柴油机曲轴中频淬火加喷丸处理残余应力分析

发动机曲轴结构设计

2.1 曲轴的结构曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等【18】。曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图1.1所示。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。图1.1 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处常设置平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩及一部分往复惯性力，从而保证了曲轴旋转的平稳性【19】。曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目与气缸数相等而V型发动机的连杆轴颈数等

于气缸数的一半。曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。多缸发动机的发火顺序应使连续作功的两缸保持尽量远的距离，这样既可以减轻主轴承的载荷，又能避免可能发生的进气重叠现象。此外作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角，每个气缸都应发火作功一次，以保证发动机运转平稳。曲轴的作用：它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好【20】。 2.2 曲轴的疲劳损坏形式曲轴的工作情况十分复杂，它是在周期性变化的燃气作用力、往复运动和旋转运动惯性力及其他力矩作用下工作的，因而承受着扭转和弯曲的复杂应力。曲轴箱主轴承的不同心度会影响到曲轴的受力状况，其次，由于曲轴弯曲与扭转振动而产生的附加应力，再加上曲轴形状复杂，结构变化急剧，产生了严重的应力集中。最后曲轴主轴颈与曲柄销是在比压下进行高速转动，因而产生强烈的磨损。因此柴油机在运转中发生曲轴裂纹和断裂事故不为鲜见，尤其是发电柴油机曲轴疲劳破坏较多。依曲轴产生裂纹的交变应力的性质不同，主要有以下三种疲劳裂纹:弯曲疲劳裂纹、扭转疲劳裂纹和弯曲一扭转疲劳裂纹【21】，如图2.1所示。

材料力学课程设计单缸柴油机曲轴

材料力学课程设计班级：作者：题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核指导老师： 2007.11.05

班级姓名一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。二、课程设计的任务和要求要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F = 2t F 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4, 3l =1.2r,已知数据如下表：

中频表面淬火工艺技术报告

关于中频表面淬火工艺的技术报告热处理是机械制造中热加工工艺的一种。它对保证机械产品的质量，延长使用寿命，有着重大的作用。钢的热处理就是利用钢在加热、保温和冷却作用下，其内部发生组织状态（晶体结构、组织形态）、物理状态（比容、残余内应力等）和化学成分分布的变化，而使工件具有预期的工艺性能、机械性能、物理性能和化学性能，以达到便于冷热加工，提高使用寿命，充分发挥材料潜力的目的。钢的热处理基本工艺包括退火、正火、淬火、回火和化学热处理等。根据在车间实习和工作情况，我将主要负责车间中频表面淬火工序的工艺编制。所以将重点放在中频表面淬火工序上。一、感应加热原理及分类中频加热是感应表面加热的一种。感应表面加热是利用导体（零件）在高频磁场作用下产生的感应电流（涡流损耗）以及导体内磁场的作用（磁滞损耗）引起导体自身发热而进行加热的。根据设备的频率不同分为：①高频加热，频率为100~500千赫。淬硬层深度为0.3~3㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；②中频加热，一般采用8000赫兹和2500赫兹二种，淬硬层深度：8000赫兹 1.3-5.5㎜，加工工件最小直径为Φ16㎜；2500赫兹 2.4-10㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；③工频加热，频率为50赫兹，淬硬层深度为17-70㎜，加工工件最小直径为Φ200㎜。目前，我车间使用的设备是中频立式淬火机床，频率为8000赫兹。而多年不用的高频淬火机床在车间搬、拆迁过程中已经拆除了。二、感应加热表面淬火工艺及选择感应加热工艺参数包括着热处理参数和电参数。热处理参数包括加热温度、加热时间、加热速度以及淬火层深度。电参数包括设备的频率、零件单位面积功率等。感应加热淬火工艺中几个主要问题： 1、确定零件的技术要求表面淬火零件的技术要求包括：表面硬度、淬火层深度及淬硬区分布、淬火层组织等。 ⑴.表面硬度：感应淬火后零件的表面硬度要求与材料的化学成分和使用的条件有关。 ⑵.淬火层深度：淬火层深度主要是根据零件的机械性能确定的。 ⑶.淬硬区分布：按零件的几何形状与工作条件的不同，各种表面淬火零件的硬化区部分和尺寸有不同的要求。 ⑷.金相组织：按零件的材料及工作条件，规定各格的等级范围。按评级标准进行金相评级。 2、加热温度的选择感应加热速度快，与一般加热相比，必须选用较高的加热速度，适宜的加热温度是与钢材的化学成分、原始组织状态及加热速度等因素有关。我车间由于设备的限制，只能采取目测加热温度的方法。 3、设备频率的选择频率的选择主要是根据淬火层深度和零件的尺寸大小来确定。当设备给定或选定以后，设备的频率就是一个不可调的参数。我车间的设备只有立式淬火机床一台，故工艺选择中不再考虑设备频率。 4、感应加热方法及工艺操作感应加热方法基本分为两种： ⑴.同时加热法，这种加热法是被加热的表面同时共热升温，零件需要加热的整个部分都被感应器包围着。在大批量生产时，为充分发挥设备潜力，提高生产效率，只要设备输出功率足够的条件下，尽可能采用同时加热。 ⑵.连续加热法，零件表面的加热和冷却时连续不断进行的。连续加热生产率较低，但加

