基于柴油机拆装的零件设计与数控编程说明书.docx

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ZHENJIANG COLLEGE
毕 业 设 计 (论 文)

基于柴油机拆装的零件设计与数控编程
The Design and NC Programing of Mechanical Parts Based on the Destuffing and Assembling of Diesel Engine

系 名： 机械工程系
专业班级：
学生姓名：
学 号：
指导教师姓名：
指导教师职称：

二〇一一年 九 月
目 录
第一章 R175A柴油机的工作原理 ………………………………………1
1.1 柴油机的概述 ………………………………………………………1
1.2 柴油机的工作原理 …………………………………………………1
1.2.1 进气冲程 …………………………………………………………2
1.2.2 压缩冲程 …………………………………………………………2
1.2.3 燃烧膨胀冲程 ……………………………………………………3
1.2.4 排气冲程 …………………………………………………………3
第二章 曲轴概述 …………………………………………………………4
2.1 曲轴的作用 …………………………………………………………4
2.2 曲轴的组成 …………………………………………………………4
2.2.1主轴颈…………………………………………………………………5
2.2.2连杆轴颈………………………………………………………………5
2.2.3曲柄……………………………………………………………………5
2.2.4自由端（前端）………………………………………………………6
2.2.5功率输出自由端（后端）……………………………………………6
2.3 曲轴的主要技术要求分析 ……………………………………………6
2.4 曲轴的材料和毛坯的确 ……………………………………………7
第三章 曲轴的加工工艺……………………………………………………7
3.1 一般曲轴的加工工艺……………………………………………………7
3.2 曲轴加工工艺过程 ……………………………………………………8
3.3选择表面加工方法 ………………………………………………………8
3.4确定工艺过程方案 ………………………………………………………8
3.5选择加工设备与工艺装备………………………………………………10
3.5.1选择机床………………………………………………………………10
3.5.2选择夹具 ……………………………………………………………11
3.5.3选择刀具………………………………………………………………11
3.5.4选择量具………………………………………………………………11
3.6 曲轴加工工艺特点……………………………………………………11
3.7 曲轴主要加工工序分析 ………………………………………………12
第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 ……………………14
4.1工序简图 …………………………………………………………………14
4.2 确定工序尺寸 ……………………………………………………………………14
第五章 数控编程……………………………………………………17
5.1 数控编程 ……………………………………………………………………………17
结论…………………………………………………………………………………21
致谢…………………………………………………………………………………23
参考文献 …………………………………………………………………………24

基于柴油机拆装的零件设计与数控编程
专业班级： 学生姓名：
指导教师： 职称：
摘要 通过研究柴油机拆装视频并利用相应工具进行柴油机的拆装，理清柴油机所有组成零件的种类和尺寸，团队协作，画出柴油机二维装配图。运用所学知识和技能画出二维零件图。选出典型零件进行加工工艺设计和数控编程并且利用相关软件进行数控加工仿真。在了解柴油机的基础上，对曲轴进行进一步的了解。对曲轴的结构、特点、技术分析、材料、毛坯分析、加工工艺、工艺路线以及数控编程做出了进一步分析。
关键词：柴油机、装配图、零件图、曲轴、数控编程
The Design and Nc Programing of Mechanical Parts Based on the Destuffing and Assembling of Diesel Engine
Abstract through the research of diesel engine disassembly video and the corresponding tool for diesel engine and diesel engine components, clear all types and sizes, teamwork, draw engine 2D assembly drawing. The use of the knowledge and skills to draw 2D part drawings. Choose the typical parts processing technology design and NC programming and the use of related software for CNC machining simulation. In the understanding of diesel engine on the basis of the crankshaft, further understanding. On the structure, characteristics, technical analysis, material analysis, blank, processing, process route and NC programming made further analysis.
Key words diesel engine, assembly drawings, part drawing, crankshaft, NC programming

引 言
我们通过研究柴油机拆装视频并利用相应工具进行柴油机的拆装，理清了柴油机所有组成零件的种类和尺寸，画出了柴油机二维装配图。并运用所学知识和技能画出了二维零件图。在此基础上选出曲轴进行加工工艺设计和数控编程并且利用相关软件进行数控加工仿真。
本次拆装的柴油机型号为R175A。
第一章 R175A柴油机的工作原理
在农业生产中，从耕种、排灌、收割、脱粒到加工等作业，除部分手动以外，均需要有动力机械带动才能进行。农用动力机械常用的有柴机、汽油机和电动机三种。而柴油机在现代化农业生产中应用最为广泛，如我国生产的拖拉机、农用车都采用柴油机。
1.1柴油机的概述
柴油机是现代化农业生产所必备的动力机械，在农业生产中作用大，用途广。柴油机是农业机械、农用车以及拖拉机的动力来源，它是一种能够把柴油燃烧时产生的热能转换成为机械能的机器。燃料在气缸内燃烧的发动机称为内燃机。
R175A型柴油机是单缸、卧式、水冷、四冲程、高速轻型柴油发动机。标定功率为4.4千瓦，标定转速2600转／分，净质量 68 kg ,编号 NO.004600 ,日期 07 03，工作可靠、性能稳定，可作为小型手扶拖拉机、机动三轮车、挂桨、喷灌和农副产品加工机械之动力。
1.2柴油机的工作原理
柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。活塞走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。图1-1说明它的工作理原理。

