【文章內(nèi)容簡介】
應(yīng)力集中敏感性大,因而一些合金鋼曲軸油孔的內(nèi)表面也應(yīng)拋光。 圖 32 為此次設(shè)計(jì)油道的布置方案 圖 32 油道布置方案 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 曲軸平衡塊 平衡塊用來平衡曲軸不平衡的離心慣性力和離心慣性 力矩。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,多數(shù)離心慣性力和離心慣性力矩已自行平衡的曲軸也配置平衡塊,這主要是為了減輕主軸承的最大負(fù)荷,保證軸承有良好的潤滑條件,減小曲軸和曲軸箱所受的離心慣性力矩。但曲軸配置平衡塊后,重量增加,制造工藝復(fù)雜,曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動自振頻率降低。因此,應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速,曲軸結(jié)構(gòu),曲柄排列,軸承負(fù)荷以及對平衡的要求等因素綜合考慮是否配置平衡塊。一般低速柴油機(jī)不需要配置平衡塊,高度柴油機(jī)則需要配置平衡塊。平衡方案的選擇,平衡塊重量的計(jì)算與布置,應(yīng)該仔細(xì)考慮。 平衡塊的重心應(yīng)盡量遠(yuǎn)離曲軸中心線,以提高平衡效果 。但平衡塊一般不超過曲軸旋轉(zhuǎn)所掃過的范圍。平衡塊厚度一般與曲柄臂相同。 曲軸的軸向定 位 為防止曲軸的軸向定位,保證工作正常,曲軸需設(shè)有軸向定位。中高速柴油機(jī)的曲軸通常用止推片或止推軸瓦做止推軸承。大多數(shù)柴油機(jī)把止推軸承設(shè)在輸出端,這樣當(dāng)曲軸受熱伸長時離合器的間隙可保持不變。但裝在曲軸自由端的正時齒輪會產(chǎn)生一些位移。在一些柴油機(jī)中由于中央主軸承的負(fù)荷大而增加其長度,并用它作止推軸承。 曲軸的端部結(jié) 構(gòu) 曲軸的兩端分別為自由端和輸出端。大多數(shù)柴油機(jī)的機(jī)油泵,水泵等輔助裝置的驅(qū)動齒輪以及曲軸的扭轉(zhuǎn)減振器 均安裝在自由端。飛輪裝于輸出端,柴油機(jī)產(chǎn)生的功率經(jīng)輸出端輸出,但在某些工程機(jī)械或農(nóng)用柴油機(jī)上,曲軸自由端也可輸出部分乃至全部功率。 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)和噴油泵的曲軸正時齒輪布置于自由端或輸出端。當(dāng)曲軸正時齒輪布置在輸出端時,可將正時齒輪直接制造在曲軸上。 曲軸輸出端一般借法蘭通過定位銷和螺栓來安裝飛輪。為提高曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度,最后一道主軸承至曲軸法蘭的軸段應(yīng)盡量短粗,甚至其直徑和曲軸法蘭相同,這樣也便于套裝油封。 曲軸法蘭的大小應(yīng)根據(jù)主軸承直徑及油封裝置來決定。飛輪緊固螺栓分布的圓周直徑,最好使螺栓孔位于主軸頸之外 ,并能讓開主軸頸到法蘭的過度圓角 [8] 。 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 第四章 曲軸的平衡分析 曲軸的平衡性 分析 對曲曲軸軸平衡性的分析可以采用兩種方法 ,矢量圖法和數(shù)學(xué)分析法 ,此次設(shè)計(jì)中我采用的是數(shù)學(xué)分析法 : (1)分析 ? 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? ? ?? ? ? ? ? ? ??? 得 2α =30176。 即 2 30???, 2m a x 03jjM m R L??? ??? 由上得知一、二級往復(fù)慣性力矩的正、反轉(zhuǎn)矢量 11jIM A B?? ????? ? ? ? ?12101 32 ijA m R L e ??? ??? ? ? ? ? ?12101 32 ijB m R L e ??? ???? ? 22jM A B? ?? ????? ? ? ? ?222201 32 ijA m R L e ???? ??? ? ? ? ? ?222201 32 ijB m R L e ???? ???? ? maxjIM?? maxjIM? 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 圖 41 曲軸上的力矩分布圖 (2)慣性力矩的平衡方法 一般 ,只 采用曲軸附加偏角 (或扇形 )平衡塊的方法將 1rM KA???? 全部平衡掉。其中, K 值需要與柴油機(jī)的配套裝置一道試驗(yàn)確定。對一、二級往復(fù)慣性力,不另添置平衡軸,而讓其自行存在。由此收起的振動是許可的。為了獲得良好的外部平衡性能,應(yīng)對帶平衡塊的曲軸進(jìn)行仔細(xì)地靜、動平衡,并把活塞組、連桿組的重量嚴(yán)格控制在誤差范圍內(nèi)。 maxjM??? maxjM?? rM?? rM? 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 曲軸平衡重的 布置方式 此次設(shè)計(jì)中曲軸的平衡塊配置如下圖所示 : 圖 42 平衡重布置圖 車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 第五章 曲軸疲勞強(qiáng)度校核 曲軸疲勞強(qiáng)度 總述 強(qiáng)度計(jì)算是設(shè)計(jì)時預(yù)先估計(jì)所設(shè)計(jì)的零件能否可靠工作的一種手段。