2110柴油機(jī)曲軸飛輪設(shè)計(jì)

1、2110柴油機(jī)（曲軸飛輪）設(shè)計(jì)摘要2110柴油機(jī)是在2100柴油機(jī)的基礎(chǔ)上自行改進(jìn)與開發(fā)研制的新型、中等功率、節(jié)能的柴油機(jī)。目前，該機(jī)型已經(jīng)廣泛運(yùn)用于我國的農(nóng)用工程機(jī)械，小型發(fā)電等領(lǐng)域。2110柴油機(jī)與同類機(jī)型相比，具有先進(jìn)的動力性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在國內(nèi)農(nóng)用機(jī)械用戶中具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。與2100系列柴油機(jī)相比,2110柴油機(jī)主要在發(fā)動機(jī)機(jī)體、氣缸蓋、活塞連桿總成、曲軸、燃油系統(tǒng)等方面進(jìn)行了優(yōu)化、強(qiáng)化設(shè)計(jì)，使發(fā)動機(jī)在動力性、經(jīng)濟(jì)性等方面有較大的提高，也實(shí)現(xiàn)了增加其運(yùn)用范圍的目的。本文主要介紹了2110柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)思想的確定以及曲軸飛輪組零件的設(shè)計(jì)過程。內(nèi)容包括2110柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的選擇

2、，動力性指標(biāo)的確定，曲軸飛輪零件圖的繪制時的參數(shù)選擇，包括曲軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，制造時所需注意的加工過程以及檢驗(yàn)產(chǎn)品時強(qiáng)度校核等內(nèi)容。本文運(yùn)用到了UG三維軟件制圖，用以解決曲軸的油道與曲柄銷減重孔的干涉問題，同時用Ricardo計(jì)算方法解決曲軸疲勞強(qiáng)度問題。本文綜合性的對曲軸飛輪組的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，曲軸，飛輪，UGTHEDESIGNOF2110DIESELENGINE(CRANKSHAFTandFLYWHEEL)ABSTRACTOnthebasisofthe385dieselengine,2110dieselengineimprovetoanewstyle,whichishigh

3、-speed,medium-powerandenergy-savingdieselengine.Atpresent,themodelshavebeenwidelyusedinChinasagriculturalengineeringmachinery,smallpowergeneration.Comparedwithsimilartypedieselengine,2110dieselenginehasadvancedperformance,economyandreliabilityinthedomesticagriculturalmachinery,andtheyhavemillionsofu

4、sers.Comparedwith2100seriesdieselengine,2110dieselenginesaremainlyimproveintheengineblockandcylinderhead,pistonconnectingrod,crankshaft,fuelsystem,andimprovetheoptimizationdesign,thatimprovetheenginepower,economy,italsoachievethepurposethatincreasingitsapplicationscope.Thispapermainlyintroducestheov

5、eralldesignthoughtof395dieselengine,crankshaftandflywheelthedesignprocess.Thesisincludeshowtoselected2110dieselengine,theoverallperformanceindicatorsidentified,andtheprocessofthedesignofthecrankshaftflywheelwillbediscussedinthispaper.Includingthecrankshaftstructuredesign,whatwemustpayattentiontoinma

6、nufactureprocess.ThispaperusesUG3Dsoftwaretodrawcrankshaft,itsolvetheoilholewiththeweightreducingholeofinterferenceproblems.AndwithRicardocalculationmethod,itsolvethecrankshaftfatiguestrengthproblems.Thispapercompletelydiscussthedesignofcrankshaftandflywheel.KEYWORDS:Dieselengine,crankshaft,flywheel

7、,Ricardocalculationmethod,UG目錄第一章前言1第二章總體方案設(shè)計(jì)32.1 柴油機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求32.1.1 內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求32.1.2 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)工作中的三化”32.2 柴油機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)42.2.1 動力性指標(biāo)42.2.2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)52.2.3 可靠性和耐久性指標(biāo)52.2.4 重量和外形尺寸指標(biāo)62.2.5 低公害指標(biāo)6文32110型柴油機(jī)的主要參數(shù)的選擇7文42110型柴油機(jī)的總體布置8文52110型柴油機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)8第三章曲軸設(shè)計(jì)103.1 概述103.2 曲軸的設(shè)計(jì)步驟123.3 曲軸的結(jié)構(gòu)型式及其選擇123.4 曲軸材料選擇及毛坯制造143.5 曲

8、軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)143.6 潤滑油道163.7 曲軸平衡塊183.8 曲軸的軸向定位183.9 曲軸端部結(jié)構(gòu)19第四章飛輪設(shè)計(jì)與計(jì)算203.10 的作用203.11 的設(shè)計(jì)與計(jì)算21第五章主軸承設(shè)計(jì)245.1 主軸承的工作條件245.2 材料要求255.3 常用軸承材料255.4 軸瓦的瓦背材料265.5 軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主要尺寸的確定26第六章結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝29附錄30第一章前言由于2110柴油機(jī)具有許多方面的優(yōu)點(diǎn)，所以不論在國外還是在國內(nèi)，其應(yīng)用越來越廣泛，世界很多的車用和船用內(nèi)燃機(jī)都采用它，特別是農(nóng)用車輛，把2110柴油機(jī)作為其首選動力。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生產(chǎn)的發(fā)展

9、，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)。本文主要完成了對2110型柴油機(jī)的總體方案的選擇，曲軸飛輪組的設(shè)計(jì)。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。重點(diǎn)放在了飛輪的設(shè)計(jì)計(jì)算上。目前，國內(nèi)外對曲軸的設(shè)計(jì)理論主要在以下兩個方面：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，針對以上不足，提出了一個曲軸結(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)了一個曲軸結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化軟件集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個優(yōu)化

