曲轴的毕业设计

前 言 对典型零件的工艺及夹具结构设计，在加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。使我们能够将大学四年所学知识融会贯通，也使我们在设计过程中不断学习一些新知识。通过毕业设计环节，培养我们广泛查找资料、分析问题、解决问题的能力，使我们养成认真仔细，精益求精的科学工作习惯。 选择曲轴的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的知识。本次所选设计内容主要包括：工艺路线的确定，夹具方案的优选，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺规程是规定产品或零件的机械加工工艺过程、操作方法及指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏将直接影响到该产品的质量。 利用合理、方便的夹具可以保证加工质量，提高生产率。机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及加工表面相互之间的位置精度。提高生产率，降低成本，使用专用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工，扩大机床工艺范围。在机床上使用专用夹具后可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度，保证生产安全。 此次毕业设计有着其特殊的重要性，这是对自己大学四年来学习的一次综合检验，是一次大型的将自己所学与现实应用的一次结合，对以后的工作学习都有重要的指导意义。同学们也认真对待，积极查阅有关资料，作好每周必须完成的任务。在老师和学生的共同努力下，将学院布置的毕业设计圆满完成。 在设计的过程中得到田老师的大力帮助和辅导，在此表示深深的敬意和衷心感谢，另外对关心帮助我们设计的同学表示感谢。由于本人的设计水平有限，错误在所难免，敬请各位同学老师批评指正。 1 空气压缩机曲轴的工艺规程设计 1.1 零件图工艺分析 1.1.1 零件的工作状态及工作条件 3L-10/8型空气压缩机 该压缩机主要为风动机械、风动工具提供稳定气源，广泛用于矿山开采、建筑施工，轻工建材、机械制造等行业，具有高效、节能、安全、可靠的特点。 本机为L型、两列、两级、双作用、水冷、有十字头的固定式无基础往复活塞空气压缩机。该机只需放在硬质水平地面接上储气罐即可使用，可为用户节约大量安装费用，同时可省去电机安装“对中”这一较为复杂的，技术性要求较高的过程。 曲轴是活塞式发动机的主要零部件之一，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。根据发动机气缸的数目，曲轴一般分单缸、双缸、三缸、四缸和六缸曲轴。曲轴的加工工艺复杂，特别是轴颈有很高的尺寸和形位公差要求，一般按6级精度制造，粗糙度不高于Ra0.8μm。轴颈表面需要热处理以提高其耐磨性，常用的热处理形式为氮化和高频淬火。

1.1.2 零件的作用 题目所给定的零件是3L—10/8空气压缩机上的曲轴，它位于空气压缩机连杆处，曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，是连杆获得所需的动力。 1.1.3 零件的技术条件分析

由3L-10/8空气压缩机的曲轴零件图可知，它的外表面上有多个表面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列螺纹孔和键槽。现分析如下：

1、零件的表面粗糙度 Φ86轴，锥度为1：10，表面粗糙度为Ra=1.6，键槽24H9，粗糙度Ra=6.3。 左侧Φ95k6轴,表面粗糙度为Ra=1.6；圆角R6表面粗糙度为Ra=1.6。 Φ95f7轴，表面粗糙度为Ra=0.8；圆角R6表面粗糙度为Ra=12.5。 B视图，Φ8孔，表面粗糙度为Ra=25。 右侧Φ95k6，表面粗糙度为Ra=1.6；圆角R6表面粗糙度Ra=12.5。 Φ86轴端面，端面2X45°倒角，Φ86轴与Φ90b12轴之间R6圆角，Φ90b12轴表面，Φ90b12轴与左侧Φ95k6轴之间2X45°倒角，底座，底座2X45°倒角，Φ93表面及倒角，这些表面粗糙度均为Ra=12.5。 其余表面均用不去除材料法得到。

2、表面间的位置精度 由于零件图尺寸的确定关系，零件的主要设计基础为空间一点（即基准： 用来确定生产对象上几何关系所依据的那些点、线、面。）。零件在加工过程中，为测量方便，可以通过基准的转换（即基准的变换）。一般的情况设计基准与工艺基准重合，当基准不重合时可以通过尺寸链换算得出工艺尺寸。 键槽24H9对于Φ86轴轴线的对称度：

