【文章內(nèi)容簡介】 曲柄銷的直徑 2D和長度 2L在考慮曲柄軸頸的粗細時，首先是確定曲柄銷的直徑 （如圖23所示）。在現(xiàn)在發(fā)2D動機設(shè)計中，一般趨向于采用較大的 值，以降低曲柄銷比壓，提高連桿軸承工作的可2靠性，提高曲軸的剛度。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭的增大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力 ，對曲軸及軸承的工作帶來不利。因為隨著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)量增加一起的自振頻率下降所抵消，可能增加扭轉(zhuǎn)振動的危害。隨著曲柄銷直徑增大的也會增加軸承摩擦功率損失，導致軸承溫度升高，增加潤滑油的熱負荷。這種情況對于高速車用汽油機尤其不利，所以汽油機的比值 /D比柴油機小。2D曲柄銷的長度 是在選定 的基礎(chǔ)上考慮的。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作2L2D能力出發(fā)，應使 控制在一定范圍之內(nèi)，同時注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)。在薄油膜的條件下，軸承的長徑比 / =。如果 過長，則流過軸承的機2L油流量減少，冷卻差，軸承溫度升高，使?jié)櫥驼扯认陆?，軸承的承載能力反而降低。同時，軸承過長對曲軸變形的適應能力差，容易產(chǎn)生棱緣負荷?？傊?，軸承負荷越大，油膜厚度越小，就越希望采用相對較窄的軸承。為提高曲軸的剛度， / 也有下降的趨2D勢。尤其是球墨鑄鐵，為了盡可能加強曲柄， / 應取得較小。2LD 主軸頸的直徑 1D和長度 1L如果從曲軸沿全長度具有剛度要求出發(fā)，可以認為主軸頸與曲柄銷一樣粗就行。從承負荷出發(fā)，則主軸頸可以比曲柄銷更細些，因為主軸承最大負荷小于連桿軸承。但是為了最大限度地加強曲軸的剛度，加粗主軸頸還有很有好處的。當然，主軸頸 過粗，1也會因軸承圓周素的過大，使摩擦損失曾加，軸承工作溫度升高。因此從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點，建議取 =，從避免扭振損壞的角度，主軸頸1應越粗。主軸頸的長度 一般比曲柄銷的長度短。因為主軸承的負荷比連桿軸承輕，取短的L主軸頸可滿足增強剛性及保證良好潤滑的要求，同時由于軸承寬度小，對曲軸變形適應能力強，一致可以采用對棱緣負荷敏感的銅鋁軸瓦。但主軸頸過短，會使軸承負荷能力變壞。，否則由于油壓下降，將損壞油膜承載能力。 曲柄的結(jié)構(gòu)曲柄應選擇適當?shù)暮穸?、寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強度。曲柄形狀應合理，以改善應力的分布。在確定曲柄的尺寸時，應該考慮到曲柄往往是整體式曲軸中的最薄弱的環(huán)節(jié)。如果在曲軸的設(shè)計中注意到了防止扭振，那么曲軸經(jīng)常遇到的破壞形式便是沿曲柄的彎曲疲勞破壞。疲勞裂紋往往起源于高度應力集中的過渡圓角處。曲柄在曲拐平面內(nèi)的抗彎能力以其矩形斷面的抗彎斷面數(shù) 來衡量：W?=2bh式中 b——曲柄的寬度； h——曲柄的厚度。顯然，為了提高曲柄的抗彎能力，增加曲柄的厚度h要比增加曲柄的寬度b要好的多。不過，在缸心距 一定的條件下，增加h要以縮短軸頸長度為代價，可見h的增加受到限0L制?，F(xiàn)代高速內(nèi)燃機曲軸的曲柄形狀大多采用橢圓形或圓形。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，應力分布均勻。為了能最大限度地減輕曲軸的重量，并減小曲柄相對于主軸頸中心的不平衡旋轉(zhuǎn)重量，曲柄上一般都將肩部多余的金屬削去。這對曲柄的強度無多大影響。但是對于具有空心曲柄銷的曲軸，肩部削去的金屬不宜過多，以免在鉆孔或鑄孔處形成銳邊，產(chǎn)生很高的應力集中而出現(xiàn)裂紋。 