10、過程的自動優(yōu)化。在曲軸制造方面，我國的曲軸生產(chǎn)存在整體規(guī)模小，專業(yè)化程度低，企業(yè)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝落后，性能和可靠性差，品種雜亂和通用化程度低等問題，而在國外，曲軸的生產(chǎn)已經(jīng)很專業(yè)化，廣泛的采用了數(shù)控技術(shù)及自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨(dú)立的自動化生產(chǎn)單元組成。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過程的控制。機(jī)加工方面采用曲軸動平衡自動線，使用計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動測量和修正，采用在線自動檢測和終檢相結(jié)合的方式，連續(xù)監(jiān)控加工精度，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。熱處理方面以德國的二段式氣體軟氮化法較先

11、進(jìn)，可獲得單相化合物層，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。飛輪的作用是將在作功行程中輸入曲軸的能量的一部分貯存起來，用以在其它行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)越過上、下止點(diǎn)，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使發(fā)動機(jī)可能克服短時間的超負(fù)荷，此外，在結(jié)構(gòu)上飛輪又往往用作汽車傳動系中摩擦離合器的驅(qū)動件。近幾年的飛輪設(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

12、基本確定飛輪的形狀。第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1 柴油機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求 2.1.1 內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計(jì)是整個產(chǎn)品開發(fā)工作的第一個階段，按照工作次序可分為：產(chǎn)品開發(fā)的戰(zhàn)略決策；產(chǎn)品主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的論證和選擇；方案計(jì)算和總體設(shè)計(jì)圖的繪制等幾個階段。總體設(shè)計(jì)的水平和決策的正確與否，對產(chǎn)品的水平和市場競爭力將產(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。因此，總體設(shè)計(jì)者責(zé)任重大，要有高度的負(fù)責(zé)精神和使命感。產(chǎn)品決策階段首先要進(jìn)行市場調(diào)研，對開發(fā)機(jī)型的配套對象和各種用途的市場容量發(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

13、次，就企業(yè)對所開發(fā)產(chǎn)品的投資能力，生產(chǎn)規(guī)模提出可行性分析報告。編制產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書，具體規(guī)定產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和配套要求。產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)時要選擇和確定內(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。內(nèi)燃機(jī)種類多樣，使用條件各異，對總體設(shè)計(jì)也提出不同的要求。 2.1.2 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)工作中的“三化”“三化”可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)成本，組織專業(yè)化生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率，便于使用、維修和配件供應(yīng)。(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

14、壓度，以滿足不同需求。(2)零部件通用化它是指同一系列的主要零件能夠通用，以減少開發(fā)成本。(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)，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，同時也起到減少生產(chǎn)和采購成本的作用。總之，柴油機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程。一個型號產(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。2.2 柴油機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 2.2.1 力性指標(biāo)動力性指標(biāo)包括有效功率（Pe）、轉(zhuǎn)速（n）、最大扭矩Memax和最大轉(zhuǎn)矩eemax轉(zhuǎn)速。1、有效功率Pe=Pme*Vh*Z*n/（30T）（2-1）Pme為平均有效壓力（Mpa）;Vm為活塞的平均速度（m/s

15、）;Vh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)?？梢?，有效功率受到上面各參數(shù)的影響。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?？?、轉(zhuǎn)速（n）柴油機(jī)由于其混合氣形成速度和燃燒速度比較慢的原因，轉(zhuǎn)速不會太高。轉(zhuǎn)速在1000r/min以上為高速，6001000r/min為中速，600r/min以下為低速。提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速可以使功率提高，因而使單位功率的體積減小、重量輕。但是轉(zhuǎn)速提高會導(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

16、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。表1-1各種用途的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速范圍【單位：（r/min）】用途柴油機(jī)汽油機(jī)汽車1500500025006500工程機(jī)械與拖拉機(jī)1500280020003600內(nèi)燃機(jī)車、發(fā)電機(jī)組900150028003600摩托車、摩托艇500010000中小型農(nóng)用機(jī)械1200300030006000船舶(高速)1000200015002500船舶(低速)3008503、最大扭矩Memax和最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)給出的轉(zhuǎn)矩指標(biāo)都是最大扭矩。最大扭矩對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就是最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。 2.2.2 濟(jì)性指標(biāo)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

17、主要指燃油消耗率指標(biāo)，即每千瓦小時的燃料的消耗重量。對于固定工況使用的柴油機(jī)是指標(biāo)定功率時上網(wǎng)燃油消耗率。對變工況的柴油機(jī)，則一般是指外特性曲線上的最低油耗率。比如，某內(nèi)燃機(jī)的最低油耗率，則是指萬有特性上的最低油耗率。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。(1)燃油消耗率ge【(g/(kw*h)降低ge的措施主要有指示效率和機(jī)械效率。一般車用柴油機(jī)的燃油消耗率為250380g/(kw*h)。柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)師和使用者永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。(2)機(jī)油消耗率gm【(g/(kw*h)機(jī)油的價格遠(yuǎn)高于燃料油，希望使用中的消耗量盡量減少，而且要求在兩個保養(yǎng)期之間不要添加機(jī)油，一

18、般車用柴油機(jī)機(jī)油消耗率為1.32.6g/(kw*h)。 2.2.3 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)定的時間內(nèi)，具有持續(xù)工作，不會因?yàn)楣收隙绊懻＿\(yùn)轉(zhuǎn)的能力。對于可靠性的內(nèi)燃機(jī)應(yīng)在保證期內(nèi)不發(fā)生停車故障和需要更換主要或非主要零件的故障。二、耐久性耐久性是指從開始使用起到大修期的時間。內(nèi)燃機(jī)的大修期一般決定于缸套和曲軸磨損到達(dá)極限尺寸的時間(小時數(shù))，此時內(nèi)燃機(jī)不能繼續(xù)正常工作，使用中的對外表現(xiàn)通常為：內(nèi)燃機(jī)啟動困難甚至無法啟動、排氣冒藍(lán)煙、機(jī)油消耗量明顯加大、動力性明顯下降、內(nèi)燃機(jī)工作噪聲變大等。 2.2.4 量和外形尺寸指標(biāo)質(zhì)量、外形尺寸是評價設(shè)計(jì)的緊湊性和金屬利

