【正文】 954可知，當(dāng)=、=，=；曲柄臂寬度的影響系數(shù)。由列金法，則有圓角彎曲形狀系數(shù)表達(dá)式（）式中：標(biāo)準(zhǔn)曲軸彎曲形狀系數(shù)。本設(shè)計(jì)將以列金法分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)度形狀系數(shù)的影響。 圓角形狀系數(shù)曲柄上的名義最大應(yīng)力和并不是曲柄上的最大應(yīng)力，由于應(yīng)力集中的緣故，曲柄上的最大應(yīng)力比計(jì)算所得的最大名義應(yīng)力要大得多，且軸頸和曲柄連接的圓角處和油孔附近是曲軸應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位。在計(jì)算曲柄銷的切應(yīng)力時(shí)，首先必須找出曲軸中承受最大扭矩的曲柄。從而算出曲柄銷圓角處得名義應(yīng)力幅（）（）即=。有《汽車構(gòu)造》圖41可知，=。據(jù)此可以求出在曲柄平面內(nèi)作用于曲柄臂計(jì)算截面上的彎矩為（）（）再進(jìn)一步求出截面處得名義彎曲應(yīng)力（）（）式中：曲柄臂寬度，單位為；曲柄臂厚度，單位為。由圖可見(jiàn)，作用在曲柄平面內(nèi)的力有：燃?xì)庾饔昧?、往?fù)運(yùn)動(dòng)慣性力、連桿大頭離心力、曲柄銷離心力、曲柄臂的離心力及平衡重的離心力等。為使設(shè)計(jì)出的曲軸更安全，并限于現(xiàn)有的知識(shí)及所給的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用分段法進(jìn)行計(jì)算。而多缸機(jī)曲軸是靜不定的多支承空間連續(xù)梁，曲軸的應(yīng)力狀態(tài)，與支座彎矩有關(guān)，并受支座彈性和軸承孔的不同心度影響。計(jì)算結(jié)果表明，分段法所得的應(yīng)力幅值，一般都比運(yùn)轉(zhuǎn)中的實(shí)際值為高，僅在某些機(jī)型中有些微小偏差。連續(xù)梁法與實(shí)際接近程度，取決于曲軸和支撐的剛度比，它的正確值只能通過(guò)試驗(yàn)才能找到。不過(guò)由于它忽略了許多影響因素，甚至也沒(méi)有考慮相鄰曲拐的影響，致使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況差別較大；連續(xù)梁法近年來(lái)正逐步受到人們的重視，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，使計(jì)算較為全面。計(jì)算曲軸的彎曲應(yīng)力一般有兩種方法：一種是分段法（斷開(kāi)梁法）；另一種是連續(xù)梁法。 曲軸的強(qiáng)度校核曲軸在工作中承受的是交變載荷，因此它常因疲勞而損壞，另一方面曲軸的結(jié)構(gòu)形狀有很復(fù)雜，這使曲軸存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。采用任何一種表面強(qiáng)化法都要防止曲軸變形過(guò)大，變形量大了，則必然要用壓力機(jī)進(jìn)行校直，而校直時(shí)難免在圓弧過(guò)渡處形成拉伸應(yīng)力集中，從而嚴(yán)重地削弱曲軸的疲勞強(qiáng)度。氮化可以使曲軸軸頸表面形成一層具有壓縮應(yīng)力的表面，從而提高曲軸的疲勞強(qiáng)度、表面硬度及耐磨性。氮化通常是指氣體氮化，即把曲軸放在加熱至一定溫度的爐內(nèi)，通入氨氣，并保持一段時(shí)間，使氨氣熱分解所產(chǎn)生的活性氮離子滲入曲軸表面，從而得到一種含氨組織。滾壓硬化層的深度和最大殘余應(yīng)力主要取決于滾壓負(fù)荷、滾輪形狀及尺寸等因素。但這種方法易引起曲軸變形，工藝也較復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制圓角淬火前殘余應(yīng)力，并用特殊淬火劑控制感應(yīng)電流頻率，以減小變形。軸頸表面圓角感應(yīng)淬火是提高軸頸耐磨性的一種簡(jiǎn)便有效的表面硬化法，適用于大量生產(chǎn)。 曲軸的強(qiáng)化除了設(shè)計(jì)措施外，還可以利用特殊加工方法、熱處理方法或化學(xué)方法強(qiáng)化曲軸表面，提高曲軸疲勞強(qiáng)度。止推軸承只能設(shè)置一個(gè)，以便使曲軸相對(duì)于機(jī)體能自由地沿軸向作熱膨脹【34】。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)。中小型高速內(nèi)燃機(jī)上的驅(qū)動(dòng)齒輪如裝在前端一般采用鍵連接，如裝在后端則視曲軸輸出端的結(jié)構(gòu)而定。本設(shè)計(jì)的曲軸為多缸柴油機(jī)曲軸，因此也把傳動(dòng)齒輪裝在曲軸后端。從曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來(lái)看，前端的振幅較大，這對(duì)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不利。 