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武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 186F曲軸的設(shè)計(jì)與 校核計(jì)算 姓 名 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 **學(xué)院車(chē)輛與交通工程系 二○一四年五月 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展 2 1.2.2 曲軸強(qiáng)度計(jì)算發(fā)展 2 1.3 零件分析 3 1.4 零件的作用 3 1.5 186F柴油機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)目的 3 1.5.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 3 1.5.2 186F柴油機(jī)的基本參數(shù) 4 2 曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 5 2.1 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求 5 2.2 曲軸的材料 6 2.3 曲軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 6 2.4 曲軸強(qiáng)化的方法 6 3 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 8 3.1 曲軸 8 3.1.1 曲軸簡(jiǎn)述 8 3.1.2 曲軸設(shè)計(jì) 9 3.2 曲柄 12 3.2.1 曲柄簡(jiǎn)述 12 3.2.2 曲柄設(shè)計(jì) 13 3.3 飛輪 13 3.3.1飛輪的簡(jiǎn)述 13 3.3.2飛輪的設(shè)計(jì) 14 4 柴油機(jī)曲軸的校核計(jì)算 15 4.1 曲軸的校核 15 4.2 曲軸的疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 15 總 結(jié) 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 186F曲軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 摘 要 曲軸是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件。它的作用是把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將作用在活塞的氣體壓力變成扭矩，用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作。曲軸在工作時(shí)承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強(qiáng)度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確，且潤(rùn)滑可靠。 本文主要分為四個(gè)部分：第一部分為本文的開(kāi)篇，即緒論部分，主要介紹柴油機(jī)、曲軸，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述和評(píng)價(jià)。第二部分主要介紹了柴油機(jī)曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇。第三部分是柴油機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)。第四部分以186F柴油機(jī)為例，通過(guò)查閱內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的曲軸運(yùn)動(dòng)部件做了校核。最后，為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)，優(yōu)缺點(diǎn)等。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)被加工曲軸的技術(shù)要求，進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)，然后根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理和方法，擬定曲軸設(shè)計(jì)方案，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要工作有：繪制產(chǎn)品零件圖，了解零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求；繪制裝配總圖和主要零件圖。 關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸；設(shè)計(jì) （此畢業(yè)設(shè)計(jì)獲得 2013屆優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)榮譽(yù)，有完整的零件圖，裝配圖 ，并且有開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯，保證讓你的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利過(guò)關(guān)！先找份好的工作，不再為畢業(yè)設(shè)計(jì)而發(fā)愁?。?！有需要零件圖和裝配圖的同學(xué)請(qǐng)聯(lián)系QQ：994166684） 186F DESIGNAND CHECKING CALCULATION OF CRANKSHAFT Abstract The crankshaft is one of the important parts of diesel engine. Its role is to put the piston reciprocating linear motion into rotary motion and the effect on piston gas pressure become torque, used to drive machinery and diesel engines each auxiliary system to work. Crankshaft under changing pressure at work, the inertial force and their moment, therefore requires the crankshaft has high strength, stiffness big, wearability, shaft neck surface processing size accurate, reliable and lubrication. This paper is divided into four main parts: the first part of this article, namely the introduction part, mainly introduces the diesel engine, the crankshaft, the research status at home and abroad were reviewed and summarized and evaluated. The second part mainly introduces the working conditions of the diesel engine crankshaft, structural type and material selection. The third part is the design of main parts of a diesel engine. The fourth part with 186 f diesel engine as an