19、用程度的指標(biāo)。不同用途的內(nèi)燃機(jī)對質(zhì)量和外形尺寸指標(biāo)的要求不盡相同。比如汽車發(fā)動機(jī)要求質(zhì)量和外形尺寸都要小，而工程機(jī)械和拖拉機(jī)則可稍大一些。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)。衡量內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量的指標(biāo)是比質(zhì)量(kg/kw)：m/pe。柴油機(jī)得比質(zhì)量范圍為：表1-3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46小型農(nóng)用單缸1626多缸5.516工程機(jī)械用47機(jī)車3.47.5船用13.519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)pv=pe/V(2-2) 2.2.5 公害指標(biāo)1 .噪聲內(nèi)燃機(jī)的噪聲主要來自燃燒噪聲、氣體流動噪聲和機(jī)械噪聲三個方面。內(nèi)燃機(jī)的

20、噪聲大小用聲壓級Lp(dB)來表示，一般還要對測量數(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)。在噪聲數(shù)據(jù)上所見到的噪聲單位多為dBA或者dB(A)。燃燒噪聲主要取決于缸內(nèi)氣壓的壓力升高率。一切有利于縮短滯燃期和減少該期間燃油注入量的措施，都有利于降低燃燒噪聲，比如增壓、分段噴射、推遲噴油提前和減少點(diǎn)火提前角等。降低壓縮比也是很常見的效的措施，一般與增壓同時采用，否則會降低柴油機(jī)的動力性。氣體流動噪聲主要通過進(jìn)排氣消聲器來控制。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。2 .有害氣體的排放汽車的排放，就是內(nèi)燃機(jī)的排放，說到對于環(huán)境和空氣的污染，實(shí)際上是內(nèi)燃

21、機(jī)的排放污染。目前全世界對汽車的污染問題都十分重視。在設(shè)計(jì)柴油機(jī)時，尤其是車用柴油機(jī)時，一定要根據(jù)本地實(shí)行的法規(guī)制定合適的設(shè)計(jì)方案212.3 2.32110型柴油機(jī)的主要參數(shù)的選擇內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)包括：平均有效壓力Pme、活塞平均速度Cm、缸徑和缸數(shù)。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，同時還要對同類型國內(nèi)外發(fā)動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行分析比較和試驗(yàn)研究。1、平均有效壓力Pme平均有效壓力Pme是標(biāo)志內(nèi)燃機(jī)整個循環(huán)過程的有效性及內(nèi)燃機(jī)制造完善性的指標(biāo)之一，Pme值的不斷提高是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。由于它決定了發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化程度，反映了發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)與制造要達(dá)

22、到的質(zhì)量，故必須慎重的選擇。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，平均有效壓力應(yīng)根據(jù)同類型發(fā)動機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)來初步選定，在本次設(shè)計(jì)中，初步選定Pme=0.6MPa。2、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。它對于內(nèi)燃機(jī)的性能，工作可靠性和使用壽命有很大的影響。一般說來，Cm增大會使發(fā)動機(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。本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速為2200r/min。3、氣缸直徑D和氣缸數(shù)Z內(nèi)燃機(jī)的缸徑應(yīng)符合系列型號的規(guī)定，其尾數(shù)應(yīng)該取整數(shù)，優(yōu)先選用0和5。此次設(shè)計(jì)的氣缸直徑于氣缸數(shù)均由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定，其分別為110mm,兩缸。4

23、.行程S行程增加可以提高平均有效壓力Pme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。行程缸徑比：S/D=0.91.26S=(0.91.26)D=99138.6mm取S=120mm312.4 2110型柴油機(jī)的總體布置根據(jù)初步確定的內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要零部件結(jié)構(gòu)方案和尺寸，進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的總體布置。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。繪制橫剖面圖。總體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。二、經(jīng)常需要保養(yǎng)的零部件，如機(jī)油，燃油，空氣的濾清器和噴油器等，接近性要好

24、。對經(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。三、應(yīng)滿足用戶對柴油機(jī)配套所提出的各項(xiàng)合理要求。四、具有良好的加工和裝配工藝性。五、柴油機(jī)起吊，存放和安裝方便。六、總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行三化標(biāo)準(zhǔn)。2.5 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=0.6MPa,缸心距為130mm，燃油消耗率不大于240g/(KWh)。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。機(jī)體由稀土灰鑄鐵鑄造，機(jī)體采用隧道式機(jī)

25、體，以保證機(jī)體的結(jié)構(gòu)剛度。濕式氣缸套是由高磷合金鑄鐵鑄成的。氣缸套的下部有兩道O形橡膠密封環(huán)圈防止漏水?；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)。第一環(huán)為矩形環(huán)，外圓鍍銘，第二環(huán)為扭曲環(huán)。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)動中的機(jī)械摩擦，提高了柴油機(jī)的平均有效功率。連桿用45號鋼鍛造，大頭采用平切口，切口分割面用三角形的鋸齒保證連桿蓋的定位。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)，合理布置潤滑油道。曲軸平衡采用完全平衡方案，其上安裝四個平衡塊。曲軸的中間主軸承采用止推