平衡重平衡重的作用是平衡旋轉(zhuǎn)慣性力及其力矩，轉(zhuǎn)移往復慣性力及其力矩，減小主軸承負荷。設(shè)計平衡重時，應盡可能使平衡重的重心遠離曲軸旋轉(zhuǎn)中心。即用較輕的重量達到較好的效果，以便盡可能減輕曲軸重量。平衡重的徑向尺寸和厚度應以不碰活塞裙底和連桿大頭能通過為限度。鍛造曲軸的平衡重一般與曲軸鑄成一體，可便加工較簡單，并且工作可靠。鍛造曲軸由于結(jié)構(gòu)或者鍛造的設(shè)備有限，平衡重與曲軸分開制造。因此，對于連接的可靠性要求較高，以防緊固件斷裂造成嚴重后果。 油孔的位置和尺寸為保證曲軸軸承工作可靠，對它們必需充分的潤滑。一般采用油壓為2~6巴的壓力潤滑。潤滑油供應的方式與曲軸結(jié)構(gòu)有關(guān)，曲軸中油道的尺寸和布置直接影響它的強度和剛度，同時也影響軸承工作的可靠性。將潤滑油輸送到曲軸油道中供油方法有兩種：一是集中供油；另一種是分路供油。中、高速內(nèi)燃機大部分采用第二種方法。潤滑油一般從機體上的主油道通過主軸承的上軸瓦引入，因為上軸瓦僅承受慣性力的作用，比下軸瓦受力要低些。油孔位置應由曲軸的強度、軸承負載軸心軌跡以及加工工藝等方面綜合考慮決定。主軸頸上的油孔入口應保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上油孔的出口應設(shè)在負荷較低區(qū)，用以提高向曲柄銷的供油能力。曲柄銷油孔多數(shù)選擇在曲拐平面運轉(zhuǎn)前方ψ=45176。~90 176。的范圍內(nèi)。曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞大多數(shù)是從應力集中的油孔邊緣或過渡圓角處開始，同時，應盡量減少油孔處的應力集中，油孔邊緣的過渡圓角半徑取得較大并進行拋光。 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動輔助系統(tǒng)的驅(qū)動齒輪和皮帶輪一般裝在曲軸的前端，因為結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。如果正推軸承在后端，傳動齒輪裝在前端，用的又是斜齒，這樣當軸因受離合器的作用力、斜齒的軸向力和熱膨脹力而產(chǎn)生軸向位移時，將影響配氣和供油定時，從這個觀點看，傳動齒輪應裝在后端較為合適。從曲軸扭轉(zhuǎn)振動來看，前端的振幅較大，這對裝置傳動機構(gòu)不利。因此，多缸發(fā)動機由于曲軸較長，往往把傳動齒輪裝在曲軸后端。消除扭轉(zhuǎn)振動的減震器無疑應裝在曲軸前端，因這里的振幅最大。曲軸后端設(shè)有法蘭或者加粗的軸頸，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。定位銷用來保證重裝飛輪時保持飛輪與曲軸的裝配位置。故定位銷的布置時不對稱的或只是一個。 提高曲軸結(jié)構(gòu)強度的措施在載荷不變的情況下，要降低最大彎曲應力值，提高曲軸的彎曲強度就應設(shè)法降低軸頸圓角處的應力集中效應。適當減小單拐中間部分的彎曲剛度，使應力分布較為均勻，即用結(jié)構(gòu)措施使彎曲形狀系數(shù)能最大限度地下降。（1） 加大軸頸重疊度軸頸重疊度就是主軸頸與曲柄銷重合的程度，用A 表示：12Dr????式中 ：r——曲柄半徑；S——活塞行程。采用短行程是增加重疊度的有效辦法，它比通過加大主軸頸來增加重疊度的作用大。為了使重疊度A成為無量綱參數(shù)，以便對不同發(fā)動機進行比較，引用軸頸重疊度系數(shù) ：?12AS???12D（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)量和光潔度對曲軸應力的影響十分明顯。減小圓角部位的應力集中效應，必須增大圓角半徑。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)計了變曲率過短曲線的方案，或者用幾段互相相切的圓弧近似代替。