气门摇臂轴支座课程设计的关键是什么？

99ANYc3cd6 课程介绍 2025-12-05 1

下面我将为你提供一个完整、详细的《气门摇臂轴支座课程设计》指南，从设计任务、设计步骤、到设计报告的撰写，一步步带你完成。

《气门摇臂轴支座课程设计》完整指南

第一部分：设计任务与要求

1 设计任务 根据给定的发动机型号或参数（某型摩托车/汽车发动机），完成气门摇臂轴支座的全套设计，这包括：

零件工作图设计（零件图）
零件毛坯图设计
机械加工工艺规程设计（工艺卡）
关键工序的专用夹具设计（可选，但作为课程设计强烈推荐）

2 设计要求

功能要求： 摇臂座必须能可靠地支撑摇臂轴，并承受来自摇臂的周期性冲击载荷和摩擦力，保证摇臂轴在孔内转动灵活，且轴向定位准确。
性能要求： 具有足够的强度、刚度和耐磨性，在发动机工作温度和工况下不发生变形或失效。
工艺要求： 结构工艺性要好，即设计的零件形状应易于通过铸造、锻造或机械加工等方式制造出来，且成本要低。
标准化要求： 设计中涉及的尺寸、材料、公差、表面粗糙度等，应尽量采用国家标准（GB）或行业标准。

第二部分：设计步骤详解

这是一个系统性的过程,建议按以下顺序进行。

明确设计原始数据

这是所有设计的基础,通常由指导老师提供，或从相关发动机维修手册、产品目录中查找，至少需要以下数据：

发动机型号： CBR250R, 丰田 5A-FE 等。
摇臂轴直径： 这是摇臂座核心孔的尺寸，φ20h6。
摇臂轴长度： 决定了摇臂座在轴上的支撑跨度。
摇臂外形尺寸： 决定了摇臂座与摇臂接触面的尺寸和形状。
气门弹簧最大作用力： 用于计算摇臂座的载荷。
发动机工作温度： 用于选择材料和考虑热膨胀。

总体方案设计与结构设计

根据摇臂的功能（支撑摇臂轴、传递凸轮升程），确定其基本结构，通常是一个带有底板、支撑臂和安装孔的“L”形或“U”形铸件/锻件。

底板设计：

作用： 将摇臂座固定在气缸盖或缸体上。
设计要点：
- 确定安装孔的数量（通常2-4个）、位置和直径（如M8螺纹孔）。
- 考虑扳手空间,安装孔周围应留有足够的间隙。
- 底板应有一定的厚度以保证刚度。

支撑臂设计：

作用： 支撑摇臂轴。
设计要点：
- 核心孔： 根据步骤一的摇臂轴直径确定，φ20H7，孔的两端通常有倒角，便于装配。
- 壁厚： 根据经验或类比法确定，一般在5-10mm之间，以保证强度和刚度，同时减轻重量。
- 加强筋： 在支撑臂和底板连接处，或受力较大部位，设计三角形或梯形的加强筋，以提高结构刚度，防止变形。
- 与摇臂的接触面： 设计一个平面或凸台，用于安装摇臂，这个面需要有较高的平面度和较低的表面粗糙度。

工艺结构设计：

铸造圆角： 所有壁厚连接处必须设计成圆角，以避免应力集中和便于造型。
拔模斜度： 如果采用铸造毛坯，必须在零件图上标注拔模斜度（通常为1°-3°）。
倒角与倒圆： 孔口、轴肩、螺纹孔入口等处必须设计倒角或倒圆，以去除毛刺、便于装配。
凸台/凹坑： 为减少加工面积，将与其它零件接触的安装面设计成凸台或凹坑。

材料选择

常用材料：
- HT200 / HT250 (灰铸铁)： 最常用，优点是铸造性能好、减振性好、耐磨性好、成本低，适用于大批量生产的发动机。
- ZG270-500 (铸钢)： 强度和韧性高于铸铁，但铸造性能较差，成本较高，用于高负荷或冲击较大的场合。
- 35 / 45 (优质碳素结构钢)： 通过锻造或轧制制成毛坯，再进行机加工，力学性能好，但成本较高。
- ZL104 (铝合金)： 用于现代发动机，优点是重量轻、散热好，但强度和耐磨性相对较差，有时会在关键部位（如轴孔）镶入青铜衬套。
选择依据： 根据零件的受力情况、工作环境（温度、腐蚀）、生产批量和经济性综合选择，对于课程设计，HT250 是一个非常标准和稳妥的选择。

