【正文】 曲軸的 能 量 的一部分貯存起來，用以 在其它行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機(jī)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(jī) 可能克服短時間的超負(fù)荷，此外，在結(jié)構(gòu)上飛輪又往往用作汽車傳動系中摩擦離合器的驅(qū)動件。 在曲軸制造方面，我國的曲軸生產(chǎn)存在整體規(guī)模小，專業(yè)化程度低，企業(yè)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品設(shè)計和工藝落后，性能和可靠性差，品種雜亂和通用化程度低等問題，而在國外，曲軸的生產(chǎn)已經(jīng)很專業(yè)化，廣泛的采 用了數(shù)控技術(shù)及自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成。 本文主要完成了對 2110 型柴油機(jī)的總體方案的選擇，曲軸飛輪組的設(shè)計。 常用軸承材料 ............................................................... 25 167。 飛輪的作用 ..................................................................... 20 167。 潤滑油道 ......................................................................... 16 167。 曲軸的設(shè)計步驟 ............................................................ 12 167。 2110 型柴油機(jī)的主要參數(shù)的選擇 ................................ 7 167。 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) ........................................................... 5 167。 內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計要求 ..................................... 3 167。本文綜合性的對曲軸飛輪組的設(shè)計問題進(jìn)行了研究。與 2100 系列柴油機(jī)相比，2110 柴油機(jī)主要在發(fā)動機(jī)機(jī)體、氣缸蓋、活塞連桿總成、曲軸、燃油系統(tǒng)等方面進(jìn)行了優(yōu)化、強(qiáng)化設(shè)計，使發(fā)動機(jī)在動力性、經(jīng)濟(jì)性等方面有較大的提高，也實現(xiàn)了增加其運用范圍的目的。畢業(yè)設(shè)計說明書 I 2110 柴油機(jī) (曲軸飛輪 )設(shè)計 摘 要 2110 柴油機(jī)是在 2100 柴油機(jī)的基礎(chǔ)上自行改進(jìn)與開發(fā)研制的新型、中等功率、節(jié)能的柴油機(jī)。 本文主要介紹了 2110 柴油機(jī)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。 關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，曲軸，飛輪， UG畢業(yè)設(shè)計說明書 II THE DESIGN OF 2110 DIESEL ENGINE(CRANKSHAFT and FLY WHEEL) ABSTRACT On the basis of the 385 diesel engine, 2110 diesel engine improve to a new style, which is highspeed, mediumpower and energysaving diesel engine. At present, the models have been widely used in China39。 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計工作中的 “三化 ” ............................. 3 167。 可靠性和耐久性指標(biāo) ........................................... 5 167。 2110 型柴油機(jī)的總體布置 ............................................. 8 167。 曲軸的結(jié)構(gòu)型式及其選擇 ............................................ 12 167。 曲軸平衡塊 ..................................................................... 18 167。 飛輪的設(shè)計與計算 ........................................................ 21 第五章 主軸承設(shè)計 ...................................................................... 24 畢業(yè)設(shè)計說明書 IV 167。 軸瓦的瓦背材料 ............................................................ 26 167。專題部分曲軸飛輪組的設(shè)計主要包括了曲軸的設(shè)計，飛輪的設(shè)計以及飛輪的平衡計算。在曲軸的 鍛造方 面，廣泛的采用 CAD/CAM 技術(shù)，引入管理信息系統(tǒng)和集成生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了鍛造生產(chǎn)從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個過程的控制。 近幾年的畢業(yè)設(shè)計說明書 2 飛輪設(shè)計主要集中在飛輪的基本三維建模及有限元分析、飛輪的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計和形狀優(yōu)化設(shè)計上，通過基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計可以大大提高設(shè)計效率，有利于縮短設(shè)計周期，降低制造成本，在飛輪原有模型上首先對飛輪進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，可以得到優(yōu)化模型的基本形狀，然后在拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加以形狀優(yōu)化，就可以基本確定飛輪的形狀。 總體設(shè)計的水平和決策的正確與否，對產(chǎn)品的水平和市場競爭力將產(chǎn)生決定性的影響，如有失誤，在大多數(shù)的情況下，不易通過投產(chǎn)后的改進(jìn)加以挽回。 產(chǎn)品總體設(shè)計時要選擇和確定內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)，完成各主要工作系統(tǒng)如供油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)的構(gòu)思，繪制機(jī)體、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸的方案圖和整機(jī)縱橫剖面圖，不同缸數(shù)及典型配套機(jī)型的外形布置圖，編制總體設(shè)計說明書。 （ 1） 產(chǎn)品系列化 它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，以滿足不同需求。一個型號產(chǎn)品往往要經(jīng)過幾年的設(shè)計與開發(fā)周期才能得以完善。 有效功率 P e = meP * hV *Z*n/（ 30T） (21) meP 為平均有效壓力（ Mpa ）； mV 為活塞的平均速度（ m/s）； h V 為氣缸的工作容積（ L）； Z 為氣缸數(shù)； n 為轉(zhuǎn)速（ r/min）； T 為沖程數(shù)。轉(zhuǎn)速在 1000r/min 以上為高速， 600~1000r/min 為中 速， 600r/min 以下為低速。最大扭矩對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就是最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。對變工況的柴油機(jī)，則一般是指外特性曲線上的最低油耗率。一般車用柴油機(jī)的燃油消耗率為 250~380 g/（ kw *h）。 可靠性和耐久性指標(biāo) 一、 可靠性 可靠性是指在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，規(guī)定的時間內(nèi)，具有持續(xù)工作，不會因為故 障而影響正常運轉(zhuǎn)的能力。 畢業(yè)設(shè)計說明書 6 167。不管怎么樣，設(shè)計緊湊、質(zhì)量輕總是內(nèi)燃機(jī)設(shè)計者追求的目標(biāo)。內(nèi)燃機(jī)的噪聲大小用聲壓級 pL （ dB）來表示，一般還要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計權(quán)處理，仿照人耳的聽力，一般采用 A 計權(quán)。降低壓縮比也是很常見的效的措施，一般與增壓同時采用，否則會降低柴油機(jī)的動力性。目前全世界對汽車的污染問題都十分重視。 這些參數(shù)反映了產(chǎn)品的性能和設(shè)計質(zhì)量，因此選擇時必須緊密結(jié)合我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的實際情況，同時還要對同類型國內(nèi)外發(fā)動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行分析比較和試驗研 究。 活塞平均速度 Cm 活塞平均速度 Cm 也 是表征活塞式內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度（熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)）的重要參數(shù)之一。 氣 缸 直 徑 D 和 氣 缸數(shù) Z 內(nèi)燃機(jī)的缸徑應(yīng)符合系列型號 的規(guī)定，其尾數(shù)應(yīng)該取整數(shù)，優(yōu)先選用 0和 5。 167。總體布置的一般要求如下： 一、 布置緊湊，外形尺寸小，外觀整齊，外接管路盡量少。 四、 具有良好的加工和裝配工藝性。 2110 型柴油機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu) 2110 型柴油機(jī)的主要參數(shù)為：缸徑 D=110mm，活塞行程 S=120mm，標(biāo)定功率 P=26Kw，轉(zhuǎn)速 n=2200r/min，平均有效壓力 Pme=， 缸心距為130mm, 燃油消耗率不大于 240g/(KW濕式氣缸套是由高磷合金鑄鐵鑄成的。在現(xiàn)代柴油機(jī)設(shè)計中均采用三道環(huán)，由于現(xiàn)代加工方法 的大大提高，可以加工形狀復(fù)雜的氣環(huán)與油環(huán)，改善了密封效果，另外，減少一道氣環(huán)，能夠減少活塞運動中的機(jī)械摩擦，提高了柴油機(jī)的平均有效功率。曲軸的 中間主軸承采用止推片 起軸向定位作用。隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)的不斷提高，曲軸的工作條件更加苛刻。實踐與理論表明，對于各種曲軸，彎曲載荷具有決定性意義，而扭轉(zhuǎn)載荷僅占次要地位（不包括因扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞）。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。曲軸扭轉(zhuǎn)剛度不足則可能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動；輕則引起噪音，加速曲軸上齒輪等傳動件的磨損；重則使曲軸斷裂。 所有這些要求，在高速內(nèi)燃機(jī)的條件下，都應(yīng)該在輕的結(jié)構(gòu)重量下實現(xiàn)。此外，曲柄銷的增大，使得連桿大頭以更大的比例加大加重，軸承的離心負(fù)荷加大。影響這個主要矛盾的主要因素有：曲軸的結(jié)構(gòu) 、材料和加工工藝等三方面，這三種因素各自有獨立的作用，相互又有影響，必須辨證地進(jìn)行分析，在設(shè)計曲軸時，不應(yīng)只注重結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計一個方面。 畢業(yè)設(shè)計說明書 12 167。 3．根據(jù) 柴油機(jī)沖程數(shù)，氣 缸數(shù)目和排列方式，發(fā)火順序，從保證扭矩均勻，平衡性良好，主軸承負(fù)荷不要過大等原則出發(fā)確定曲柄排列。 167。 按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。 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。在使用中若發(fā)現(xiàn)某曲軸損壞 ，可單獨更換損壞的曲柄，而不需要報廢整個曲軸。軸和孔的配合的過盈量是軸頸的 ‰ ‰ 。 圖 31 綜上所述，此 次設(shè)計采用整體式曲軸。 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。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(jī)械性能已接近蔌超過一般的中碳鋼，盡管鋼的疲勞 強(qiáng)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(qiáng)度。 167。曲柄長度方向的尺寸基本上決定于氣缸中心距 0L 。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。 根據(jù) 表 31， 初步 選取 曲柄銷的直徑 2D =（ ~） D=66~77mm, 取 2D =70mm。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)動畢業(yè)設(shè)計說明書 16 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(qiáng)度 提供可能。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。試驗證明：橢圓形曲柄具有最好的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。 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。曲軸圓角也可由半徑不同的二圓弧和三圓弧組成。 潤滑油道 軸承的工作能力在很大 程度上取決于潤滑條件。 將機(jī)油輸送到曲軸軸承中去的供油方法有兩種： 分路供油 多數(shù)柴油機(jī)采用這種供油方法。假軸承上也澆有一層軸承合金。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。因 此應(yīng)兼顧上述兩項要求來確定