N485QA柴油机飞轮壳毕业设计文档格式.doc
《N485QA柴油机飞轮壳毕业设计文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《N485QA柴油机飞轮壳毕业设计文档格式.doc（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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）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。
2 N485QA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/；
抗弯强度达400MN/）。
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，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
图
（2）尺寸≤500mm轴一般、常用、优先公差带
查表可得飞轮壳前端面孔的尺寸可定为φ126.8mm
2.22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。
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φ81.2
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
（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。
因此分别按受挤压和剪切强度条件来计算。
（如图（3）所示）
采用普通螺栓联接，螺栓数目为Z=12。
1）分析联接载荷：
由于离合器重力作用，联接受力有：
横向载荷Fv=F=11084N
轴向载荷Fh=0N
翻转力矩M=Fv×
150=462750N.mm
2）由于Fh=0，各个螺栓受到的轴向工作载荷也为F1=0;
由于翻转力矩作用，垂直上侧各个螺栓受到的加载的作用，而垂直下侧螺栓受到减载作用。
根据
图（5）飞轮壳后端面螺孔设计位置
公式：
==2203N;
∴垂直上侧的螺栓所受的轴向工作载荷为;
F=F1+Fmax=2203N
3）在横向力Fv的作用下，底部连接结合面可能产生滑移，根据结合面不滑移条件
查表可得结合面间的摩擦系数f=0.16，取防滑系数为=1.2并取；
因为Fh=0所以上述公式可变更为下式：
则各螺栓所需的预紧力为：
4）上面每个螺栓所受的总拉力
（3）确定螺栓直径
选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6的螺栓，查表可得材料的屈服极限σs=240Mpa,安全系数S=1.5,故螺栓许用应力【σp】=
根据公式求得螺栓危险截面直径为：
按照标准选择螺纹公称直径d=10mm，公称长度为L=30mm
（4）校核螺栓组连接结合面的工作能力
1）连接结合面下端的挤压应力不超过许用值，防止结合面压碎。
根据以下公式校核：
（其中W为接触面面积。
查表可得σp=0.5σb=0.5×
250Mpa》1.84Mpa，故连接结合面下端不致压碎。
2）保证受力时结合面无间隙，根据以下公式校核：
故不会差生间隙。
3）螺栓预紧力是否合适，根据下式校核：
已知σs=240Mpa，A1=
取下限即为
而预紧力为6520N,小于上值，故满足要求。
4）螺栓杆与孔壁的挤压强度条件，根据以下公式校核：
∴故挤压强度满足要求。
5）螺栓杆的剪切强度条件，根据以下公式校核
据计算可知，剪切强度满足要求。
确定公称直径后，飞轮壳后端面12个螺栓的类型选择M10×
30普通螺栓连接，螺孔也应该选择相应的配合。
至于螺母、垫圈、螺距、配合等尺寸和要求因篇幅有限，本人不在阐述。
2.24飞轮壳后端面螺栓通孔设计
为了将飞轮壳及飞轮总成固定在机体上，必须设计螺栓连接，此螺栓连接的设计方法与前端面螺孔设计类似，要用到以下公式：
根据计算可这8个螺栓连接的公称直径可选用M10×
30,经过校核之后可以满足零件使用要求。
图（6）飞轮壳后端面螺栓通孔位置
2.25飞轮壳前端面销孔设计
（1）销孔的位置及材料选用：
销主要用于装配定位，也可以连接和锁定零件。
在发动机装配过程中需要销来给与飞轮壳一个支持和定位，必须要用到销。
销的类型可根据工作要求选定，用于连接的销的直径可根据连接的结构特点按经验选定，必要时也要强度校核。
飞轮壳前端面在发动机装配过程中需要支撑和定位，根据要求设计销选择普通圆柱销即可，销的位置应该分布在紧固螺栓的对称方向上，设计两个销即可满足要求，销在每一被联接内的长度，约为销直径的1-2倍。
材料通常选用45号钢，热处理后硬度为HRC30-36.
