【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Cm 增大 會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率增高，但活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，磨損加劇，壽命下降。 本次設(shè)計(jì) 的 轉(zhuǎn)速為2200r/min。 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(hào) 的規(guī)定，其尾數(shù)應(yīng)該取整數(shù)，優(yōu)先選用 0和 5。此次設(shè)計(jì)的 氣缸直徑于氣缸數(shù)均由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定，其分別為 110mm，兩 缸。 S 行程增加可以提高平均有效壓力 meP 但是在氣缸直徑不變的情況下， S 的增加即行程缸徑比 S/D 增加，導(dǎo)致活塞平均速度提高，有磨損加速、壽命降低等問(wèn)題。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 行程缸徑比： S/D＝ ~ S=（ ~） D=99~ mm 取 S＝ 120 mm??3 。 167。 2110 型柴油機(jī) 的 總體布置 根據(jù)初步確定的內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要零部件結(jié)構(gòu)方案和尺寸，進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的總體布置 。在總體布置中 要確定氣缸的排列，各零部件，附件的結(jié)構(gòu)和尺寸以及安裝位置。繪制 橫剖面 圖?？傮w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。 二、 經(jīng)常需要保養(yǎng)的零部件，如機(jī)油，燃油，空氣的濾清器和噴油器等，接近性要好。對(duì)經(jīng)常檢查調(diào)整的氣門間隙和噴油提前角等有關(guān)零部件應(yīng)考慮到調(diào)整和拆裝方便。 三、 應(yīng)滿足用戶對(duì) 柴油 機(jī) 配套所提出的各項(xiàng)合理要求。 四、 具有良好的加工和裝配工藝性。 五、 柴油機(jī)起吊，存放和安裝方便。 六、 總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行 三 化 標(biāo)準(zhǔn) 。 167。 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 h)。采用柴油直噴系統(tǒng)，活塞頂上有W 形燃燒室，采用孔式 噴油器，提高噴油壓力，大大改善了噴油效果。 機(jī)體由稀土灰鑄鐵鑄造，機(jī)體 采用隧道式機(jī)體 ，以保證機(jī)體的結(jié)構(gòu)剛度。濕式氣缸套是由高磷合金鑄鐵鑄成的。氣缸套的下部有兩道 O 形橡膠密封環(huán)圈防止漏水?；钊霉簿Ч桎X合金鑄造，活塞上部有二道氣環(huán)和一道油環(huán)。第一環(huán)為矩形環(huán)，外圓鍍鉻，第二環(huán)為扭曲環(huán)。在現(xiàn)代柴油機(jī)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)中的機(jī)械摩擦，提高了柴油機(jī)的平均有效功率。連桿用 45 號(hào)鋼鍛造，大頭 采用平切口 ，切口分割面用畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 三角形的鋸齒保證連桿蓋的定位 。曲軸材料選擇 球墨鑄鐵鑄造 制成，曲柄銷采用挖空結(jié)構(gòu)，合理布置潤(rùn)滑油道。曲軸平衡采用完全平衡方案，其上安裝四 個(gè)平衡塊。曲軸的 中間主軸承采用止推片 起軸向定位作用。 潤(rùn)滑系統(tǒng)采用壓力潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑混合的方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 第三 章 曲軸設(shè)計(jì) 167。 概述 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī) 的主要運(yùn)動(dòng)件，其性能直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)的不斷提高，曲軸的工作條件更加苛刻。由于周期性變化的氣體壓力，往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的慣性力以及它們的彎扭拒共同作用，使得曲軸在工作過(guò)程中既彎曲又扭轉(zhuǎn)， 還要承受一定的沖擊載荷，軸頸表面受到磨損，曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸表面的嚴(yán)重磨損，統(tǒng)計(jì)分析表明，破壞的曲軸中有 80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。 因此 ，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，必須 正確選擇曲軸的尺寸參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、材料與工藝， 使其 具有較高的 疲勞 強(qiáng)度，剛度及良好的動(dòng)態(tài)特性。 曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩（扭矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)踐與理論表明，對(duì)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(dòng)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞）。