工 锻 造 毛 坯 （ 钢 制 ） ， 加 工 之 后 对 凸轮 桃 顶 部 进 行 高 频 淬 火 。 这 样 就 可 以 为 动 力 输 出 要 求 大 的 柴 油 发 动 机 提 供 可 靠 地精 度 保 证 、 持 续 的 工 作 保 证 以 及 能 够 很 好 的 满 足 力 学 性 能 要 求 。 世 界 各 国 发 展 水平 不 同 ， 加 工 技 术 页 参 差 不 齐 ， 后 来 其 他 国 家 还 有 各 种 不 同 的 生 产 加 工 技 术 ，可 根 据 相 关 文 献 查 阅 。2.6 凸 轮 轴 的 选 材凸轮轴的材料有很多，但是应用较为广泛的也就那几种，国内外比较常用的几种主要有一些铸铁，还有一些钢材，合金等等。铸铁比较便宜原材料比较广泛，适合批量生产，如下表所示主要是几种铸铁的各种性能，以及加工工艺等等。生产时需求的行业不同，所生产的指标也不同，要充分了解材料的化学性能，物理性能，D495Q3A 凸轮轴毛坯的设计5以及加工工艺。表 2-1 不同凸轮轴的性能比较D495Q3A 柴油机工作时，凸轮轴的于东我是看不见的，单其重要作用不可忽视，正如上文所提，根据装懂位置