example, through the consult internal combustion engine design manual, the internal combustion engine crankshaft did check the moving parts. As the summary of this graduation design, advantages and disadvantages, etc. This design is according to the technical requirements of the processing of the crankshaft, the mechanical parts design, and then according to the basic principle and method of internal combustion engine design, proposed design of crankshaft, complete structure design. Main work includes: map parts, understand the components of the structure features and technical requirements; Mapping the general layout and main assembly parts. Keywerds: internal combustion engine;engine;crankshaft;design 1 緒論 1.1 研究背景 柴油機(jī)與汽油機(jī)相比其燃料、可燃混合氣的形成以及點(diǎn)火方式都不相同，而柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，因此柴油機(jī)的功率更大、經(jīng)濟(jì)性能更好，這也導(dǎo)致柴油機(jī)工作壓力大，要求各有關(guān)零件具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一。它的尺寸參數(shù)不僅影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與壽命。因?yàn)榍S的破壞事故可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)其它零件的嚴(yán)重?fù)p壞，在發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)中，曲軸的改進(jìn)也占有重要地位。隨著內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展與強(qiáng)化，曲軸的工作條件越來(lái)越惡劣了。因此，曲軸的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題就變得更加嚴(yán)重了。在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，必須正確選擇曲軸的尺寸參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式、材料與工藝，以求獲得經(jīng)濟(jì)最合理的效果。 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 伴隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中是承受載荷傳遞動(dòng)力的重要零部件，也是發(fā)動(dòng)機(jī)五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機(jī)的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視曲軸的生產(chǎn)，不斷改進(jìn)其材質(zhì)及加工手段， 以提高其性能水平，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的需要。近幾年來(lái)， 國(guó)內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是大功率柴油機(jī)曲軸。先進(jìn)的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定，伴隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。 近年來(lái)，我國(guó)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)曲軸的廠家通過(guò)引進(jìn)外來(lái)技術(shù)和自行開(kāi)發(fā)新技術(shù)，總體水平有了很大的提高，但是我國(guó)的技術(shù)水平距世界先進(jìn)水平還是相差很遠(yuǎn)，甚至還無(wú)法滿足我們國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要。隨著現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的高功率、高扭矩、高轉(zhuǎn)速化的設(shè)計(jì)，人們對(duì)曲軸的性能指標(biāo)的要求也越來(lái)越高，要求其能在高速運(yùn)行的環(huán)境條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠地工作，所以對(duì)曲軸的設(shè)計(jì)有了更高的要求。目前曲軸的設(shè)計(jì)種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有曲軸的工作條件和材料的選擇、曲軸主要尺寸的確定和機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、曲軸的疲勞強(qiáng)度校核等。曲軸的結(jié)構(gòu)尺寸、材料及強(qiáng)化工藝的確定是曲軸設(shè)計(jì)的核心，曲軸的校核計(jì)算是對(duì)曲軸設(shè)計(jì)的最初驗(yàn)證及優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方法之一。對(duì)曲軸的校核計(jì)算是對(duì)曲軸設(shè)計(jì)的又一次仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也是檢驗(yàn)曲軸設(shè)計(jì)成敗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。曲軸在實(shí)際整機(jī)中的耐久性試驗(yàn)是對(duì)曲軸設(shè)計(jì)的一份最終答卷。 1.2.1 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在過(guò)去的幾十年中得到了飛速的發(fā)展。在曲軸設(shè)計(jì)的前期一般是按照現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或?qū)ΜF(xiàn)有的曲軸進(jìn)行類(lèi)比設(shè)計(jì)。再有了初步的設(shè)計(jì)之后造出曲軸樣品然后進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)曲軸的設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)正向高可靠、高緊湊性、高經(jīng)濟(jì)性的方向不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)、試湊、定性為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，伴隨著高科技技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)及其零部件的設(shè)計(jì)的發(fā)展非常速速，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到了采用包括有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)在內(nèi)的計(jì)算機(jī)分析、預(yù)測(cè)和模擬的階段。