《某汽油機曲軸飛輪組設(shè)計[答辯畢業(yè)論文 資料 ]》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《某汽油機曲軸飛輪組設(shè)計[答辯畢業(yè)論文 資料 ]（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載摘 要曲軸是汽油機最主要的部件之一。它的尺寸參數(shù)在很大程度上決定并影響著汽油機的整體尺寸和重量，汽油機的可靠性和壽命也在很大程度上取決于曲軸的強度。因此，設(shè)計新型汽油機或老產(chǎn)品進(jìn)行改造時必須對曲軸強度進(jìn)行嚴(yán)格的安全校核。本文主要介紹了汽油機的總體設(shè)計思想的確定以及曲軸飛輪組零件的設(shè)計過程。內(nèi)容包括汽油機總體設(shè)計方案的選擇，動力性指標(biāo)的確定，曲軸飛輪零件圖的繪制時的參數(shù)選擇，包括曲軸及飛輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計，制造時所需注意的加工過程以及檢驗產(chǎn)品時強度校核等內(nèi)容。本文還運用到了 Pro/E 三維軟件制圖對曲軸飛輪組所有零件進(jìn)行三維建模：包括整體式曲軸（全支承） ，曲軸前端的正時齒輪、皮帶輪、甩油盤等，扭轉(zhuǎn)減振器，飛輪及其齒圈等。對各組件進(jìn)行虛擬電子裝配。關(guān)鍵詞：汽油機，曲軸，飛輪，Pro/EABSTRACTGasoline engine crankshaft is one of the main components. Its dimensions and influence largely determines the overall size and gasoline weight, reliability and life of gasoline also largely depends on the strength of the crankshaft. Thus, the strength of the crankshaft must be strict security check designing new or old gasoline engine when the product transformation. This paper describes the design process to determine and set of parts crankshaft flywheel gasoline overall design ideas. Including overall design choice gasoline, determining dynamic indicators parameter selection draw when the crankshaft flywheel parts diagram, including the crankshaft and flywheel design of the structure, the required attention to the manufacturing process and the time to test the product strength check content. The article also apply to the Pro / E three-dimensional mapping software on the crankshaft flywheel group all parts for three-dimensional modeling: including the overall crankshaft (full support), the front end of the crankshaft timing gears, pulleys, dumped oil pan, etc., torsional damper, flywheel and the ring gear and the like. Each virtual electronic components for assembly. Keywords: Gasoline engine, Crankshaft, Flywheel, Pro/ E需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載目錄摘 要 ..............................................................................................................................1ABSTRACT..................................................................................................................1第一章 緒論 ..................................................................................................................41.1 選題背景及意義 ..............................................................................................41.2 國內(nèi)外研究概況 ..............................................................................................41.3 曲軸飛輪組概述 ..............................................................................................51.3.1 曲軸 .........................................................................................................61.3.2 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器 .....................................................................................61.3.3 飛輪 .........................................................................................................6第二章 總體設(shè)計方案 ..................................................................................................82.1 汽油機設(shè)計要求 ...............................................................................................82.2 汽油機的主要參數(shù) ...........................................................................................82.2.1 參數(shù)要求 ................................................................................................82.3.2 參數(shù)選定 ................................................................................................9第三章 曲軸設(shè)計 ........................................................................................................103.1 曲軸設(shè)計要求 ................................................................................................103.2 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................103.2.1 支承方式的選擇 ...................................................................................103.2.2 結(jié)構(gòu)型式的選擇 ..................................................................................103.2.3 曲軸的軸向定位 ..................................................................................113.2.4 曲軸端部結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...............................................................................113.2.5 潤滑油道布置 ......................................................................................123.3 曲軸主要尺寸的確定 ....................................................................................133.3.1 曲柄銷的直徑 和長度 ................................................................132D2L3.3.2 主軸頸的直徑 和長度 ................................................................14113.3.3 曲柄臂 ..................................................................................................143.3.4 曲軸圓角 ..............................................................................................153.4 曲軸材料選擇及毛坯制造 ............................................................................15需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載3.5 曲軸的平衡 ....................................................................................................153.5.1 曲軸的平衡性分析 ...............................................................................153.5.1 曲軸平衡塊的布置方式 ......................................................................173.6 曲軸疲勞強度校核 ........................................................................................183.6.1 疲勞強度計算 ......................................................................................183.6.2 提高曲軸疲勞強度的結(jié)構(gòu)措施 ..........................................................233.6.3 提高曲軸疲勞強度的工藝措施 ...........................................................24第四章 飛輪設(shè)計與計算 ............................................................................................264.1 飛輪的作用 .....................................................................................................264.2 飛輪的設(shè)計與計算 .........................................................................................26第五章 其他附件的設(shè)計 ............................................................................................295.1 