(整理)国际先进的感应淬火技术

1、电源国外IGBT、MOSFET和SIT全固态晶体管电源技术逐步成熟，并已商品化、系列化，目前有1200kW、50kHz;50~100kHz、30~600kW;300kW、80kHz;低频段有取代晶闸管电源趋势;MOSFET多采用并联振荡电路，SIT多采用串联谐振电路，功率高达1000 kW、频率200kHz和400kW、400kHz。它们都是电子管式高频电源的理想替代产品。当输出功率与电子管电源相同时，节电35%～40%，节省安装面积50%，节约冷却水40%～50%。随着科技的进步，在高频感应淬火领域，MOSFET有望取代SIT。 2、淬火机床感应淬火机床更加趋向自动化，CNC控制逐渐增多，自动分检零件与自动识别进机零件功能的机床增多。 (1)通用淬火机床通用淬火机床朝柔性化方向发展，一台淬火机床可以对不同性能要求的不同零件感应加热淬火。德国研制的一种曲轴淬火机床，法兰件感应淬火柔性加工系统略加调整能处理不同尺寸的相似工件;对于轴类零件在一定直径范围内(如30mm)与长度300～800 mm范围内，对于相似淬火要求的轴类零件，淬火机能自动编制14种程序，自动识别进机零件;Robotron.Eiotherm最近推出了双主轴立式淬火机，在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火，能处理轮轴、三槽套及其他万向节件，转换工件只需2～5min，用计算机编程，根据工件号在2 min 内就可调出有关工艺数据;一汽引进的GH公司数控淬火设备通用性强、自动化程度，在复杂零件上可实现多段变功变速，编程容易、操作方便。图1是GH公司的数控淬火机床。 (2)专用淬火机床专用淬火机床更加专用化，采用机械手上下零件，加热、淬火、回火、校直、检查完全自动进行。先进的计算机控制技术可以监控并屏幕显示淬火过程和工艺参数，跟踪全部操作过程，如发现故障或工艺参数偏离给定值，便自动修正或自动列出不合格零件，使控制系统暂停工作并报警，同时屏幕上显示故障性质和所要修正的动作。更先进的控制系统还适应材料化学成分的波动，并自动调整比功率或加热时间，以保证感应淬火零件的质量。例如日本高周波热炼株式会社川崎工厂的卧式半轴淬火机床，上尾厂可同时淬三根半轴，群马厂可同时淬两根半轴，机床实际上是感应热处理生产线，全过程除校直、荧光探伤检查需一名工人外，其余全部自动进行。 (3)机器人的应用日本高周波热炼株式会社制造的一台立式通用淬火机床上配置一台机器人，机器人将一个二匝的感应器进行依次平面扫描，使一块塑料板变色，虽然使用电源功率只3 kW，但也可以看出机器人在感应热处理中的应用趋势。 (4)机电一体化将电源、淬火机床、冷却系统组成成套装置，具有占地面积小、生产效率高、一次安装调试容易等优点。国外最近问世的曲轴固定加热淬火装置占地面积仅为组合式成套装置的1/4。 3、淬火工艺 (1)静止式曲轴感应淬火采用静止式曲轴感应淬火新技术的最初的两台装置在福特公司V6和V8曲轴淬火和回火工艺中得以应用，表现出了良好的市场前景。其特点是:加热时间