由于曲軸工作時(shí)所受載荷及約束均十分復(fù)雜，因此對(duì)整根曲軸進(jìn)行有限元計(jì)算不易獲得成功。較合理的模型是用較小的有代表性的一部分來(lái)代表整根曲軸，例如用二分之一或四分之一的曲柄來(lái)建立計(jì)算模型。其前提是在適當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間內(nèi)獲得足夠的精度，同時(shí)也使力邊界條件和約束邊界條件盡量簡(jiǎn)化。 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)這些在原來(lái)看來(lái)是不可能的事情在現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。 1.2.2 曲軸強(qiáng)度計(jì)算發(fā)展 六十年代以前很長(zhǎng)的一段的時(shí)間內(nèi)，人們主要使用實(shí)驗(yàn)的手段來(lái)研究曲軸的強(qiáng)度。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，最近幾十年來(lái)曲軸計(jì)算方法的應(yīng)用分析精度有了很大的提高，目前可以相當(dāng)精確地確定曲軸在任一工況下任一部位的應(yīng)力，因而對(duì)也可以作比較精確的評(píng)估曲軸的整體強(qiáng)度。六十年代到七十年代，出現(xiàn)了整體曲軸計(jì)算的連續(xù)梁模型和空間鋼架模型。在六十年代末期，美國(guó)的Poter提出了曲柄剛度的一種經(jīng)驗(yàn)算法，由于計(jì)算方法比較繁瑣，并且缺乏試驗(yàn)和實(shí)踐的驗(yàn)證。隨后，又有人提出了一種算法曲柄剛度的斜截面法，在計(jì)算精度較有了新的提高，由于不能考慮到削去的肩部和中心油孔等因素的影響，剛度的計(jì)算仍然比實(shí)測(cè)值大。 現(xiàn)在的曲軸強(qiáng)度計(jì)算都?xì)w結(jié)為疲勞強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算步驟分為以下兩步一是應(yīng)力計(jì)算，求出曲軸危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力；二是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。常用的應(yīng)力計(jì)算的方法有三種：傳統(tǒng)法、有限元法和邊界元法。 1.3 零件分析 曲軸的主要技術(shù)要求分析： （1）主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級(jí)為IT6，表面粗糙度Ra值為1.25～0.63μm。一般軸頸長(zhǎng)度公差等級(jí)為IT9～I(xiàn)T10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之內(nèi)。 （3）位置精度，位置精度包括有主軸頸和連桿軸頸的平行度：一般在100mm之內(nèi)不能大于0.02mm；曲軸的各主軸頸的同軸度：對(duì)于小型高速曲軸的為0.025mm，對(duì)于中大型低速曲軸為0.03～0.08mm。 （3）曲軸的各連桿軸頸的位置度應(yīng)不大于20′。 1.4 零件的作用 曲軸是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件。它的作用是把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作。 曲軸在工作時(shí)承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強(qiáng)度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確。 1.5 186F柴油機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)目的 1.5.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是在校期間的最后一份作業(yè)；是對(duì)我們學(xué)生的綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的一個(gè)全面檢測(cè)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)課程、技術(shù)基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)課基礎(chǔ)知識(shí)和相應(yīng)的技能，和解決內(nèi)燃機(jī)零部件設(shè)計(jì)問(wèn)題的綜合能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能讓學(xué)生更加熟練的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 通過(guò)大學(xué)期間理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，結(jié)合曲軸生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地完成186F曲軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，達(dá)到綜合運(yùn)用內(nèi)燃機(jī)學(xué)的知識(shí)解決曲軸設(shè)計(jì)的實(shí)際問(wèn)題。 1.5.2 186F柴油機(jī)的基本參數(shù) 表1.1：186F柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 柴油機(jī)型號(hào) 186F 型式 單缸四沖程、風(fēng)冷、直噴式 缸徑行程/mmmm 8670 壓縮比 19 排量L 0.406 標(biāo)定功率kW 5.7 最大扭矩轉(zhuǎn)速r/min 1800 噴油器噴孔數(shù)噴孔直徑/mm 40.24 連桿長(zhǎng)度/mm 117.5 供油（噴油）提前角/℃ 17（12）BTDC 燃燒室形狀 ω型 2 曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇 2.1 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求 曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩共同作用下工作的，從而使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)；對(duì)內(nèi)不平衡的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振措施使曲軸還可能作用著幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)彈性力矩。這些載荷都是交變性的，可能引起曲軸疲勞失效。實(shí)踐表明，彎曲載荷具有決定性作用，彎曲疲勞失效是主要破壞形式。因此曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度，曲軸設(shè)計(jì)上要致力于提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。 a） 彎曲疲勞破壞 b）扭轉(zhuǎn)疲勞破壞 圖2.1 曲軸的疲勞破壞 曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別在連桿軸頸與曲柄臂的過(guò)渡圓角處和潤(rùn)滑油孔出口附近的應(yīng)力集中尤為突出。