主軸承的設(shè)計 ................................................................................................295.1.1 主軸承的工作條件 ...............................................................................295.1.2 軸承材料選定 ......................................................................................305.1.3 軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計與主要尺寸的確定 ......................................................305.2 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器 ............................................................................................31參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................33結(jié) 論 ............................................................................................................................34致 謝 ............................................................................................................................35需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載第一章 緒論1.1 選題背景及意義近年來隨著社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體制和規(guī)模發(fā)生了很大改變，交通運輸以及城鄉(xiāng)物流業(yè)的迅速發(fā)展，使中小功率汽油機銷量持續(xù)上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油機壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟性都要好于汽油機，同時在相同功率的情況下，汽油機的扭矩大，最大功率時的轉(zhuǎn)速低，因此，汽油機在配套使用中將更進(jìn)一步顯示出其優(yōu)越性。到目前為止，汽油機也已成為一種排放清潔、節(jié)省能源的動力。在歐洲，汽油車銷量已占汽車總銷量的 40%多，美國市場的汽油車銷量也在逐漸增加。目前我國農(nóng)用車行業(yè)內(nèi)外環(huán)境，包括社會認(rèn)識、市場供求關(guān)系、產(chǎn)品和制造技術(shù)，都發(fā)生了許多新的變化。農(nóng)用車是我國一個特色的運輸車品種，其投資少、運輸能力強、產(chǎn)出大，正好滿足建設(shè)節(jié)約型社會、提高資源使用效率的需求，從整個國家來講，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。目前我國中東部地區(qū)對農(nóng)用車仍然大量需要，并且西部經(jīng)濟有待進(jìn)一步發(fā)展的地區(qū)隨著發(fā)展農(nóng)民收入的增加，潛在的市場非常大，農(nóng)村運輸工具的不足帶動了輕型和低速載貨汽車的發(fā)展，而汽油機車的經(jīng)濟性拉動了輕型汽油汽車的迅速發(fā)展，以及在農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和國家政策的調(diào)整潮流下，國內(nèi)小型農(nóng)用工程機械市場前景非常好，產(chǎn)銷量迅趨火爆，發(fā)展前景廣闊。1.2 國內(nèi)外研究概況曲軸是在不斷變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)慣性力以及它們的力矩（轉(zhuǎn)矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計曲軸時，應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲和扭轉(zhuǎn)強度。曲軸各軸頸在很高的比壓下以很大的相對速度在軸承中相對滑動，由于曲軸運轉(zhuǎn)工況變化劇烈，有時不能保證液體潤滑，使曲軸壽命大大降低。所以設(shè)計曲軸時要使其摩擦表面耐磨。目前，美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都正致力于開發(fā)綠色環(huán)保高性能發(fā)動機，傳統(tǒng)的曲軸材料和制造工藝已無法滿足其功能要求。這些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家對曲軸加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。而國內(nèi)目前在曲軸材料、加工技術(shù)等方面十分落后，但隨著中國加入 WTO 國內(nèi)一些曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品競爭力，引進(jìn)了許多先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，使國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)水平有了很大的提高，但總體上仍落后于日本和西方發(fā)達(dá)國家。 1）材料 曲軸材料有三種：中碳鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀。并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可采用各種熱處理和表面強化處理來提高抗疲勞強度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的 1/3 左右，因此在國內(nèi)外得到了泛的應(yīng)用。本次設(shè)計的汽油機就采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 2）機械加工技術(shù) 目前國內(nèi)的曲軸生產(chǎn)廠家多采用普通機床加工，生產(chǎn)效率和自動化程度較低。