江苏大学毕业设计开题报告题目N485型柴油机凸轮轴设计姓名李永强学号3080404057专业年级汽车学院动力机械0803班指导教师姜树李曹晓辉董非2012年2月27日1凸轮轴分析计算的意义凸轮轴是内燃机配气机构的一个重要部件。配气机构主要保证气缸内换气良好，充气效率高，换气损失小，使发动机有良好的动力性与经济性，同时要求本身工作可靠，噪声低。其中，凸轮轴的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体。上面套有若干个凸轮,用于驱动气门。凸轮轴的一端是轴承支撑点,另一端与驱动轮相连接。凸轮轴设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，具体来说就是在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作。另外考虑到内燃机的耐久性和运转的平顺性，气门也不能因开闭动作中的加减速过程产生过多过大的冲击，否则就会造成气门的严重磨损、噪声增加或是其它严重后果。因此，凸轮和发动机的功率、扭矩输出以及运转的平顺性有很直接的关系。所以，研究凸轮轴可以是燃料的进给更合理，以减少燃气的浪费与获得更充足的动力性；且可以增加使用的寿命，使其具有更好的经济性与动力性。2凸轮轴研究现状凸轮轴制造工艺方面所发生的改变大多是因减轻零部件重量方面的要求、挤压应力的提高以及所用材料变化而引起,以适应现代汽车发动机的技术要求。目前,根据材料和制造工艺的不同,对凸轮轴的结构形式、常用的材料、重要工序的加工方法及其发展趋势等几方面进行分析。传统制造整体式凸轮轴所用的加工设备和方法成本高;改进凸轮轴的制造工艺,提高生产效率,降低制造成本很有必要。装配式凸轮轴是近20年来开发的新型内燃机零件,它与铸造或锻造整体式的凸轮轴相比,具有质量轻、加工成本低、材料利用合理等优点;可将凸轮宽度减小,并排列紧凑,可以降低汽车的成本、减轻发动机质量、提高发动机性能。目前,世界上许多汽车制造厂家越来越多地生产装配式凸轮轴并用于高性能发动机上。金属-塑料复合凸轮轴已在美国应用。将粉末金属成型并经磨削加工的凸轮片和中空钢轴放入模具内,在中空轴周围注射塑料。凸轮片和轴之间不再有金属直接接触,而是由塑料固定形成一体。这种凸轮轴的成本及重量均可减少40%,可降低发动机噪声,加工准备时间由原来的几小时缩短至几分钟。装配式凸轮轴目前以较快的速度发展,主要应用于高性能发动机上。目前,世界上许多汽车工业发达的汽车制造厂正在越来越多使用装配式凸轮轴制造新技术,但因技术掌握的程度、方法不同,使用装配式凸轮轴的种类也不同。装配式凸轮轴已发展二十多年,除了上述的方法外,正大力开发应用复合材料,例如陶瓷材料等制造凸轮轴。随着装配式凸轮轴生产技术的提高,性能更好、成本更低、技术多样化的装配式凸轮轴将会涌现出来。粉末冶金技术制成粉末烧结结中空整体凸轮轴，烧结中空整体凸轮轴与铸铁凸轮轴相比的技术经济指标效果:1)质量减轻了26%。2)实际发动机的电动回转试验表明,烧结合金凸轮轴的磨损仅为原用冷铸铁的1/7。3)烧结合金凸轮轴的外形接近最终形状,磨削加工量小,因此,凸轮轴磨床可减少20%,不需要钻油路。4)钢管轴内孔可用作发动机油的主通路。发动机油通过凸轮内孔,由汽缸组供给凸轮、轴颈、燃料泵凸轮及驱动齿轮的分配器,并通过轴颈将油供给余隙调节器。因此,不再需要输油管,润滑系统可大大简化。凸轮轴的机械加工量可大大减小。国内外生产凸轮轴的材质很多,有45钢、球墨铸铁、合金铸铁。目前,常使用的铸造方法是壳型铸造,其中包括铁型覆砂和壳型填铁丸两种铸造工艺,其他还有如消失模铸造等。壳型铸造是20世纪40年戴由德国约翰尼斯克朗宁(Johanes2Corning)发明的,亦称为克朗宁法[729],壳型铸造生产的铸件具有表面粗糙度低,尺寸精度高等优点,能够满足冷铁多,形状复杂的零件的铸造,适用于凸轮轴、曲轴等轴类零件的生产,在世界上属先进工艺,具有很广阔的应用前景。3课题研究的内容本课题中凸轮轴的设计主要从铸造材料，安装位置与凸轮型线分析进行计算分析，从而完成对凸轮轴的优化设计。由于凸轮轴受到较大扭矩，所以要求凸轮轴具有足够的强度。凸轮桃尖的硬度和白口层深度是决定凸轮轴使用寿命和发动机效率的关键技术指标。在保证凸轮有足够高的硬度和相当深的白口层的前提下，还应考虑轴颈不出现较高的碳化物，使其具有较好的切削加工性能。目前，国内外生产凸轮轴的主要方法有：