通常的曲軸斷裂、疲勞裂紋都始于過(guò)渡圓角和油孔處。圖2.1表明了曲軸彎曲疲勞破壞和扭轉(zhuǎn)疲勞破壞的情況。彎曲疲勞裂縫從軸頸根部表面的圓角處發(fā)展到曲柄上，基本上成45o折斷曲柄；扭轉(zhuǎn)疲勞破壞通常是從機(jī)械加工不良的油孔邊緣開(kāi)始，約成45o剪斷曲柄銷(xiāo)。所以，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，要特別注意設(shè)法緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，強(qiáng)化應(yīng)力集中部位。 曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對(duì)速度在軸承中發(fā)生滑動(dòng)摩擦。這些軸承在實(shí)際變工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并不總能保證為液體摩擦，尤其當(dāng)潤(rùn)滑油不潔凈時(shí)，軸頸表面遭到強(qiáng)烈的磨料磨損，使得曲軸的實(shí)際使用壽命大大降低。所以，設(shè)計(jì)時(shí)，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好適當(dāng)材料的軸瓦。 曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度要求非常嚴(yán)格。如果曲軸彎曲剛度不足，則很可能發(fā)生較劇烈的彎曲振動(dòng)，大大惡化整個(gè)連桿和軸承的工作條件，同時(shí)會(huì)影響零件工作的可靠性和耐久性，曲軸箱的局部也可能會(huì)因?yàn)閼?yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂。如果曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度不足，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可能會(huì)引起產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。輕則引起噪音，加快曲柄上齒輪等傳動(dòng)件的磨損；重則使曲軸斷裂。所以，曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 2.2 曲軸的材料 在曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝都正確合理的情況下，同時(shí)曲軸的材料強(qiáng)度決定著曲軸的體積、重量和壽命。因此，需要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)零部件的用途及強(qiáng)化強(qiáng)度，以選擇正確的曲軸材料，同時(shí)，在保證曲軸能夠承擔(dān)足夠的強(qiáng)度的前提下，曲軸的材料盡可能選用一般的材料。如以鑄代鍛，以鐵代鋼。選擇曲軸的材料時(shí)，除了應(yīng)具有較好的機(jī)械性能外，還需要要求具有高度的耐磨性，耐疲勞性和沖擊韌性。同時(shí)還要考慮曲軸的加工工藝簡(jiǎn)便和造價(jià)低。 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通常用高強(qiáng)度、沖擊韌性好的中碳鋼或中炭合金鋼，經(jīng)模鍛和調(diào)質(zhì)處理，對(duì)軸頸表面通過(guò)高頻率淬火和氮化處理，經(jīng)精加工而成。本設(shè)計(jì)中采用45鋼模鍛曲軸。 2.3 曲軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 曲軸的結(jié)構(gòu)型式與其制造方法有直接關(guān)系，在進(jìn)行曲軸設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮。曲軸有整體式曲軸和組合式曲軸兩大型式。而發(fā)動(dòng)機(jī)常采用組合式曲軸，這是因?yàn)槠浼庸ず?jiǎn)單，不需要大型模鍛設(shè)備，它由曲軸左半部、曲軸右半部及曲軸銷(xiāo)組成。通過(guò)液壓壓入的方法將其接合起來(lái)。本設(shè)計(jì)中采用滾動(dòng)軸承作主軸承。這是因?yàn)槭褂盟哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： 1） 可以采用隧道式曲軸，保證曲軸箱有較高的剛度和強(qiáng)度； 2） 可以減少摩擦損失，提高機(jī)械效率，因而使燃料消耗下降； 3） 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)較為容易，尤其在氣溫較低的時(shí)候； 4） 采用滾動(dòng)軸承后，對(duì)主軸的潤(rùn)滑較易實(shí)現(xiàn)。 2.4 曲軸強(qiáng)化的方法 提高曲軸的疲勞強(qiáng)度是設(shè)計(jì)人員必須努力解決的問(wèn)題。為了提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，可以采用一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)措施。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以采用以下措施： （1）加大軸頸的重疊度。 （2）采用較大的圓角半徑可以使圓角彎曲形狀系數(shù)下降，從而提高彎曲強(qiáng)度。 （3）軸頸上設(shè)計(jì)卸載槽使應(yīng)力分布更加均勻，而且沿軸頸和曲柄臂寬度的最大應(yīng)力較小，還可能使軸頸到曲柄臂過(guò)渡圓角的半徑增大。 （4）曲柄銷(xiāo)的內(nèi)卸載孔相對(duì)其幾何軸線遠(yuǎn)離曲柄半徑中心呈偏心布置使圓角處的彎曲應(yīng)力降低，提高疲勞強(qiáng)度。 （5）增大曲柄臂的厚度和寬度。 除了設(shè)計(jì)措施外，工藝方面利用特殊的機(jī)械加工方法、熱處理或化學(xué)處理方法強(qiáng)化表面，以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。常用的表面強(qiáng)化工藝有以下幾種： 1）圓角高頻感應(yīng)淬火； 2）圓角滾壓強(qiáng)化； 3）氮化處理； 4）噴丸強(qiáng)化。 此曲軸的設(shè)計(jì)采用氮化處理工藝。 3 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 在選定曲軸材料、毛坯制造及其基本結(jié)構(gòu)型式后，便從單位曲拐（包括主軸頸、曲柄銷(xiāo)和曲柄等主要部分）著手確定主要尺寸和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 曲軸與活塞連桿組件和機(jī)體有密切的聯(lián)系，曲軸的設(shè)計(jì)不能孤立地進(jìn)行。曲軸長(zhǎng)度方向的尺寸基本上取決于缸心距。所以，曲軸的基本尺寸大多根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置來(lái)考慮。 3.1 曲軸 3.1.1 曲軸簡(jiǎn)述 （一）曲軸 曲軸是由曲柄，加上功率輸出端和自由端組成。每個(gè)曲柄有曲柄臂、曲柄銷(xiāo)和主軸頸三部分組成。曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)連桿變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸送柴油機(jī)所產(chǎn)生的功率，并驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)、噴油泵、機(jī)油泵、水泵以及其他附件工作。 圖3.1 186F曲軸實(shí)物 （二）曲軸的工作條件 曲軸在工作中要承受扭轉(zhuǎn)力矩的作用。除此之外，施加在連桿軸頸上的徑向力還要使曲軸承受彎曲作用。