【正文】 承的工作條件。設(shè)計(jì)時(shí)，平衡重對(duì)主軸承工作情況的影響是利用主軸頸載荷圖來(lái)進(jìn)行估算的。沒有平衡重時(shí)，由于離心慣性力的影響，主軸頸表面所受載荷的分布可能很不均勻，一部分軸頸表面所受載荷很大，但另一部分軸頸表面卻完全不承受載荷。通過(guò)安裝平衡重可以抵消一部分離心慣性力，從而使軸頸表面的載荷分布比較均勻些，與此同時(shí)軸頸和軸承表面的平均載荷也可以相應(yīng)下降。它意味著軸頸的磨損也可以比較均勻，而不是集中磨一處，防止因偏磨而很決失圓損壞[10]。設(shè)計(jì)平衡重時(shí)，應(yīng)盡可能使平衡重的重心遠(yuǎn)離曲軸旋轉(zhuǎn)中心，即用較輕的重量達(dá)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(guò)為限度。將平衡重與曲軸鑄成一體，時(shí)加工較簡(jiǎn)單，并且工作可靠。 油孔的位置和尺寸為保證曲軸軸承工作可靠，對(duì)它們必需有充分的潤(rùn)滑。曲軸中油道的尺寸和布置直接影響它的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也影響軸承工作的可靠性。潤(rùn)滑油一般從機(jī)體上的主油道通過(guò)主軸承的上軸瓦引入。從主軸頸向曲柄銷供油采用斜油道，主軸頸上的油孔入口應(yīng)保證向曲柄銷供油足夠充分，曲柄銷上油孔的出口應(yīng)設(shè)在負(fù)荷較低區(qū)，用以提高向曲柄銷的供油能力。曲柄銷油孔選擇在曲拐平面運(yùn)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(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)油道中心線與軸頸中心線的夾角時(shí)，最大應(yīng)力增加很快，因此油孔設(shè)在小于處[10]。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(dòng)輔助系統(tǒng)的正時(shí)齒輪和皮帶輪一般裝在曲軸的前端，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)也是由曲軸自由端驅(qū)動(dòng)。這是應(yīng)為曲軸自由端的軸頸允許較細(xì)，可以采用節(jié)圓直徑小的齒輪，消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減振器裝在曲軸前端，因?yàn)檫@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(jī)油由這里漏出去，另一方面也防止外面的塵土等進(jìn)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(duì)應(yīng)孔壁上制出螺紋，螺紋的螺旋方向與軸的螺旋方向相反。當(dāng)機(jī)油漏入軸與孔之間的間隙中時(shí)，依靠機(jī)油的粘性和螺紋，把機(jī)油像個(gè)螺母一樣地退了回去，不使它漏出機(jī)體外[17]。曲軸后端（功率輸出端）設(shè)有法蘭，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接。螺栓應(yīng)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(lái)保證重裝飛輪時(shí)保持飛輪與曲軸的裝配位置。故定位銷的布置是不對(duì)稱的或只有一個(gè)。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yīng)該盡量粗短。 曲軸的止推曲軸由于受熱膨脹而伸長(zhǎng)或受斜齒輪即離合器等的軸向力會(huì)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)曲軸的軸向竄動(dòng)，在曲軸上設(shè)置有軸向定位裝置，同時(shí)為了保證曲軸在受熱膨脹時(shí)有一定的自由伸長(zhǎng)量，所以曲軸上只能有一處軸向定位。從降低曲軸和機(jī)體加工尺寸鏈精度要求出發(fā)，止推軸承設(shè)在中間主軸承的兩邊。在第三主軸頸處設(shè)置軸向止推片，止推片為四片。曲軸軸向間隙應(yīng)保持，其它各主軸承端面間隙應(yīng)保證曲軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)能自由延伸。 曲軸的疲勞強(qiáng)度校核由于曲軸工作時(shí)承受交變載荷，它的破壞往往都由疲勞產(chǎn)生，因此，需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。