國外一些發(fā)達(dá)國家早已采用專用機床組成的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本次設(shè)計的汽油機曲軸將采用專用機床來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 3）熱處理和表面強化處理技術(shù)，曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。國外一些球墨鑄鐵曲軸采用滾壓工藝與離子氮化進(jìn)行復(fù)合強化，可使整個曲軸的抗疲勞強度提高 130%以上。本次設(shè)計的汽油機曲軸將采用圓角滾壓強化的氮化處理來提高曲軸的抗疲勞強度。 飛輪的作用是調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。飛輪的關(guān)鍵尺寸是外徑，對于灰鑄鐵飛輪，圓周速度不要超過 35～50m/s 否則容易造成由于離心力過大，材料的抗拉不足而使飛輪損壞及材料碎裂飛出的事故。本次設(shè)計的汽油機飛輪采用灰鑄鐵材料。1.3 曲軸飛輪組概述曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時齒輪(或鏈條)等組成。如圖 2-42 所示是曲軸飛輪組的總體結(jié)構(gòu)。1.3.1 曲軸曲軸是承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他輔助裝置(如發(fā)電機、風(fēng)扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵等)。在發(fā)動機工作中，曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力和往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求。1.3.2 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器在發(fā)動機工作過程中，連桿作用在曲軸上的力呈周期性變化。這樣就會使質(zhì)量較小的曲拐相對于質(zhì)量較大的飛輪有扭轉(zhuǎn)擺動(曲拐轉(zhuǎn)速較飛輪轉(zhuǎn)速忽快忽慢)，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)這種扭轉(zhuǎn)振動的自振率頻與連桿傳來的呈周期性變化的激振頻率成整數(shù)倍關(guān)系時，曲軸便會產(chǎn)生共振。這種現(xiàn)象既損失發(fā)動機的功率，也會破壞曲軸和裝在上面的驅(qū)動齒輪、鏈輪、鏈條等附件，嚴(yán)重時甚致將曲軸扭斷。為消除這種現(xiàn)象，曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器1.3.3 飛輪需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，此外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的驅(qū)動件。需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載第二章 總體設(shè)計方案2.1 汽油機設(shè)計要求汽油機設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，它的許多零件是在經(jīng)受高溫，高應(yīng)力和劇烈磨擦的苛刻條件下工作的。因此，我們在設(shè)計的時候，首先要根據(jù)實際需要來確定設(shè)計的目的和要求。（1）功率和轉(zhuǎn)速 作為動力機械，使用者對汽油機第一位的要求是應(yīng)該能夠在規(guī)定轉(zhuǎn)速下發(fā)出所要求的功率。轉(zhuǎn)速和功率的具體數(shù)值是根據(jù)用途來確定的，它在設(shè)計中一般會給出，要求設(shè)計者能夠按要求設(shè)計產(chǎn)品。（2）汽油機的經(jīng)濟性 汽油機的經(jīng)濟性包括：汽油機的使用價值應(yīng)該盡量大，而為使用汽油機所必須付出的代價應(yīng)盡量小。（3）高的工作可靠性和足夠的使用壽命。（4）汽油機外廓尺寸的緊湊和質(zhì)量 在許多中動力裝置中，為了能有更多的有用空間，希望汽油機本身占用的空間縮至最小，即要求汽油機的設(shè)計緊湊，空間占用小，汽油機的質(zhì)量就小，質(zhì)量小是我們追求的目標(biāo)。質(zhì)量小在某種程度上表明所耗用的金屬質(zhì)量少。（5）汽油機設(shè)計的三化問題 所謂三化，指產(chǎn)品系列化，零部件的通用化和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。（6）汽油機的可靠性及其它 工作可靠是汽油機應(yīng)該具有的起碼性能，否則其它性能將無從談起。2.2 汽油機的主要參數(shù)2.2.1 參數(shù)要求本次設(shè)計的汽油發(fā)動機參數(shù)如下：序號 工作過程計算參數(shù) 單位 數(shù)值1 標(biāo)定有效功率 kW 1002 標(biāo)定轉(zhuǎn)速 r/min 65003 標(biāo)定最大扭矩 Nm 1654 設(shè)計最大扭矩轉(zhuǎn)速 r/min 50005 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 r/min 7006 缸徑 m 0.0857 沖程 m 0.0888 壓縮比 109設(shè)計指標(biāo)缸數(shù) 4需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載10 燃料 汽油2.3.2 參數(shù)選定（1）氣缸數(shù)與缸徑壓縮點火式汽油機，由于燃燒過程的特點，汽缸直徑不能過小，一般以不小于 85mm 為宜。汽油機的缸徑應(yīng)符合系列型譜的規(guī)定，其尾數(shù)應(yīng)該取整數(shù)，優(yōu)先選用 0 和 5。給定設(shè)計項目的汽油機氣缸數(shù)為 4，缸徑為 85mm。（2）活塞平均速度活塞平均速度 Cm 也是表征活塞式內(nèi)燃機強化程度（熱負(fù)荷和機械負(fù)）的重要參數(shù)之一。它對于內(nèi)燃機的性能，工作可靠性和使用壽命有很大的影響。一般說來，Cm 增大會使發(fā)動機的功率增高，但活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，磨損加劇，壽命下降。本次設(shè)計的標(biāo)定轉(zhuǎn)速為 6500r/min。（3）平均有效壓力平均有效壓力 是標(biāo)志內(nèi)燃機整個循環(huán)過程的有效性及內(nèi)燃機制造完善性meP的指標(biāo)之一， 值的不斷提高是內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。