曲軸兩端和軸向止推曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)鏈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。平衡中亦可單獨(dú)制造，通過(guò)螺栓連接在曲軸的曲柄臂上。曲軸上是否需要安裝平衡重和怎樣決定平衡重的數(shù)目，大小及位置等問(wèn)題，都要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的用途，曲軸形狀，常用工況的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，結(jié)構(gòu)和工藝上的簡(jiǎn)便程度等因素來(lái)定。 平衡重平衡塊是用來(lái)平衡曲軸不平衡的離心慣性力和離心慣性力矩。，油孔由曲柄臂鉆入到主軸頸，再由曲柄臂和主軸頸表面垂直鉆通，這樣的油道布置，工藝較為復(fù)雜，但能夠有效的提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。曲軸中油道的布置有很多方式，其中斜線油道在結(jié)構(gòu)上是最簡(jiǎn)單的。油道布置主要根據(jù)潤(rùn)滑供油充分和對(duì)曲軸疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)決定，主軸頸上的油孔入口應(yīng)保證像曲柄銷供油充分；曲柄銷上的油孔出口應(yīng)設(shè)在較低負(fù)荷區(qū)，以提高軸瓦的供油能力，油孔的位置應(yīng)參考軸承負(fù)荷圖和軸心軌跡圖來(lái)確定。為了保持最后潤(rùn)滑的軸承仍有一定的油壓，進(jìn)入軸承的油壓必須很高，這使得曲軸油腔的密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜。將潤(rùn)滑油輸送到曲軸油道中去的供油方式有兩種：一種是集中供油，即將曲軸內(nèi)部做成中空的連續(xù)孔道，作為內(nèi)燃機(jī)的主油道，機(jī)油從曲軸的一端輸入曲軸，然后經(jīng)曲軸內(nèi)孔串聯(lián)流向各軸承；另一種是分路供油，即機(jī)油從曲軸箱上的主油道并聯(lián)進(jìn)入各個(gè)主軸承，然后通過(guò)曲軸的油道再進(jìn)入相應(yīng)的連桿軸承。因此，為了保證軸承的可靠性，主軸頸和曲柄銷通常都采用壓力潤(rùn)滑。故取曲軸圓角半徑=。由于沉割圓角和二圓弧以及三圓弧設(shè)計(jì)工藝十分的復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求較高，以我們現(xiàn)階段的水平難以得出準(zhǔn)確結(jié)果，故而本設(shè)計(jì)采用等圓弧圓角。為增大曲軸圓角半徑，且不縮短軸頸的有效工作長(zhǎng)度，可采用沉割圓角，但設(shè)計(jì)沉割圓角時(shí)應(yīng)注意保證曲柄臂有足夠厚度。這些過(guò)渡圓角能夠減小應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，其半徑的增大與其表面光潔程度的提高，是增加曲軸疲勞強(qiáng)度的有效措施【32】。由此計(jì)算式2，得重疊度△=。曲柄臂在曲拐平面內(nèi)的抗彎能力以其矩形斷面的抗彎模數(shù)來(lái)衡量： ()（）計(jì)算得彎模數(shù)=3000。由《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（上）》表91可知：曲柄臂厚度與氣缸直徑之比/=～，即=～，取=.曲柄臂寬度與氣缸直徑之比/=～，即=～，取=。因此曲柄臂是整體曲軸上最薄弱的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意適當(dāng)?shù)膶挾群秃穸?，并選擇合理的形狀，以改善應(yīng)力的分布狀況。因而本設(shè)計(jì)的主軸頸和曲柄銷均采用減重孔，即==。曲柄銷長(zhǎng)度與氣缸直徑之比/=～,即=～,取=。各主軸頸長(zhǎng)度都相等且與氣缸直徑之比/=～，即=～，取=55mm。一般情況下曲柄銷直徑總是小于主軸頸直徑【30】。曲軸的直徑越大，曲軸的剛度也越大，但軸頸直徑過(guò)大會(huì)引起表面圓周速度增大，導(dǎo)致摩擦損失和機(jī)油溫度的增高。 曲軸的主要部件設(shè)計(jì) 主軸頸和曲柄銷主軸頸和曲柄銷是曲軸最重要的兩對(duì)摩擦副，他們的設(shè)計(jì)直接影響了內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性、外形尺寸及維修。并參考同類近似機(jī)型所用材料，根據(jù)曲軸受力情況和使用習(xí)慣，憑經(jīng)驗(yàn)選取。在選取材料是不僅要考慮到機(jī)械性能，同時(shí)也要考慮工藝性、資源性和經(jīng)濟(jì)性。但球墨鑄鐵延伸率、沖擊韌性、彈性模數(shù)及疲勞強(qiáng)度較低，在使用其作為曲軸材料時(shí)，應(yīng)該確保軸頸和曲柄臂厚度較粗。