曲轴加工
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曲轴加工范文第1篇
曲轴是活塞式发动机中最重要、承受负荷最大的零件之一。曲轴在工作状态下受着交变的扭矩和弯矩载荷，这就要求曲轴具有足够的强度和刚度以及高精度。曲轴加工工艺水平不仅影响着整机的尺寸和重量，而且在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。因此，改进
曲轴加工方法、提高加工精度显得非常重要。
1．曲轴材料的选用和技术要求
1.1曲轴常用材料
根据发动机的工作状况，曲轴常用材料有：球墨铸铁、调质钢、非调质钢。由于球墨铸铁的力学性能接近调质钢，切削性能良好，且成本只有调质钢材质成本的l／3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材料的比例：美国为90％，英国为85％，日本为60％。国内的汽油机曲轴，一般采用球墨铸铁制造，常用的牌号有：QT700-2、QT800-6、QT900-6、等温淬火球墨铸铁等。而柴油机曲轴一般采用调质钢或非调质钢制造，调质钢常用材料有：40Cr和42CrMo等；非调质钢常用材料有：48MnV、38MnV6等。
1.2 曲轴的主要部位技术要求
其主要技术要求有以下一些。
（1）主轴颈与连杆轴颈有较高的圆柱度公差要求，一般为5级。
（2）中间三个主轴颈对两端主轴颈有较高的圆跳动公差要求。
（3）曲轴的连杆轴颈与主轴颈有偏心距要求，在加工时应注意回转平衡。
（4）连杆轴颈的轴线对两端主轴颈轴线有较高的的平行度公差要求，一般为0.05mm。
2.曲轴加工的关键技术问题探讨
2.1曲轴定心模式的合理选用
曲轴定心工序采用的方法主要有几何定心和质量定心两种。在业界内，关于采用质量定心还是几何定心的问题，经过多年的争论，现逐渐形成以下共识：①如果曲轴毛坯质量好，可以用几何定心；如果毛坯质量不高，才可能采用质量定心方案。②如果毛坯质量均衡性尚可，采用几何定心方案就能保证曲轴不平衡量在合适的范围内，则不必采用质量定心方案，以减少因质量定心设备带来的设备投资。大量的生产实际表明，伴随我国曲轴毛坯制造水平的不断提升，采用几何定心将成为一种发展趋势。
2.2 曲轴粗加工方式的选择与比较
曲轴的粗加工工艺先后经历了单刀车、多刀成型车、外铣、内铣、车一拉、车一车拉、高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内铣、车一拉、车一车拉、高速随动外铣可产生较小的径向切削力，有效地减少了曲轴粗加工的切削变形，因而得到了广泛的应用。在具体工艺的选择上，通常根据以下三个因素进行合理选择。①曲轴长度L。当L700mm时，多采用外铣或者内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。②毛坯余量δ的大小。当δ>5mm时，常采用外铣或内铣工艺；当δ≤3mm时，宜选用车拉、车-车拉工艺。③曲轴粗加工的变形问题。为有效减少变形，可以先进行外铣或内铣主轴颈和连杆轴颈，去除大部分的余量，有效释放应力后再进行车-车拉主轴颈和连杆轴颈工艺，从而获得较高的轴向尺寸和轴颈尺寸精度。
2.3 磨削工艺的合理选择
国内磨削工艺一般分为粗磨和精磨，而国外大多数厂家都是一次精磨到位。磨削工艺的选择要兼顾以下两个问题：一是如何保证曲轴质量；二要有利于消除或减少磨削裂纹。众所周知，磨削裂纹的产生是由磨削热引起的，降低磨削热是解决磨削裂纹的关键，在磨削工艺上可采取以下措施消除或减少磨削裂纹。
（1）采用湿磨法，用切削液冷却磨削区，降低磨削区温度。
（2）选用粒度较粗、硬度较软的砂轮，磨削时可以降低磨削热。
（3）选择合适的磨削量，也可以降低磨削热的产生。
（4）选择合适磨削余量，在磨削过程中减小磨削佘量，降低磨削热的产生。
（5）改善冷却条件，提高冷却喷射压力，加大冷却液流量等，以降低磨削热。
2.4 曲轴强化工艺
由于曲轴在交变应力作用下工作，其轴颈面变化转接圆角处发生应力疲劳和应变破坏的危险性极大。目前，主要通过喷丸强化和圆角滚压强化来改变曲轴抗疲劳性能。
（1）喷丸强化。喷丸强化工艺是通过引入一个预压应力来抵消零件在以后工作周期会受到的拉应力，从而提高工件抗疲劳性能和安全使用寿命。对于喷丸强化过程，有两个最关键的参数。一个是应力强度， 另一个是覆盖率。就曲轴喷丸强化而言，需要监控的参数包括：喷丸速度、喷丸强度、喷丸的距离等。
（2）圆角滚压强化。圆角滚压强化机理在于：金属层在滚轮压力作用下，使金属表层产生残余压缩应力，抵消了部分工作拉伸应力，使零件疲劳强度大幅提高。因而进行圆角滚压强化的关键在于合理选择以下参数：滚压加载模式、滚压力大小、以及滚压力的加载曲线等。
3.结语
要制定先进合理的曲轴加工工艺必须做到以下几点。
（1）根据曲轴零件的特点，采用合理的曲轴定心模式。
（2）磨削工艺参数的选取要有利于减少或消除磨削裂纹。
（3）适合于多品种、小批量的复合加工技术是今后曲轴加工的一个发展方向。
（4）注意曲轴强化工艺的推广和应用。 [科]
【参考文献】
［1］孙军.从内燃机发展谈曲轴制造技术[J].锻造与冲压，2010，（4）：30-32.
［2］段绍林，毛泽永.宋利强曲轴机加工工艺与设备现状及发展趋势[J].内燃机，2010，（2）：28-29.
曲轴加工范文第2篇
关键词：螺纹铣削；刀具耐用度；加工质量；加工效率
由于技术的发展以及市场的变化，船用柴油发动机产品系列从过去的300、320、230发展到如今比较先进的G32。多年来，随着产品单位功率的不断提升，以及对产品的稳定性、可靠性及耐用性要求的日益提升，对于曲轴等部件的刚度、强度、耐疲劳等方面的要求也越来越高。
发动机中的曲轴如图1所示，由于在工作过程中高速旋转，对于动平衡的要求较高，一般都是采用在曲轴上附加平衡块的方式，来调节曲轴的动平衡性能。而在通常情况下，平衡块大都是以螺纹联接的方式安装在曲轴上，如图2、3所示，其中图2-a为曲轴平衡块安装位置加工完毕后的螺孔，图2-b为在曲轴上安装双头螺柱。图3-a为平衡块在曲轴上的码合示意图，图3-b为平衡块码合现场图。
通常情况下，在加工时都会优先选用攻螺纹的方式，尤其是在基体材料为铸铁、螺纹公称直径小、导程小、旋合长度短、对于螺纹精度、垂直度要求不高的情况下。然而，采用42CrMoA锻钢材料的G32曲轴，需要加工M45X3-6H的螺纹（盲孔），螺纹深度达60mm，基体材料加工难度大、螺纹公称直径大，且为了保证联接质量，对于垂直度要求高。在这种情况下，选择攻螺纹就不很理想了。为了找到高效、高质量、相对低成本的加工方式，笔者及技术团队就该螺纹的加工进行了一系列实验，并进行了对比总结（不讨论联接面的铣削、螺纹底孔加工）。
1 攻螺纹
因为螺纹尺寸较大，所以采用头攻、二攻和三攻的方式进行。在加工过程中，为了冷却和排屑，需多次退刀，并辅以人工清理（盲孔），加工效率极低。一般完整加工一条曲轴需要三班制连续工作一个星期。且在加工过程中，因切削力大，基体材料有一定的粘性，多次出现丝锥卡死、甚至崩断的情况，给加工过程造成极大的困扰。
对照设计要求螺纹孔对联接面0.2，要求联接面接触面积≥60%，在试切削加工完毕后进行实测，符合相关图纸的设计要求。但经过多次加工后发现，通过攻丝加工螺纹，比较容易出现垂直度超差，从而使得旋合长度、平衡块与曲轴联接面不符合要求的情况。
2 铣削螺纹
鉴于攻螺纹不理想，笔者及技术团队开始尝试采用铣削的方式加工螺纹，主要过程如下：
2.1 采用整体式螺纹铣刀加工
为保证加工质量，并在一定程度上提升刀具的耐用度，加工时采用含Co整体高速钢材料，带TiAlN涂层的整体螺纹铣刀，外形如图4所示。
采用整体式螺纹铣刀可以在一定程度上提供生产效率，降低工人的劳动强度，并提高产品质量的稳定性。在进行产品试制的过程中，平均大概25min可以加工完一个螺纹孔。经过实测，新刀基本上可以保证加工的质量，到第四个孔以后，容易发生超差，一般需要修改刀具补偿值后，再用原加工程序补走一刀。
当螺纹孔深度比较大时，因刀具整体受力大，容易产品弯曲变形，故会产生锥度，需要严格控制刀具伸出部分的长度，尽量降低锥度。另外，整体式螺纹铣刀在加工过程中，所有刀刃均在加工，排屑不畅和冷却不到位，损耗比较快，而且因为刃磨存在难度，一般无返修的价值。
经过在其他公称直径和深度的螺纹孔上进行加工，我们得出结论：整体式螺纹铣刀优点是结构紧凑，装夹和校正便捷，比较适合加工中、小直径，深度较短的螺纹。但不很适合类似G32曲轴上面M45X3-6H这类螺纹的加工。
2.2 采用多槽可转位螺纹铣刀加工
综合考虑所加工的基体材料等，选择型号为BRTMC2530-80S4的刀杆，以及硬质合金外敷TiCN（金属陶瓷）的刀片，外观如图5所示。经查验资料，这种涂层材料比氮化钛涂层硬度高，耐磨性好，而且进给速度和切削速度分别高出40%和60%。