由于它決定了發(fā)動機的強化程度，反映了發(fā)動機結(jié)構(gòu)與制造要達(dá)到的質(zhì)量，故必須慎重的選擇。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，平均有效壓力應(yīng)根據(jù)同類型發(fā)動機的實際數(shù)據(jù)來初步選定，在本次設(shè)計中，初步選定 =0.5MPa。meP（4）行程 S行程增加可以提高平均有效壓力 但是在氣缸直徑不變的情況下，S 的增me加即行程缸徑比 S/D 增加，導(dǎo)致活塞平均速度提高，有磨損加速、壽命降低等問題。本次設(shè)計中給定行程 S=88mm（5）氣缸中心距及其與缸徑的比值氣缸中心距及其與缸徑的比值，是表征汽油機長度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)，它與汽油機的強化程度、氣缸排列和機體一的剛度有關(guān)。缸心距的大小主要取決于氣缸蓋型式（整體式、塊狀式或單體式） 、氣缸套型式（干式或濕式） 、直列式還是 V 型、水冷還是風(fēng)冷、以曲軸的結(jié)構(gòu)型式和尺寸分配。本設(shè)計中氣缸中心距 L 取為 96mm。（6）壓縮比壓縮比直接影響汽油機的性能、機械負(fù)荷、超支性能，以及主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸。在一定范圍內(nèi)，汽油機的熱效率隨壓縮比的增加而提高。增大壓縮比也可使汽油機的起動性能獲得改善。但壓縮比的提高將使氣缸最高爆發(fā)壓力相應(yīng)上升，機械負(fù)荷增加對汽油機使用壽命有影響。此次設(shè)計中壓縮比 ε 初步定為 10。需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載第三章 曲軸設(shè)計3.1 曲軸設(shè)計要求曲軸設(shè)計時應(yīng)符合以下要求：（1）有足夠的疲勞強度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計時應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，加強薄弱環(huán)節(jié)；（2）有足夠的剛度，使曲軸變形不致過大；（3）頸具有良好的耐磨性。應(yīng)根據(jù)軸頸比壓，選取適當(dāng)?shù)妮S承材料、軸頸硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的壽命；（4）柄排列合理，以保證汽油機工作均勻；曲軸平衡性好，以減小振動和主軸承最大負(fù)荷；（5）料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強度潛力。不難看出，上述強度、剛度、耐磨、輕巧的要求之間是存在矛盾的。由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設(shè)計曲軸時，至今還沒有一個能完全反映實際的理論公式可供通用。因此，目前曲軸的設(shè)計主要是依靠經(jīng)驗設(shè)計，即利用許多現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計資料。借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計、強度復(fù)核、曲軸樣品試驗，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸與加工工藝等。3.2 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.1 支承方式的選擇按支承方式曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸。全支承曲軸是每兩個（V 型發(fā)動機為兩排）氣缸間均設(shè)有主軸承的曲軸；而非全支承曲軸是每隔兩個（V 型發(fā)動機為兩排）氣缸設(shè)有一個主軸承的曲軸。由于汽油機的爆發(fā)壓力較高，因而一般都采用全支承曲軸；僅有個別小缸徑汽油機為縮短缸心距，減少主軸承數(shù)，采用非全支承曲軸。因此此次設(shè)計采用全支承曲軸。3.2.2 結(jié)構(gòu)型式的選擇按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。整體式曲軸的毛坯是由整根鋼料鍛造或用鑄造方法澆鑄出來的。整體式曲軸結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作可靠，而且剛度和強度較高，加工面也比較少，在中高速汽油機上應(yīng)用非常普遍。需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載組合式曲軸是把曲軸分成很多便于制造的單元體，然后將各部分組合裝配而成。按劃分單元體的不同，又可分為全組合式曲軸與半組合式曲軸。大功率汽油機和小型二沖程發(fā)動機上常采用組合式曲軸。由于此次設(shè)計的是直列四缸汽油機，故選用平面（圖 3-1）布置，曲柄互成空間 180°夾角， 靜平衡但動不平衡，該方案的不平衡系數(shù)較小，易于采取平衡措施，而且此次設(shè)計的是高速汽油機，采用該布置第二階往復(fù)慣性力較小，可以不考慮。圖 3-1綜上所述，此次設(shè)計采用整體式曲軸。3.2.3 曲軸的軸向定位為防止曲軸的軸向定位，保證工作正常，曲軸需設(shè)有軸向定位。中高速汽油機的曲軸通常用止推片或止推軸瓦做止推軸承。大多數(shù)汽油機把止推軸承設(shè)在輸出端，這樣當(dāng)曲軸受熱伸長時離合器的間隙可保持不變。但裝在曲軸自由端的正時齒輪會產(chǎn)生一些位移。在一些汽油機中由于中央主軸承的負(fù)荷大而增加其長度，并用它作止推軸承。當(dāng)軸向力不是很大，又不是經(jīng)常作用時，止推軸承多采用翻邊軸瓦，或采用止推片。翻邊軸瓦的制造比較困難，所以一般汽油機中多用止推片的結(jié)構(gòu)。在軸向經(jīng)常作用或數(shù)值較大的情況下，多采用止推滾動軸承。圖 3-34本次設(shè)計采用止推片的止推方式，并且安裝在中央主軸承上 。??103.2.4 曲軸端部結(jié)構(gòu)設(shè)計曲軸兩端分別為自由端和輸出端。大多數(shù)汽油機的機油泵，水泵等輔助裝置的驅(qū)動齒輪以及曲軸的扭轉(zhuǎn)減振器均安裝在自由端。飛輪裝于輸出端，汽油需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載機產(chǎn)生的功率經(jīng)輸出端輸出，但在某些工程機械或農(nóng)用汽油機上，曲軸自由端也可輸出部分乃至全部功率。驅(qū)動配氣機構(gòu)和噴油泵的曲軸正時齒輪布置于自由端或輸出端。當(dāng)曲軸正時齒輪布置在輸出端時，可將正時齒輪直接制造在曲軸上。