因此，曲軸是在同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)力矩和彎曲力矩的復(fù)雜應(yīng)力情況下工作的。 （三）曲軸的設(shè)計(jì)要求 曲軸的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下述要求： （1）具有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)。 （2）具有足夠的剛度，是曲軸變形不致過(guò)大，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件；同時(shí)應(yīng)避免在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)共振，以防產(chǎn)生過(guò)大的扭矩、橫向和軸向震動(dòng)的附加應(yīng)力。 （3）軸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）曲柄排列應(yīng)合理，以保證汽油機(jī)工作均勻；曲軸平衡性良好，以減小震動(dòng)和主軸承最大負(fù)荷。 （5）材料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。 （四）曲軸的結(jié)構(gòu)形式 按結(jié)構(gòu)形式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。 整體曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、工作可靠、使用廣泛，尤其在中高速汽油機(jī)上應(yīng)用更為普遍。 3.1.2 曲軸設(shè)計(jì) 圖3.1所示為186F柴油機(jī)的曲軸實(shí)物圖，它是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)部件，一般用鋼鍛制。曲軸所有支撐表面都經(jīng)過(guò)仔細(xì)的機(jī)械加工和精密的研磨。平衡塊用來(lái)平衡與曲軸銷(xiāo)相連的連桿重量。因?yàn)殍T造或鍛造的連桿，重量不同，所以常常在平衡塊上鉆許多孔，以平衡曲軸和防止振動(dòng)。 圖3.2 曲軸主視圖 圖3.3 曲軸的左右平衡塊剖視圖 圖3.2、3.3為本文所設(shè)計(jì)的186F柴油機(jī)曲軸的主要視圖（詳見(jiàn)圖紙）。 曲軸端和飛輪的中心孔是圓錐面配合，能很好地傳遞動(dòng)力。當(dāng)使用滾柱軸承來(lái)支撐曲軸時(shí)，要把拋光的高硬度合金鋼軸承 壓進(jìn)曲軸箱，以減少摩擦并提高其耐磨能力。曲軸箱必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，以軸承曲軸旋轉(zhuǎn)的離心力，同時(shí)使所有部件排列合適。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱內(nèi)裝有潤(rùn)滑油；有些發(fā)動(dòng)機(jī)則使用允許燃油、空氣和潤(rùn)滑油的混合物進(jìn)入的閥門(mén)裝置。曲軸箱必須設(shè)計(jì)好以保護(hù)內(nèi)部的零件。密封墊、油封可不讓污物進(jìn)入和使清潔油不致流出。 （1） 曲柄銷(xiāo)的直徑D2和長(zhǎng)度L2 在考慮曲軸頸的粗細(xì)時(shí)，首先是確定曲柄銷(xiāo)的直徑D2。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-1可知：?jiǎn)瘟惺桨l(fā)動(dòng)機(jī)的D2/D（曲柄銷(xiāo)直徑/氣缸直徑）比值在0.55～0.62范圍。即D2=47.3～53.32mm。對(duì)于位于曲軸銷(xiāo)上的每對(duì)氣缸的最高往復(fù)慣性力的合成轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)旋轉(zhuǎn)的離心力，同時(shí)加上曲柄銷(xiāo)原有的離心力，使總的離心負(fù)荷變的非常的大。因此，為減輕離心負(fù)荷希望單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的D2/D較小。此外，一般曲柄銷(xiāo)在發(fā)動(dòng)機(jī)上并列著兩個(gè)連桿，每個(gè)連桿都很窄，所以為保證軸頸長(zhǎng)度和直徑的比例最佳，D2/D應(yīng)盡量較小。 綜合上述情況，在本次設(shè)計(jì)中取曲柄銷(xiāo)直徑D2=50mm。 從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作出發(fā)，應(yīng)使曲柄銷(xiāo)的長(zhǎng)度l2控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-1可知。發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度l2按l2/D=0.38～0.48取值，即l2=32.68～41.28mm時(shí)，軸承的承載能力最大。若l2過(guò)長(zhǎng)，則流經(jīng)軸承的機(jī)油量就減少，冷卻度差，油溫升高而使油粘度下降，軸承的承載能力反而降低。此外，軸承過(guò)長(zhǎng)對(duì)曲軸變形的順應(yīng)性差，容易造成棱緣過(guò)負(fù)荷。軸承負(fù)荷越大，油膜厚度就越小，用相對(duì)較窄的軸承較好。為了保證曲柄強(qiáng)度，曲柄臂厚度應(yīng)適當(dāng)加厚，這也要求減小l2。所以本次設(shè)計(jì)中取l2=35mm，其寬度與滾針軸承相配合。 連桿軸頸的尺寸可以依據(jù)承壓面的投影面積F2=0.01/D2l2 cm2與活塞投影面積F=πD2/400 cm2之比來(lái)校核。此比值據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)在0.2～0.5范圍內(nèi)。而且汽油機(jī)偏下限，此發(fā)動(dòng)機(jī)也偏下限。在本次設(shè)計(jì)中， F2/F==0.3014 （3.1） 所以所設(shè)計(jì)的連桿軸頸符合要求。 （2）主軸頸的直徑D1 如果從曲軸沿全長(zhǎng)度具有等剛度要求出發(fā)，可以認(rèn)為主軸頸與曲柄銷(xiāo)一樣粗就行了。而從軸承負(fù)荷出發(fā)，由于主軸承最大負(fù)荷小于連桿軸承，因此主軸頸可以比曲柄銷(xiāo)更細(xì)。為了最大限度地加強(qiáng)曲軸的剛度，可適當(dāng)加粗主軸頸，這是因?yàn)榧哟种鬏S頸能增加曲軸軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故可提高自振頻率，減輕扭振危害。同時(shí)，加粗主軸頸可相對(duì)縮短其長(zhǎng)度，使曲柄加厚以加強(qiáng)整根曲軸的薄弱環(huán)節(jié)。 從曲軸各部分協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，建議主軸頸D1的取值范圍為D1=（1.05～1.25）D2=52.50～62.50mm。根據(jù)以上分析，則取D1=60mm。本設(shè)計(jì)中主軸頸選用滾動(dòng)軸承，主軸頸長(zhǎng)度與軸承寬度相配合，因此參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.11-15選取207GB276-64型單列向心球軸承，該軸承的寬度為17mm。 （3）曲軸兩端的結(jié)構(gòu) 曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)鏈輪（正時(shí)鏈輪）一般裝在曲軸的前端，對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言往往把傳動(dòng)齒輪裝在曲軸后端。消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器無(wú)疑應(yīng)裝在曲軸前端，因?yàn)檫@里的振幅最大。