球墨鑄鐵價(jià)格低廉，制造方便，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，并可以通過(guò)合理的造型降低應(yīng)力的集中，還可通過(guò)加入合金元素、熱處理、表面強(qiáng)化等方法提升其性能。在強(qiáng)化程度要求不高的內(nèi)燃機(jī)中，一般選用普通碳素鋼，碳素鋼的韌性比合金鋼高，可以降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)振幅。鍛造曲軸常用材料為普通碳素鋼及合金鋼。模鍛需要一套較貴的鍛模設(shè)備和較大的鍛壓設(shè)備，生產(chǎn)效率價(jià)高。鍛造游客分為自由鍛、模鍛和鐓鍛。對(duì)于本課題得設(shè)計(jì)，曲軸的尺寸較小及重量較輕，所以選擇整體式的。一般的說(shuō)，在選擇曲軸結(jié)構(gòu)時(shí)，只要生產(chǎn)設(shè)備允許應(yīng)該盡可能采用整體式曲軸。組合式曲軸是分段制造的，鑄造時(shí)容易保證質(zhì)量，降低廢品率【28】；鍛造時(shí)無(wú)需較大的鍛壓設(shè)備，制造方便，熱處理和機(jī)械加工業(yè)較方便，并可縮短生產(chǎn)周期。曲軸從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和組合式。鑒于本課題所設(shè)計(jì)的1015柴油機(jī)為四缸，故而動(dòng)機(jī)的總體長(zhǎng)度較小。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的總體長(zhǎng)度有所減小。另一種是非全支承曲軸。這種支承，曲軸的強(qiáng)度和剛度都比較好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。盡量減小應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)；，使曲軸變形不致過(guò)大，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件；，保證曲軸和軸承有足夠的壽命；，以保證柴油機(jī)工作均勻，曲軸平衡性良好，以減少振動(dòng)和主軸承最大負(fù)荷；，制造方便【26】。相反，曲軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可以通過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確掌握，并可采取有效的減振措施予以平衡，只要避免柴油機(jī)在臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力過(guò)載，曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞就會(huì)得以控制【25】。其主要原因是由于曲軸彎曲應(yīng)力集中系數(shù)大于扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù)，曲軸的彎曲應(yīng)力難于精確計(jì)算和控制。因此，在具體情況下，應(yīng)根據(jù)斷面上的紋理、裂紋方向和最后斷裂區(qū)進(jìn)行分析判斷【24】。圓形波紋狀紋理是彎曲疲勞造成的，放射狀紋理是扭轉(zhuǎn)疲勞造成的，兩種紋理交織成蛛網(wǎng)狀。角。 彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋曲軸的疲勞破壞還可能是由于彎曲與扭轉(zhuǎn)共同作用造成。扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的斷面與軸線相交成45176。 通常扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋發(fā)生在曲輛扭振節(jié)點(diǎn)附近的曲柄上。這是因?yàn)檩S頸的抗扭截面模數(shù)較曲柄臂的小，所以扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋多自過(guò)渡圓角向軸頸擴(kuò)展，而很少向曲柄臂擴(kuò)展。扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋一般發(fā)生在曲軸上應(yīng)力集中嚴(yán)重的油孔或過(guò)渡圓角處，并在軸頸上沿著與軸線成45176。此外，曲軸的曲柄臂、曲柄箱或軸承支座(機(jī)座)等的剛性不足，柴油機(jī)短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，也會(huì)使曲軸產(chǎn)生彎曲疲勞破壞。曲軸彎曲疲勞破壞通常是在柴油機(jī)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之后發(fā)生。應(yīng)力沿曲軸長(zhǎng)度方向的分布是在中間的和端部的曲柄有較大的彎曲應(yīng)力峰值。 1彎曲疲勞裂紋 2扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋 彎曲疲勞裂紋曲軸的彎曲疲勞裂紋一般發(fā)生在主軸頸或曲