曲軸輸出端一般借法蘭通過定位銷和螺栓來安裝飛輪。為提高曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度，最后一道主軸承至曲軸法蘭的軸段應(yīng)盡量短粗，甚至其直徑和曲軸法蘭相同，這樣也便于套裝油封。曲軸法蘭大小應(yīng)根據(jù)主軸承直徑及油封裝置來決定。飛輪緊固螺栓分布的圓周直徑，最好使螺栓孔位于主軸頸外，并能讓開主軸頸到法蘭過度圓角 。??13.2.5 潤滑油道布置軸承的工作能力在很大程度上取決于潤滑條件。曲軸主軸頸和曲柄銷一般采用壓力潤滑。曲軸上油道與油孔的設(shè)計，對于曲軸軸承的潤滑及曲軸強度都有重要的影響，因此必須十分慎重地選擇油道的方案和確定油孔的位置。潤滑油通常先進(jìn)入主軸承再進(jìn)入連桿軸承。將機油輸送到曲軸軸承中去的供油方法有兩種：（1）分路供油 多數(shù)汽油機采用這種供油方法。潤滑油由主油道直接送到各主軸承。（2）集中供油 主軸承采用滾動軸承時需采用集中供油。集中供油多采用所謂假軸承結(jié)構(gòu)。假軸承上也澆有一層軸承合金。潤滑油從假軸承通過軸頸上的油孔進(jìn)入曲軸內(nèi)腔。確定主軸頸和曲柄銷上油孔定位時，既要考慮到潤滑和軸瓦的冷卻，又要對軸頸強度削弱最小。從保證潤滑考慮，希望主軸頸油孔開在最大軸頸壓力作用線方向。曲柄銷油孔開在壓力最小的地方，以保證連桿軸承供油充足。曲柄銷最小負(fù)荷通常位于曲柄銷平面以曲柄銷軸心為中心向著曲軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)敖堑牡胤剑?角可由軸心軌跡圖求出。從強度觀點考慮，油孔不應(yīng)位于曲柄??平面內(nèi)而應(yīng)在曲柄垂直平面內(nèi)。因為在曲柄垂直平面內(nèi)，曲柄銷表面彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力都比較小。因此應(yīng)兼顧上述兩項要求來確定油孔的位置，同時還應(yīng)考慮曲軸結(jié)構(gòu)和鉆孔的工藝性。為了減小應(yīng)力集中，油孔出口應(yīng)到角，拋光。（3）油孔直徑：d=(0.07~0.10)D=5.95~8.5mm 取 d=6 mm。圖 3-2 所示為本次潤滑油道的布置方案 。??8需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載圖 3-23.3 曲軸主要尺寸的確定在設(shè)計汽車拖拉機這一類高速汽油機的曲軸時，它的基本尺寸大多根據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求來確定，再由強度校核修正。因為曲軸與活塞連桿組件和機體有密切的聯(lián)系，曲軸的設(shè)計不能孤立進(jìn)行。各部分尺寸多以與氣缸直徑的相對值表示，而氣缸直徑又是限制曲柄銷直徑的重要因素。曲柄長度方向的尺寸基本上決定于氣缸中心距 。0L表 3-1 曲軸主要結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計范圍（車輛用）柴油機 汽油機機型 結(jié)構(gòu)尺寸 直列 V 列 直列 V 列/D1D0.70~0.800.75~0.850.75~0.850.85~0.95 0.65~0.70 0.60~0.70主軸徑/D1L0.30~0.36 0.24~0.30 0.30~0.35 0.25~0.30/D20.60~0.700.67~0.72 0.63~0.72 0.60~0.65 0.55~0.62連桿軸徑/D2L0.32~0.37 0.23~0.28 0.31~0.35 0.45~0.60h/D 0.22~0.28 0.20~0.25 0.18~0.25 0.18~0.22曲柄臂b/D 1.05~1.3 1.0~1.3 0.75~1.2 0.75~1.2過渡圓角 r/ 2D0.03~0.05 0.03~0.05平衡重 /S?0.8~0.9 0.9~1.0 0.8~0.9 1.0~1.13.3.1 曲柄銷的直徑 和長度22L在考慮曲軸軸頸的粗細(xì)時，首先是確定曲柄銷的直徑 。在現(xiàn)代發(fā)動機設(shè)2D需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載計中，一般趨向于采用較大的 值，以降低曲柄銷的比壓，提高連桿軸承工作2D的可靠性，提高曲軸的剛度。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭加大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力增大，對曲軸及軸承的工作帶來不利。因為隨曲柄銷直徑增大帶來的軸系自振頻率增加，會被旋轉(zhuǎn)質(zhì)量增加引起的自振頻率下降所抵消，可能增加扭轉(zhuǎn)振動的危害。此外，曲柄銷直徑增大也會增加軸承摩擦功率損失，導(dǎo)致軸承溫度升高，增加潤滑油熱負(fù)荷。為此，曲柄銷直徑不應(yīng)取得較大。曲柄銷的長度 是再選定 的基礎(chǔ)上考慮的。2L2D根據(jù)表 3-1，初步選取曲柄銷的直徑 =（0.60~0.65）D=51~55.25mm, 取 =55mm;2 2D曲柄銷的長度 =（0.31~0.35）D=26.35~29.75mm, 取 =28mm 。LL??43.3.2 主軸頸的直徑 和長度1D1L從軸承負(fù)荷出發(fā)，主軸頸可以比曲柄銷細(xì)些，因為主軸承最大負(fù)荷小于連桿軸承。但是為了最大限度地增加曲軸的剛度，加粗主軸徑是有很大好處的。因為第一，加粗主軸徑不同于加粗曲柄銷那樣有很多副作用，加粗主軸頸能增加曲柄軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動慣量，故可提高自振頻率，減輕扭振危害；第二，加粗主軸頸后可以相對縮短其長度，從而給加厚曲柄臂，提高其強度提供可能。根據(jù)表 3-1，初步選取主軸頸直徑 =（0.65~0.70）D=55.25~59.5mm 取 =60mm;1D1D主軸頸長度 =（0.30~0.35）D=25.5~29.75mm 取 =28mm 。LL??53.3.3 曲柄臂曲柄臂是曲軸中最薄弱的部分之一，它在曲柄平面內(nèi)的抗彎剛度和強度都較差。實踐表明：由交變彎曲應(yīng)力造成的曲柄臂斷裂是曲軸的主要損壞型式。曲柄臂應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸龋瑢挾?，以使曲軸有足夠的剛度和強度。曲柄形狀應(yīng)合理，以改善應(yīng)力分布?，F(xiàn)代高速汽油機曲柄的形狀大多采用橢圓形和圓形。試驗證明：橢圓形曲柄具有最好的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。其優(yōu)點是盡量去掉了受力小或不受力的部分，其重量減輕，應(yīng)力分布均勻。但加工方法較復(fù)雜，采用模鍛或鑄造的方法可以直接成型。