摘 要

曲轴是汽车发动机中极其重要的一个部件，负责将连杆上的力转化成扭矩，从而使发动机输出功率。曲轴工作环境恶劣，其结构参数和加工工艺的水平很大程度上影响了整个发动机的使用寿命。

曲轴的实效形式大部分是弯曲疲劳断裂。曲轴圆角滚压是目前已知的最有效的强化曲轴的加工工艺，不仅能显著提高曲轴寿命，还能获得较好的表面质量，并且适合多种材料的曲轴。

本文选题于国家重大专项“数控曲轴轴颈圆角滚压与滚压校直装备及其关技术”，主要研究的内容是：九钳曲轴圆角滚压机床的主传动系统和夹具的设计。九钳曲轴圆角滚压机床是用于轿车用四缸发动机圆角滚压强化与校直的专门化机床，可以实现曲轴四个连杆颈、五个主轴颈圆角的滚压强化及曲轴校直。本设计在分析滚压工艺中曲轴的定位、加紧方式，滚压过程对主传动系统的要求后，完成了滚压机床主传动系统与夹具的设计。

关键词：曲轴圆角滚压；主传动系统；夹具；

Abstract

The crankshaft is an extremely important part in automobile engine, is responsible for converting the force to the torque on the rod, making the engine output power. Crankshaft bad working conditions, the level of its structural parameters and process largely affects the life of the engine.

Most effectiveness forms of the crankshaft is the bending fatigue fracture. Crankshaft fillet rolling is known as a machining process of strengthening the crankshaft, not only can it significantly improve the life of the crankshaft, but also get a better surface quality, and it is suitable for the crankshaft of a variety of materials.

This article’s topics is in major in the national special "NC crankshaft journal fillet rolling and rolling straightening equipment and its technology," The main contents is: the main drive system and fixture design of Nine clamp Crankshaft fillet rolling machine. Nine clamp Crankshaft fillet rolling machine is the machine tools used for the strengthen and alignment of the fillet rolling in the four-cylinder engine, it can achieve the crankshaft fillet rolling strengthening and straightening of four rod necks and five main journals on the crank. After the location of the crankshaft rolling process、the intensify way、rolling process requirements of the main drive system , this design completes the design of the main drive system of rolling machine and fixture .

Key Words：Crankshaft fillet rolling; the main drive system; jig;

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3设计主要内容 2

第2章 机床用途及主要参数确定 3

2.1曲轴圆角滚压工艺内容 3

2.2九钳曲轴圆角滚压机床机械系统 3

2.3机床加工主要参数 3

第3章 主传动系统总体方案设计 5

3.1机床传动方案总体设计 5

3.2夹具方案总体设计 5

3.3总体方案设计 5

第4章 夹具体结构设计 7

4.1夹具体定位方式 7

4.2夹具体加紧方式 7

第5章 主传动系统动力参数设计 10

5.1主传动系统受力分析 10

5.2传动系统动力参数的设计 10

5.2.1传动方案的设计 10

5.2.2传动系统运动和动力参数计算 11

第6章 主传动系统主要部件设计计算 12

6.1涡轮蜗杆设计 12

6.1.1涡轮蜗杆传动副参数设计计算 12

6.1.2涡轮以及蜗杆轴结构设计 13

6.1.3蜗杆轴系部件设计 14

6.1.4蜗杆轴及轴承校核 15

6.2支撑箱体设计 16

6.3主轴部件的设计 17

6.3.1主轴轴承的设计 17

6.3.2主轴端部结构的设计 18

6.3.3主轴结构参数的设计 18

6.3.4主轴刚度的验算 19

6.3.5主轴结构设计 20

第7章 总结 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景

新中国刚一成立的时候就已经决定要发展自己的汽车工业，1953年第一汽车制造厂破土动工，这是中国有史以来第一次建设自己的汽车厂。经过半个多世纪的发展，中国汽车制造业迎来了新的发展高峰。中国汽车市场成为了全球最大的汽车销售市场，在这影响下，国际上各大汽车集团越来越依赖中国销售市场，发展的战略中心纷纷转移到了中国，在未来的一段时间里中国的生产基地会继续扩大。

汽车发动机是汽车的心脏，而曲轴是发动机中极其重要的一个部件。发动机工作过程中，曲轴将连杆的直线运动转化成了旋转运动。运动中，曲轴承受了变化复杂的载荷，使得曲轴的制造加工有了很高的要求。可以说曲轴的结构参数以及加工的工艺水平直接影响了发动机的性能和寿命^[1]。

曲轴在工作时承受的力十分复杂，而且相对于其他的轴类零件，曲轴的形状和结构都有高度的复杂性，存在着严重的应力集中反应。根据多年曲轴失效形式的分析结果可以知道，曲轴绝大部分失效形式是弯曲疲劳断裂，断裂主要发生在曲轴轴颈和曲柄的过渡圆角处，约占曲轴失效总数的95％以上，因而如何提高发动机曲轴的弯曲疲劳强度、提高曲轴的安全使用寿命，多年来一直是人们研究和探索的课题^[2]。

除了改变曲轴的形状和结构参数以及合理的选材外，采用曲轴表面强化工艺是一种十分经济可行又能明显提高曲轴性能的方法^[3]。相对于其他的加工方法如氮化、喷丸，曲轴圆角滚压工艺能显著提高曲轴的使用寿命，并适用于各种材料的曲轴而越来越受到曲轴生产厂家的认可。目前，圆角滚压基本应用于汽车曲轴的生产，成为提升产品竞争力的手段^[4][5][6][7]。