曲軸破壞的統(tǒng)計(jì)分析表明， 80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。因此，曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究的重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度。 曲軸形狀復(fù)雜、應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別在曲柄至軸頸的過(guò)渡圓角區(qū)、潤(rùn)滑油孔附近以及加工粗糙的部位應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出。曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對(duì)速度在軸承中發(fā)生滑動(dòng)摩擦。這些軸承在實(shí)際變工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并不總能保證液體潤(rùn) 滑，尤其當(dāng)潤(rùn)滑油不潔凈時(shí)，軸頸表面遭到強(qiáng)烈的磨料磨損，使得曲軸的實(shí)際壽命大大降低。曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度亦很重要。如果曲軸彎曲剛度不夠，就會(huì)大大惡化活塞、連桿、軸承等重要零件的工作條件，影響它們的工作可靠性和耐磨性，甚至使曲軸箱局部損壞。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(dòng)；輕則引起噪音，加速曲軸上齒輪等傳動(dòng)件的磨損；重則使曲軸斷裂。 綜上所述，曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合以下要求： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 1． 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)盡量減少應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)； 2． 有足夠的剛度 ，使曲軸變形不致過(guò)大； 3． 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． 柄排列合理，以保證柴油機(jī)工作均勻；曲軸平衡性好，以減小振動(dòng)和主軸承最大負(fù)荷； 5． 料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。 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(shí)現(xiàn)。同時(shí)，隨著內(nèi)燃機(jī)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)指標(biāo)的強(qiáng)化，曲軸的結(jié)構(gòu)也應(yīng)留有發(fā)展的余地。 不難看出，上述強(qiáng)度、剛度、耐磨、輕巧的要求之間是存在矛盾的。例如，為了提高曲軸的剛度而增大主軸頸和曲柄銷直徑，對(duì) 軸承工作而言，可以降低軸承比壓，但高轉(zhuǎn)速下軸承圓周速度變大，從而引起摩擦功率損失增加，軸承溫度升高，降低了軸承工作的可靠性。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。這時(shí)，可能引起采用斜切口連桿的必要，而這種連桿剛性差，而且制造成本較高。曲柄銷加大帶來(lái)的曲軸連桿系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的加大，可能使剛度對(duì)扭轉(zhuǎn)帶來(lái)的好處得而復(fù)失。正是這些內(nèi)在的矛盾推動(dòng)著曲軸的發(fā)展，而在曲軸強(qiáng)度矛盾的總體中，應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力與該力作用點(diǎn)的材料抗力是它的主要矛盾。影響這個(gè)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(dú)立的作用，相互又有影響，必須辨證地進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，不應(yīng)只注重結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)一個(gè)方面。 由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，至今還沒有一個(gè)能完全反映實(shí)際的理論公式可供通用。因此，目前曲軸的設(shè)計(jì)主要是依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即利用許多現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計(jì)資料。借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核、曲軸樣品試驗(yàn)，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸與加工工藝等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 167。 曲軸的設(shè)計(jì)步驟 曲軸設(shè)計(jì)在柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)階段就開始進(jìn)行。設(shè)計(jì)步驟大 致如下： 1．根據(jù)柴油機(jī)的用途，強(qiáng)化程度，生產(chǎn)批量，缸心距 以 及活塞行程等參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)那S材料，結(jié)構(gòu)形式，毛坯制造方法及必要的強(qiáng)化工藝。 