根據(jù)表 3-1, 初步選取曲柄臂厚度 h=（0.18~0.25）D=15.3~21.25mm 取 h=20mm；需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載曲柄臂寬度 b=（0.75~1.20）D=63.75~102mm 取 b=70mm 。??63.3.4 曲軸圓角曲軸主軸頸和曲柄臂連接的圓角稱為主軸頸圓角，曲柄銷和曲柄臂連接的圓角稱為曲柄銷圓角。由于曲柄銷圓角和主軸頸圓角是曲軸應(yīng)力最大的部位，且應(yīng)力沿圓角輪廓分布也極不均勻，故圓角的輪廓設(shè)計十分重要。曲軸圓角半徑 r 應(yīng)足夠大，根據(jù)表 3-1, r/ =0.03~0.05=2.55~4.25mm，圓角1D半徑過小會使應(yīng)力集中嚴(yán)重。為了增大曲軸圓角半徑，且不縮短軸頸有效工作長度，可采用沉割圓角，設(shè)計沉割圓角時應(yīng)該保證曲柄臂有足夠厚度。曲軸圓角也可由半徑不同的二圓弧和三圓弧組成。當(dāng)各段圓弧半徑選擇適當(dāng)時可提高曲軸疲勞強度，增加軸頸有效承載長度。本次設(shè)計遵循以上原則，選取圓角半徑 r=3mm 。??73.4 曲軸材料選擇及毛坯制造常用的曲軸材料有可鍛鑄鐵，合金鑄鐵，球墨鑄鐵，碳素鋼和合金鋼等，相應(yīng)的毛坯也分為鑄造與鍛造。鍛造曲軸一般采用中碳鋼或者合金鋼制造，毛坯生產(chǎn)需要大型鍛壓設(shè)備，雖然毛坯尺寸比較精確，減少了加工余量，提高了材料利用率，此外，鍛造能夠使材料的金屬纖維成方向性排列，纖維方向和曲軸形狀大致相符，這大大提高了曲軸的抗拉強度和彎曲疲勞強度。但是鍛造曲軸成本過高，大約是球鐵曲軸的 3-7 倍。雖然鑄造曲軸主要是球鐵曲軸有很多缺點，例如彎曲疲勞強度比較低，較容易發(fā)生斷裂，相同尺寸的球鐵曲軸與鍛造曲軸相比，剛度差。但它的優(yōu)點也相當(dāng)明顯，例如球墨鑄鐵曲軸經(jīng)正火處理后的機械性能已接近蔌超過一般的中碳鋼，盡管鋼的疲勞強度比球墨鑄鐵高，但曲軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼曲軸難免會有油孔、過渡圓角和材質(zhì)上留有缺陷面造成應(yīng)力集中，從面降低了曲軸的疲勞強度。球鐵可以鑄造出復(fù)雜的曲軸形狀，使其應(yīng)力分布均勻，且球墨鑄鐵對缺口敏感度低、變形小，使球墨鑄鐵曲軸的實際彎曲的扭轉(zhuǎn)疲勞強度與正火中碳鋼相近。球鐵曲軸的耐磨性好，吸振能力強，有較好的自潤滑和抗氧化性能。綜上分析，本次設(shè)計采用球墨鑄鐵曲軸。3.5 曲軸的平衡3.5.1 曲軸的平衡性分析對曲曲軸軸平衡性的分析可以采用兩種方法,矢量圖法和數(shù)學(xué)分析法,此次設(shè)需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載計中我采用的是數(shù)學(xué)分析法:（1）分析 ????2Pcos120cos120rvrmR???????????? ?? ??2ininrHr??20rvrvrvPP???因為 所以??120cosqjIj iimR????? 0jIP????212cos120jj??????????? ?? ??取通過第二氣缸中心線且垂直于曲軸中心線的平面為力矩的計算基準(zhǔn)平面。 ??2 20 03cos120cosin2rvr rMmRLmRL???????????????????????2 20 0in irHr r?????22203rrvrHrMRL?????令203sincosvrdMmRL??????????得 即3??2ax0rrL?因為 和 的公式形態(tài)一樣rvjI所以2Im03jaxjMR???可知 ，0r???1???2 20 03cos210cosin2jj jLmRL?????? ?????????????????令 得 2α=30°203incosjjdMmR?????即 ，230??2ax0j jRL???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載由上得知一、二級往復(fù)慣性力矩的正、反轉(zhuǎn)矢量 1jIMAB???????12103ijmRLe????? ????12103ijBmRLe???????2j????220ijAe?????? ??2220ije??????（2）慣性力矩的平衡方法一般,只采用曲軸附加偏角(或扇形)平衡塊的方法將全部平衡掉。其中，K值需要與汽油機的配套裝置一道試驗確定。對一、二級往復(fù)慣性力，不另添置平衡軸，而讓其自行存在。由此收起的振動是許可的。為了獲得良好的外部平衡性能，應(yīng)對帶平衡塊的曲軸進(jìn)行仔細(xì)地靜、動平衡，并把活塞組、連桿組的重量嚴(yán)格控制在誤差范圍內(nèi)。3.5.1 曲軸平衡塊的布置方式曲軸平衡塊的作用是用來平衡曲軸不平衡的旋轉(zhuǎn)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力矩，有時也可以平衡往復(fù)慣性力及其力矩，并可以減速小主軸承的負(fù)荷。隨著汽油機轉(zhuǎn)速的提高，多數(shù)離心慣性力和離心慣性力矩已自行平衡的曲軸也配置平衡塊，這主要是為了減輕主軸承的最大負(fù)荷，保證軸承有良好的潤滑條件，減小曲軸和曲軸箱所受的離心慣性力矩。但曲軸配置平衡塊后，重量增加，制造工藝復(fù)雜，曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動自振頻率降低。因此，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速，曲軸結(jié)構(gòu)，曲柄排列，軸承負(fù)荷以及對平衡的要求等因素綜合考慮是否配置平衡塊。一般低速汽油機不需要配置平衡塊，高度汽油機則需要配置平衡塊。平衡方案的選擇，平衡塊重量的計算與布置，應(yīng)該仔細(xì)考慮。平衡塊的重心應(yīng)盡量遠(yuǎn)離曲軸中心線，以提高平衡效果。但平衡塊一般不超過曲軸旋轉(zhuǎn)所掃過的范圍。平衡塊厚度一般與曲柄臂相同 。??93.6 曲軸疲勞強度校核3.6.1 疲勞強度計算本計算采用 Ricardo 計算方法,該計算方法有兩點假設(shè)。曲軸的每一曲拐是相互獨立的，不受曲軸其他部分受力的影響，并以簡支梁的形式支撐在主軸承上。曲軸所受力是以點負(fù)荷的形式作用在曲軸上的。如圖 5-1需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載圖 5-1 曲拐受力分析圖（1）已知條件缸徑 D=85 ,行程 S=88 ,連桿長 L=150 ,氣缸數(shù) i=4,發(fā)動機轉(zhuǎn)mm=6500r/min,最大平均有效壓力 Pme=0.5MPa,活塞連桿組往復(fù)質(zhì)量 m1=1.6Kg,活n塞連桿組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 m2=3.1Kg。（2）彎曲應(yīng)力計算1）曲軸受力計算（a）壓縮上止點時的曲軸作用力：(5-2)mxamax2pjLRFF???