柴油機(jī)曲軸飛輪設(shè)計(jì)說(shuō)明書

柴油機(jī)具有良好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及較高的熱效率等顯著優(yōu)點(diǎn),在汽車節(jié)能等方面有較大的潛力。經(jīng)過多年的研究和新技術(shù)的應(yīng)用，。隨、高

。我

見，小缸徑多缸柴油機(jī)的市場(chǎng)前景還是很客觀的。工程機(jī)械、輕型汽車等的配套。隨著人們對(duì)柴油機(jī)認(rèn)識(shí)的逐步轉(zhuǎn)變，。柴，能性也比汽油機(jī)好。在相同的功率情況下，柴油機(jī)的低速扭矩性較好，功率大，完全符合農(nóng)用機(jī)械的使用要求。燒不斷得到改善，在節(jié)能和有害物的排放方面的優(yōu)勢(shì)已逐漸顯現(xiàn)出

發(fā)展方向，發(fā)

作。。它，曲

的生產(chǎn)具有一定的實(shí)際意義。此設(shè)計(jì)的題目是曲軸飛輪組。曲軸是內(nèi)燃機(jī)最主要的部件之一。它的尺寸參數(shù)在很大程度上決定并影響著內(nèi)燃機(jī)的整體尺寸和重量，計(jì)新型內(nèi)燃機(jī)或老產(chǎn)品進(jìn)行改造時(shí)必須對(duì)曲軸強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的安全計(jì)時(shí)的一個(gè)重要問題，既要滿足平衡又要減小平衡重質(zhì)量。

機(jī)的要求。

于曲軸工作條件惡劣，因此，對(duì)曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、，加，使隨著改進(jìn)后的加工工藝的逐漸應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的曲軸加工水平正逐步提高。形狀，從而減輕質(zhì)量，且機(jī)加工余量隨鑄造工藝水平的提高而減小。，并沒有鋼制曲軸的敏感。所以球磨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到廣泛采用。

采取措施對(duì)提高曲軸質(zhì)量具有普遍意義。，國(guó)工精度、效率、整體質(zhì)量顯著提高。水平仍相差很遠(yuǎn)，甚至于還滿足不了我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的要，也世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，以實(shí)力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

。這。我確定設(shè)計(jì)的目的和要求。

，使。轉(zhuǎn)的，它在設(shè)計(jì)中一般會(huì)給出，要求設(shè)計(jì)者能夠按要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

。這標(biāo)之一。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)壽命指標(biāo)較先進(jìn)的的大致為：運(yùn)輸用汽車內(nèi)燃機(jī)

小時(shí)。

所耗用的金屬質(zhì)量少。

所謂三化，指產(chǎn)品系列化，零部件的通用化和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。

，否起。

一、氣缸數(shù)與缸徑壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，由于燃燒過程的特點(diǎn)，汽缸直徑不能過小，

85mm

二、活塞平均速度

。在功率給定以后，若平均有效壓力、活塞行程小、重量輕。但是提高活塞平均速度受到以下列因素的限制：

缸套和氣缸蓋的熱負(fù)荷也相應(yīng)增加。

大修期。

燃油消耗率升高。

來(lái)。一般柴油機(jī)總哭聲強(qiáng)度約與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。三、平均有效壓力,求得：

We

me i

m式中

P

為平均有效壓力。meW

為有效功（曲軸輸出端的）e

為氣缸工作容積（活塞排量）P

為平均指示壓力i

為機(jī)械效率m

Pi

，是

P，但

Pi i

P

i的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)初步選定。四、行程及其與缸徑的比值

，在

以下因素：

疊度，提高曲軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，以及疲勞強(qiáng)度。

,,,但增加了運(yùn)動(dòng)件的慣性力和柴油機(jī)的噪聲。

,氣缸蓋之間需要更小的間隙，這就增加制造上的困難如間隙不能保證，將使發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)難以達(dá)到。

五、氣缸中心距及其與缸徑的比值，是

）、）、

V

以曲軸的結(jié)構(gòu)型式和尺寸分配。六、壓縮比

，機(jī)有影響。

內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置緊湊的機(jī)器。它有許多零件組成，，而

。并系?？紤]到這一特點(diǎn)，通常內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)要按一定的程序進(jìn)行，，再定的輪廓尺寸設(shè)計(jì)各零部件的細(xì)節(jié)，然后再將各個(gè)局部匯合在一起，。通個(gè)階段：草圖設(shè)計(jì)、工作圖設(shè)計(jì)和繪制裝配圖。在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的過程中需要確定出主要零件的結(jié)構(gòu)，尺寸和材。在。這另一方面的問題，這就是：

，在。機(jī)的破壞，變形超過一定的限度時(shí)零件之間的相互配合關(guān)系將被破壞。。在計(jì)中，充分的考慮了這個(gè)問題，在必要時(shí)進(jìn)行了力的校核計(jì)算。

內(nèi)燃機(jī)的許多零件在力的作用下相互摩擦運(yùn)動(dòng)，如活塞與汽缸損的部位注意正確地供給潤(rùn)滑油和采取其它措施來(lái)延長(zhǎng)零件的使用壽命。

要處都布置有冷卻水道或利用潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻散熱。上面這三個(gè)問題是在內(nèi)燃機(jī)的過程中經(jīng)常遇到并必須注意解決,，以件能夠在高溫條件下可靠工作。

pme

pmei

Pe

,

m

,

。它，而。曲，在寸參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、材料與工藝，以求獲得最經(jīng)濟(jì)最合理的效果。

