《柴油機曲軸設計》PPT課件

曲軸設計,一.曲軸設計概論 二. 曲軸結構設計 三. 曲軸疲勞強度校核 四. 提高曲軸疲勞強度的措施,一. 曲軸設計概論,曲軸的成本大約占整機成本的十分之一，為內(nèi)燃機中最貴的零件。 曲軸最常見的損壞原因是彎曲疲勞，所以保證曲軸有足夠的彎曲疲勞強度是曲軸設計的首要問題。 曲軸各軸頸的尺寸還應滿足軸承承壓能力和潤滑條件的要求。 中小功率高速內(nèi)燃機幾乎都用整體曲軸、全支承、帶有平衡塊（無論整體是否平衡）。,1.曲軸工作條件,1、受周期變化力和力矩作用，重點是彎曲交變載荷（80是彎曲疲勞破壞）； 2、曲軸形狀復雜，應力集中嚴重； 3、曲軸軸頸比壓大，摩擦磨損嚴重；,2.設計要求,1、有足夠的疲勞強度； 2、有足夠的承壓面積，軸頸表面要耐磨； 3、盡量減少應力集中； 4、剛度好，變形小。,3.常用材料,1、中碳鋼：如45，絕大多數(shù)采用模段制造；鍛造后進行正火或調(diào)質(zhì)處理，然后在各軸頸表面實施感應加熱表面淬火。鋼曲軸也可以進行滲氮處理，以提高疲勞強度。 2、合金鋼：在強化程度較高的發(fā)動機中采用； 3、球墨鑄鐵：在強度和剛度要求一定是，使用球墨鑄鐵材料能減少制造成本，且其阻尼特性能減小扭轉振動的幅值。 在曲軸設計中，曲軸的結構、材料、工藝三因素各自有獨立規(guī)律，且相互影響。,二. 曲軸結構設計,一、曲軸結構形式 1、整體式曲軸：具有工作可靠、重量輕、剛度、強度較高、加工表面較少的特點，中小型發(fā)動機中廣泛采用。一般配合滑動軸承（有的單缸機采用滾動軸承）。 2、組合式曲軸：當曲軸尺寸較大，曲拐數(shù)較多時，采用整體式結構將導致加工非常困難，可采用組合式結構。小型單缸發(fā)動機也有采用。,整體式曲軸和組合式曲軸,曲軸支承,(a)全支承曲軸: 優(yōu)點是曲軸剛性好，不易彎曲，缺點是缸心距加大，機體加長，制造成本增加。柴油機多用全支承曲軸。. (b)非全支承曲軸: 多用于中小功率的汽油機,曲軸全支承與非全支承,曲軸主要尺寸參數(shù),dcp：曲柄銷直徑； lcp：曲柄銷長度； hcw：曲柄臂厚度；bcw：曲柄臂寬度 dcj：主軸頸直徑； lcj：主軸頸長度；,氣缸中心距,L= lcp + lcj +2 hcw 它們存在一個合理分配的問題。 過渡圓角半徑R對應力集中影響巨大。 各尺寸參數(shù)的統(tǒng)計值見下表：,油道設計及油孔位置,曲軸前端與后端,（1）作用： 曲軸前端用來安裝正時齒輪、皮帶輪、扭振減振器及起動爪等；后端有飛輪結合盤(凸緣盤)，用來安裝飛輪。 （2）前后端的密封： 曲軸前后端都伸出曲軸箱，為了防止?jié)櫥脱剌S頸流出，在曲軸前后端都設有防漏裝置。,常用的防漏裝置有擋油盤、填料油封、自緊油封、回油螺紋等。,曲軸的軸向定位,（1）結構： 止推片：在某一道主軸承的兩側裝止推片。止推片由低碳鋼背和減磨層組成。 翻邊軸瓦： （2）安裝注意：止推片有減磨層的一面朝向轉動件(有油槽一面)。當曲軸向前竄動時，后止推片承受軸向推力；向后竄動時，前止推片承受軸向推力,曲拐的布置,（1）一般規(guī)律 1）各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動機運轉平穩(wěn)。 2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在發(fā)動機的前半部和后半部交替進行。 3) 避免進氣重疊 4） V型發(fā)動機左右氣缸盡量交替作功。 5）曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機工作平衡性好。,三. 曲軸疲勞強度校核,曲軸破壞主要是彎曲疲勞破壞 現(xiàn)在曲軸強度計算絕大部分采用有限元計算方法，且有很多現(xiàn)成的工程分析軟件，如ansys，pro/e，UG等。 有限元計算精度關鍵取決于如何處理曲軸的位移約束條件、加載方式、網(wǎng)格劃分等，這需要詳細了解曲軸的工作情況和受力狀況。 安全系數(shù)n1.5（鋼）或1.8（球墨鑄鐵）,四. 提高曲軸疲勞強度的措施,在載荷不變的條件下，要提高曲軸抗彎強度就應設法降低應力集中；適當減小單拐中間部分的彎曲剛度，使應力分布較為均勻。,結構措施,1、加大曲軸軸頸的重疊度 重疊度 A=(dcp+dcj)/2-r 重疊度系數(shù) =(dcp+dcj)/S 2、加大軸頸附近的過渡圓角 過渡圓角的尺寸、形狀、材料組織、表面加工質(zhì)量等對曲軸應力的影響十分明顯。 3、采用空心曲軸 4、采用沉割圓角和開卸載槽,工藝措施,1、圓角滾壓強化：表面產(chǎn)生剩余壓應力，抵消部分工作拉伸應力，從而提高曲軸的疲勞強度。 2、圓角淬火強化：用熱處理方法使金屬發(fā)生組織相變，體積膨脹而產(chǎn)生殘余壓應力，從而提高曲軸疲勞強度。 3、噴丸強化處理：與滾壓強化的道理一樣，屬于冷作硬化變形。 4、氮化處理：使氮氣滲入零件表面，金屬體積增大而產(chǎn)生擠壓應力。,