汽车发动机曲轴-课程设计资料解读.doc

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1、0前言曲轴是汽车发动机最关键的零部件之一，曲轴的性能很大程度上影响着发动机的可靠性和寿命。曲轴在发动机中承担着最大的负荷和全部的功率，承担着强大的方向不断变化的弯曲和扭转矩，同时承受着长时间的高速运转的磨损。本次主要介绍了汽车发动机曲轴材料的选择，加工工艺路线和相关的热处理工艺，以及组织及性能的检测方法和检测设备，分析了热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施，概述了曲轴断裂和失效的主要形式及预防措施。1汽车发动机曲轴的工作条件及性能要求1.1汽车发动机曲轴的工作原理　曲轴是发动机上的一个重要的机件，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接

2、，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。曲轴的旋转是发动机的动力源。图1发动机曲轴实物图1.2汽车发动机曲轴的机械性能要求及技术要求1.2.1汽车发动机曲轴的工作条件曲轴在工作过程中，既要承受周期性变化的气体压力、往复惯性力及离心力，又要承受他们所产生的扭矩和弯矩。因此，在上述载荷作用下，曲轴承受着巨大的弯曲、扭转应力，扭动震动和附加应力，以及交变载荷的冲击。这些载荷不仅数值较大，而且一般呈周期性变化，故容易使曲轴产生扭转和弯曲变形，甚至产生裂纹和断裂

3、。此外，发动机的不断增压、不断扩缸，以及传动功率的不断提高，使得曲轴要在很高的压力下高速转动。由此服役条件，汽车发动机曲轴常会发生两种形式的破坏：（1）疲劳断裂：多数断裂时曲柄与轴颈的圆角处产生疲劳裂纹，随后向曲柄深处发展，造成曲柄的断裂，其次是曲柄中部的油道内壁产生裂纹，发展为曲柄处的断裂。（2）轴颈表面的严重磨损：因曲轴长期处于高速旋转状态，因此表面会遭受严重磨损。1.2.2汽车发动机曲轴的性能要求及技术要求鉴于发动机曲轴苛刻的服役条件及发生破坏的形式，这就给了曲轴材料较高的要求。曲轴材料需要有较高的抗拉强度、刚度、耐冲击韧性、耐疲劳性以及耐磨性。一般采用锻造钢和球墨铸铁，锻钢需要

4、进行热处理采用调质，及淬火后高温回火，使材料具有较高的综合机械性能，轴颈表面再进行表面淬火，提高表面硬度及耐磨性。球墨铸铁曲轴采取等温回火、中频淬火、激光淬火等热处理工艺。2汽车发动机曲轴的材料选择2.1汽车发动机曲轴选材要求首先，应满足曲轴的力学性能，它取决于发动机设计的强度水平。其次，考虑曲轴的疲劳强度和耐磨性。（与材料本身的成分及热处理后的性能有关）2.2汽车发动机曲轴材料的要求根据JB/T6727。曲轴对材料的要求如下：（1）钢的含碳量要精选，含碳量的变化范围应不大于0.05﹪（质量分数）（2）钢的含S.P量应不大于0.0025﹪（质量分数）（3）钢的非金属夹杂物，脆性夹杂物，

5、塑性夹杂物应不超过GB10561规定的2.5级。（4）钢的淬透性应按GB255进行测定，其淬透性曲线在所用的钢号范围内。2.3汽车发动机曲轴常用材料汽车发动机曲轴常用材料以及其力学性能如下表：各种适合曲轴材料的化学成分及机械性能（质量分数）钢号主要化学成分CMnSiCrNiMo450.42～0.50.5～0.80.17～0.3740Cr0.37～0.450.5～0.80.2～0.40.8～1.1040CrNi0.37～0.440.5～0.80.2～0.40.47～0.751.0～1.440CrNiMoA0.37～0.440.5～0.80.2～0.40.6～0.91.25～1.750.1

6、5～0.2535CrMo0.37～0.40.47～0.70.2～0.40.8～1.100.15～0.25钢号σbMpaσsMpaδs﹪ψ﹪ak(J.)毛坯尺寸㎜45900750104560<10040Cr1000800945602540CrNi10008001045702540CrNiMoA100085012451002535CrMo1000850124580252.4曲轴材料的确定由于曲轴需要承受交变的弯曲---扭转载荷以及发动机的大的功率，因此，要求其具有高的强度，良好的耐磨、耐疲劳性以及循环性等。由上表各种材料的性能可以看出45钢的屈服强度较小，所以排除。40Cr钢的抗冲击性较低

7、，排除。其余三种钢对比而言，40CrNi钢的屈服强度和抗冲击能都稍逊于其他两种，予以排除。40CrNiMoA和35CrMo这两种钢都较为合适，但35CrMo没有贵金属Ni，成本较低。因而，根据曲轴材料的要求，各项技术要求，及材料的成分，机械性能，淬透性，同时需考虑成本的经济性，最终选择不含贵金属的且各项性能指标优良的35CrMo作为汽车发动机曲轴的材料。2.5加工工艺路线（锻坯）→调质（淬火+高温回火）→校直→清理→检验→粗加工→去应力退火→精