初始條件

pme

~

m

m

發(fā)動(dòng)機(jī)類型

基本參數(shù)

pme

根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本計(jì)算公式： Pe

pme

i

m

F

Nep

i

F

Nep

i

p

m

pme

m

m me me i*Fp

iFp

所以需要向活塞內(nèi)壁噴油冷卻，一般通過固定在機(jī)體內(nèi)壁上的噴嘴噴機(jī)油。

，混，缸程（

）、定

）、定）。

需對(duì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)中大量存在的湍流耗散以及溫度壓力分布不均勻等一系列不可逆損失作必要地簡(jiǎn)化和假設(shè)，歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：，其

r

K

假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是可逆變過程。

熱。

熱力循環(huán)基本參數(shù)的確定根據(jù)參考文獻(xiàn)【內(nèi)燃機(jī)原理】非增壓活塞冷卻柴油機(jī)

殘余廢氣溫度

最大燃燒壓力

B

各過程的熱力學(xué)計(jì)算

K

K

o

o

=1+

o

）；

（空氣）

b 1+

點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定容熱容vpmz

b

vpmb

ppmz

vpmz

L)(

vpmb)

)

p

p

u

Lo

vpmb

ppmz

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K

p

pi

ppi

p[( )

)]

P

P(

(pb

p)()

P

P(

(pb

p)()

i i

LTpi

LTpi

pi

i

i

giu

m

柴油機(jī)平均有效壓力pme

pi

*

m

柴油機(jī)的有效油耗 ge

gim

柴油機(jī)有效效率e

i*m Vm

圖的繪制

=

），

，將

n

。膨

,

=

繪圖采用描點(diǎn)繪圖法，以壓縮過程為例。壓縮線上的點(diǎn)滿足， 最后以

V

為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的

為縱坐標(biāo)，繪制

7apMapM（力壓

6543210

0 0.

1 0.

2 0.

3 0.

4 0.

5 0.

6 0.

7 0.

8 0.

9

如下：

圖的調(diào)整

》、《

前角和配氣相位的原因。對(duì)上圖作以下調(diào)整：

），考

過程的差異，實(shí)際過程中的最大爆

發(fā)壓力達(dá)不到理論值。還有就是

有效功及有效壓力的求解，其積表示的是汽油機(jī)所做的指示功

W

數(shù)值由對(duì)示功圖積分后求得的面i積來(lái)表示：

*(

**

**

’

將上述數(shù)值代入得：

pme ；其

pme

pme

pme

’

以后的相關(guān)計(jì)算在滿足制造的同時(shí)能夠前后一致。

圖向

圖的轉(zhuǎn)化

Vx

EXCEL

V

p

V

pg

所示，數(shù)據(jù)記錄于附表

中。 ） 6P力aP力M（P壓內(nèi)缸

543210

0 50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求、往

，特，設(shè)也就是采用局部強(qiáng)化的方法來(lái)解決曲軸強(qiáng)度不足的矛盾。，以動(dòng)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摩擦，軸頸應(yīng)具有足夠的承壓面積同時(shí)給于盡可能好的工作條件。

曲軸的結(jié)構(gòu)形式，隨度和剛度，現(xiàn)代多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸都采用全支承結(jié)構(gòu)。

曲軸的材料、必

用鑄造很少，絕大多數(shù)是鍛造的。本次設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率僅為

主要尺寸綜合以上考慮，確定主要尺寸如下：

h=

b=

根據(jù)主軸頸長(zhǎng)度和曲柄銷長(zhǎng)度以及曲柄臂的厚度，確定缸心距

一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 在確定主軸頸上油道入口和曲柄銷上油道出口的位置時(shí)，既要。一

，但最小不得

5mm

d

的圓角以減緩應(yīng)力集中。 曲軸前端一般裝有扭轉(zhuǎn)減震器，發(fā)動(dòng)機(jī)的各種輔助裝置如機(jī)油

也安裝在曲軸前端。曲軸末端裝有飛輪，用于輸出總轉(zhuǎn)矩，因此末端要做的粗一些。

。止 主軸頸到曲柄臂的國(guó)度圓角半徑

R

對(duì)于曲軸彎曲疲勞強(qiáng)度影響

R

2mm

否則無(wú)法加工。

由前面動(dòng)力學(xué)計(jì)算得強(qiáng)度校核要用到的基本數(shù)據(jù)如下：

P

l

，由上述的圖及相關(guān)數(shù)據(jù)得：

N

P

P

l

由上述圖及相關(guān)數(shù)據(jù)得：P

N

/2+23=63mm

N P

*r

P

N P

連桿軸頸的計(jì)算在曲拐平面內(nèi)的彎曲應(yīng)力W*L

W*L

d

W=

d

W=

d

.在垂直于曲拐平面的彎曲應(yīng)力W

*W

*L

d

=

=

*rWp

*rWp

W=

d

.

小于該材料所許可的最大應(yīng)力

曲柄臂計(jì)算壓縮應(yīng)力：

bh

*L

*L

M

W

*

bP

.

M

M

Wb

*

P

*

r

.

M

M

W

b*

P

*r

.

M

*LbW

M

*LbW

P

b

*

(

的是曲軸不但在運(yùn)轉(zhuǎn)中安全可靠，而且能充分利用材料的疲勞強(qiáng)度。，要

M

M

主軸頸的計(jì)算

M

b

*

M

W

b

*

*L

M

*L

M

W b

*

P

M

W

b

*

T

曲柄臂計(jì)算

M

M

*LbW

P

b*

u

M

W

u

u

u

u

u

u

*Lbhb

M

W

*

曲軸機(jī)構(gòu)強(qiáng)度是安全的。