实际加工过程中，我们发现，在许可的切削速度下，涂敷金属陶瓷的刀片去除材料效率高，而且表面粗糙度质量高。通常情况下，加工1个螺纹孔需要26min。刀具可连续加工48个螺纹孔，但从第6个螺纹孔开始容易产生偏差，需要修改刀补后再走一程。
相比使用整体式螺纹铣刀加工来说，多槽可转位螺纹铣刀加工单孔螺纹的时间略长，但因为刀片相对耐用，需要的辅助时间少，所以整体加工效率进一步提升。另外由于实际参与切削的刀具齿数少，刀具受力相比小，变形小，加工精度和表面质量也比较高。另外，在刀片失效后，只需更换刀片即可，大大降低了使用的成本。
经过试验，多槽可转位螺纹铣刀加工效率高，在机床主轴功率足够大，排屑和冷却条件良好的前提下，比较适合用于螺纹孔的加工。
2.3 采用单齿螺纹铣刀加工
单齿螺纹铣刀又称深孔加工螺纹铣刀，外观如图6所示。通常在刀杆径向上分布2-4个加工刀片。与传统螺纹铣刀不同的是，因传统螺纹铣刀刀刃上有多个螺纹加工齿，加工过程刀具与工具接触面积大，受力也大，从而导致刀杆挠度增加，影响加工质量，而单齿螺纹铣刀则在一定程度上解决了这个问题。
为了提高加工效率，延长刀具的使用寿命，同时也具备可比性，单齿螺纹铣刀刀片也采用硬质合金外敷TiCN。
经过现场试验，加工1个螺纹孔大概用时27min。刀具基本上可以连续加工48个螺孔，并且基本不用做调整即可以满足尺寸和形状精度的要求。
同理，相对于多槽可转位螺纹铣刀来说，单齿螺纹铣刀加工单孔的时间略长（加工速度高，但同时参与切削的齿少），但其加工的质量更加稳定，大大减少辅助加工时间，刀片成本更加低廉，整体上来说还是更加优越的。
3 各种螺纹加工形式对比
为便于讨论，现将上述螺纹加工方式的基本情况整理列表如下（表1：加工效率和质量，表2：刀具损耗成本，表3：综合评价），从加工效率和质量、刀具损耗成本等方面进行比对。通过比对不难看出，四种不同的加工方式加工G32曲轴平衡块的螺纹孔，采用单齿螺纹铣刀最适合。
综上所述，在加工G32曲轴平衡块联接螺纹等较大尺寸、基体材料比较难加工、对精度要求较高的螺纹时，铣削螺纹比攻螺纹好。与此同时，综合考虑加工成本、质量和效率，采用单齿螺纹铣刀加工的效果最佳。
4 结论
在实际生产中，要综合考虑基体材料、螺纹公称直径、螺纹长度、冷却方式等因素，采用相对应的加工方式，切不可以偏概全。通过实际加工试验，比对各项数据，可以找到比较适合加工某类螺纹孔工艺。
另外，在查询各类文献和与其他企业交流生产工艺规范时，可以发现，目前铣削螺纹的应用还不是特别广泛，在某些专业和工艺标准文献中，甚至没有提及螺纹铣削。然而，在当前加工制造业高速发展的今天，很多大规格、难加工材料的螺纹，已经广泛使用铣削螺纹的方式进行加工。
必须说明的是，无论是何种途径加工螺纹，冷却都是至关重要的环节。本文所加工的G32曲轴的螺纹孔，因为刀具高速旋转，又是盲孔，采用外部冷却时冷却液难以进入加工区域，基本起不到冷却的作用，所以都是采用内部冷却的方式。与此同时，刀具的刚性对于加工质量也非常重要，一般来说，加工螺纹的长径比不宜超过3，如果超过，需要采用其他辅助方式进行加工，避免出现垂直度超差、圆柱度超差、表面粗糙度不满足要求等。另外，即使长径比不超差，刀杆的外伸长度也应该尽量短。
参考文献
[1] 卜炎.中国机械设计大典（第3卷）[M].江西：江西科学技术出版社，2002：97-109.
[2] 陈宏钧.实用机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，2009：25-26. 112. 195-211. 440-450. 1037-1045. 1749-1760.
[3] 王健石.机械加工常用刀具数据速查手册[M].北京：机械工业出版社，2009：194-201. 1169-1184. 1243-1249.
[4] 王三民.机械设计计算手册[M].北京：化学工业出版社，2008：212-228. 244-245.
[5] 李建清.影响螺孔加工精度的因素[J].2006年度科技论文集，2006：11-15.
曲轴加工范文第3篇
关键词：曲轴；工艺分析；活塞式压缩机
1.前言
曲轴是活塞式压缩机的关键零件之一，其结构复杂，每台压缩机只有一根曲轴，品种更换频繁，精度要求高。在工作中，曲轴承受着弯曲、扭转、剪切和拉压等交变应力的作用，受力状态十分恶劣。曲轴本身结构复杂，其横截面沿轴线变化剧烈，应力分布极不均匀，曲轴长度长，刚性也差。为保证曲轴的工作性能，对曲轴设计和加工均提出严格的要求，这样才能提高曲轴的使用寿命。目前，国内曲轴加工多由普通机床和专用机床组成，粗加工一般采用车床车削曲轴的轴径及拐径，精加工多采用普通曲轴磨床对曲轴进行粗磨、半精磨、精磨和抛光。曲轴的质量主要通过机加工和热处理的过程控制来保证，其途径大致有人为检测、设备控制和工艺保障。本文所研究的曲轴是我们一个全新的产品所用，零件长度5892±1mm，重量7436kg，既没有成型工艺可借鉴，也没有生产实际加工经验。
2.6M51（50）曲轴加工的工艺路线
在对曲轴加工工艺进行完整且合理的规划过程时，以零件图上的表面粗糙度为依据，科学合理的选择和确定需要进行切削加工的零件表面，然后根据各表面的加工精度和表面粗糙度来确定这些表面的具体切削加工方法，最后再根据被加工零件的毛坯、数量以及热处理要求对其他加工工序进行合理安排。综上各规则，6M51（50）曲轴（如图1所示）加工的工艺路线具体如下：镗两端面并钻锪中心孔粗车大端外圆、端面（此时注意曲轴的分中尺寸）粗车小头粗车主轴径刨拐臂两侧面超声波检测半精车各段外圆及端面锯切各拐挡按线钻各拐挡处多余部分排孔（检金相）钻起吊孔在车床上检零件各部是否有足够余量（若曲轴弯曲，直弯修打中心孔后需再检）精车主轴径车拐径磨各主轴径磨拐径磁粉探伤分别车掉法兰端及小头端夹头车法兰端及小头端修各圆角R。
3.6M51（50）曲轴关键工艺过程分析
曲轴类零件的主要基准是主轴径，确保主轴颈与其它拐径之间的相互位置精度以及它们本身加工精度的问题是安排曲轴加工工艺过程的关键。
3.1.打中心孔工艺
两端中心孔的质量好坏，对加工精度影响很大，应尽量做到两端中心孔轴线相互重合，中心孔的锥角要准确，它与顶尖的接触面积要大，表面粗糙度要小，否则装夹于两顶尖间的曲轴在加工过程中将因接触刚度的变化而出现圆度误差。因此，保证两端中心孔的质量，是曲轴加工的关键问题之一。
中心孔在使用过程中的磨损及热处理产生的变形也会使得外圆柱面的加工精度受到影响，因此在经过热处理之后、直弯后以及磨之前等工序时应安排对相应工序重新打中心孔或对原有中心孔进行修研，以消除不必要的误差。
3.2.轴径粗加工工艺
曲轴轴径粗加工包括对曲轴主轴径、曲轴拐径、过渡圆锥面、轴肩、曲轴拐臂侧面等的加工。曲轴轴径的粗加工工艺主要是有车削、镗削、锯割、钻削等。根据操作要求、加工质量、加工范围等因素各自有一定优势，各司其责。
3.3.曲轴的强化与光整工艺
曲轴在工作时承受着较大而且复杂的冲击载荷，导致零件各部分之间的应力分布极不均匀，经过测试，在一些部位之间的圆角连接处的峰值应力比其它部位所受的应力要高出数倍，因而该部分是疲劳损伤的敏感区，断裂已经成为曲轴加工过程中需要面临的很重要的问题，所以曲轴加工时所有圆角部分必须加强工艺处理，在磨削各外圆时，其相应的圆角也都要进行磨削，以保证其圆滑过渡，避免发生过大的应力集中现象，致使曲轴破坏，造成断裂。
3.4.曲轴的检测
检测工序是曲轴生产中的重要工序。曲轴的工序多，加工周期长，及时地发现问题，尽早解决，避免造成损失。6M51（50）曲轴生产过程中，安排了超声波探伤检测和磁粉探伤工序，对曲轴质量进行检测。另外，每道工序后都有检测工序，最后是成品检查。
3.5.其他因素
除以上关键工序外，热处理、修磨等对曲轴的质量和生产效率都有很大的影响。热处理可使曲轴具有高的综合力学性能，即增加曲轴的强度，提高其传动时抗弯矩变形等能力。外圆磨削是精加工外圆柱面的最基本方法，可大大提高工件加工表面的加工质量。
4.总结
此外，6M51（50）曲轴的工艺过程，根据实际生产中所遇到的具体问题，又做出相应的调整，以充分利用现有设备，节约资金。由于曲轴长度长，重量重，容易弯曲，在所有工序完成后，又进行检测，使用专用研磨具进行修磨。
从上述对6M51（50）曲轴的工艺过程分析可以看出，打中心孔、轴径粗加工、曲轴的强化与光整、曲轴的检测及毛坯的选择和加工、热处理等工序对曲轴的制造有着很大的影响，因此改善这些方面有助于提高曲轴加工的效率和质量。如提高在线检测手段，尤其是在线检测平台的搭建，可精确测量各部尺寸，以此确保加工精确度。
参考文献
[1] 李绍明. 机械加工工艺基础[M]. 北京：北京理工大学出版社，1993.