26、片起軸向定位作用。潤滑系統(tǒng)采用壓力潤滑和飛濺潤滑混合的方式。第三章曲軸設(shè)計(jì) 3.1 述曲軸是發(fā)動機(jī)的主要運(yùn)動件，其性能直接影響著發(fā)動機(jī)的可靠性和壽命。隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)的不斷提高，曲軸的工作條件更加苛刻。由于周期性變化的氣體壓力，往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動引起的慣性力以及它們的彎扭拒共同作用，使得曲軸在工作過程中既彎曲又扭轉(zhuǎn)，還要承受一定的沖擊載荷，軸頸表面受到磨損，曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸表面的嚴(yán)重磨損，統(tǒng)計(jì)分析表明，破壞的曲軸中有80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。因此，在設(shè)計(jì)曲軸時，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，剛度及良好的動態(tài)特性。曲軸是在不斷周期性

27、變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩（扭矩和彎矩）共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)踐與理論表明，對于各種曲軸，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)振動產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞）。曲軸破壞的統(tǒng)計(jì)分析表明，80%左右是由彎曲疲勞產(chǎn)生的。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。曲軸形狀復(fù)雜、應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別在曲柄至軸頸的過渡圓角區(qū)、潤滑油孔附近以及加工粗糙的部位應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為突出。曲軸各軸頸在很高的比壓下，以很大的相對速度在軸承中發(fā)生滑動摩擦。這些軸承在實(shí)際變工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并不總能保證液體潤滑，尤其當(dāng)潤滑油不潔凈時，軸頸

28、表面遭到強(qiáng)烈的磨料磨損，使得曲軸的實(shí)際壽命大大降低。曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的中心環(huán)節(jié)，其剛度亦很重要。如果曲軸彎曲剛度不夠，就會大大惡化活塞、連桿、軸承等重要零件的工作條件，影響它們的工作可靠性和耐磨性，甚至使曲軸箱局部損壞。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；輕則引起噪音，加速曲軸上齒輪等傳動件的磨損；重則使曲軸斷裂。綜上所述，曲軸設(shè)計(jì)時應(yīng)符合以下要求：1 .有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證曲軸工作可靠。設(shè)計(jì)時應(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。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

29、有足夠的壽命；4 .柄排列合理，以保證柴油機(jī)工作均勻；曲軸平衡性好，以減小振動和主軸承最大負(fù)荷；5 .料選擇適當(dāng)，以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。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)，同時，隨著內(nèi)燃機(jī)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)指標(biāo)的強(qiáng)化，曲軸的結(jié)構(gòu)也應(yīng)留有發(fā)展的余地。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。例如，為了提高曲軸的剛度而增大主軸頸和曲柄銷直徑，對軸承工作而言，可以降低軸承比壓，但高轉(zhuǎn)速下軸承圓周速度變大，從而引起摩擦功率損失增加，軸承溫度升高，降低了軸承工作的可靠性。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。這時，可能引起

30、采用斜切口連桿的必要，而這種連桿剛性差，而且制造成本較高。曲柄銷加大帶來的曲軸連桿系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的加大，可能使剛度對扭轉(zhuǎn)帶來的好處得而復(fù)失。正是這些內(nèi)在的矛盾推動著曲軸的發(fā)展，而在曲軸強(qiáng)度矛盾的總體中，應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力與該力作用點(diǎn)的材料抗力是它的主要矛盾。影響這個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，不應(yīng)只注重結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)一個方面。由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設(shè)計(jì)曲軸時，至今還沒有一個能完全反映實(shí)際的理論公式可供通用。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)

31、與尺寸的統(tǒng)計(jì)資料。借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核、曲軸樣品試驗(yàn)，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸與加工工藝等。 3.2 軸的設(shè)計(jì)步驟曲軸設(shè)計(jì)在柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)階段就開始進(jìn)行。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。2 .依據(jù)柴油機(jī)相似原則以及設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，初步選定曲柄銷，主軸頸和曲柄臂的尺寸。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。曲軸計(jì)算：初步選定曲軸尺寸后，需對曲軸進(jìn)行平衡性計(jì)算和

32、曲軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)曲軸是否滿足前述各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，決定是否需要修改設(shè)計(jì)。上述方法需反復(fù)進(jìn)行，并最終確定曲軸的尺寸，平衡塊的大小和布置方式，潤滑油道的布置，完成曲軸兩端的設(shè)計(jì)，繪制出曲軸零件圖。 3.3 軸的結(jié)構(gòu)型式及其選擇一、按支承方式曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸。全支承曲軸是每兩個（V型發(fā)動機(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（V型發(fā)動機(jī)為兩排）氣缸設(shè)有一個主軸承的曲軸。由于柴油機(jī)的爆發(fā)壓力較高，因而一般都采用全支承曲軸；僅有個別小缸徑柴油機(jī)為縮短缸心距，減少主軸承數(shù)，采用非全支承曲軸。按結(jié)構(gòu)型式曲軸分為整體曲軸和組合曲軸。1、整體式曲

33、軸整體式曲軸的毛坯是由整根鋼料鍛造或用鑄造方法澆鑄出來的。整體式曲軸結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作可靠，而且剛度和強(qiáng)度較高，加工面也比較少，在中高速柴油機(jī)上應(yīng)用非常普遍。2、組合式曲軸組合式曲軸是把曲軸分成很多便于制造的單元體，然后將各部分組合裝配而成。按劃分單元體的不同，又可分為全組合式曲軸與半組合式曲軸。大功率柴油機(jī)和小型二沖程發(fā)動機(jī)上常采用組合式曲軸。(1)、圓盤式組合曲軸這種曲軸的每個曲柄單獨(dú)制造，然后用螺釘聯(lián)成一根完整的曲軸。圓盤式組合曲軸各曲柄相同，這使得系列產(chǎn)品的曲軸制造十分方便。在使用中若發(fā)現(xiàn)某曲軸損壞，可單獨(dú)更換損壞的曲柄，而不需要報廢整個曲軸。止匕外，由于這種曲軸各曲柄單獨(dú)制造，因

