【文章內(nèi)容簡介】 下，同時(shí)曲軸的材料強(qiáng)度決定著曲軸的體積、重量和壽命。因此，需要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)零部件的用途及強(qiáng)化強(qiáng)度，以選擇正確的曲軸材料，同時(shí)，在保證曲軸能夠承擔(dān)足夠的強(qiáng)度的前提下，曲軸的材料盡可能選用一般的材料。如以鑄代鍛，以鐵代鋼。選擇曲軸的材料時(shí)，除了應(yīng)具有較好的機(jī)械性能外，還需要要求具有高度的耐磨性，耐疲勞性和沖擊韌性。同時(shí)還要考慮曲軸的加工工藝簡便和造價(jià)低。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通常用高強(qiáng)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(shè)計(jì)中采用45鋼模鍛曲軸。 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(jìn)行曲軸設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮。曲軸有整體式曲軸和組合式曲軸兩大型式。而發(fā)動(dòng)機(jī)常采用組合式曲軸，這是因?yàn)槠浼庸ず唵?，不需要大型模鍛設(shè)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來。本設(shè)計(jì)中采用滾動(dòng)軸承作主軸承。這是因?yàn)槭褂盟哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：1） 可以采用隧道式曲軸，保證曲軸箱有較高的剛度和強(qiáng)度；2） 可以減少摩擦損失，提高機(jī)械效率，因而使燃料消耗下降；3） 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)較為容易，尤其在氣溫較低的時(shí)候；4） 采用滾動(dòng)軸承后，對主軸的潤滑較易實(shí)現(xiàn)。 曲軸強(qiáng)化的方法提高曲軸的疲勞強(qiáng)度是設(shè)計(jì)人員必須努力解決的問題。為了提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，可以采用一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)措施。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以采用以下措施：（1）加大軸頸的重疊度。（2）采用較大的圓角半徑可以使圓角彎曲形狀系數(shù)下降，從而提高彎曲強(qiáng)度。（3）軸頸上設(shè)計(jì)卸載槽使應(yīng)力分布更加均勻，而且沿軸頸和曲柄臂寬度的最大應(yīng)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(yuǎn)離曲柄半徑中心呈偏心布置使圓角處的彎曲應(yīng)力降低，提高疲勞強(qiáng)度。（5）增大曲柄臂的厚度和寬度。除了設(shè)計(jì)措施外，工藝方面利用特殊的機(jī)械加工方法、熱處理或化學(xué)處理方法強(qiáng)化表面，以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。常用的表面強(qiáng)化工藝有以下幾種：1）圓角高頻感應(yīng)淬火；2）圓角滾壓強(qiáng)化；3）氮化處理；4）噴丸強(qiáng)化。此曲軸的設(shè)計(jì)采用氮化處理工藝。3 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在選定曲軸材料、毛坯制造及其基本結(jié)構(gòu)型式后，便從單位曲拐（包括主軸頸、曲柄銷和曲柄等主要部分）著手確定主要尺寸和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。曲軸與活塞連桿組件和機(jī)體有密切的聯(lián)系，曲軸的設(shè)計(jì)不能孤立地進(jìn)行。曲軸長度方向的尺寸基本上取決于缸心距。所以，曲軸的基本尺寸大多根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置來考慮。 曲軸 曲軸簡述（一）曲軸 曲軸是由曲柄，加上功率輸出端和自由端組成。每個(gè)曲柄有曲柄臂、曲柄銷和主軸頸三部分組成。曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸送柴油機(jī)所產(chǎn)生的功率，并驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)、噴油泵、機(jī)油泵、水泵以及其他附件工作。 186F曲軸實(shí)物（二）曲軸的工作條件 曲軸在工作中要承受扭轉(zhuǎn)力矩的作用。除此之外，施加在連桿軸頸上的徑向力還要使曲軸承受彎曲作用。因此，曲軸是在同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)力矩和彎曲力矩的復(fù)雜應(yīng)力情況下工作的。 （三）曲軸的設(shè)計(jì)要求 曲軸的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下述要求： （1）具有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)。 （2）具有足夠的剛度，是曲軸變形不致過大，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件；同時(shí)應(yīng)避免在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)共振，以防產(chǎn)生過大的扭矩、橫向和軸向震動(dòng)的附加應(yīng)力。 （3）軸頸具有良好的耐磨性。應(yīng)根據(jù)軸頸比壓，選取適當(dāng)?shù)妮S承材料、軸頸硬度和加工精度，以保證曲軸和軸承有足夠的壽命。（4）曲柄排列應(yīng)合理，以保證汽油機(jī)工作均勻；曲軸平衡性良好，以減小震動(dòng)和主軸承最大負(fù)荷。 （5）材料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。