[2] 王仲. 曲轴粗加工关键工艺及设备的比较[J]. 内燃机，2003（1）.
[3] 王一治. 国内外曲轴制造工艺综述[J]. 山东农机，2001（5）.
[4] 张勇彪. 试论曲轴的加工工艺[J]. 华章，2011（11）.
[5] 活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计 [M].北京：机械工业出版社， 1973.
曲轴加工范文第4篇
关键词：隔膜泵；曲轴；静平衡；加工
中图分类号： TH432 文献标识码：A
1 概述
大型高压隔膜泵作为往复泵的一种，是输送固-液两相介质的关键设备，在冶金、石油化工和长距离管道输送等领域得到了日益广泛的应用。曲轴是隔膜泵的关键零件之一，质量的状态直接影响隔膜泵的正常运转，现有曲轴磨床在加工曲轴时，磨削加工过程中需要对零件采用添加法调整配重，配重平衡状态对磨削加工质量影响很大。由于曲轴重量随着设计要求逐渐增大，人感手动调整的准确度很难始终保持在（不平衡扭矩稳定达到19.8N・m）理想状态，造成产品质量加工不稳定。为了降低工人劳动强度，提高曲轴磨削前配重调整质量，在曲轴专用磨床上进行设备改造，通过设计安装静平衡数显装置，来达到上述目的。
2 静平衡装置的结构及功能
主要结构：
此装置主要由各式齿轮、接轴、底座、离合器、传感器、小型伺服电机组成。
关键件的作用：
镶嵌式电磁离合器：主要用于机械传动系统中，可在主、从动部分相对转速较低或为零情况下，实现从动端与主动端的结合，从而起到起停换向、定位等目的
动态超薄盘式扭矩传感器 ：
主要用于测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩；其检测精度高，稳定性好，体积小，重量轻，易于安装，不需反复调零即可连续测量正反向扭矩。
本装置由一个应用条件和两个功能组成
一个应用条件：
设备检测时设备主轴必须能够独立转动功能，即主轴完全脱离设备驱动传动链。
两个功能：
1 保证设备正常运行功能
采用镶嵌式电磁离合器（件54，以下简称离合器）实现，当离合器失电，离合器脱开。件10传动齿轮与件6传动轴为脱开状态（确保件6失掉动力传递）主轴旋转不会对本项目驱动装置产生逆向动力传递，实现设备主轴正常运行。
2 扭矩检测功能
离合器得电，离合器吸合，件10传动齿轮与件6传动轴为同步状态（此时主轴必须保证能够独立转动状态方可使用本装置），启动装置动力，通过传动链带动设备主轴与装卡的零件低速转动，此时拖动扭力在经过件24（动态超薄盘式扭矩传感器）时产生的弹性轴受扭电信号，将该应变信号放大后，经过压/频转换由数字表显示出来。
通过对大型隔膜泵曲轴磨削专用机床进行设备改造，结合静平衡数显装置的使用，实现了大型隔膜泵曲轴加工质量提高，提升了加工效率的，进而保证隔膜泵平稳运行工作。
结语
本装置采用机械驱动主轴低速旋转，通过扭矩传感器以数字编码的形式显示曲轴在曲轴磨床上的静平衡状态，取代原有的手感调整形式在曲轴加工偏心时，保证曲轴装卡在曲轴磨上的静平衡状态在19.8N・m范围内，降低装卡劳动强度，稳定曲轴磨削加工时的装卡质量，保证磨削加工质量。
参考文献
[1]凌学勤.DGMB、SGMB系列往复式隔膜泵在氧化铝工艺流程中的应用[J].有色设备，2003（02）.
曲轴加工范文第5篇
1偏缸的主要原因
1.1现象
活塞在上止点,下止点均向同一侧偏斜原因:①汽缸轴线与曲轴主轴劲轴垂直度超差;②连杆弯曲或连杆衬套孔与连杆轴承孔的轴中心线在同一平面内而平行度超差;③活塞孔轴线与活塞线连杆。
1.2现象
活塞在上止点、下止点均偏斜方向相反原因:曲轴的连杆轴颈与曲轴的主轴颈轴线在同一平面,但平行度超差。
1.3现象
活塞在汽缸中部发生偏斜,且活塞上行、下行时的偏斜方向相反原因:①曲轴的连杆轴颈与曲轴劲轴线不在同一平面内(亦属平行度超差);②连杆扭曲变形;③连杆衬套与连杆轴承孔轴线不在统一平面。造成偏缸的原因虽然很多,但在发动机修理过程中只要能严格控制缸体、曲轴、连杆等重要零件的加工质量,偏缸质量是可以消除的。
2控制偏缸的主要措施
2.1汽缸体的加工
汽缸体的搪削对汽缸汤磨后的位置公差起决定作用。搪削汽缸应选择立式搪床,尽量不要采用移动式搪缸机。在制造厂生产汽缸体时,汽缸及曲轴主轴承座孑L的加工定位基准,一般都是汽缸体的下平面及下平面上的定位孔,用立式搪缸时采用的定位基准同样是缸体的下平面,与制造厂一致,所以能较好地保证汽缸轴线与缸体两端主轴轴承孔公共轴线的垂直度误差。在用立式搪床削缸时,也必须先认真检查缸体的下平面,不得沾有杂物,搪床在工作面也应擦干净,这样才能保证加工精度。修理车型单一的修理厂在使用立式搪床的同时,最好采用定位搪缸法。因定位搪缸时采用缸体两端的主轴轴承孔作为定位基准,不仅可保证汽缸轴线与缸体两端轴承公共轴线垂直,还可以保证各汽缸相互位置正确。
2.2曲轴与曲轴轴承的加工
曲轴的光磨主要应注意检查精磨定位基准的完好情况,一般是用前端的正时齿轮轴颈及后端的飞轮装突端的外圆。在精磨主轴颈及连杆轴颈的两次装夹工件时,除定位基准必须选择一致外,还应保证两轴颈轴线的平行度公差要求。曲轴主轴承应在缸体轴瓦搪床上搪削加工,搪削时以缸体两端的主轴轴承孔定位,且各道主轴轴承孔定位,且各道主轴承使一次加工完毕。这样既保证了汽缸轴线的垂直度,又保证了各道主轴承孔轴线的同轴度。若与汽缸的定位搪缸相配合,两道工序的定位基准一致,则加工的位置精度将更高。手工刮削主轴不易保证各道主轴承的同轴度,跟无法保证主轴与轴线的垂直度。在发动机大修时应尽量不采用手工刮削轴承。
曲轴加工范文第6篇
关键词：曲轴；全纤维；锻压工艺
中图分类号：TS913文献标识码： A
引言
锻压这是制造业之中金属成形和加工的一种十分重要的生产手段，其不仅仅可以赋予产品一定的结构形状，而且能直接起到改善和提高产品组织性能的作用。随着科学的发展和工业化程度的提高，而锻压技术也获得一定程度的进步以及更新，当前不仅仅可以在常规金属材料加工之中有着十分重要的作用，同时其也可以在种种高合金钢、稀有金属合金、粉末冶金等等特种材料同产品的生产之中发挥着相当重要的作用。
1、曲轴概述
曲轴是发动机中重要的旋转件，主要功能是把各个活塞组件传来的压力转变为转矩，通过传动装置驱动车辆行驶；与此同时，还要驱动发动机的配气机构及其他辅助设备和电气装置。由于气缸内的压力作用是连续的，曲轴所受扭转则是波动的，因此旋转中伴随有较为激烈的振动。因此曲轴在工作中除了正常磨损外，还会出现其他一些损伤，影响发动机的正常工作。
全纤维曲轴是将一根圆形钢棒，放在一套专用的模具内挤压而成。由于这种曲轴具有连续不断的金属纤维，大大提高了它的抗冲击和耐疲劳性能，延长了使用寿命，并可节约一半左右的钢材，减少70%加工时间。
曲轴的全纤维锻压工艺最初是由法国R.Raede-err研究成功的，近十余年来已有许多国家先后引进此项新技术并予以采用。它是目前一种先进的曲轴锻造工艺方法。全纤维锻压工艺是利用曲轴本身的形状特点，在专用的模具内，借助墩粗和弯曲的联合工序，将一根加热了的圆形坯料分拐进行锻压。成形过程可用下面示意图(图1)来说明
图1曲拐成形过程示意图
2、曲轴的全纤维锻压工艺简介
2.1、全纤维锻造工艺模具设计
以18×64mm曲轴为例，可以看出，除了耳板两端螺栓孔之外，其余表面皆为净锻表面。拔长型槽设计(计算从略)。拔长坎部高度a=22mm，长度c=30mm，宽度B=60mm，深度h=30mm.(2)滚挤型槽设计。滚挤型槽高度计算如表2所示。滚挤型槽钳口部分尺寸:n=0.2d坯+6=12mm；m=(1～2)n=24mm、取m=25mm；R=0.1d坯+6=9mm、取R=10mm；宽度B=60mm.。切断型槽使用后切刀，其可以布排在锻模左后方，15°斜排。为了确保锻造之时错移量最小，其可以较为便捷安全操作，同时也可以尽量节省锻模材料。因为连接环材料其实20MnVB钢，而其工艺性能比较好，形状简单是对称弯曲形，也可以大批量生产，为了可以便于操作，方便模具制造，不断提升生产效率，因为使用分开式摆动凹模结构弯曲模，
2.2、全纤维锻压工艺锻成的曲轴的优势