34、而不需要大型設(shè)備，機(jī)械加工簡單。這種曲軸由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，因而僅少數(shù)機(jī)型采用。(2)、套合式曲軸(全套合或半套合)它的曲柄銷，主軸頸，曲柄臂均分開制造，然后用“紅套”或液壓壓入等方法連接起來。軸和孔的配合的過盈量是軸頸的1.4%-1.8%。為了減小應(yīng)力集中，軸頸與曲柄臂相配合部分的直徑加大到軸頸直徑的1.051.1倍c目前，套合式曲軸主要應(yīng)用于曲柄半徑大于400500mm的大型低速柴油機(jī)，其中半套合式曲軸應(yīng)用較多。(3)、分段式曲軸大型曲軸由于受到加工設(shè)備的限制，往往將曲軸分段制造，然后用凸緣連接起來，這種曲軸稱為分段式曲軸。圖3-1綜上所述，此次設(shè)計(jì)采用整體式曲軸。由于此次設(shè)計(jì)的是直

35、列兩缸柴油機(jī)，故選用平面(圖3-1)布置，曲柄互成空間180夾角，靜平衡但動不平衡，該方案的不平衡系數(shù)較小，易于采取平衡措施，而且此次設(shè)計(jì)的是高速柴油機(jī)，采用該布置第二階往復(fù)慣性力較小，可以不考慮。 3.4 軸材料選擇及毛坯制造常用的曲軸材料有可鍛鑄鐵，合金鑄鐵，球墨鑄鐵，碳素鋼和合金鋼等，相應(yīng)的毛坯也分為鑄造與鍛造。鍛造曲軸一般采用中碳鋼或者合金鋼制造，毛坯生產(chǎn)需要大型鍛壓設(shè)備,雖然毛坯尺寸比較精確，減少了加工余量，提高了材料利用率，此外，鍛造能夠使材料的金屬纖維成方向性排列，纖維方向和曲軸形狀大致相符，這大大提高了曲軸的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。但是鍛造曲軸成本過高，大約是球鐵曲軸的3-7倍

36、。雖然鑄造曲軸主要是球鐵曲軸有很多缺點(diǎn)，例如彎曲疲勞強(qiáng)度比較低，較容易發(fā)生斷裂，相同尺寸的球鐵曲軸與鍛造曲軸相比，剛度差。但它的優(yōu)點(diǎn)也相當(dāng)明顯，例如球墨鑄鐵曲軸經(jīng)正火處理后的機(jī)械性能已接近萩超過一股的中碳鋼，盡管鋼的疲勞強(qiáng)度比球墨鑄鐵高，但曲軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼曲軸難免會有油孔、過渡圓角和材質(zhì)上留有缺陷面造成應(yīng)力集中，從面降低了曲軸的疲勞強(qiáng)度。球鐵可以鑄造出復(fù)雜的曲軸形狀，使其應(yīng)力分布均勻，且球墨鑄鐵對缺口敏感度低、變形小，使球墨鑄鐵曲軸的實(shí)際彎曲的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度與正火中碳鋼相近。球鐵曲軸的耐磨性好，吸振能力強(qiáng)，有較好的自潤滑和抗氧化性能。綜上分析，我采用球墨鑄鐵曲軸。 3.5 軸主要尺寸的確定和結(jié)

37、構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)汽車拖拉機(jī)這一類高速內(nèi)燃機(jī)的曲軸時，它的基本尺寸大多根據(jù)結(jié)構(gòu)布置上的要求來確定，再由強(qiáng)度校核修正。因?yàn)榍S與活塞連桿組件和機(jī)體有密切的聯(lián)系，曲軸的設(shè)計(jì)不能孤立進(jìn)行。各部分尺寸多以與氣缸直徑的相對值表示，而氣缸直徑又是限制曲柄銷直徑的重要因素。曲柄長度方向的尺寸基本上決定于氣缸中心距Loo表3-1曲軸主要結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計(jì)范圍（車輛用）（中國內(nèi)燃機(jī)工程師設(shè)計(jì)手冊朱仙鼎主編）機(jī)型結(jié)構(gòu)尺寸柴油機(jī)汽油機(jī)直列直列直列直列主軸徑D1/D0.700.800.750.850.750.850.850.950.650.700.600.70L1/D0.300.360.240.300.300.350.25

38、0.30連桿軸徑D2/D0.600.700.670.720.630.720.600.650.550.62L2/D0.320.370.230.280.310.350.450.60曲柄臂h/D0.220.22b/D1.051.31.01.30.751.20.751.2過渡圓角r/D20.030.050.030.05平衡重R/s1.01.11、曲柄銷的直徑D2和長度L2在考慮曲軸軸頸的粗細(xì)時，首先是確定曲柄銷的直徑D2。在現(xiàn)代發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中，一般趨向于采用較大的D2值，以降低曲柄銷的比壓，提高連桿軸承工作的可靠性，提高

39、曲軸的剛度。但是，曲柄銷加粗伴隨著連桿大頭加大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力增大，對曲軸及軸承的工作帶來不利。因?yàn)殡S曲柄銷直徑增大帶來的軸系自振頻率增加，會被旋轉(zhuǎn)質(zhì)量增加引起的自振頻率下降所抵消，可能增加扭轉(zhuǎn)振動的危害。止匕外，曲柄銷直徑增大也會增加軸承摩擦功率損失，導(dǎo)致軸承溫度升高，增加潤滑油熱負(fù)荷。為此，曲柄銷直徑不應(yīng)取得較大。曲柄銷的長度L2是再選定D2的基礎(chǔ)上考慮的。根據(jù)表3-1,初步選取曲柄銷的直徑D2=(0.600.70)D=6677mm,取D2=70mm；曲柄銷的長度L2=(0.350.45)D=38.549.6mm,WL2=42mrn4L2、主軸頸的直徑Di和長度L,:從軸承負(fù)荷出