（四）曲軸的結(jié)構(gòu)形式 按結(jié)構(gòu)形式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。 整體曲軸結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作可靠、使用廣泛，尤其在中高速汽油機(jī)上應(yīng)用更為普遍。 曲軸設(shè)計(jì) ，它是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)部件，一般用鋼鍛制。曲軸所有支撐表面都經(jīng)過仔細(xì)的機(jī)械加工和精密的研磨。平衡塊用來平衡與曲軸銷相連的連桿重量。因?yàn)殍T造或鍛造的連桿，重量不同，所以常常在平衡塊上鉆許多孔，以平衡曲軸和防止振動(dòng)。 曲軸主視圖 曲軸的左右平衡塊剖視圖、（詳見圖紙）。曲軸端和飛輪的中心孔是圓錐面配合，能很好地傳遞動(dòng)力。當(dāng)使用滾柱軸承來支撐曲軸時(shí)，要把拋光的高硬度合金鋼軸承 壓進(jìn)曲軸箱，以減少摩擦并提高其耐磨能力。曲軸箱必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，以軸承曲軸旋轉(zhuǎn)的離心力，同時(shí)使所有部件排列合適。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱內(nèi)裝有潤滑油；有些發(fā)動(dòng)機(jī)則使用允許燃油、空氣和潤滑油的混合物進(jìn)入的閥門裝置。曲軸箱必須設(shè)計(jì)好以保護(hù)內(nèi)部的零件。密封墊、油封可不讓污物進(jìn)入和使清潔油不致流出。（1） 曲柄銷的直徑D2和長度L2在考慮曲軸頸的粗細(xì)時(shí)，首先是確定曲柄銷的直徑D2。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表51可知：單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的D2/D（曲柄銷直徑/氣缸直徑）～。即D2=～。對于位于曲軸銷上的每對氣缸的最高往復(fù)慣性力的合成轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)旋轉(zhuǎn)的離心力，同時(shí)加上曲柄銷原有的離心力，使總的離心負(fù)荷變的非常的大。因此，為減輕離心負(fù)荷希望單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的D2/D較小。此外，一般曲柄銷在發(fā)動(dòng)機(jī)上并列著兩個(gè)連桿，每個(gè)連桿都很窄，所以為保證軸頸長度和直徑的比例最佳，D2/D應(yīng)盡量較小。綜合上述情況，在本次設(shè)計(jì)中取曲柄銷直徑D2=50mm。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作出發(fā)，應(yīng)使曲柄銷的長度l2控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表51可知。發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄銷長度l2按l2/D=～，即l2=～，軸承的承載能力最大。若l2過長，則流經(jīng)軸承的機(jī)油量就減少，冷卻度差，油溫升高而使油粘度下降，軸承的承載能力反而降低。此外，軸承過長對曲軸變形的順應(yīng)性差，容易造成棱緣過負(fù)荷。軸承負(fù)荷越大，油膜厚度就越小，用相對較窄的軸承較好。為了保證曲柄強(qiáng)度，曲柄臂厚度應(yīng)適當(dāng)加厚，這也要求減小l2。所以本次設(shè)計(jì)中取l2=35mm，其寬度與滾針軸承相配合。連桿軸頸的尺寸可以依據(jù)承壓面的投影面積F2=?！?。而且汽油機(jī)偏下限，此發(fā)動(dòng)機(jī)也偏下限。在本次設(shè)計(jì)中，F(xiàn)2/F== （）所以所設(shè)計(jì)的連桿軸頸符合要求。（2）主軸頸的直徑D1如果從曲軸沿全長度具有等剛度要求出發(fā)，可以認(rèn)為主軸頸與曲柄銷一樣粗就行了。而從軸承負(fù)荷出發(fā)，由于主軸承最大負(fù)荷小于連桿軸承，因此主軸頸可以比曲柄銷更細(xì)。為了最大限度地加強(qiáng)曲軸的剛度，可適當(dāng)加粗主軸頸，這是因?yàn)榧哟种鬏S頸能增加曲軸軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故可提高自振頻率，減輕扭振危害。同時(shí)，加粗主軸頸可相對縮短其長度，使曲柄加厚以加強(qiáng)整根曲軸的薄弱環(huán)節(jié)。從曲軸各部分協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，建議主軸頸D1的取值范圍為D1=（～）D2=～。根據(jù)以上分析，則取D1=60mm。本設(shè)計(jì)中主軸頸選用滾動(dòng)軸承，主軸頸長度與軸承寬度相配合，因此參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，該軸承的寬度為17mm。（3）曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)鏈輪（正時(shí)鏈輪）一般裝在曲軸的前端，對多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言往往把傳動(dòng)齒輪裝在曲軸后端。消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器無疑應(yīng)裝在曲軸前端，因?yàn)檫@里的振幅最大。驅(qū)動(dòng)齒輪裝在前端采用鍵連接。曲軸后端設(shè)有法蘭和加粗的軸頸，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。且定位銷的布置是不對稱的或只有一個(gè)。（4）曲軸的止推為了防止曲軸由于受熱膨脹而伸長或受斜齒輪及離合器等的軸向力而產(chǎn)生軸向移動(dòng)，在曲軸和機(jī)體之間設(shè)置了一個(gè)止推軸承。為了使曲軸相對于機(jī)體能自由的沿軸向作熱膨脹，止推軸承只能設(shè)置一個(gè)，且設(shè)在前端，從而可以減小軸向移動(dòng)對配氣定時(shí)和供油定時(shí)的影響。曲軸的軸向和間隙應(yīng)保持△2=～（mm）。其它