由于實(shí)際的曲軸是一個(gè)多支承的靜不定系統(tǒng)，理論上應(yīng)按照連續(xù)梁的概念來(lái)求解支承彎矩和支反力，因?yàn)樗紤]了支承的彈性安裝不同心度以及支座彎矩等因素對(duì)曲軸應(yīng)力的影響。連續(xù)梁計(jì)算方法為：把曲軸簡(jiǎn)化為支承在剛性支承上的圓柱形連續(xù)直梁，根據(jù)連續(xù)梁支承處偏轉(zhuǎn)角相等的變形協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)出各支承偏轉(zhuǎn)角變化總和為零的連續(xù)方程，這種方法在各單位曲拐長(zhǎng)度相等的情況下認(rèn)為它們的剛度相等，免去繁雜的曲拐剛度計(jì)算，同時(shí)又由于不考慮支座彈性等，得到三彎矩方程，借助三彎矩方程進(jìn)行計(jì)算，得各支承處在曲拐平面和曲拐平面的垂直面內(nèi)的彎矩，然后把第支承和第支承點(diǎn)處的主軸頸截面的彎矩（曲拐平面內(nèi)）、（曲拐平面的垂直面內(nèi)）和、再根據(jù)此新模型確定各支反力、各危險(xiǎn)截面的內(nèi)力矩，進(jìn)而計(jì)算各名義應(yīng)力[17]。 作用于單元曲拐上的力和力矩計(jì)算公式及其推導(dǎo)，把曲軸簡(jiǎn)化為等圓截面梁，且由于假設(shè)各軸頸按等高度剛性點(diǎn)支承，即不考慮支座彈性及加工形成的不同軸度，以集中方式加載，且各拐集中力作用在各曲柄銷中央，平衡重離心力作用在平衡塊寬度中，為了保持轉(zhuǎn)換前后的一致，需在鉸鏈處作用彎矩，再根據(jù)支承二端轉(zhuǎn)角相等的變形協(xié)調(diào)條件，保證各中間支承的連續(xù)性。由材料力學(xué)知：在支承處左端梁轉(zhuǎn)角和右端梁轉(zhuǎn)角為（若）： （） （）由變形協(xié)調(diào)條件=， 連續(xù)梁受力圖=又因?yàn)椋? （）設(shè)第一支承和最后一個(gè)支承處的彎矩為零，即上式中包含，三個(gè)支承處的內(nèi)彎矩，故稱三彎矩方程。連續(xù)梁有多少個(gè)內(nèi)支承就可以建立多少各這樣的三彎矩方程，以此可求出支承處的內(nèi)彎矩[18]。曲拐平面內(nèi)支承彎矩計(jì)算已知=++=，當(dāng)=2，=3，=4時(shí)，由式（）得三彎矩方程組（）： （）。將、分別代入方程組。 各工況下載荷數(shù)據(jù)（單位：）工況一二三四 各工況下曲拐平面內(nèi)彎矩計(jì)算結(jié)果（單位：）工況一二三四25 （單位：）工況一 —二— 三—四 — 曲拐平面的垂直平面內(nèi)彎矩計(jì)算結(jié)果（單位：）工況一二三四支反力計(jì)算求得各支承彎矩后。 支反力計(jì)算模型得到支反力表達(dá)式如下： （） （）式中：—作用在曲柄銷上的徑向力；—作用在曲柄銷上的切向力； —連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量、曲柄銷、曲柄臂的總的離心慣性力；已知，由公式（）、（）計(jì)算得到各個(gè)支座反力。 （單位：）工況一二3635三四 （單位：）工況一0二0三0四0可見，各支座在曲拐平面內(nèi)的值比曲拐平面的垂直面內(nèi)的值大得多。 名義應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)力計(jì)算的任務(wù)是求出曲拐上曲柄銷圓角處的名義應(yīng)力幅、和名義應(yīng)力的平均值、。由于疲勞破壞總是發(fā)生在曲柄臂截面上，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞總是發(fā)生在軸頸上，因此彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的名義應(yīng)力應(yīng)分別取為曲柄臂中央截面和曲柄銷軸頸橫截面上的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[17]。一般情況，四缸機(jī)是在第二、三缸受到最大爆發(fā)壓力作用時(shí)曲軸所受的應(yīng)力最大，現(xiàn)選擇對(duì)第三缸曲拐進(jìn)行名義應(yīng)力計(jì)算：曲軸材料：QT9002，極限強(qiáng)度，對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限，對(duì)稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限。 單拐計(jì)算模型彎曲應(yīng)力 ，最大支反力，對(duì)應(yīng)的支承彎矩，最小支反力，對(duì)應(yīng)的支承彎矩，然后計(jì)算曲拐平面內(nèi)曲柄臂中央處彎矩，彎矩最大值為： （）彎矩最小值為： （）曲柄臂抗彎截面模量為： （） 圓角名義彎曲應(yīng)力為： （） （）最后得到，圓角彎曲應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為： （） （）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，單拐扭矩，對(duì)應(yīng)的曲拐垂直平面內(nèi)支反力，對(duì)應(yīng)的曲拐垂直平面內(nèi)支反力。