N485QA柴油机飞轮壳设计

-1-1绪论1.1机械制造工业在国民经济中的地位与作用物质生产始终是人类社会生存发展的基础。制造业是人类财富在20世纪空前膨胀的主要贡献者，没有制造业的发展就没有今天人类的现代物质文明。制造业是所有与制造有关行业的总体。它是国民经济的支柱产业之一。据统计，工业化国家中以各种形式从事制造活动的人员约占全国从业人数的四分之一。美国财富的68%来自制造业，日本国民生产总值的约50%由制造业创造，我国的制造业在工业总产值中占了约40%。“在我国，处于工业中心地位的制造业，特别是装备制造业，是国民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是参与国际竞争取胜的法宝，是技术进步的主要舞台，是提高人均收入的财源，国际安全的保障，发展现代文明的物质基础”。另一方面，制造业为国民经济各部门和科技、国防提供技术装备，是整个工业、经济与科技、国防的基础。机械制造工业是制造业最重要组成之一。它是为用户创造和提供机械产品的行业，包括了机械产品的开发、设计、制造生产、流通和售后服务全过程。目前，机械制造业肩负着双重任务：一是直接为最终用户提供消费品；二是为国民经济个行业提供生产技术装备。因此，机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分，机械制造技术水平的提高与进步将对整个国民经济的发展和科技、国防实力生产生直接的作用和影响，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一，在综合国力竞争中具有重要的地位。我国的机械制造业已具有相当规模和一定的技术基础，成为我国工业体系中最大的产业之一。2008年实现销售收入21651亿元，占全国工业总销售收入的21%，利润257亿元、税收621亿元，均占全国工业同比的15%，出口创汇363亿元，占全国外贸出口额的20%。其发展速度高于同期全国工业的平均水平。随着科技、经济、社会的日益进步和快速发展，日趋激烈的国际竞争及不断提高的人民生活水平对机械产品在性能、价格、质量、服务、环保及多样性、可靠性、准时性等方面提出的要求越来越高，对先进的生产技术装备、技术与国防-2-装备的需求越来越大，机械制造业面临着新的机遇和挑战。1.2汽车制造工业技术的发展简介19世纪末20世纪初，欧美一些主要资本主义国家相继完成了工业革命。随着生产力的不断提高，要求交通运输工具也要有相应的发展。石油工业和机械工业的发展以及能够提供足够的燃料和先进的和加工设备。因此，继德国人卡尔本茨和哥德里普分别于1886年先后成功发明了世界上第一辆三轮内燃机汽车和第一辆四轮内燃机汽车以后，各国先后制造出了自己的汽车使得世界汽车工业得到了日新月异的变化。从奥托（Otto）提出一种四冲程循环点燃式内燃机之后，1892年德国汽车工程师鲁道夫狄塞尔（RudolfDiesel）提出了一种新型的内燃机技术，即在压缩终了将液体燃料燃油喷入缸内，利用压缩终了的气体的高温将燃油点燃，它可以采用大的压缩比和膨胀比，没有爆燃，热效率可以比当时其他机型高一倍。这种构想在5年之后终于演变成一种实际机型，即压燃式发动机——柴油机。目前汽油机和柴油机是当今世界交通运输业最重要的两款机型，经过了100年的飞速发展它们已经达到了非常高的水平，近20多年以来计算机的应用、现代设计理论、现代测试手段、新材料、新工艺、新技术等诸方面的成就，不但改变了汽车工业的面貌，而且使得汽车产品及设备性能焕然一新。如各种电子设备、新型零件结构、酷炫的外形等的运用。1.3汽车零件设计要求社会对汽车不断增长的要求，促使汽车工业生产日益繁荣。一辆汽车有上万个零件组成，由钢铁、有色金属、工程塑料、橡胶、玻璃、纺织品、木材、涂料等众多材料制成；应用冶炼、锻造、铸造、机械加工、焊接、装配、涂装等许多工艺和技术；化工、电子、电力、石油、轻工等工业部门。拿汽车零件来说，每个零件都需要选材、设计、制造、匹配、测试、最后达到批量生产，以满足各个生产企业的需求。零件的设计应该满足许多要求；1）根据零件使用要求，选择零件的类型和结构。为此必需对各种不同类型的零件加以分析，进行综合评定和正确使用。2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。-3-3）根据零件类型、结构和所受载荷，分析零件可能的失效形式，从而确定零件的设计准则。