采用全纤维锻压工艺锻成的曲轴,与普通自由锻造曲轴相比主要有下面两大优点:1.曲轴的机械性能特别是耐疲劳和耐冲击性能得到改善。这是由于金属纤维连续不断、钢锭中心部分与曲轴中心基本一致、加工后不外露以及可用较小钢锭进行锻压等特点所致；机械加工余量小,节约了大量的材料和加工工时。这主要是山于曲拐能用锻造方法成形。此外,还具有废品少、生产率高、劳动强度低等优点。它适合于具有一定批量的中、大型曲轴锻造,很多国家用来锻造内燃机车柴油机、船用发动机等曲轴。
2.3、镦锻工艺过程典型阶段
坯料的外形变化曲轴成型过程中,其塑性流动大致能分为三个不同区域,即曲柄、主轴径和曲柄销区。曲柄销区受上下冲头的夹紧作用,随冲头向下运动,基本上为无变形的刚体运动,而主轴径区也由于曲柄成型模块的夹紧作用,做水平刚体运动。曲柄区则是两刚性区间的过度去,其速度模式完全受该两区域运动的影响,在靠近曲柄销的材料以向下运动为主,并且自上向下逐渐加强;主轴径附近的材料自于该区的运动类似,并且从上往下逐渐减弱;曲柄中间区域的材料受曲柄销和主轴径运动的复合作用。随着变形过程的进行,曲柄销与主轴径逐渐形成偏心,而曲柄区域则被镦粗。曲柄区域的塑性流动能从图2清楚看出,由于两镦粗端的摩擦约束作用,曲柄部分各横截面的x向运动以中截面B-B为最大,但对于整个曲柄区沿y向下运动明显占优,这样截面由初始圆形逐渐变为椭圆。B-B截面的水平镦粗效果最大,到第594步,在该截面处首先与模腔发生接触,至此曲轴的成型过程以此时为标志分为自由成形和限制成形两个阶段。从图2看出当曲柄中截面与模腔发生接触时,由于接触部位的约束作用,使得该截面的塑性流动分为上下两部分,上部的材料向上流动明显加大,而下部的向下流动略有增加,但是因为材料向下运动速度比向上运动要快得多,所以模具的下腔首先充满。同时,由于此时曲柄销与主轴径之间的偏心也较大,曲柄部分的材料受曲柄销与主轴径运动的影响也越来越小,开始向尚未充满的区域流动,直至变形过程结束。
图2不同阶段的A-A,B-B,C-C截面网格图和纵向剖面网格图
2.4、高温结构材料的锻压
加工钛铝合金因具有低密度、高刚性及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力等特点而作为高温结构材料已得到广泛应用,且近年来不断开发出新的品种。锻压加工在提高此类材料性能方面发挥着重要的作用,如对Ti-10V-2Fe-3Al,可通过在其α+β区进行50%的锻压形变和适当的热处理,使原β相粒子沿锻压延伸的纵向伸长,而初生的α相则均匀分布,从而使合金实现强度和韧性的有效组合;对含Nb8.5%且具双相组织(DP)的TANB合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3W-0.3B-0.05Y)和TANM合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3Mo-0.05Y),经1 280℃/2 h保温处理后进行变形量约为78%的锻压加工,由于Nb原子的固溶强化及高温稳定性的发挥,其室温和高温强度均明显高于普通钛铝合金。又如对在含少量Mo、V及Ti的基础上再添加微量Nb所形成的第三代微合金钢,可通过一定的模锻工艺及随后的迅速冷却而获得细晶组织,其间氰化铌的弥散沉积取代了模锻过程中钢的再结晶,而快速冷却则有利于均布碳化物的马氏体结构的形成。目前,瑞典的沃尔沃汽车公司生产的模锻件已有50%采用这种微合金钢。
2.4、滑座和底座
材料均为55号铸钢，滑座每只重4吨，底座重4.5吨。左、右滑座在上压模斜面的作用下，沿着底座上的导轨向中间移动，产生水平压力，对坯料进行徽粗。上压模和滑座间，滑座和底座间的接触面，是高压下的滑动面，在材料和制作上要求较高。在上压模和滑座之间先采用球铁和45号钢作为摩擦面，因材料太软都伤很大，以致于受力不均，发生过滑座和底座导轨咬合不能滑动的现象丫后来一律采用55号铸钢，刮伤现象大大减轻。滑座和痛担导轨也同样一律采用55号铸钢，情况良好。
2.5、坯料的加热
在专用的加热炉中分段加热，加热一次压一个曲拐。在专用的加热炉中分段加热，加热一次压一个曲拐。入和取出。燃料为柴油，油泵压力1.6公斤/厘米2，压缩空气通过减压阀后喷出，压力为2公斤/厘米2。油压和风压均可调节。耗油量每小时约巧公斤。坯料采用快速加热法，从室温加热到锻造温度(1250℃)需45分钟。
2.6、吊具
坯料是由吊具来操纵的，坯料一端放入吊具孔内，用螺钉固紧，吊具上有三个互成120“的吊环，通过吊钩吊在横架上的一端，横架的另一端挂一吊钩，吊住坯料，其部位视实际情况而定，只要使坯料处于水平和不妨碍操作。横架吊在天车上。吊具上三个互成120。的吊孔是为了使被吊的坯料在入模内前处于比较正确的位置以便于操作。
2.7、校验
由于坯料长而重(坯料长4059毫米，锻好后长2442毫米，重700多公斤)；工艺上是局部加热，分段多次锻造；再加上吊运和锻压时的一些因素，因此锻件有弯曲。据测量，主轴颈弯曲最大有7到8毫米，所以需要校直。校直工序是把锻件加热到700oC左右，在校直模中对主轴颈进行校直。校直模如图12所示。下模放在水压机工作台上，上模由天车吊起进行局部校直。
3、结语
全纤维锻造工艺合理控制流线分布，使纤维分布与应力方向一致，加工过程中尽量不切断流线，使连接环以全纤维状态承受工作载荷从而大大提高使用寿命。该工艺已得到工厂应用验证。
参考文献
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[2]何文武,张学忠,刘建生,郭会光,卢志永.大型全纤维曲轴的镦锻成形工艺研究[J].大型铸锻件,2008,03:1-3.
曲轴加工范文第7篇
关键词：曲轴 ；漂芯 ；热裂 ；缩孔；缩松
1.前言
F系列泥浆泵是我公司的主导产品，其中曲轴是泥浆泵最关键的零件，它担负着泥浆泵动力的传递，因此曲轴的质量直接影响着泥浆泵总体质量的优劣。
自从上世纪80年代初F-系列泥浆泵引进我厂，并投产批量生产以来，提升曲轴铸造质量一直是我们铸造工作者最为关注重视问题。
从解决实心曲轴缩孔、缩松、裂纹等缺陷到解决空心曲轴的飘芯、缩松、裂纹、气孔、脉纹、龟裂等缺陷，从粘土砂生产到呋喃树脂砂生产，再到今天的碱酚醛树脂砂生产，F系列泥浆泵曲轴的生产已经经历30多年的质量改进过程。
2.曲轴质量的提升历程
2.1.实心曲轴质量的提升
1995年以前我们厂一直采用的是粘土砂造型工艺。曲轴为实心，为了曲轴的补缩，最先是在曲轴的三个拐的上方部位设置冒口，3拐上方设置一个大冒口、1拐2拐上方各设置一个小冒口。生产过程中发现在1拐和2拐的冒口根部均出现严重的缩孔、缩松、裂纹缺陷。为了改善曲轴的凝固环境减少缩孔、缩松、裂纹等缺陷提升曲
轴的质量，将冒口设置为两个、大冒口设置在3拐上方、小冒口设置在1拐上方，并
改变了曲轴的造型分型面，使2拐处于最下方。这样做了以后，曲轴1拐上方的缩孔、缩松缺陷基本解决了，2拐上方的缩孔、缩松、裂纹
仍然十分严重。为了清除2拐处的缺陷，经常在2拐上方部位挖出一个大如半个西瓜样的深坑，然后进行堆焊来消除缺陷。
2.2.空心曲轴的试制
上世纪90年代初，为了彻底改善曲轴的凝固环境，消除曲轴的缩孔、缩松、裂纹等缺陷，工厂派出技术人员和技术骨干去兰石参观学习，然后进行空心曲轴的试制。经过反复试验确定了空心曲轴的铸造工艺方案：曲轴的砂芯由呋喃树脂砂制成，砂芯分为两半制作然后粘和捆绑在一起，大冒口设置在3拐上方、小冒口设置在1拐上，2拐在分型面的最下方。这样曲轴的大面积缩孔、缩松问题基本解决。
2.3.空心曲轴的批量生产
1995年铸钢改造完成，呋喃树脂砂生产铸钢件全面投产。F系列泥浆泵的产量也大幅提高，曲轴的需求量也大幅提高。空心曲轴的质量仍然不能尽如人意。夹砂、缩松、裂纹、气孔、龟裂、脉纹等铸造缺陷仍然经常出现，曲轴的缺陷清除、补焊量仍然很大。铸造技术人员也在不断的采取各种办法来减少和消除这些铸造缺陷，如：采取增加涂料厚度和涂刷层数来提高表面质量，采用加强筋和局部使用铬矿砂来消除局部裂纹和缩松，改变浇注系统和内浇口位置、增加补浇次数来提高曲轴的补缩效果、减少缩孔缩松缺陷，给砂芯增加压杠减少砂芯变形破裂、减少夹砂缺陷，提升了曲轴的质量。
2.4.改变砂芯固定方法，抑制曲轴砂芯漂移
