資源描述：
《07 曲軸設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、重慶工學院畢業(yè)論文曲軸設計7曲軸設計曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一。它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動機的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠性與壽命。曲軸的破壞事故可能引起發(fā)動機其它零件的嚴重損壞，在發(fā)動機的結(jié)構(gòu)改進中，曲軸的改進也占有重要地位。隨著內(nèi)燃機的發(fā)展與強化，曲軸的工作條件越來越惡劣了。因此，曲軸的強度和剛度問題就變得更加嚴重了。在設計曲軸時，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)濟最合理的效果。7.1曲軸的工作條件、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇7.1.
2、1曲軸的工作條件和設計要求曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復和旋轉(zhuǎn)運動質(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)生疲勞應力狀態(tài)；對內(nèi)不平衡的發(fā)動機曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動減振措施使曲軸還可能作用著幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動彈性力矩。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)強度的研究重點是彎曲疲勞強度，曲軸設計上要致力于提高曲軸的疲勞強度。圖7-1曲軸的疲勞破壞a）彎曲疲勞破壞b）扭轉(zhuǎn)疲
3、勞破壞曲軸形狀復雜，應力集中現(xiàn)象相當嚴重，特別在連桿軸頸與曲柄臂的過渡圓角處和潤滑油孔出口附近的應力集中尤為突出。通常的曲軸斷裂、疲勞裂紋都始于過渡圓角和油孔處。圖7-1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450折斷曲柄；扭轉(zhuǎn)疲勞破壞通常是從機械加工不良的油孔邊緣開始，約成450剪斷曲柄銷。所以，在設計曲軸時，要特別注意設法緩和應力集中現(xiàn)象，強化應力集中部位。曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對速度在軸承中發(fā)生滑動摩擦。這些軸承在實際
4、變工況運轉(zhuǎn)條件下并不總能保證為液體摩擦，尤其當潤滑油不潔凈時，軸頸表面遭到強烈的磨料磨損，使得曲軸的實際使用壽命大大降低。所以，設計時，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好適當材料的軸瓦。56重慶工學院畢業(yè)論文曲軸設計曲軸是曲柄連桿機構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度亦很重要。如果曲軸彎曲剛度不足，則可能發(fā)生較劇烈的彎曲振動，使活塞連桿和軸承的工作條件大為惡化，影響這些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲軸箱局部應力過大而開裂。曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度差，則可能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動。輕則引起噪音，加速曲柄上齒輪等傳
5、動件的磨損；重則使曲軸斷裂。所以，設計時，應保證它有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。由于曲軸受力復雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設計時，至今還沒有一個能反映客觀實際的理論公式可供通用。因此，目前曲軸的設計主要是依靠經(jīng)驗來設計。7.1.2曲軸的材料在結(jié)構(gòu)設計和加工工藝正確合理的條件下，主要是材料強度決定著曲軸的體積、重量和壽命。因此，必須根據(jù)內(nèi)燃機的用途及強化強度，正確的選用曲軸材料，在保證曲軸有足夠強度的前提下，盡可能采用一般材料。以鑄代鍛，以鐵代鋼。作為曲軸的材料，除了應具有優(yōu)良的機械性能以外，還要求
6、有高度的耐磨性，耐疲勞性和沖擊韌性。同時也要使曲軸的加工容易和造價低廉。摩托車發(fā)動機曲軸通常用高強度、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，對軸頸表面通過高頻率淬火和氮化處理，經(jīng)精加工而成。本設計中采用45鋼模鍛曲軸。7.1.3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，在進行曲軸設計時必須同時考慮。曲軸有整體式曲軸和組合式曲軸兩大型式。而摩托車發(fā)動機常采用組合式曲軸，這是因為其加工簡單，不需要大型模鍛設備，它由曲軸左半部、曲軸右半部及曲軸銷組成。通過液壓壓入的方法將其接合起
7、來。本設計中采用滾動軸承作主軸承。這是因為使用它具有以下優(yōu)點：1）可以采用隧道式曲軸，保證曲軸箱有較高的剛度和強度；2）可以減少摩擦損失，提高機械效率，因而使燃料消耗下降；3）發(fā)動機起動較為容易，尤其在氣溫較低的時候；4）采用滾動軸承后，對主軸的潤滑較易實現(xiàn)。7.1.4曲軸強化的方法提高曲軸的疲勞強度是設計人員必須努力解決的問題。為了提高曲軸的疲勞強度，可以采用一系列結(jié)構(gòu)設計和工藝設計措施。在結(jié)構(gòu)設計方面，可以采用以下措施：1）提高曲柄銷和曲軸主軸頸的重疊度。2）采用較大的圓角半徑可以使圓角彎曲形狀
8、系數(shù)下降，從而提高彎曲強度。56重慶工學院畢業(yè)論文曲軸設計3）軸頸上設計卸載槽使應力分布更加均勻，而且沿軸頸和曲柄臂寬度的最大應力較小，還可能使軸頸到曲柄臂過渡圓角的半徑增大。4）曲柄銷的內(nèi)卸載孔相對其幾何軸線遠離曲柄半徑中心呈偏心布置使圓角處的彎曲應力降低，提高疲勞強度。5）增大曲柄臂的厚度和寬度。除了設計措施外，工藝方面利用特殊的機械加工方法、熱處理或化學處理方法強化表面，以提高曲軸的疲勞強度。常用的表面強化工藝有以下幾種：1）圓角高頻感應淬火；2）圓角滾壓；3）
