【正文】 以修正，對于加工工藝而言，國內(nèi)外基本相同，國外大多采用先進數(shù)控設(shè)備，而國內(nèi)設(shè)備大多以人工為主，精度差、效率較低[5]。48 6108柴油機曲軸的設(shè)計2 6108柴油機曲軸的設(shè)計、結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一。曲軸的破壞事故可能引起發(fā)動機其它零件的嚴重損壞，在發(fā)動機的結(jié)構(gòu)改進中，曲軸的改進也占有重要地位。因此，曲軸的強度和剛度問題就變得更加嚴重了。曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩共同作用下工作的，從而使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)；對內(nèi)不平衡的發(fā)動機曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動減振措施使曲軸還可能作用著幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動彈性力矩。實踐表明，彎曲載荷具有決定性作用，彎曲疲勞失效是主要破壞形式。曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中相當嚴重，特別是在連桿軸頸與曲柄臂的過渡圓角處和潤滑孔出口附近的壓力集中尤為突出。彎曲疲勞裂縫從軸頸的根部的表面的圓角處開始發(fā)展直到曲柄上，一般成450折斷曲柄；扭轉(zhuǎn)疲勞破壞則常常開始于機械加工不良的油孔的邊緣，大約成450將曲柄銷剪斷[6]。曲軸軸頸高比壓下相對于軸承高速運動從而產(chǎn)生滑動摩擦。因此，在設(shè)計中，使摩擦表面耐磨并匹配合適的材料的軸瓦。曲軸的彎曲剛度如果不夠，就有可能發(fā)生很劇烈的彎曲振動，使活塞連桿和軸承的工作環(huán)境加速惡化，影響這些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲軸箱局部應(yīng)力過大而開裂。輕則引起噪音，加速曲柄上齒輪等傳動件的磨損；重則使曲軸斷裂。不難看出，上述強度、剛度、耐磨、輕巧的要求之間是存在矛盾的。此外，曲柄銷的增大，使得連桿以更大的比例加大加重，軸承的離心負荷加大。曲柄銷加大帶來的曲軸連桿系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量加大，可能使剛度對扭振帶來的好處得而復(fù)失。因此，目前的曲軸設(shè)計還主要是依靠經(jīng)驗來設(shè)計。曲軸按結(jié)構(gòu)型式可分為組合式曲軸和整體式曲軸兩大型式。只要設(shè)備允許，通常盡量采用整體式曲軸。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的前提條件下，材料的強度很大程度上決定了曲軸的尺寸、重量和壽命。以鑄代鍛，以鐵代鋼。應(yīng)使曲軸成本更低，加工更容易。鑒于較好好的力學性能及較低的制造成本，本設(shè)計中采用球墨鑄鐵作為曲軸的材料。 曲軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖曲軸、活塞、連桿組件以及機體有著緊密聯(lián)系，曲軸設(shè)計不是孤立的。曲柄半徑等于活塞行程的一半。所以，曲軸的基本尺寸要根據(jù)發(fā)動機的總體布置來考慮。在現(xiàn)代的發(fā)動機設(shè)計中，一般傾向于使用偏大的D2值，讓曲柄銷的比壓力下降，使得連桿軸承工作的可靠性得以提高，同時提高曲軸的剛度。因為與曲柄銷軸直徑增大，使由低自然頻率偏移可以提高扭轉(zhuǎn)振動的危險。由《柴油機設(shè)計手冊》關(guān)于非增壓中低速柴油機曲軸的設(shè)計描述可知：直列式非增壓和低中增壓柴油機而言：，因此有： mm綜合以上，本次設(shè)計中曲柄銷的直徑取 mm曲柄銷的長度是在選定的基礎(chǔ)上考慮的。由《內(nèi)燃機設(shè)計》表51可知。若l2過長，則流經(jīng)軸承的機油量就減少，冷卻度差，油溫升高而使油粘度下降，軸承的承載能力反而降低。