【正文】 : internal bustion engine。crankshaft。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一。因?yàn)榍S的破壞事故可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)其它零件的嚴(yán)重?fù)p壞，在發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)中，曲軸的改進(jìn)也占有重要地位。因此，曲軸的強(qiáng)度和剛度問題就變得更加嚴(yán)重了。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計(jì)水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家十分重視曲軸的生產(chǎn)，不斷改進(jìn)其材質(zhì)及加工手段， 以提高其性能水平，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的需要。尤其是大功率柴油機(jī)曲軸。近年來，我國專業(yè)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)曲軸的廠家通過引進(jìn)外來技術(shù)和自行開發(fā)新技術(shù)，總體水平有了很大的提高，但是我國的技術(shù)水平距世界先進(jìn)水平還是相差很遠(yuǎn)，甚至還無法滿足我們國內(nèi)燃機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要。目前曲軸的設(shè)計(jì)種類很多，常見的有曲軸的工作條件和材料的選擇、曲軸主要尺寸的確定和機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、曲軸的疲勞強(qiáng)度校核等。對曲軸的校核計(jì)算是對曲軸設(shè)計(jì)的又一次仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也是檢驗(yàn)曲軸設(shè)計(jì)成敗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在過去的幾十年中得到了飛速的發(fā)展。再有了初步的設(shè)計(jì)之后造出曲軸樣品然后進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對曲軸的設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)正向高可靠、高緊湊性、高經(jīng)濟(jì)性的方向不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)、試湊、定性為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，伴隨著高科技技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)及其零部件的設(shè)計(jì)的發(fā)展非常速速，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到了采用包括有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)在內(nèi)的計(jì)算機(jī)分析、預(yù)測和模擬的階段。較合理的模型是用較小的有代表性的一部分來代表整根曲軸，例如用二分之一或四分之一的曲柄來建立計(jì)算模型。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及應(yīng)用軟件的開發(fā)這些在原來看來是不可能的事情在現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，最近幾十年來曲軸計(jì)算方法的應(yīng)用分析精度有了很大的提高，目前可以相當(dāng)精確地確定曲軸在任一工況下任一部位的應(yīng)力，因而對也可以作比較精確的評估曲軸的整體強(qiáng)度。在六十年代末期，美國的Poter提出了曲柄剛度的一種經(jīng)驗(yàn)算法，由于計(jì)算方法比較繁瑣，并且缺乏試驗(yàn)和實(shí)踐的驗(yàn)證?，F(xiàn)在的曲軸強(qiáng)度計(jì)算都?xì)w結(jié)為疲勞強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算步驟分為以下兩步一是應(yīng)力計(jì)算，求出曲軸危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力；二是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 零件分析曲軸的主要技術(shù)要求分析：（1）主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級為IT6，～。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之內(nèi)。（3）曲軸的各連桿軸頸的位置度應(yīng)不大于177。 零件的作用曲軸是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件。曲軸在工作時(shí)承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強(qiáng)度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)課程、技術(shù)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課基礎(chǔ)知識(shí)和相應(yīng)的技能，和解決內(nèi)燃機(jī)零部件設(shè)計(jì)問題的綜合能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)以及分析問題和解決問題的能力。通過大學(xué)期間理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，結(jié)合曲軸生產(chǎn)的實(shí)際問題，運(yùn)用內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地完成186F曲軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，達(dá)到綜合運(yùn)用內(nèi)燃機(jī)學(xué)的知識(shí)解決曲軸設(shè)計(jì)的實(shí)際問題。這些載荷都是交變性的，可能引起曲軸疲勞失效。因此曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究重點(diǎn)是彎曲疲勞強(qiáng)度，曲軸設(shè)計(jì)上要致力于提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。通常的曲軸斷裂、疲勞裂紋都始于過渡圓角和油孔處。所以，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，要特別注意設(shè)法緩和應(yīng)力集中現(xiàn)象，強(qiáng)化應(yīng)力集中部位。