【正文】 在中高速柴油機(jī)上應(yīng)用非常普遍 。 按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。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。 167。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，決定是否需要修改設(shè)計(jì)。 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)荷不要過大等原則出發(fā)確定曲柄排列。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 167。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。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。曲柄銷加大帶來的曲軸連桿系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的加大，可能使剛度對(duì)扭轉(zhuǎn)帶來的好處得而復(fù)失。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。 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。 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)。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 ，使曲軸變形不致過大； 3． 頸具有良好的耐磨性。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。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。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。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。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）。 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。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 第三 章 曲軸設(shè)計(jì) 167。曲軸的 中間主軸承采用止推片 起軸向定位作用。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。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?；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)。濕式氣缸套是由高磷合金鑄鐵鑄成的。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。 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 六、 總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行 三 化 標(biāo)準(zhǔn) 。 四、 具有良好的加工和裝配工藝性。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?？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。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。 167。 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、壽命降低等問題。 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。 一般說來， 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。 活塞平均速度 Cm 活塞平均速度 Cm 也 是表征活塞式內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度（熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)）的重要參數(shù)之一。由于它決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度，反映了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與制造要達(dá)到的質(zhì)量，故必須慎重的選擇。 這些參數(shù)反映了產(chǎn)品的性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此選擇時(shí)必須緊密結(jié)合我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際情況，同時(shí)還要對(duì)同類型國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行分析比較和試驗(yàn)研 究。 167。目前全世界對(duì)汽車的污染問題都十分重視。 機(jī)械噪聲主要是通過合理設(shè)計(jì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)和合理控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來達(dá)到控制目的。降低壓縮比也是很常見的效的措施，一般與增壓同時(shí)采用，否則會(huì)降低柴油機(jī)的動(dòng)力性。 燃燒噪聲主要取決于缸內(nèi)氣壓的壓力升高率。內(nèi)燃機(jī)的噪聲大小用聲壓級(jí) pL （ dB）來表示，一般還要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)權(quán)處理，仿照人耳的聽力，一般采用 A 計(jì)權(quán)。 柴油機(jī)得比質(zhì)量范圍為 ： 表 13 內(nèi)燃機(jī)得比質(zhì)量范圍 用 途 柴 油 機(jī) 的 比 質(zhì) 量（ kg/kw ） 汽 車 用 4~6 小 型 農(nóng) 用 單缸 16~26 多缸 ~16 工 程 機(jī) 械 用 4~7 機(jī) 車 ~ 船 用 ~19 衡量柴油機(jī)外形尺寸緊湊性的指標(biāo)是體積功率（千瓦每立方米）： vp = ep /V (22) 167。不管怎么樣，設(shè)計(jì)緊湊、質(zhì)量輕總是內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。不同用途的內(nèi)燃機(jī)對(duì)質(zhì)量和外形尺寸指標(biāo)的要求不盡相同 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 167。 二、 耐久性 耐久性是指從開始使用起到大修期的時(shí)間。 可靠性和耐久性指標(biāo) 一、 可靠性 可靠性是指在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有持續(xù)工作，不會(huì)因?yàn)楣?障而影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 （ 2） 機(jī)油消耗 率 gm【（ g/（ kw *h））】 機(jī)油的價(jià)格遠(yuǎn)高于燃料油，希望使用中的消耗量盡量減少，而且要求在兩個(gè)保養(yǎng)期之間不要添加機(jī)油，一般車用柴油機(jī)機(jī)油消耗率為 ~（ kw *h）。一般車用柴油機(jī)的燃油消耗率為 250~380 g/（ kw *h）。當(dāng)然，萬有特性上低油耗區(qū)越寬廣，則變工況使用的經(jīng)濟(jì)性就越好。對(duì)變工況的柴油機(jī)，則一般是指外特性曲線上的最低油耗率。 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要指燃油消耗率指標(biāo) ，即每千瓦小時(shí)的燃料的消耗重量。最大扭矩對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就是最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。