柴油机曲轴设计

1前言 1.1柴油机与曲轴 1.1.1柴油机的工作原理柴油机的每个工作循环都要经历进气、压缩、做功和排气四个过程。四行程柴油机的工作过程：柴油机在进气冲程吸入纯空气，在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，温度高达476.85℃～726.85℃，极大地超过柴油的自燃温度，因此柴油喷人气缸后，在很短的时间内即着火燃烧，燃气压力急剧达到6～9MPa，温度升高到1726.85℃～2226.85℃。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转做功。废气同样经排气门、排气管等处排出。四行程柴油机的每个工作循环均经过如下四个行程：（1）进气行程在这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。可燃混合气被吸人气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。由于进气道的阻力，进气终了时气缸内的气体压力稍低于大气压，约为0.07～0.09MPa。混合气进入气缸后，与气缸壁、活塞等高温机件接触，并与上一循环的高温残余废气相混合，所以温度上升到96.85℃～126.85℃。（2）压缩行程进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。活塞到上止点时，压缩行程结束。压缩终了时鼓，混合气温度约为326.85℃～426.85℃，压力一般为0.6～ 1.2MPa。（3）做功行程活塞带动曲轴转动,曲轴通过转动把扭矩输出。（4）排气行程进气口关闭，排气口打开，排除废气。由上可知，四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程作为辅助行程都是为作功行程创造条件的。因此，单缸发动机工作不平稳。现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔，因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。例如六缸发动机，在一个工作循环中，曲轴要旋转720°，曲轴转角每隔120°就有一个气缸作功。

曲轴强度模态分析报告

柴油机曲轴ANSYS计算报告蔡川东:20114541

目录 1摘要3 2workbench高级应用基础3 2.1接触设置 (3) 2.2多点约束MPC (4) 3模型介绍5 3.1模型简化 (5) 3.1.1轴瓦建立 (6) 3.1.2质量块建立 (6) 3.2材料性能和参数 (7) 3.3有限元模型构建 (7) 4强度分析9 4.1理论简介 (9) 4.2载荷工况 (9) 4.3计算分析 (11) 5模态分析12 5.1理论简介 (12) 5.2约束条件 (12) 5.3计算分析 (12) 6结果与讨论13

1摘要曲轴是柴油机中最重要的部件之一，也是受力情况最复杂的部件，他的参数尺寸以及设计方法在很大程度上影响着柴油机的性能和可靠性。随着柴油机技术的不断完善和改进，曲轴的工作条件也越来越复杂。曲轴设计是否可靠,对柴油机使用寿命有很大影响，因此在研制过程中需要给予高度重视。因此，对曲轴的结构进行强度分析在柴油机的设计和改进过程中占有极为重要的地位。此外，在周期性变化的载荷作用下，曲轴系统可能在柴油机转速范围内发生共振，产生附加的动应力，使曲轴过早的出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏，因此有必要对曲轴进行动态特性分析以获取其固有频率避免共振带来不良影响。本文以六缸柴油机的曲轴为对象，计算分析了曲轴在一种载荷工况下的强度分析，找出其最大应力所在位置，以及讨论起是否在参考安全范围内，为曲轴设计中的强度计算提供一种可行性方案。同时对曲轴进行模态分析，找出其各阶固有频率，并观察其各阶模态形状，为柴油机避免共振提供数据参考。实验采用有限元法对曲轴进行分析，有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，是分析各种结构问题的强有力的工具，使用有限元法可方便地进行分析并为设计提供理论依据。本文利用曲轴的三维模型IGES文件，导入Workbench中进行工况设计。比较准确地得到应力、变形的大小及分布和曲轴的固有频率及振型。 2workbench高级应用基础 2.1接触设置 (1)接触问题属于不定边界问题，即使是弹性接触问题也具有表面非线性，其中既有由接触面积变化而产生的非线性及由接触压力分布变化而产生的非线性，也有由摩擦作用产生的非线性。由于这种表面非线性和边界不定性，所以，一般来说，接触问题的求解是一个反复迭代过程。当接触内力只和受力状态有关而和加载路径无关时，即使载荷和接触压力之间的关系是非线性的，仍然属于简单加载过程或可逆加载过程。通常无摩擦的接触属于可逆加载。当存在摩擦时，在一定条件下可能出现不可逆加载过程或称复杂加载过程，这时一般要用载荷增量方法求解。 (2)接触面的连接条件。在接触问题中，除了各相互接触物体内部变形的协调性以外，必须保证各接触物体之间在接触边界上变形的协调性，不可相互侵入。同时还包括摩擦条件—称为接触面的连接条件。采用有限元法分析接触问题时，需要分别对接触物体进行有限元网格剖分，并规定在初始接触面上，两个物体对应节点的坐标位置相同，形成接触对。 (3)workbench中有5中接触类型分别是: ?Bonded无相对位移。就像共用节点一样。 ?No seperation法向不分离，切向可以有小位移。 ?Frictionless法向可分离，但不渗透，切向自由滑动 ?Rough法向可分离，不渗透，切向不滑动