一般R/D=~，當R，隨R的增加，是應力集中減少已不明顯。出于工藝的考慮，在任何情況下R的絕對值不應小于2mm。（3）采用空心軸頸若以提高曲軸彎曲強度為主要目標，采用主軸頸為空心的結(jié)構(gòu)就行了。若同時減輕曲軸的重量和減小曲軸銷的離心力，從而降低主軸承負荷，則宜采用全空心結(jié)構(gòu)，且將曲柄銷內(nèi)孔向外側(cè)偏離。（4） 卸載槽所謂卸載槽，就是在曲柄銷下方或主軸頸上方曲柄內(nèi)挖一凹槽。一般稱前者為曲柄銷卸載槽，后者為主軸頸卸載槽。卸載槽可使曲柄銷圓角處最大應力下降。但并不改變應力曲線的分布形狀仍是對稱面中心點最大，兩側(cè)逐步減小。 提高曲軸強度的工藝措施工藝措施就是采用局部強化的方法來充分發(fā)揮材料的強度的潛力，解決載荷與抗力這一主要矛盾，以使曲軸趨向等強度。它提供了在曲軸結(jié)構(gòu)不變的條件下，強化了發(fā)動機的可能性。（1）圓角滾壓強化曲軸圓角滾壓能提高疲勞強度的原因，在于金屬表層在滾輪機械力作用下應力超過材料屈服極限時，產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生冷作硬化，硬度提高，金屬表層知道某一深度出現(xiàn)殘余壓縮應力，在深處則產(chǎn)生低值的補償拉應力。去除滾輪機械力后，表層塑性變形略有恢復，然后取得穩(wěn)定。壓縮應力由于永久變形的存在，便殘留下來。表面的殘余壓縮應力，抵消了部分拉伸應力，使零件疲勞強度大大提高。因為疲勞破壞通常是由拉伸應力反復作用的結(jié)果，并始于金屬表面。所以滾壓強化實質(zhì)上是一個預應力強化方法。（2） 軸頸和圓角表面同時進行淬火為了提高曲軸軸頸表面的耐磨性，一般都用高周波電流感應加熱的方法進行表面淬火。它系用熱處理的方法使金屬發(fā)生組織相變，發(fā)生體積膨脹而產(chǎn)生殘余應力，硬度提高，從而使軸頸耐磨性提高。為了改善軸頸耐磨性而采取的表面淬火措施，對疲勞強度起了反作用，因為它加強了本來就比較強的部分，消弱了本來就比較弱的部分。為此，采用專門的工藝措施，把圓角部分也一起淬硬。這樣不僅提高了曲軸軸頸的耐磨性，而且由于圓角淬火產(chǎn)生的殘余壓應力可使曲軸疲勞強度提高30%到50%。所以粗磨后進行感應淬火，用精磨來消除變形。（3） 噴丸強化它與滾壓強化方法一樣，亦屬于利用冷作變形，在金屬表面上留下壓應力，而且使其表層硬度提高，從而提高曲軸疲勞強度的方法。噴丸比滾壓優(yōu)越的地方是使曲軸整個表面都能得到強化，甚至包括未加工的高應力區(qū)，同時適用于大批生產(chǎn)。如果軸頸摩擦表面不需要噴丸，則可用覆蓋物保護。（4） 氮化處理氮化處理是一種化學熱處理強化金屬表面的方法。淡化處理后，由于氮的擴散作用，在曲軸表面形成一層有氮化鐵及碳化鐵組成的化合層，它有極高的耐磨性，并且抗咬合、耐磨蝕?；蠈觾?nèi)部為氮的擴散層，由于氮不斷內(nèi)部擴散，使金屬體積增大，因而產(chǎn)生擠壓應力。采用這種氮化處理方法均可使曲軸疲勞強度增加。3 軟件開發(fā)語言——Visual LISP概述 考慮到 AutoCAD用戶使用方便，在程序設(shè)計中，用可視化語言Visual lisp開發(fā)而成。圖形輸出部分采用在用戶中有較大影響的AutoCAD作為二次開發(fā)的平臺，在對話框的操作界面中實現(xiàn)了簡潔明快、操作方便。 Visual LISP特點與應用Visual LISP是Autolisp 的發(fā)展，是一種可視化的 LISP編程開發(fā)環(huán)境，是AutoILSP語言的擴展和延伸，可以通過ActiveXAutomation 接口與對象交互。 Visual LISP語言的特點學習AutoLisP 是非常容易的，對初學者而言，即使沒有學習過任何的程序語言，都能很快上手，寫出精彩漂亮的AutoLIsP程序。（1） 語法簡單 不用特殊的變量定義，非常富有彈性，比起其他的程序語言，它的語法可說是非常簡單而又有其獨特的風格。