然后計(jì)算圓角承受的扭矩： （） （）曲柄銷抗扭截面系數(shù)為： （）圓角名義切應(yīng)力為： （） （）最后得： （） （）計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用值，則校核合格。6 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建運(yùn)用Pro/E軟件分別對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件進(jìn)行模型的建立，具體步驟如下： 活塞的創(chuàng)建 活塞的特點(diǎn)分析活塞是在高溫、高壓、高腐蝕的條件下，在汽缸內(nèi)做高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的。要適應(yīng)這樣惡劣的工作條件，必須具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。（1）活塞頂部外表面設(shè)計(jì)成凹面形，以利于燃燒室內(nèi)的氣體形成渦流，使燃料與空氣混合得更均勻，燃燒得更充分。（2）在活塞的頭部有三道環(huán)形槽，上邊兩道環(huán)形槽為氣環(huán)槽，下邊一條為油環(huán)槽。（3）活塞的裙部在活塞做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用。裙部頂端有兩個(gè)往里凸起的銷座。（4）活塞裙部的軸截面應(yīng)制成鼓形，活塞裙部的橫截面應(yīng)制成橢圓形。由于橢圓的長(zhǎng)軸與短軸之間相差極小，所以建模時(shí)以圓形代替。 活塞的建模思路（1）為了快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建活塞模型，先抽取活塞模型中的對(duì)稱部分，由列表曲線創(chuàng)建活塞的1/4輪廓。（2）鏡像生成活塞的整個(gè)輪廓。（3）創(chuàng)建活塞的頂部凹槽特征。（4）創(chuàng)建活塞頭部的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。（5）創(chuàng)建各部分的倒圓角。 活塞的建模步驟創(chuàng)建活塞1/4輪廓（1）運(yùn)用【偏移坐標(biāo)系基準(zhǔn)點(diǎn)工具】，選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系，完成活塞輪廓點(diǎn)的創(chuàng)建。（2）運(yùn)用【插入基準(zhǔn)曲線】，將上一步創(chuàng)建的點(diǎn)連成曲線（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇旋轉(zhuǎn)角度為“90”，：創(chuàng)建活塞銷孔（1）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，創(chuàng)建剪切特征。（2）運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建銷座模型并拉伸出通孔。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，創(chuàng)建活塞銷卡環(huán)槽。（4）運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為“通孔”，選擇【去除材料】，創(chuàng)建裙部特征。 創(chuàng)建的活塞1/4輪廓 　 拉伸切除結(jié)果創(chuàng)建凸臺(tái)（1）新建基準(zhǔn)平面，并設(shè)置間距。（2）選取草繪平面，運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【至曲面】，生成凸臺(tái)。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)切除截面，創(chuàng)建裙部凹面特征。（4）對(duì)生成的活塞銷孔邊和凸臺(tái)邊分別進(jìn)行倒圓角。（5）運(yùn)用【孔工具】，創(chuàng)建【標(biāo)準(zhǔn)孔】，選擇螺紋類型為“M61” ，并添加攻絲和埋頭孔。鏡像生成整個(gè)活塞（1）在模型樹中選取整個(gè)模型，然后運(yùn)用【鏡像工具】，鏡像生成1/2活塞。：（2）再選取整個(gè)模型，再次鏡像生成完整的活塞。