總之，軸承負荷越大，油膜厚度就越小，用相對較窄的軸承較好。所以本次設(shè)計中取mm，其寬度與軸瓦相配合?！?。如果從曲軸沿全長度具有等剛度要求出發(fā)，可以認為主軸頸與曲柄銷一樣粗就行了。為了最大限度地加強曲軸的剛度，可適當加粗主軸頸，這是因為加粗主軸頸能增加曲軸軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，但幾乎不增加曲軸的轉(zhuǎn)動慣量，故可提高自振頻率，減輕扭振危害。當然，主軸頸過粗，也會因軸承圓周速度過大，使摩擦損失增加，軸承工作溫度升高。由于連桿軸承的負荷比主軸承更大，而且，短主軸頸滿足剛度增強和保證良好的潤滑性的使用要求，但由于較小寬度的軸承，該軸承變形的適應(yīng)能力強，以致可以采用對棱緣負荷敏感的銅鋁軸瓦。不然由于油壓下降可能會損壞油膜的承載能力[8]。直列式發(fā)動機主軸頸長度l1按取值，因此有： mm所以本次設(shè)計中取mm，其寬度與軸瓦相配合。曲柄形狀應(yīng)合理，來改善應(yīng)力的分布。如果在防止曲軸扭振的設(shè)計注意到了，那么曲軸的損害往往是在沿曲柄的彎曲疲勞損傷。車、船用發(fā)動機曲軸的曲柄臂形狀大多數(shù)采用橢圓或圓形，本設(shè)計中采用橢圓曲柄臂，這是由于橢圓曲柄的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度都非常好。但機械加工較復(fù)雜，采用模鍛或鑄造的方法可直接成型。由上式可知，在提高曲拐平面內(nèi)的抗彎能力上，顯然，增加曲柄臂厚度h要比增加曲柄臂寬度b要好得多。根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》中對柴油機曲柄臂設(shè)計的相關(guān)描述，對于中高速柴油機整體式曲軸的曲柄臂的厚度；寬度。在曲柄臂與軸頸連接處，為了減小應(yīng)力集中，提高疲勞強度，往往采用圓角過渡。通常取圓角半徑 ，因此有： mm綜合以上，本次設(shè)計中曲軸圓角取值為：mm曲軸軸頸具有適當尺寸和形狀的減重孔，可減輕曲軸的重量、減小旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心慣性力，同時還可改善圓角應(yīng)力的分布，提高曲軸強度。因此，可計算出減重孔各主要尺寸為：mm 此處取值為mmmm 此處取值為mm綜合以上設(shè)計尺寸，本次設(shè)計中將取值為：mm、mm。減重孔偏心位置一般可使其應(yīng)力降低2～5%。但是曲軸本身有的內(nèi)彎矩。如設(shè)置4個平衡塊，即正中間主軸承的兩側(cè)的曲柄臂和曲軸兩端曲柄臂上各一個，那么可使中央主軸承不承受離心負荷。綜合考慮，本次設(shè)計中配置12個平衡塊。平衡重應(yīng)盡可能使其重心與曲軸旋轉(zhuǎn)中心的距離最大，即用最輕的重量達到最好的效果，從而盡可能減輕曲軸重量。為保證曲軸軸承工作可靠，對它們必需有充分的潤滑。將潤滑油輸送到曲軸油道中去的供油方法有兩種，一種是集中供油，另一種是分路供油。通過其對曲軸疲勞強度的影響和潤滑供油是否充分來考慮油道布置。參考軸心軌跡圖和軸承負荷圖來確定油孔的位置。油孔出口與軸頸表面的交線形成的橢圓，如其長軸與軸頸受純扭轉(zhuǎn)時的最大拉應(yīng)力σ1相平行（），油道取向就有利提高疲勞強度。在相同的扭矩作用下，θ角越大，沿油孔走向的截面所受的拉應(yīng)力就越小。θ角越大，橢圓孔的長軸與最大拉應(yīng)力的角度越小。曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞大多數(shù)是從應(yīng)力集中的油孔邊緣或過度圓角處開始的。曲軸上帶動輔助系統(tǒng)的驅(qū)動鏈輪（正時鏈輪）和皮帶輪，一般裝在曲軸的前端，因為結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。消除扭轉(zhuǎn)振動的減振器無疑應(yīng)裝在曲軸前端，因為這里的振幅最大。曲軸后端設(shè)有法蘭和加粗的軸頸，飛輪與后端用螺栓和定位銷連接，定位銷用來保證重裝飛輪時保持飛輪與曲軸的裝配位置。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。