40、發(fā)，主軸頸可以比曲柄銷細(xì)些，因?yàn)橹鬏S承最大負(fù)荷小于連桿軸承。但是為了最大限度地增加曲軸的剛度，加粗主軸徑是有很大好處的。因?yàn)榈谝?，加粗主軸徑不同于加粗曲柄銷那樣有很多副作用，加粗主軸頸能增加曲柄軸頸的重疊度，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；第二，加粗主軸頸后可以相對縮短其長度，從而給加厚曲柄臂，提高其強(qiáng)度提供可能。根據(jù)表3-1,初步選取主軸頸直徑D1=(0.700.80)D=7788mm取D1=80mm;主軸頸長度L1=(0.350.50)D=38.555mm取L1=40mm5L3、曲柄臂：曲柄臂是曲軸中最薄弱的部分之一，它在曲柄平面內(nèi)的抗彎剛度和

41、強(qiáng)度都較差。實(shí)踐表明：由交變彎曲應(yīng)力造成的曲柄臂斷裂是曲軸的主要損壞型式。曲柄臂應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸?，寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度。曲柄形狀應(yīng)合理，以改善應(yīng)力分布?，F(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)曲柄的形狀大多采用橢圓形和圓形。試驗(yàn)證明：橢圓形曲柄具有最好的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。具優(yōu)點(diǎn)是盡量去掉了受力小或不受力的部分，其重量減輕，應(yīng)力分布均勻。但加工方法較復(fù)雜，采用模鍛或鑄造的方法可以直接成型。根據(jù)表3-1,初步選取曲柄臂厚度h=(0.210.28)D=23.330.8mm取h=24mm;曲柄臂寬度b=(1.051.30)D=115.5143.5mm取b=120mm6。4、曲軸圓角：曲軸主軸頸和曲柄臂連接的圓角稱為主

42、軸頸圓角，曲柄銷和曲柄臂連接的圓角稱為曲柄銷圓角0由于曲柄銷圓角和主軸頸圓角是曲軸應(yīng)力最大的部位，且應(yīng)力沿圓角輪廓分布也極不均勻，故圓角的輪廓設(shè)計(jì)十分重要。曲軸圓角半徑r應(yīng)足夠大，根據(jù)表3-1,r/D1=0.030.05=2.14.0mm,圓角半徑過小會使應(yīng)力集中嚴(yán)重。為了增大曲軸圓角半徑，且不縮短軸頸有效工作長度，可采用沉割圓角，設(shè)計(jì)沉割圓角時應(yīng)該保證曲柄臂有足夠厚度。曲軸圓角也可由半徑不同的二圓弧和三圓弧組成。當(dāng)各段圓弧半徑選擇適當(dāng)時可提高曲軸疲勞強(qiáng)度，增加軸頸有效承載長度。本次設(shè)計(jì)遵循以上原則，選取圓角半徑r=4mm7L3.6潤滑油道軸承的工作能力在很大程度上取決于潤滑條件。曲軸主軸頸和

43、曲柄銷圖3-2般采用壓力潤滑。曲軸上油道與油孔的設(shè)計(jì)，對于曲軸軸承的潤滑及曲軸強(qiáng)度都有重要的影響，因此必須十分慎重地選擇油道的方案和確定油孔的位置。潤滑油通常先進(jìn)入主軸承再進(jìn)入連桿軸承。將機(jī)油輸送到曲軸軸承中去的供油方法有兩種：1、分路供油多數(shù)柴油機(jī)采用這種供油方法。潤滑油由主油道直接送到各主軸承。2、集中供油主軸承采用滾動軸承時需采用集中供油。集中供油多采用所謂假軸承結(jié)構(gòu)。假軸承上也澆有一層軸承合金。潤滑油從假軸承通過軸頸上的油孔進(jìn)入曲軸內(nèi)腔。確定主軸頸和曲柄銷上油孔定位時，既要考慮到潤滑和軸瓦的冷卻，又要對軸頸強(qiáng)度削弱最小。從保證潤滑考慮，希望主軸頸油孔開在最大軸頸壓力作用線方向。曲柄銷油

44、孔開在壓力最小的地方，以保證連桿軸承供油充足。曲柄銷最小負(fù)荷通常位于曲柄銷平面以曲柄銷軸心為中心向著曲軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)笆堑牡胤剑强捎奢S心軌跡圖求出。從強(qiáng)度觀點(diǎn)考慮，油孔不應(yīng)位于曲柄平面內(nèi)而應(yīng)在曲柄垂直平面內(nèi)。因?yàn)樵谇怪逼矫鎯?nèi)，曲柄銷表面彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力都比較小。因此應(yīng)兼顧上述兩項(xiàng)要求來確定油孔的位置，同時還應(yīng)考慮曲軸結(jié)構(gòu)和鉆孔的工藝性。為了減小應(yīng)力集中，油孔出口應(yīng)到角，拋光。3.油孔直徑：d=(0.070.10)D=5.68mm取d=6mm。圖3-2所示為本次潤滑油道的布置方案80 3.7 軸平衡塊曲軸平衡塊的作用是用來平衡曲軸不平衡的旋轉(zhuǎn)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力矩，有時也可以平衡往復(fù)慣

45、性力及其力矩，并可以減速小主軸承的負(fù)荷。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，多數(shù)離心慣性力和離心慣性力矩已自行平衡的曲軸也配置平衡塊，這主要是為了減輕主軸承的最大負(fù)荷，保證軸承有良好的潤滑條件，減小曲軸和曲軸箱所受的離心慣性力矩。但曲軸配置平衡塊后，重量增加，制造工藝復(fù)雜，曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動自振頻率降低。因此，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速，曲軸結(jié)構(gòu)，曲柄排列，軸承負(fù)荷以及對平衡的要求等因素綜合考慮是否配置平衡塊。一般低速柴油機(jī)不需要配置平衡塊，高度柴油機(jī)則需要配置平衡塊平衡方案的選擇，平衡塊重量的計(jì)算與布置，應(yīng)該仔細(xì)考慮。平衡塊的重心應(yīng)盡量遠(yuǎn)離曲軸中心線，以提高平衡效果。但平衡塊一般不超過曲軸旋轉(zhuǎn)所掃過的范圍。平衡塊厚度一般與