2002年底，从新疆油田反馈回来的消息，我们厂生产的一台F-1300泥浆泵在钻井过程中，曲轴突然断裂，造成整台泥浆泵报废。此次质量事故不但给钻井公司造成误工损失，也给我厂造成巨大经济损失，而且严重影响了我们厂在用户心目中的质量信誉。
通过对该曲轴断裂原因的分析，得出如下结论：曲轴壁厚最薄处设计尺寸为90mm，而该曲轴最薄处尺寸为63mm，由于该处强度不能满足设计要求，同时在该处造成应力集中，导致曲轴在运转过程中断裂。而造成该处壁厚严重偏差的原因是：曲轴在铸造浇注过程中，砂芯发生漂移――漂芯，导致壁厚不均。
2.4.1曲轴漂芯的原因分析
由于砂芯在曲轴铸造浇注完毕后，被钢水完全包裹着，钢水温度高达1580-1610℃，液态持续时间约10小时左右。另外钢水的密度为7.3，而呋喃树脂砂砂芯的密度为1.4，钢水的密度远远大于砂芯的密度。而且曲轴砂芯的体积较大，砂芯承受的浮力也较大。F-1300泵曲轴，毛坯重：4200公斤，砂芯要承受的浮力700多公斤。而芯骨及压杠在高温条件下，抗弯强度急剧下降，不能抵抗如此大的浮力，砂芯发生弯曲漂浮甚至断裂，导致曲轴砂芯的上部壁厚变薄，增加了夹砂倾向。
2.4.2.曲轴砂芯的结构特点
曲轴砂芯结构比较复杂，长而且粗细不均。如：F-1300泵曲轴：砂芯长1778mm，
最大直径500mm，最小直径140mm。原工艺设计为上下两半砂芯，合芯时用铁丝捆紧，然后用涂料封实。这样就导致以下问题：1）铁丝在铸件浇注过程中很容易被熔断。2）砂芯在钢水中受热应力和浮力的作用下，很容易从分型面处裂开，这样钢水就很容易的进入砂芯内部，进而熔断芯骨，甚至使砂芯破碎漂浮进入曲轴铸件内部，造成夹砂缺陷甚至使曲轴报废。
2.4.3.曲轴砂芯的固定方案
A.原方案是：在芯骨上垂直焊两根Φ30的圆钢，即在芯骨上横焊两根圆钢作压杠，再加一个Φ30的专用芯撑，用此措施来防止砂芯漂芯上浮。这种方法简单易行，但对于曲轴这种包裹在钢水中的大砂芯而言，压杠几乎没有作用。原因是：这种压杠在1600℃高温环境下，抗弯强度几乎为零。而且圆钢的膨胀系数大于砂型的膨胀系数，很容易造成砂芯局部破裂，导致钢水进入砂芯造成铸件夹砂缺陷。
B.新方案，预防漂芯的构想：首先，要提高砂芯在高温环境下的刚度，即要
提高芯骨的抗弯强度。二，要强化砂芯的固定措施。
要提高砂芯的刚度，首先要提高芯骨的抗弯强度。为此，我们选用抗弯强度大的Φ35钢管来代替Φ20的圆钢做芯骨。为了更有效地提高砂芯的刚度，我们要求把芯
盒改制为整体砂芯芯盒。
经过反复的生产实践，整体砂芯和Φ35粗钢管能有效的提高F-1300泵曲轴砂芯
的刚度。并且有效地防止了砂芯破碎，大大的降低了夹砂的风险.
要达到有效的防止漂芯，还必须解决砂芯的固定问题。怎么固定比较有效呢？只有依托砂箱这种相对稳定的构架和砂芯芯骨这种刚度相对比较强的金属骨架的联系才能达到固定砂芯的目的。用压杠的方法已经失败，那么我们只有采用拉的办法解决了。将砂芯的芯骨通过金属拉杆固定在底箱的箱带上，只有这样才能达到固定砂芯防止漂浮、漂移的目的。为了防止拉杆在浇注初期受热膨胀对砂芯的顶高破坏作用，我们采取活扣连接的办法：在制作砂芯芯骨时，在芯骨安装拉缸的两处分别焊一个加工成型的圆环。在加工拉杆时，在拉杆顶端留一个能够挂在圆环上的圆台。合箱时把拉杆穿过芯骨上的圆环，卡紧在圆环上，另一端用螺母固定在底箱的箱带上。合箱时要注意给拉杆留有一定的伸长空间。
我们在砂芯受浮力较大的两个位置设置拉杆，采用整体芯盒制芯，在制芯时留出拉杆位置、做好拉杆孔，合箱时下好拉杆，用芯砂堵好、封好拉杆孔（堵孔时要注意给拉杆留有伸长空间）。合箱时，打通砂芯排气通道，下好拉杆后用螺母和垫铁将拉
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杆固定在底箱的箱带上，堵、封好拉杆孔，刷好涂料，烘烤后合箱浇注，5天后开箱-打箱-清整-检验，并进行无损探伤。我们共试验生产了4件F-1300泵曲轴（铸号为：331、332、333、334）。检验结果如下：
曲轴砂芯漂移量：331：6mm，332：4mm，333：5mm，334：4.5mm.检验结果完全符合F-1300泵对曲轴设计的要求，而且曲轴没有发现夹砂缺陷。我们将这个方法推广在F系列泵曲轴的生产上，各种曲轴的质量显著提高，至今没有发生F泵曲轴断裂事故。
2.5.通过计算机模拟，提高曲轴铸造工艺水平
通过对曲轴铸造凝固工艺的计算机模拟。为了提高曲轴的致密度，防止缩孔、缩松缺陷的产生，优化曲轴铸造方案：改变了曲轴的分型面，在2拐上方设置一个大冒口，在1拐上方设置一个排气孔。曲轴的缩孔、缩松缺陷有了显著的减少。
2.6.碱酚醛树脂砂的投产
2013年铸钢分厂新厂区投产使用，由于对碱酚醛树脂砂铸造性能不熟悉。在试生产阶段，生产的曲轴大多因裂纹而报废，生产的F-1300泵曲轴出现的裂纹长达半个圆。正式投产后曲轴的裂纹缺陷仍然不时出现，经过反复的实践摸索：首先是在出
现裂纹的部位设置防裂筋，设置开放式浇注系统加快浇注速度，在曲轴的热节部位设置冷铁、在曲轴的热节部位和拐角及圆角部位放置铬矿砂加快冷却速度等措施。结果是：在曲轴的热节、拐角及圆角部位放置铬矿砂，特别是在曲
轴经常出现裂纹的部位放置铬矿砂是解决曲轴热裂纹的主要措施。经过一年多
的摸索实践，曲轴的热裂缺陷基本得到解决，曲轴的质量得到控制。
2014年以前铸钢件生产质量基本处于失控状态。通过一年多的摸索实践，基
本掌握了碱酚醛树脂砂的性能和特点：1）碱酚醛树脂砂在铸钢件凝固末期的热膨胀大于呋喃树脂砂。2）碱酚醛树脂砂在铸钢件浇注凝固过程中的保温性能比呋喃树脂砂好。3）碱酚醛树脂砂的高温溃散性较呋喃树脂砂差，即铸造容让性差。4）碱酚醛树脂砂流动性差。铸钢件的生产质量现在基本得到控制。
3.现场操作过程地控制是提升曲轴质量的重要环节
3.1.造型过程的质量控制
1）酯固化碱性酚醛树脂砂与其它自硬树脂砂不同。在酚醛树脂-酯固化体系中，有机酯是一种直接参与化学反应的固化剂，而非只是促进反映的催化剂，所以，固化剂的用量应与树脂相匹配，其固化速度与温度、有机酯的种类有关。调节固化速度不是靠改变酯的用量，而是靠改变酯的种类。
2）控制面砂、铬矿砂的树脂加入量、酯的种类和砂型强度等性能指标，确保砂型的耐高温性能和耐高温钢水的冲刷性能。
3）加强曲轴砂型的排气措施。碱酚醛树脂砂的砂型透气性差、发气量较大，确保砂型的排气通道畅通是消除和减少曲轴气孔缺陷的关键。
4）碱酚醛树脂砂的流动性较呋喃树脂砂差。生产实践证明提高曲轴砂型面砂的紧实度是提高铸件质量的关键所在，所以，确保砂型面砂紧实度至关重要。
5）提高砂型表面质量是提高曲轴外观质量的前提。掌握好造型时的脱模时间，尽量确保砂型的完好，及时修补砂型表面的凹坑和破损，确保砂型的晾散气时间，然后要确保曲轴砂型的涂料厚度、涂刷层数和涂料层强度，确保砂型的表面质量。
6）确保砂型的烘烤时间和烘烤温度，烘烤后及时浇注，避免砂型返潮。
3.2曲轴的补焊质量控制
补焊是铸钢车间的一道正常工序。铸钢件的补焊和粗加工后的补焊返修是铸钢车间的常见现象。F系列泵曲轴的外表面积比较大，曲轴结构比较复杂、壁厚相差较大，
所以，曲轴的外观缺陷和不可视缺陷相对较多。为了减少粗加后的缺陷补焊工作量，尽量杜绝精加工后的缺陷补焊返修，必须对曲轴铸件的外观认真检查，尽可能的把缺陷留在铸件补焊工序完成补焊。对曲轴的补焊必须严格按照铸钢件补焊规程进行操
作，曲轴必须在预热后方可施焊，尽可能的避免重复补焊。
3.3.冶炼过程的控制
钢水在冶炼过程中产生的夹杂物，是曲轴产生热裂、夹渣、气孔等缺陷的重要原因之一。为减少钢水中的夹杂物，在冶炼过程中，要加强对脱氧、脱硫、除杂、去气
等冶炼过程的操作控制，并在炉后钢包内采取必要的措施，如加稀土等进行变质处理来改变夹杂物的形状，以减少夹杂物的存在，更好的消除曲轴的缺陷。
1）为了更好的去除钢水中的夹杂物，减少曲轴的裂纹、气孔、夹渣等铸造缺陷，冶炼操作要采取以下措施：
a.做好原材料准备工作，防止产生外来夹杂。
b.采取合理的炼钢工艺：如采取合理的吹氧、配电工艺，保证一定的脱碳速度使夹杂物上浮，保持良好的炉况等。
c.采取复合脱氧剂，因为复合脱氧剂形成的夹杂物较大，容易上浮去除。
d.炉后钢包加稀土，改变夹杂物形状，减少夹杂，以减少曲轴的热裂倾向，增加钢水流动性。