這些軸承在實(shí)際變工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并不總能保證為液體摩擦，尤其當(dāng)潤滑油不潔凈時(shí)，軸頸表面遭到強(qiáng)烈的磨料磨損，使得曲軸的實(shí)際使用壽命大大降低。曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度要求非常嚴(yán)格。如果曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度不足，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可能會(huì)引起產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。所以，曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證它有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。因此，需要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)零部件的用途及強(qiáng)化強(qiáng)度，以選擇正確的曲軸材料，同時(shí)，在保證曲軸能夠承擔(dān)足夠的強(qiáng)度的前提下，曲軸的材料盡可能選用一般的材料。選擇曲軸的材料時(shí)，除了應(yīng)具有較好的機(jī)械性能外，還需要要求具有高度的耐磨性，耐疲勞性和沖擊韌性。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通常用高強(qiáng)度、沖擊韌性好的中碳鋼或中炭合金鋼，經(jīng)模鍛和調(diào)質(zhì)處理，對軸頸表面通過高頻率淬火和氮化處理，經(jīng)精加工而成。 曲軸結(jié)構(gòu)型式的選擇曲軸的結(jié)構(gòu)型式與其制造方法有直接關(guān)系，在進(jìn)行曲軸設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮。而發(fā)動(dòng)機(jī)常采用組合式曲軸，這是因?yàn)槠浼庸ず唵?，不需要大型模鍛設(shè)備，它由曲軸左半部、曲軸右半部及曲軸銷組成。本設(shè)計(jì)中采用滾動(dòng)軸承作主軸承。 曲軸強(qiáng)化的方法提高曲軸的疲勞強(qiáng)度是設(shè)計(jì)人員必須努力解決的問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以采用以下措施：（1）加大軸頸的重疊度。（3）軸頸上設(shè)計(jì)卸載槽使應(yīng)力分布更加均勻，而且沿軸頸和曲柄臂寬度的最大應(yīng)力較小，還可能使軸頸到曲柄臂過渡圓角的半徑增大。（5）增大曲柄臂的厚度和寬度。常用的表面強(qiáng)化工藝有以下幾種：1）圓角高頻感應(yīng)淬火；2）圓角滾壓強(qiáng)化；3）氮化處理；4）噴丸強(qiáng)化。3 曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在選定曲軸材料、毛坯制造及其基本結(jié)構(gòu)型式后，便從單位曲拐（包括主軸頸、曲柄銷和曲柄等主要部分）著手確定主要尺寸和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。曲軸長度方向的尺寸基本上取決于缸心距。 曲軸 曲軸簡述（一）曲軸 曲軸是由曲柄，加上功率輸出端和自由端組成。曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸送柴油機(jī)所產(chǎn)生的功率，并驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)、噴油泵、機(jī)油泵、水泵以及其他附件工作。除此之外，施加在連桿軸頸上的徑向力還要使曲軸承受彎曲作用。 （三）曲軸的設(shè)計(jì)要求 曲軸的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下述要求： （1）具有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證曲軸工作可靠。 （2）具有足夠的剛度，是曲軸變形不致過大，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件；同時(shí)應(yīng)避免在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)共振，以防產(chǎn)生過大的扭矩、橫向和軸向震動(dòng)的附加應(yīng)力。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。 （5）材料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。 整體曲軸結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作可靠、使用廣泛，尤其在中高速汽油機(jī)上應(yīng)用更為普遍。曲軸所有支撐表面都經(jīng)過仔細(xì)的機(jī)械加工和精密的研磨。因?yàn)殍T造或鍛造的連桿，重量不同，所以常常在平衡塊上鉆許多孔，以平衡曲軸和防止振動(dòng)。曲軸端和飛輪的中心孔是圓錐面配合，能很好地傳遞動(dòng)力。曲軸箱必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，以軸承曲軸旋轉(zhuǎn)的離心力，同時(shí)使所有部件排列合適。曲軸箱必須設(shè)計(jì)好以保護(hù)內(nèi)部的零件。（1） 曲柄銷的直徑D2和長度L2在考慮曲軸頸的粗細(xì)時(shí)，首先是確定曲柄銷的直徑D2。即D2=～。因此，為減輕離心負(fù)荷希望單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的D2/D較小。綜合上述情況，在本次設(shè)計(jì)中取曲柄銷直徑D2=50mm。由《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》表51可知。若l2過長，則流經(jīng)軸承的機(jī)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。軸承負(fù)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(jì)中取l2=35mm，其寬度與滾針軸承相配合?！?。在本次設(shè)計(jì)中，F(xiàn)2/F== （）所以所設(shè)計(jì)的連桿軸頸符合要求。而從軸承負(fù)荷出發(fā)，由于主軸承最大負(fù)荷小于連桿軸承，因此主軸頸可以比曲柄銷更細(xì)。同時(shí)，加粗主軸頸可相對縮短其長度，使曲柄加厚以加強(qiáng)整根曲軸的薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)以上分析，則取D1=60mm。（3）曲軸兩端的結(jié)構(gòu)曲軸上帶動(dòng)輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)鏈輪（正時(shí)鏈輪）一般裝在曲軸的前端，對多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言往往把傳動(dòng)齒輪裝在曲軸后端。驅(qū)動(dòng)齒輪裝在前端采用鍵連接。且定位銷的布置是不對稱的或