高频淬火原理与应用

高频淬火原理及应用线圈通以高频电流，产生高频磁场，在铁磁性材料中产生感生电流，由于趋肤效应，感生电流聚积于材料的表面产生热，达到相变温度。激冷达到淬火目的。感应加热与其它加热炉传导、对流或辐射使工件到达加热温度相比，它具有完全不同的加热原理。其基本原理是：把加热材料（即工件）置于通有交流电流的线圈内，由于交变磁场的作用工件内部会产生感应电势，在感生电势的作用下工件内会产生涡流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。通过热高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC，而心部温度升高很小

词语解释感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。一、高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。二、中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。三、工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。式中：f为频率，单位为Hz；δ为加热深度，单位为毫米（mm）。感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。

感应热处理mm

感应热处理 1.1、感应加热物理基础：将金属导体放在通有交变电流的线圈中，根据电磁感应原理，在交变磁场的作用下，会在导体中产生与线圈中电流的方向相反、大小相等、频率相同的感应电流(涡流），利用在该导体中产生的感应电流使其加热的方法称之为“感应加热”。 1.2、感应加热的物理现象：以下4种 1.2.1、集肤效应：也称趋肤效应或表面效应，当直流电通过一导体时，导体截面上各点的电流密度是均匀的。当交流电通过导体时，导体表面处的电流密度较大，导体内部的电流密度较小。当高频率电流通过导体时，导体截面上的电流密度差更加增大，电流主要集中在导体表面，这种现象称为集肤效应 1.2.2、邻近现象：两邻近导体，如两汇流排或感应器的有效加热导线与被感应加热的零件，在有交变电流通过的情况下，由于电流磁场的相互作用，导体上的电流将重新分布，这种现象称之为邻近效应。同向电流主要集中在两相邻导体的外侧；反向电流主要集中在两相邻导体的内侧。两导体离的越近，效果越明显。 1.2.3、圆环效应：圆环形的导体通入交变电流时，最大电流密度分布在环状导体的内侧，这种现象叫做圆环效应。圆环效应使感应器的电流密集到圆环感应的内侧，对于加热零件的外表面有利。但对加热零件内孔时，该效应使感应器中的电流远离加热零件的内表面，对内孔加热十分不利。 1.2.4、导磁体的槽口效应：一根矩形截面的导体，装上由硅钢片叠成的导磁体体的槽口中，当导体通有交变电流时，电流集中在导磁体开口的导体表面，这一现象称之为导磁体的槽口效应。导磁体的槽口越深，电流的频率越高，则导磁体的槽口效应越强烈。利用该效应可以克服导体的圆环效应将电流驱逐到圆环导体的外表面，在加热内孔和平面类零件时，强化了邻近效应，以提高感应器的加热效率。 1.3、电流透入深度：由于集肤效应的作用，导体或零件中的电流分布是不均匀的。工程上规定，从表面电流最大值处（I0）测到1/e I0处的深度为电流的透入深度。钢在居里点（770℃）以下的电流透入深度称为冷透入深度，在居里点以上的电流透入深度称为热透入深度。 1.4、加热方式：以下2种 1.4.1、透入式加热：零件在加热时，电流的热透入深度大于淬硬层深度，淬硬层得到的热能全部由涡流产生，整个层中的温度基本上是均匀的。该方式适用于设备的频率和功率较高，而淬硬层深度要求较浅的零件。 1.4.2、传导式加热：零件加热在时，电流的热透入深度小于淬硬层深度，淬硬层得到的热能只能在热透入深度内由涡流产生，超出这一层的金属，其温度的提高完全依靠表层的热量通过热传导的方式实现。该方式适用于设备的功率较低，而淬硬层深度要求较深的零件；利用感应加热方式实现的热处理过程称为感应热处理。根据不同的用途可以进行工件的局部或整体的感应淬火、退火、正火、回火及调质处理。用途：在现代汽车制造技术中，感应加热还用于熔炼、钎焊、毛坯加热（透热）、热装配、金属件粘结后的固化、涂料的干燥等多种领域。 2.1、锻造毛坯透热主要用于各种汽车零件（如曲轴、连杆、钢板弹簧、冲焊桥壳、各种齿轮等零件）的锻造毛坯的透热。优点是加热效率高、温度控制精度高、毛坯的温度均匀性好、设备占地面积小、节能、