e.为了有利于夹杂物上浮排除，除了保证足够的钢水温度外，出钢后钢水在钢包内要适当静置。
2） 控制合金的化学成分
合金成分对于各种裂纹的形成尤其是热裂纹有着重要的影响。铸钢件最容易产生热裂纹，所以首先要控制好它的化学成分，采用炉前处理技术来防止热裂。
3） 控制钢水中的磷、硫含量
钢水中的磷、硫严重地增大了铸钢件的热裂倾向性。因为它们都能够形成低熔点化合物，降低实际固相线温度，扩大了有效凝固温度范围；它们在钢中都属于表面活性元素，降低晶粒间液相表面张力，阻碍液膜中固相桥的长大和增多，延长液膜存在时间，易使曲轴产生热裂；所以要控制钢水中的磷、硫含量。
4） 增加硅含量
增加硅含量可以大大降低铸钢的热裂倾向，但不要过高，过高会影响铸件的机械性能，一般最高不超过0.6%；从防止热裂的角度来说，还要控制锰与硫的比值，有助于抑制硫对铸钢件热裂的不利影响，因为锰与硫起反应而形成硫化锰，从而减少形成Ⅱ型硫化铁的倾向。当锰和硫的比大于20时，铸钢件裂纹发生率低于0.1%。
3.4.造型材料的控制
酯固化碱酚醛树脂砂固化性能调整原则：
1）根据现场原砂的种类、状态，型芯砂的生产工艺要求，外界环境条件（温度、湿度），选择相应的粘结剂和固化剂的种类及加入量来调整型砂的固化工艺性能，以满足曲轴生产的现场要求。
2）型砂工艺强度的调整，主要是调整碱性酚醛树脂及固化剂的加入量。
3）型砂固化速度的调整，主要是调整固化剂的种类和砂温等。
3.5.浇注工艺的控制
浇注温度越高，缩孔增大，晶粒变粗，铸钢的力学性能下降，曲轴热裂倾向增大。从防止热裂的角度来说，应在保证钢水充型，不发生其他充填缺陷（冷隔、浇不足）的前提下，应使浇注温度低些。曲轴铸件应选择低温慢浇。
3.6.预留切割余量
曲轴的浇冒口、补贴大都用气割的方法切除，曲轴的冒口及补贴较大，气割时间长，热作用时间长很容易产生裂纹。为防止气割时产生裂纹，即防止热影响区进入铸件，应该在气割时留有一定的气割余量，用打磨和加工的方法将其去除，
曲轴的冒口及补贴均应采取热切。
4.提升曲轴铸件质量的新设想
F-系列泥浆泵是石油钻机的重要设备，曲轴是泥浆泵的关键零件 。曲轴的质量关系着泥浆泵的品质高低。为了提高泥浆泵的品质必须全面提升曲轴的质量。
对曲轴铸造缺陷进行分析和研究，是提升曲轴铸件质量的关键。然而，其难度也是很大的。主要表现在：1）涉及的知识面广，如合金、铸造工艺、造型材料、铸造装备及生产过程的检测等方面知识。2）铸件缺陷形成原因的多样性，一种缺陷可以由多种原因引起，如：影响热裂的因素有冶金因素（合金种类、浇注温度、凝固温度范围及硫等残留元素的存在与否）、铸件结构因素、铸造工艺因素、砂型砂芯因素等。 而一种原因又可能引起几种缺陷，如浇注温度过高，会造成铸件缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷。3）技术措施的制约性，如采用某一措施，可以防止某一类型缺陷，但可能导致产生另外一种缺陷。4）影响因素难以控制，如原材料质量、空气的温度与湿度等。
为了提升曲轴的质量，必须对曲轴的铸造缺陷进行有效的控制。而对缺陷的准确
判断，是解决曲轴缺陷的前提条件。除了用肉眼直接观察判断铸件的外热裂纹、表面粘砂、冷隔、结疤等缺陷外，还能采用磁粉检测法来判断缺陷的类型、位置和大小，用超声波和射线等方法来对铸件进行无损探伤来确定和判断缺陷类型、位置、大小。
4.1铸钢合金的液态特性与铸件缺陷
铸钢合金在熔炼时，温度通常在液相线以上100-150℃。在这样的过热度状态下，液态金属存在近似于固态晶体的小集团，其内部形态与固态晶体类似，但晶格常数更大些。从宏观看，液态金属是由原子集团和空穴组成。从液态转变为固态时，原子集团联系紧密，原来的空穴消失，加之晶体中晶格常数减少，导致体积减小。从而在铸件内形成空洞，使铸件产生缩孔、缩松、热裂等缺陷。
铸钢合金是在大气条件下熔炼，而且炉料中含有一定的夹杂物，如硫化铁、氧化铁、二氧化硅等夹杂物。用铝对钢液进行脱氧，钢液中还含有三氧化二铝夹杂物。钢液含有气体和夹杂物，使铸件容易形成气孔、渣空、夹杂物等缺陷。所以，在铸钢合金的熔炼、变质处理、浇注等环节中，尽量减少液态金属中的含气量与夹杂物量，是减少铸件缺陷的重要技术措施。
4.2.铸钢合金的凝固特性与铸件缺陷
不同碳含量的铸造碳钢，总的说来是外生凝固，C含量=0.05-0.1%时为光滑界面凝固方式，C含量=0.2-0.3%时为粗糙界面凝固方式，C含量=0.55-0.6%时，则为海绵状凝固方式。
4.3.铸钢合金的凝固收缩过程与铸造缺陷
钢水浇入铸型后，液态金属在铸型内冷却、凝固成固态并冷至室温，就会发生液态收缩、凝固收缩和固态收缩，从而使铸件产生缩孔、缩松缺陷。曲轴铸件在冷却过程中因各部分温度不同而产生热应力；加之铸钢合金还会产生相变，因相变而产生相变应力；在收缩时会受到铸型的阻碍而产生收缩应力，若这三种应力被叠加在一起，就会使铸件产生裂纹或者变形。
4.4.曲轴铸件热裂、缩孔和缩松缺陷
热裂、缩孔、缩松、粘砂、气孔、砂眼、夹砂、夹渣、龟纹、脉纹、皱皮仍然是曲轴的常见铸造缺陷。除了曲轴的表面缺陷外，内在缺陷如：内热裂纹、气孔、缩松、夹渣、砂眼等缺陷也常出现在曲轴的粗加工和精加工后的表面上，特别是精加工后发现的内热裂、夹渣、气孔等缺陷，由于返修困难常导致曲轴因此报废。
1）对于铸造碳钢而言，C含量为0.2%时，其抗热裂的能力最强。当碳含量从0.2%增至0.5%时，铸钢件形成热裂的倾向性增加。原因在于：碳含量在此范围内，钢液的液-固相线扩大。当碳含量为0.2%时，液-固相线温度范围为46℃；而当碳含量为0.5%时，该范围扩大到65℃。由此推知：曲轴材质ZG35CrMoA钢液的液-固相线温度范围为56℃左右，曲轴的热裂倾向较强。
2）浇注温度越高，则由于缩孔增大，晶粒变粗，若含有低熔点物较多，如硫含量，则更会促进其热裂的生成，特别是对于曲轴这样的厚大铸件，更是如此。据有关
资料反应，随着浇注温度的升高，铸件的强度和伸长率都会下降，这也是铸件裂纹缺陷形成的倾向性增加。
3）浇注速度的快慢，依铸件壁厚和质量而定；对于壁厚较大的曲轴铸件而言，在保证充型的前提下，其浇注速度越慢，热裂缺陷就越少。
4）当铸件凝固时，其表面层也凝固成固体，故也产生固态收缩，并使铸件外形尺寸减少。有关文献把缩孔的产生概括为：铸造合金的液态体收缩值与凝固体收缩值之和，大于同一时期的固态收缩之值。随着钢水液态收缩系数的提高，液态收缩增加，从而增加缩孔、缩松的体积。如对于碳钢，其含碳量每增加0.1%，液态收缩系数提高2%，随着含碳量增加，其形成缩孔和缩松的的倾向性增加。C含量为0.35%碳钢的液态收缩为每下降100℃，体积减少1.6%。当浇注温度为1625℃时，该钢的液相线温度为1500℃，相当于过热125℃；随后在1500℃至1470℃（液-固相线区域内）进行凝固，凝固体收缩率为3.0%；随后固态收缩的体收缩率为7.2%。其中，从凝固温度γα温度为4.41%，相应温度区间为1470℃至690℃，平均每下降100℃，体积
减少0.57%；随后γα发生0.33%的膨胀；从α相至室温的体收缩系数为3.12%。对
于C含量为0.35%的碳钢，如在1000℃时，其固态的体收缩为：0.57×4.7≈2.67%。这样液态体收缩为：1.6%×1.25≈2.0%，凝固体收缩为：3.0%；液态体收缩+凝固体收缩≈5.0%，大于固态体收缩2.67%。
这就是铸钢件在凝固时产生缩孔的原因。如果用文字表述，可以这样：铸钢件的液态体收缩之值，加上凝固期间体收缩之值，在同一时期内，大于固态体积收缩之值。故造成铸钢件的内部产生缩孔和缩松。
5）凡是增加固态线收缩之值的因素，都有利于减少缩孔和缩松的倾向，因为体收缩之值等于3倍线收缩之值。如碳钢中C含量分别为0.14%和0.45%时，其固态线收缩值分别为2.47%和2.40%。所以，低碳钢较之中碳钢形成缩孔和缩松倾向要小。
6）凡是提高凝固收缩系数的因素，都会增加凝固收缩的体积值。如碳钢中C含量分别为0.1%、0.35%和0.45%，其凝固收缩系数分别为2%、3%和4.3%。所以，中碳钢比低碳钢形成缩孔和缩松的概率要高。