（2）销的尺寸设计：
因为飞轮壳销的受力主要来自飞轮壳重量引起的剪切力F，根据以下计算公
式：
其中Z为销的数目；
F为横向剪切力；
d为销的公称直径；
为销许用剪切应力Mpa，一般=80Mpa
根据已知条件可以计算出
由以上可知可选择公称直径3mm以上的销，为了满足要求又要节约成本可选择公称直径d=10mm，长度l=20mm的销联接，即销10×
20-GB121-76。
所以销孔的孔径的设计尺寸为=10mm；
孔深度为l=20mm。
2.25周边平面的改进设计
（1）周边平面凸台设计：
飞轮壳不但是连接机体和离合器的载体，起到了连接、防护的作用，而且也可以设计有机体的支撑架的部件，如下图所示：
在飞轮壳垂直轴线两端对称位置布置两个类似长方形的凸台，这个凸台就是支撑架的安装位置，在两个平面表面各加工四个螺孔以供安装脚架。
（2）周边平面散热窗的设计：
经过对N485QA整机拆卸，仔细观察飞轮壳，发现此飞轮壳存在一定的结构缺陷。
此柴油机为满足日益严格的排放法规，已经开始采用电控燃油喷射系统，作为电控系统的一个组成部分，各类高精度传感器也必须随之运用。
而采集发动机转速的曲轴传感器大都装配在飞轮壳上。
在飞轮壳与离合器组成的封闭空腔内，离合器与飞轮啮合的过程中，随发动机一起旋转，进而容易使温度急剧上升，由于离合器摩擦片与飞轮易产生干摩擦，进而容易产生金属粉末，而金属粉末在封闭空腔内随飞轮不停地旋转。
同时，曲轴转速传感器头部带有磁性，从而把金属粉末吸到传感器头部，影响发动机的转速信号，使发动机运行不稳，严重甚至会损坏曲轴传感器。
为了克服上述缺点，可以在飞轮壳周边布置散热窗以减少金属粉末产生，又能将金属粉末排除飞轮壳。
此设计的结构有：
1、散热窗通口；
2、固定螺栓；
3、防水盖板。
此种改进即在散热窗口上设有防水盖板，所述的防水盖板包括一组按相同角度向上倾斜设置的叶片，通过设置在边角的螺栓与飞轮壳体固定连接，也可以与壳体成为一体，但提高了铸造加工难度。
设计优点：
在柴油机工作时，离合器的摩擦片与飞轮由于干摩擦产生的金属粉末在空腔中随飞轮一起运动，其可以通过散热窗排出机外，防水盖板可避免外界的水通过散热窗进入飞轮壳内部。
结构简单、加工方便、节约材料，容易安装和拆卸。
如下图所示：
图（7）防水盖板三维图
（3）周边平面观察孔设计：
在调整柴油机气门间隙时，都是转动柴油机的飞轮，通过飞轮壳上的观察孔来观察飞轮刻线与飞轮壳观察孔刻线的对齐情况，当飞轮刻线与飞轮壳观察孔刻线对齐时，恰好是柴油机一缸货六缸的上止点位置。
这种调整柴油机气门间隙的方法，存在速度慢和不准确的弊端。
为了解决上述难题需要设计一种能迅速且准确地调整柴油机一缸或六缸上止点位置，故作一下改进设计：
根据现有的产品数据和结构，可以设计一种柴油机飞轮壳观察孔盖板，与现有的观察孔（长：
65mm，宽：
30mm，高：
15mm）相匹配，即形状吻合，尺寸大小能覆盖飞轮壳的观察孔。
设计的柴油机飞轮壳观察孔盖板包括：
盖板体、安装孔、缺口、指针。
1）盖板体：
结构特点是在盖板上设有安装孔，并在盖板体中段一侧设有缺口，该缺口的内边上固结有与盖板体垂直的指针。
2）安装孔：
安装孔最好设计为椭圆孔，可以上下左右灵活移动；
安装孔的数量是2个，分别设置在盖板体长度方向的两端部位；
安装时，用螺栓穿过安装孔旋接在飞轮壳上。
3）缺口和指针：
盖板将飞轮壳观察孔盖住时，使指针伸入到飞轮壳观察孔内部。
松开螺栓，移动盖板体，使飞轮壳观察孔通过盖板体上的缺口暴露在视线范围内，眼睛顺着指针通过盖板体上的缺口和飞轮壳观察孔能看到飞轮的标识；