2．依據(jù)柴油機(jī)相似原則以及設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，初步選 定曲柄銷，主軸頸和曲柄臂的尺寸。 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(guò)大等原則出發(fā)確定曲柄排列。 曲軸計(jì)算： 初步選 定曲軸尺寸后，需對(duì)曲軸進(jìn)行平衡性計(jì)算和曲軸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)曲軸是否滿足前述各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，決定是否需要修改設(shè)計(jì)。上述方法需反 復(fù)進(jìn)行，并最終確定曲軸的尺寸，平衡塊的大小和布置方式，潤(rùn)滑油道的布置， 完成曲軸兩端的設(shè)計(jì)，繪制出曲軸零件圖。 167。 曲軸的結(jié)構(gòu)型式及其 選擇 一、 按支承方式曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸。全支承 曲軸是每?jī)蓚€(gè)（ V 型發(fā)動(dòng) 機(jī)為兩排）氣 缸 間均設(shè)有主軸承的曲軸；而非全支承 曲軸是每 隔兩個(gè)（ V 型發(fā)動(dòng)機(jī)為兩排）氣 缸設(shè)有一個(gè)主軸承的曲軸。由于柴油機(jī)的爆發(fā)壓力較高，因而一般都采用全支承 曲 軸；僅有個(gè)別小缸徑柴油機(jī)為縮短缸心距，減少主軸承數(shù)，采用非全支承 曲軸。 按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。 整體 式 曲軸 整體 式 曲軸 的毛坯 是 由整根鋼料鍛造或用鑄造方法澆鑄出來(lái) 的。整體式曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕， 工作可靠，而且剛度和強(qiáng)度較高 ， 加工面也比較少，在中高速柴油機(jī)上應(yīng)用非常普遍 。 組合 式 曲軸 組合式曲軸是把曲軸分成很多便于制造的單元體，然后將各部分組合裝配而成。 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。 大功率柴油機(jī)和小型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上常采用組合式曲軸。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 （ 1）、 圓盤式組合曲軸 這種曲軸的每個(gè)曲柄單獨(dú)制造，然后用螺釘 聯(lián)成一 根 完整的曲軸。圓盤式組合曲軸各曲柄相同，這使得系列產(chǎn)品的 曲軸 制造十分方便。在使用中若發(fā)現(xiàn)某曲軸損壞 ，可單獨(dú)更換損壞的曲柄，而不需要報(bào)廢整個(gè)曲軸。此外 ，由于這種曲軸各曲柄單獨(dú)制造，因而不需要大型設(shè)備，機(jī)械加工簡(jiǎn)單。 這種曲軸由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，因而僅少數(shù)機(jī)型采用。 （ 2）、 套合式曲軸 （全套合或半套合） 它的曲柄銷，主軸頸，曲柄臂均分開制造，然后用 “ 紅套 ” 或液壓 壓入等方法連接起來(lái)。軸和孔的配合的過(guò)盈量是軸頸的 ‰ ‰ 。 為了減小應(yīng)力集中，軸頸與曲柄臂相配合部分的直徑加大到軸頸直徑的 ～ 倍。目前，套合式曲軸主要應(yīng)用于曲柄半徑大于 400～ 500mm 的大型低速柴油機(jī)，其中半套合式曲軸應(yīng)用較 多。 （ 3）、 分段式曲軸 大型曲軸由于受到加工設(shè)備的限制，往往將曲軸分段制造，然后用凸緣連接起來(lái)，這種曲軸稱為分段式曲軸 。 圖 31 綜上所述，此 次設(shè)計(jì)采用整體式曲軸。 由于此 次設(shè)計(jì) 的是直列 兩 缸柴油機(jī)，故 選用平面 （圖 31） 布置， 曲 柄互成 空間 180176。 夾角， 靜平衡但 動(dòng) 不 平衡，該方 案 的不平衡系數(shù)較小 ，易于采取平衡措施，而 且 此次設(shè)計(jì)的是 高 速柴油機(jī)，采用該布置 第 二 階 往復(fù)慣性力較小 ，可以不考慮 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 167。 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。 鍛造曲軸 一般采用中碳鋼或者合金鋼制造，毛坯生產(chǎn)需要 大型鍛壓設(shè)備，雖然 毛坯尺寸比較精確，減少了加工余量，提高了材料利用率，此外，鍛造能夠使材料的金屬纖維成方向性排列，纖維方向和曲軸形狀大致相符，這大大提高了曲軸的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。 但是鍛造曲軸成本過(guò)高，大約是球鐵曲軸的 37 倍。 雖然鑄造曲軸主要是 球鐵曲軸有很多 缺點(diǎn) ，例如 彎曲疲勞強(qiáng)度比較低，較容易發(fā)生斷裂，相同尺寸的球鐵曲軸與鍛造曲軸相比，剛度差。但 它 的優(yōu)點(diǎn)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(guò)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(huì)有油孔、過(guò)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。球鐵可以鑄造出復(fù)雜的曲軸形狀，使其應(yīng)力分布均勻，且球墨鑄鐵對(duì)缺口敏感度低、變形小，使球墨鑄鐵曲軸的實(shí)際彎曲的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度與正火中碳鋼相近。球鐵曲軸的耐磨性好，吸振能力強(qiáng)，有較好的自潤(rùn)滑和抗氧化性能。 綜上分析，我采用 球 墨鑄 鐵 曲軸。