46、曲柄臂相同9o 3.8 軸的軸向定位圖3-34為防止曲軸的軸向定位，保證工作正常，曲軸需設(shè)有軸向定位。中高速柴油機(jī)的曲軸通常用止推片或止推軸瓦做止推軸承。大多數(shù)柴油機(jī)把止推軸承設(shè)在輸出端，這樣當(dāng)曲軸受熱伸長時離合器的間隙可保持不變。但裝在曲軸自由端的正時齒輪會產(chǎn)生一些位移。在一些柴油機(jī)中由于中央主軸承的負(fù)荷大而增加其長度，并用它作止推軸承。當(dāng)軸向力不是很大，又不是經(jīng)常作用時，止推軸承多采用翻邊軸瓦，或采用止推片。翻邊軸瓦的制造比較困難，所以一般內(nèi)燃機(jī)中多用止推片的結(jié)構(gòu)。在軸向經(jīng)常作用或數(shù)值較大的情況下，多采用止推滾動軸承。本次設(shè)計(jì)采用止推片的止推方式，并且安裝在中央主軸承上10 3.9 軸端部

47、結(jié)構(gòu)曲軸兩端分別為自由端和輸出端。大多數(shù)柴油機(jī)的機(jī)油泵，水泵等輔助裝置的驅(qū)動齒輪以及曲軸的扭轉(zhuǎn)減振器均安裝在自由端。飛輪裝于輸出端，柴油機(jī)產(chǎn)生的功率經(jīng)輸出端輸出，但在某些工程機(jī)械或農(nóng)用柴油機(jī)上，曲軸自由端也可輸出部分乃至全部功率。驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)和噴油泵的曲軸正時齒輪布置于自由端或輸出端。當(dāng)曲軸正時齒輪布置在輸出端時，可將正時齒輪直接制造在曲軸上。曲軸輸出端一般借法蘭通過定位銷和螺栓來安裝飛輪。為提高曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度，最后一道主軸承至曲軸法蘭的軸段應(yīng)盡量短粗，甚至其直徑和曲軸法蘭相同，這樣也便于套裝油封。曲軸法蘭大小應(yīng)根據(jù)主軸承直徑及油封裝置來決定。飛輪緊固螺栓分布的圓周直徑，最好使螺栓孔位于主軸頸

48、外，并能讓開主軸頸到法蘭過度圓角110第四章飛輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 輪的作用由于曲軸所發(fā)出的扭矩mt是個周期變化的量，當(dāng)它大于有效阻力矩時，曲軸就加速，反之就減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動，減小這種波動的措施有兩種：一是增加內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)，另一措施是在曲軸上加裝飛輪。在本次設(shè)計(jì)中，任務(wù)給定是兩缸，所以我們在曲軸上加裝了飛輪。對任何往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，具輸出扭矩即使在穩(wěn)定工況下也是不斷周期性變化的。通常用扭短工不均勻系數(shù)H來判斷發(fā)動機(jī)合成扭矩的均勻程度。但發(fā)動機(jī)所帶動的聳動裝置的有效阻力矩一般是定值。因此，當(dāng)曲拐在某一位置時，發(fā)動機(jī)的輸出扭矩有可能大于或小于由其所帶動的阻力矩。當(dāng)發(fā)動機(jī)的輸出扭矩大于有效阻力

49、矩時，曲軸就加速，反之則減速，造成曲軸轉(zhuǎn)速的波動。我們把曲軸轉(zhuǎn)速忽快忽慢的這種現(xiàn)象稱之為曲軸回轉(zhuǎn)不均勻性。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動會產(chǎn)生一系列不良后果。如發(fā)動機(jī)驅(qū)動件與被它帶動運(yùn)轉(zhuǎn)的從動件之間產(chǎn)生沖擊，影響工作可靠性，降低使用壽命，產(chǎn)生噪音；同時使測試儀器的工作不穩(wěn)定；曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻還會引起曲軸的振動。所以曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻生應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。要想提高發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，降低曲軸角速度切波動的措施有：一、增加氣缸數(shù)，點(diǎn)火均勻，使由于氣缸間歇性工作帶來的沖擊減少。二、增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，使角速度波動率減小。最有效的方法就是安裝飛輪。由于氣缸數(shù)已經(jīng)確定，只能通過安裝飛輪來提高發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。當(dāng)輸出扭矩

50、大于阻力矩時，飛輪就將多余的功吸收而使轉(zhuǎn)速略增；當(dāng)阻力矩大于輸出扭矩時，飛輪則將其儲存的能量放出，此時飛輪的動能減小，而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速略減。可見飛輪是一種動能儲存器，它起著調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速變化穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用12! 4.2 輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算在飛輪的設(shè)計(jì)中，我們先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定出其外徑Di、內(nèi)徑D2和厚度b,然后在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對其進(jìn)行校核圖4-1（內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)楊連生圖5-45）尺寸的初步確定：飛輪外徑D2=（2.53.5）S=300420mm取D2=320mm;11輪緣厚度h=()D2=3216mm取h=25mm10202D1=D2-2父h=270mm;取b=92mm;飛輪的圓周速度:v=-D1n60(4-1)3