驅(qū)動(dòng)齒輪裝在前端采用鍵連接。曲軸后端設(shè)有法蘭和加粗的軸頸，飛輪與后端用螺栓和定位銷(xiāo)連接。且定位銷(xiāo)的布置是不對(duì)稱(chēng)的或只有一個(gè)。 （4）曲軸的止推 為了防止曲軸由于受熱膨脹而伸長(zhǎng)或受斜齒輪及離合器等的軸向力而產(chǎn)生軸向移動(dòng)，在曲軸和機(jī)體之間設(shè)置了一個(gè)止推軸承。為了使曲軸相對(duì)于機(jī)體能自由的沿軸向作熱膨脹，止推軸承只能設(shè)置一個(gè)，且設(shè)在前端，從而可以減小軸向移動(dòng)對(duì)配氣定時(shí)和供油定時(shí)的影響。 曲軸的軸向和間隙應(yīng)保持△2=0.05～0.2（mm）。其它各主軸承面間隙應(yīng)保證曲軸受熱，伸長(zhǎng)時(shí)能自由延伸。 （5）曲軸的油封裝置 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，為了防止曲軸前端沿著軸向漏油，曲軸應(yīng)有油封裝置。在高速內(nèi)燃機(jī)上采用的油封結(jié)構(gòu)都是組合式的，常用的有： 1）甩油盤(pán)和反油螺紋； 2）甩油盤(pán)和（石棉繩）油封； 3）甩油盤(pán)和橡膠骨架式油封。 甩油盤(pán)是利用離心力將落在他上面的潤(rùn)滑油甩回曲軸箱。反油螺紋和機(jī)體的間隙為0.25～0.30mm。由于潤(rùn)滑油具有粘度，處于曲軸和機(jī)體之間的潤(rùn)滑油因機(jī)體表面的附著作用，使?jié)櫥团c曲軸表面產(chǎn)生速度差，油層被迫像螺母一樣沿軸向移動(dòng)，由于螺母對(duì)潤(rùn)滑油產(chǎn)生軸向推力，使曲軸箱內(nèi)外的壓力差進(jìn)一步減小，故有很高的密封效果，但安裝時(shí)必須注意同心度。 （6）平衡重 平衡重是用于平衡曲軸不平衡的離心慣性力和離心慣性力矩。，平衡重的形狀一般多為扇形，使其重心遠(yuǎn)離曲軸回轉(zhuǎn)中心；以較小質(zhì)量獲得較大旋轉(zhuǎn)慣性力；平衡重安裝方法是與曲柄臂鍛或鑄成一體；還有的單獨(dú)制成零件，用螺栓緊固在曲柄臂上。 設(shè)計(jì)平衡重時(shí)，應(yīng)盡可能使其重心遠(yuǎn)離曲軸旋轉(zhuǎn)中心，即用較輕的重量達(dá)到較好的效果，以便盡可能減輕曲軸重量，并且應(yīng)盡量不增加內(nèi)燃機(jī)的尺寸，在滿足平衡的基礎(chǔ)上，還能使曲軸的制造比較方便。 鑄造曲軸的平衡重一般與曲軸鑄成一體，這樣可使加工較簡(jiǎn)單，并且工作可靠。平衡重的徑向尺寸和厚度應(yīng)以不碰活塞裙底和連桿大頭能通過(guò)為限度。本設(shè)計(jì)的平衡重與曲軸鑄成一體。 3.2 曲柄 3.2.1 曲柄簡(jiǎn)述 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功能是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將作用在活塞頂部燃?xì)庾鞯墓鬟f給曲軸，并最終由曲軸轉(zhuǎn)化為動(dòng)力后輸出，用于驅(qū)動(dòng)與之相關(guān)聯(lián)的整個(gè)零部件進(jìn)行工作。曲柄在曲軸前端帶動(dòng)附件輪系，包括凸輪軸鏈輪（皮帶輪）、減震皮帶輪、空壓機(jī)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、發(fā)電機(jī)等機(jī)件，維持著發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。曲軸的后端與飛輪相連，它們是通過(guò)螺栓連接在一起，之后再與離合器（液力變矩器）等相接，最后連接變速箱，最終將發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生的動(dòng)力輸送到輪胎上，使車(chē)輛能夠正常的行駛。中間部件主要有主軸頸、曲柄臂、曲柄銷(xiāo)組成，一般情況下軸頸上開(kāi)有潤(rùn)滑油孔，用于負(fù)責(zé)整個(gè)軸系的潤(rùn)滑，其中曲軸的中間部分是曲軸的核心部位。對(duì)于要求較高的機(jī)械零件來(lái)說(shuō)，在其設(shè)計(jì)校核計(jì)算時(shí)必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以保證其設(shè)計(jì)質(zhì)量。 3.2.2 曲柄設(shè)計(jì) 現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)曲軸的曲柄臂形狀大多數(shù)采用橢圓或圓形，本設(shè)計(jì)中采用圓形曲柄，這是由于圓形曲柄便于機(jī)械加工和拋光，而表面拋光是提高合金鋼曲軸疲勞強(qiáng)度的重要措施之一。 曲柄應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸?、寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度。 曲柄在曲拐平面內(nèi)的抗彎能力以其矩形斷面的抗彎模數(shù)來(lái)衡量： （mm 2） （3.2） 式中 b — 曲柄的寬度（mm）； h — 曲柄的厚度（mm）。 由上式可知，在提高曲拐平面內(nèi)的抗彎能力上，顯然，增加曲柄臂厚度h要比增加曲柄臂寬度b要好得多。有實(shí)驗(yàn)例子表明，h增加10%，提高20%，而實(shí)際抗彎強(qiáng)度可提高40%；b增加10%，抗彎能力也應(yīng)提高10%，而實(shí)際只提高了5%，這是因?yàn)榍墼綄?，?yīng)力分布越不均勻。在本次設(shè)計(jì)中，b/D的取值范圍為b =（1.05～1.3）D2，取b=111 mm，h=20 mm。其中R=35 重疊度 重疊度Δ大于零。曲柄銷(xiāo)至主軸頸之間的傳力有一部分可以不借助于曲柄作媒介而直接傳遞，因而減輕了曲柄的負(fù)擔(dān)。 在曲柄臂與軸頸連接處，為了減小應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，往往采用圓角過(guò)渡。過(guò)渡圓角半徑的增大與其表面粗糙度的降低，是增加曲軸疲勞強(qiáng)度的有效措施。通常取圓角半徑r=（0.05～0.08）D2=2.5～4.0mm，取r=3 mm。 3.3 飛輪 3.3.1飛輪的簡(jiǎn)述 對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，每四個(gè)活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排氣、進(jìn)氣和壓縮三個(gè)行程都要消耗功。因此，曲軸對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性變化，曲軸轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定。為了改善這種狀況，在曲軸后端裝置飛輪。 飛輪是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的盤(pán)形零件，其作用如同一個(gè)能量存儲(chǔ)器，在作功行程中發(fā)動(dòng)機(jī)傳輸給曲軸的能量，除對(duì)外輸出外，還有一部分能量被飛輪吸收，從而使曲軸的轉(zhuǎn)速不會(huì)升高很多。在排氣、進(jìn)氣和壓縮三個(gè)行程中，飛輪將其儲(chǔ)存的能量放出來(lái)補(bǔ)償這三個(gè)行程所消耗的功，從而使曲軸的轉(zhuǎn)速不至降低太甚。 除此之外，飛輪還有下列功用：1飛輪是摩擦式離合器的主動(dòng)件；在飛輪輪緣上鑲嵌有供起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用的飛輪齒圈。2在飛輪上還刻有上止點(diǎn)記號(hào)，用來(lái)校準(zhǔn)點(diǎn)火定時(shí)或噴油定時(shí)以及調(diào)整氣門(mén)間隙。 