7）铸钢件的壁厚越薄，相对缩孔与缩松的体积要小些。因为铸件壁薄，表面冷却速度快，在相同条件下，比厚壁铸件的已凝固层相对要厚一些，表面温度也低一些，故剩余液体金属的体积数量相对少一些，从而缩孔与缩松的体积要小一些。
8）造型材料。提高铸型的散热能力，有助于减少缩孔。如采用铬矿砂和硅砂作造型材料，前者比后者形成缩孔与缩松倾向性要小。采用冷铁能减小缩孔与缩松也是同样的原因。
9）浇注方式和浇注速度。浇注方式可分为顶注、底注和联合浇注三种方式，浇
注速度可分为快浇与慢浇两种速度。
顶注能有较好的温度梯度，即上部温度高，下部温度低，利于上部对下部的补缩。上部设置冒口，则可把缩孔移至冒口内，从而消除铸件内部的缩孔和缩松，获得健全的铸件。而采用底注无论是快浇还是缓慢浇注，其温度分布都是铸件下部温度比上部
高，而缓慢浇注则温度分布下部比上部更高。而采用联合浇注（阶梯式内浇道），则温度分布较为均匀。所以，当采用“同时凝固”的工艺设计时，采用低温与快速浇注
共同配合较为合理；当采用“顺序凝固”的工艺设计时，则采用高温与缓慢浇注共同配合更为有利。
现在的曲轴采用的是：联合浇注方式、“同时凝固”的工艺设计原则，采用低温与快速浇注共同配合的铸造工艺思路。
我的设想：采用“弱顺序凝固”的工艺设计思路，仍然采用联合浇注方式，适当提高底注内浇口位置、从曲轴分型面以下的三分之一处的侧位注入，在曲轴冒口下部三分之一处设置一道内浇口。加上再在冒口中补浇、点浇等措施补救冒口温度过低的问题。适当提高浇注温度，采用“较高温度”与缓慢浇注共同配合的浇注方式。这样就能实现自下而上温度逐步递增的温度梯度，把缩孔缩松移至冒口，从而消除曲轴铸
件内部的缩孔、缩松，又能避免热裂严重的倾向，获得健全的曲轴铸件。
5.结论与综述
历经30多年，F-系列泥浆泵曲轴质量有了很大的提升。从实心曲轴到空心曲轴
的批量生产，经历了15年，基本上解决了曲轴的大面积缩孔、缩松铸造缺陷，曲轴
的质量得到大步提升。采用拉缸固定砂芯并采用整体芯盒制芯，基本上解决了空心曲轴的漂芯和夹砂问题，使曲轴的质量有了长足的提升。2010年通过计算机模拟工艺设计，改变了曲轴的铸造工艺方案，改变了分型面和冒口设置，使曲轴的凝固方式更趋合理，曲轴的内在质量有了较大提升。
2013年，酯固化碱酚醛树脂自硬砂造型在新区试生产后，铸钢件质量一度处于失控状态。曲轴的热裂、粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、缩松、涨砂等缺陷均十分严重。经过一年多的试生产，对造型用原砂进行了检测，原砂的SiO2含量不足94%，不能满足铸钢件生产的要求。铸钢用砂SiO2含量必须达到97%以上，经研究决定将使用的包头风积砂改为SiO2含量为98%福建海砂，保证原砂的耐火度，避免了由此引起的铸钢件表面大面积粘砂、夹砂、砂眼、裂纹等缺陷，大幅度提升了铸钢件的表面质量。在试生产阶段，生产的曲轴大多因裂纹而
报废，生产的F-1300泵曲轴出现的裂纹长达半个圆。经过反复的摸索实践：设置开放式浇注系统加快浇注速度，在曲轴的热节、拐角及圆角部位放置铬铁矿砂，特别是在曲轴经常出现裂纹的部位放置铬铁矿砂，解决了曲轴的热裂缺陷。曲轴的质量得到了控制和提升。
通过对酯固化碱酚醛树脂自硬砂造型的反复摸索实践，基本掌握了碱酚醛树脂砂的性能和特点：1）在铸钢件凝固末期的热膨胀大于呋喃树脂砂。2）在铸钢件浇注凝固过程中的保温性能比呋喃树脂砂好。3）高温溃散性较呋喃树脂砂差，即铸造容让性差。4）碱酚醛树脂砂流动性差。5）砂型透气性差、发气量较大。6）型芯在浇注时的热作用下，树脂进一步聚合交联，碱性酚醛树脂在二次固化后失去了塑性，且树脂加入量多，浇注后碱酚醛树脂受热焦化，形成坚硬的炭化骨架而是之热强度大，退让性差，使铸钢件易产生热裂。
曲轴的材质为：ZG35CrMoA，由以上分析可得出一下推论和结论：
1.ZG35CrMoA的凝固方式应介于粗糙界面和海绵状凝固方式之间。因此，曲轴在浇注凝固过程中产生缩松、热裂缺陷的倾向很大。采用有效的措施，提高曲轴的冷却速度，使曲轴以光滑界面的方式凝固，是提升曲轴内在质量的关键措施。
2.ZG35CrMoA钢液的液-固相线温度范围为56℃左右。因此，曲轴的缩松、热裂倾向较强。
3.ZG35CrMoA铸钢件的液态体收缩之值+凝固期间体收缩之值，在同一时期内，
大于固态体积收缩之值。因此，曲轴内部产生的缩孔和缩松倾向较大。
4.在曲轴的热节、拐角及圆角部位放置铬矿砂，是解决曲轴热裂的有效措施。
5.采用“弱顺序凝固”的工艺设计思路，采用联合浇注方式，并采用“较高温度”与缓慢浇注共同配合的浇注工艺，是消除曲轴铸件内部的缩孔和缩松、避免热裂，获得健全曲轴铸件的有效途径。
6.加强砂型的排气措施，提高铸型的散热能力，有助于减少曲轴的缩孔、缩松缺陷。是提升曲轴质量的有效措施。
7.对曲轴的铸造过程进行有效的控制。特别是对造型过程的控制，提高砂型的排气措施，增加砂型、砂芯的退让性。是提升曲轴质量的关键环节。
8.对冶炼过程的控制，提高钢水质量，控制好钢水的化学成分，是提升曲轴质量的关键所在。
参考文献
1.《铸钢手册》，机械工业出版社，1973.6
2.《铸造实用手册》，东北工学院出版社，1988.8
3.《铸造手册》，机械工业出版社，2012.1
4.黄志光，《铸件内在缺陷分析与防止》，机械工业出版社，2012.1
曲轴加工范文第8篇
【关键词】曲柄连杆；结构设计；整体稳定性；空间刚度；疲劳断裂；组合变形；强度校核；经济性
0 引言
曲柄连杆机构即活塞组、连杆组和曲轴组。曲柄连杆机构是发动机中的能源转化机构，它将化学能转化为机械能，将活塞的往复运动传递给曲轴带动外设运转。
1 曲柄连杆机构的结构设计
1.1 活塞的结构设计
1.1.1 活塞的载荷
在内燃机中，活塞组是工作强度最大的组件之一。活塞的工作条件比较恶劣，其受到的主要载荷有以下几点：
1）承受很大的机械载荷
在内燃机工作中，活塞组承受的机械载荷包括气体压力、惯性力以及由此产生的侧向作用力。
近代内燃机中，汽油机的最大气体压力Pg max约为3-6MPa，非增压柴油机Pg max值约为6-9MPa，而增压柴油机Pg max值约为13-15MPa。
由于内燃机的转速不断提高，活塞的往复运动也日益增大，一般车用内燃机活塞平均速度一般可高达9～13m/s。由于加速度很大，活塞组在往复运动中会产生很大的惯性力，同时，内燃机在速燃期，其压力升高率dp/dφ可达0.6-0.8MPa/（°）。所以对曲柄连杆机构来说，具有很大的冲击作用。
活塞各部位在机械载荷的作用下产生不同的压力：活塞顶部有动态弯曲压力，活塞销座承受拉力及弯曲，环岸承受弯曲及剪应力。此外，在环槽及裙部还有较大的磨损。
2）承受很高的热载荷
在内燃机工作过程中，内室中燃气的最高温度一般可达到2000℃左右，因为活塞顶是直接和燃气接触的，因此活塞承受的温度很高。除此之外，它还需要接受摩擦生成的热量。同时，由于活塞向汽缸壁散热的条件不好导致活塞的工作温度达到更高。内燃机活塞温度状况与很多因素有关，例如内燃机的类型、功率大小、采用的燃烧系统、活塞的结构形式以及采用的材料等。
1.1.2 活塞基本尺寸的确定
活塞的主要尺寸参数如图1所示。
图1 活塞的主要尺寸参数
1）压缩高度H■
压缩高度的选取将直接影响内燃机的总高度，以及汽缸套、机体的尺寸和质量。从图1可以看出压缩高度H■是由顶岸高度h1、环带高度h2和上裙尺寸h3构成的，即：
H■=h■+h■+h■
（1）顶岸高度h■
顶岸高度确定了第一环的位置，由于第一环最靠近燃烧室，热载荷很高，h■值应取得大些，可使第一环离燃烧室远一些，以减轻第一环槽的热载荷。但为了减小活塞组质量和降低压缩高度，以缩小活塞头部与气缸套件的间隙容积，又希望h■值取得小些。同时h■取小些，还可有利于充分利用燃烧室容积，并减小在此间隙内因不完全燃烧而产生的炭化氢。顶岸高度还受到顶部形状和冷却腔位置的影响。总之，顶岸高度的选取原则是：在满足第一环槽热载荷要求的前提下，尽量取得小些。
（2）环带高度h■
环带高度h■主要取决于活塞环数目，活塞环高度和环岸高度。在保证密封燃气和防止机油上蹿的前提下，为了减少摩擦损失、减小活塞质量和降低内燃机高度，总希望减少环数。目前中速内燃机一般用3-4道气环和1-2道油环。
（3）上裙尺寸h■