式中， —活塞連桿組往復(fù)質(zhì)量力 ； —活塞連桿組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量力 ；j ()Np ()N2 51[()]082j SnSFL??????583.145603.6()]109???9468.5()N?（b）燃?xì)庾饔昧Γ?22max.8510.723.()4pFd???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載則 max72953.1468.527.()pjFN????（c）排氣上止點時的曲軸作用力：in.934.5()2j2）單個曲拐危險截面上的彎矩（a）圓角處 mxa674.3597.4()A NmMF????ini92068??（b）連桿軸頸中央油孔處max674.1453.2()Bb????ini93.2508NmF??式中， 、 、 、 分別為曲拐危險截面的最大和axAMinmaxBinM最小彎矩 。()N?3）名義彎曲應(yīng)力 n?， maxanbW??minib?式中， —為彎矩， 。33 3.147608.()52b mD???、 為截面的最大、最小名義彎曲應(yīng)力 。maxnin ()MPa（a）圓角處maxax9357.412.()608AnbMW???imi ..A Pa?（b）連桿軸頸中央油孔處 axax160453.2.9()78Bnb???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載mini58407.6()6.bnBMMPaW????4）名義彎曲平均應(yīng)力及名義應(yīng)力幅為， axinm2n?maxin2n??（a）圓角處axmin1.453.9()nA MP???ai2.8.n a??（b）連桿軸頸中央油孔處maxin0.976.0()22nB P????ai.14.3nn Ma??5）彎曲應(yīng)力， ；mnb???anb?式中， —應(yīng)力集中系數(shù), 、 —為彎曲平均應(yīng)力及彎曲應(yīng)力幅 ；a ()MPa根據(jù)理論應(yīng)力集中系數(shù) 由式（5-3）計算。 b??（5-3）1()????式中， ；boVA??0.450.45()()1.21229bofRt?????34()1.926.43().873..61b ppppwwDD????式中， —連桿軸徑 ， —曲柄臂厚度 。pDmft()m22()4fpjSw???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載式中， —主軸頸直徑 。jD()m22738506(3.154w?????則234.6.6.151.926.().870.4()()350().7bV??????（5-3421960.7.50.6??????4），則 。2..4??.8?= 1()b??102(1).6??圓角處= mnb?.67.9()MPaa??14320??桿軸頸中央油孔處取連桿軸頸中央油孔處的應(yīng)力集中系數(shù) ，帶入（5-4）得3.75?，則 0.375?()b???1.(1)2.0???2.0367)49.mnabMPa?????（3）切應(yīng)力計算1）扭矩計算（5-5）72104.57mmeSipTD?????式中， —為發(fā)動機平均扭矩 ；()N?將已知條件代入得 ；最大扭矩.4max105()KT???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載式中 為系數(shù)，兩缸機取 =10。最小扭矩KKminax215.4923.()NmT??????2）名義應(yīng)力連桿軸頸的抗彎截面系數(shù)， =63 ，則316ptDW??m349071.tW?axm5423.()907.ntTMPa?ini 18..t???式中， ， —分別為名義最大，最小切應(yīng)力 。mi?ax ()MPa名義平均切應(yīng)力及名義切應(yīng)力幅分別為axin23.518.3()n????mai..2n Pa?3）切應(yīng)力（a）圓角處理論應(yīng)力集中系數(shù) ?0.25.1()()puDPR???1.40.25.()634863????式中， 為圓角半徑 ， 為重疊度 ， 連桿軸頸直徑 。將()m()mPD()m代入式（5-4）中得， ，則切應(yīng)力集中系數(shù)0.7?則1()??????4(1.8).34???.32.mnMPa06.95()a?式中， 、 —為平均切應(yīng)力及切應(yīng)力幅 。a（b）連桿軸頸中央油孔處需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載理論應(yīng)力集中系數(shù) ，將其代入式（5-4）中得， ， 3.75 ??0.375??切應(yīng)力集中系數(shù) 則1()0.375(.1)2???????2.04.mnMPa???38()a?根據(jù)以上計算數(shù)值參考經(jīng)驗數(shù)值[14] 此次設(shè)計的曲軸可采用材料 40Cr此材料的強度完全滿足以上要求。3.6.2 提高曲軸疲勞強度的結(jié)構(gòu)措施在載荷不變的條件下，要降低最大彎曲應(yīng)力，提高曲軸的彎曲強度就應(yīng)設(shè)法降低曲軸圓角處的應(yīng)力集中效應(yīng)；適當(dāng)減小單拐中間部分的彎曲剛度，使應(yīng)力分布較為均勻，即用結(jié)構(gòu)措施使彎曲形狀系數(shù)最大限度下降。（1）加大軸頸重疊度采用短行程是增加重疊度的有效措施，它比通過增大主軸頸來增加重疊度的作用大。為了使重疊度 A 變成無量綱參數(shù)，以便對不同發(fā)動機進(jìn)行比較，引用重疊度 ?（5-1）21pjDs??（2）加大過渡圓角過渡圓角的尺寸、形狀、材料組織、表面加工質(zhì)量和光潔度等對曲軸應(yīng)力的影響十分明顯。前面已論述為了減小圓角部位的應(yīng)力集中效應(yīng)，必須增大圓角半徑 R。但隨 R 的增大軸頸有效承壓長度縮短。為解決這一矛盾，設(shè)計了曲率過渡曲線。但是這種過渡曲線要求對精磨圓角的砂輪進(jìn)行專門的修整，工藝復(fù)雜。如果修整的不準(zhǔn)，可能會弄巧成拙，所以應(yīng)用不廣。為了能增大半徑 R 同時保證軸頸的有效承壓長度，可采用曲軸沉割圓角。它把過渡圓角移到曲柄上，形成組合內(nèi)凹圓角，這時最大應(yīng)力點移向曲柄里端，因此要注意內(nèi)凹圓角不能太深，否則會過多的削弱曲柄的強度，反而使曲柄強度降低。一般 R/D=0.05-0.07，當(dāng) R 〉0.07D 時，隨 R 的增加，使應(yīng)力集中減少已不明顯。由于工藝上的考慮，在任何情況下 R 的絕對值不應(yīng)小于 2mm。為了使曲軸工作可靠，圓角表面光潔度不應(yīng)小于 8 ，不允許存在材料組織的缺陷。（3）采用空心軸頸若以提高曲軸彎曲強度為主要目標(biāo)，采用主軸頸