飛輪是發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)關(guān)鍵的安全相關(guān)零件，如設(shè)計(jì)不合理則會(huì)受到很大的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)，可能瓦解。隨著高速內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展，飛輪的旋轉(zhuǎn)速度不斷提高。眾所周知，一旦發(fā)生飛輪強(qiáng)度、剛度力一而的破壞，就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了保證飛輪有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外，應(yīng)使飛輪在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下質(zhì)量盡可能小，從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)整體重。 3.3.2飛輪的設(shè)計(jì) 飛輪的主要尺寸見(jiàn)圖，可用下式?jīng)Q定之： （牛頓米2） (3.3) 式中：c——材料的密度（公斤/米3）。 一般飛輪的外徑D4與飛輪的內(nèi)徑D3根據(jù)結(jié)構(gòu)布置決定，而飛輪的結(jié)構(gòu)必須考慮輸出裝置的需要，所需飛輪矩的大小用改變斷面厚度b來(lái)調(diào)整。 飛輪的外徑D4是它的最重要的尺寸。在選擇D4時(shí)首先應(yīng)考慮到D4越大，在同樣的慣量下飛輪可以減輕。但是另一方面D4的加大又要受一系列因素的限制。首先是飛輪圓周速度的限制。飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)由于材料本身離心力的作用會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，對(duì)于灰鑄鐵飛輪來(lái)說(shuō)，建議圓周速度不超過(guò)35~50米/秒。否則最好用球墨鑄鐵甚至鑄鋼、鍛鋼飛輪，本飛輪用鍛鋼。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速內(nèi)燃機(jī)D4=（3~4）D（D—缸徑）。實(shí)際上車(chē)用汽油機(jī)D4=（300~400）毫米，高速柴油機(jī)D4=（400~600）毫米。此飛輪取D4=400 毫米，D3=380毫米。 4 柴油機(jī)曲軸的校核計(jì)算 4.1 曲軸的校核 由于曲軸工作時(shí)承受交變載荷，它的破壞（斷裂）往往都有疲勞產(chǎn)生。因此，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的曲軸需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。通過(guò)對(duì)曲軸的疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的曲軸是否滿足前述各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。軸的輕度校核方法可分為四種：1按扭矩估算；2按彎矩估算；3按彎扭合成力矩近視計(jì)算；4精確計(jì)算（安全系數(shù)校核）。計(jì)算曲軸的彎曲應(yīng)力一般有兩種方法：一種是分段法，每段當(dāng)作簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析；另一種是連續(xù)梁法，把曲軸作為連續(xù)梁進(jìn)行分析；本設(shè)計(jì)主要用曲軸過(guò)度圓角處的彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力及材料的疲勞強(qiáng)度極限，進(jìn)行安全系數(shù)的計(jì)算。 在國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中的研究現(xiàn)狀已經(jīng)進(jìn)入了自動(dòng)化，系統(tǒng)化，并揉入優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)的分析，這種設(shè)計(jì)出來(lái)的強(qiáng)度計(jì)算的軟件，在計(jì)算時(shí)只需要輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，即可計(jì)算出多種類(lèi)型的軸的強(qiáng)度。 4.2 曲軸的疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 (1) 連桿軸頸最大比壓力Kmax的計(jì)算 曲柄銷(xiāo)直徑D2=50mm,曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)l2=35mm,減重孔直徑d2=20mm。 (4.1) 許用值[k]=10~35 N∕mm2 ，在許用范圍內(nèi) (2) 曲軸的靜力計(jì)算 發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)工況下只考慮最大氣壓力Pz，曲軸中心線到飛輪端和齒輪室蓋的滾動(dòng)軸承中心線的距離分別是L1=61.2mm,L0=53.1mm, 故飛輪端的支座反力N。 (4.2) 連桿軸頸的抗彎截面模量mm3 支座到曲柄中心線的距離b′=28.1mm,這樣軸頸的中間斷面的彎曲應(yīng)力為： 許用應(yīng)力[σ]=80~100 N∕mm2，在許用范圍內(nèi)。 曲柄壁厚h=20mm,寬b=100mm,彎曲應(yīng)力為： 壓縮應(yīng)力: 成應(yīng)力： 許用應(yīng)力[σa]=90~130 N∕mm2，在許用范圍內(nèi) (3) 曲柄的應(yīng)力校核 1） 在曲拐平面內(nèi)受到反力Z′的作用而彎曲 (4.3) 2）在垂直平面內(nèi)受到反力T′的作用而彎曲 (4.4) 3）曲柄受到Z′的壓縮 (4.5) 4） 總應(yīng)力σ： (4.6) 許用應(yīng)力[σ]=90~130 N∕mm2，在許用范圍內(nèi)。 (4) 曲軸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)曲軸過(guò)度圓角處的彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的實(shí)測(cè)值及材料的疲勞強(qiáng)度極限，可以進(jìn)行安全系數(shù)的計(jì)算。曲軸的安全系數(shù)即曲軸強(qiáng)度的儲(chǔ)備系數(shù)，它表示曲軸本身的疲勞強(qiáng)度與工作應(yīng)力之比。 1）圓角安全系數(shù)可用下式計(jì)算： （4.7） 只考慮彎曲時(shí)的安全系數(shù)： （4.8） 只考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù)： （4.9） 式中 σ-1、τ-1 — 曲軸材料對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限。對(duì)于鋼曲軸的預(yù)算可采用：σ-1=0.45σb，其中為材料的拉伸強(qiáng)度極限。 由《材料力學(xué)》查得σb=598MPa； 則σ-1=269.1MPa，τ-1 =（0.55～0.60）σ-1=148～161.46MPa，取τ-1 =150MPa； 、 — 分別為彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)圓角處的應(yīng)力集中系數(shù)； — 強(qiáng)化系數(shù)，由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-4查得=1.3； 、 — 絕對(duì)尺寸影響系數(shù)。 