但是內(nèi)燃機(jī)的許多主要零件,包括曲軸在內(nèi),設(shè)計(jì)時都不是由計(jì)算強(qiáng)度開始的,而是首先通過草圖設(shè)計(jì)確定各部分的基本結(jié)構(gòu)和大致尺寸,然后再進(jìn)行反復(fù)的校核計(jì)算和試驗(yàn)并經(jīng)必要的修改,直到達(dá)到滿意的結(jié)果予以定型為止。 曲軸強(qiáng)度廣告牌主要兇手靜強(qiáng)度計(jì)算和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。靜強(qiáng)度市場繁榮的目的是求出曲軸各危險部位最大工作應(yīng)力;疲勞強(qiáng)度計(jì)算的目的是求出曲軸在承受六變工作應(yīng)力下的最小強(qiáng)度儲備,通常以安全系數(shù)的形式表示。不論是計(jì)算靜強(qiáng)度還是疲勞強(qiáng)度都必須首先對曲拐進(jìn)行正確的受分 析,求得曲拐各截面上的彎矩和扭矩。 曲軸是由一個或多個曲拐組成的。每一個曲拐則是由曲柄臂,主軸頸和連桿頸三部分組成。 曲軸中用以驅(qū)動其它機(jī)械旋轉(zhuǎn)的一端稱為功率輸出端(或稱后端)。通常在曲軸的功率輸出端裝有飛輪 `。 曲軸的另一端稱為自由端。大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)上,機(jī)器本身的輔助機(jī)構(gòu),如配氣機(jī)構(gòu),機(jī)油泵,冷卻水泵和冷卻風(fēng)扇等是由曲軸自由端經(jīng)過傳動齒輪、鏈輪或三角帶進(jìn)行驅(qū)動的。 上述情況說明,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頸向力還要使曲軸受彎曲作用。因此,曲軸是在同時承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力 的復(fù)雜應(yīng)力情況下工作的。 因此,設(shè)計(jì)曲軸時必須注意解決的主要問題之一是盡量提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。設(shè)計(jì)曲軸時必須注意解決的另一主要問題是保證軸頸與軸承工作可靠并且耐用。這是關(guān)系到整臺內(nèi)燃機(jī)工作是否可靠和耐用的一個重要環(huán)節(jié)。 曲軸是內(nèi)燃機(jī)的脊骨,在設(shè)計(jì)時必須使曲軸具有足夠的抗彎強(qiáng)車輛與動力工程學(xué)院汽車發(fā)動專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 度。曲軸是通過主軸頸支撐在機(jī)體上的。曲軸的抗彎強(qiáng)度不足,彎曲變形過大,不但會影響軸承和軸頸的結(jié)合,對機(jī)體的受力情況也有不利影響。 在曲軸的設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能的提高系統(tǒng)的自振頻率,以便盡可能的使危險的共振轉(zhuǎn)速高于內(nèi)燃機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速。 通過大 量的曲軸斷裂事故進(jìn)行分析證明,大多數(shù)斷軸事故屬于疲勞破壞。疲勞破壞是由應(yīng)力集中的地方開始,如曲軸的油孔邊緣和曲軸臂和軸頸相交接處。由于交變扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用而產(chǎn)生的疲勞破壞,裂紋一般是與軸線呈大約 45。交角。因此設(shè)計(jì)曲軸時必須注意解決的問題就是保證軸頸與軸承工作可靠并且耐用。使曲軸不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中安全可靠,而且能充分利用材料的疲勞強(qiáng)度。為此我們需要能夠較精確的確定曲軸的疲勞強(qiáng)度和曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時的實(shí)際應(yīng)力。 把握曲軸的許用應(yīng)力和曲軸的工作應(yīng)力卻相當(dāng)困難。這是由于:實(shí)際的曲軸是一個支撐的靜不定系統(tǒng),理論上應(yīng)按連續(xù)梁的概念來 求解支撐扭矩和支反力 。曲軸是一根彎曲的彈性軸,支撐它的曲軸箱和支座都是彈性體,在外載荷作用下他們將發(fā)生彈性變形;曲軸在工作時承受的負(fù)荷不但沿整個軸頸長度方向分布,而且分布規(guī)律不斷變化;曲軸各主軸頸和軸承孔均非同心,它們之間的工作間隙也不完全相同, 并隨軸頸和軸承的磨損而變化。加上曲軸的形狀復(fù)雜,所有上述因素使得曲軸應(yīng)力的計(jì)算大為復(fù)雜,迄今為止, 還只能做較為近似的計(jì)算。 現(xiàn)有的經(jīng)過簡化的計(jì)算方法主要有兩種: 一種是把曲軸按照單拐分成幾段,每段當(dāng)作簡支梁進(jìn)行分析;另一種是把曲軸作為連續(xù)梁進(jìn)行分析。分段法計(jì)算簡 單,突出了曲拐受力的主要矛盾,所以使用普遍。不過由于它忽略了許多影響因素,甚至也沒有考慮相鄰曲拐的影響,致使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大;連續(xù)梁法近年正逐步受到人們的重視,因?yàn)樗紤]拉支撐的彈性安裝不同心度以及支座彎矩等因素對曲軸應(yīng)力的影響,使計(jì)算較為全面。但這種方法在分析時仍忽略了一些難以控制、然而又非常重要的影響因素,如軸頸與軸承之間的工作間隙、主軸頸的偏心、錐度、橢圓度、作用力的形態(tài)等因素對曲軸應(yīng)力的影響,使得計(jì)算結(jié)論仍不能令人滿意,這