4）根据零件的工作条件及对零件的特殊要求（如高温、高压、振动等）选择适当的材料。5）根据设计准则进行相关计算，确定零件的基本尺寸。6）根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。7）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判断结构的合理性。8）画出零件工作图，并写出计算说明书。发动机是工程机械产品成本构成的核心，也是工程机械产业链条中与整车制造并列的重要环节，N485QA型柴油机是四缸、直列、水冷、四冲程高速柴油机。该系列柴油机具有结构紧凑、外形美观、操作方便、机体刚性好、工作可靠、使用寿命长，经济性好及系列化程度高等优点。是轻型卡车、农用运输车、发电机组、水泵机组、空压机组及小型挖掘机、林业机械、装卸车、叉车、等各种中小型工程机械的理想配套动力。，作为其配件的N485QA柴油机飞轮壳及喷油泵支架也应当配以相当的设计要求和加工技术，以提高产品的整体技术水平。随着计算机软硬件技术的飞速发展，传统的手工设计正逐渐被借助于计算机技术的设计所代替。计算机技术在设计中的应用已从往日的计算、绘图，发展到当今的三维建模、优化设计、仿真和虚拟制造，设计生产一体化，大大加速了设计过程，提高了设计质量。随着我国加入WTO，企业间的竞争更加激烈，企业要在市立于不败之地，已逐步实现了技术创新和产品创新。-4-2N485QA飞轮壳设计2.1飞轮壳简介及材料选用2.11飞轮壳简介飞轮是个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在做功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机可能克服短时间的超载荷；此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系统中摩擦离合器的驱动件。飞轮壳安装于发动机与变速箱之间，外接曲轴箱、启动机、油底壳，内置飞轮总成，起到连接、防护和载体的作用。飞轮壳的前端面与发动机的机箱联结，后端面内孔与飞轮盖配合，飞轮在飞轮壳内高速转动。飞轮在高速旋转的过程中，飞轮壳起到连接、防护和载体的作用，因此该零件应具有足够的强度且应具有较强的耐磨性，以适应飞轮壳的工作条件。2.12飞轮壳材料选用及处理飞轮壳的材料若选用HT200，珠光体灰口铁。其特性是该材料能承受较大的应力（抗拉强度达200MN/2m；抗弯强度达400MN/2m）。其金相组织结构为铁素体和渗碳体组成的机械混合物，由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的混合物，所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，故强度较高，硬度适中，有一定的塑性，但从金相组织显微来看，铸铁中化合碳正好等于0.77%，珠光体中的铁素体与渗碳体一层层交替间隔，呈片状排列，而其余的碳是以片状石墨状态存在，使切削过程中切屑不能连续成形。N485QA飞轮壳选用的材料为HT200，珠光体灰铸铁。该材料强度、硬度相对较高，具有良好的减振性，对机械振动起缓冲作用，从而阻止振动能量的传播；具有优良的耐磨性，缺口敏感性小，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了零件工作的可靠性。由于灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。灰铸铁的焊接性能很差，如焊接区容易出现白口组织，裂纹的倾向较大。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。由于飞轮壳尺寸较大，形状较为复杂，-5-毛坯宜用铸件。N485QA飞轮壳形状简单，结构比较复杂，属壳体类零件。对铸件精度要求较高、表面质量与机械性能要好，故而选择了砂型铸造。该飞轮壳属于大批量生产，不宜采用手工铸造，而应该选用金属模机器造型。机器造型可大大提高劳动生产率，改善劳动条件，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小。为实现飞轮壳连接、防护和载体的作用，其后端面内孔要与飞轮盖的配合，因此加工精度要求较高。