Φ86轴表面对于Φ95k6轴轴线的圆跳动： Φ86轴表面的圆柱度： Φ95f7轴对于Φ95k6轴轴线的平行度，及自身圆柱度 ：

3、零件的其它技术要求 1、曲轴的曲颈、曲拐曲颈的过度圆弧必须圆滑光洁，不允许有接头。 2、曲轴不允许有裂缝、毛刺、缩孔、气孔和影响质量的夹杂物，其摩擦表面不允许有

≡ Φ0.10 B ↑ 0.025 A /○/ 0.01 ∥ 0.03 A /○/ 0.01 凹痕和碰伤。 3、磁粉探伤按GB2843--80中的第13条有关规定验收。 4、曲轴的机械性能应符合GB1348--78的规定，并按JB2842--80〈〈气体压缩机用球墨铸铁体技术条件〉〉的要求进行铸造。 说明： 磁粉探伤：将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法。该探伤方法的特点是简便、显示直观。磁粉探伤与利用霍耳元件、磁敏半导体元件的探伤法，利用磁带的录磁探伤法，利用线圈感应电动势探伤法同属磁力探伤方法。通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的一种无损检测方法。 机械性能实验：通常，硬度值与抗拉强度值一一对应，为验证其硬度值的准确性，进行性能测试。

1.1.4 压缩机曲轴材料及切削加工性 球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。 球墨铸铁的成分要求比较严格，一般范围是：w（C）=3.6%~3.9%，w（Si）=2.2%~2.8%，w（Mn）=0.6%~0.8%，w（S）<0.07%，w（P）<0.1%。 由于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疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。 在实际应用中，大多数承受动载荷的零件是带孔和台肩的，因此完全可以使用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴，连杆，凸轮等。 球磨铸铁的可切削性与基体组织有关，铁素体球墨铸铁的可切削性优于球光体球墨铸铁，切削用量相同时，球墨铸铁铁素体含量越高，切削速度就可以提高。铸件切削部位含有自由或共晶渗碳体和其他硬质化合物时，将使可切削性变差。磨削时石墨易堵塞砂轮，采用镨钕刚玉自砺砂轮可提高磨削速度。

1.1.5 热处理检验 热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。 热处理的目的：提高工件的机械性能，改善材料的可加工性，消除前一工序的残余内应力。 球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、调质、等温淬火等。 根据处理件的使用情况，可分为普通件，重要件，特殊重要件。普通件需要外观，力学性能，变形检验；重要件需要外观，力学性能，变形，金相组织检验；特殊重要件外观，力学性能，变形，金相组织，探伤检验。其中力学性能包括硬度，抗拉强度，延伸率和冲击值。

1.1.6 零件的工艺性分析 根据零件图可知，它的外表面上有多个平面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列螺纹孔和键槽。因此可将其分为三组加工表面。 第一组，以左侧轴心线为基准的加工表面，其中包括Φ86轴及其端面，键槽，倒角，端面上的孔，Φ90b12轴及其圆角、倒角，Φ95k6轴及其圆角，左侧2个长宽均为20的耳片，除了Φ86轴表面，Φ95k6轴表面及其圆角表面粗糙度Ra=1.6，需要精加工，或者磨削，其余尺寸均可以粗加工或半精加工达到。 第二组，以拐径为Φ95f7轴心线为基准的加工表面，其中包括，Φ95f7表面及其圆角，两个Φ8的斜油孔以及两个油孔孔口倒角，长斜油孔与水平线夹角为40°，短斜油孔与竖直线夹角为60°，底座4个螺纹孔；Φ95f7表面需要采用磨削才能保证其表面粗糙度Ra=0.8。而两个斜油孔只需要粗加工即可满足表面粗糙度要求，但是其主要工艺关键是保证角度问题，也就是对夹角有很高的要求，根据国内钻床现状，可以自由变换角度的钻床很少，而且为了保证零件的成本及其加工效率，选择摇臂钻床，夹具就必须达到，加工长斜油孔时，使工件倾斜50°，保证加工孔与钻头保持竖直；加工短斜油孔，夹角必须使工件倾斜30°。 第三组，以右侧轴心线为基准的加工表面，其中包括Φ95k6轴表面及其端面孔，Φ93半轴及其倒角，右侧2个长宽均为20的耳片；其中，Φ95k6轴表面需要进行精加工才能达到粗糙度要求；端面孔其表面粗糙度Ra=1.6，需要钻，扩，铰，来达到其精度，其余尺寸，均可粗加工或半精加工得到。 为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则。

1.2 毛坯的设计 1.2.1 毛坯种类的确定