51、.140.32220060=36.84m/s由于vE3550m/s因此選取的D2合格13L表4-1不同缸數(shù)i四沖程發(fā)動機(jī)的扭矩不均勻系數(shù)”和盈虧功系數(shù)（內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)袁兆成表6-1）i110201.11.828150.50.8345100.20.40.010.03050.01由任務(wù)給定的數(shù)據(jù)，選取各種相關(guān)系數(shù):運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)二=50飛輪轉(zhuǎn)動慣量占內(nèi)燃機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量的分?jǐn)?shù)中=0.85;盈虧功系數(shù)=0.6;飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：(4-2)6-：peIf=10.810-ef、.n3=10.81060.850.6x1263220050_.2、=0.5

52、172802404(kgm)由初步確定的尺寸按5-2式可計(jì)算出飛輪的重量:2：:.bd44GDm-D1g(4-3)cHT250的密度，取7.34父103Kg/m33.140.0673400.324-0.2749.80.32+0.27、2=154.3510272(N)再由式5-3可計(jì)算出假設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量:GDm=4gIf(4-4)154.351027220.32+0.27i2J49.8=0.342663218(kg,m2)由于If，If,所以，此飛輪合格14lo編程計(jì)算見附錄第五章主軸承設(shè)計(jì)5.1主軸承的工作條件內(nèi)燃機(jī)曲軸的主軸承在工作中受到?jīng)_擊性的氣體爆發(fā)壓力和活塞連桿組慣性力的動負(fù)荷作用，

53、由動力計(jì)算可知，其最高平均壓力達(dá)2030MPa,面實(shí)際上從潤滑理論分析可知，潤滑油膜中局部最高油膜壓力可達(dá)平均壓力的610倍。由于負(fù)荷是交變的，會在合金層內(nèi)形成疲勞應(yīng)力狀態(tài)，易使合金層產(chǎn)生微小裂縫，當(dāng)裂紋發(fā)展并與其裂縫相匯時，合金層就會疲勞剝落。其次，高速內(nèi)燃機(jī)中，軸承與軸頸之間的相對滑動摩擦速度可高達(dá)10m/s以上。在如此高速下運(yùn)動，即使是液體摩擦，也會產(chǎn)生大量摩擦熱，使軸瓦工作表面溫度升高到150Co如有足夠潤滑油通過摩擦表面，則除了可以冷卻軸承外，還有可能使軸承牌完全的液體摩擦狀態(tài)，即軸承和軸頸兩摩擦表面完全為一層油膜所隔開面不直接接觸，但是這種理想的液體摩擦狀態(tài)在實(shí)際內(nèi)燃機(jī)工作過程中并

54、不能完全等到保證。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)，尤其是汽車拖拉機(jī)類型的運(yùn)輸式內(nèi)燃機(jī)，使用工況經(jīng)常變動，起動和制動頻繁，容易發(fā)生所謂的邊界摩擦，這時兩個摩擦面依靠分子間的引力，各自吸附一層幾個分子厚的潤滑油膜，金屬表面完全被這一層邊界油膜所隔開。一旦邊界油膜破裂，金屬材料就可能相接接觸，發(fā)生固體摩擦，造成強(qiáng)烈磨損，甚至表面熔化，互相括號在一起，這是軸承損壞的根源，必須避免。隨著內(nèi)燃機(jī)工作時間的增加，呈泡沫狀和霧化狀的發(fā)動機(jī)機(jī)油，在100c左右的高溫作用下不斷被氧化變質(zhì)，形成有機(jī)酸，對軸承表面產(chǎn)生腐蝕作用。油中機(jī)械雜質(zhì)也逐漸積累，使軸承和軸頸表面遭受損傷。止匕外，曲軸以及曲軸箱等制造有誤差，在工作中還可能發(fā)生變形，

55、使軸頸與軸承之間產(chǎn)生局部的負(fù)荷集中，影響軸承的正常工作。根據(jù)這些具體的工作情況，在內(nèi)燃機(jī)中一般都應(yīng)用由多層金屬或合金構(gòu)成的軸承。因?yàn)橐话憔哂休^高力學(xué)性能的材料，具表面摩擦性能就不好；反之，具有良好表面摩擦性能的材料機(jī)械強(qiáng)度一般較差，單金屬軸瓦不能滿足調(diào)整重負(fù)荷曲軸軸承的要求。曲軸軸瓦一般由鋼瓦背與減摩層組合而成，瓦背保證整個軸瓦的機(jī)械強(qiáng)度，而薄的減摩層保證良好的摩擦性能。具體來說,軸瓦的工作條件是：1 .很高的動負(fù)荷作用。容易形成疲勞應(yīng)力狀態(tài)，造成金屬層剝落。2 .相對滑動速度高。由于摩擦，軸頸表面產(chǎn)生高溫，達(dá)到150c以上，導(dǎo)致機(jī)油粘度下降，承載能力下降。3 .機(jī)油在長期高溫下被氧化變質(zhì)，形成有機(jī)酸，腐蝕金屬表面。4 .有時形成干摩擦，使金屬表面熔化、粘合、撕裂。5 .由于制造誤差和機(jī)械變形，造成邊緣負(fù)荷。 5.2 料要求1 .有很高的機(jī)構(gòu)攻耐熱性。2 .有足夠的減摩性能，抗咬粘性、順應(yīng)性、嵌藏性。3 .有較好的耐蝕性。4 .瓦背與減摩層有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，不因剪切力和熱應(yīng)力而分層 5.3 用軸承材料1 .白合金（巴氏合金）1）錫基白合金該合金含銅3%5%,含睇7%12%,其余是錫。錫的主要目的是提高硬度，加銅是為了防止錫偏析。錫基白合金具有優(yōu)異的減摩性能和嵌藏性，而且工藝性好；缺點(diǎn)是疲勞強(qiáng)度低和高溫硬度和強(qiáng)度明顯降低。2）鉛基白合金該合金含錫5.5%6.5%,含睇5.