飞轮壳在工作过程中需要有良好的耐磨性，为增强其切削加工性能，去除内应力，该工件要求经过退火处理，硬度范围175~225HBS。2.2N485QA飞轮壳结构设计2.21飞轮壳前端面孔设计：根据柴油机拆卸实习可知，曲轴的后端面伸出曲轴箱外与飞轮配铰，根据测绘可知飞轮壳壳体直径为φ350mm；曲轴后端面直径为φ126.8mm，故飞轮壳前端面孔设计尺寸应该为φ126.8mm。（1）基准制的选用：选择基准制应从结构、工艺、经济性几方面综合考虑，权衡利弊。1）一般情况下，优先选择基孔制。孔加工要比轴加工困难很多，而且多数加工方法采用定尺寸刀具和量具。选用基孔制，可以减少标准刀具和量具的数量。只要在有明显经济效益的情况下选用基轴制。2）孔与标准件配合时，基准制选定通常依标准件而定。综上所述，故飞轮壳前端面孔与曲轴前端面轴的配合选用基孔制。（2）公差等级的选用：合理选用公差等级，对解决机器零件的使用要求与制造成本之间的矛盾起着决定性作用。一般使用原则如下：1）对于基本尺寸小于或等于500mm的较高等级的配合，由于孔比同级的轴加工困难，当标准公差小于或等于IT8级时，推荐孔比轴低一级相配合。2）选择公差等级既要满足设计要求，又要考虑工艺的可能性和经济型。即在满足使用要求的前提下，应尽量选用较低公差等级。一般情况选-6-用IT5-IT12用于配合尺寸公差。综上所述，故飞轮壳前端面孔与曲轴后端面轴选用公差等级IT8即可。（3）配合的选用：设计中，根据使用要求，应尽可能选用优先配合和常用配合以利于匹配，如果不能满足要求可选用一般用途孔、轴带组成的配合，也可选用国际提供的任一孔、轴带组成所需的配合。采用类比法即参照同类机型机器或机构中经过生产实践验证的已用配合的使用情况，再考虑所设计的机器的使用要求，合理确定所需配合。因为飞轮壳前端面孔与曲轴后端面轴配合精度要求不高，只是定位，有一定的间隙，飞轮壳是壳体零件，无相对转动，要求零件可以自由装拆，配合精度在IT7-IT11之间（已选用IT8），所以可以选用间隙配合，其基本偏差为H。（可参考下图（1）、图（2）尺寸≤500mm轴、孔一般、常用、优先公差带。）综上所述，故飞轮壳前端面孔与曲轴后端面轴配合选用优先配合H8／h7图（1）尺寸≤500mm轴一般、常用、优先公差带-7-图（2）尺寸≤500mm轴一般、常用、优先公差带020406080100第一季度第三季度东部西部北部查表可得飞轮壳前端面孔的尺寸可定为φ126.8041.00mm2.22飞轮壳马达孔设计根据对N584QA柴油机的拆卸和测绘可知电动机的装配孔径的设计尺寸为81.2mm，根据以上的基准制、公差等级、配合要求内容分析。电动机可视为标准件，要求飞轮壳上的马达孔与电动机配合，故选用基轴制；电动机与马达孔之间无相对转动，只是一般的定位配合，选用范围为IT4-IT11级，选用IT9级；配合方式是H9／h9，电动机可自由拆卸。-8-图（3）马达孔设计尺寸及位置查表可得;电动机装配孔径即飞轮壳马达孔径为φ81.2087.002.23飞轮壳后端面螺孔设计根据柴油机拆卸可知，飞轮壳后端面是与离合器盖相配合，为保证离合器盖不松脱，必须设计螺栓连接用于加强连接。由于接触面为圆形面，根据机械设计内容需要确定螺栓分布、螺栓受力分析，螺栓选型，设计中应该尽量满足零件使用要求、减少加工表面、节省原材料，已达到最佳设计，为企业节省生产成本，缩短耗用工时，提高经济效益。（1）螺孔的分布设计：1）螺栓的布置应使各螺栓受力均等。2）螺栓的排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，各螺栓轴线以及螺栓轴线和机体壁之间的最小距离，应根据扳手所需的活动空间的大小来决定。3）分布在同一圆周上的螺栓的数目，应取4、6、8、12等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。综上所述,螺孔初步设计在圆周上平均分布12个。如下图所示如图（4）螺栓孔的分布-9-（2）螺栓的受力分析：飞轮后端面上的螺栓主要受来自离合器盖的工作剪力。这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切应力来承受载荷F的，螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压，在连接结合面处螺栓杆受剪切。因此分别