發(fā)動機曲軸設計原創(chuàng)性(編輯修改稿)
2024-07-26 22:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 驅(qū)動風扇、水泵、發(fā)電機等輔助裝置。曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成，如下圖所示。圖61主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處常設置平衡重。平衡重用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩及一部分往復慣性力，從而保證了曲軸旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，曲柄與主軸頸的相連處用圓弧過渡，以減少應力集中。直列發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)目與氣缸數(shù)相等而V型發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。曲軸前端裝有正時齒輪，以驅(qū)動風扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。曲軸的形狀和曲拐相對位置取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動機的發(fā)火順序。多缸發(fā)動機的發(fā)火順序應使連續(xù)作功的兩缸保持盡量遠的距離，這樣既可以減輕主軸承的載荷，又能避免可能發(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象。此外作功間隔應力求均勻，也就是說發(fā)動機在完成一個工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個氣缸都應發(fā)火作功一次，以保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 JX493ZQL曲軸的材料經(jīng)查詢相關(guān)資料可知：該發(fā)動機曲軸采用球墨鑄鐵鑄造而成。 曲軸的疲勞損壞形式發(fā)動機曲軸的工作情況比較惡劣承受著周期性變化的燃氣作用力、往復運動和旋轉(zhuǎn)運動慣性力等各個力矩的作用。根據(jù)發(fā)動機曲軸產(chǎn)生裂紋的種類性質(zhì)不一樣，可將其分為彎曲疲勞裂紋、扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋和彎曲一扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋這三種不同的形式，具體裂紋特征如下圖所示：圖721彎曲疲勞裂紋 2扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋根據(jù)上述曲軸的失效形式及其產(chǎn)生的根本原因，我們在發(fā)動機曲軸設計過程中應著手注意以幾個方面：1. 發(fā)動機曲軸上盡量減小應力集中，以保證其工作可靠；，不至于在工作中產(chǎn)生過大的變形量；，以此來確保曲軸和軸承的壽命長；，且加工工藝性好。第三章 JX493ZQL曲軸尺寸的計算和結(jié)構(gòu)細節(jié)設計 曲柄銷的直徑和長度 在進行曲軸設計時，第一步要確定曲柄銷的直徑，通常為了降低曲柄銷比壓而采用較大的值。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭加大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力增大，也會大大影響曲軸及軸承的工作性能。對于柴油機，為氣缸直徑，已知=，則，曲柄銷直徑取為==。曲柄銷的長度是在曲柄銷直徑選定的基礎上考慮的。根據(jù)統(tǒng)計/=，取==28。軸頸的尺寸，最后可以根據(jù)承壓面的投影面積與活塞投影面積之比來校核，此比值據(jù)統(tǒng)計在范圍內(nèi)。那么由，則長度取值合適。 主軸頸的直徑和長度從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點，建議取，取==54。由于主軸承的負荷比連桿軸承輕，主軸頸的長度一般比曲柄銷的長度短，參考相關(guān)資料可知：，取==。 曲柄曲柄應選擇適當?shù)暮穸?、寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強度。參考相關(guān)資料可得出:曲柄的寬度，取，厚度，取。曲柄臂以凸肩接主軸頸和曲柄銷。凸肩的厚度根據(jù)曲軸加工工藝決定。~1，取=1。曲柄銷和主軸頸至曲柄臂凸肩的過渡圓角對應力集中程度影響最大，加大圓角半徑可使圓角應力峰值降低，故宜取大，取=3。 平衡重設計平衡重時，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以不碰活塞裙底和連桿大頭能通過為限度。將平衡重與曲軸鑄成一體，時加工較簡單，并且工作可靠。 油孔的位置和尺寸曲柄銷油孔選擇在曲拐平面運轉(zhuǎn)前方的范圍內(nèi)。由于油道位于曲拐平面內(nèi)，油道出口處應力集中現(xiàn)象嚴重，當油道中心線與軸頸中心線的夾角時，最大應力增加很快，因此油孔設在小于處。油道的孔徑一般在左右，取為4。 曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動輔助系統(tǒng)的正時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。發(fā)動機的配氣機構(gòu)也是由曲軸自由端驅(qū)動。這是應為曲軸自由端的軸頸允許較細，可以采用節(jié)圓直徑小的齒輪，消除扭轉(zhuǎn)振動的減振器裝在曲軸前端，因為這里的振幅最大。在曲軸自由端從曲軸箱伸出去額地方必須考慮密封。一方面防止曲軸箱中的機油由這里漏出去，另一方面也防止外面的塵土等進入。密封是用甩油環(huán)和密封裝置所組成，密封裝置可以是密封圈，也可以是螺紋迷宮槽。所謂迷宮槽是在軸上或在曲軸箱的對應孔壁上制出螺紋，螺紋的螺旋方向與軸的螺旋方向相反。當機油漏入軸與孔之間的間隙中時，依靠機油的粘性和螺紋，把機油像個螺母一樣地退了回去，不使它漏出機體外。曲軸后端（功率輸出端）設有法蘭，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。螺栓應擰得足夠緊，以便能夠依靠飛輪與法蘭之間的摩擦力矩傳輸出曲軸的最大轉(zhuǎn)矩。定位銷用來保證重裝飛輪時保持飛輪與曲軸的裝配位置。故定位銷的布置是不對稱的或只有一個。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。為了提高曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度，從最后一道主軸承到飛輪法蘭這一軸段應該盡量粗短[13]。 曲軸的止推為了控制發(fā)動機在工作時曲軸受熱而產(chǎn)生的軸向竄動，在曲軸上通常設置有軸向定位裝置，同時為了保證曲軸在受熱膨脹時有一定的自由伸長量，所以曲軸上只能有一處軸向定位。從降低曲軸和機體加工尺寸鏈精度要求出發(fā)，止推軸承設在中間主軸承的兩邊。在第三主軸頸處設置軸向止推片，止推片為四片。曲軸軸向間隙應保持，其它各主軸承端面間隙應保證曲軸受熱伸長時能自由延伸。將潤滑油輸送到曲軸油道中去的供油方式有兩種：一種是集中
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