高频淬火和中频淬火的区别

高频淬火和中频淬火的区别 1、高频淬火淬硬层浅（1.5~2mm）、硬度高、工件不易氧化、变形小、淬火质量好、生产效率高，适用于摩擦条件下工作的零件，如一般较小的齿轮、轴类（所用材料为45号钢、40Cr）； 2、中频淬火淬硬层较深（3~5mm），适用于承受扭曲、压力负荷的零件，如曲轴、大齿轮、磨床主轴等（所用材料为45号钢、40Cr、9Mn2V和球墨铸铁）。感应加热表面淬火，是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理，使工件表层快速加热，并快速冷却的热处理工艺感应加热表面淬火时，将工件放在铜管制成的感应器内，当一定频率的交流电通过感应器时，处于交变磁场中的工件产生感应电流，由于集肤效应和涡流的作用，工件表层的高密度交流电产生的电阻热，迅速加热工件表层，很快达到淬火温度，随即喷水冷却，工件表层被淬硬感应加热时，工件截面上感应电流的分布状态与电流频率有关。电流频率愈高，集肤效应愈强，感应电流集中的表层就愈薄，这样加热层深度与淬硬层深度也就愈薄因此，可通过调节电流频率来获得不同的淬硬层深度。常用感应加热种类及应用见表5-3 感应加热速度极快，只需几秒或十几秒。淬火层马氏体组织细小，机械性能好。工件表面不易氧化脱碳，变形也小，而且淬硬层深度易控

制，质量稳定，操作简单，特别适合大批量生产常用于中碳钢或中碳低合金钢工件，例如45、40Cr、40MnB等。也可用于高碳工具钢或铸铁件，一般零件淬硬层深度约为半径的1／10时，即可得到强度、耐疲劳性和韧性的良好配合。感应加热表面淬火不宜用于形状复杂的工件，因感应器制作困难表5-3 感应加热种类及应用范围感应加热类型常用频率一般淬硬层深度／m m 应用范围高频感应加热 200～1000kHz 0.5～2.5 中小模数齿轮及中小尺寸的轴类零件中频感应加热 2500～8000Hz 2～10 较大尺寸的轴和大中模数齿轮工频感应加热火 50Hz 10～20 较大直径零件穿透加热，大直径零件如轧辊、火车车轮的表面淬超音频感应加热 30～36kHz 淬硬层能沿工件轮廓分中小模数齿轮表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和塑性(即表面淬火)，或同时改变表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性,及表面硬度比前者更高(即化学热处理)的方法。