由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-5查得=0.91， =0.89； 、 — 材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)的敏感系數(shù)。 其值可通過(guò)、來(lái)計(jì)算，、分別為脈動(dòng)循環(huán)時(shí)材料的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限，對(duì)于鋼曲軸=（1.4～1.6）τ-1 =376.74～430.56MPa， =（1.6～2.0）τ-1 =240～300MPa，取=400MPa，=250MPa； 則=0.35， =0.2； 、 — 圓角彎曲名義應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力； 、 — 名義切應(yīng)力的應(yīng)力幅。 要計(jì)算彎曲圓角處的應(yīng)力集中系數(shù)，首先要求得彎曲形狀系數(shù)和彎曲應(yīng)力集中敏感系數(shù)。而，由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》圖5-16～圖5-24查得=0.01，=0.92，=1.03，=0.985，=1，因而求得=0.04。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-2查得=0.7。而。 由可求得，由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表5-2查得=0.12，而可由求得。又由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》查得=1.3，=1.48，=1.32，=1.05，=0.965，=1，則求得=2.573，則=1.19。 圓角彎曲的最大應(yīng)力，式中為曲柄的名義計(jì)算應(yīng)力，其值采用軸頸名義應(yīng)力來(lái)計(jì)算，而MPa，代入上式求得=18.68MPa，而此時(shí)相應(yīng)的形狀系數(shù)MPa，由此求得MPa，進(jìn)似的取MPa。 圓角表面的最大切應(yīng)力可由求得，式中為軸頸名義應(yīng)力。，由此得=45.04，因而計(jì)算出 =115.89MPa。進(jìn)似的取=57.94MPa。 由此得出彎曲時(shí)的安全系數(shù)=3.60，=2.08，則=1.80＞1.5。所以所設(shè)計(jì)的曲軸安全。 總 結(jié) 在本次186F曲軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算中，要求任務(wù)內(nèi)容是：掌握內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求，設(shè)計(jì)曲軸的內(nèi)容及步驟。掌握曲軸設(shè)計(jì)的基本要求，繪制曲軸總圖和主要零件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。本次設(shè)計(jì)的主要工作是根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》進(jìn)行186F曲軸的設(shè)計(jì)工作，并且對(duì)曲軸強(qiáng)度校核。 本文通過(guò)積累資料，對(duì)186F內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行概括描述，包括曲軸、曲柄、飛輪的主要功用，工作條件、分類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)各種不同零件的具體設(shè)計(jì)要求對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制零件圖，并且對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，以確定設(shè)計(jì)的合理性。 經(jīng)過(guò)了四年的大學(xué)機(jī)械方面知識(shí)的學(xué)習(xí)，自己到底學(xué)到了什么，自己能做什么，這問(wèn)題在自我心中一直難以釋?xiě)?。自己一直在害怕著這畢業(yè)設(shè)計(jì)，不知道自己能否勝任。在起初時(shí)，如同我所料，對(duì)著設(shè)計(jì)一片茫然，完全不知道從哪里下手。在后來(lái)看了許多參考書(shū)之后，才漸漸明白了，自己要做什么，要怎么做，需要哪些資料，在什么地方需要注意等。從186F曲軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，再到后來(lái)的制圖，自己從中發(fā)現(xiàn)了許許多多的以前未能掌握牢固的知識(shí)，以及忽略掉的知識(shí)，還有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的知識(shí)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)過(guò)的知識(shí)，相當(dāng)有用，雖然用到的很少，但的確發(fā)揮了很大的作用。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們很好地把理論與實(shí)踐結(jié)合在一起，充分發(fā)揮我們的學(xué)習(xí)能力，為我們這些即將步入工作崗位的大學(xué)生提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺(tái)，這將對(duì)我們今后的工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生巨大的影響。 現(xiàn)在我明白了，畢業(yè)設(shè)計(jì)也是學(xué)習(xí)的一環(huán)，是鍛煉自學(xué)能力的一次好機(jī)會(huì)，此次設(shè)計(jì)中自學(xué)能力占有相當(dāng)重要的地位。在今后的工作中，同樣會(huì)遇到許多類(lèi)似的問(wèn)題，再也沒(méi)有教師指導(dǎo)的情況下，自學(xué)能力會(huì)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。從這次設(shè)計(jì)看來(lái)，自己的自學(xué)能力還不錯(cuò)，對(duì)今后的工作多了些信心，相信自己一定能勝任。 致 謝 我們的指導(dǎo)老師，***老師，在此首先要對(duì)她獻(xiàn)上衷心的感謝。 在設(shè)計(jì)之初，李老師給我們提供了大量的參考資料，并教導(dǎo)了我們看書(shū)時(shí)的重點(diǎn)，讓我們一步步地慢慢熟悉這次設(shè)計(jì)的主旨以及主要內(nèi)容。在我們迷茫時(shí)，老師多次強(qiáng)調(diào)了按照步驟來(lái)，一步一個(gè)腳印，穩(wěn)扎穩(wěn)打，不能著急。在我因?yàn)橐恍﹩?wèn)題而停滯不前時(shí)，老師叫我不要鉆牛角尖，告訴我在設(shè)計(jì)中有許多東西沒(méi)有絕對(duì)的錯(cuò)，有些數(shù)據(jù)是憑經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)來(lái)取得，比較隨意，設(shè)計(jì)也是學(xué)習(xí)的過(guò)程，不用特別在意一些小事，最重要的是方法，要弄懂是如何一步步完成設(shè)計(jì)的。雖然，或許只是一些小小的點(diǎn)撥，但卻給我掃清了障礙，對(duì)完成此次設(shè)計(jì)有莫大的幫助，在此又一次感謝老師對(duì)我的幫助。 同時(shí)感謝設(shè)計(jì)過(guò)程中幫助我的老師和同學(xué)，我們?cè)谝黄鹕逃懀粨Q經(jīng)驗(yàn)、資料，對(duì)設(shè)計(jì)也有很大的幫助。 感謝所有的老師和同學(xué)，謹(jǐn)以這份設(shè)計(jì)作為我對(duì)你們的獻(xiàn)禮！ 參考文獻(xiàn) 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