缓慢转动飞轮盘，直到看到飞轮上的刻线恰好对准伸入到飞轮壳观察孔内的指针，此时即为发动机一缸货六缸的上止点位置。
避免了视觉误差。
观察孔盖板设计数据：
长：
67mm，宽：
34mm，厚：
1.5mm
安装孔螺栓:
小六角螺母M8GB51-76
如下图所示
图（8）观察孔盖三维图
2.3N485QA飞轮壳工艺分析及设计
飞轮壳通过铸造之后形成毛坯，而毛坯必须经过加工方可投入使用要求必须要对飞轮壳各个部位进行工艺分析，以便制造出符合装配要求的零件，确保产品的质量。
2.31形状和位置公差分析设计
（1）为了保证飞轮壳与发动机箱体的接触精度及密封，根据这种要求，并考虑飞轮壳前端面的基本尺寸合理选择形位公差。
1）由于前端面表面精度等级IT10级，由飞轮壳前端面的主参数L大约为》150-180mm，查表可知平面度为0.1mm；
2）由于前端面中心线与后端面孔中心线的精度等级为IT10级，由飞轮壳前端面主参数直径D在》160-250mm，查表可知垂直度为0.25mm
（2）为了保证飞轮壳后端面与其他零部件的接触精度，以及保证飞轮在飞轮壳内部的正常运转。
1）可选后端面的平面的精度等级IT10级，由飞轮壳后端面的主参数L》250-400mm，查表可知平面度为0.12mm；
2）可选后端面与前端面的精度等级为IT10级，由飞轮壳后端面主参数直径D在》160-250mm，查表可知平行度为0.25mm；
3）可选后端面与内孔的圆跳度的精度等级为IT10级，由飞轮壳后端面主参数直径D在》120-250mm，查表可知圆跳度为0.2mm；
（3）为了保证前端面孔φ126.8mm与其他零件配合，且保证精度。
由于圆心相对于X轴、Y轴的位置度精度等级为IT8级，查表可选位置度为0.3mm；
（4）由于前端面销孔2-φ10mm既是装配时安装销以供飞轮壳定位之用，又是在飞轮壳在精加工过程中作为精基准，为了保证位置的准确性，由于精度等级IT7级，查表可知销孔的位置度为0.1mm
（5）由于后端面孔8-φ10mm将直接影响飞轮壳与发动机箱体的装配牢固与否，应保证其位置的准确，由于后端面孔的精度等级已选IT11级，查表可知后端面孔相对于X轴、Y轴确定的位置精度为0.3mm
（6）由于后端面马达螺孔2-φ12mm将影响飞轮壳与电动机的装配，为保证精度，相对于马达孔中心线的位置度为0.4mm。
综上所述，该飞轮壳的各项技术要求制订的合理，基本符合该零件在工作中的功用。
2.32表面粗糙度确定
表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征。
它主要是由所采用的加工方法形成的，如加工表面的刀痕及切削分裂时的材料塑性变形等。
N485QA型柴油机飞轮壳各个表面要求不同，所以制定以下表面粗糙度：
1）飞轮壳前端面销孔是作为定位和加工精基准的部位，但不要求太精确，接近于精加工，微见加工纹理。
可选择粗糙度=1.6μm；
2）飞轮壳前、后端面及马达孔都是与其他零件连接而不是配合的表面，属于半精加工表面，少见加工纹理。
可选择粗糙度=3.2μm；
3）后端面螺栓通孔8-M10×
30、后端面螺孔12-M10、前端面马达螺孔2-M12、和周边面螺孔8-M6-7H均属紧固件表面，属于半精加工表面，可见加工纹理。
可选择粗糙度=6.3μm；
2.33审查飞轮壳的工艺性
分析N485QA零件可知，飞轮壳前后两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相临表面，这样既减少了加工面积，又提高了工作时飞轮壳端面的接触刚度；
前端面销孔2-φ10mm、后端
升级会员 