柴油机曲轴工艺过程及夹具毕业设计论文

重庆大学网络教育学院毕业设计（论文）柴油机曲轴零件加工工艺及夹具设计学生所在校外学习中心江苏张家港校处学习中心批次层次专业111 专升本机械设计制造及其自动化学号 w11107861 学生指导教师起止日期 2013.1.21--2013.4.14

摘要曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。这次毕业设计介绍柴油机曲轴加工工艺规程及相关夹具的设计，及曲轴的规程制定中遇到问题的分析，经济性分析，工时定额，切削用量的计算。同时还介绍曲轴加工中用到的两套夹具的设计过程。在工艺设计中，结合实际进行设计，对曲轴生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。根据现阶段机械零件的制造工艺和技术水平，本着以制造技术的先进性，合理性，经济性进行零件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料等技术分析。并根据以上分析来选择合理的毛坯制造方法，设计工艺规程，夹具设计。关键词：柴油机曲轴工艺夹具

目录中文摘要…………………………………………………………………………………………I 1.引言 (1) 2.曲轴的生产纲领 (2) 3.零件的分析 (2) 3.1曲轴的用途及工作条件 (2) 3.2分析零件上的技术要求，确定要加工的表面 (3) 3.3加工表面的尺寸和形状精度 (4) 3.4尺寸和位置精度 (4) 3.5加工表面的粗糙度及其它方面的质量要求 (4) 3.6热处理要求 (4) 4.曲轴材料和毛坯的定 (4) 4.1确定毛坯的类型 (4) 4.2确定毛坯的生产方法 (4) 4.3确定毛坯的加工余量 (4) 5.曲轴的工艺过程设计 (5) 5.1粗、精加工的定位基准 (5) 5.1.1粗加工 (5) 5.1.2粗加工 (5) 5.2工件表面加工方法的选择 (5) 5.3曲轴机械加工的基本路线 (5) 5.4加工余量及毛坯尺寸 (6) 5.5工序设计 (6) 5.5.1加工设备与工艺装备的选择 (8) 5.5.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 (9) 5.6确定工时定额 (11) 5.7机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片 (12) 5.7.1机械加工工艺过程卡片 (12) 5.7.2机械加工工序卡片 (12) 6.柴油机曲轴加工键槽夹具设计 (13) 6.1.1夹具类型的分析 (13) 6.1.2工装夹具定位方案的确定 (13) 6.1.3工件夹紧形式的确定 (13) 6.1.4对刀装置 (13) 6.1.5分度装置的确定以及补补助装置 (14) 6.1.6夹具定位夹紧方案的分析论证 (14) 6.1.7夹具结构类型的设计 (15) 6.2夹具总图设计 (16) 6.4绘制夹具零件图 (16)

感应表面淬火.

感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用电磁感应加热原理，使零件在交变磁场中切割力线，在表面产生感应电流，又根据交流电集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。它在热处理领域中占有重要地位，这一技术已经在我国被广泛应用。感应加热表面淬火的使用频率不同，可以分为超高频（27MHz）、高频（200～250KHz）、中频（2500～8000HZ）和工频（50HZ）。由于电流频率不同，加热时感应电流透入深度不同。使用高频时，感应电流透入深度很小（约0.5mm），主要用于小模数齿轮和小轴类零件的表面淬火；使用中频时，感应电流透入深度（约5～10mm），主要用于中、小模数的齿轮、凸轮轴、曲轴的表面淬火；使用超高频时，感应电源透入深度极小，主要用于锯齿、刀刃、薄件的表面淬火；使用工频时，电流透入深度较大（超过10mm），主要用于冷轧辊表面淬火。感应加热表面淬火是表淬火方法中比较好的一种，因此，受到普遍的重视和广泛应用。与传统热处理相比，它有以下的优点。（1）感应加热属于内热源直接加热，热损失小，因此加热速度快，热效率高。（2）加热过程中，由于加热时间短，零件表面氧化脱碳少，与其他的热处理相比，零件废品率根低。（3）感应加热淬火后零件表面的硬度高，心部保持较好的塑性和韧性，呈现低的缺口敏感性，故冲击韧性、疲劳强度和耐磨性等有很大的提高。（4）感应加热设备紧凑，占地面积小，使用简便（即操作方便）。（5）生产过程清洁，无高温，劳动条件好。（6）能进行选择性加热。（7）感应加热表面淬火的机械零件脆性小，同时还能提高零件的力学性能（如屈服点、抗拉强度、疲劳强度），同样经过感应加热表面淬火的钢制零件的淬火硬度也高于普通加热炉的淬火硬度。