选取活塞上裙尺寸一般应使销座上方油环槽的位置处于销座外径上面，并且保证销座的强度不致因开槽而消弱，同时也不致因销座处材料分布不均引起变形，影响油环工作。
综上所述，可以得到活塞的压缩高度H■的计算方法。对大功率柴油机而言，活塞压缩高度H■的大致范围为：
d≤200mm时，H■=（0.05～0.80）d
d>200mm时，H■=（0.80～1.0）d
2）裙步高度场
活塞裙部的主要功能是引导活塞运动并承受侧压力。因此，在决定活塞裙部长度时应保证足够的承压面积，以减少比压和磨损。一般按下式校核比压q：
q=P■/D・H■
式中：P■为最大侧作用力，有动力计算求得，可近似取最大气体压力的8%-12%，N；D为活塞直径，m；H■为裙部高度，m。
一般内燃机活塞裙部比压值约为0.5-1.5MPa，强化内燃机、锻铝活塞裙部q值可达2MPa。
上裙尺寸h■和下裙尺寸h■之间应有适当的比例，也就是要合理确定活塞销座孔中心的位置，防止活塞在工作时发生倾斜而造成局部的强烈磨损。一般情况下，有下式计算：
h■=（0.60～0.75）H■
一般H■=（0.65～0.90）d，近来有缩短裙部尺寸的趋势。
3）活塞总高度H
H=h■+h■+h■
一般H=（1～1.4）d。
4）活塞销座孔直径d■
通常情况下活塞销座孔直径就是活塞销直径。希望尽量加大活塞销直径，减小销座孔、销及连杆小头孔的比压，改善活塞销的受力和情况，减小活塞销的工作应力和变形。统计表明，随着缸径加大，d■/d也加大。
1.2 连杆的结构设计
1.2.1 连杆的特点分析
连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。工作时，连杆体、连杆盖和曲轴通过螺栓和螺母装配在一起，连杆小头和活塞销通过活塞装配在一起。连杆它能够将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。下面介绍连杆的一些细节特点：
1）连杆共有两个互相垂直的对称面，其中一个平行于连杆的圆环形端面，另外一个则通过两端圆孔的轴线。
2）因为连杆毛坯包括连杆体上的槽和凸台都是通过锻造成型的，所以连杆体和连杆盖都具有模锻斜度。
3）连杆毛坯成型以后，主要加工表面集中在两端面和孔。
4）连杆体和连杆盖属于配对零件，需要同步加工，在装配和工作时具有唯一性。
1.2.2 连杆的设计要点
连杆主要设计尺寸如图1所示。其基本尺寸有连杆长度l、小头孔直径d■、小头宽度B■、大头孔直径d■和大头宽度B■，还有连杆工字形断面尺寸H■和B■等。
图2 连杆主要尺寸
连杆长度l是内燃机重要的尺寸参数选择之一，它的选择会影响连杆本身的设计和内燃机的总体设计。连杆长度一般越短越好，因为采用较短的连杆，可以缩短内燃机的总高度，同时增强了连杆的结构刚度。但是l减小使连杆比λ增大，使二阶惯性力增大，又由于连杆最大摆角增大，使活塞侧向力增大。
连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，多用工字形断面。中央断面的工字形高度H■与宽度B■之比多为1.4-1.8，而B■/D=0.25-0.35。现代汽油机连杆杆身平均断面积等于活塞面积的2%-3.5%。
在进行连杆设计时，要同时考虑连杆小头孔壁厚，还要注意小头到杆身过渡的圆滑性使尽量减少这里的应力集中尽量减小。连杆小头孔中压入由锡青铜板材的衬套，其厚度汽油机为0.5-1.5mm。
进行连杆大头孔形状设计时也应该要特别注意降低应力集中的要求。例如，连杆螺栓的支撑面往往是裂纹的源头，应有足够的过渡圆角，并仔细加工。连杆大头多采用平切口结构，它形状简单，结构紧凑，工作可靠。不过，从内燃机装拆方便性出发，要求连杆大头在拆卸连杆盖后能通过气缸孔。实践表明，当曲柄销直径超过0.65D时，具有足够强度的平切口连杆大头就不能满足上述要求。这时就采用斜切口连杆。
2 曲轴的结构设计
2.1 曲轴的特点分析
为了保证发动机长期可靠的工作，曲轴具有以下特点：
1）曲轴上的连杆轴颈偏置于曲轴的中心线，在连杆轴颈的相反方向上都设有平衡重，以避免曲轴旋转时，产生严重的振动。
2）曲轴上有钻通的油孔，油经过油道，从主轴颈流到连杆轴颈，进行。
2.2 轴的结构设计要点
曲轴从总体结构看可分为整体式和组合式两种。随着复杂结构锻造和铸造技术的进步，现代中、小功率高速内燃机几乎都采用整体式曲轴。因为它结构简单，加工容易。
为了提高曲轴的弯曲刚度和强度，现代多缸内燃机的曲轴都采用全支撑结构，即每一曲拐之间都有主轴承。
为了降低曲拐旋转惯性力引起的曲轴内弯曲和主轴承的附加动载荷，即使整体看来已经动平衡的多拐曲轴也大多带有平衡块。
2.3 曲轴的形状系数计算
所谓形状系数是指曲柄上实测的最大应力与不考虑应力集中计算所得到的名义应力的比值，它与曲轴各部分的结构及尺寸密切相关。曲轴的形状系数通常根据实验应力分析法求得。
1）圆角弯曲形状系数
根据定义，弯曲形状系数可表示为：
α■=σ■/σ■
式中：σ■为曲轴圆角处实测的最大弯曲应力，MPa；σ■为弯曲应力，MPa。
2）圆角扭转形状系数
圆角扭转形状系数α■可定义为：
α■=τ■/τ■
式中：τ■为曲轴圆角出实测的最大剪切应力，MPa。
3 曲柄连杆机构设计算例
本文以四行程汽油机为研究对象，排量2.0L，最大功率112kw，转速6000r/min。下面给出曲柄连杆机构各主要尺寸参数的选定过程。
3.1 气缸直径的确定
根据所选研究对象汽油机发动机的排量为2.0L，平均有效压力：P=0.8-1.2MPa，活塞平均速度Cm
P■=P■・V■・i・n/30τ
？自■=S・n/30
V■=D2・S・π/4
式中：P■为发动机的有效功率；P■为发动机的平均有效压力，依据研究对象为0.8-1.2MPa；V■为气缸的工作容积，依据研究对象为0.5L；i为发动机的气缸数目，本文中为4；n为发动机的转速，本论文中为6000r/min；？自■为活塞的平均速度，本文中
将上诉条件代入上述三式得：
85=■
计算化简后取D=85mm，S=90nun。
3.2 缸径行程比S/D
汽油机S/D的取值范围为0.8-1.2，本文中S/D=1.06。
3.3 缸心距的确定
由于汽油机缸套的缸心矩LO/D为1.12-1.24，所以初选LO/D=1.2，得LO=102mm。
3.4 活塞主要尺寸的确定
根据活塞的主要尺寸比例如表1所示，确定活塞主要尺寸：
表1 活塞主要尺寸比例
活塞高度H=D=85mm；压缩高度H1=0.8D=68mm；顶部高度h=0.07D=59.5mm；环带高度取15mm。
活塞顶部厚度σ为0.06～0.10D，取σ为6mm。
活塞头部要安装活塞环，侧壁必须加厚，一般取（0.05-0.10）D，取0.1D，厚度则为8.5mm。
为改善散热状况，活塞顶与侧壁之间应该采用较大的过度圆角，一般取R=0.05-0.10D，则圆角半径取为4mm。
活塞销座间距B一般取0.35-0.40D，则取活塞销座间距为34mm。
活塞销外径d一般取0.25-0.30D，则取d=0.3D=25.5mm。
活塞销内径d2一般取0.48-0.6d，则取d2=12.8mm。
活塞销长度l一般取0.9-0.95D，则取l=80mm。
3.5 连杆主要尺寸确定
连杆长度L与结构参数λ=R/L有关，根据本文研究对象的参数，选择λ=0.28则取L=134mn。
连杆小头孔内径R11=0.12-0.15D，本文取为12mm。
连杆大头孔内径R22=0.45-0.60D，本文取为48mm。
3.6 曲轴主要的尺寸确定
根据前面的计算我们知道：曲轴是全支承的，曲轴对称布置，但是平衡重是不对称布置的，曲轴半径R=38.7mm，连杆长度l=133.45mm。根据有关曲轴各部分的主要结构关系，曲轴轴颈的外径我们取下列曲轴曲拐的主要参数：
D4=0.62D=52.7，长度l1=0.3D=25.8mm。
连杆轴颈的外径D3=0.59D=50，1max=0.5D=42.5mm；
曲柄臂的计算截面，宽度b=1.0D=85mm，厚度h=0.2D =17mm。
4 结束语
总之，随着汽车行业的不断进步对汽车各种性能要求也在不断提高。低噪声发动机的设计已成为一个重要的研究方向，其中研究的重点是具有高平衡性的曲柄连杆机构。
【参考文献】