P—— 軸傳遞的功率，kW；n—— 軸的轉(zhuǎn)速，r/min。將相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)代入式即可得到：由于該段軸上有一個鍵槽，因此其直徑應(yīng)增加5%~7%。根據(jù)《機械設(shè)計》表152可查的軸肩圓角半徑。根據(jù)《機械設(shè)計》中關(guān)于鍵槽長度的規(guī)定可以求出該段軸上鍵槽的長度應(yīng)為：，因此，本次設(shè)計中取。正時齒輪軸向定位，采用擋板固定，根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》中對螺栓的相關(guān)規(guī)定，本次設(shè)計中選用為M16全螺線，其長度l=40mm。對于后端軸頸的直徑設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求，因此由式可得：因此，曲軸后端的主軸頸取。采用6個螺栓連接，螺栓根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》選擇M12。為了防止曲軸由于受熱膨脹而伸長或受斜齒輪及離合器等的軸向力而產(chǎn)生軸向移動，在曲軸和機體之間設(shè)置了一個止推軸承。曲軸的軸向間隙應(yīng)保持△2=～。發(fā)動機工作時，為了防止曲軸前后端沿著軸向漏油，曲軸應(yīng)有油封裝置?！惭b時必須注意同心度。因此，對于內(nèi)燃機各種曲軸均需要進行疲勞驗算。為此，要求能精確地確定曲軸的疲勞強度（或許用應(yīng)力）和曲軸運轉(zhuǎn)時的實際應(yīng)力（或稱工作應(yīng)力）。因此用連續(xù)法計算曲軸強度較為合理。為了分析其基本受力情況，采用簡支梁法進行分析。，假定計算第i曲拐，左邊主軸頸以i表示，右邊主軸頸（較靠近功率輸出端的）以i+1表示，兩者均從主軸頸中間斷開。作用在曲拐上的力和力矩有：1）沿曲拐半徑方向作用的徑向力，其中包括K—氣體壓力和活塞連桿往復(fù)運動的慣性力所產(chǎn)生的徑向力；K1—連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力；K2—曲柄銷的離心力。以上各作用力都按集中處理，這些力除K1 、K2和Pr、Pp外均具有周期性交變的性質(zhì)，即曲軸在不同的轉(zhuǎn)角位置時，這些力具有不同的值或符號。由于一般主軸頸都較短，彎曲力矩作用較小，主要考慮交變扭轉(zhuǎn)力矩的作用。因此，一般情況下主軸頸不進行疲勞強度計算。曲柄（斷面Ⅲ—Ⅲ）：曲柄承受交變的彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉壓載荷的聯(lián)合作用。在曲拐平面內(nèi)受純彎矩時，其圓角彎曲形狀系數(shù)等于圓角表面最大主應(yīng)力與圓角名義應(yīng)力之比： 式中 —— 圓角便面最大主應(yīng)力，可用應(yīng)變測量的方法求出； —— 曲柄的名義計算應(yīng)力。該曲軸。軸頸重疊度就是主軸頸與曲柄銷重合的程度，用A表征； 因此有： mm；該設(shè)計中曲軸的，；=。該設(shè)計中曲軸的，；=。該設(shè)計中曲軸的；=。該設(shè)計中曲軸的，；=。對于一定重疊度的曲軸，存在一最佳的邊距L*，當L=L*時使有最小值。 相鄰主軸頸的減重孔邊至曲柄銷距離L的影響系數(shù)f5[12] 曲柄銷孔偏心度影響系數(shù)f4[12] 將以上各參數(shù)帶入式中，即可求得： 最佳邊距L*的確定[12]曲軸圓角扭轉(zhuǎn)形狀系數(shù)等于圓角表面最大切應(yīng)力與軸頸名義應(yīng)力之比： 此時有： 其中，表示軸線對稱的階梯軸的扭轉(zhuǎn)系數(shù)。表示曲柄寬度影響系數(shù)。 曲柄寬度和厚度影響系數(shù)、[12] 軸線對稱之階梯軸的扭轉(zhuǎn)形狀系數(shù)[12]表示曲柄厚度影響系數(shù)。表示軸頸重疊度影響系數(shù)。 軸頸重疊度影響系數(shù)[12]表示軸頸空心偏心距e的影響系數(shù)。表示軸頸中鼓形減重孔影響系數(shù)。結(jié)合所設(shè)計曲軸的相關(guān)參數(shù)求的，滿足形狀