柴油机曲轴设计.ppt

曲轴设计，1 .曲轴设计概论，2 .曲轴结构设计，3 .曲轴疲劳强度检验，4 .提高曲轴疲劳强度的措施，1 .曲轴设计概论，曲轴成本约占总成本的十分之一，是内燃机中最高的零件。 由于曲轴最常见的损坏原因是弯曲疲劳，保证曲轴足够的弯曲疲劳强度是曲轴设计的首要问题。 曲轴各轴颈的尺寸应满足轴承受压能力和润滑条件的要求。 中小功率高速内燃机大部分为整体曲轴、全支承、带平衡配重(无论整体是否平衡)。 1、曲轴工作条件1、受周期变化力和力矩作用，重点是弯曲交变载荷(80%为弯曲疲劳破坏) 2、曲轴形状复杂、应力集中严重3、曲轴颈大于压力、摩擦磨损严重2、设计要求1、 有足够的疲劳强度2 .有足够的受压面积，轴颈表面需要耐磨性3 .尽量减少应力集中4 .刚性好，变形小。 3、常用材料1、中碳钢： 45#几乎都是模块制造的锻造后，进行正火或调质处理，对各轴颈表面进行感应加热表面淬火。 对钢曲轴也进行氮化处理可以提高疲劳强度。 2、合金钢：强化度高的发动机所采用的3、球墨铸铁：强度和刚性的要求，使用球墨铸铁材料可以削减制造成本，其衰减特性可以减小扭转振动的振幅。 在曲轴的设计中，曲轴的结构、材料、技术三个要素各有独立的规律，相互影响。 二、曲轴结构设计，一、曲轴结构形式1、一体型曲轴：功能可靠、重量轻、刚性、强度高、加工表面少，广泛应用于中小型发动机。 一般配合滑动轴承(有些单缸机采用滚动轴承)。 2、组合式曲轴：曲轴尺寸大、曲轴数多时，采用一体式结构加工非常困难，可采用组合式结构。 小型单缸发动机也被采用。 另外，与一体型曲轴组合型曲轴、曲轴支承、(a )全支承曲轴：的优点是曲轴刚性好、不易弯曲，缺点是气缸中心距离大、机体长、制造成本增加。 柴油机大多支撑曲轴。 (b )非全支承曲轴：多用于中小电力汽油发动机，曲轴全支承和非全支承，曲轴的主要尺寸参数，dcp :曲轴销径lcp :曲轴销长度hcw :曲轴臂厚度bcw :曲轴臂宽度dcj :主轴过渡圆角半径r对应力集中有很大影响。 各尺寸参数的统计值请参照下表。 油道设计和油孔位置、曲轴前端和后端、(1)曲轴前端用于安装正时齿轮、皮带轮、扭转振动阻尼器和起动爪等的后端具有用于安装飞轮的飞轮结合盘(法兰盘)。 (2)前后端的密封：为了使曲轴的前后端从曲轴箱突出，润滑油不沿轴颈流出，在曲轴的前后端设有防漏装置。 常用的防漏装置有油盘、密封油封、油封、回油螺钉等。曲轴的轴向定位、(1)结构：推力板：在某主轴承的两侧安装推力板。 推力板由低碳钢背部和减摩层组成。 翻边金属： (2)安装注意：止推板上有减摩层的面朝向转子(有油槽的面)。 曲轴向前方飞出时，后推力板受到推力向后方飞出时，前推力片受到推力，弯曲配置，(1)一般规律1 )应使各气缸的工作间隔尽量均等，使发动机的运转顺畅。 2 )连续工作的2汽缸最好尽量远离，在发动机的前半部和后半部交替进行。 3 )避免进气重复4)V型发动机的左右气缸尽量交替工作。 5 )为了改善发动机的工作平衡，曲柄的配置尽量对称均匀。 三.曲轴疲劳强度校验、曲轴破坏主要是弯曲疲劳破坏，目前曲轴强度计算大部分采用有限元计算方法，有许多现有的工程分析软件如ansys、pro/e、UG等。有限元计算精度取决于如何处理曲轴的位移约束、载荷方式、网格分割等，需要详细了解曲轴的工作状况和受力状况。 安全系数n1.5 (钢)或1.8 (球墨铸铁)、4 .提高曲轴疲劳强度的措施，适当减小在载荷不变的条件下为了提高曲轴的弯曲强度而应力集中的单角部的弯曲刚度，使应力分布均匀。 结构措施1、增大曲轴轴颈重叠度A=(dcp dcj)/2-r重叠度系数=(dcp dcj)/S2、轴颈附近过渡圆角的尺寸、形状、材料组织、表面加工质量等对曲轴应力的影响明显。 3、采用空心曲轴4，切割圆角和卸载槽，采用技术措施，1、圆角滚压强化：表面产生残馀压力，抵消工作拉伸应力，提高曲轴的疲劳强度。 2、圆角淬火强化：热处理方法使金属发