图1-1
1.2.1 进气冲程
第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如图所示。图中纵坐标表示气体压力P，横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的冲S)，这个图形称为示功图。图1-1中的压力曲线表示柴油机工作时，气缸内气体压力的变化规律。从土中我们可以看出进气开始，由于存在残余废气，所以稍高于大气压力P0。在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力，所以进气冲程的气体压力低于大气压力，其值为0.085～0.095MPa，在整个进气过程中，气缸内气体压力大致保持不变。
当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。
1.2.2 压缩冲程
第二冲程——压缩。压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：Pc＝4～8MPa,Tc＝750～950K。
柴油的自燃温度约为543—563K，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲柄转至上止点前10～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。
1.2.3 燃烧膨胀冲程
第三冲程——燃烧膨胀。在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。
随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。
在图1-1中，工作冲程的压力变化这条线上升部分表示燃料在气缸内燃烧时压力的急剧升高，最高点表示最高燃烧压力Pz，此点的压力和温度为：
Pz＝6～15MPa， Tz＝1800～2200K
最高燃烧压力与压缩终点压力之比(Pz／Pc)，称为燃烧时的压力升高比， 用λ表示。根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的范围如下：λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。
1.2.4 排气冲程
第四冲程——排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa，其温度Tb＝1000～1200K。为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。
在图1-1中，排气冲程曲线表示在排气过程中，缸内的气体压力几乎是不变的，但比大气压力稍高一些。排气冲程终点的压力Pr约为0.105～0.115MPa,残余废气的温度Pr约为850～960K。
第二章 曲轴的概述
2.1曲轴的作用
曲轴（图2-1）是柴油机中最重要的零件之一。它的功用是将活塞和连杆传来的气体力转变为转矩输出，以驱动与其相连的动力装置，此外还驱动柴油机本身的配气机构及各种附件。
柴油机工作时，曲轴受到很大气体压力和惯性力的作用，传递很大扭矩，因此曲轴受到拉、压、弯、扭等周期性交变载荷的作用，可引起曲轴的振动和疲劳破坏。因此要求曲轴具有足够的强度与刚度；轴颈表面耐磨；在使用转速范围内不发生扭振、共振现象；具有良好的平衡性，保证柴油机的运转平稳，重量轻等。

图2-1
2.2曲轴的组成
曲轴的基本组成，如图2-2所示，是由主轴颈4、连杆颈3、曲柄2、自由端1和功率输出端5所构成。

图2-2
1—自由端； 2—曲柄； 3—连杆轴颈； 4—主轴颈； 5—功率输出端;
6—曲拐； 7—平衡块
2.2.1. 主轴颈 它是曲柄的支撑点。安装在机体主轴承内，用螺栓固紧轴承端盖，曲轴便靠此点运转。为了润滑，在主轴颈内钻有与连杆轴颈相通的油道。轴颈表面要求较高的加工精度和光洁度。为了提高耐磨性，轴颈表面经过高频淬火或氮化处理。
2.2.2 连杆轴颈 连杆轴颈用来安装连杆大头的。连杆轴颈表面要求精度和光洁度也很高，与轴颈相同。连杆轴颈一般做成中空的，作为润油路，亦可利用离心原理使机油进一步净化，如机油从主轴颈经曲柄进入连杆轴颈内，随同连杆轴颈一起高速旋转，在离心力的作用下，机油中较重的杂质和胶物质被甩向内孔外侧，干净的机油通过一短铜管从油口流到轴颈表面。柴油机检修时，应将附着在连杆轴颈孔内壁上的杂质清洗干净。
2.2.3 曲柄 它用来连接主轴颈和连杆轴颈。它的长度等于主轴颈中心到连杆轴颈中心间的距离，即曲柄半径R。曲柄内有油道贯通主轴颈和连杆轴颈。因为主轴颈与连杆轴颈不在同一中心线上，它们之间有一偏心距R，通过曲柄连接成整体，这样就构成了一根弯曲的轴—曲柄。
曲柄是曲轴受力最复杂而结构最薄弱的环节。
椭圆形曲柄具有较高的弯曲和扭曲刚度，材料利用率高。
为了减少曲轴轴颈与曲柄连接处的应力集中，提高曲柄的强度，连接处均采用过渡圆角连接，过渡圆角半径越大，应力集中现象则越小。但是过渡圆角半径增大，使轴颈承压面积相应缩小，或使柴油机轴向尺寸加大。为了解决这一矛盾，出现了内圆弧连接结构形式，即将连接圆弧凹入曲柄平面内，这样既可以使曲轴轴颈以较大圆弧半径与曲柄相连，又保证轴承具有足够的承压面积。
2.2.4 自由端（前段） 上面装有扭振减振器和密封装置等。
2.2.5 功率输出自由端（后端） 它上面设有从动装置连接结构，用以输出功率。常见连接方式有三种形式。
（1）键连接。 飞轮连接套与曲轴之间用平键或花键连接在一起。
（2）静液压锥度过盈配合连接。 曲轴功率输出端为一光滑圆锥体，带有孔的飞轮连接套压装在上面，两者靠一定过盈量紧密压合在一起。
（3）螺栓连接。 在曲轴功率输出端有法兰盘，利用螺栓将飞轮连接在上面。

内圆弧与外圆弧 曲轴功率输出端连接方式
图2-3
2.3 曲轴的主要技术要求分析
（1）.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，表面粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。
（2）.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03～0.08mm。
（3）.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。
2.4 曲轴的材料和毛坯的确定
曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。