技术要求确定

这是零件图的核心,决定了零件的质量。

尺寸公差与配合：

核心孔（摇臂轴孔）： 这是最重要的尺寸，通常采用基孔制过渡配合或间隙配合，以保证轴孔既能同轴转动，又不能晃动。φ20H7 (孔的公差) 与摇臂轴 φ20h6 (轴的公差) 形成最小间隙为0、最大间隙为+0.021mm的配合，非常适合。
安装孔： 用于固定的螺栓孔，公差要求较低，可以采用 H11 或 H12，甚至未注公差。
高度/长度尺寸： 影响配气机构正时，公差要求中等，可选用 H9 或 H10。

形位公差：

同轴度： 如果摇臂座上有两个支撑孔，必须标注它们之间的同轴度，以保证摇臂轴能顺利装入。
平行度： 底板安装面与摇臂轴孔的中心线之间应有平行度要求，否则会导致摇臂倾斜，加速磨损。
垂直度： 摇臂轴孔的中心线与底板安装面之间应有垂直度要求。
对称度： 如果结构对称，安装孔的位置应相对于中心线对称。

表面粗糙度：

核心孔内表面： 与摇臂轴直接接触，要求最高，Ra值通常为 8μm 或 6μm。
底板安装面： 与气缸盖贴合，要求较高，Ra值通常为 2μm。
与摇臂的接触面： 要求中等，Ra值通常为 3μm。
其他加工面： 如螺纹孔、端面等，Ra值通常为 5μm。
非加工面（铸件表面）： 标注 Ra 25 或 未加工面。

热处理要求：

对于铸铁件,通常进行时效处理，以消除内应力，防止加工后变形。
对于钢制件,可能需要进行调质或表面淬火，以提高硬度和耐磨性。
在技术要求中注明：“铸件应进行时效处理。”

绘制零件图

使用AutoCAD或SolidWorks等软件,严格按照国家标准绘制。

视图选择： 通常采用主视图（反映主要结构特征）、俯视图和左视图，必要时使用局部剖视图、向视图或剖视图来表达内部结构。
标注完整： 清晰、完整、准确地标注所有尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度、技术要求等。
标题栏： 填写零件名称、图号、材料、比例、设计者、日期等信息。

设计毛坯图

毛坯类型： 根据生产批量和材料选择，如砂型铸造、金属型铸造或自由锻。
毛坯尺寸： 在零件图尺寸基础上，加上加工余量（查表确定）和铸造斜度、圆角等工艺参数。
绘制要求： 单独绘制一张毛坯图，只需标注总体尺寸和重要的毛坯尺寸，不需要标注公差和粗糙度。

制定机械加工工艺规程

这是将设计转化为产品的关键路径。

分析零件图和装配图： 明确零件的技术要求和作用。
选择定位基准：
- 粗基准： 选择未加工的毛坯表面作为第一次加工的定位基准，通常选择面积较大、平整的毛坯面。
- 精基准： 使用已加工的表面作为后续工序的定位基准，遵循“基准统一”和“基准重合”原则，先加工底板安装面，然后以此为精基准加工其他所有表面。
选择加工方法：
- 平面： 铣削、刨削。
- 孔：钻削、扩孔、铰孔、镗孔。
- 螺纹： 攻丝。
制定工艺路线： 安排加工顺序（先粗后精、先面后孔、先主后次）。
- 典型工艺路线： 铸造毛坯 → 时效处理 → 划线 → 粗铣底板安装面及两侧面 → 精铣底板安装面 → 以底面为基准，钻、铰（或镗）摇臂轴孔 → 钻、攻安装螺纹孔 → 去毛刺、清洗 → 检验。
选择机床和刀具： 根据工序内容选择合适的X52立铣床、Z525摇臂钻床、麻花钻、铰刀、丝锥等。
确定切削用量： 查阅切削手册，确定每道工序的切削速度、进给量和背吃刀量。
编制工艺卡： 将以上内容整理成标准的机械加工工艺过程卡片和工序卡片。