感应淬火常见问题及解决措施

中频炉感应淬火件常见淬火缺陷，主要有硬度不够、软块、变形超差与淬火裂纹，还有局部烧熔等。 1、表面淬火后硬度不够：表面淬火后硬度不够是罪常见的问题，其原因亦是多方面的。 1）材料因素 ①火花鉴别法：这是最简单的方法，检查工件在砂轮上磨出的火花，可大致知道工件的含碳量是否有变化，含碳量越高，火花越多。 ②直读光谱仪鉴别钢材的成分，现代化的直读光谱仪能在极短的时间内，将工件材料的各种元素及其含量进行检验并打印出来，可确定钢材是否符合图样要求。 ③排除工件表面贫碳或脱碳因素，较常见的冷拔钢材，材料表面有一层贫碳或脱碳层，此时表面硬度低，使用砂轮或锉刀去掉0.5mm后，再测定硬度，如果发现该处硬度比外面为高，并达到要求，这表面工件表面有贫碳或脱碳层。为进一步验证此问题，可用金相显微镜观察，表面贫碳层得组织与次层得显微组织明显不同，表面只有少量托氏体及大量铁素体，而次层则为马氏体，如果将此样品在保护气体下正火后在检验，表层只有少量珠光体，而次层则有该钢号应有的珠光体面积，如45 钢，珠光体面积接近50%。 2）淬火加热温度不够或预冷时间长淬火加热温度不够或预冷时间太长，致使淬火时温度太低。以中碳钢为例，前者淬火组织中含有大量未溶铁素体，后者其组织为托氏体或索氏体。 3）冷却不足 ①特别在扫描淬火时，由于喷液区域太短，工件淬火后，经过喷液区后，心部热量又使表面自回火（阶梯轴大台阶在上位时最易产生），此时表面自回火温度过高，常能从表面颜色及温度感测到。 ②一次加热法时，冷却时间太短，自回火温度过高，或由于喷液孔因水垢减少了喷液孔截面积，导致自回火温度过高（带喷液孔的齿轮淬火感应器，最易产生次弊病）。 ③淬火液温度过高，流量减少，浓度变化，淬火液中混有油污等。 ④喷液孔局部堵塞，其特点是局部硬度不足，软块区常与喷液孔堵塞位置相对应。感应加热设备之表面热处理表面淬火常见缺陷及对策信息编辑：郑州高氏发布时间：2012-06-21 用交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生窝电流（旋转电流）这感应电流在窝电流的影响下产生发热用这样的加热方式就是感应加

柴油发动机曲轴机械加工工艺规程设计及夹具(毕业设计)

柴油发动机曲轴机械加工工艺规程设计及夹具设计由吴祖德t053329 于星期五, 2009/06/19 - 12:41下午发表 ?学士学位 ?机电与汽车工程学院学号: 05120332 专业: 机械设计制造及其自动化研究方向: 机械设计与制造导师姓名: 曾宏达中图分类号: TH16 论文总页码: 47 参考文献总数: 20 曲轴是柴油发动机的重要零件。它的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用，因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工尺寸精确，且润滑可靠。本设计是根据被加工曲轴的技术要求，进行机械工艺规程设计，然后运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。主要工作有：绘制产品零件图，了解零件的结构特点和技术要求；根据生产类型和所在企业的生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析；确定毛坯的种类及制造方法；拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺设备，确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额；填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等工艺卡片；设计指定的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。中文关键字: 机械制造，加工工艺，曲轴，夹具英文题目: Technological process design and fixture design of diesel engine crankshaft 英文摘要: Crankshaft is a very important parts of diesel engine. Ist action is change the to