但是轉(zhuǎn)速提高會(huì)導(dǎo)致一系列的問題，比如慣性力增加，導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷增加，平衡、振動(dòng)問題突出，噪聲增加；工作頻率增加，導(dǎo)致活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件的熱負(fù)荷增加；摩擦損失增加，機(jī)械效率下降，燃油消耗率增加，磨損壽命變短；進(jìn)排氣系統(tǒng)阻力增加，充氣效率下降等。轉(zhuǎn)速在 1000r/min 以上為高速， 600~1000r/min 為中 速， 600r/min 以下為低速。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和結(jié) 構(gòu)參數(shù)基本確定下來之后，影響有效功率的主要參數(shù)就是平均有效壓力。 有效功率 P e = meP * hV *Z*n/（ 30T） (21) meP 為平均有效壓力（ Mpa ）； mV 為活塞的平均速度（ m/s）； h V 為氣缸的工作容積（ L）； Z 為氣缸數(shù)； n 為轉(zhuǎn)速（ r/min）； T 為沖程數(shù)。 柴油機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 167。一個(gè)型號(hào)產(chǎn)品往往要經(jīng)過幾年的設(shè)計(jì)與開發(fā)周期才能得以完善。 （ 3） 零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化 它是指按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 提高設(shè)計(jì)圖樣和資料的可讀性和交流性，便于技術(shù)交流，同時(shí)也起到減少生產(chǎn)和采購成本的作用。 （ 1） 產(chǎn)品系列化 它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，以滿足不同需求。 167。 產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)時(shí)要選擇和確定內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)，完成各主要工作系統(tǒng)如供油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)的構(gòu)思，繪制機(jī)體、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸的方案圖和整機(jī)縱橫剖面圖，不同缸數(shù)及典型配套機(jī)型的外形布置圖，編制總體設(shè)計(jì)說明書。 產(chǎn)品決策階段首先要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)開發(fā)機(jī)型的配套對(duì)象和各種用途的市場(chǎng)容量發(fā)展前景，類似機(jī)型的技術(shù)水平，生產(chǎn)成本，生產(chǎn)規(guī)模作出 定量的分析，其次，就企業(yè)對(duì)所開發(fā)產(chǎn)品的投資能力，生產(chǎn)規(guī)模提出可行性分析報(bào)告。 總體設(shè)計(jì)的水平和決策的正確與否，對(duì)產(chǎn)品的水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力將產(chǎn)生決定性的影響，如有失誤，在大多數(shù)的情況下，不易通過投產(chǎn)后的改進(jìn)加以挽回。 柴油機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求 167。 近幾年的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 飛輪設(shè)計(jì)主要集中在飛輪的基本三維建模及有限元分析、飛輪的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)上，通過基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以大大提高設(shè)計(jì)效率，有利于縮短設(shè)計(jì)周期，降低制造成本，在飛輪原有模型上首先對(duì)飛輪進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，可以得到優(yōu)化模型的基本形狀，然后在拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加以形狀優(yōu)化，就可以基本確定飛輪的形狀。 熱處理方面以德國的二段式氣體軟氮化法較先進(jìn)，可獲得ε單相化合物層，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。在曲軸的 鍛造方 面，廣泛的采用 CAD/CAM 技術(shù)，引入管理信息系統(tǒng)和集成生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鍛造生產(chǎn)從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個(gè)過程的控制。 目前，國內(nèi)外對(duì)曲軸的設(shè)計(jì)理論主要在以下兩個(gè)方面：在曲軸設(shè)計(jì)方面，采用數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法對(duì)曲軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ，但是這種計(jì)算方法效率低，而且難以取得最優(yōu)解，針對(duì)以上不足，提出了一個(gè)曲軸結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的新方法，即將有限元、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相集成，采用Ⅰ DEAS、VC++、 ISIGHT 軟件設(shè) 計(jì)了一個(gè)曲軸結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化軟件集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)優(yōu)化過程的自動(dòng)優(yōu)化 。專題部分曲軸飛輪組的設(shè)計(jì)主要包括了曲軸的設(shè)計(jì)，飛輪的設(shè)計(jì)以及飛輪的平衡計(jì)算。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生產(chǎn)的發(fā)展， 2110 柴油機(jī)已越來越廣泛地得到應(yīng)用，它為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。 軸瓦的瓦背材料 ............................................................ 26 167。 材料要求 ......................................................................... 25 167。 飛輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................................ 21 第五章 主軸承設(shè)計(jì) ...................................................................... 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 IV 167。 曲軸端部結(jié)構(gòu) ................................................................ 19 第四章 飛輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 ............................................................. 20 167。 曲軸平衡塊 ..................................................................... 18 167。 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) ...................... 14