創(chuàng)建頂部凹槽運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，選擇【去除材料】，生成頂部凹槽。 創(chuàng)建頭部氣環(huán)槽和油環(huán)槽（1）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)剪切特征。（2）選擇【陣列工具】，對(duì)上一步創(chuàng)建的特征進(jìn)行再生，生成一些活塞環(huán)槽護(hù)圈。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，創(chuàng)建氣環(huán)槽和油環(huán)槽。：創(chuàng)建油孔（1）新建基準(zhǔn)平面，設(shè)置間距。（2）運(yùn)用“掃描”，“切口”命令，“掃描軌跡”，選取草繪平面，選擇【自由端點(diǎn)】，完成一個(gè)油孔掃描。（3）選擇【陣列工具】，修改陣列尺寸，完成1/2活塞的油孔創(chuàng)建，再通過(guò)鏡像完成整個(gè)活塞油孔創(chuàng)建。創(chuàng)建各處倒圓角 　 創(chuàng)建鏡像特征 連桿的創(chuàng)建 連桿的特點(diǎn)分析（1）連桿有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，一個(gè)對(duì)稱面平行于連桿的圓環(huán)形端面，也就是鍛造連桿毛坯的模具分型面；另一個(gè)對(duì)稱面則通過(guò)兩端圓孔的軸線。（2）連桿毛坯通過(guò)鍛造成型，因此，連桿體和連桿蓋都具有模鍛斜度，包括連桿體上的槽和凸臺(tái)。（3）連桿體和連桿蓋屬于配做的成對(duì)零件，需要同步加工，在裝配和工作時(shí)沒有互換性[19]。 連桿的建模思路連桿由連桿體和連桿蓋組成，所以可以對(duì)連桿體和連桿蓋分別建模，完成后進(jìn)行裝配。連桿具有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，建模過(guò)程中可以利用兩個(gè)對(duì)稱平面，對(duì)局部特征進(jìn)行鏡像和復(fù)制操作，從而快速完成特征創(chuàng)建。 連桿體的建模步驟 創(chuàng)建連桿體1/2桿身運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【盲孔】，： 　 拉伸創(chuàng)建連桿體1/2桿身 　　 連桿大小端拉伸特征創(chuàng)建連桿體大小頭運(yùn)用【拉伸工具】分別創(chuàng)建連桿大小頭特征，創(chuàng)建連桿體兩側(cè)凸臺(tái)（1）選取草繪平面，運(yùn)用【拉伸工具】，生成一側(cè)凸臺(tái)。（2）運(yùn)用【拉伸工具】，細(xì)化凸臺(tái)特征，運(yùn)用【鏡像工具】生成連桿另一側(cè)凸臺(tái)，然后對(duì)兩條拉伸邊依次進(jìn)行“倒圓角”命令。 創(chuàng)建連桿體拔模特征運(yùn)用【拔模工具】，設(shè)置“拔模曲面”和“拔模樞軸”，完成曲面拔模特征。 曲面拔模設(shè)置 完成曲面拔模特征創(chuàng)建連桿體凹槽運(yùn)用【拉伸工具】，創(chuàng)建連桿體凹槽輪廓，再運(yùn)用【拔模工具】，完成曲面拔模特征，并參照上述步驟，完成槽的另一側(cè)拔模。鏡像生成完整連桿體特征運(yùn)用【鏡像工具】，選擇所有特征，生成完整的連桿體特征。創(chuàng)建兩側(cè)凸臺(tái)螺紋孔運(yùn)用【孔工具】，依次選取主次參照面，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)孔，設(shè)置通孔，添加攻絲，選擇全螺紋，再運(yùn)用【鏡像工具】，完成螺紋孔的創(chuàng)建。創(chuàng)建連桿體小頭凸臺(tái)及孔（1）新建基準(zhǔn)平面，完成拉伸草繪，拉伸方式為【拉伸到下一個(gè)曲面】。 （2）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，旋轉(zhuǎn)軸為“內(nèi)部CL”，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，選擇【除料】，完成小頭孔的特征創(chuàng)建。創(chuàng)建連桿大頭內(nèi)側(cè)凹槽新建基準(zhǔn)平面，運(yùn)用【拉伸工具】，選擇【拉伸至指定深度】，【除料】，完成定位凹槽創(chuàng)建。 連桿蓋的建模運(yùn)用【拉伸工具】、【拔模工具】、【旋轉(zhuǎn)工具】，【孔工具】以及【鏡像工具】，參照連桿體大頭的建模步驟，完成連桿蓋的創(chuàng)建，并進(jìn)行倒圓角和倒邊角處理，： 連桿蓋特征 曲軸的創(chuàng)建 曲軸的特點(diǎn)分析為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)