热处理的高端感应加热方案

热处理的高端感应加热方案感应加热处理在100多年前开始为人所知，它的工业应用早在20世纪初就开始了。仅用高频电子管振荡器和中频电动发电机就可以完成许多任务的快速加热方式已存在了很多年。现在，生产方案不仅更加灵活、多变，而且也更复杂。对用户而言，具备更高可靠性的设备和更简化的人机界面(HMI)已经成为一种潜在的需要，因为这能够简化机器的操作以及工艺的控制。在这篇文章中，本人首先提出一个在感应加热中应用的最新的技术，然后阐述一些感应加热方面的特别应用的示例。一、现代技术 1.电源与20世纪60年代应用的电源大不相同，现在的电源是非常完善的，以晶体管为基础，它们在效率、功率和频率方面获得了很大的提高。IGBT晶体管作为基础功率元件代表了现在绝大部分电源的部件。EFD在80年代开发了非常便捷的电源，取名为MINAC（见图1）。这种电源是当今在其功能范畴内体积最小的电源，它能够满足双输出不同功率的输出变压器，以完成两种不同的作业。不难想象，这将给用户带来巨大利益。图1 MINAC 18/25 Twin 另一个重要创新是中频和高频电源模块同时输送给一个单线圈的专利方案，以MFC技术命名（多频率概念）。EFD创造了(SINAC S MFC系列)的整个电源系列，以适应热处理方案的商业用途，用单个系列的电源电柜、大范围的解决方案和根据需要的混合功率，来完成高功率应用。SINAC 200/100 S MFC如图2所示，SINAC S MFC输出站如图3所示。

图2 SINAC 200/100 S MFC 图3 SINAC S MFC输出站属于不同商业用途的主要应用包括：（1）商业热处理车间，当需要一个小体积电源来取代独立的中频、高频电源和机床——一个机床，一个线圈，一个电源。（2）齿轮淬火，当需要混合的频率（如锥形齿轮，小链轮齿等）。（3）其他的部件，为达到热处理的仿形效果，或者当材料由薄转厚时的一个扫描过程（例如传动部件等），而不需要更换感应线圈、电源。 2. 实时过程监控一个重要的改变是质量监控系统的增加，不仅是新的机器，而且许多翻新的现有生产线也需要这种方案。在这种情况下，用户需要一个灵活的方案用于实时地同时监测几个过程。这种单元通常建立在工业PC上，一些特殊软件和相应探测器实时监控生产参数。通过这种系统来监测各种参数。我们可以考虑一些重要参数：功率（kW）或能量（kW/s）；频率（kHz）；加热时间(s)；淬火液流量(L/min)；淬火液温度(℃)；淬火延时(s)；表面温度(℃)；其他。

缸柴油机曲轴》

材料力学课程设计学号：41091307 姓名：吴茂坤题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核指导老师：李锋 2011.10.20

目录一、课程设计的目的 (2) 二、课程设计的任务和要求 (2) 三、设计题目 (3) 四、设计过程 (4) 1、画出曲轴的内力图 (4) 2、设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D (6) 3、校核曲柄臂的强度 (7) 4、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度 (9) 5、用能量法计算A-A截面的转角yθ,zθ (9) 五、设计的改进措施及方法 (13) 六、程序计算部分 (13) 七、设计体会 (15) 八、参考文献 (15)

一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。二、课程设计的任务和要求要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。

单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核杨韬

材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核班级：铁车三班学号：2014120950 姓名：杨韬指导老师：任小平

一、设计目的系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高二、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)，弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F =2 t F 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4, 3l =1.2r,有关数据如下表：要求： 1. 画出曲轴的内力图。 2. 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D 。 3. 校核曲柄臂的强度。 4. 校核主轴颈H-H 截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。

5. 用能量法计算A-A 截面的转角y θ ,z θ。数据 1/l m 2/l m /E Gpa μ []/Mpa σ 1/Mpa τ- 0.11 0.18 150 0.27 120 180 τψ τε /P kW /(/min)n r /r m 0.05 0.78 16.4 300 0.05 零件图：单缸柴油机曲轴零件简化图：