（2）功能函數(shù)強大除一般性的功能函數(shù)外，又擁有為數(shù)不少控制配合AutoCAD的特殊函數(shù)，再加上AutoLISP RJ直接調(diào)用執(zhí)行所有 AutoCAD的命令，以及掌握運用所畝的 AutoCAD系統(tǒng)變量，功能之強。（3） 撰寫環(huán)境不挑剔只要是一般的窗門文本編輯軟件都適用，例如WORDPAD、EDIT、Visualisp ；（4） 直譯式程序不用再作編譯，“即寫即測、即測即用”，馬上可以在AulocAD中響應效果。 AutoLISP語言及其特點LISP(List Processing Language)是人工智能領(lǐng)域中廣泛采用的一種程序設(shè)計語言，主要用于人工智能、機器人、專家系統(tǒng)、博奕、定理證明等領(lǐng)域。LISP也被稱為符號式語言，因為它處理的對象是符號表達式。LISP語言的程序和數(shù)據(jù)都以符號表達式的形式來表示，即一個LISP 程序可以把另一個 LISP程序作為它的數(shù)據(jù)來處理。 AutoLISP是為擴展和自定義AutoCAD功能而設(shè)計的一種LISP編程語言 ,它嵌入在AutoCAD的內(nèi)部，是LISP 和AutoCAD有機結(jié)合的產(chǎn)物。AutoLISP采用了和 LISP最相近的語法和習慣約定 ,具有CommonLISP的特性，但又針對AutoCAD增加了許多功能。例如，可以把AutoLISP 程序和AutoCAD的繪圖命令透明地結(jié)合起來，使設(shè)計和繪圖完全溶為一體。還可以實現(xiàn)對AutoCAD當前圖形數(shù)據(jù)庫的直接訪問、修改，為實現(xiàn)對屏幕圖形的實時修改、交互設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計以及在繪圖領(lǐng)域中應用人工智能提供了方便。概括地說，AutoLISP綜合了人工智能語言LISP 的特性和AutoCAD強大的圖形編輯功能的特點，可謂是一種人工智能繪圖語言。AutoCAD2022以前的AutoLISP屬于解釋執(zhí)行性的語言．在AutoCAD2022及其以后的版本中推出了VisualLISP．既兼容以前的AutoLISP 程序，又可以經(jīng)編譯生成執(zhí)行程序；既做到了源程序代碼的保密，又加快了程序的運行速度?？偟膩砜矗珹utoLISP具有如下特點:1．它是一個嵌入式語言。它不是運行在操作系統(tǒng)下，而是運行于AutoCAD的環(huán)境下，或者說，它嵌入在AutoCAD之中。2．采用了LISP 語言的語法。3．吸收了LISP 語言的主要語句（或稱函數(shù)），具有LISP 語言的語法結(jié)構(gòu)。4．加入了與圖形處理有關(guān)的語句。5．可直接調(diào)用幾乎全部的AutoCAD命令。不難看出，AutoLISP 語言既具有一般高級語言的基本結(jié)構(gòu)和功能，又具有一般高級語言所沒有的強大的圖形處理能力。因此，AutoLISP 程序既可完成通常的科學計算和數(shù)據(jù)處理，又能直接調(diào)用AutoCAD的命令。這兩者的有機結(jié)合，使之成為專業(yè)CAD系統(tǒng)的強有力的開發(fā)工具。 Visual LISP程序設(shè)計語言概述Visual LISP是為加速AutoLISP程序開發(fā)而設(shè)計的軟件工具，它提供了一個完整的集成開發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調(diào)試器和其他工具，它可以顯著地提高自定義AutoCAD的效率。Visual LISP提供的主要工具有：文本編輯器、格式編排器、語法檢查器、源代碼調(diào)試器、檢驗和監(jiān)視工具、文件編譯器、工程管理系統(tǒng)、上下文相關(guān)幫助與自動匹配功能和智能化控制臺等。在Visual LISP集成環(huán)境下開發(fā)AutoLISP程序，不再象以前那樣用其他系統(tǒng)的文本編輯程序編寫代碼；調(diào)試程序